年产十二万吨聚氯乙烯合成工艺设计

1、开题日期2014年3 月24日搭寿菸应m夜1Henan University of Urban Construction毕业设计（论文）开题报告题目年产12万吨聚氯乙烯的合成工艺设计学 院专 业班 级学 号学生姓名指导教师年产12万吨聚氯乙烯的合成工艺设计开题报告一、选题的背景与意义：（一）课题研究来源本项目依据河南首瑞橡胶PVC合成工段，通过研读大量的关于聚氯乙烯性质、 用途、生产技术、国内外研究现状及市场情况分析的文献，对生产聚氯乙烯工艺过程 进行设计。（二）课题研究的目的聚氯乙烯（PVC）是国内外高速发展的合成材料中5大热塑性合成树脂之一，以 其价廉物美的特点，占合成树脂消费量的29%左

2、右，仅次于聚乙烯（PE），居第二位。 由于它具有优良的耐化学腐蚀性、电绝缘性、阻燃性、物理及机械性能、抗化学药品 性能、质轻、强度高且易加工、成本低，可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹 塑中空等方式进行加工，是一种能耗少、生产成本低的产品。因而聚氯乙烯（PVC） 制品广泛用于工业、农业、建筑、电子电气、交通运输、电力、电讯和包装及人们生 活中的各个领域。因此聚氯乙烯具有广泛的应用前景，所以聚氯乙烯的合成工艺需要进行深入的 研究。由于电石法聚氯乙烯生产技术是一种传统工艺，从Hcl气体合成、C2H2的生成、 脱水，混合、预热到催化转化，工艺和设计都没什么改进。本设计目的在于添加了氯 乙烯气相脱

3、水工艺，根据既定的工艺路线和工艺条件，采用相关的单元过程及单元操 作，设计出优化的工艺流程并根据工艺条件选择出合适的设备，以达到提高产品质量 和生产效益的要求，（三）课题研究的意义本课题对传统电石法聚氯乙烯的设计进行改进，不仅提高了生产效率，提高了氯 乙烯单体的产量和质量，延长了设备的使用寿命，减少物料的损失，而且使生产过程 中更加环保科学化。二、国内外研究现状：（一）国内研究现状目前我国PVC的生产基本上采用悬浮聚合工艺，生产主要采用电石乙炔工艺路 线和乙烯氧氯化工艺。国内悬浮法生产PVC的工艺技术近十几年来取得了一定进展， 主要有：（1）复合型分散剂和引发剂、链转移剂、热稳定剂和终止剂等在

4、各生产厂家中 得到广泛应用；（2）基本上掌握了聚合釜真空脱氧、后加引发剂等聚合技术；（3）防粘釜 技术也得到了提高；（4）发展了筛板溢流塔和螺旋板换热器。清华大学新开发的旋流干 燥器性能优于德国赫斯特公司同类产品；（5）新开发出了宽分子质量分布、高聚合度 PVC、纳米CaCO3，原位聚合PVC专用树脂和纳米抗菌PVC材料等。（二）国外研究现状近年来，国外的氧氯化工艺有了进一步的改进，在裂解1，2一二氯乙烷生产氯乙 烯的过程中，采用三氯乙醛或氯醛促进剂，减少了乙烯基乙炔副产物，提高了产品质 量。新开发的直接氯化/电解氯化氢生产氯乙烯单体新工艺，在降低氯乙烯单体成本、 提高产品质量方面又迈进了一步

5、。乙烷制VCM工艺正在实现工业化，该工艺可使产 品成本降低20%30%。欧洲乙烯新近又开发出了使乙烷在低温下反应直接合成氯 乙烯的新型催化剂，其成本比由乙烯生产氯乙烯方法节省50%以上。目前已有新型消 泡悬浮剂研制成功，简化了聚合操作步骤，减少了树脂中的杂质，改进了间歇悬浮聚 合工艺及聚氯乙烯树脂的粒度分布，提高了树脂质量。开发了氯乙烯一丙烯酸丁酯共聚物与聚丙烯酸酯的接枝共聚物、含氨基的聚氯乙 烯树脂。对加工配料技术进行了改进，开发出高强度PVC电缆料、防污PVC制品、PVC 仿木型材、PVC木材复合窗用型材等。三、课题研究内容及创新（一）课题研究内容：PVC制备的工艺流程详细如下图1：碱液泡

6、沫捕集器本次设计为年产12万吨聚氯乙烯的工艺设计，采用了聚氯乙烯悬浮聚合工艺， 介绍了聚氯乙烯的聚合工艺及合成聚氯乙烯的流程和设备，对整个生产工艺做出了详 细的叙述。悬浮聚合的过程是先将去离子水用泵打入聚合釜中启动搅拌器，依次将分 散剂溶液、引发剂及其他助剂加入聚合釜内。然后，对聚合釜夹套内通入蒸汽和热水， 当聚合釜内温度升高至聚合温度（5058C ）后，改通冷却水，控制聚合温度不超过 规定温度的正负0.5C。聚合物悬浮液送碱处理釜，用浓度为36%42%的NaOH溶 液处理，加入量为悬浮液的0.05%0.2%,用蒸汽直接加热至7080C，维持1.5 2.0h,然后用氮气进行吹气降温至65C双下

7、时，再送去过滤和洗涤。然后送入汽提塔以 除去二氧化碳等气体。其次送入离心分离槽和旋风干燥床等里进行分离干燥。最后成 品储存包装。（二）创新：反应温度易控制、成品纯度高、绝缘性好、聚合物的聚合度也比较高。固碱不仅能吸湿脱水，而且能进一步除掉氯乙烯中夹带的微量氯化氢及铁，减轻 酸腐蚀，延长设备的使用寿命，还能除掉从聚合过程中回收的氯乙烯中的微量活性分 子。这样就能减少精馏塔中的自聚物，改善精馏操作状态，延长精馏操作周期，减少 因精馏操作不良引起的停工时间和停工物料损失，从而提高氯乙烯单体的产量和质 量，具有一定的操作价值和研究意义。四、课题的研究方法：该设计整体上来说可以按照下面几个步骤来进行研究

8、：(1)在设计计算之前，首先应对与PVC有关的文献资料进行查阅，大致了解PVC 的发展现状，PVC合成的基本步骤以及PVC的发展趋势；(2)通过对化工原理基础知识的回顾，熟悉物料衡算、热量衡算时所需的条件， 结合已知参数，进行计算；各工序段的物料及能量衡算基本步骤如下：氯乙烯脱水氯乙烯精馏氯乙烯聚合干燥物 料 衡 算 基 本 止 步 骤(1)确定物料衡算的已知条件(1)确定物料衡算 的已知条件(1)确定物料衡算 的已知条件(2)进行氯乙烯气相 冷却器的物料衡算(2)进行全凝器的 物料衡算(2)进行聚合釜的 物料衡算(3)进行固碱干燥器 的物料衡算(3)进行低沸塔的 物料衡算(3)进行空气加热

9、器的物料衡算(4)进行高沸塔的 物料衡算热 八、 量 衡 算 基 本 止 步 骤(1)确定热量衡算的 已知条件(1)确定热量衡算 的已知条件(1)确定热量衡算 的已知条件(2)进行冷却器的热 量衡算(2)进行低沸塔的 热量衡算(2)进行聚合釜的 热量衡算(3)进行固碱干燥器 的热量衡算(3)进行高沸塔的热 量衡算(3)进行空气加热 器的热量衡算通过计算得到的数据，结合设备计项 对设备进行设计计算和确定；圆筒临界压力计算：P cr =2 E 1 u 2同体厚度计算：5 =n Ca 28 叩一 P2c对确定的设备进行验证，确保其符按所得的设备尺寸以一定的比例进 面布置图、装备图等所要求的图；最后对

10、整个工作再进行整理，使之算的理论知识，参照国家的有关要求标准，V D 7 0 y合要求；行作图，同时按要求做出工艺流程图、平更加完整。五、研究计划及预期成果:研究计划:序 号时间内容13.23-3.25查找关于PVC进展及应用情况方面的文献、资料。23.26-3.31根据查得的文献总结关于PVC的知识。34.1-4.5查找与PVC有关的英文资料，并对其进行翻译。44.6-4.12查找与PVC工艺相关的资料，比较其各自的优缺点， 并最终确定聚合工艺。对已经学习过的化工原理知识进行较系统的复习， 同时查阅了好多与设计计算方面相关的资料。总体上确定各阶段的物料量，并对氯乙烯脱水工序54.13-4.1

11、964.20-4.26段进行物料衡算和能量衡算，并对该工序段的设备 进行选型计算。75.1-5.6对氯乙烯精馏工序段进行物料衡算和能量衡算，同 时对其设备进行选型计算。85.6-5.10对氯乙烯聚合干燥工序段进行物料衡算和能量衡 算，同时对其进行设备选型计算。95.10-5.30绘图，并对其修改和完善。1 05.31-6.13对各项工作进行修改整理，准备答辩。预期成果：使用悬浮法生产聚氯乙烯，对年产12万吨聚氯乙烯工艺进行了改进设计，提高 生产效率，延长设备使用寿命。并且使制的PVC达到预定指标:用于悬浮聚合的氯乙 烯单体纯度在99%以上，乙烯乙炔丙烯等杂志含量均低于0.0002%。六、参考文献：乔辉，丁筠，盛平厚等译.聚氯乙烯手册.北京：化学工业出版社，2008邴涓林，黄志明主编.聚氯乙烯工艺技术.第一版.北京：化学工业出版社，2008文远安.本体法PVC生产技术及其发展趋势.聚氯乙烯，2009, 37 (3)： 39韩丽.国内PVC树脂市场现状分析.齐鲁石油化工，2008，36 (2)： 153156李述文，范如霖.实用有机化学手册M.上海：上海科技出版社.2007.徐国敏，秦舒浩，鲁圣军，张凯舟，何力.PVC的