年产12万吨聚氯乙烯聚合工段的工艺设计

1、资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载年产*万吨聚氯乙烯聚合工段 的工艺设计地点：时间：说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义 务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细 阅读内容毕业设计题口名称：年产12万吨聚氯乙烯聚合工段的工艺设计 函授站：甘 肃函授站专 业：应 用化 工技术 班 级：甘 化专 131学 生：郭 亚伟指导教师（职称）司文琴 目录摘要1关键词1第一章设计说明书2 1.1设计项目21.2设计依据、生产规模、设计原则21设计内容21.2.2生产规模2 1. 2. 3设计依据24设计原则21.

2、3厂址选择及建厂地区自然条件21.3.1地理位置及环境22工厂用水情况3 1.3.3供电31. 3.4原料供应35工厂所处自然条件35工厂所处自然条件HYPERLIN1KHYPERLIN1K4,_Tocl38484661,_Tocl38484662HYPERLIN1K1HYPERLINK1,_Tocl38484663,_Tocl384846642. 1聚氯乙烯工业的发展概况42. 2聚氯乙烯工业在国民经济中的作2. 3聚氯乙烯系列聚合物的性质52.4聚氯乙烯制品的开发与应用技术笫三章生产方法简介及设计方法的确定71聚合方法简述 71. 1本体聚合71. 2溶液聚合71.3悬浮聚合83. 1.4

3、乳液聚合93. 3产品的基本性能113.4有关设计参数12 3. 5产品规格与质量指标12第四章物料衡算141聚合釜物料衡算144.2出料槽物料衡算153汽提塔物料衡算164.4离心部分物料衡算185气流干燥部分物料衡算186沸腾干燥部分物料衡算19 4. 7筛分包装部分物料衡算194. 8物料衡算总平衡204. 9概念配方22第五章热量衡算.231反应体系升温过程的热量衡算232气提塔热量衡算263列管式换热器热量衡算4气流干燥塔热量衡算笫六章聚合反应釜选型6.1聚合过程的影响因素62反应釜选型结果32第七章废水处理33HYPERLINIQHYPERLINK1HYPERLINK1HYPERL

4、INIQ” Tocl38484723” Tocl38484724z” Tocl38484725z” Tocl38484726272731317. 1废水的处理37. 2废水排放标准37. 3废水的处理方法37. 4其他三废的处理3第八章生产工艺过程说明358. 1工艺过程简介33 82设备一览表36总结 38参考文献39致谢 40本设计是一个年产12万吨聚氯乙烯(PVC)反应工程中的聚合反应工段的设计。 其中涉及到物料衡算，热量衡算，聚合反应釜的选型。并绘制聚合反应上段的基本 工艺流程图和主体聚合反应釜的装配图。关键词：聚氯乙烯；悬浮聚合；反应釜选型第一章设计说明书年产12万吨聚氯乙烯聚合工段

5、工艺设计。1.2设计依据、生产规模、设计原则1设计内容：年产12万吨聚氯乙烯聚合工段的工艺设计1.2.2生产规模：年产十二万吨聚氯乙烯年生产日330天；日生产能力120000/330二363. 64吨/天1.2.3设计依据：根据吉首大学化学化工学院毕业设讣任务书所规定的课题“年产12万吨聚氯 乙烯聚合工段的工艺设计”进行设计。1.2.4设计原则：1）以传统的聚合工艺流程为基础，保留原有的工艺流程的优点，剔除原有的 不合理工艺。2）采用近年来的新技术，完善传统聚合工艺，使其具有良好的可操作性和稳 定性。3）做好能源的综合利用，消除能源利用的不合理现象，使其具有良好的经济 效益。4）在工艺设计合理

6、的同时，做好环境保护，一方面利用好物料，减少物料损 失；另一方面减少环境污染，做好环境保护。口）在工艺讣算时，以各主要设备的进出物料、热量变化的明显点进行物料和 热量平衡的计算。1.3厂址选择及建厂地区的自然条件3. 1地理位置及环境厂址选择位于湘西州吉首市吉凤经济开发区内。开发区于2003年筹建，规划 面积6. 44平方公里。园区对外交通十分便捷。距离吉首市火车客运站11公里，火车货运站4公里；距离贵州省大兴机场80公里；距离张家界荷花机场148公里。 319、209国道、1828省道贯通园区，园区东接长（沙）渝（重庆）高速公路，园 区内客运货运可通达全国各大城市主要航空和水运港口。3. 2

7、工厂用水悄况采用工厂附近的万溶江水源。1.3.3供电由吉首市电业局供应工业用电。1.3.4原料供应原料电石采用泸溪产，山汽车运输到吉首。氯化氢山配套氯碱工厂得到或山其 他地方采购汽车运输到吉首，其他原料山厂家采购，山汽车运输到吉首。5工厂所处自然条件1）工厂地址状况：地基为二类厂地土，土质较好，土层厚，稳定，无软弱下 卧层，地质允许承载力（fk）为150kpa. o2）当地气象条件：年平均气温度17. 3 C年最高气温40. 8C :年最低气温-3. 8C ；年平均相对湿度78% ； 年平均气压0. 0867Mpa : 年无霜期210天；年平均日照时数2079. 2hr ：年平均蒸发水量7肉5

8、0ffifh：年平均风速2. 9m/s ；年平均降雨量978. 6mm :年最大风速22m/so第二章聚氯乙烯工业发展概况1聚氯乙烯工业的发展概况20世纪的30年代50年代是塑料工业迅速发展的时期。在此期间有许多合成 塑料如聚氯乙烯、聚苯乙烯等形成工业化。自1835年法国化学家V. Regnault首先发现了氯乙烯，于1838年他乂观察到 聚合体，这就是最早的聚氯乙烯。1920年，德国研究聚氯乙烯已相当活跃，这时美 国联碳化学公司与杜邦公司对氯乙烯聚合物的制备发表了专利。这标志着氯乙烯及 其聚合物的制造已进入实用技术阶段。1920年，在美国的柏寨森(BURGHAUSAN) 的瓦克(WACKER

9、)公司制取聚醋酸乙烯，用它与氯乙烯共聚制得一种新材料。该材 料易加工，且不再发生分解因它具有内增塑性，可用作涂料和硬模塑制品，开辟了 以内增塑的办法解决了聚氯乙烯的加工。另一方面也为聚氯乙烯从共聚改性作出了 开拓性的工作。对聚氯乙烯发展起到积极的推动作用。乂于1932年发现聚氯乙烯 的低分子增塑剂。英国帝国化学公司于1937年采用高沸点液体如磷酸酯类增塑聚 氯乙烯，得到了类似橡胶的物质，从而笫一次打破了传统的橡胶市场，成为橡胶材 料的代用品。聚氯乙烯自工业化问世至今，六十多年来仍处不衰之势。占目前塑料消费总量 的29%以上。由于石油化工的发展，为聚氯乙烯工业提供廉价的乙烯资源，引起了 人们极大

10、的注意，因而促使氯乙烯合成原料路线的转换和新制法以及聚合技术不断 地更新，使聚氯乙烯工业获得迅猛的发展。2.2聚氯乙烯工业在国民经济中的作用合成树脂是塑料工业的基本原料，在一定条件下塑制成一定形状的材料，在常 温下它的形状不变，是材料工业的重要组成部分。作为热塑性塑料的原料之一的聚氯乙烯树脂，在世界各国合成树脂的生产、品 种及消费上均处领先地位。我国也是如此，聚氯乙烯塑料制品居于各树脂及加工制 品之主。这主要111于以下原因：聚氯乙烯材料制品性能优良。有独特的使用功能。以聚氯乙烯制取的合成材料可代替钢铁和木材使用，而且节能显著，每生产I立方米。通用塑料，其能耗为148.6千焦，而生产1立方米钢

11、材 能耗为356. 7 X10 6 千焦。（3）聚氯乙烯塑料不仅在建筑、农业及包装工业上有着广泛的用途，在电 子器件、交通运输、机械和人民生活等各方面，也均得到重用。2.3聚氯乙烯系列聚合物的性质聚氯乙烯在常温下为白色粉末，比重为1.392 1.4不溶于水，汽油，酒精，氯 乙烯，可溶于酮类和氯桂类溶剂，无毒无臭。具有很高的化学稳定性和良好的介电 性能。表1质量标准GB5761-934聚氯乙烯的应用状况PVC树脂可以采用多种方法加工成制品，悬浮聚合的PVC树脂可以挤出成 型、压延成型、注塑成型、吹塑成型、粉末成型或压塑成型。分散型树脂或糊树脂 通常只采用糊料涂布成型，用于织物的涂布和生产地板革。

12、糊树脂也可以用于搪塑 成型、滚塑成型、蘸塑成型和热喷成型。发达国家PYC树脂的消费结构中主要是硬制品，美国和西欧硬质品占大约2/3 的比例，日本占55%；硬质品中主要是管材和型材，占大约70 80%。PVC软制品 市场大约占全部PYC市场的30%,软制品主要包括织物的压延和涂层、电线电缆、 薄膜片材、地面材料等。硬质品PVC树脂近年来增长比软制品快。近儿年我国聚氯乙烯硬制品应用份额也有增长趋势，管材、型材和瓶类所占份 额由1996年25%增长到1998年的40%,但至今我国聚氯乙烯的应用还是软制品的 份额较多。1998年软制品占PVC总用量的51% （其中薄膜为20%，塑料鞋10%，电 缆料5

13、%,革制品11%,泡沫和单板等概），硬制品占40% （其中板材16%,管材9%, 异型材8%,瓶3%,其它4%），地板墙纸等占9%。聚氯乙烯塑料一般可分为硬质和软质两大类。硬制品加工中不添加增塑齐皿而 软制品则在加工时加入大量增塑剂。聚氯乙烯本来是一种硕性塑料，它的玻璃化温 度为80 85C。加入增塑剂以后，可使玻璃化温度降低，便于在较 低的温度下加 工，使分子链的柔性和可塑性增大，并可做成在常温下有弹性的软制品。常用的增 塑齐有邻苯二中酸二辛酯、邻酯。一般软质聚氯乙烯塑料所加增塑剂的量为聚氯乙 烯的30% 70%。聚氯乙烯在加工时添加了增塑剂、稳定齐U、润滑剂、着色剂、填 料之后，可加工成各

14、种型材和制品。一般软塑料制品。利用挤出机可以挤成软管、塑料线、电缆和电线的包 皮。利用注射成型的方法并配合各种模具，可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋等。薄膜。利用压延机可将聚氯乙烯制成规定疗度的透明或着色薄膜，用这种 方法生产的薄膜称为压延薄膜。也可以将聚氯乙烯的粒状原料利用吹塑成型机吹制 成薄膜，用这种方法生产的薄膜称为吹塑薄膜。薄膜的用途很大，可以通过剪裁、 热合方法加工成包装袋、雨衣、充气玩具等。涂层制品。将聚氯乙烯糊状涂料涂敷在布或纸上，然后在100C以上将它 们塑化，就可制成有衬底的人造革。如果将聚氯乙烯软片用压延机直接压延成有一 定厚度时，就制成无衬底的人造革，可压出各种花纹。人造革用于

15、制造皮包、皮 箱、沙发和汽车的座垫、地板革以及书的封面等。5泡沫塑料。软质聚氯乙烯在混炼时加入适量的发泡剂，经发泡成型法可制 成泡沫塑料，也可以用挤出机制成低发泡硬质板材，可代替木材作为建筑材料等。第三章生产方法简介及设计方法的确定1聚合方法简述传统自由基聚合方法有本体、溶液、悬浮、乳液聚合四种聚合方法【1】。溶 液聚合则是单体和引发剂溶于适当溶剂中的聚合，可以包括淤浆聚合，溶剂可以是 有机溶剂或水。悬浮聚合一般是单体以液滴状悬浮在水中的聚合，体系主要由单 体、水、油溶性引发剂、分散剂四部分组成，反应机理与本体聚合相同。乳液聚合 则是单体在水中分散或成乳液状的聚合，一般体系111单体、水、水溶

16、性引发剂、 水溶性乳化剂组成，机理独特。1. 1本体聚合本体聚合是单体加有（或不加）少量引发剂的聚合，可以包括熔融聚合和气相 聚合。其产物纯净，后处理简单，是比较经济的聚合方法，多用于实验室研究，如 单体聚合能力的初步评价、少量聚合物的试制、动力学研究，竞聚率 测定等，所用 的仪器有简单的试管、封管、膨胀剂、特制模板等。苯乙烯、中基丙烯酸中酯、氯乙烯、乙稀等气、液态单体均可进行本体聚合。 不同单体的聚合活性、聚合物-单体的溶解情况、凝胶效应等各不相同，虽然都以 本体聚合为名，但其动力学行为、传递特征以及聚合工艺可以差别很大。工业上本体聚合可采用间歇法和连续法，关键问题是聚合热的排除。烯类单体

17、的聚合热为55-95KJ/molo聚合初期，转化率不高，体系黏度不大，散热当无困 难，但转化率提高后，体系黏度增大，产生凝胶效应，自动加速，如不及时散热， 轻则造成局部过热，使分子量分布变宽，影响到聚合物的强度；重则温度失控，引 起爆聚。这一缺点使本体聚合的发展受到限制，但经反应器搅拌、传热的改善和工 艺调整后，得到了克服，一般多采用两段聚合：第一阶段保持转化率较低，10%-3 概不等，黏度较低，可在普通聚合釜中进行；笫二阶段转化率较高，则在特殊设计 的反应器内聚合。氯乙烯间歇本体沉淀聚合如下：本体法聚氯乙烯的颗粒特习惯与悬浮法树脂相似，疏松但无皮膜，更洁净。本 体聚合除散热、防粘外，更需要解

18、决颗粒疏松结构的保持问题，多采用两端聚合来 解决。3. 1. 2溶液聚合溶液聚合体系黏度较低，混合和传热较易，温度容易控制，减弱凝胶效应，可 避免局部过热。但是溶液聚合也有缺点：（1）单体浓度较低，聚合速率较慢，设 备生产能力较低：（2）单体浓度低和向溶剂链转移的结果，使聚合物分子量降 低；（3）溶剂分离回收费用高，难以除净聚合物中的残留溶剂。因此，工业上溶 液聚合多用于聚合物溶液直接使用的场合，如涂料、胶黏剂、合成纤维纺丝液、继 续化学反应等。此外，溶液聚合有可能消除凝胶效应，有利于动力学试验的研究。自曲基溶液聚合选择溶剂使，需注意下列两方面内容：（1）溶剂对聚合物活 性的影响溶剂往往并非绝

19、对惰性，对引发剂有诱导分解作用，链自山基对溶剂有链 转移反应。这两方面都可能影响到聚合速率和分子量。（2）溶剂对凝胶效应的影 响选用聚合物的良溶剂时，为均相聚合，如浓度不高，可不出现凝胶效应，接近 正常动力学规律。选用沉淀剂时，则成为沉淀聚合，凝胶效应显著。不良溶剂的影 响则介于两者之间。有凝胶效应时，反应自动加速，分子量也增大。1.3悬浮聚合悬浮聚合是单体以小液滴状悬浮在水中的聚合方法。单体中溶有引发剂，一个 小液滴就相当于一个小本体聚合单元。从单体液体转变为聚合物固体粒子，中间经 过聚合物-单体粘性粒子阶段，为了防止粒子粘并，需加分散剂，在粒子表面形成 保护层。因此，悬浮聚合体系一般由单体

20、、油溶性引发剂、水、分散剂四个基本组 分构成，实际配方则较复杂。悬浮聚合的反应机理与本体聚合相同。苯乙烯和中基丙烯酸中酯的悬浮聚合的 初始体系属于非均相，其中液滴小单元则属于均相，最后形成透明小珠粒，故有珠 状聚合之称。另一方面，在氯乙烯悬浮聚合中，聚氯乙烯将从单体液滴中沉析出 来，形成不透明粉状产物，故可称作沉淀聚合或粉状聚合。悬浮聚合的粒径为0.05-2mm,主要受搅拌和分散剂控制。聚合结束后，回收未 聚合的单体，聚合物经分离、洗涤、干燥，即得粒状或粉状树脂产品。悬浮聚合有以下优点：（1）体系黏度低，传热和温度容易控制，产品分子量 及其分布比较稳定；（2）产品分子量比溶液聚合的高，杂质含量

21、比乳液聚合少； （3）后处理工序比乳液聚合和溶液聚合简单，生产成本也低，粒状树脂可直接成 型。悬浮聚合的主要缺点是产物中多少带有少量分散剂残留物，药生产透明和绝缘 性能好的产品，需除净这些残留物。综合悬浮聚合的优缺点，其工业应用还比较广泛。80%聚氯乙烯、全部苯乙烯 型粒子交换树脂和可发性聚苯乙烯、部分与苯乙烯和聚中基丙烯酸中酯用悬浮法生 产。有些单体的所谓“悬浮聚合”，如合成聚四氟乙烯、丁基橡胶和乙丙橡胶的 “悬浮聚合”，实质上都是沉淀聚合，只因为产物悬浮在介质中而得名。悬浮聚合 多采用间歇法，连续法尚在研究之中。悬浮聚合反应机理和动力学与本体聚合相同，需要研究的式成粒机理和颗粒控制。氯乙烯

22、悬浮聚合过程大致如下：将水、分散剂、其他助剂、引发剂先后加入聚 合釜中，抽真空和冲氮气牌氧气，然后加单体，升温至预定温度聚合。在聚合过程 中温度压力保持恒定。后期压力下降0. l-o. 2MPa,相当于80-85%转化率，结束聚 合，如降压过多，将使树脂致密。聚合结束后，回收单体，出料，经后处理工序， 即得聚氯乙烯树脂成品。1.4乳液聚合简单地说，单体在水中分散成乳液状态的聚合，称作乳液聚合。传统或经典乳 液聚合的基本配方乂单体、水、水溶性引发剂和水溶性乳化剂四部分组成。乳液聚合有许多优点：（1）以水作介质，环保安全，胶乳粘度低，便于混合 传热、管道输送和连续生产；（2）聚合速率快，可在较低的

23、温度下聚合，同时产 物分子量高；（3）乳胶可直接使用，如水乳漆、粘结剂，纸张、织物、皮革的处 理剂等。乳液聚合也有若干缺点：（1）需要固体产品时，乳胶需经凝聚、洗涤、脱 水、干燥等多道工序，成本较高；（2）产品留有乳化剂杂质，难以完全除净，有 损电性能等。乳液聚合的主要组分：传统或经典乳液聚合体系山四大组分组成，以单体100 份为基准，水150人250，乳化剂25,引发剂0. 30. 5。工业配方则要复杂得多，这是 因为：乳液聚合多半是主单体和第二、笫三单体的共聚合；多数乳液聚合采用氧化 -还原体系，往往主还原剂、副还原剂棋至络合剂并用；乳化剂多山阴离子乳化剂 与非离子表面活性剂混合使用；水相

24、中还肯能有分子量调节剂,pH调节剂等。乳液聚合的机理遵循自山基聚合机理，大聚合速率和聚合度却可同时增加，可 见存在独特的反应机理和成粒机理。可将其聚合过程分为三个阶段：成核期或增速 期、胶粒数恒定期或恒速期、降速期。通过对比以上四种聚合方法，各自的特点如表1所示：表2四种聚合方法对比从表中可发现悬浮聚合有以下优势：（1）体系黏度低，传热和温度容易控 制，产品分子量及其分布比较稳定；2）产品分子量比溶液聚合的高，朵质含量比 乳液聚合少；（3）后处理工序比乳液聚合和溶液聚合简单，生产成本也低，粒状 树脂可直接成型。据统计，全世界80%的PVC树脂都是用悬浮聚合的方法生产的，因此本课题 采用悬浮聚合

25、的方法。反应原理：在光，热或辐射能作用下，烯类单体有可能形成自山基而聚合.但 由于C-C键能大（3. 48x K103人2KJ/mol），须在300人400C高温下才能开始均裂 形 成自山基.这样高的温度远超过了一般聚合温度.因此，氯乙烯聚合体系采用过氧化 物或偶氮化合物作引发剂，在聚合温度下，均裂成自山基，然后引发聚合反应的.整 个聚合过程分为链引发，链增长,链转移和链终止四个步骤.链引发.引发剂受热时，链能较小的-。-。-键或-N二N-断裂而分解产生初级游离基： 如偶氮二异丁 W （ABIN）.初级游离基一旦生成，很快作用于VC分子激发其双键的31电子使之分离为 二个独电子与其中一个独电子

26、结合生成单体游离基.链增长.在链引发阶段形成单体自山基，活性很高，如无阻聚物质与之作用，就能进攻 第二个VC分子的Ji键,重新杂化结合，形成新的自由基，如此循环下去，产生大量 -（CH_2-CHC1-）-单元的链自由基，这个过程叫链增长反应，这实际上是一个加 成反应.这一链增长过程直到链终止，活性都不减弱，在瞬间（如0.1秒JL分钟）即可 达到分子量为十万的高聚物分子.在PVC的链增长反应中，结构单元VC间的结合可能以”头-尾”和”头- 头”两种形式存在.经试验证明，主要以”头-尾”形式连接.原因是有电子效应和位阻效应两个方 面：从空间位阻方面看-CH_2-较-CHC1-空间位阻小，所以有利于

27、头尾连接.链转移.在自山基聚合过程中，链自山基有可能从单体，溶剂，引发剂或大分子上夺取 一个原子（氢或氯）而终止，使这些失去原子的分子成为新的自山基，继续新链的 增长.向单体VC链转移一形成端基双键PVC.向高聚物链转移一形成支链或交联PVC.此种链转移在转化率较高时眦时VC浓度较低）比较多链终止.偶合链终止一形成”尾尾”相连PVC.歧化终止一形成端基双键PVC.3产品的基本性能聚氯乙烯是无定形的线型、非结晶的聚合物，基本无支链，链节排列规整。聚 合度n的数目一般为500 20000。聚氯乙烯树脂为口色粉末，相对密度约1.4。聚 氯乙烯塑料有较高的机械强度，良好的化学稳定性。聚氯乙烯分子中含有

28、大量的氯，使其具有较大的极性，同时具有很好的耐燃 性。聚氯乙烯塑料有优良的耐酸碱、耐磨、耐燃烧和绝缘性能。但是对光和热的稳 定性差。在不加热稳定剂的情况下，聚氯乙烯100C时开始分解，130C以上分解 更快。受热分解出氯化氢气体，使其变色，由白色一浅黄色一红色一褐色一黑色。 阳光中的紧外线和氧会使聚氯乙烯发生光氧化分解，因而使聚氯乙烯的柔性下降， 最后发脆。同时，上述良好的力学和化学性能迅速下降。解决的办法是在加工过程 中加入稳定剂，如硬脂酸或其他脂肪酸的镉、钞!、锌盐。聚氯乙烯的抗冲击性能差,耐寒性不理想，硬质聚氯乙烯塑料的使用温度下限 为-15C,软质聚氯乙烯塑料为-30Co聚氯乙烯的透水

29、汽率很低。硬聚氯乙烯长期浸入水中的吸水率小于0. 5%,浸24 小时为0. 05%,选用适当增塑剂的软聚氯乙烯吸水率不大于0.5%。聚氯乙烯室温下 的耐磨性超过普通橡胶。聚氯乙烯的电性能取决于聚合物中残留物的数量和各种添 加剂。聚氯乙烯的电性能还与受热情况有关，当聚氯乙烯受热分解时，由于氯离子 的存在而降低其电绝缘性。4有关设计参数生产周期 300 天，7200-7000h/Y反应温度56C （或者按实习收集数据）反应时间4. 5h转化率85-90% （或者按实习收集数据）消耗定额 VC 1. 015-1. 064t/T PVC原辅材料：去离子水，单体氯乙烯（VC），分散剂KH-21 （聚乙烯

30、醇），分 散剂（疑丙基中基纤维素HPMC）反应调节剂（疏基乙醇），引发剂（偶氮二异 庚月青），引发剂EHP,过氧化二碳酸（2-乙基）己酯，终止剂（丙酮缩氨基猛 腺），缓释阻垢剂（H-9），其他助剂，碱液（30%），盐酸，碳酸氢鞍液氨等.5产品规格与质量指标本次设计的产品质量标准按照GB5761-93悬浮法生产的通用聚氯乙烯树脂标 准生产的聚氯乙烯树脂属SG-5型，其主要技术标准要求：表3主要技术标准要求笫四章物料衡算1聚合釜物料衡算M4聚合釜物料平衡关系图如下：M2M8M7M6M9MlM5M3聚合釜M2图1聚合釜物料平衡关系图进入聚合釜内VC单体Ml二19641. 46kg去离子水的质量 M2

31、 二 19641. 46X1. 4/0. 9017X1. 06 二 32325. 53kg/B引发剂的质量M3=19. 64kg/B终止剂的质量M4二1. 96kg/B调节剂的质量M5二1. 96kg/B防粘釜剂的质量M6=19. 64 kg/B分散剂的质量M7=39. 28 kg/B二次用水的质量M8二1050 kg/BM1+M2+M3+.+M8 二 53099. 47 kg/B所生成的聚合物质量：19641. 46X9095X99%二 17500. 54 kg/B损失 PVC 的质量：M 损二 19641. 46X90%XI%二 176. 77kg/B聚合物的混合溶液M9二M（未转化的PV

32、C）+M2+M3+.+M8+17500.54=53099. 47 kg/B对聚合釜作全物料衡算得：M1+M2+M3+.+M8 二 M9+ M 损说明讣算结果是正确的。计算结果整理成表得：表4汁算结果整理2出料槽物料衡算图2出料槽物料出料槽中损失的 PVC 量为 M 损=19641. 46X90%X 1%=176. 77 kg/B因此出料槽中含 PVC 量为 17500. 54-176. 77=17323. 77 kg/B由于出料槽中VCM含量为456. 3ppm,过出料中VCM的量为：17323. 77X456. 3X10-6=7. 90kg/B因此回收的 VCM 量 M10 二 1964.

33、15-7. 90=1956. 25 kg/B聚合物混合溶液Mil包括分散剂等：82.48kg 水：33375.53kg VC 单体：7.90kgPVC:17323. 77kg合计 Ml 1=50789. 68kg对出料槽做总物料衡算：M9 二 M10+M11+M 损二 52922. 70kg说明物料衡算结果是正确的。计算结果整理成表得：表5计算结果整理3汽提塔物料衡算从这一步开始到筛分包装为连续过程，因此，计算标准相应的转换为千克/小 时。根据全年的生产任务和生产时间可以求出：每小时生产的PVC量为：12X107/(300X24) =16666. 67kg/h产品中的含水量为0. 3%,折合绝

34、干树脂含量为：16666. 67X0. 997=16616. 67kg/h考虑到聚合釜内PVC的损失，则进入汽提塔内绝干树脂量为：16616. 67/0. 94X0. 98=17323. 76kg/h 以17323. 76kg/h为基准求出汽提塔进料中其他各组分相应的量：因此进入汽提塔内的水量为：33375. 53X17323. 76/17323. 77=33375. 51kg/h进入汽提塔内的分散剂等为：82. 48X17323. 76/17323. 77=82. 48kg/h进入汽提塔内的VC单体为：90X17323. 76/17323. 77=7. 90kg/h损失的 PVC 的量为:1

35、6616. 67/0. 94X0. 01=176. 77kg/h故出料中含 PVC 量为：17323. 76-176. 77=5001. 2kg/h已知出料中VCM含量为13. 6ppm，故出料中含PVC的量为：17146. 99X13.6X10-6=0. 23320kg/h求蒸汽冷凝量M13条件：进入汽提塔内的物料初始温度为66C，汽提塔内压强为0.06MP&,在此压 强下水的沸点为86C,潜热为2293. 9kj/kg，水蒸气的比热容A向蒸汽的扩散能山蒸 汽的潜热和显热提供，而且单体的扩散能为71kj/mol,假定在塔内有35%蒸汽冷凝， 其余在塔顶)令凝。则物料升温所需热量衡算表如下：表

36、6物料升温所需热量衡算吸收的热量：水：33375. 51X4. 2X 14=1962479. 99kj/hVC:7. 90X0. 848X 14=93. 79kj/hPVC: 17323. 76X1. 764X14=427827. 58kj/h乂因为单体的扩散能为：(7 90-0. 23320) /62. 5X10-3X71=8709. 48kj/h故所需的总热量：Q 总二 1962479. 99+93. 79+427827. 58+8709. 48 二 2399110. 84kj/h设汽的流量为V,则Q 总二 2. 31 (142-86) V+0. 35VX2293. 9=2399110.

37、84kj/h故得 V 二 2573. 53kg/h讣算结果整理成表得：表7计算结果整理4离心部分物料衡算离心操作中 PVC 的损失量为:16616. 67/0. 94X0. 01=176. 77kg/h离心脱水后的湿物料中仍含有20%的水分，则含水量为：(17146. 77-176. 77) X0. 2/0. 8=4242. 56kg/h计算结果整理成表得：表8结果整理5气流干燥部分物料衡算气流干燥损失的 PVC 量为：16616.67/0.94 X 0. 005=88. 39kg/h则出料 PVC 量为：16970. 22-88. 39 二 16881. 83kg/h已只气流干燥后的含水量为

38、5%,则含水量为：16881. 83X0. 05/0. 95=888. 52kg/h整理计算结果得：表9计算结果4. 6沸腾干燥部分物料衡算PVC 损失量为：16616. 67/0. 94X0. 005 二 88. 39kg/h所以出料的 PVC 量为：16881. 83-88. 39=16793. 44kg/h出料物料中含水量为：16793. 44X 0. 003/0. 997 二 50. 53kg/h整理计算结果得：表10沸腾干燥部分物料衡算7筛分包装部分物料衡算绝干PVC损失量为：16616. 67/0. 94X0. 01=176. 77kg/h则包装入库的绝干PVC树脂量为：16793

39、. 44-176. 77=16616. 67kg/h随着PVC树脂损失的相应的水的量为：176. 77X0. 003/0. 997=0. 5319kg/h整理讣算结果得：表11筛分包装部分物料衡算4. 8物料衡算总平衡聚合釜及出料槽属于间歇操作，计算标准为kg/B,由前面计算结果可知：投入 VC单体的量为19641. 46kg/B,经过聚合釜及出料槽减压后的量为1964. 15kg/B，出料 为 7. 90kg/B, PVC 的总损失为 353. 54kg/B.由以上结果可得间歇部分物料总平衡表如下：表12物料衡算总平衡从气提开始一直到筛分包装都是连续操作，计算基准为kg/ho山前面的汁 算结

40、果可知，进入气提塔的VC的量为7. 90kg/h,进过气提后VC单体的量 降为0. 23320kg/h,气提塔内冷凝的水的总量为33375. 51+2573. 53=35949. 04kg/h，离心后母液含水总量为 31706. 48kg/h, PVC 损失总 量为 707. 09kg/ho整理可得连续操作部分总物料平衡表如下：表13总物料平衡整理以上结果，绘制物料平衡关系示意图如下：图3物料平衡关系示意图4. 9概念配方概念配方(此概念配方是一单体质量为基准的质量分数)表14概念配方 第五章热量衡算1反应体系升温过程的热量衡算升温阶段：升温阶段是物料III 25C加热至56. 2C,升温时间

41、是0. 5小时此阶段加热介质 为饱和蒸汽，压力为0. 4MPa,温度为142C。此阶段升温所需总热量是壶体及壶内物料升温达到聚合条件所消耗的热量。即 Q1+Q2+Q3 二 Q4其中Q1水升温数所需的热量(山于分散剂等含量甚微，故并入水中一起计 算)。Q2VC单体升温所需的热量。Q3釜体升温所需的热量。Q1蒸汽所提供的热量。已知条件如下表：表15已知条件计算如下：Q1：无离子水(分散剂等)升温消耗热量Ql=qmlCplAt=3232o. 53/0. 5X4. 2X (56. 2-25) =8. 47X106kj/hQ2:单体升温消耗的热量Q2 二 qm2Cp2At=19641. 46/0. 5X

42、0. 848 X (56. 2-25) =1. 04 X 106kj/hQ3:聚合壶升温消耗热量Q3= qm3Cp3At=6600/0. 5X0. 504X (56. 2-25) =2. 08X105kj/hQ4:蒸汽所提供能量Q4 二 Q1+Q2+Q3=8. 47X106 kj/h +1.04X106 kj/h +2. 08X105kj/h二 9. 72X106 kj/h恒温反应阶段:（1）求总传热系数K总传质系数K的倒数称为总热阻与分热阻有以下关系：l/K=l/al+l/a2 +Sd/ Xa 1、a 2分别代表釜内壁和釜外液膜给热系数w/m2k代表釜壁导热部分的热阻，其中为厚度，为导热率。

43、对于搅拌釜内壁给热系数可用下列准数方程计算：式中D为釜内径，d为搅拌叶直径，为密度，为粘度，（为搅拌雷诺数，为导 热率，c为比热容，名为重力因子，（3600/为普兰特准数，为近壁处粘度，系数c 为常数，国产48釜经实验标核c二0. 5,将D二3m, d二1212mm,流体被冷 却 时，（=9.5代入以上数据得：对于釜外壁给热系数，采用夹套内装设螺旋导流板。可由以下准数方程计算：式中为螺距的当量直径，R为弯曲半径，因釜径较大，一般校正因子的数据不大，因此可以取1.05, 乂因为水的导热系数，螺距=0. 55,水的普兰特数，水的流速，故代入以上数据得：山于缝隙泄露一般的实测值约为计算值的80%,因

44、此对于国产48不锈钢聚合釜而言，其釜壁热阻一般为,故总传热系数为：山物料衡算可知：VC的每批投料量，总转化率，反应时间，高峰时反应速率 是平均反应速率的1.5倍，聚合反应热,反应温度，总传热系数，冷却水的进口温度，冷却水出口温度差为，贝9：氯乙烯的相对分子质量，平均反应速率：故平均热负荷.令最大热负荷与平均热负荷之比等于热负荷分布指数，查聚氯乙烯工艺学，对于本聚合反应取，故，乂因为对数平均温差：，总传热面积：，最大水流量为，贝9，故。对于48不锈钢聚合釜，其夹套传热面积小于79. 72,因此此传热面积不满足要 求，需要增加内冷管，查的型号为的内冷管每根的传热面积为0.25375,所以需要增 加

45、的内冷管数为：根整理以上结果得：表16反应过程热量数据2汽提塔热量衡算料浆从气提塔上部进入，下部通入蒸汽进行气提，VCM通过扩散的方式进入 蒸汽，并与蒸汽逸出，蒸汽在塔顶冷凝，VCM则进入回收系统。料浆从气提他上 部进入，下部通蒸汽进行气提，VCM通过扩散的方式进入蒸汽，并与蒸汽逸出， 蒸汽在塔顶冷凝，VCM进入回收系统。进入气体塔内的物料初始温度为66C,气体 塔内压强为0. 06Mpa，再次压强下水的沸点为86C,潜热为2293. 9kj/kg，水蒸汽的比热 容Cp二2.3 lk j/(kg. C)。进入气提塔蒸气的初始温度为142C,物料的升温以及VC 单体向蒸气的扩散能由气的潜热和显热

46、提供，而且单体的扩散能为71kj/mol,假定在 塔内有35%的蒸气)令凝，其余在塔 顶)令凝。又因为单体的扩散能为：(7. 90-0. 23320)/ (62.5X0. 001)X71=8709. 48kj/h故所需的总热量Q 总=1962479. 99+93. 79+427827. 58+8709. 48 二 2399110. 84kj/h设蒸气的流量为V,则：Q总=2.31 (142-86)V+0. 35VX2293. 9=2399110. 84kj/h故得 V 二 2573. 53kg/h3列管式换热器热量衡算在 0. 06MPa 下)令凝水蒸气，)令凝量 wl 二 2573. 53X

47、0. 64/3600 二 0. 46kg/s冷凝温度T二86C，冷凝潜热r=2293. 9kj/kg，用冷水进行冷凝，冷凝水的入口 温度为20C,出口温度为28CO热负荷：Q=wlr=0. 46X2293. 9=1055. 19kw水耗量：w2=Q/Cp(t2-tl)=1055. 19/4. 18(28-20)=31. 55kg/s平均温差：伽二(86-20) - (86-28)/In (86-20)/ (86-28) 61. 91C对于列管式换热器中总传热系数K的经验值，肖汽流体为水，热流体为蒸气 时，K在1420-4250w. m-2C-l范围内取K=2800 w.m-2C-l,估计传热面

48、积S 二 Q/(KAtm) =1055. 19X 103/(2800X61. 91)=6. 09m2从腐蚀性传热面积和价格三方面考虑后，选用f25X2.5mm无缝钢管，此管的 内径di二0.02m,综合考虑管内Re,管程压降及单程管数三方面的因素，水的流束选 为u二1. 3m/s,故单程管数n/=w2/ (u. n/4XdiX p )二 4X31. 55/ (1.3X3. 14X0. 022X998) =78 根单程管长为 1 二 S/ (n/nd02) =3. 84/ (78X3. 14X0. 025) =0. 63所以选定换热器管长L=l. 0m,则管程数Np二1/1.0二1.00,取Np

49、=l，则总管数n 二 n/=78 根。5.4气流干燥塔热量衡算设计条件生产能力：干燥器每小时干燥湿物料16970. 22kgo空气状况：进预热器温度tO二15C, Ho二0. 0075kg 水/kg绝干空气，离开预热器tl=140C，离开干燥器t2=58Co物料状况：物料初湿含量wl二0.2，物料终湿含量w2=0. 05,物料进入干燥器的温度()1二15C，物料出干燥器时的温度0 2=50C,物料密度P S二1400kg/m3,绝干物料比热Cs二1.764kj/kg, C,颗粒平均直径d 二 0. 123mnu设计计算分蒸发量xl=wl/ (1-wl) =0. 2/(l-o. 2)=0. 25

50、x2= w2/ (l-w2) =0. 05/(1-0. 05)=0. 053Gc=16970. 22/3600=4. 71kg/ s,故w=Gc (xl-x2) =16970. 22 (0. 25-0. 053) =3343. 13kg/h=0. 93kg/s空气消耗量L气流干燥管中不补充加热，现干燥所需热量全部山预热器供给热量衡算得：Qp=L (11-10),由 tl=140C, Hl=0. 0075kg 水/kg 绝干气，查 H-I 图得：Il=160kj/kg 绝干气，tw 二 40C，由 tO=15C, H0 二 0. 0073kg 水/kg 绝干气，查H-I图知10二34 kj/血绝

51、干气，物料离开干燥器时的比热为：Cm=Cs+Cwx2=l. 764+4. 2X0. 052=1. 99 kj/kg. C,所以，L (160-34) =1.01L (58-15) +0. 93 X (2490+1. 88 X 58)+4. 71X 1. 99X (50-15)得 L二 33. 25kg/s空气离开干燥器的湿度H2由物料衡算求得，即，L=w/(H2-H1)H2w/L+H0 二 0. 93/33. 25+0. 0075=0. 035干燥塔直径D采用等直径干燥塔根据经验取干燥管入口的空气速度u二20m/s，干燥塔直 径可用下列式计算D 二(4LVH/耳)1/2,当t=140C时，VH

52、= (2. 83X10-3+4. 56 X10-3H ) (t+273) = (2. 83 X 10-3+4. 56X 10-3X0. 0075) X (140+273)=1. 18m3/kgD 二(4X33. 25X1. 18/3. 14/20) 1/2 二 1. 58m(4)干燥塔高度Z干燥塔高度由下式计算，即Z二t (ug-uO),下面分别求出等号右边的三个参数，1、uO-沉降速度，叩&可用试差法求得，设Re二11000,即属于过渡流区， 则u0=4 ( P s- P ) gdl. 6/55. 5/ P /VO. 611/1.4,空气的物性，按绝干空气在平均温度tm 二(140+58)/

53、2二99C下查得：X =3. 21X10-5, vg=2. 313X10-5m2/s, P g=0. 946kg/m3,故，uO 二4X1400X (0. 125X10-3) 1.6X9.81/55.5X0. 946/ (2.313X10-5)0. 6 1/1. 4=0. 48m/s校核，Re 二 d uO/ vg=O. 125X 10-3X0. 48/2. 313 X 10-5=2. 594,可知 Re 范 围正 确，uO二0. 48m/s即为所求。2、ug一空气速度应为平均速度下的温度，ug二20X (273+99) /(273+140) =18. 01m/s3、停留时间，物料在此时间内完

54、成热量传递，故T=Q/(asAt),其中s为每秒进 料具有的总面积。Vh -标准状态下湿空气的比体积流量n)3/h ,Va -表面风速m/s因标准状况下湿空气的比体积为(0.773+1. 244X0. 0075)m3/kg,所以受风面Aa 二 63797. 24 X (0. 773+1. 244X0. 0075)/3600/5. 5=2. 52m2根据受风面积及排管形式山表选择合适的翅片式空气加热器查得，用s- 4R-24- 7&而S-4R-24-78中单排管数为3,散热面积为58. dm2,通风净面积为0. 936m2o4、计算翅片式空气加热器加热湿空气所需的热量Q=LCH(tl-tO) =

55、63797. 24X (1.01+1.88X0. 0075) X (100-15) =1543kw5、计算翅片式空气加热器的传热系数对于S型翅片式加热器，采用蒸汽加热空气的情况，其总传热系数讣算式为K 二 0. 01977G0. 608式中K-总传热系数，kw./m2, kG-湿空气质量流速，kg/m2, s总传热系数修正系数Af-通风净面积G=L (1+H0) / Af,其中通风净面积Af=O. 936m2,查得4R型排管的传热系 数修正 系数为 094,所以 G=63797. 24X (1+0. 0075)/0. 936/3600 二 19. 08kg/m2. sK 二 0. 01977X

56、19. 080. 608X0. 94=0. 112kw/(m2, k)6、计算传热推动力At =155- (100+15) /2 二 97. 5C7、校核传热面积是否满足要求湿空气在翅片式空气加热器中从15C预热到100C,所需的传热面积A 需二 Q/ (KAt) =1543/ (0. 112X97.5) =141. 30m2,而两台 S-4R-24-78 型翅片式 空气加热器的传热面积为58. 5X3二175. 5 m2141. 30m2,满足传热面积 的要求.s=6XGc/ (dP ) =6X3. 14/ (0. 125X10-3X1400) =161. 49m2/sAtm =(tl- 0

57、 l)-(t2- 0 2)/ln(tl-0 1 )/(t2- 0 2) =(140-15)-(58-50)/ln(140-15)/(58-50)二 42. 56C乂 a 二(2+0. 54ReO. 5)入仙 二(2+0. 54X2. 5940. 5) X3. 21X10-5/(0. 125X10-3)二 0. 74kw/(m2. C)且Q=w X r+Gc (Cs+Cwxl) (tw- 0 1) +GcCm2 (0 2tw)=0. 93X2419+4. 71X (1.764+4.2X0. 25) X (40-15)+4. 71X 1. 99 X (50- 40)=2674. 75kw所以 丁

58、=2674. 75/(0. 74X161. 49X42. 56)=0. 53s,故干燥管的高度为Z=0. 53X (18.01-0. 48) =9. 29m笫六章聚合反应釜选型1聚合过程的影响因素氯乙烯悬浮聚合过程具有非均相自山基连锁反应机理，其链终止是以长链自 山 基向单体链转移为主要形式，致使聚氯乙烯树脂的平均分子量与引发剂用量和转化 率基本无关，仅决定于反应的温度.而氯乙烯在聚合反应过程中，会释放大量热，每 聚合lKg氯乙烯释放出1507KJ的热量，这部分热量必须山夹套或内冷管中的冷却水 及时的移走因此说，聚合釜传热能力的大小，不仅影响到反应温度的控 制以及产 品的分子量(大小和分布).

59、而且影响到聚合反应的时间以及生产能力.要加快釜的传热速率以提高生产能力，可以提高传热系数，增加总传热面积和 降低水温以扩大温差三方面来解决.山于釜夹套面积已定，釜容量愈大其单位容积传 热面(F/V)就相对减小，过多内冷管的设置乂影响到清釜操作和搅拌效果，因此提高F 就受到了限制.水温方面则山于增加制冷费用，以及过低璧温对产品质量的不利影响， 而仅在超大型釜中被采用.所以提高总传热系数K的办法，成为LI前聚合釜保证生 产能力的主要措施之一.由于设计任务量大，需要用多台反应器，为了便于设备的设计和制造，降低设备费用，可取每个反应器的体积相同，对于此反应可选用国产不锈钢聚合釜，因此 以下确定需要反应

60、釜的个数.日产量：Wd=12X 107=4. OX 105kg/d生产周期：T = T R+ T a式中T 一一个生产周期的时间，h；T R一反应所需的时间，h：Td投料、出料、升温等辅助操作时间，ho对于本反应，T R二4. 5h, T a二2h, T二6. 5h,装料系数二VR/VT,式中VR一反 应液体体积，m3,此搅拌壶反应器没有起泡式沸腾时，=0. 8o讣算反应器体积及台数VR=WdX170. 27X T/ ( pmX24X70)=4. OX 105X 170. 27X6. 5/(962X24X70)二 273. 92m3所以 VT=VR/ 4=273. 92/0. 8=342. 4