实例36000吨年PVC生产车间工艺流程

1、目录设计任务书2摘要Abstract第一章概述 61.1原料的选择61.2原料的配比71.3主要工艺参数 71.4设计所用物料的物理性质 91.5聚合反应过程工艺流程叙述 10第二章物料衡算122. 1年投料的物料衡算122.2 车间物料的衡算 132.3釡数及投料系数的台数的确定 13附录1 14第三章热量衡算15附录2 15第四章设备工艺设计154.1 80m3不锈钢聚合釡 154.2汽提塔164.3混料槽164.4离心机 164.5干燥器 17附录3 17参考文 献 18摘要本设计为年产 2600 吨聚氯乙烯悬浮聚合工艺设计，设计过程分为文字说明设计说明书）和图纸说明 设计图纸）两部分。

2、说明书部分主要对原料的选择，配比 及主要参数做了详细介绍；重点放在物料衡算和热量衡算方面，并对设备设计工艺做了说明。在图纸设计部分中，主要做出了工艺流程图和聚合反应釜装配 图。通过本课题的设计，旨在加强学生对悬浮聚合的理解， 并培养学生对实际问题的独立思考能力和处理能力，提高学生自己动手设计的能力Abstract第一章概述1.1原料的选择1、单体表1.1单体指标纯度,%水，卩g/g铁，3 g/g醛,3 g/g低沸物3 g/g,高沸物，3 g/g> 99.98< 100< 0.5< 3< 10< 502、去离子水表1.2去离子水扌曰标控制项目导电率PH二氧化硅

3、指标V 10 3s/cm5 8.5V 0.2mg/L3、引发剂、分散剂以EHP、CPN为引发剂；分散剂为450gVCM、315gPVA平均聚合度 2600,醇解度80%), 225gPVA平均聚合度300,醇解度45%),4、链终止剂选用HEO。国内常用的终止剂ATSC终止效果优于双酚A，ATSC使 产品分子量更均匀，白度也明显改善。双酚 A加入后仍有反应温度渐渐 升高的过程，除此还在精馏系统中出现自聚现象，说明终止效果不彻 底，尚有少部分引发剂未被破坏，反应继续进行。而 HEO与ATSC相比， 因为HEO是复合配方，不仅终止效果好，而且其中有优良的热稳定配 方，能大幅度提高产品白度。实验表明

4、，同样的配方和工艺条件，用ATSC最终产品白度在74%-76%,而用HEO产品白度可达85%。5、分子量调节剂最常见的调节剂是三氯乙烯，投加用量在较高范围 <0.5%1%,对 单体）,还对降低产品树脂分子量有显著效果。近年来,已见有巯基乙 醇作为分子量调节剂，当投加用量在100卩g/200卩g/范围时，可降低反 应温度2C3 C左右。依据发展趋势，选用巯基乙醇作为分子量调节 剂。1.2原料的配比表1.3原料配方原料VCM水引发剂分散剂其他助剂重量，份1001800.040.08适量1.3主要工艺参数1、产品类型：选用疏松型。2、聚合反应时间：5h3、聚合温度：57 °C4、操作

5、周期：9h表1.4乙烯悬浮聚合操作周期工序设计值min1、水相加料302、抽真空153、加 VCM154、加热到570C305、恒温聚合时间3006、回收单体607、出料308、清釡60聚合周期540<9h)5、年平均操作时数：7200小时6转化率：90%根据要求生产的树脂牌号，氯乙烯单体的转化率选定在70%95%E围。工业上生产硬质PVC塑料制品用树脂，转化率要求大约为 90%7、PVC粉体特性：聚合度1000,表观密度0.55g/ml，平均粒径149卩m 孔隙率0.185ml/g。8、系统损失率表3系统损失率部位损失率kg/kg聚合物）回收损失0.25%浆料损失0.05%气提损失0.

6、1%离心、干燥损失0.38%精馏损失3.5%包装总计5%8371.57570.21%表1.6 PVC的物理性能性能指标结晶数据/mm正交晶系，每个晶胞两个单体工业PVCabc单晶1.060.540.51结晶度/%1.0240.5240.508聚合后1.9701.63熔体4.9密度 未复配）g/ cm 3）1.39总体1.53晶体0.41泊松比硬 PVC1.54折射率83玻璃化温度/ C37X 10-线膨胀系数 未增塑）/ C-10.92比热容/<J/g C)1.05硬PVC1.4523 C1.6350 C1.8880 C1.54120C1.67增塑的PVC50份DOP1.7523 C1.

7、8852 C17.5 X 10-480 C20120C40.7<平均)热导率 未增塑）/J/（ cm sC 介电强度/kv/mm）溶解度参数/（J/ cm 30.51. 5聚合反应过程工艺流程叙述:工艺流程方框图:工艺流程叙述1、聚合单元首先将加热到48C左右的去离子水由泵计量后加入到聚合釜中，分散剂配成一定浓度溶 液，在搅拌下由泵经计量后加入聚合釜内 也可由人孔直接投入），其他助剂 配制成溶液通常由人孔投加，然后关闭人孔盖，通入氮气试压及排除系统中氧 气，或借抽真空及充入氯乙烯方法。最后将新鲜氯乙烯与回收后经处理的氯乙 烯依一定比例 回收的 VCM 占总量的 10%），送入计量槽内计量

8、，再经单体过 滤器过滤后加入釜内，开启多级往复泵将引发剂计量后加入釜中。加料完毕 后，于釜夹套内通入热水将釜内物料升温至规定的温度 57°C）。当氯乙烯开 始聚合反应并释放出热量时，夹套内改通冷却水以及时移除反应热，并使反应 温度控制在57± 0.2C，直至反应结束。当釜内单体转化率达到 85%以上，这时 釜内聚合压力为0.5 MPa,由计量泵向釜内加入一定量的终止剂，未反应的氯乙 烯单体经自压回收后，当压力降至2.9 Kpa时，将釜内浆料升温至70C左右，进 行真空回收，真空度为500 mmHg550mmHg，最后浆料中的氯乙烯含量在700 卩g/g。然后进入放料操作。2

9、、汽提、干燥工序 由聚合釜排出的浆料，为降低残留在其中的氯乙烯和减少氯乙烯对环境的污 染，用泵打入出料槽除去其中的大块物料，再将其送入汽提塔，在塔内与由塔 底上升的蒸汽在塔板上进行逆流传质过程。该塔为真空操作，用真空泵维持塔 顶的真空度，并以此来保证塔顶的温度。塔顶逸出的含氯乙烯气经冷凝，未凝 的氯乙烯含氧量在 1%以下时，经真空泵送至氯乙烯气柜备用。塔釜之浆料含氯 乙烯约400卩g/g经热交换器冷却后进入混料槽，再送往离心机进行离心分 离。离心分离后PVC滤饼含水量为23%27%，经滤饼分散器机械分散并均匀 地加入干燥器中进行干燥。干燥器内带有内加热和内冷却。第15室为干燥室，用热水盘管和热

10、风干燥，第 6室为冷却室。干燥后的氯乙烯树脂含水量为 0.3%0.4%。经过筛除去大颗粒，再由气流输送至贮料仓，最后由包装单元进 行包装。 123、VC回收工序VC回收工序包括VC气体回收至气柜、VC气体压缩、精馏等部分。自压回收的氯乙烯，经VC气体洗涤塔以除去气体飞沫中夹带的PVC，然后 经气体冷却器进入气柜，真空回收的 VCM ，用回收风机抽至气柜。由气柜出来的VC气体送至脱湿塔，用5C的冷冻盐水进一步冷凝，两个冷 凝器所冷凝的VC送至精馏塔进行精馏，所得的精氯乙烯经过滤后，按比例送入氯乙烯计量槽与新鲜氯乙烯混合供聚合使用，未凝的气体送至焚烧炉处理，塔 釜的高沸物排放至塔底液罐中，加热以进

11、一步回收部分氯乙烯。第二章物料衡算2. 1年投料的物料衡算表3系统损失率部位损失率vkg/kg聚合物)回收损失0.25%放空损失0.51%浆料损失0.05%气提损失0.1%离心、干燥损失0.38%精馏损失3.5%包装0.21%总计5%因为产品的最后产量为36000吨，由表3系统损失率可以计算出系统年初始 投料量：筛分损失率为0.21%则筛分时产量为：36000X <1+0.21%) =36075.6吨干燥时损失率为0.13%则干燥时产量为：36075.6X <1+0.13%) =36122.5吨离心时损失率为0.25%贝U离心时产量为：36122.5X <1+0.25%) =

12、36212.8吨混料时损失率为0.01%则混料时产量为：36212.8X <1+0.01%) =36216.4吨汽提时损失率为0.1%则汽提时产量为：36216.4X <1+0.1%) =36252.6吨出料时损失率为0.01%则出料量的产量为：36252.6X <1+0.01%) =36256.2吨聚合时损失率为0.03%+0.25%+0.51%则聚合时 VCM 投料量为：36256.2X <1+0.03%+0.25%+0.51%) =36542.6 吨因为聚合时的转化率为90%则聚合时共投料量为：36542.6/90%=40602.9吨2.2 车间物料的衡算投入单体

13、的计算：投料系数为0.8、釡的体积为80m3、在20摄氏度时，pVCM =911 kg/m 3 p H2O=997.7kg/m 3设每次投入单体的质量为 X贝UX/911+ 1.8X/997.7=80 X 0.8以80m3釡为例，每次投入单体22054.9 kg。因转化率为90%,则反应得到树脂 G1=22054.9 X 90%=19849.4kg,回收时损失的 VCM 为0.25%则 G2=19849.4X 0.25%=49.6kg放空时损失为 0.51%，则 G3=22054.9 X 0.51%=112.5kg 浆料损失为 0.05%，则 G4=22054.9 X 0.05%=11.0kg

14、 汽提损失为 0.1%，则 G5=22054.9 X 0.1%=22.1kg 离心干燥损失为 0.38%，贝U G6=22054.9 X 0.38%=83.8kg 精馏时损失为 3.5%，贝U G7=22054.9 X 3.5%=771.9kg 包装时损失为 0.21%，贝U G8=22054.9 X 0.21%=46.3kg 未测定其损失为G9=1108.3kg反应前物料G=22054.9 kg，根据物料平衡原理：G=G+G2+ +G9=19849.4+49.6+112.5+11.0+22.1+83.8+771.9+46.3+108.3 =22054.9 kg2.3 釡数及投料系数的台数的确

15、定因为每台釡年平均要工作7200小时，而每生产一次的周期为9小时，年投 料量<VCM )为40602.9吨，每釡的出料量为19.9吨，选择投料系数为0.8，先用 80 m3 的标准釡，Vvcm =40602.9X 1000/837=48510.0 n?V 水=1.8 X 40602.9X 1000/997.7=73253.7 n?所需要釡的台数为(48510.0 +73253.7>/(80 X 0.8x (7200/9>>=2.378台，取整数为3台。调整后的投料系数为0.63实际的投料系数计算：(48510.0 +73253.7>/( 80 X 3X 800&g

16、t;=0.63 可取0.63每个釡所需的 VCM 的体积为：48510.0/(3X (7200/9>>=20.2 m3 每釡所需的水的体积为：73253.7/(3X (7200/9>>=30.5 m3根据表1.3原料的配方得：表2.1原料VCM水引发剂分散剂其他助剂重量，kg22054.939698.888.22176.44适量以80 m3釡生产为例，分述如下:V1)投料投料温度为20C,单体20.2 m3，水30.5 m3,投料体积 20.2+30.5 =50.7 m3 ；空余 < 气相)体积=80-50.7=29.3m3<2) 升温 升温到期60C，单体

17、重度d依温度t变化2得：20C 时 d=0.910 ; 57 T 时 d=0.83单体在57r时体积增加到：20.2 X 0.91/0.83=22.150? 物料总体积：22.15+30.5=52.65 m3空余 < 气相)体积：80-52.65 =27.35m3<3)反应结束：转化率为90%，树脂真实密度为1.4 kg/m则此时树脂体积：20.2 X 90%X 0.83/1.4=10.78m3未聚合单体体积：20.2 X 0.1=2m3物料总体积：30.5 +10.78+2=43.28m3空余 < 气相)体积：80-43.28=36.72m3表2.2物料衡算汇总表损失损失率

18、/ %损失前的重量/ t筛分0.2136075.6干燥0.1336122.5离心0.2536212.8混料0.0136216.4汽提0.136252.6出料0.00136256.2聚合0.7936542.6第二章热量衡算3.1热量衡算设夹套热水温度为62 r将聚合釜加热至50 r ；其热损失为5% 平均每小时进入聚合釜的VCM量WW=每个釡所需的VCM的体积X 57r下的VCM的密度=20.2 X 837kg=16907.4kgVCW 比热容 Cp20r=1.352J/(g.K>Cp50 r=1.53J/(g.K> Cp57r=1.57J/(g.K> Cp70r=1.63J/

19、(g.K>VCM 聚合热 1540 KJ/kg聚合搅拌功率 163KW 转化率 90%设VCM进料温度20r聚合温度57 r基准温度 0r1、进入聚合釜的热量Q入A、物料带入热量 Qi=WCp20r .ti=16907.4X 1.352X 20=4.57X 105 KJ/hB、聚合热 Q2=W.90%.1540=16907.4X 0.9X 1540=2.34X 107KJ/hC、搅拌热：H=163KW=163X 3600KJ/h=586800KJ/hD、物料升温吸热5Q3=W. Cp t=16907.4X (1.352+1.57>/2X (57-20>=9.14X 105 K

20、J/h2、从釜带走的热量Q出A、物料带出热 Q4=WC pt=16907.4X1.57X57=1.5X 106KJ/hB、釜表面散热 Q5=5%Q2=5%X 2.34X 107=1.2X 107KJ/hC、 冷却水带走热 由Q入=Q出得Q6=Q1+Q2 + H-Q3-Q4-Q5=575674.57X 105+2.34X 107+586800-9.14X 105-1.5X106-1.2X107 =1 X 1073.3.2 循环水用量设循环水从10r升到40 r10r 时 Cp水=4.194KJ/(kg.r >40r 时 Cp水=4.174KJ/(kg.r >Cpm=4.183KJ/(

21、kg.r >74W水=Q6/(Cpt>= 1 X 10 /(4.183X 30>=8X 10 KJ/h3.3.3 传热面积 最高热负荷 QmaxQmax=330GR/t57 r时T1/2(EHP>=2h查表得热负荷分布指数R=1.4Qmax=330X 52.5X 1000X 1.05X 1.4/4.5=7835.7KW 平均温差 t t=(47-17>/l n(47/17>=30 °C 总传热面积F2F=Q/K t=7835.7X 1000/(200X 30>=1305.95m表3.-1热量衡算汇总表物料带入热量QvKJ/h)54.57X 1

22、05聚合热Q2水/<KJ/h)2.34X 107搅拌热 H/vKJ/h)586800物料升温吸热Q3/<KJ/h)9.14X 105物料带出热Q4/<KJ/h)1.5X 106釜表面散热Q5/<KJ/h)1.2X 107冷却水带走热Q6/<KJ/h)1X 107循环水用量W/vKJ/h)8X 104第四章设备工艺设计4.1 80 m3不锈钢聚合釡80 m3的聚合釡主要工艺参数如下：体积：80 m3直筒长：5000mm内径：4000mm长径比：1.25电机功率：2228 kW搅拌转速：197250r/mi n传热面积：1305.95m2 加VCM : 1470.33

23、kg/min 加水：1323.30kg/min因为釡比传热面积大，不设内冷管和釡顶冷凝器。设备因为属瘦长 釡型，为加强上下层物料均匀混合，安装有 6层搅拌叶浆，采用推进式浆 叶型，这有利于加强沿搅拌轴上下的循环混合作用。搅拌轴与釡底轴瓦 的安装间隙要求在0.90mm，使用一段时间后因机械磨损逐渐变大，一般 当间隙达2mm左右更换新轴瓦。4.2 汽提塔选用穿流式 <无溢流管)的筛板的汽提塔。这种处理浆料的筛板 塔，采用无溢流管式大孔径筛板，筛孔直径选用20m m,筛板有效开孔率选用11%。为使浆料经处理后，残留单体降到 400ppm以下，汽提塔内设置20块筛板保持板间距离300mm。为保证气液接触时筛板上泡沫高度的均匀，空塔气速在1m/s，筛板孔速10m/s,物料停留时间表48分钟。4.3 混料槽采用搅拌型式的混料槽，耙齿与压缩空气组合因为转速很低，底轴 瓦内采用连续式注水结构。底部的出料小罐中，设置相对直径较大的平 浆式搅拌叶，使搅拌速度达到较高值，以防止出料区因树脂沉积而堵 塞。该混合槽的主要技术参数：转 速： 812 r/min电机功率：7.510 kW4.4 离心机采用三足式离心机，主要特点是对各种产品适应性较强。即悬浮液料进 入转鼓后，在离心力的作用下固液分离，