聚氯乙烯生产工艺设计

课程设计题目：年产40万吨聚氯乙烯工艺设计院系：化学环境与工程学院专业：化学工程与工艺班级：09-1学生姓名:牛娜申腾施佳娟指导教师：高军、徐冬梅2012年10月20日内容摘要本文讲述了我国聚氯乙烯工业生产技术的发展进程和目前状况，包括原料路线、工艺设备、聚合工艺方法等。本设计采用悬浮法生产聚氯乙烯，介绍了采用悬浮法生产PVC树脂工聚合机理，工艺过程中需要注意的问题，包括质量影响因素，工艺条件及合成工艺中的各种助剂选择，对聚合工艺过程进行详细的叙述。并且从物料衡算、热量衡算和设备计算及选型三个方面进行准确的工艺计算，采取了防火防爆防雷等重要措施，对三废的处理回收等进行了叙述，画出了整个工艺的流程图、聚合釜设备图、汽提塔设备图。关键词：聚氯乙烯；生产技术；悬浮法；乙炔法；乙烯法；防粘釜技术；目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章文献综述 6\o"CurrentDocument"1.1国内外pvc发展状况及发展趋势 6\o"CurrentDocument"1.2单体合成工艺路线 8\o"CurrentDocument"1.2.1乙炔路线 8\o"CurrentDocument"1.2.2乙烯路线 8\o"CurrentDocument"1.3聚合工艺路线 9\o"CurrentDocument"1.3.1本体法聚合生产工艺 9\o"CurrentDocument"1.3.2乳液聚合生产工艺 10\o"CurrentDocument"1.3.3悬浮聚合生产工艺 10\o"CurrentDocument"1.4聚合机理 11\o"CurrentDocument"1.4.1自由基聚合机理 11\o"CurrentDocument"1.4.2链反应动力学机理 12\o"CurrentDocument"1.4.3成粒机理与颗粒形态 12\o"CurrentDocument"1.5工艺流程叙述 13\o"CurrentDocument"1.5.1加料系统 13\o"CurrentDocument"1.5.2聚合系统 15\o"CurrentDocument"1.5.3浆料汽提及废水汽提系统 16\o"CurrentDocument"第二章工艺计算 17\o"CurrentDocument"2.1物料衡算 17\o"CurrentDocument"聚合釜 21\o"CurrentDocument"混料槽 22\o"CurrentDocument"汽提塔 23\o"CurrentDocument"离心机 24\o"CurrentDocument"2.1.5气流干燥 24\o"CurrentDocument"2.1.6沸腾干燥 25\o"CurrentDocument"2.1.7筛分包装 25\o"CurrentDocument"2.1.8聚合釜数的确定 26\o"CurrentDocument"2.2热量衡算 26\o"CurrentDocument"2.2.1热量衡算的意义和作用 26\o"CurrentDocument"2.2.2热量衡算及所需的热质的量 26\o"CurrentDocument"2.2.3聚合釜的热量衡算 27\o"CurrentDocument"2.3设备的计算及选型 27\o"CurrentDocument"聚合釜 27\o"CurrentDocument"混料槽 30\o"CurrentDocument"汽提塔 30\o"CurrentDocument"23.4离心机 31\o"CurrentDocument"第三章非工艺部分 31\o"CurrentDocument"3.1厂内的防火防爆措施 31\o"CurrentDocument"3.4三废处理情况 32\o"CurrentDocument"3.4.1电石渣的处理 32\o"CurrentDocument"3.4.2电石渣上清液的处理 32\o"CurrentDocument"3.4.3热水的综合利用 33尾气的回收利用 33第四章小结 34引言聚氯乙烯(PVC)是5大通用塑料之一，具有耐腐蚀、电绝缘、阻燃性和机械强度高等优异性能,广泛用于工农业及日常生活等各个领域,尤其是近年来建筑市场对PVC产品的巨大需求，使其成为具备相当竞争力的一个塑料品种。PVC糊树脂自20世纪30年代开发以来，已有近70年的历史。目前全世界PVC糊树脂总生产能力约200万t/a,其中，西欧是PVC糊树脂生产厂家最多、产量最大的地区。我国聚氯乙烯工业起步于于50年代，仅次于酚醛树脂是最早工业化生产的热塑性树脂，第一个PVC装置于1958年在锦西化工厂建成投产，生产能力为3000吨/年。此后全国各地的PVC装置相继建成投产，到目前为止，我国有PVC树脂生产企业80余家，遍布全国29个省、市、自治区，总生产能力达220万吨/年70〜75万t/a°PVC树脂在我国塑料工业中具有举足轻重的地位，同时PVC作为氯碱工业中最大的有机耗氯产品，对维持氯碱工业的氯碱平衡具有极其重要的作用。本设计为年产量40万吨聚氯乙烯车间聚合工段工艺。本次设计采用了氯乙烯单体悬浮聚合工艺。介绍了PVC的聚合工艺，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。第一章文献综述国内外pvc发展状况及发展趋势聚氯乙烯(PVC)是五大热塑性合成树脂之一，塑料制品是最早实现工业化的品种之一。可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工，而且具有较好的机械性能、耐化学腐蚀性和难燃性等特点，以其低廉的价格和非常突出的性能而广泛地用于生产板材、门窗、管道和阀门等硬制品，也用于生产人造革、薄膜、电线电缆等软制品。近年来，尽管在发达国家受到来自环保等多方面的压力，但世界对的总需求量仍出现稳定的增长态势。1992年，世界生产能力约为二千二百万吨，需求量为1900万吨；2002年世界总产能约为三千四百万吨，消费量约为二千八百万吨；2009年世界生产能力已上升到约三千九百万吨，需求量约为三千七百万吨；2010年世界生产能力为4300万吨，需求量4200万吨。尽管目前世界对PVC的生产和使用存在许多争议，特别在欧洲，对PVC生产和制品的环保制约政策越来越严厉，但由于性能优良，生产成本低廉，仍具有较强的活力，特别在塑料门窗、塑料管道等建材领域。我国聚氯乙烯(PVC)工业起步于50年代，仅次于酚醛树脂是最早工业化生产的热塑性树脂，第一个PVC装置于1958年在锦西化工厂建成投产，生产能力为3000吨/年⑴。此后全国各地的PVC装置相继建成投产，到目前为止，我国有PVC树脂生产企业80余家，遍布全国29个省、市、自治区，总生产能力达220万吨/年。PVC由氯乙烯(VCM)聚合而成，工业生产一般采用4种聚合方式：悬浮聚合、本体聚合、乳液聚合(禽微悬浮聚合)、溶液聚合。其中悬浮法PVC(SPVC)树脂产量最高，占80%,其次是乳液法PVC(EPVC)，本体法PVC(MPVC)。VCM悬浮聚合是以水为介质，加入VCM、分散剂、引发剂、pH值调节剂等，在搅拌和一定温度条件下进行聚合反应；VCM本体聚合仅在VCM和引发剂存在下进行，无分散剂、表面活性剂等助剂；VCM乳液聚合在VCM、引发剂、乳化剂、H2O以及其他助剂存在下进行｛而VCM溶液聚合是在VCM、；引发刘和溶剂存在下进行，这种方法有溶剂回收和残留污染问题，并且生产成本高，该方法已逐渐被悬浮法聚合或乳液法聚合代。目前，生产PVC树脂主要采用悬浮法，少量采用乳液法及本体法。现在，国内引进PVC生产技术及设备的项目有二十项左右，其中生产能力最大的两套设备是上海氯碱股份有限公司和齐鲁石化总公司的年产20万吨悬浮法PVC树脂装置，采用日本信越公司技术。北京化工二厂、锦西化工厂、福州化工二厂引进美国B．F古德里奇公司悬浮法PVC树脂生产技术，生产高型号树脂，其它还有引进美国西方化学公司的高型号树脂和釜式汽提技术及设备，法国阿托公司、前德国布纳公司、日本吉昂公司、日本钟渊公司、日本三菱公司的糊树脂生产装置和技术、法国本体聚合技术和设备等，这些技术和设备的引进，使我国PVC树脂的生产技术和水平有了很大提高，产品品种有所增加，带动了我国PVC工业的发展⑵。我国PVC树脂的消费主要分为两大类，一是软制品，约占总消费量的37.0%,主要包括电线电缆、各种用途的膜（根据厚度不同可分为压延膜、防水卷材、可折叠门等）、铺地材料、织物涂层、人造革、各类软管、手套、玩具、塑料鞋以及一些专用涂料和密封件等。二是硬制品，约占总消费量的53.0%，主要包括各种型材、管材、板材、硬片和瓶等。预计今后几年我国PVC树脂的需求量将以年均约6.4%的速度增长，到2011年总消费量将达到约1250万吨，其中硬制品的年均增长速度将达到约7.0%，而在硬制品中异型材和管材的发展速度增长最快，年均增长率将达到约10.1%。未来我国PVC树脂消费将继续以硬制品为主的方向发展［3］。中国聚氯乙烯工业有着广阔的发展前景,中国地大物博、人口众多,为聚氯乙烯产品提供了广大的市场。在进入21世纪以后,我们要学习和借鉴国外的先进技术和发展模式,结合我国的具体情况,发展我国的聚氯乙烯工业。我们要发挥全行业的力量,克服前进过程中的各种困难,一定能够在较短的时间内赶上世界聚氯乙烯工业的先进水平。单体合成工艺路线1.2.1乙炔路线原料为来自电石水解产生的乙炔和氯化氢气体，在催化剂氧化汞的作用下反应生成氯乙烯。具体工艺为：从乙炔发生器来的乙炔气经水洗一塔温度降至35°C以下，在保证乙炔气柜至一定高度时，进入升压机组加压至80kpa・G左右，加压后的乙炔气先进入水洗二塔深度降温至10C以下，再进入硫酸清净塔中除去粗乙炔气中的S、P等杂质。最后进入中和塔中和过多的酸性气体，处理后的乙炔气经塔顶除雾器除去饱和水分，制得纯度达98.5%以上，不含S、P的合格精制乙炔气送氯乙烯合成工序。乙炔法路线VCM工业化方法，设备工艺简单，但耗电量大，对环境污染严重。目前，该方法在国外基本上已经被淘汰，由于我国具有丰富廉价的煤炭资源，因此用煤炭和石灰石生成碳化钙电石、然后电石加水生成乙炔的生产路线具有明显的成本优势，我国的VCM生产目前仍以乙炔法工艺路线为主。乙炔与氯化氢反应生成可采用气相或液VCM相工艺，其中气相工艺使用较多。1.2.2乙烯路线乙烯氧氯化法由美国公司Goodrich首先实现工业化生产，该工艺原料来源广泛，生产工艺合理，目前世界上采用本工艺生产的产能VCM约占总产能的VCM95%以上。乙烯氧氯化法的反应工艺分为乙烯直接氯化制二氯乙烷（EDC）、乙烯氧氯化制EDC和EDC裂解3个部分，生产装置主要由直接氯化单元、氧氯化单元、EDC裂解单元、EDC精制单元和VCM单元精制等工艺单元组成。乙烯和氯气在直接氯化单元反应生成EDC。乙烯、氧气以及循环的HC1在氧氯化单元生成EDC。生成的粗EDC在EDC精制单元精制、提纯。然后在精EDC裂解单元裂解生成的产物进入VCM单元，VCM精制后得到纯VCM产品，未裂解的EDC返回EDC精制单元回收，而HCl则返回氧氯化反应单元循环使用。直接氯化有低温氯化法和高温氯化法；氧氯化按反应器型式的不同有流化床法和固定床法，按所用氧源种类分有空气法和纯氧法；EDC裂解按进料状态分有液相进料工艺和气相进料工艺等。具有代表性的司的Inovyl工艺是将乙烯氧氯化法提纯的循环EDC和VCM直接氯化的EDC在裂解炉中进行裂解生产VCM。HCl经急冷和能量回收后，将产品分离出HCl（循环用于氧氯化）、高纯度VCM和未反应的EDC（循环用于氯化和提纯）。来自VCM装置的含水物流被汽提，并送至界外处理，以减少废水的生化耗氧量（BOD）。采用该生产工艺，乙烯和氯的转化率超过98%，目前世界上已经有50多套装置采用该工艺技术，总生产能力已经超过470万吨/年［6］。本设计采用乙烯路线生产氯乙烯单体。1.3聚合工艺路线在工业化生产氯乙烯均聚物时，根据树脂应用领域，一般采用4种方法生产，即本体聚合法、悬浮聚合法、乳液聚合法和溶液聚合法。目前工业上是以悬浮聚合法为主，约占聚氯乙烯产量的80%~90%，其次为乳液聚合法。下面介绍本体法、乳液法、悬浮法三种生产工艺。1.3.1本体法聚合生产工艺氯乙烯非均相本体聚合一般采用“两段本体聚合法”。第一段称为预聚合，在预聚釜中加人定量的液态VCM单体、引发剂和添加剂，在62-75°C下进行强搅拌（相对第2步聚合过程），釜内保持恒定的压力和温度。当VCM的转化率达到8%-12%停止反应；第二段称为“后聚合”，聚合釜在接收到预聚合的“种子”后，再加人一定量的VCM单体、添加剂和引发剂，在这些“种子”的基础上继续聚合，使“种子”逐渐长大到一定的程度，在约60C温度下低速搅拌，保持恒定压力进行聚合反应。当反应转化率达到60%一85%（根据配方而定）时终止反应，并在聚合釜中脱气、回收未反应的单体，而后在釜内汽提，进一步脱除残留在PVC粉料中的VCM（回收的单体经精制压缩后循环利用），最后经风送系统将釜内PVC粉料送往分级、均化和包装工序。整个过程中物料状态时由低粘态

逐渐变成粘稠态而最终形成粉料。此方法的特点是反应过程中不需要加水和分散剂，后处理过程简单。严品严品1.3.2乳液聚合生产工艺3Z烯3Z烯水乳化剂引岌剂种子肠乳液聚合法：氯乙烯单体在乳化剂作用下，分散于水中形成乳液，再用水溶性的引发剂来引发，进行聚合。引发剂溶解在水中，分解形成初始自由基进入增溶胶束，引发聚合，生成大分子链，胶束逐渐变成被单体溶胀的聚合物乳液胶体即乳胶粒，乳胶粒随聚合反应的进行逐渐长大直至单体消耗完。聚氯乙烯胶乳可用盐类使聚合物析出，再经洗涤、喷雾干燥得到糊状树脂，工业上称之为糊树脂。该树脂常用于pvc糊的制备。1.3.3悬浮聚合生产工艺悬浮聚合法生产聚氯乙烯树脂的一般工艺过程是在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，真空脱除釜内空气和溶于物料的氧，然后加入氯乙烯单体开始升温搅拌，借助搅拌作用，将单体分散成小液滴,聚合反应发生在各个单体液珠内。一般聚合温度在45〜70°C之间。使用低温聚合时（如42〜45°C）,

可生产高分子质量的聚氯乙烯树脂；使用高温聚合时（一般在62〜71C）可生产出低分子质量（或超低分子质量）的聚氯乙烯树脂。聚合完成后抽出未反应的单体和浆料进行汽提，回收氯乙烯单体，抽出气体后的浆料进行离心分离，再进入干燥器干燥至含水0.3%〜0,4%,过筛后即得产品。流程图见图氯乙烯单体去禺悬浮聚合芸汽未聚合氯乙烯执1离心分离 "干燥产品氯乙烯单体去禺悬浮聚合芸汽未聚合氯乙烯执1离心分离 "干燥产品水蒸气选取不同的悬浮分散剂，可得到颗粒结构和形态不同的两类树脂。国产牌号分为SG-疏松型（“棉花球”型）树脂；XJ-紧密型（“乒乓球”型）树脂。近年来，为了提高聚合速度和生产效率，国外还研究成功两步悬浮聚合工艺，一般是第一步聚合度控制在60°C左右，在第二步聚合前加入部分新单体继续聚合。采用两步法聚合的优点是显著缩短了聚合周期，生产出的树脂具有良好的凝胶性能、模塑性能和机械强度。本设计采用悬浮法PVC生产技术。1.4聚合机理1.4.1自由基聚合机理氯乙烯悬浮聚合反应，属于自由基链锁加聚反应，它的反应一般由链引发,链增长，链终止，链转移及基元反应组成。链引发过氧化物引发剂受热后过氧链断裂生成两个自由基：初级自由基与VCM形成单体自由基。I链增长单体自由基具有很高的活性，所以打开单体的双键形成自由基，新的自由基活性并不衰减，继续与其它单体反应生成更多的链自由基。链终止聚合反应不断进行，当达到一定的聚合度，分子链己足够长，单体的浓度逐渐降低，使大分子的活动受到限制，就会大分子失去活性即失去电子而终止与其它氯乙烯活性分子反应。终止有偶合终止和歧化终止。1） 偶合终止两个活性大分子自由基相遇时，两个自由基头部独立电子对配对形成共价键所形成的饱和大分子叫偶合终止。2） 歧化终止两个活性大分子自由基相遇时，其中一个自由基夺取另一个自由基上的氢原子而饱和，另一个高分子自由基失去一个氢原子而带有不饱和基团，这种终止反应的方式叫双基歧化终止。有时活性大分子自由基与金属器壁中的自由电子结合而终止，即形成粘釜。④链转移在氯乙烯聚合反应中，大分子自由基可以从单体，溶剂，一个氯原子或氢原子而终止，失去原子的分子将成为自由基，引发剂或大分子上夺取继续进行新的链增长反应。包括向单体的氯转移、向溶剂链转移、向引发剂链转移、向大分子。1.4.2链反应动力学机理链反应动力学来看，根据转化率可分为三阶段：转化率V5%阶段。聚合反应发生在单体相中，由于所产生的聚合物数量甚少，反应速度服从典型的动力学方程，聚合反应速度与引发剂用量的平方根成正比，当聚合物的生产量增加后，则聚合速度由于kt降低而发生偏差。转化率5%〜65%阶段。聚合反应在富单体和聚氯乙烯一一单体凝胶中间是进行，并且产生自动加速现象。其原因在于链终止反应主要在两个增长的大分子自由基之间进行，而他们在粘稠的聚合物——单体凝胶相的扩散速度显著降低，因而链终止速度减慢，所以聚合速度加快，呈现自动加速现象。②转化率〉65%阶段。转化率超过65%以后，游离的氯乙烯基本上消失，釜内压力开始下降，此时聚合反应发生在聚合物凝胶相中，由于残存的氯乙烯逐渐消耗，凝胶相得粘度迅速增高，因此聚合反应速度仍继续上升，大到最大值后逐渐降低。当聚合反应速率低于总反应速率以后，使反应终止。1.4.3成粒机理与颗粒形态关于氯乙烯悬浮聚合过程生成多孔性不规整的理论解释，认为成粒过程分为两部分；单体在水中的分散和发生在水相和氯乙烯一一水相界面发生的反应，此过程主要控制聚氯乙烯颗粒的大小及其分布。在单体液滴内和聚氯乙烯凝胶相内发生的化学与物理过程，此过程主要控制所得聚氯乙烯颗粒的形态。在聚合反应釜中液态氯乙烯单体在强力搅拌和分散剂的作用下，被破碎为平均直径30〜40um的液珠分散于水相中，单体液珠与水相得界面上吸附了分散剂。当聚合反应发生以后，界面层上的分散剂发生氯乙烯接枝聚合反应，使分散剂的活动性和分散保护作用降低，液珠开始由于碰击而合并为较大粒子，并处于动态平衡状态。此时单体转化率约为4%〜5%。当转化率进一步提高，达到20%左右后，由于分散剂接枝反应的色深入，能够阻止粒子碰击合并，所以所得聚氯乙烯颗粒数目开始处于稳定不变的状态，因而此后的搅拌速度对于产品的平均粒径不再发生影响。最终产品的粒径在100〜180um范围，个商品牌号的粒径个有其具体范围，取决于生产的聚氯乙烯树脂用途、分散剂类型、用量和反应起始阶段的搅拌速度等参数。通常是使用的分散剂浓度高，则易得空隙率低（＜10%）的圆球状树脂颗粒，尤其是使用明胶作为分散剂是，其影响最为明显。由于地孔隙率树脂的反应结束后，脱除残存的单体较困难，而且吸收增塑剂速度慢，难以塑化所以逐渐淘汰。产品的平均粒径因不同用途而有所不同要求：用于生产软质制品的聚氯乙烯树脂平均粒径要求低些在100〜130um左右；用于生产硬质制品者要求在150〜180um范围；分子量较低的牌号则要求在130〜160um范围。此数据不能绝对化，因工厂生产条件的不同而有所不同。转移。1.5工艺流程叙述1.5.1加料系统⑴VCM的贮存与加料：从VCM车间运送来的新鲜单体VCM,经过过滤器（1）进入VCM贮槽（2）中贮存，同时由VCM回收工序来的回收VCM贮存在回收VCM贮槽（7）中。用VCM泵(3)连续从回收贮槽抽料、并经过VCM加料过滤器(5a,b)过滤，循环回收到VCM贮槽(7)中。目的是保留VCM加料的压力，使VCM不汽化，以避免再加料时损坏流量计。加料时(4)泵先加回收单体，(6)泵后加新鲜单体，回收和新鲜单体有一定配比。脱盐水的贮存与加料：冷脱盐水(来自界区)经计量进入冷脱盐水贮槽(13)中或热脱盐水贮槽(17)中。冷脱盐水经加热器(15)加热到要求温度后进入热脱盐水贮槽(17)中，待加料用，该槽有温度范围或液位低时聚合釜不能入料。加料时，根据聚合温度的要求把冷热脱盐水混合，用冷脱盐水加料泵(14)和热脱盐水加料泵(18)打入聚合釜中，混合温度在两泵出口汇总管处由冷、热脱盐水量来调节。注入水与冲洗水的加料：注入水泵(20)，从冷脱盐水贮槽(13)抽水向各脱盐水用户供水，泵出口压力2.1Pa用于聚合釜轴封、浆料泵(46)、块料破碎机(48)等。此泵有稳压系统，另外该泵出口脱盐水还用于聚合釜的注入水，比保证釡内容积恒定。冲洗水泵泵出口压力l.IMPa,用于冲洗管理，并为助剂配制提水，同时为冲洗水增压泵(16)提供水及设备冲洗水，冲洗水泵的水经冲洗水增压泵(16)增压后向聚合釜(42)、回收分离器(54)、汽提加料槽(61)等提供1.4MPa的冲洗水。助剂的配制及加料：缓冲剂系统缓冲剂是在配制槽(37)中配制，配制时需15〜30分钟，不设单独贮槽，加缓冲剂时，计算机程序关闭循环线，打开充料伐，经(38)充装泵，将缓冲剂加到称重槽(39)中到规定时间用加料泵(40)加入到聚合釜(42)中，同时重新使用循环系统使缓冲剂配制槽中物料续循环。分散剂系统本设计采用两种分散剂混合使用。分散剂A：分散剂在配制槽(31)中配制，分散剂加料时，先将分散剂打入计量槽(此时循环已停)，达到定量后，启动循环系统，同时计量槽中分散剂用充装泵(36)打入聚合釜。分散剂B：配置过程如分散剂(I),然后将配制好的分散剂(II)放入分散剂贮槽(33)中单独贮存，同样有个冷冻盐水冷却并用充装泵(34)循环。此溶液搅拌较强烈，以防分散剂分离。调节剂的配制调节剂在有局部搅拌的调节剂贮槽(9)内贮存，加料时用调节剂充装泵(10)计量加入聚合釜(42)，此管线带压无需冲洗。引发剂系统引发剂在引发剂配制槽(25)中配制，配制合格后放入引发剂贮槽(26)中贮存待用。引发剂贮槽(26)用冷却水冷却到规定的低温，搅拌并用循环泵(27)打循环。加引发剂时，先由贮槽(26)放到引发剂称重槽(28)中，然后用加料泵(29)定量加入聚合釜(42)内。终止剂系统终止剂在带搅拌和排空装置的不锈钢容器(11)中配制，先将定量的脱盐水和NaOH加入到终止剂配制槽(11)中，开动搅拌后将定量的终止剂加入到配制槽(11)中，当聚合达到规定转化率时，需加终止剂。加终止剂时，按规定的程序，用终止剂充装泵(12)从终止剂贮槽(11)中抽出，配方量的终止剂经计量后从注入管加入聚合釜，加终止剂时应关闭注入水切断阀，加完终止剂后应关闭聚合釜终止剂阀及终止剂泵出口阀，停泵。事故终止剂NO,在停车或停电等紧急情况下加入聚合釜、迅速终止聚反应。涂壁系统涂壁剂溶液在配制槽(22)中按规定配方进行配度和贮存。聚合出料完毕后,用高压水(14Kg/cm2G)冲洗釜90秒钟，废水用浆料泵(43),打至废水贮罐(57)中，洗涤后进行涂壁操作。聚合系统若聚合釜打开过釡盖，则需抽真空真空度为710mmHg柱，将缓冲剂加到脱盐水总管内，然后用脱盐水把缓冲剂带入到聚合釜。脱盐水启动后，加入VCM、开动搅拌，当脱盐水和VCM加完后，釜内温度应接近聚合温度，继续搅拌一定时间，使VCM液滴在水中形成，然后加入分散剂，继续搅拌一定时间，以保证分散体系形成，最后加入引发剂，使聚合反应开始。聚合反应开始后，向挡板通入冷却水并达到最大流量，然后向夹套中通入冷却水，并保持反应温度，冷却水流量由计算机根据聚合釜上、中、下温度控制，同时计算机计算出反应放出的热量，并与聚氯乙烯聚合动力浮模型的理论计算值比较，计算出VCM到PVC的转化率。聚合反应开始后，两股注入水应加入聚合釜，以保证釡内容积恒定，一股注入水来自聚合釜搅拌器的轴封衬套、另一股由釡顶注入。聚合反应终点，可依据反应时温度或测定单体转化率及根据压力降来确定，通常按压力降来确定，当聚合反应到达终点时，定量的终止剂将自动加入到聚合釜内以终止聚合反应。出料结束后，用1.4Mpa的水冲洗后即可即可进行涂壁操作准备。浆料汽提及废水汽提系统（1）浆料汽提系统由汽提塔浆料槽（47）底部来的浆料，经块料破碎机（48）破碎后，用汽提塔供给泵（49）经板式换热器（50）与汽提完毕的浆料换热，一部分从塔顶加入汽提塔，另一部分回流到浆料槽（47），同时蒸汽由汽提塔底部进入；VCM由蒸汽汽提带走。塔釜浆料由塔底浆料泵（46）送出，并与浆料槽（47）来的浆料换热后，一部分送到浆料混料槽（84），另一部分返回塔釜液位同时防止浆料中PVC沉降，汽提完毕的浆料中，VCM残留量在30PPm左右，塔顶出来的含VCM的蒸汽，用冷凝器（53）冷凝，由分离器（54）分离，冷凝液用分离器底泵（56）送至废水贮槽（57）,未凝的汽提经过滤器（55）过滤，送至VCM回收工序，浆料送至干燥工序。（2）废水汽提系统这些废水贮存在废水贮槽（57）中，由塔底泵（58）打出与废水汽提塔（61）底出来的热水换热器（59）后，一部分由塔顶加入废水汽提塔（61）中，另一部分循环，同时蒸汽由塔底加入与废水进行传质交换后，废水中VCM提出并由塔顶带走，随后进入塔顶冷凝器（62）冷凝，不凝液去压缩机（63）压缩回收，冷凝液

回收到废水贮槽（57），废水汽提塔塔釜的废水用泵（60）打出，经换热器（59）换热后进入废水池，并与离心机母液，一起排除界区。（3）VCM回收系统聚合反应结束后，未反应的VCM,一部分随浆料进入汽提塔加料槽（47）,这部分VCM从槽顶出来，经汽液分离器（54）除去水分，并经过滤器（65）过滤后用压缩机（66）升压至0.35Mpa以上，送至回收冷凝器（67）中；另一部分是残留在聚合釜中的单体，这部分未反应的单体是在聚合釜出料达50m3时回收，在塔顶压力大于0.35mPa时，单体进入回收冷凝器（67），当釜顶压力小于0.35mPa时，启动间断回收压缩机（66），把单体压缩送到冷凝器（67），经浆料汽提，废水汽提等来回收VCM。第二章工艺计算2.1物料衡算＆流程示意图1）画流程示意图:VC70000kg软水VC、水PVC、助剂PVC、水、空A—£_►VC、水聚汽PVC、助< NaOH溶^剂 混料PVCVC70000kg软水VC、水PVC、助剂PVC、水、空A—£_►VC、水聚汽PVC、助< NaOH溶^剂 混料PVC、水、空回收PVC、沸腾床干气流干燥器VC、水助剂、PVC损失PVC―提PVC、塔离心水蒸水蒸洗涤热PVPVC-热风筛分包损失PVC损失PVC—去母液执八、、2）化学反应方程式:——-tCHz一CH>n-2,29x13千卡/公斤分子CJ3）确定计算任务：聚合与沉析（混料槽）均属于间歇操作，需要建立时间平衡。由设计任务和生产现场可知生产规模、生产时间、消耗定额、各步损失以及聚合配方等工艺操作条件。可以顺流程展开计算，并按间歇过程与连续过程分别确定基准依次计算。间隙过程基准：kg/釜；连续过程基准：kg/h&全装置生产数据1、 生产规模：400000吨PVC/年2、 生产时间:8000h3、 聚合釜数据：1）体积：200m32） 装料系数：0.93） 每釜投料量：70t4） 平均每釜产量：59126kg4、生产周期TOC\o"1-5"\h\z操作时间（抽真空、排气、清物料、清釜） 1h聚合反应 4h合计 5h5、损耗分配聚合车间总收率为94.8%。总消耗为6.2%。各步骤的损失分配如下（间歇过程以单体进料量为准，连续过程以聚合釜内反应生成的聚合物为准）：聚合釜：VC0.1%；PVC0.2%；混料槽：VC0.8%；PVC0.8%；汽提塔：VC0.1%；PVC0.2%；离心：PVC0.5%气流干燥：PVC0.1%；沸腾干燥:PVC1%；包装：PVC1.5%合计：6.2%（其中PVC占5.2%，VC占1.0%)6、聚合配方1） 单体纯度：为方便起见，按100%计算新鲜料：回收料=9：12） 水油比：1.2软水/VC

3）助剂：引发剂分散剂3）助剂：引发剂分散剂名称IPP（75%）水溶液用量0.025%VC0.0365%VC0.0365%0.0365%VC0.0365%VC0.025%VC0.046%VC0.02%VC热稳定剂：PH调节剂：铁离子螯合剂PVA（热稳定剂：PH调节剂：铁离子螯合剂H3PO4（50%水溶液）EDTA链终止剂：双酚A 0.04%VC聚合7、操作时间与控制指标聚合温度 59±0.5°C出料压力 6kg/cm3（表压）转化率 90%混料槽温度为75C，操作规定加42%液碱14L，加碱量为0.05%〜1%（母液中含NaOH量））离心 为提高产品质量，用60〜75C热水洗涤，用水量为1500公斤。离心后湿物料含水约为20%。干燥 气流干燥器出口物料含水量为5%，沸腾干燥器出口物料含水量为0.2%8、 原料、助剂、产品规格（略）。9、 数据物化常数：42%液碱比重1.45热数据：钢制设备比热0.50KJ/kg・C；PVC比热 1.76KJ/kg・CVC比热1.588KJ/kg・C；VC汽化热 263KJ/kg水蒸气冷凝热2370KJ/kg＆全车间物料衡算VC和PVC：每釜进料70t即70000kgVC时，生产合格产品59126kg,现年生产能力为400000t，则年投料量为400000X(70000/59126)=473565t(其中，新鲜VC占90%，回收VC占10%。)新鲜VC473565X0.9=426208.5t回收VC473565X0.1=47356.5t产品质量为400000t,其中绝干树脂质量为400000X(1-0.2%)=399200t，产物含水量为400000－399200=800t转化率为90%，生成PVC473565X90%=426208.5t损失PVC 426208.5-399200=27008.5tVC回收量为473565X9%=42620.85tVC损失473565—426208.5—42620.85=4735.65t软水：水油比为1.2，则用水量为1.2X473565=568278t助剂：引发剂：IPP(75%)水溶液0.025%VCIPP473565X0.025%=118.39t水118.39三75%X25%=39.46t分散剂：HPMC(6%)水溶液0.0365%VCHPMC473565X0.0365%=172.85t 水172.85三6%X94%=2708t

PVA(3%)水溶液0.0365%VCPVA473565X0.0365%=172.85t 水172.85三3%X97%=5588.8t热稳定剂：有机锡0.025%VC有机锡473565X0.025%=118.39tPH调节剂：H3PO4(50%水溶液)0.046%VCH3PO4473565X0.046%=217.84t水217.84三50%X50%=217.84t铁离子螯合剂：EDTA0.02%VCEDTA473565X0.02%=94.71t链终止剂：双酚A0.04%VC双酚A473565X0.04%=189.43tNaOH溶液：规格为42%水溶液。每釜用量为70L。NaOH重量为1.48X70=101.5kg。全年NaOH溶液用量为101.5X（400000三59.126）/1000=686.669t纯NaOH用量为686.669X42%=288.401t水的带水量为686.669-288.401=398.268t混料槽水蒸气:用量为4316.25kg/h。则全年用量为4316.25X8000/1000=34530t。汽提塔水蒸气:用量为17465kg/h。则全年用量为17465X8000/1000=139720t。离心脱水中洗涤热水：用量为1500kg/h。则全年用量为1500X8000/1000=10800t脱水量（离心、气流干燥、沸腾干燥）+筛分包装损失水：总进水量一物料含水量=198860t全装置物料平衡表物料名称进料/t出料量/tVC新鲜VC426208.5回收VC47356.542620.85损失VC(1.0%)4735.65PVC产物纯PVC399200损失PVC(5.2%)27008.5产物含水800软水568278引发剂IPP（75%水溶液）IPP118.39118.39水39.46分散剂HPMC（6%水溶液）HPMC172.85172.85水2708PVA（3%水溶液）PVA172.85172.85水5588.8热稳定剂：有机锡118.39118.39PH值调节剂HPO3 4(50%水溶液)HPO217.84217.84水217.84铁离子螯合剂：EDTA94.7194.71链终止剂：双酚A189.43189.43NaOH水溶液(42%)纯NaOH288.401288.401水398.268混料槽水蒸气34530汽提塔水蒸气139720离心洗涤热水10800

离心、干燥脱水+筛分包装损失水198860合计1234337.41234337.4＆各设备物料衡算2.1.1聚合釜1)VC和PVC每釜投料量为70t,其中新鲜VC为70000X0.9=63000kg，回收VC为70000-63000=7000kg。转化率为90%，则聚合生成PVC 70000X90%=63000kg损失VC0.1%，损失PVC0.2%VC损失量为70000X0.1%=70kg,PVC损失量为63000X0.2%=126kg则VC出料量为70000-63000-70=6930kg,PVC出料量为63000-126=62874kg2)软水水油比为1.2,软水进料量为1.2X70000=84000kg3)助剂引发剂：IPP(75%)水溶液0.025%VCIPP70000X0.025%=17.5kg水17.5三75%X25%=5.83kg分散剂：HPMC（6%水溶液）0.0365%VCHPMC70000X0.0365%=25.55kg水25.55三6%X94%=400.28kgPVA（3%水溶液）0.0365%VCPVA70000X0.0365%=25.55kg水25.55三3%X97%=826.12kg热稳定剂：有机锡0.025%VC有机锡70000X0.025%=17.5kgPH调节剂：H3PO4（50%水溶液）0.046%VCH3PO470000X0.046%=32.2kg水32.2三50%X50%=32.2kg铁离子螯合剂：EDKGA0.02%VCEDKGA70000X0.02%=14kg链终止剂：双酚A0.04%VC双酚A70000X0.04%=28kg水的出料量为84000+5.83+400.28+826.12+32.2=85264.43kg聚合釜物料平衡表物料名称进料/kg出料量/kgVC新鲜VC630006930回收VC7000损失VC(0.1%)70PVC产物纯PVC62874损失PVC(5.2%)126软水8400085264.43引发剂IPP（75%水溶液）IPP17.517.5水5.83

分散剂HPMC（6%水溶液）HPMC25.5525.55水400.28PVA（3%水溶液）PVA25.5525.55水826.12热稳定剂：有机锡17.517.5PH值调节剂HPO3 4(50%水溶液)HPO3432.232.2水32.2铁离子螯合剂：EDTA1414链终止剂：双酚A2828合计155424.73155424.73混料槽进料除聚合釜来料外，尚需加液碱和通入直接蒸汽。按工艺条件规定加42%NaOH水溶液70升，重量为1.45X70=101.5kg其中含：纯NaOH101.5X42%=42.63kg,水101.5－42.63=58.87kg假设未反应的VC液体除在混料槽及后续的汽提操作中损失外，全部在混料槽内气化予以回收。碱处理时，通直接蒸汽升温所产生冷凝水量可由热量衡算求得。水的含量为85264.43+58.87=85323.5kg设备及物料升温（包括VC气化）需热量计算表物料重量初始温度终止温度温度差比热热量名称(kg)(°C)(C)(C)(KJ/(kg・C))(KJ)水85323.55975164.185706435.68PVC628745975161.761770531.84VC69305975263(KJ/kg)汽化热1822590合计9299557.52注：1、助剂所占比例甚微，并入水中一起算。2、由于去汽提塔的VC量甚微，这里并入气化部分一起计算。H2O汽化热2370KJ/kg。按热损失10%,系数1.1计算，每个混料槽在每次操作中需通入蒸汽量W为 W=9299557.521.1=4316.25kg2370水的出料量为85264.43+58.87+4316.25=89639.75kgVC损失量 70000X0.8%=560kgPVC损失量63000X0.8%=504kg气化回收VC70000X9%=6300kg混料槽VC出料量为6930-6300-560=70kgPVC出料量为62874-504=62370kg助剂量为17.5+25.55+25.55+17.5+32.2+14+28=106.3混料槽物料平衡表物料名称进料量/kg出料量/kgVCVC693070损失VC560回收VC6300PVCPVC6287462370损失PVC504水85264.4389639.75NaOH水溶液纯NaOH42.6342.63水58.87水蒸汽4316.25助剂160.3160.3合计159646159646汽提塔从这步操作开始转入连续操作过程，计算基准由kg/釜，改为kg/h。质量以聚合釜内生成的聚合物为基准。根据全年生产任务和生产时间求出每小时PVC产量为400000tPVC/8000h=50000kg/h产品中含水0.2%，则绝干树脂产量为50000X(1-0.002)=49900kg/h以49900/(1-5.2%)=52637.13kg/h为连续过程质量基准进行计算。考虑到各步损失后，汽提塔进料中应含绝干树脂量为52637.13X(1-1%)=52110.76kg/h其中，1%为聚合釜和混料槽中PVC损失百分数，按混料槽出料组成，以52110.76kg/h为基准，计算各组分的含量:VC70X(52110.76/62370)=58.486kg水89639.75X(52110.76/62370)=74894.91kg助剂+NaOH(160.3+42.63)X(52110.76/62370)=169.55kg损失PVC52637X0.2%=104.22kg/hPVC出料量为52110.76-104.22=52006.54kg损失VC52637.13X0.1%=52.63713kg/hVC汽提量为58.486-52.63713=5.84887kg，进入废气处理系统或直接燃烧。水的出料量为74894.91+17465=92359.91kg汽提塔物料平衡表物料名称进料量/(kg/h)出料量/(kg/h)VCVC58.4865.84887损失VC52.63713PVCPVC52110.7652006.54损失PVC104.22水74894.9192359.91所需蒸汽量17465助剂+NaOH169.55169.55合计144698.706144698.706离心机进料量为汽提塔出料量，其中VC含量可忽略不计。洗涤热水用量为1500kg/h。离心操作损失PVC52637.13X0.5%=263.18kg/hPVC出料量为52006.54-263.18565=51743.35kg离心后湿物料仍含水分20%，则含水量为51743.35X(20%/80%)=12935.84kg,母液中含水92359.91-12935.84=79424.07kg。离心操作物料平衡表物料名称进料量/(kg/h)出料量/(kg/h)PVC52006.5451743.35PVC损失263.18母液中含水92359.9179424.07湿物料含水一12935.84洗涤热水1500助剂+NaOH169.50169.50合计146035.95146035.95气流干燥进料量为离心操作出料量。气流干燥损失PVC52637.13X1%=526.3713kg/hPVC出料量为51743.35-526.3713=51216.9787kg离心后湿物料仍含水分5%,则含水量为51216.9787X(5%/95%)=2695.63kg脱走水12935.84-2695.63=10240.295kg气流干燥物料平衡表物料名称进料量/(kg/h)出料量/(kg/h)PVC51743.3551216.9787损失PVC526.3713水12935.842695.63脱走水一10240.295合计64679.1964679.19沸腾干燥进料量为气流干燥出料量。沸腾干燥损失PVC52637.13X1%=526.3713kg/hPVC出料量为51216.9789-526.3713=50690.6074kg离心后湿物料仍含水分0.2%,则含水量为50690.6074X(0.2%/99.8%)=101.5844kg脱走水2695.63-101.5844=2594.0456kg。沸腾干燥物料平衡表物料名称进料量/(kg/h)出料量/(kg/h)PVC51216.978950690.607损失PVC526.3713水2695.63101.5844脱走水一2594.0456合计53912.6153912.61筛分包装进料量为沸腾干燥出料量。筛分包装损失PVC52637.13X1.5%=789.55695kg/h包装入库的绝干PVC为50690.6074-789.55695=49901.05045kg随PVC树脂损失的相应水量为789.55695X(0.2%/99.8%)=1.58228kg树脂中含水101.5844-1.58228=100.00213kg。物料平衡表物料名称进料量/(kg/h)出料量/(kg/h)PVC50690.607449901.05045损失PVC789.55695水101.5844100.00213损失水一1.58228合计50792.191850792.1918聚合釜数的确定年生产能力为4000001,年生产时间为8000h,每釜生产周期为5h,年生产批次数为8000/5=1600，每批产量为400000/1600,每釜产量为59.1261,则所需聚合釜的个数为(400000/1600)/59.126=4.23所以需要的聚合釜数为5。2.2热量衡算2.2.1热量衡算的意义和作用精细化工生产一般在规定的压力,温度和时间等温度等工艺条件下进行,生产过程中包括有化学过程和物理过程,往往伴随着能量变化。因此,必须进行能量衡算。生产中一般无轴功或轴功相对较小,可以忽略不计。因此,能量衡算实质上是热量衡算。生产过程中所产生的化学热效应与物理变化热效应会使物料温度上升或下降,为了保证生产过程在一定温度条件下进行则需要环境对生产系统有热量的加入或放出,对于新车间设计,热量衡算是在物料衡算的基础上进行的。通过热量衡算,可以确定传热设备的热负荷,即在规定时间中加入和移出的热量,从而确定传热剂的消耗量,选择合适的传热方式,计算传热面积。热量衡算和物料衡算相结合,通过工艺计算,可以确定设备的工艺尺寸,如设备的台数,容积,传热面积等参数。热量衡算及所需的热质的量在解决实际问题中,热平衡方程为：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6式中：Qi——各股物料带入的热量Q2——加热剂(或冷却剂)传给设备和物料的热量Q3 各种热效应，如反应热，溶解热等q4——各股物料带走的热量

q5——消耗在加热设备上的热量Q6 热损失水的比热为4.2KJ/(Kg・°C)乙烯的比热为2.3KJ/(Kg・C)聚合热为1540.7424KJ/(Kg・C)引发剂和助剂的平均的比热为2.7KJ/(Kg・C)总热损失(Q5+Q6)为反应热的10%聚合釜的热量衡算未反应的氯乙烯未反应的氯乙烯 ►25C 水引发剂和助剂.聚乙烯Q二CmT二63000x2.3x25+84000x4.2x25二9.18x106KJ1pQ二M x聚合热二62874x1540.74二9.69x107KJ3pvcQ二CmT二6930x2.3x75+85264.43x4.2x75二2.8x107KJ4pQ+Q=Qx10%=9.69x107x0.1=9.69x106KJ563利用Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6（Q2符号为负）可求得：Q=6.839x107KJ2设备的计算及选型聚合釜全容积V=200m3

操作容积V=200十1.25=160m31釜体形式：圆筒形封头形式：椭圆形长径比i=H/D=211初算筒体内径,'4V—3 ——i:4二5.026m3.14x初算筒体内径,'4V—3 ——i:4二5.026m3.14x2圆整筒体内径=5000mm一米高的容积V1m=18.566m2釜体封头容积V二47.117m31封釜体高度H=(V-V)/V二8450mm1 1封1m夹套筒体内径D=5200mm2装料系数耳=0.9夹套筒体高度H>（nV-V）/V二（0.9x200-47.117）/18.566二7157mm2 1封 1m圆整夹套筒体高度H二7200mm2罐体封头表面积F=10.5m21封一米高筒体内表面积F=15.67m21实际总传热面积F=FxH+F=15.67x7.2+10.5=123.324m21m2 1封设备材料Q235-A设计压力（罐体内）P=2MPa1设计压力（夹套内）P=2.1MPa2设计温度（罐体内）t=75°C1设计温度（夹套内）t<150C2液柱静压力P=10-6Pgh=10-6x1000x9.8x8.45=0.083MPa1H计算压力P=P+P=2+0.083=2.083MPa1C 1 1H

计算压力P二P二2.1MPa2C 2罐体及夹套焊接接头系数①=0.85设计温度下材料的许用应力k】二113MP密封形式：双端面机械密封罐体筒体计算厚度PDPD3C_2 2依I-P2.038x50002x113x0.9-2.083二罐体筒体计算厚度PDPD3C_2 2依I-P2.038x50002x113x0.9-2.083二51.73mm夹套筒体计算厚度2.1x5200-54.25mm2x113x0.9-2.12C罐体封头计算厚度8・1PD4C1 -0.5xP1C2.038x50002x113x0.9-0.5x2.083二51.47mm夹套封头计算厚度8・2PD2C2 -0.5xP2C2.1x52002x113x0.9-0.5x2.1二53.97mm钢板厚度负偏差C1-0-钢板厚度负偏差C1-0-6mm腐蚀裕量C二2.0mm2厚度附加量C二C+C二2.6mm12罐体筒体设计厚度8 =8+C=51.73+2.6=54.33mm1C 1夹套筒体设计厚度8=8+C=54.25+2.6=54.85mm2C 2罐体封头设计厚度8•=8•+C=51.47+2.6=54.07mm1C 1夹套封头设计厚度8・=8・+C=53.97+2.6=56.57mm2C 2圆整选取：罐体筒体的名义厚度8=60mm1n夹套筒体名义厚度8 =60mm2n罐体封头名义厚度8•=60mm1n夹套封头名义厚度8•=60mm2n挡板形式：四根圆形底部固定，内部有套管的挡板搅拌器形式：F传动底伸式，两层三叶后掠式搅拌器台数：52.3.2混料槽几何尺寸：（1）汽提塔加料槽（一台）容积：131.2m3设计压力：16.5kgf/cm2型号：巾4700X8350（2）浆料混料槽（二台）型号：巾5500X10050容积：120m32.3.3汽提塔塔形：穿流式无溢流管的筛板塔（1）塔尺寸及塔特性参数塔径：1300mm塔高：19175mm塔板数：20块板间距：610mm孔间距：50mm（筛孔呈三角形排列）（2）操作工艺条件塔顶温度：110°C塔底温度：114C塔底压力范围：0.024—0.224Mpa浆料流量范围：8.3-40m3/hr23.4离心机类型：卧式螺旋卸料沉降离心机型号：LW520XIZ74-N分离因数：2202离心机