年产5万吨PVC糊树脂工艺流程设计

1、学号设计题学院课程计（论文任务书教研室学生姓专业（级）年产 5 吨 树脂工艺流程设计设计技术参数设计要求工作量工作计划1、PVC 年产量 5 吨；2、采用乳液种子聚合方法制备；3、聚合工艺采用间歇操作过程；4、总转化率 99%。1、设计说明书以 纸输出，字数 600。2、工艺流程图采用 1 号图纸手工绘制括主要工艺流程要控制点及主要设备。 思路新颖，布置合理，设备选择正确，绘制规范以国标为准。1、设计说明书一份（流程设计和物料衡算为主迹工整、格式规范、内容完整、 有理有据的课程设计说明书，将自己的设计过程和结果充分表达出来。2、带控制点的 PVC 糊树脂生产工艺流程图一张。 课程设计动员，指导

2、教师下达课程设计任务书。指导教师介绍课程设计的基本 思路和方法。1.5 学生查阅有关资料，制定设计进度计划。设计计算、论证、绘图。编写 设计说明书初稿，审核、校对、编写设计说明书。1.6学生上交设计说明书和图纸，指导教师批阅，评定成绩，写出设计总结。参考资料1、陈昀 聚合物合成工艺设计 北京 化学工业出版社 2004 2、张洋 聚合物合成工艺设计基础 北京 化学工业出版社 3、赵德仁等高聚物合成工艺学 北京化学工业出版社.4、倪进方等化工设计东理工大学出版社1981指导老签字教研室任签字2012 年 月 4 日年产 5 吨 PVC 树脂工艺流程设计摘要本文是关于年产 5 万吨 糊树脂工艺流程设

3、计讲述了 PVC 的发展进程和目前状况， 以及 PVC 糊树脂制备方法、配方、设备原料等；然后分析了物料平衡示意图；然后讲述了种子 乳液聚合生产聚氯乙烯糊树脂的原理指出了工艺过程中需要注意的问题质量影响因素， 工艺条件及合成工艺中的各种助剂选择本文其中主要讲述了物料衡算对设备选型也做了简要 的介绍。最后根据计算结果绘制物料平衡表并画出流程图。关词 ，树 物衡 ，子合目录摘要 . I1 绪论 . 错误!未定书签。1.1 概述 . 错误未定义书签1.2 树脂制备方 . 微悬浮法 . 乳液法 . 1 混合法 . 11.3 配方 . 11.4 设备选择 . 1.5 原料及产品性能 . 2 物料平衡关系

4、示意图 . 3 种子乳液聚合生产聚氯乙烯糊树脂的原理 . 3.1 氯乙烯聚合反应机理 . 43.2 氯乙烯种子乳液聚合成粒机理 . 54 相关数据资料 . 5 投料流量 . 66 物料衡算（仅考虑参与反应物质，催化剂以及杂质计算忽略） . 7 编写物料平衡表，绘制物料流程图 . 108 设备选型.118.1 设备的选择 .118.2 主要设备选择 . 12总结 . 13参考文献 . 14111.2 糊树脂制备方法中国糊 脂生产工艺路线有两种一是采用电石为原料工艺路线占总产量的 ； 二是采用 VCMEDC 原料工艺路线占总产量的 糊 脂生产基本采用 VCM、 EDC 为原料工艺路线。 树脂工艺路

5、线主要有微悬浮聚合法、乳液聚合法和混合聚合法三 种方法。 微悬浮法微悬浮聚合是制得 糊树脂较新的一种方法，早在 20 世纪 60 年代中期已工业化。其流 程是：先将部分 VCM(5%)机械均化的方法制成稳定的乳状（粒径在 1.0m 左右），然后进行 聚合（必须选用油溶性的引发剂）。用这种方法生产的 PVC 糊树脂的流动性优良，乳化剂用量 少树脂的热稳定性和抗水性均得到了改善该生产工艺需特别注意以下几个影响因素选用合 适的复合乳化剂和颗粒改良剂体系；聚合体系组分的均化；搅拌速度；水与单体之比恰当。 乳液法乳液聚合配方主要有 VCM 、水、水溶性引发剂和乳化剂。乳液聚合对搅拌要求很严格， 引发作用

6、是在水相中进行的，通常使用的引发剂是水溶性过硫酸盐。一般情况下，乳液聚合 得到的乳胶粒径小于 0.2m 为了达到增大乳胶粒径的目的，开发了乳液种子聚合法，使乳 胶粒径增大到 1.0m 左右。在乳液聚合中，如果有已生成的高聚合物乳胶存在，控制物料配 比和条件，原则上 VCM 仅在已生成的乳胶粒子上聚合，而不再形成新的粒子；这种已生成 的高聚物乳胶就好像晶种，因此称为 乳液种子聚合 液聚合中乳化剂很重要，所用数 量决定了引发剂的粒子数， 对最终的胶乳粒子的大小起了主要作用。 特别在进行种子生成 时，采用高引发速率和低浓度乳化剂进行生产，能使胶乳微粒尺寸分布变窄。 混合法混合法 PVC 糊树脂生产工

7、艺主要是集乳液聚合和微悬浮聚合于一体，在整个反应过程中要加入经过乳液聚合后的种子和其他乳化剂、引发剂、各种助剂及VCM 一起参与反应。混合法用 和 混合直链醇与十二烷基硫酸钠或月桂酸胺组成乳化剂形成微小乳液， 聚合反应主要在微滴中进行。乳液聚合后加入种子使整个粒径成为双峰分布。本设计采用乳液种子聚合法制备 PVC 糊树脂。1.3 配方溶剂：水单体：氯乙烯纯度 99.98% 以上乳化剂乳化剂是可使互不相容的油与水转变成难以分层的乳液的一类物质化剂通常 是一些亲水的极性基团和疏水（亲油）的非极性基团两者性质兼有的表面活性剂。1引发体系：引发体系主要是油溶性或水溶性引发剂。油溶性引发剂主要有偶氮引发

8、剂和 过氧类引发剂，偶氮类引发剂有偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、偶氮二环己 基甲腈偶氮二异丁酸二甲酯引发剂等， 溶性引发剂主要有过硫酸盐、 氧化还原引发体系、 偶氮二异丁脒盐酸盐（ V-50 发剂偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（ VA-044 发剂偶氮二 异丁咪唑啉（ VA061 发剂偶氮二氰基戊酸引发剂等。1.4 设备选择聚合釜容积：工业化大生产使用问歇悬浮法聚合釜容量一般为60107 立方米。我国已开发出 立方米聚合釜，样机已在锦西化工机械厂研制成功。本设计采用 采用微机控制，提高了批次之间树脂质量的稳定性，且消耗定额低。76 立聚合釜。传热方式：传热能力直接影响着聚合反应的速度和生成

9、物的质量，也影响着产量。在 大型聚合釜上，国外采用了体外回流冷凝器，体内增设内冷管等除热手段。近几年，美国古 德里奇公司又研制出一种薄不锈钢衬里聚合釜， 以便提高釜壁的传热能力， 为使薄壁能承受反应压力， 在不锈钢衬里与聚合釜套之间安装了支撑内衬套的加强筋， 高了聚合釜传热效率，且有较好的承压能力 9 。这种釜的结构大大提搅拌方式：搅拌能力是聚合釜的关键技术指标之一，搅拌能力直接影响着传质、传热 及树脂的粒态分布，最终影响产品的质量，而不同的工艺方法对搅拌的要求又不尽相同。过 去 PVC 聚合釜大都采用平桨和折叶桨，搅拌效果不甚理想。随着搅拌技术的不断进步及搅拌试验手段的不断提高，使我们有条件

10、为 釜配备更理想的搅拌器。大量的搅拌实验研究证明，三叶后掠式搅拌器的传质效果好，循环和剪切性能均适合于 因此，本设计在 PVC 生产中采用三叶后掠式搅拌器。 生产的需要，干燥机：干燥器发展迅速，主要有 种方 ,即流干燥和流态化干燥。我国 工业化生产最初主要用的是气流干燥器, 但是随着聚合工艺技术的发展, 聚合生产能力提高 ,树脂产品也朝着疏松型发展 , 气流干燥器从生产能力和干燥效果等方面已经不能满足生产 的需 ,后发展到气流干燥 , 沸腾床干燥器和冷风冷却 3 干燥技术样动力消耗大 产 品质量不是很好。目前主要用的是旋风干燥器和卧式内加热流化床。旋风干燥器结构简, 投资 较少, 目前很多装置

11、都在用。卧式内加热流化床综合能耗比旋风干燥器要低 , 主要有多室沸腾床 和两段沸腾床 种但在生产中发现多室沸腾床的花板容易漏料, 不同牌号切换时比较麻烦, 且 生产能力有限。两段流化床改进 , 操作稳定性好 , 易于产品牌号的切 生床的花板产能力较 大。本设计中采用卧式内加热流化床。离心机：对浆料进行离心脱水，得到含水量 25%聚氯乙烯。 生产过程中需要大量 的逻辑判断和离散控制，因此本设计采用二位式控制组件，如通 断式二位开关阀控制各种物料 的传输，和二位控制的电机和泵机。2气体塔汽提技术及设备也有改进汽提塔朝着节能高效的方向发展现在常用的汽提塔 主要有溢流堰筛板塔和无堰筛板塔, 有堰筛板塔

12、传质传热仅在筛板上进行 , 在板间移动时只有传 热没有传质, 而无堰筛板塔在塔内一直都在传质 目前传热。因此无堰筛板塔效率高于有溢流堰 的塔，无堰筛板塔的塔盘设计也逐渐合理科学 , 塔盘的厚度 开孔率在实践中逐渐优 并被 纳入设计体系中多无堰筛板塔塔盘是整体装卸的, 随着生产能力的提高, 设备 整体装卸很不 方便 , 目前 生产能力较大的的增大汽提塔的塔 , 可以采用可拆卸式的塔盘。汽提塔的塔顶操 作压力也逐渐从微正压操作向微负压操作发展 , 使得塔顶物料沸腾温度低, 节约了蒸汽却提高了 单体脱出效率。为了强化汽提效 , 浆料经过汽提后利用重力作用进入闪蒸 , 进一步汽提 降 温。因此，本设计

13、采用无堰筛板塔。1.5 原料及产品性能氯乙烯： CH2=CHCl 分子量 ，无色易液化的气体。液体的密度 0.912lg/cm3 。沸 -13.9 。凝固点 。自燃点 472 。临界温度 142 。临界压力 。难溶于水， 溶于乙醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷。易聚合，能与丁二烯、乙烯、丙烯、内烯腈、醋酸乙烯、两烯酸酯和马来酸酯等共聚。能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限 高温有燃烧爆炸的危险。3.6-26.4 。遇明火、无空气和水分的纯氯乙烯很稳定，对碳钢无腐蚀作用。有氧存在时，氯乙烯过氧化物，它可 与水生成盐酸从而腐蚀设备，过氧化物还可以使氯乙烯产生自聚作用。长距离 运输时应加入阻 聚剂氢醌。2 物

14、料平衡关系示意图图 1 为氯乙烯糊树脂生产物料平衡关系示意图33 种子乳液聚合生产聚氯乙烯糊树脂的原理3.1 氯乙烯聚合反应机理氯乙烯乳液聚合属于游离基引发加聚反应，其反应是为：聚合反应活性中心是游离基，其基元反应如下。链引发。引发分解产生游离基：游离基生成后如与胶束中的氯乙烯分子碰撞激发氯乙烯双键上电子之分离成两个独 立的 p 电子，并与其中的一个 电子结合生成单体游离基：b连增长。单体游离基也很活泼，当与其他氯乙烯分子碰撞时，则生成低聚物基团：c连转移剂终止。活性链与引发剂又立即相碰，彼此活性消失而终止：向单体转移：向高聚物转移：4偶和终止：歧化终止：3.2 氯乙烯种子乳液聚合成粒机理种子

15、的制备经过五个过程引发反应开始前乳化剂和氯乙烯单体平衡分算于水相中， 氯乙烯进入乳化剂胶束中，氯乙烯液滴被乳化剂包围）引发剂加入后。引发剂游离基在水 相中产生，乳化剂胶束中的 VCM 与游离基反应生成低聚合物。同时， 液滴不断的向水相 平衡扩散，生成的低聚物基团在于 反应，逐渐增长成较大的分子）低聚物连续不断 的增长成为不溶于水的聚合物基团聚合物基团在水中沉淀被吸进由乳化剂保护的 PVC 子， 聚合物基团在 粒子表面增长，使 PVC 粒越来越大，聚合物基团成为了聚合物）随 着氯乙烯粒子液滴不断分散于水相最终氯乙烯液滴消失水相中未反应的氯乙烯继续在乳化剂 胶粒中与引发剂游离基反应）氯乙烯被聚合后

16、全部消失，形成聚氯乙烯粒子被乳化剂覆盖 着，聚合反应结束。经过上述种子形成后在第二代和第三代种子聚合中严格控制乳化剂单体加料速度使单 体存在已生成的乳胶微粒上像“滚雪球”般的聚合产生新的粒子仅增加原来乳胶的体积。4 相关数据资料生产规模：PVC 年产量（生产能力 万吨/年生产时间：年工作日： 天/5表 1 技术指标项目内容聚合温度 单体转化率技术指标480.598%项目内容聚合物度技指标1.4g/cm3产品配比（ 质 量比）一代种子二代种子三代种子单体：水：:乳化剂：引发=：0.1 单体：水：:乳化剂：引发=：0.1 单体：水：:乳化剂 ：150：0.25 投料流量按年工作日 天，PVC 产量

17、 5 吨，生产过程中损失 2%算，丙烯腈小时产量为每批应生产聚合物数量=5 4 3 300 0.98kg a. 引发剂全部结合到聚合物中，切单体与引发剂质量比=：0.1b. 单体转化率为 98% 产品粒径：5 二代种子粒径：0.3 一代种子粒径：1 d. 聚氯乙烯分子量 2.0 x1054 1 1一个乳胶粒子的体积 ) 3 cm33 6 6种子个 42517.01 1.4 6.54 20个一代种子质 201 6=340.13kg.1二代种子质 20 =9183.50kg.6原料投料量：A 一代种子VCM 340.13 346.72 kg .BK S O 0.35 C H OSO Na 25 3

18、 0.6kg B 2 520.08kgB 二代种子二代种子增加重量= B6VCM 0.98kg.BK S O 8843.37 0.1100.1 0.98 kg BC H OSO 25 39014.83 0.3 . 29014.83 kg 代种子VCM 9183.500.98 kgBC H 334013.79 0.268.03 BH O 34013.79 51020.69 kg.B6 物料衡算（仅考虑参与反应物质，催化剂以及杂质计算忽略）MM MV101MM5a.V101M : VCM B 1M ： H O 520.08kg. 2 M ： S kg 2 M H Na kg .B M ： M 86

19、9.23 kg .B 1 3 7MMM5M10MMb.V102M 869.23. MVCM 9014.83 .M7 O 13522.25kg . M8 S O B M9C H Na 27.04 B 3M10M M M 23442.37 .B 6 7 9M13M1000M14M11M12c.V103 分三个小釜，进料有总泵分三股进料，且每釜条件完全一样。由于进料出料比较复杂，本 计算只把它们当作一整体来进行计算。计算数据如下：M 23442.37kg.B MVCM 34013.79 kg .BM O 51020.69kg 2MC H Na kg B 3M M M M 108544.88 . 12

20、 138M16M15M14d.T101M 108544.88kg MH O 13522.25 65063.02 .B 2MM kg 整理并核算计算结果由物料守恒定律有：M M M M M M1 3 4 8 9 13346.72 9014.83 13522.25 27.04 34013.79 51020.69 kg .M 65063.02 43481.86 108544.88 . 16说明整个工序的物料衡算是正确的97 编写物料平衡表，绘制物料流程图表 物料平表（ kg/B-1） C12H25OSO3一代种子质量二种子质量三种质 量合计M1M2M3M4M5 340.13M69014.83M713

21、522.2M8M9 187.23 14042.3 9183.509014.8351020.6 867.51 65063.0 65063.0 867.51 0.19 97.15 108 设备选型8.1 设备的选择 聚合釜容积工业化大生产使用问歇悬浮法聚合釜容量一般为 立方米我国已开 发出 70 立方米聚合釜样机已在锦西化工机械厂研制成功本设计采用 76 立聚合釜采用微机 控制，提高了批次之间树脂质量的稳定性，且消耗定额低。传热方式： 传热能力直接影响着聚合反应的速度和生成物的质量，也影响着产量。在大 型聚合釜上，国外采用了体外回流冷凝器，体内增设内冷管等除热手段。近几年，美国古德里奇 公司又研制

22、出一种薄不锈钢衬里聚合釜，以便提高釜壁的传热能力，为使薄壁能承受反应压力， 在不锈钢衬里与聚合釜套之间安装了支撑内衬套的加强筋种釜的结构大大提高了聚合釜传热 效率，且有较好的承压能力。搅拌方式 ： 搅拌能力是聚合釜的关键技术指标之一搅拌能力直接影响着传质传热及 树脂的粒态分布最终影响产品的质量而不同的工艺方法对搅拌的要求又不尽相同过去PVC 聚合釜大都采用平桨和折叶桨搅拌效果不甚理想着搅拌技术的不断进步及搅拌试验手段的 不断提高使我们有条件为 釜配备更理想的搅拌器大量的搅拌实验研究证明三叶后掠式 搅拌器的传质效果好循环和剪切性能均适合于 生产的需要因此本设计在 PVC 生产中采 用三叶后掠式搅

23、拌器。干燥机： 干燥器发展迅速，主要 2 种方式, 即气流干燥和流态化干燥。我国 PVC 工业 化生产最初主要用的是气流干燥器,但是随着聚合工艺技术的发展 聚合生产能力提高, 树脂产 品也朝着疏松型发展, 气流干燥器从生产能力和干燥效果等方面已经不能满足生产的需要 ,来 发展到气流干燥器, 沸腾床干燥器和冷风冷却 3 段干燥技术这样动力消耗大, 产品质量不是 很好目前主要用的是旋风干燥器和卧式内加热流化床风干燥器结构简单 , 投资较少 目前 很多装置都在用式内加热流化床综合能耗比旋风干燥器要低 主要有多室沸腾床和两段沸腾 床 2 种。但在生产中发现多室沸腾床的花板容易漏料 , 不同牌号切换时比

24、较麻烦, 且生产能力 有限。两段流化床改进了, 操作稳定性好, 易于产品牌号的切换, 生床的花板产能力较大。本设计中采用卧式内加热流化床。离心机：对浆料进行离心脱水，得到含水量 的聚氯乙烯。PVC 生产过程中需要大量的 逻辑判断和离散控制，因此本设计采用二位式控制组件，如通 /断式二位开关阀控制各种物料的 传输，和二位控制的电机和泵机。气体塔汽提技术及设备也有改进汽提塔朝着节能高效的方向发展现在常用的汽提塔 主要有溢流堰筛板塔和无堰筛板塔 , 有堰筛板塔传质传热仅在筛板上进行 , 在板间移动时只有 传热没有传质, 而无堰筛板塔在塔内一直都在传质, 目前传热此无堰筛板塔效率高于有溢流 堰的塔堰筛

25、板塔的塔盘设计也逐渐合理科学化 塔盘的厚度, 开孔率在实践中逐渐优化, 并 被纳入设计体系中。很多无堰筛板塔塔盘是整体装卸的 , 随着生产能力的提高, 设备 整体装卸11很不方便, 目前, 生产能力较大的的增大汽提塔的塔盘, 可以采用可拆卸式的塔盘提塔的塔 顶操作压力也逐渐从微正压操作向微负压操作发展 使得塔顶物料沸腾温度 , 节约了蒸汽却 提高了单体脱出效率了强化汽提效果 浆料经过汽提后利用重力作用进入闪蒸罐 进一步汽 提, 降温。因此，本设计采用无堰筛板塔。8.2 主要设备选择表 反应釜选V103BV103C设备名称聚合釜聚合釜聚合釜设备规格1.28m3 12总结经过三周的查阅资料，精心设计和绘图，终于完成了设计任务，我有很多体会，设计生产车 间的确是一件非常不容易的事，厂房设计、生产工艺配方、设备生产能力、提高连续化、大型化 程度、提高劳动生产率、有关生产时间、合格率、废品率、回收率等的选用等问题。还要考虑降 低能源消耗，注意保护环境，和操作及维修保养方便等等经济性问题、车