年产3万吨PVC工艺与设备设计说明

.PAGE.《工艺与设备设计》课程设计说明书设计题目：年产3万吨PVC工艺与设备设计学校：大学姓名：张超专业：化学工程与工艺完成日期：20XX月日设计任务书设计题目设计年产3万吨PVC装置。操作条件油水比1：1.8,装料系数0.9。反应时间：6hr。聚合温度：60oC工作日生产时间:8000小时/a.厂址XX地区设计内容1.聚合配方的计算2消耗定额的确定3操作周期的确定4全车间主要物料衡算5主要设备物料衡算6、设备结构设计和选型7、其他设备的设计计算8、绘制生产工艺流程图目录1、年产3万吨PVC车间工艺设计方案简介32、工艺计算及主要设备设计32.1聚合配方的计算32.2引发剂用量计算42.3分散剂用量42.4其他助剂用量42.5配方计算汇总表52.6消耗定额的确定52.7操作周期的确定72.8全车间主要物料衡算73、设备结构设计和选型83.1聚合釜的选型和搅拌装置的设置83.2干燥器的选型93.3辅助设备的选型94.生产工艺流程图115、参考文献131、年产3万吨PVC车间工艺设计方案简介聚氯乙烯树脂〔PVC是我国重要的有机合成材料。其产品具有良好的物理性能和化学性能,广泛用于工业、建筑、农业、日用生活、包装、电力、公用事业等领域。本设计阐述了PVC的车间设计生产工艺流程、发展及其应用,对PVC树脂悬浮聚合生产工艺、干燥以及后处理进行了进行了探讨,从聚合车间工艺设计、设备结构和选型等方面进行初步设计。2、工艺计算及主要设备设计2.1聚合配方的计算XX地区平均气温是14.8℃,本设计选用的温度为15℃。聚合温度为选用国产33m3水油比为1:1.8装料系数0.9查得：15℃时ρ水=0.9913g/cm60℃时ρ水=0.9832g/cm2.2物料量的计算d=0.9471－0.001746t－0.00000324t215℃时dvcm=0.9471－0.001746×15－0.00000324×152=0.9202g/cm60℃时dvcm=0.9471－0.001746×60－0.00000324×602=0.8307g/cm设60℃时,需要V1体积的VCM,V2V1×0.8307/〔V2×0.9832=1：1.8V2＋V1=33×0.9=29.7V1=11.78V2=17.92实际15℃V1=11.78×0.8307／0.9202=10.6mV2=17.92×0.9832／0.9913=17.8m质量：Gvc=10.6×0.8307=8.805427T油水比为1：1.8总重：G=Gvc+G水=26.4502T2.2引发剂用量计算由InKp=B-A/T<其中A=4101.90,B=15.34>InKp=15.34-4101.90/<273.15+60>=3.0275Kp=20.65InKd=C-A/T<其中A=14615,C=43.00>=43.00-14615/<273.15+60>=-0.8691Kd=0.4193引发剂用量计算式：100n=Kp[τ0]×[te+1/Kd<e-Kdte-1>]其中n—转化率[τ0]—引发剂浓度mol/TPVCte—聚合用周期hrn=85%则85=20.65×[τ0][6+1/0.4193〔e-0.4193×6-1]总重量：G﹙τ0﹚=[τ0]×8.805427×248.2×10﹣3=2.45Kg2.3分散剂用量分散剂用量为单体的0.06%,用复合分散体系HPMC、PVA其中配方比为3:2助分散剂LL—02为单体重量的0.019%分散剂总重量G=8.805427×0.06%×103=5.44㎏其中HPMC重量=5.44×3/〔2+3=3.264㎏PVA重量=5.44×2/﹙2＋3﹚=0.96助分散剂LL—02重量=8.805427×0.019%×103=1.72㎏2.4其他助剂用量疏基乙醇8.805427×103×0.075%=0.66㎏十六醇8.805427×103×0.013%=1.14㎏双酚A8.805427×103×0.025%=2.20㎏有机锡8.805427×103×0.05%=8.30㎏G7-9酸锌8.805427×103×0.0055%=0.48㎏Na2S8.805427×103×0.021%=4.84㎏CaABS8.805427×103×0.056%=4.93㎏NH4HCO38.805427×103×0.22%=19.37㎏2.5配方计算汇总表表2-133m3聚合釜生产SG-5型树脂配方<15℃物料用量物料用量VCM10.6m双酚A2.2㎏软水17.92m有机锡8.3㎏HPMC3.264㎏G7-9酸锌0.48㎏PVA2.176㎏Na2S4.84㎏LL—021.72㎏CaABS4.93㎏疏基乙醇0.66㎏NH4HCO319.73㎏十六醇1.14㎏ZnPS0.34㎏注：CaABS在转化率为75%时。2.6消耗定额的确定〔1聚合釜的单位损失计算<以每釜计>单体投料量：8.805427T聚合温度：60℃确定在转化率为85%时料60℃ρH2O=0.9832T/mρVCM=0.8307T/m3ρPVC=1.391T/m3据天原厂经验,反应结束后余压压料至出料槽内,余压力为2㎏/cm3此时釜内剩余单体量为〔1+2×0.9672×13.5×103=0.082×n×<273.15+60>n=1.461×103molG剩=1.461×6.25×103/103=91.3㎏/釜设其他泄露及回收后精制等损失后回收量的7%,则VCM损失量为91.3×7%=6.4㎏/釜实际回收VCM量91.6-6.4=84.9㎏/釜〔2出料槽单体损失计算〔以每釜计根据XX电化厂数据,出料槽汽提后,浆料中含VCM量如下〔11.1934×10m3-91.3+300×210×10-6进入出料槽的单体量为：3.9569×103×〔1-85%－91.3=502.2㎏/釜回收单体量为502.2-2.3=499.9㎏/釜设其他泄露及回收精制等共损失7%,则其损失量为：499.9×7%=35.0㎏/釜实际回收VCM量为499.9-35=464.9㎏/釜聚合釜和出料两部分VCM总损失量为：6.4+35.0+2.3=43.7㎏/釜〔3干燥岗位树脂损失计算〔以成品绝干PVC为基准已知：旋风分离器回收尘效率为99%级,则损失量为：1015×〔1-0.99/0.992=0.104㎏/TPVC加上其他泄露确定冷风管损失PVC为1.3㎏/TPVC旋风分离器进入震动筛的树脂较少,约30%,但扣去其他泄露后,还要扣清床料,也定为1.1㎏/TPVC,则干燥岗位PVC损失总量为1.3+1.1=2.4㎏/TPVC.〔4其他设备PVC树脂损耗分配表3-2其他设备PVC树脂损耗分配设备釜损失原因损失量〔㎏/TPVC聚合釜粘釜,泡沫夹带1.5出料槽泡沫夹带,塑化片等1.2混合槽泡沫夹带0.7离心机母液夹带2.0筛分废次品14.0称量偏差1.0总计20.4全车间PVC总损失为：2.4+20.4=22.8㎏/TPVC聚合总效率为1/<1+22.8×10-3>=97.77%每釜可生产绝干树脂：8.805427×0.85×97.77%=7.318T以成品绝干PVC为基准,聚合单体损失为：43.7/7.318=6.0㎏/TPVC其中聚合釜损失为6.4/7.318=0.875㎏/TPVC出料槽：464.9/7.318=63.53㎏/TPVC单体消耗定额为：1000+5.7+22.8=1028.5㎏/TPVC=1.029TVC/TPVC2.7操作周期的确定表3-3操作周期的确定反应操作时间〔min反应操作时间〔min加水助剂15N2试压15加VC10冷搅拌30升温20反应6hr降温20出料10回收VCM20清釜10涂布等15小计8hr45min取整：操作周期为9hr2.8全车间主要物料衡算已知：生产能力：30000T生产时间：8000小时操作周期：9小时树脂含水量及挥发率：0.5%则：每釜可生产树脂7.318/〔1-0.5%=7.36T/釜每年可生产的釜数8000/9=889釜年产力7.36×889=6543.04T/Y完成年产30000TPVC所需釜数：30000/6543.04=4.59台〔圆整取5台全年投入聚合釜中的VCM量8.805427×5×889=39140.12T/Y全年回收VCM量〔84.9+464.9×10-3×5×899=2443,86T/Y全年VCM损失量43.7×10-3×5×889=194.25T/Y原料消耗量计算单体VCM39140.12-2443.86=36696.26T/Y聚合用软水17.92×0.9913×5×889=789614.41T/Y引发剂ABVN2.45×5×889×10-3=10.89T/Y分散剂总量5.44×5×889×10-3=24.175T/Y其中HPMC11.604T/YPVA7.716T/Y助分散剂LL-021.72×5×889×10-3=7.65T/Y疏基乙醇0.66×5×889×10-3=2.94/Y十六醇1.14×5×889×10-3=5.06/Y双酚A2.2×5×889×10-3=9.78/Y有机锡8.3×5×889×10-3=36.89T/YG7-9酸锌0.48×5×889×10-3=2.14T/YZnPS0.34×5×889×10-3=1.5T/YNa2S4.84×5×889×10-3=21.51T/YCaABS4.93×5×889×10-3=21.91T/YNH4HCO319.37×5×889×10-3=86.1T/Y3、设备结构设计和选型3.1聚合釜的选型和搅拌装置的设置选用我国33m3И聚合釜,材质是复合钢板,牌号16MnR+0Cr18Ni9,筒体厚度14+3〔3为不锈钢板。长径比为2.08,内设可拆卸管/式冷却管,共四根,外有Φ114×表3-1釜的参数V/m3F/m2F/Vm2/m3L直线mmD-minL/D33511.55540026002.083.2干燥器的选型〔1气流干燥管气流干燥速度：15m/s物料停留时间：1.2s〔2MST旋风干燥器物料停留时间：30min进料速度：500kg/h气流速度：5000m³床夹套温度：75℃旋风床内温度：46～70气流管进口风压：4～6Kpa3.3辅助设备的选型.料槽、混料槽选型出料槽体积为150m³,混料槽搅拌转速为50r/min离心机选型WG-800卧式刮刀卸料离心机,脱水后PVC树脂含水量20％～25％旋风分离器选型冷风管用旋风分离器二台风机选择气流干燥器用风机一台冷风管用风机一台槽类选择去离子水贮槽一个热水贮槽一个助剂计量槽一个去离子水计量槽一个单位计量槽一个单位贮槽一个泵类选择热水泵一台软水泵一台出料泵一台浆料泵两台进塔泵、出塔泵各一台汽提热水喷淋泵一台脱单体真空泵一台循环水泵一台3.3.7过滤器选择单体过滤器两台软水过滤器一台树脂过滤器两台空气过滤器一台其他设备选择加料小罐两个浆料换热器一台气提热水喷淋罐一个水气分离器两台螺旋输送器一台鼓风机一台一级、二级冷却器各一台沉淀槽一个引风机一台振动筛一台泡沫捕集器一台压缩机一台4.生产工艺流程图图4-1车间生产工艺流程图工艺流程图图解：脱盐水17、悬浮剂罐33、旋转干燥器稳定剂18、进料料斗34、空气加热器抗氧剂19、浆料罐35、袋式过滤器高压反应釜20、汽提塔进料泵36、空气过滤器稳定剂罐21、汽提塔37、鼓风机稳定剂泵22、冷凝器38、旋风分离器催化剂罐23、真空罐39、粉料料仓回流冷凝器24、真空泵40、聚氯乙烯产品催化剂25、传输泵41、去回收气柜10、催化剂泵26、旋转阀42、放空11、冷冻水27、搅拌器43、空气12、冷冻水回水28、离心进料罐44、氯乙烯单体13、浆料输送泵29、离心进料泵45、悬浮剂14、反应器搅拌釜30、离心分离器46、悬浮剂泵15、