年产1万吨PVC糊树脂聚合工艺设计

年产1万吨PVC糊树脂聚合工艺设计安徽建筑工业学院本科生课程设计年产1万吨PVC糊树脂聚合工艺设计PAGE2PAGE34目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 1第一章概述 31．1聚氯乙烯简介 31．2产品用途 41．3市场现状和前景展望 5第二章设计工艺说明 82．1悬浮聚合工艺 82．2生产工艺描述 82．3主要物料 132．4质量指标和分析 14第三章工艺计算 163．1聚合物料衡算示意图 163．2聚合物料计算 173．3反应釜设计 213．4聚合工段管道计算 25第四章车间布置说明 274．1车间平面布置原则 274．2车间布置说明 27第五章环境评估 285．1环境保护 285．2污染排放概况 28第六章结论 31致谢 32参考文献 33摘要本课题是在了解聚氯乙烯国内外发展情况的基础上，完成了微悬浮法生产聚氯乙烯糊树脂的合成工艺设计。聚合工段以聚合釜密闭技术、高温热脱盐水技术、二次加水技术为主；尾气回收采用压缩冷凝法回收氯乙烯气体。针对过程中各反应的损失量、单体转化率等对反应物进行简单的物料衡算；分析了生产对环境的影响。[关键词]PVC糊树脂；微悬浮聚合法；聚合工艺设计；物料衡算AbstractThispaperintroducesthemarketdevelopmenttrendofPVCathomeandabroad.Thedesignisaprocessof10kt/aPVCpasteresinproductioninmicro-suspensionpolymerization.Theprocessofpolymerizationdesignedpolymerizerconfinedtechnology,hightemperaturethermalwaterdesalinationtechnology,technicalsecondarywater.ThemethodofcompressioncondensationrecoversVCM.Onthebaseofthelossesinreactionandthemonomerconversionrateofreaction,ittakesthematerialbalancecalculation.Theprocessofproductionimpactontheenvironmentisanalysed.Keywords:PVCpasteresin;processofmicro-suspension;polymerizationprocessdesign;materialbalancecalculation第一章概述1．1聚氯乙烯简介聚氯乙烯(PVC)是有氯乙烯单体(VCM)聚合得到的聚合物,一般聚合度,在当今聚合物产品中具有极其重要的地位。PVC应用极其广泛,并且价格相对低廉,适用性几乎不受限制.然而如果PVC在今天被发现,很可能会因为其热稳定性差,难于加工而被束之高阁。PVC的独特源自三个主要因素：形态学，多样性和分子结构。(1)形态学PVC一旦被合成出来,其内在性能和外在结构就完全被所采用的生产方法决定了.悬浮聚合和本体聚合产品是粒径为的颗粒，而乳液聚合产物的粒径只有。但干燥后的乳液产品是易碎的颗粒,粒径为。由于具有独特的颗粒结构,在PVC专业词汇中,经常用到的一个次就是形态学.形态结构对于其他聚合物来说远不如对于PVC重要。PVC不溶于其单体，在聚合过程中,当PVC增长链长到10个单位单元后，就要从VCM单体中沉淀出来，属于典型的沉淀悬浮聚合。然而，PVC在其单体中可较好的溶胀,其单体溶解量可达到27%(质量分数)以上，这一特性对聚合物本身以及PVC最后的性能和应用均有重大的影响。因此，聚合物从单体中沉淀出来的方式，聚合物分子链的增长机理以及单体对聚合物的溶胀程度等因素非常重要。(2)多样性聚氯乙烯是一个总称.每个生产商会根据市场的需要生产一系列形态，分子量各不相同的PVC产品。在工业上，K值和黏度值用于代表PVC的分子量，生产商将这些参数作为品种代号，用以给不同的产品命名。K值为的PVC较硬，主要用于生产管、导管、板和塑钢窗；K值为的树脂柔韧性较好，可制备柔性板、地板革、壁纸、电缆绝缘层、软管、试管和医疗用品；K值较低的()PVC主要用于注塑成型，制备管，导管接头，整体或电源接头，并可用于吹瓶和其他容器。(3)分子结构在目前工业生产的聚合物材料中，PVC能占有独特的地位，原因在于大量的氯原子赋予PVC聚合物链强极性，同时重复单元在分子链中相间排布，使分子链结晶水平极大降低.这样的结构给PVC带来一系列优良性能，包括：力学性能好，特别是薄膜韧性好，相对较低的分子量就可拥有较高的熔体黏度，并且即使在高度增塑后，仍可保持较好的力学性能。可以在PVC中加入大量增塑剂和抗冲改性剂，来改善其性能,使其应用领域大幅扩宽。1．2产品用途聚氯乙烯糊树脂是由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂，是氯乙烯的均聚物，属于聚氯乙烯树脂的一个产品分支。聚氯乙烯糊树脂具有较大的多分散性，分子量一般在5~12万。由于其成糊性优良以及分散性能良好，PVC糊树脂的应用非常广泛，主要有以下几大方面：（1）一般软制品：利用挤出机辅助相应模具设备生产聚氯乙烯糊树脂片、管、垫、块；可制成塑料鞋底、鞋面、鞋衬材料等；在饮料行业中可用作啤酒、碳酸饮料瓶盖的密封材料；（2）涂层制品：将糊树脂涂敷于布或纸张等其他基材上，然后在100摄式度以上塑化而成。也可以先将PVC与助剂压延成薄膜再与衬底基材加垫压合而成。聚氯乙烯糊树脂人造革可以用来制作皮相、皮包、书的封面、沙发及汽车的坐垫、壁纸等建筑装饰材料；（3）泡沫制品：在聚氯乙烯糊树脂中加入大量的发泡剂作成片材，经发泡成型为泡沫塑料，可作为抗冲材料、保护性安全制品及填充材料，还可以作为泡沫高级凉鞋、坐垫、高级消音等的材料；（4）黏合剂与密封胶：聚氯乙烯糊树脂及改性树脂与其他化工原料相结合，制成的黏合材料经化学处理后可用于制造汽车上的密封胶；（5）涂层与涂料：聚氯乙烯糊树脂及改性树脂可以作为钢板、硬质塑料的表面涂层。这种涂料具有抗冲击性、耐老性、耐侯性良好、附着力强等优点，广泛应用于汽车底盘涂料、车内涂料于装饰，还用于其他钢铁工业及钢铁表面装饰与材料防腐。由于聚氯乙烯糊树脂具有良好的分散性和稳定的流动性，还可用于高品质彩色印刷；（6）糊制品：将聚氯乙烯糊树脂分散在液体增塑剂中，使其溶胀塑化而成增塑溶胶，假如稳定剂、填料、着色剂等，经充分搅拌、脱气泡后配成糊，再用浸渍、浇铸等加入成各种制品，还可以将聚氯乙烯糊树脂加热中，再加入其他辅助材料，制成一次性用手套等医疗器材，以及其他材料的垫衬材料；（7）板材：在聚氯乙烯糊树脂中加入改性材料或表面强化材料，经混合塑化压延可制成性能优良的板材、运输带和高级胶塑材料。除普通型的聚氯乙烯糊状树脂外，其他相关改性产品如掺混树脂、氯醋酸树脂等，由于其具有的独特的性能而在汽车塑溶胶、PVC方块地毯、印花油墨、人造革底糊和边糊、壁纸、人造革、浸渍制品中，其用量将随着应用开发力度的不断加大而增加，大量取代进口。我国绝大多数企业主要采用电石原料路线，成本较低。虽然我国PVC糊树脂年进口量不断增加，但由于原油价格高位盘整，加之国外生产原料成本较高，进口糊树脂的价格居高不下，无形中削弱了进口货源与国内资源的相比竞争力。因此，目前国产PVC糊树脂的主流价格保持在10000-10400元/吨之间。总之，目前在我国建立一家PVC糊树脂合成企业仍然存在一定的利益空间，解决国内PVC糊树脂的供需平衡。1．3市场现状和前景展望目前PVC产业在全世界发展迅速，前景广阔，各国都看好PVC的潜力以及其对生态环境的好处，PVC正以其优越、独特的性能向世人证明其作用和地位是目前任何其它产品都无法取代的，社会发展需要它,环境保护需要它，它是我们人类社会文明进步的必然趋势。世界聚氯乙烯糊树脂年产量为200万余吨，生产工艺主要采用微悬浮法、种子乳液法和微悬浮种子法，产品主要集中于欧美和亚洲。上个世纪末，亚洲PVC糊树脂生产规模和技术水平得到迅速发展。国外发达国家聚氯乙烯生产主要采用的是乙烯工艺路线，我国主要采用的主要是电石法生产工艺路线。随着世界科技水平的逐步提高，各国不断开发新技术、新设备，并对现有的生产工艺进行改造，通过调整工艺配料和聚合条件，生产出更具有针对性和良好糊性能的树脂，进一步减少均化物料量、提高单釜含固量、提高生产效率、降低能耗、改进树脂生产的后处理工艺、提高生产的胶乳稳定性等。我国PVC糊树脂生产工艺以种子乳液聚合为主，其他生产工艺路线还有微悬浮种子法、悬浮聚合法等，绝大多数采用电石原料路线。20世纪50年代我国PVC糊树脂工业开始生产，在50－70年代共建有8个生产厂，生产规模为100－500吨/年，生产工艺主要以种子乳液法为主，只能生产8个型号的PVC糊状树脂。进入80年代，我国PVC糊树脂的生产厂家先后引进了国外7家PVC糊树脂生产技术。目前，我国PVC糊树脂的生产厂家有近20家，总生产能力为30万余吨，产量也近30万吨，进口量约为15万吨。至2005年以来，国内PVC糊树脂行业发展十分迅猛，现有企业生产能力不断增加。其中，沈阳化工股份有限公司糊树脂生产能力扩产之后已经达到12万吨/年，生产能力居亚洲第一，世界前三位。2007年，我国PVC糊树脂下游消费约增长10%，特别是在汽车、建筑、电子和涂料的方面的需求显著增加。据统计，国内PVC糊树脂产能与产量虽然得到了快速增长，但我过PVC糊树脂进口量每年仍在13万~15万吨上下浮动，进口最高年份甚至接近了16万吨，这说明国内PVC糊树脂发展仍有较大空间。从应用领域看，近几年我国汽车、建筑、玩具、电子及涂料都发展很快，这些行业的快速发展，给国内PVC糊树脂行业发展带来巨大商机。以汽车应用领域为例，虽然汽车行业受到能源等方面的冲击，2004年国内汽车仍累计产销507.05万辆和507.11万辆，同比分别增长14.11%和15.50%。PVC糊树脂仅汽车胶一个品种，就在底盘防石击涂料、车身焊封密封胶、点焊胶、滤芯胶、缓冲胶等多处应用。聚统计，仅氯乙烯-醋酸乙烯共聚树脂一个新产品所开发的4种专用料年需求量就达5000吨。在许多领域，我国与西方发达国家存在不小的差距。如壁纸应用，西欧应用比例占中消费量的15%，日本为44%，我国仅为4%；地板材应用，西欧为32%，美国为38%，日本为32%，我国仅为17%；汽车应用，西欧为15%，美国为16%，我国仅为8%。从产品结构看，我国在PVC糊树脂生产的大都是均聚物，共聚物极少。均聚物是单体聚合技术，因在应用中要求依附材料耐温好，起应用发展受到限制。而我国在前期引进的35种牌号中都是通用型均聚物，却无共聚牌号。共聚物可以加入第二单体的先进技术，目前国内掌握共聚技术并能生产高端产品的很少，并且在共聚物技术基础上开发出的专用料也只有区区几个牌号。总之，目前我国PVC糊树脂行业整体发展较为平稳，我国应该不断扩大产品的应用领域，增加产品型号，形成差异竞争、错位竞争的良性竞争格局；加强企业之间的技术交流，加速提高行业整体技术水平。随着应用开发力度的不断加大，国内PVC糊树脂将会大量取代进口。第二章设计工艺说明2．1悬浮聚合工艺悬浮聚合是通过搅拌器不断进行搅拌，使单体液滴在水中保持悬浮状态，聚合反应在单体小液滴中进行，通常悬浮聚合反应为间歇聚合。悬浮聚合过程可以看作是在数以百万计的小“反应器”(单体珠滴)中进行的本体聚合。反应釜容积为，氯乙烯在其饱和蒸气压之上被压缩为液态，在高速搅拌下分散于水中，通过夹套或回流冷凝器排出反应热，用挡板调节搅拌效果；加入保护胶体（分散剂）来防止液滴聚并，这样形成的稳定分散体系，液滴平均直径为；另一个重要成分为油溶性自由基引发剂。向反应器中加入的物料组成通常称为配方。悬浮聚合的基本配方有水，VCM，引发剂和分散剂组成，如下：VCM100份保护胶体0.05~0.15份水90~130份引发剂0.03~0.08份2．2生产工艺描述生产工艺为采用悬浮法生产PVC糊树脂。其生产过程由单体氯乙烯（VCM）、聚合、汽提、脱水干燥、包装等部分组成。同时还包括原料、辅料供给系统，VCM回收系统，及环保治理系统等。PVC悬浮聚合的典型工艺流程如图2.1图2.1PVC糊树脂悬浮聚合工艺流程2．2．1种子制备工序由种子聚合釜（A）釜出来的乳浆经过种子过滤器过滤后，被送往种子乳浆槽中储存。从种子乳浆槽中出来的种子乳浆经过种子计量泵过滤器过滤后，由种子计量泵输送到种子计量槽中，通过计量槽输送到各聚合釜。2．2．2配料工序主要是指氨盐（引发剂）、催化剂、乳化剂和后混合剂的制备。从市场上购买来的浓度为20%的氨水储存在氨剂贮槽中，以氮气作为保护气体。贮槽中的氨水经氨剂输送泵送到盐溶解器、乳化剂溶解槽配制引发剂和乳化剂；另外，氨水的另一条线被输送到卸料槽进行脱气。从溶解器中出来的盐溶液被输送到聚合釜；催化剂溶解槽主要是用于配制催化剂，通过催化剂过滤器过滤后由催化剂加料泵送往聚合釜；由氨水贮槽过来的氨水进入乳化剂溶解槽，在饱和蒸汽预热下配制乳化剂，经乳化剂过滤器过滤后由乳化剂加料泵输送到聚合釜；另外一部分乳化剂被送到后混合剂加料槽中，与粗后混合剂及NaOH溶液混合配制成后混合剂，经过滤器过滤后由泵分别输送至聚合釜和卸料槽。2．2．3PVC聚合工序聚合生产为分批作业方式，首先向聚合反应釜中加入水、引发剂、分散剂、加热到预定温度后加入VCM，在搅拌条件下进行聚合反应，控制反应时间和反应温度，达到预设的终止条件时加入抑制剂使反应终止，反应生成物称为浆料；将PVC浆料转入下道工序，并放空聚合反应釜，用水清洗反应釜后在密闭条件下进行涂壁操作，然后重新投料生产。反应后的PVC浆料由聚合釜送至浆料槽，再由汽提塔加料泵送至汽提工序。蒸汽总管来的蒸汽经蒸汽过滤后，对浆料中的VCM进行汽提，VCM随气提汽从浆料中带出。气提汽冷凝后，经含氧分析，合格后排入气柜或去聚合工序回收压缩机，含氧不合格时排空。冷凝水送至聚合工序废水汽提塔。其生产流程请见图2.2┌─→VCM回收VCM┌─┐│┌─┐┌─┐────→┤│││││成│水│聚│┌┴┐│干│││────→┤││汽││││品│引发剂│├→┤├→│├→┤│────→┤││提││燥││包│分散剂│合│└─┘││││────→┤││││装│└─┘└─┘└─┘图2.2PVC生产流程示意框图2．2．3．1聚合反应中技术对于聚合反应工段中提高聚合质量、对聚合反应进行优化、提高聚合反应能力采取了聚合釜密闭技术、高温热脱盐水技术和二次加水技术。（1）聚合釜密闭技术是指周期性聚合生产中不需要开人孔清釜的技术，它能降低操作人员的劳动强度，减少VCM单耗和对环境的污染，在下一批次聚合生产时不需要抽真空脱除聚合釜内空气中的氧气，减少了聚合辅助时间。要顺利实现聚合釜密闭技术，必须解决聚合釜自动防粘釜喷涂技术，选用高效防粘釜剂，解决聚合釜自动水洗技术及聚合釜下料不完全的技术问题。密闭技术聚合釜放料最好采用泵输送，在聚合釜放料结束时可以通过泵压力或电流得出，这样可避免放料不净造成水洗废料单耗高的问题。此设计中聚合釜的密闭技术采用双位防黏釜喷涂设备和双位自动高压水设备，可以防止聚合釜存在喷涂和水洗不到的死区而造成的PVC糊树脂下一批料的质量下降。（2）高温热脱盐水技术对于脱盐水部分采用采用高温热脱盐水技术，此技术在VCM聚合时不需升温时间，缩短了聚合反应辅助时间，同时由于脱盐水温度高，使得脱盐水中氧气含量减少，有助于缩短聚合时间。采用高温热脱盐水技术时，引发剂必须使用水乳型引发体系，而且引发剂必须在最后加入，否则会导致PVC树脂“鱼眼”数增加，此设计中的引发剂由釜底加入，这样加入比由釜顶加入更有利于引发剂在聚合体系的分散，避免局部过热聚合，减少“鱼眼”数。（3）二次注水技术VCM聚合随着反应时间的进行，聚合釜内物料体积不断收缩，物料黏度不断增大，在聚合末期体积比反应前收缩1/6。因此本设计采用二次注水技术，这样做能提高反应前加入VCM/H2O的比例，提高聚合釜生产强度；降低反应过程中物料的黏度，提高聚合釜移热能力。2．2．4脱气工序脱气工序中主要设备是卸料槽，从聚合釜中过来的乳浆含有杂质，必须要经过卸料槽进行排气剥离，除去未反应单体和杂质。经排气剥离的乳浆固含量约为40%，被送到乳浆贮槽中进行储存；而未反应单体则从槽上面消泡器出口进入回收工序，先后经过乳浆回收槽、VCM气体回收槽，除去单体上所带的杂质后，由回收VCM气体真空泵输送到回收VCM气体密封水槽中进行处理，之后送到气柜重新利用。VCM回收系统工艺流程见图2.3聚合釜排气┌─┐┌─┐┌─┐─────→┤││水│││混合槽排气│气│压缩机││气│液│─────→┤├──→┤分├→┤├→───→气提汽│柜││││化│(N2、VCM)─────→┤││离│││└─┘└┬┘└┬┘││液↓↓┌┴┐VCM贮槽│水│└─┘气提图3.3VCM回收系统工艺流程图2．2．4．1压缩冷凝法回收VCM气体脱除PVC浆料中VCM的方法可用直接回收的法，就是将未反应的VCM气体直接回收至气柜，PVC浆料在回收槽中用压缩空气对浆料中残留的大量VCM进行脱除，气体直接放空，污染环境。本设计采用压缩冷凝法回收未反应的VCM气体。压缩冷凝方法是将未反应的VCM气体直接送入压缩机，压缩后的气体经冷凝器，VCM气体压力高于冷凝器入口压力时，直接进入冷凝器冷凝，冷凝后液体VCM靠液位差直接流入回收至单体贮槽备用，冷凝器中不凝性气体直接排放，排放的尾气中大约含VCM1-5%。浆料经汽提脱除的未反应VCM后直接回收至气柜，经汽提后PVC浆料中残留的VCM质量分数由400-1000μg/g降至10μg/g，这样使PVC树脂中的VCM含量大大降低。回收贮槽中的废水定期排放于废水贮槽中，经单独汽提处理后再排放。聚合釜入料时，回收的VCM与新VCM按规定比例混合使用。该回收装置可同时回收浆料汽提塔顶的VCM气体。此种技术可以缩短工艺路线、减少设备和回收时间。2．2．5干燥工序本设计中由汽提工序来的PVC浆料连续送入离心机进行干燥。干燥工段主要有糊树脂干燥和干料研磨两个阶段。首先，胶乳通过胶乳过滤器和胶乳安全过滤器过滤，在雾化器中形成雾状后进入干燥室，同时经过滤后的空气由泵打入空气加热器加热后与蒸汽会合，进入干燥室，将胶乳汽化干燥。之后，纯产品直接进入旋风分离器，而带杂质的胶乳经过袋滤器后也进入旋风分离器。在旋风分离器中，气体被排出，而固体通过振动筛后，不合格的产品流入粗料贮槽，合格的产品流入研磨料仓，进入研磨工序。产品进入研磨工序后，打开加料旋转阀，胶乳干料进入研磨机，先分选后研磨，研磨成粉末状固体颗粒后进入第二袋滤器，过滤后进入成品料仓储备，经旋转加料器进入小料筒，然后用包装机进行包装成袋装产品。目前，国内PVC生产主要采用气流加旋风干燥技术和高效组合旋流干燥技术。高效组合旋流干燥技术在节能方面比气流加旋风干燥技术又有进一步的提高，节能达25%，空气用量减少约20%，产生的尾气量和粉尘量也相应减少。2．3主要物料2．3．1主要物料介绍(1)水要求聚合体系中用的水为去离子水，因为离子特别是钠离子会影响保护胶体等添加剂的作用，并影响最终聚合物性能，使体积电导率下降；(2)保护胶体（分散剂）在悬浮聚合中使用的保护胶体有两大类：主分散剂和辅助分散剂。主分散剂的主要作用是控制产品粒径，同时也会影响空隙率和其他形态学性能。对PVC的要求是残余VCM尽量低，同时尽量容易吸收增塑剂，这就要求PVC粒子具有更高且更均一的孔隙率，在加入主分散剂的同时，配入辅助分散剂，可以满足这样的要求；(3)稳定剂其作用主要是在PVC树脂热加工过程吸收分解产生的HCl，以避免HCl进一步催化树脂分解；消除反应生成的自由基或与生成的双键加成，从而消除共轭双键体系。其次是聚氯乙烯塑料制品使用过程中防止或延缓老化过程。在热加工过程中产生稳定作用的称为热稳定剂；(4)增塑剂是难以挥发的小分子化合物。用于聚氯乙烯的增塑剂必须能够扩散进入聚氯乙烯大分子之间，并且可与聚氯乙烯混溶。所以对聚氯乙烯增塑剂的分子结构要求是：含有极性集团，但极性不能过强；含有可极化的集团如苯基；还含有适当敛长的非极性集团；(5)填充料在PVC中加入某些无机填料作为增量剂，以降低成本，同时提高某些物理机械性能（如硬度、热变形温度、尺寸稳定性与降低收缩率），增加电绝缘性和耐燃性。2．3．2影响PVC树脂质量的主要因素种子胶乳的质量直接影响着PVC的反应，继而影响树脂质量。种子粒径过大或过小都会影响聚合反应的平稳进行，造成反应波动大，难于控制，严重时会出现破乳，有时在使用某批种子的生产过程中未出现上述不良现象，但生产出的树脂的B型黏度偏高(或个别超标)，这主要是由于本批种子的内在质量稍差，造成胶乳中大小粒匹配不合理，使树脂的糊黏度升高。2．3．3胶乳粒子的分布对PVC树脂质量的影响种子乳液法生产的成品胶乳的粒径是呈双峰分布的，大小粒子的粒径分布是否合理是评价成品胶乳内在质量的一项重要指标，所以在使用品质较好的种子的前提下，还要严格控制好初始乳化剂的加入量，只有两者的使用量合理匹配，才能生产出质量较好的PVC树脂。前期不反应或反应极弱对PVC树脂质量的影响聚合反应前期不反应或反应极弱现象在以往也曾出现过，但属于极个别的现象，没对生产造成较大的影响，可自2003年下半年以来，不反应现象十分严重，表现为人孔投入所需助剂及种子后，再加入单体0．8～1．2m3后，开始加入催化剂，当加入40L催化剂后反应釜仍没出现反应热，甚至为负值(正常时加入30L瞬时乳化剂加入量对PVC树脂质量的影响在乳液聚合中乳液体系的稳定性是非常重要的，乳化剂的加入量是否适宜将直接影响整个反应体系的稳定性。当乳化剂加入量过低时，仅部分胶乳粒子表面被乳化剂分子覆盖保护，易造成大部分胶乳凝聚，甚至出现破乳情况；而乳化剂加入量过多又会造成反应剧烈，不易控制，使小粒子数增多，粒径分布不合理，同样会影响树脂质量。干燥器出口温度对PVC树脂质量的影响胶乳在喷雾干燥过程中，若干燥器出口温度过高，则形成的二次粒子凝集很牢固，从而造成树脂在调糊过程中不易崩解为一次粒子或崩解速度较慢，从而导致糊性能差。2．3．4相应措施及对策对种子品质的控制：在配方不改变的情况下，生产过程中时常出现种子粒径重复性差及含固量不稳定的现象，制定了如下措施：(1)固定种子聚合釜避免由于变换聚合釜而造成种子粒径重复性差；(2)生产种子时由专人负责操作控制，避免由于操作人员控制手法不同而造成种子粒径重复性差。2．4质量指标和分析所有的PVC生产商都要对每一批产品测定一些列参数，这是常规质量控制的一部分。这些参数包括K值、平均粒径及其分布、表观密度、空隙率、杂质、分散性、颜色、热稳定性和VCM的残留量。由于不同的生产厂家生产批量大小不同，浆料混合设备的复杂程度有差异，干燥车间料仓容积也有差别，所以很难给出典型的测试规范。采用大型压力釜的现代生产厂，要对每一釜聚合物进行测试，另外还要测定干燥和混合后的产品，以作比较。第三章工艺计算3．1聚合物料衡算示意图图3.1聚合物料衡算示意图3．2聚合物料计算3．2．1反应各步骤损失量聚合部分粘壁、泄露、泡末夹等损失占1%；沉析部分破坏低聚物及吹风降温损失占1%；离心部分母液中带走损失占0.5%；干燥部分飞扬、旋风分离及不合格物损失2%；提气VCM回收率95%3．2．2聚合配方、操作周期和反应条件（1）聚合配方：水、VCM、乳化剂、种子、分散剂、引发剂、还原剂、后混合剂、填充料等；（2）操作周期：聚合釜入料水15minVCM15min搅拌10min升温30min反应9h出料30min清釜置换等50min共计11h30min预定每日生产2批（3）聚合条件温度：510.5出料压力：6kg/cm2（表压）转化率：85%沉析温度：76干燥：气流干燥出口物料含水5%沸腾干燥器出口物料含水0.3%（4）年工作日：330d/a总工作时间：7920h质量指标：VCM纯度为99%其它原料视为纯物质因为只对聚合工序做物料衡算，所以不用考虑产品的其他质量指标；成品后处理损失2%；选择计算基准与计算单位：因为是间歇式操作过程，所以基准为“批”，单位为B/d；确定计算顺序：由于产物和原料之间的化学计算比例采用倒推式的计算顺序。间歇式操作：每天生产2B，，设配料及化学品全部结合到聚合物中VCM转化率85%；（5）各原料所占比例：VCM：100份去离子水：150份乳化剂：1.0份引发剂、还原剂：0.03份氧化剂：0.05份种子：2份其他化学品增塑剂：8份稳定剂：1份抗氧剂：1份紫外线吸收剂：0.1份螯合剂：0.1份润滑剂：0.5份填充料：10份总计：273.783．2．3反应工艺流程及各部损失图图3.2反应工艺流程及各部损失图3．2．4各步骤损失计算（1）PVC糊树脂产量10000t/a，成品包装工序损失2%：；干燥部分飞扬旋风分离损失占2%离心部分损失占0.5%到达干燥工序的物料数量为，；由于乳胶固含量为30%，乳胶数量=；聚合部分粘壁，泄露，泡沫夹带等损失占1%沉析部分破坏低聚物及吹风降温损失占1%到达聚合部分的物料数量=；VCM转化率为85%，配料及化学品全部结合到聚合物中则加入到聚合釜中的物料数量=；（2）年工作330天，每天生产数量=41879.66330=126.91t/d=126910kg/d；每天生产2批，则每批生产数量=，既每天每批的产量63460kg/B；（3）计算各物料量：由各物料占总量的百分比计算VCM、配料、去离子水、化学品等数量；由各物料所占总物料的比例可计算各物料每天每批的投料量：①VCM的质量百分比：100:273.78每批应加VCM数量=；VCM的纯度为99%，所以每批加的VCM数量=；②去离子水的质量百分比：150:273.78每批应加去离子水数量=；③乳化剂的质量百分比：1:273.78每批应加乳化剂数量=；④引发剂还原剂的质量百分比：0.03:273.78每批应加引发剂还原剂的数量=；⑤氧化剂的质量百分比：0.05:273.78每批应加氧化剂的数量=；⑥种子的质量百分比：2:273.78每批应加种子的数量=；⑦聚合釜中所加的化学品的质量百分比：20.7:273.78(其中增塑剂：8份；稳定剂：1份；抗氧剂：1份；紫外线吸收剂：0.1份；螯合剂：0.1份；润滑剂：0.5份；填充料：10份)每批应加的化学品数量=表3.1各物料投料量整理如表：总投料量63460（kg/B）VCM去离子水乳化剂引发剂、还原剂氧化剂种子化学品23413.3334768.80231.806.9611.59463.594798.103．3反应釜设计由设计要求选用搅拌釜反应器。搅拌装置主要作用是强制物料流动，强化传热与传质效果；使物料充分接触，均匀混合；强化表面更新作用，有利于小分子组分的气化；使非均相物料分散。因此搅拌釜反应器对各种反应体系适应性强，操作弹性大，适用温度和压力范围广既可用于间歇操作，又可用于连续操作。搅拌釜反应器设计的主要内容：反应器的结构主要由釜体、搅拌装置、传热装置、工艺接管、轴密封装置等组成。反应器釜体与贮罐外型相近，是有圆形直筒部分与上下封头组成。3．3．1反应器体积的计算：间歇操作根据年产量确定日产量：聚合釜入料：水15minVCM15min搅拌10min升温30min反应9h出料30min清釜置换等50min，共计11h30min取既=12h；每天生产的批数为：式中一个生产周期的时间，h；反应达到预期转化率所需反应时间，h；投料、出料、物料升（降）温、设备升（降）温等辅助操作时间，h。既每天生产2批；反应器装料系数式中反应液体积（反应液体积变化时，按反应液最大体积计算），反应器实际体积，搅拌釜反应器，取0.7；计算反应器体积及台数反应液混合密度：由设反应器台数为2，则每台反应器体积；既得实际反应器体积为30m3．3．2釜体外形尺寸的设计：a.封头形式采用椭圆封头椭圆曲面部分是长轴与短轴之比为2：1的半椭圆弧线，围绕椭圆短轴轴线旋转而形成的曲面。标准椭圆封头的直边高度与封头的直径有关。从力学角度，标准椭圆封头的应力分布比较均匀，封头的强度与其连接的筒体强度相等，所以搅拌釜反应器和压力容器的封头大都选用标准椭圆封头。椭圆封头的具体设计标准参见下表：表3.2标准椭圆封头的设计参数封头名称封头高度（h）封头侧面积（S）封头体积（V）标准椭圆封头0．251．0830．131表3.3标准椭圆封头直边高度与直径的关系设备直径（mm）300，350400，450500~22002200~3200>3200直边高度（mm）2525，4015，40，5040，5050b.釜体计算：聚合釜日产量=126910kg/d采用间歇式操作其中；则间歇操作周期：取12h混合液密度：反应液体积：反应器的总体积：查上表标准椭圆封头的体积为0．131，搅拌反应器釜体的长径比H/D=2令：h为釜体直边高度，H为反应器釜体总高度，则：若取：H/D=1.5D，则有：h=D虽然反应器属于非标准设备，但用于制造反应器的上下封头仍应选用标准封头。因为H/D比值较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为4.2m釜体的直边高度为：釜体的实际高度：由表取封头直边高度为50mm，釜体圆形直筒部分高度：反应器的实际体积为：反应器的实际长径比：H/D=7.62/4.2=1.82最高液位：最低液位：3．4聚合工段管道计算3．4．1流量查表3.4可知：表3.4物料的流量（）0．00196250．01570．0003140．0003140．039250．471体积流量：单位时间内流体流经管路任一截面的体积称为体积流量，以V表示，其单位为。3．4．2流速a．平均流速流速是指单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。实验证明，流体在管路内流动时，由于流体具有黏性，管路横截面上流体质点速度是沿半径变化的。管路中心流速最大，越靠管壁流速越小，在紧靠管壁处，由于流体质点黏附在管壁上，其流速等于零。但工程上，通常用管路截面积除以体积流量所得的值来表示流体在管路中的速度。此种速度称为平均速度，以u表示，单位为m/s。流量与流速关系为式中A为管路的截面积；由公式可得：b.管路直径的估算若以d表示管内径，则式可写成由公式可得：表3.5聚合釜进料管管径整理如表（mm）：物料管径50100202050200第四章车间布置说明4．1车间平面布置原则(1)厂区美观具有现代气息。符合“十一五”产业规划；(2)符合生产、仓储工艺要求，使物流、生产作业线通顺短捷，避免主要线路交叉返复；(3)切实注意节约用地，减少土方工程量，降低投资。考虑区域的安全、卫生、建构筑物的间距必须满足防火、卫生、安全等要求；(4)将区域进行功能划分统一管理，方便生产；(5)满足厂区内外交通运输要求，避免人流与货流的交叉。4．2车间布置说明聚合工艺车间布置在30m29.5m框架结构厂房内,共五层。现根据工艺流程及生产实际要求，对车间设备布置作简要说明：一层：室内布置种子乳浆槽、种子乳浆过滤器、回收VCM气体密封水槽、回收VCM气体真空泵密封水冷却器和卸料槽，室外布置热脱盐水槽（30m29.5m）；二层：室内布置聚合釜、种子乳浆槽和卸料槽，包括有控制室（30m29.5m）；三层：室内主要布置聚合釜、N剂加料槽、催化剂溶解槽、盐溶解槽、后混合剂槽和乳浆回收槽，包括溶解室、储藏室、工具室和化学品室（30m29.5m）；四层：室内布置种子乳浆计量槽、聚合釜冷凝器、乳浆回收槽和回收VCM气体槽，包括工具室（30m29.5m）；顶楼：室内有种子乳浆计量槽、聚合釜冷凝器，室外布置回收VCM气体槽（30m11m）本车间详细情况请参阅工艺管道及仪表流程图、设备布置图、设备表。第五章环境评估5．1环境保护如果在PVC的生产、加工、使用过程中采取一些简单的措施来避免环境污染，那么与PVC相关的潜在问题就很少了。经过封闭操作改造后，从聚合装置泄露的VCM已经降到了极低的水平。虽然在现在的脱气塔中，已将PVC中VCM的含量降到了1010-6以下，但仍会有少量VCM从干燥工序中泄露出来。在PVC离心干燥、乳化剂洗涤工序中以及从装满的贮罐和管线中，都会有PVC粉末损失泄漏。所以工厂中有可能PVC的排泄物应该直接送到处理池进行絮凝处理，这是回收PVC的最后一关。所有的含水废物都应回收处理成二级或三级用水。通过改善旋风干燥器的尺寸，调节空气速率，可以将干燥器中PVC粉末的损失降到最低。一些现代化工厂采用袋式过滤系统，已将PVC粉尘降到了50mg/m3空气的水平。5．2污染排放概况5.2.1主要原料、物料的消耗原料设计消耗定额见表5.1表5.1原料消耗定额序号名称单耗kg/B－PVC年耗t1VCM23413.3315452.802引发剂6.964.603乳化剂231.80252.995.2.2污染排放概况污染流程请见图5.1。PVC聚合冷凝、压缩S1W2W1VCM回收系统G1G3G2汽提离心干燥W3S2S3气密仓经料斗直接包装5.1污染流程图a.废气排放源G1：工艺过程所有含VCM的尾气经过回收处理后的最终排放点，气体成分为N2和微量VCM；G2：汽提塔