聚氯乙烯生产概述

姓名（楷体四号）班级（宋体五号）［摘要］聚氯乙烯（PolyvinylChloride，简称PVC），是我国第一、世界第二大通用型合成树脂材料，聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成，可用于制作制服和专用保护设备的皮带，机场候机楼地面和其它场所的坚硬地面。利用挤出机可以挤成软管、电缆、电线等。本文对聚氯乙烯的研究，生产和应用进行了详细的概述，阐述了其在化学工业中的作用和地位。确定了聚氯乙烯的生产工艺，在确定聚氯乙烯生产工艺的基础上进行了物料衡算，热量衡算，设备选型等。介绍了悬浮法聚氯乙烯生产过程中聚合单元、单体回收单元和汽提干燥单元中的一些操作技巧。［关键词］聚氯乙烯（PVC） 氯乙烯物料衡算热量衡算聚合反应BriefintroductionoftheproductionofPVCplasticName（infour）

Class（infive）Abstract:Polyvinylchloride（PolyvinylChloride,referredtoasPVC）,isChina'sfirst,theworld'ssecondlargestgeneral-purposesyntheticresinmaterial,polyvinylchloridefromvinylchloridemonomerthroughfreeradicalpolymerization,whichcanbeusedformakinguniformsandspecialprotectionequipmentbelt,airportgroundandotherplacesofthehardground.Useoftheextrudercanbesqueezedintothehose,cable,wireetc..ThePVCresearch,productionandapplicationaresummarizedinthechemicalindustry,expoundstheroleandstatusof.DeterminationofPVCproductiontechnology,inthedeterminationofPVCproductionprocessonthebasisofthematerialbalance,heatbalance,equipmentselection.SuspensionPVCproductionprocesswereintroducedinpolymerizationunit,monomerrecoveryunitandstrippingdryingunitinsomeoperatingskills.Keywords:Polyvinylchloride（PVC）VinylchlorideMaterialbalanceHeatbalancecalculationPolymerization―、前言聚氯乙烯（PolyvinylChloride，简称PVC）树脂是由氯乙烯单体（VinylChloride，简称VC）聚合而成的热塑性高聚物，工业生产主要用悬浮法，浮液法，本体法和溶液法，以及衍生发展的微悬浮法等方法而实现。聚氯乙烯树脂是一种重要的塑料原料，是五大通用合成树脂之一，具有良好的物理和机械性能。聚氯乙烯树脂可以用于各种输水和排水管材、塑料门窗、护墙板、天花板、墙纸、楼梯扶手及各种装饰材料等；生产电子电器用品如电线、电缆、电气组件、家电外壳、插销、插座及接线盒等；聚氯乙烯还应用于医用制品、纤维制品、交通运输、包装、涂料等诸多方面，并不断向新的应用领域渗透。聚氯乙烯的原料来源丰富，生产成本低廉，应用范围广泛，商业价值极其可观。聚氯乙烯的发现早在19世纪30年代，但工业化生产则不到70年。由于聚氯乙烯在通用树脂中生产成本最低，应用领域最广，特别是建筑市场对聚氯乙烯产品的需求量巨大，使得聚氯乙烯产品成本具有极强竞争力的塑料品种，得以迅速发展。随着新产品的不断开发，应用领域的不断拓宽，使其在塑料产品中具有举足轻重的地位。中国聚氯乙烯工业起步较晚，仅四五十年的历史，但聚氯乙烯在我国的发展较迅速，特别是近年来，随着我国聚氯乙烯科研人员的不懈努力，我国聚氯乙烯生产技术、安全环保、新产品开发研究等方面有了很大提高，特别是大型聚合釜的国产化、大型电石法聚氯乙烯生产的自动化控制、干法乙炔发生技术、聚氯乙烯聚母液回收、废弃物综合利用等重点装备和技术的推广应用，提升了行业整体竞争力水平。但我们在产品种类及质量控制等一些关键技术工艺上与国外先进的聚氯乙烯工业相比，差距还较大。聚氯乙烯是一种无毒、无臭的白色粉末。它的化学稳定性很高，具有良好的可塑性。除少数有机溶剂外，常温下可耐任何浓度的盐酸、90%以下的硫酸、50〜60%的硝酸及20%以下的烧碱，对于盐类亦相当稳定；PVC的热稳定性和耐光性较差，在140°C以上即可开始分解并放出氯化氢(HC1)气体，致使PVC变色。PVC的电绝缘性优良，一般不会燃烧，在火焰上能燃烧并放出HCl，但离开火焰即自熄，是一种“自熄性”“难燃性”物质。基于上述特点，PVC主要用于生产型材、异型材、管材管件、板材、片材、电缆护套、硬质或软质管、输血器材和薄膜等领域。聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成，聚合度n—般在500〜20000范围内，其分子结构式如下：Cl二、聚氯乙烯的分类以及表示方法2.1、聚氯乙烯的分类根据应用范围不同，PVC可分为：通用型PVC树脂、高聚合度PVC树脂、交第2页共23页联PVC树脂。通用型PVC树脂是由氯乙烯单体在引发剂的作用下聚合形成的；高聚合度PVC树脂是指在氯乙烯单体聚合体系中加入链增长剂聚合而成的树脂；交联PVC树脂是在氯乙烯单体聚合体系中加入含有双烯和多烯的交联剂聚合而成的树脂。通用型聚氯乙烯由于制备方法简单、用途广泛，在现货市场上流通的绝大部分都是通用型的聚氯乙烯树脂，而高聚合度的和交联的PVC树脂一般在特殊领域应用较多。根据氯乙烯单体的聚合方法，聚氯乙烯的获得又有悬浮法、乳液法、本体法和溶液法之分。悬浮法以其生产过程简单，便于控制及大规模生产，产品适宜性强，是PVC的主要生产方式，从世界范围内讲，悬浮法PVC的生产量约占总量的80%。本体法不用水和分散剂，聚合后处理简单，产品纯度高，但是存在聚合过程搅拌和传热的难题，生产成本较高，属于淘汰类工艺，其生产能力不到总量的10%，我国目前只有四川宜宾天原采用本体法生产PVC。乳液法聚合时以水为分散介质，制得的颗粒较细，热稳定性和电绝缘性不佳，适宜糊树脂的生产，主要用于制造人造革、浸渍手套、纱窗、水田靴、工具把手、壁纸、地板卷材、蓄电池隔板和玩具等，我国PVC糊树脂的产量不到PVC总产量的4%。溶液聚合只用来生产涂料或特种产品。表1:不同方法获得的聚氯乙烯树脂品种特性悬浮法品种特性悬浮法乳液法本体法溶液法不含金属离子，有良好的电绝缘性及热稳定性颗粒较细，含杂质较多，电绝缘性及热稳定性不及悬浮法含杂质极少纯度咼。热稳定性和电绝缘性优于悬浮法含杂质极少纯度咼，成本咼，价格高。聚合物的分子量不高2.2、聚氯乙烯的表示方法根据国标GB3402中规定的，悬浮法通用型聚氯乙烯树脂的产品型号由产品名称、聚合方法和用途的表示符号及黏数分类号（见图表2）等四项组成：PVC-SG;r 钻数分类~p 用途分类 聚合方隆表2、聚氯乙烯的表示方法分类号n1234产品名称一7856黏数156〜143〜135〜126〜118〜106〜95〜86〜mL/g144136127119107968773三、聚氯乙烯主要原料、产品说明3.1、 聚氯乙烯主要原料氯乙烯（vcm）是生产聚氯乙烯（pvc）的主要原料，当今国际氯乙烯（vcm）生产有三大路线。原油路线：原油（乙烯）由乙烯生产二氯乙烷（EDC）-氯乙烯（vcm）-聚氯乙烯（pvc）煤炭路线：煤炭一电石一乙炔一氯乙烯（vcm）—聚氯乙烯（pvc）天燃气乙炔路线：天燃气一乙炔一氯乙烯（vcm）—聚氯乙烯（pvc）3.2、 产品性质及质量标准3.2.1名称悬浮法聚氯乙烯树脂（简称pvc PolyvinylChloride）3.2.2分子式和结构式分子式：结构简式：[—CH2—CHC1—]n其中n为平均聚合度，一般为350-8000分子量：30000-10000323、产品物理和化学性能聚氯乙烯具有阻燃（阻燃值为40以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90%的硫酸、浓度为60%的硝酸和浓度20%的氢氧化钠）、机械强度及电绝缘性良好的优点。但耐热性较差，软化点为 80°C，于130°C开始分解变色，并析出HCI。具有稳定的物理化学性质，不溶于水、酒精、汽油，气体、水汽渗漏性低；在常温下可耐任何浓度的盐酸、 90%以下的硫酸、50%—60%的硝酸和20%以下的烧碱溶液，具有一定的抗化学腐蚀性；对盐类相当稳定，但能够溶解于醚、酮、氯化脂肪烃和芳香烃等有机溶剂。此外，聚氯乙烯的光、热稳定性较差，在100°C以上或经长时间阳光暴晒，就会分解产生氯化氢，并进一步自动催化分解、变色，物理机械性能迅速下降，因此在实际应用中必须加入稳定剂以提高对热和光的稳定性。工业聚氯乙烯树脂主要是非晶态结构，但也包含一些结晶区域（约 5%），所以聚氯乙烯没有明显的溶点，约在80C左右开始软化，热扭变温度（1.82MPa负荷下）为70-71C，在加压下150C开始流动，并开始缓慢放出氯化氢，致使聚氯乙烯变色（由黄变红、棕、甚至于黑色）。工业聚氯乙烯重均相对分子质量在4.848万范围内，相应的数均相对分子质量为 2-1.95万。而绝大多数工业树脂的重均相对分子质量在10-20万，数均相对分子质量在4.55-6.4万.硬质聚氯乙烯（未加增塑剂）具有良好的机械强度、耐候性和耐燃性，可以单独用做结构材料，应用于化工上制造管道、板材及注塑制品。硬质聚氯乙烯可以用增强材料。四、聚氯乙烯（pvc）生产的典型聚合工艺介绍到目前为止，世界上pvc生产的聚合工艺主要有四种，即悬浮法聚合、本体聚合、乳液聚合、微悬浮聚合。4.1悬浮法聚合悬浮聚合是一种成熟的工艺，典型的悬浮聚合过程是向聚合釜中加入无离子水和悬浮剂，加入引发剂后密封聚合釜，脱出氧，，加入单体氯乙烯进行聚合。4.2本体聚合本体聚合工艺不以水为介质，也不加入分散剂等各种助剂，而只加入氯乙烯和引发剂，因此可以大大简化生产工艺。4.3乳液聚合乳液聚合是生产糊树脂的方法，通常采用水溶性引发剂，把氯乙烯单体、水溶性物质、水、乳化剂及非离子型表面活性剂加入聚合釜中进行聚合。4.4溶液聚合它是指氯乙烯单体在醋酸丁酯、丙酮等各种溶剂中进行的聚合。这种方法有溶剂回收和残留使用时单体污染问题，且成本高。表3、四种聚合聚合工艺方法的比较项目悬浮聚合本体聚合乳液聚合溶液聚合配方组成单体、引发剂、分散剂、水单体、引发剂单体、引发剂、乳化剂、水单体、引发剂、聚合场所单体液滴内本体内胶束和乳胶粒粒溶液内温度控制容易困难容易容易聚合速度较大中等大小分子量控制较困难困难容易容易生产特性间歇操作间歇操作可连续生产可连续生产主要特性及用途适合于注塑或挤塑树脂聚合物纯净、硬质注塑品涂料、黏合剂涂料、黏合剂五、工艺设计与计算5.1、工艺原理氯乙烯的聚合属于自由基型聚合反应。聚合时采用的引发剂为油溶性的偶氮类、有机过氧化物类和氧化还原引发体系。反应迅速，同时放出大量的反应热。链增长的方法为头尾相连。聚合反应过程存在着严重的增长链向单体的转移，是影响产物相对分子质量的主要因素，这种链转移随温度的升高而加快。聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成，聚合度n—般在500—20000范围内，其分子结构式如下：氯乙烯的悬浮聚合是生产聚氯乙烯的主要方法。具有操作简单，生产成本低，产品质量好，经济效益好，用途广泛等特点，适于大规模的工业生产。在树脂质量上，用悬浮聚合生产的PVC树脂的孔隙率提高了300%以上，经过适当处理的树脂其单体氯乙烯的残留量由原来的0.1%降到0.0005%以下。同时设备结构改进，大型化和采用计算机数控联机质量控制，使批次之间树脂质量更加稳定。另外，清釜技术和残留单体回收技术的发展，减少了开釜次数，进而减少了氯乙烯单体的释放量；采用烧结，冷凝或吸收方法汽提品和处理废气，进一步减少了氯乙烯单体的消耗。5.2、工艺条件影响因素聚氯乙烯聚合时主要影响因素讨论如下：5.2.1单体纯度用于悬浮聚合的氯乙烯单体纯度在99.9%以上。生产原料对聚氯乙烯质量很重要。氯乙烯杂质含量应尽可能低一些，其中脱盐水PH值要近乎中性，为6.5-7.5，导率应小于2um/cm。乙炔参与聚合后，形成不饱和键使产物热稳定性变坏。不饱和多氯化物存在，不但降低聚合速率、降低产物聚合度还容易产生支链，使产品性能变坏。5.2.2引发剂多用有机过氧化物和偶氮类引发剂，其中有机过氧化物为过氧化二碳酸酯、过氧化酯类。它们可以单独使用，也可以两种或两种以上引发活性不同的引发剂复合使用，复合使用的效果比单独使用好，其优点是反应速度均匀，操作更加稳定，产品质量好，同时使生产安全。引发剂的用量可以采用下式进行估算，再通过少量实验进行调整，即可确定，其计算公式如下：1（%）=NrMxl0-4/[l-exp（-0.693t/tl/2）式中：I—工业上引发剂用量（质量分数），%；Nr——引发剂理论消耗量，等于（1加减慢0.1）mol/tpvc）；用AIBN

时，取0.9；用DCPD、EHP等过氧化二碳酯时，取1.1；M 引发剂的相对分子质量；t 聚合时间/h；tl/2 引发剂分解半衰期/ho工业生产中聚合时间一般控制在5〜10h，应用选择tl/2为2〜3h的引发剂。如果采用复合型引发剂，最好是一种引发剂的tl/2为4〜6h。523分散剂工业常用主要有明胶、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、苯乙烯-顺丁烯二酸酐等。工业上常以纤维素类（如羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素等）和醇解度75%〜90%的聚乙烯醇为主分散剂，以非离子山梨糖醇，如一月桂酸酯、一硬脂酸酯、三硬脂酸酯等为助分散剂，两者进行复合使用效果也很好。5.2.4水质与水量氯乙烯悬浮聚合用水应是去离子，其规格要求如表去离子的规格所示。尤其水中的氯离子、铁和氧等的含量要严格控制，其中氯离子超过一定含量会造成树脂颗粒不均；水中的铁会降低树脂的热稳定性，并能终止反应。水的用量与树脂内部结构有关，紧密型树脂（以吸胶为分散剂）的生产，单体与水的质量比为1：1.1〜1:1.3；疏松型树脂（以聚乙烯醇为分散剂）的生产，单体与水的质量比为1：1〜1：2.0。5.2.5系统中的氧因为氧对聚合有缓聚和阻聚作用，在单体自由基存在下，氧能与单体作用生成过氧化高聚物[-CH2-CHCL-O-O-]n，该物质易水解成酸类，破坏悬浮液和产品的稳定性。所以，无论从聚合的角度还是从安全的角度都应将各各原料中的氧和系统中的氧彻底清除干净。5.2.6其他助剂pH调节剂氯乙烯悬浮聚合的pH值控制在7〜8即在偏碱性的条件下进行聚合。这样可确保引发剂良好的分解速率，分散剂的稳定性防止因产物裂解时产生的HCL，造成悬浮液的不稳定，进而造成黏釜、清釜、传热的困难，并影响产品质量。为此需要加入水溶性碳酸盐、磷酸盐、醋酸钠等起缓冲作用的pH调节剂。防止黏釜剂在氯乙烯的悬浮聚合中，存在着黏釜现象，它不但影响聚合的传热，也影响产品的质量。另外，人工清釜劳动强度大，条件恶劣，影响工人健康。常用的防止黏釜的方法有选择合适的引发剂；在水相中加入水相阻聚剂如次甲基蓝、硫化钠等；在釜民壁、搅拌器等设备上喷涂一定量的防黏釜剂，常见的防黏釜剂如水浴黑、亚硝基P盐，还有多元酚的缩合物等。一旦发现有黏釜现象，采用高压（14.7〜39.2Mpa）水冲洗法清洗。泡沫抑制（消泡剂）邻苯二甲酸二丁酯、（未）饱和的C6〜C20羧酸甘油酯等。还有热稳定剂、润滑剂等。5.2.7聚合温度与压力聚合温度氯乙烯悬浮聚合温度的高低决定着聚合产物的相对分子质量大小，因此，当配方确定以后必须严格控制聚合的温度。在实际生产中，一般控制在指定温度的正负0.5°C范围内，最好是控制在正负0.2°C范围内。并且，要确保温度控制平稳，要有降温处理手段，防止出现异常现象，一般采用大流量低温差循环方式。最好采用计算机数控联机质量控制系统。聚合压力在聚合温度下，氯乙烯有相应的蒸汽压力，只有在聚合末期，大最单体聚合后，压力才明显下降。5.3工艺路线的选择5.3.1工艺路线选择原则工艺路线的选择即生产方法的选择。轻化工产品生产的特点之一就是生产方法的多样化。如果，一种产品的生产只有一种定型的生产方法，那么在工艺路线上就无须选择；如果，一种产品的生产有几种不同的生产方法，这就要对不同的工艺路线逐个进行分析研究，通过比较分析，从中找出一条符合实际的最好的工艺路线。工艺路线一经确定，即可进行工艺流程的设计，因此，工艺路线是工艺流程设计的依据。⑴工艺流程方面就以上四种聚合工艺而言，本体法工艺流程简单，装置占地面积小，同时基本上无废液排放，排气可达到最低程度，环境污染少，而且产品质量好、纯度高，特别适用透明包装材料和电缆线。悬浮法是一种相对最成熟的工艺，在目前世界上聚氯乙烯上产中占有绝对的份额，且产品转化率高，产品品种最多，容易适应市场。乳液法是生产糊树脂的方法，工艺复杂、成本较高且树脂质量较差。溶液法有溶剂回收和残留使用时单体污染问题，且成本高仅用于特殊用途。⑵经济方面从经济方面分析，均相本体聚合时最经济的方案，但聚合后期体系黏度很高，在聚合反应器中搅拌、传热等工程解决之后才可以有效的实施。若包括精制、回收、干燥等后期工序在内，则各聚合过程的经济性的大体依下列顺序递减：悬浮法聚合〉本体聚合〉溶液聚合〉乳液聚合。综上所述，本设计采用乳液悬浮法在引发剂作用下发生加成反应制取聚氯乙烯树脂。5.3.2聚氯乙烯悬浮法具体工艺路线（1聚合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（50〜58°C）后，改通冷却水，控制聚合温度不超过规定温度的正负0.5C。当转化率达60〜70%，有自加速现象发生，反应加快，放热现象激烈，应加大冷却水量。待釜内压力从最高0.687〜0.981Mpa时，可泄压出料，使聚合物膨胀。因为聚氯乙烯粒的疏松程度与泄压膨胀的压力有关，所以要根据不同要求控制泄压压力。未聚合的氯乙烯单体经泡沫捕集器排入氯乙烯气柜，循环使用。被氯乙烯气体带出的少量树脂在泡沫捕集器捕集下来，流至沉降池中，作为次品处理。⑵碱处理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70〜80C,维持1.5〜2.0h,然后用氮气进行吹气降温至65C双下时，再送去过滤和洗涤。碱处理的目的：破坏残存的引发剂、分散剂、低聚物和挥发性物质，使其变成能溶于热水的物质，便于水洗清除。⑶树脂的干燥方法聚氯乙烯树脂的干燥方法多是采用二段干燥法，即气流干燥管与沸腾床干燥器结合使用，其中气流干燥管脱除的是树脂上的表面非结合水，沸腾床干燥器脱除的是树脂内部结合水。这里的第二段干燥过程由于物料停留时间长，投资较大，热效率较差，费用较高，因此，国内外工业生产改进较大，如赫司特公司采用的MST旋风干燥器，具有停留时间适用、热效率利用好的特点。MST旋风干燥器在旋转流动中使热气体和固体树脂接触干燥树脂。干燥器为一个垂直的圆柱形塔，其中用环形挡板分成若干个干燥室。将热气和湿树脂切向高速进入最下面的室A,在A室利用离心力将固体树脂颗粒与气体分离开来。粉粒在室A中旋转流动中通过挡板的中心开口流入上层B室。同时，亲的树脂进入室A,过一段时间后，这个室开始充满树脂，这时，树脂粒子开始经挡板的中心开口逸入室B,先是最细颗粒，最后是最粗的颗粒进入室B。返回锥形挡板的中心开口时，旋转的粉粒受离心力作用和固体粒子受室壁压力散开，在这里它们停止运动，返回锥形挡板的中心开口，这样进入下一个室。这时再次用旋转气流输送这些树脂颗粒。用这样的方法使树脂充满每一个干燥室。携带着树脂粉粒的气体离开干燥室的顶部输送到气固分离器。利用这种旋风分离干燥器干燥的高度疏松聚氯乙烯树脂，干燥前含水量为30%，干燥后的含苞欲放水量下降到0.2%以下。(4脱水与成品在卧式刮刀自动离心机或螺旋沉降式离心机中，先进行过滤，再用70〜80°C热水洗涤二次。经脱水后的树脂具有一定含水量，经螺旋输送器送入气流干燥管，以140〜150C热风为载体进行第一段干燥，出口树脂含水量小于4%；再送入以120C热风为载体的沸腾床干燥器中进行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯树脂，再经筛分、包装后入库。5.3.3工艺流程示意图图1工艺流程示意图5.4工艺配方和工艺参数⑴工艺配方（质量份）去离子水100氯乙烯50〜70悬浮剂（聚乙烯醇）0.05〜0.5引发剂（过氧化二碳酸二异丙醇）0.02〜0.3EHP过氧化二碳酸二（2-乙基己酯）缓冲剂（磷酸氢二钠）0〜0.1消泡剂（邻苯二甲酸二丁酯）0〜0.002⑵工艺参数聚合聚合温度 50〜58°C（依PVC型号而定）聚合压力 初始0.687〜0.981Mpa结束0.249〜0.196Mpa聚合时间 8〜12h转化率 90%碱处理NaOH浓度 36%〜42%加入量 聚合浆液的0.05%〜0.2%温度 70〜80%时间 1.5〜2.0h脱水紧密型树脂含水率 8%〜15%疏松型树脂含水率 15%〜20%④干燥第一段气流干燥管干燥干燥温度140〜150°C风速15m/s物料停留时间1.2s含水率<4%第二段沸腾床干燥干燥温度计120C物料停留时间12min含水率<0.3%5.5聚氯乙烯生产工艺流程简述悬浮法聚合过程是向聚合釜中键入无离子水和悬浮剂，加入引发剂后密闭聚合釜，真空脱降釜内空气和溶于物料中的氧，然后单体氯乙烯之后开始升温、搅拌、反应开始后维持温度在50左右，压力0.88-1.2MPa。当转化率达到70%左右开始降压，在压力降至0.13-0.48MPa时停止反应，聚合完毕后抽出未反应的单体，浆料进行汽提，回收氯乙烯单体，抽出气体后的浆料进行离心分离，使氯乙烯的含水量为10%-15%，在进入干燥器干燥至含水0.3%-0.4%。过筛后既得产品。聚合釜中，使用表面张力和用量均小的分散剂，聚合后期采用高速搅拌，有利于生成体积较大，表面膨胀、表面多孔、内部疏松的树脂颗粒——疏松型树脂。反之，则生成紧密型树脂。5.6聚氯乙烯生产工艺流程操作步骤⑴在清洗好的不锈钢聚合釜中，打入软水、聚乙烯醇、氯乙烯单体和引发剂过氧化二碳酸二异丙酯。抗鱼眼挤、防粘釜剂，夹套通入蒸汽，使聚合釜内升温至50-60进行聚合反应，反应放热开始后于夹套中通入工业水及5以调节聚合温度。⑵反应6-9h后即有85%-90%的单体氯乙烯聚合，借釜内压力压至沉降槽，釜内残余氯乙烯以灌水排气法回收至气柜，树脂沉降液进入沉析槽后，回收单体氯乙烯。该悬浮经离心机脱水，得到含水10%-15%的湿树脂，经过螺旋加料器送入气流干燥器内，以150-160的热风送至旋风分离器进行分离，分离后树脂含水量降至1%左右。⑶经料柱阀加入沸腾干燥器在100-120下进行干燥至含水0.3%左右，溢流物料再经加料器吸入冷风管冷却至40-50，经旋风分离器，加入滚筒筛去粗料，进行包装。5.7物料衡算以年产20万吨聚氯乙烯为例年产20万吨聚氯乙烯，以300个工作日，每年工作7200h，每天生产两批，后处理中聚合物损失率2%。假设各单元操作都连续运行，采用倒退法根据吸收转化率和损失率计算出原料投料，对聚合釜进行物料、能量衡算。聚氯乙烯小时产量（7200h）：2000000x0.998m0.96xl000m7200=28877.3148Kg/h取聚合物转化率为85%85%X=28877.3148X=33973.3116Kg/h（即卩每小时要生产纯VCM33973.3116Kg）所以：氯乙烯（vcm）投料量：33973.3116x24m2=407679.7386Kg/批M1（原料氯乙烯）：M]=407679.7386x10=4076797.386Kg/批m2（无离子水）：M2=4076797.386x140^100=5707516.341Kg/批m3（聚乙烯醇）：M3=4076797.386x0.022m100=896.8954Kg/批m4（引发剂）：M4=4070767.386x0.03m100=1223.0392Kg/批聚合物转化率为85%则聚合物=4076797.386x85%=3465277.778Kg/批未反应单体=4076797.386—3465277.778=611519.608Kg/批m5（树脂悬浮液）M5=3465277.778+5707516.341+896.8954+1223.0392+611519.608=9786433.662Kg/批M1+助剂=M5故物料衡算正确。5.8能量衡算物料带入聚合釜的热量：以0°C的一批物料为基准，以进料温度为20°C则物料带入聚合釜的热量为Q］。Qi=2.12X1223.092X20+1.59X4076797.386X20+4.18X5707516.341X20+1.67X896.8954X20=490098.998KJ聚合反应放出的能量：以一批料为基准，则聚合釜反应放出的热量为q2。Q2=24.64X3465277.778=8538.4KJ物料带出聚合釜的热量：以一批0C为基准，物料流出的温度为60C，则物料升温所需的热量为Q3。Q3=(2.12X1223.092+1.59X4076797.386+4.18X5707516.341+1.67X896.8954+0.9675X3465277.778)X(60—0)=2018914.39反应过程中所需加入的热量：据能量守恒定律，进入系统的能量=放出系统放的能量。则反应过程中所需加入的热量为AQ(反应过程中热量损失率为10%)。△Q=(Q2+Q3—Q1)/(1—10%)=2242713.144KJ通过蒸汽加热，则所需加入蒸汽的质量为 m=△Q/Cp△T=13286.3219kg(水的Cp=4.22KJ/(Kg・K) △T=40°C)5.8.1聚合釜的热量衡算18C5.8.1聚合釜的热量衡算18C25C5.8.3旋风干燥床热量衡算聚乙烯25°C 水易挥发杂质卜聚乙烯25°C 水易挥发杂质卜旋早燥床聚乙烯40C六、 设备选型6.1满足工艺要求设备的选择和计算必须充分考虑工艺上的要求，力求做到技术上先进，经济上合理，亦即选用的设备能与生产规模相适应，并应获得最大的单位产量；能适应产品品种变化的要求，并确保产品的质量；能降低劳动强度，提高劳动生产率；能降低原材料及相应的公用工程（水，电，气）的单耗；能改善环境保护，设备制造较易，材料易得，操作及维修保养方便。设备选择时，要能完全满足上述方面的条件是相当困难的，但一定要参照上述几个方面对拟采用设备进行详尽地比较，并拿出最佳的方案来。6.2设备成熟可靠作为工业生产，不允许把不成熟或未经生产考验的设备用于设计。设计中所选用的设备不但技术性能要可靠，设备材质也要可靠。对从国外引进的设备，同样必须强调设备及其所采用材质的可靠性，特别对生产中的关键设备，一定要在充分调查研究和对比的基础上，作出科学的选定。6.3尽量采用国产设备在设备选型时应尽量采用国产设备，这样不仅可以节约外汇，而且可以促进我国机械制造工业的发展。当然根据条件和可能，引进少量进口装置或关键设备也是必要的，但同样必须坚持设备先进可靠，经济合理，并应考虑在引进的基础上如何消化吸收以及仿制工作。七、 车间设备布置设计7.1车间设备布置的原则7.1.1车间设备布置的原则⑴从经济和压降观点出发，设备布置应顺从工艺流程，但若与安全、维修和施工有矛盾时，允许有所调整。⑵根据地形、主导风向等条件进行设备布置，有效的利用车间建筑面积（包括空间）和土地（尽量采用露天布置及建筑物能合并者尽量合并）。⑶明火设备必须布置在处理可燃液体或气体设备的全年最小频率风向的下侧，并集中布置在装置（车间）边缘。⑷控制室和配电室应布置在生产区域的中心部位，并在危险区外。⑸充分考虑本装置（车间）与其他部门在总平面布置图上的位置，力求紧凑、联系方便，缩短输送管线，达到节省管材费用及运行费用的目的。⑹留有发展的余地⑺所采取的劳动保护、防火要求、防腐蚀措施要符合有关标准、规范的要求。⑻有毒、有腐蚀性介质的设备应分别集中布置，并设围堰，以便集中处理。⑼设备安全通道、人流、物流方向应错开。⑽设备布置应整齐，尽量使主要管道走向一致。7.1.2车间设备平面布置的原则车间平面布置首先必须适合全厂总平面布置的要求，应尽可能使个车间的平面布置在总体上达到协调、整齐、紧凑、美观，相互融合，浑成一体。其次，必须从生产需要出发，最大限度的满足生产包括设备维修的要求。即要符合流程、满足生产、便于管理、便于运输、利于设备安装和维修。第三，生产要安全。即要全面妥善的解决防火、防爆、防毒、防腐、卫生等方面的问题，符合国家的各项有关规定。第四，要考虑将来扩建及增建的余地，为今后生产发展、品种改革、技术改造提供方便。但这些一定要最有效的利用车间的建筑面积（包括空间）和土地（设备装置能露天布置的尽量露天布置，建筑物能合并的应尽量合并）。7.1.3车间设备立面布置的原则厂房的立面形式有单层、多层和单层与多层相结合的形式。多层厂房占地少但造价高，而单层厂房占地多但造价低。采用单层还是多层主要应根据工艺生产的需要。例如制碱车间的碳化塔，根据工艺要求须放在厂房内，但塔有比较高，且操作岗位安排在塔的中部以便观察塔内情况，这样就需要设计多层厂房；另一种情况是：设备大部分露天布置，厂房内只需要安置泵或风机，这种情况可设计成单层厂房。对于为新产品工业化生产而设计的厂房，由于生产过程中对工艺流程和设备需要不断改进和完善，一般都设计一个较高的单层厂房，利用便于移动、拆装、改建的钢制操作平台代替钢筋混凝土操作台，以适应工艺流程和设备变化的需要。7.2车间设备布置7.2.1车间设备平面布置车间平面布置按其外形一般分为长方形、L形、T形和II形等。长方形便于总平面图的布置，节约用地，有利于设备排列，缩短管线，易于安排交通出入口，有较多可供自然采光和通风的墙面；但有时由于厂房总长度较长，在总图布置有困难时，为了适应地形的要求或者生产的需要，也有采用L形、T形和II形的，此时应充分考虑采光、通风和立面等各方面的因素。7.2.2车间设备立面布置化工厂厂房可根据工艺流程的需要设计成单层、多层或单层与多层相结合的形式。一般来说单层厂房建设费用较低，因此除了由于工艺流程的需要必须设计成多层外，工程设计中一般多采用单层。有时因受建设场地的限制或者为了节约用地，也有设计成多层的。对于为新产品工业化生产而设计的厂房，由于在生产过程中对于工艺路线还需不断改进和完善，所以一般都设计成一个高单层厂房，利用便于移动、拆装、改建的钢操作台代替钢筋混凝土操作台或多层厂房的楼板，以适应工艺流程改变的需要。环境保护⑴运用最新科研成果，采用先进工艺路线，改革对生产产生严重污染的原料路线和生产方法。⑵改革设备，改进操作。⑶采用闭环工艺路线。即原料进入生产系统后只在系统内部循环，出系统的只有产品，而大多数夹杂有原料和中间产物的物料，只在闭路循环，不出系统。这样,既减少了污染物的排放，又降低了原料的消耗。⑷减少系统泄漏。跑、冒、滴、漏往往是造成工厂污染环境的主要原因。从整个工艺过程来说，除非系统少排或不排三废外，提高设备、管道的严密性，减少系统物料的泄漏，也是十分重要的。为此，无论是管道或设备，从设计制造、材料选择，到操作使用、安装检修，以及生产管理等各个环节，都必须重视和杜绝跑、冒、滴、漏。⑸搞好综合利用和三废治理工作。⑹在排水方面尽量做到不排或少排有害废水，消除或减少废水中有害的物质，减少和防止对环境的污染。九、悬浮法聚氯乙烯生产中的几点技巧9.1聚合单元目前，绝大部分PVC企业都采用聚合釜全密闭技术，不仅能大大缩短聚合辅助时间，不需要开关人孔、真空脱氧，更大大减少了VCM对环境的污染，降低了PVC装置VCM的单耗，节约了生产成本。采用全密闭技术的关键在于水洗和防粘釜技术，水洗和涂布要不存在死区，防粘釜剂必须高品质，水洗和涂布应米用双位对称布置，水洗喷头和涂布喷头特别重要。为防止喷头在聚合时结料堵塞，一般采用聚合时连续通入脱盐水作为聚合补充水的一部分。采用部分倒加料技术有利于减少PVC制品鱼眼，即按部分脱盐水一全部VCM—部分脱盐水的加料方法，切不可采用全部VCM—全部脱盐水的加料方法，特别对于采用全密闭加料技术的聚合釜更不能这样，否则容易粘釜，增加聚合釜清釜频次和PVC制品鱼眼数。采用部分倒加料技术还有利于提高聚合粒子的规整度和聚合粒子的表观密度，使聚合粒子粒径分布变窄，同时能提高PVC产品的塑化性能。当然也有先加部分脱盐水，然后同时加入VCM和部分脱盐水的部分倒加料技术，但该方法生产的PVC产品的塑化性能不如部分脱盐水一全部VCM—部分脱盐水的加料技术所得产品的塑化性能。目前，国内PVC企业已普遍采用聚合后添加脱盐水技术，它能提高聚合釜移热能力，提咼PVC产品的白度，而且能大幅度提咼聚合釜初期加料油水比，这样既不会影响PVC质量，又能提高PVC粒子规整度和聚合粒子的表观密度，使聚合粒子粒径分布变窄，提高PVC装置的运行水平。聚合后添加脱盐水技术有3种：(1)根据VCM转化的速度添加，做起来比较难；(2)采用恒量连续加入的方法，该方法与其他方法相比，效果最差，容易粘釜，聚合时间也较长；(3)采用连续恒量加入部分脱盐水和在聚合反应放热最集中时间加入定量脱盐水相结合的方法。方法(3)对聚合速度、PVC质量和聚合后加料控制等方面都有利。缩短聚合反应时间、提高聚合釜生产强度是PVC装置技术发展水平的一个重要标志。对通用PVC产品采用后添加脱盐水、使用回流冷凝器和冷冻水、采用复合高第19页共23页效引发剂使反应速度均匀及扩链剂提高聚合反应温度等方法都能大幅度缩短聚合反应时间。选用的引发剂要易于贮存和配制，对PVC产品白度和鱼眼等质量指标影响要极小，同时要配套加聚合用pH值调节剂，加入时间要相应提前，加入流量适当加大，聚合终止剂用量也要适当增加。采用扩链剂要考虑扩链效率和用量，这样才能保证PVC产品质量。同时要注意，高型号PVC比低型号PVC合成，加入聚合用pH值调节剂的时间要相应提前，加入流量适当加大。要获得高质量的PVC产品，5万t/a以上规模的PVC装置应设置冷冻机，用8°C左右的冷冻水取代冷却水或深井水，因为冷却水或深井水温度随季节变化较大。为保证聚合强度，必须不断调整聚合油水比和分散剂配比，这样会使PVC产品的塑化性能很不稳定，PVC后加工时需不断调整加工配方和加工工艺参数。分散剂分为主分散剂和辅助分散剂。主分散剂影响PVC全面质量性能，主要有高醇解度PVA和HPMC等；辅助分散剂用来精练PVC颗粒的某些特征，如颗粒分布、孔隙率等。辅助分散剂目前用得比较多的是低醇解度油溶性PVA。目前常用分散体系有复合PVA和PVA与HPMC复合2大体系。复合PVA以采用两元PVA复合效果较佳，三元PVA复合效果不如二元PVA复合，而PVA与HPMC复合体系一般使用三元以上复合效果较佳，以获得良好PVC产品热稳定性、高孔隙率颗粒、良好脱VCM性能及更好的树脂塑化后加工性能。一般来讲，PVA复合体系成本较低，但生产出的PVC产品的塑化性能不及PVA与HPMC三元以上复合体系。在聚合反应中，在确保聚合VCM液滴稳定分散情况下分散体系用量应越少越好，反之，用量偏多，生产出的PVC尽管依国标分析质量较好，但因树脂皮膜厚、塑化性能差而难以后加工，难以为用户所认可。国内许多PVC生产厂家由于生产的树脂热老化白度不好，而在聚合反应中添加液体热稳定剂加以改善。这并不是理想方法，因为这些液体热稳定剂只是改善树脂外在质量的某些表面性能，并不能从根本上改善PVC树脂的内在质量和性能，这些液体热稳定剂还有可能与PVC后加工助剂相互作用产生不良反应，反而有可能影响PVC树脂的使用性能。因此，理想的方法应从改善聚合配方和工艺着手，特别是优化分散体系和引发体系来获取。有的PVC厂家在聚合过程中添加消泡剂，这不是一个好方法，因为消泡剂中含有分散剂和表面活性剂，会增加PVC粒子皮膜，加大PVC树脂后加工塑化难度，另外还可能影响PVC脱残留VCM的难度。聚合反应生产出的每一釜PVC浆料由于工艺原因，质量多少有所差异，在聚合釜后设计混料槽，可以使每批PVC质量比较均一，有利于PVC后加工塑化性能稳定控制，混料槽体积至少应可以供3釜及3釜以上浆料贮存混合。悬浮VCM聚合使用的引发剂是油溶性的，可使用乳液型引发剂替代溶剂型引发剂，并将引发剂从聚合釜釜顶加入改为釜底加入，这样能大大减少PVC制品鱼眼，减少引发剂加料管道的堵塞现象。小体积聚合釜通过优化配方生产出的PVC尽管可能与大体积聚合釜生产出的PVC用国标分析方法从质量上相差无几，但塑化性能永远无法和大釜竞争，所以国内厂家应尽快淘汰45m3以下的聚合釜，采用体积为70m3以上的大型聚合釜。国内许多厂家对脱盐水质量问题关注不够，脱盐水质量应保证电导率小于5“s/cmpH值应控制在6.5〜8.0,对于采用聚合釜全密闭技术厂家，应对脱盐水预先进行抽真空、升温或化学脱氧处理。9.2VCM回收利用单元对于规模较小的PVC厂家（5万t/a），可采用二级水环抽真空、压缩冷凝流程；对于规模较大的PVC厂家（10万t/a），采用有气柜流程的工艺比较经济。在回收单元应设计冷碱塔，好处是（1）可分解VCM回收气中夹带的引发剂，消除自由基，减少VCM单体自聚；（2）可溶解消除在VCM回收单元加入的阻聚剂，回收VCM用于聚合反应时，对反应体系阻聚作用减少；（3）可有效去除VCM中少量HCl，减少设备腐蚀而产生的铁离子，降低VCM回收单体对聚合后PVC树脂热稳定性的不良影响；（4