【正文】 合方法分四大類：懸浮法聚氯乙烯，乳液法聚氯乙烯、本體法聚氯乙烯、溶液法聚氯乙烯 。本實驗設(shè)計采用懸浮發(fā)生產(chǎn)聚乙烯。 懸浮法 (主要是水相懸浮法 )生產(chǎn)的氯化聚氯乙烯為非均質(zhì)產(chǎn)品 ,溶解度相對于溶液法產(chǎn)品低 ,但熱穩(wěn)定性高 ,主要用于制造管材、管件、板材等 [5]。 設(shè)計依據(jù) 《設(shè)計任務(wù)書》北京化工大學(xué) 《化工設(shè)計》化學(xué)工業(yè)出版社 《畢業(yè)設(shè)計（論文）工作手冊》北京化工大學(xué) 《化工工藝設(shè)計手冊》化學(xué)工業(yè)出版社 《輕化工廠設(shè)計概論》中國輕化工業(yè)出版社 《化工容器及設(shè)備實用手冊》 廠址選 擇 廠址選擇是基本建設(shè)前期工作的重要組成部分，是根據(jù)國民經(jīng)濟建設(shè)計劃和工業(yè)布局的要求，選擇和確定工廠的建設(shè)位置。一個工廠廠址選擇是否合理，將對建廠速度，建設(shè)投資，對項目建成后的經(jīng)濟效益，社會效益和環(huán)境效益的發(fā)揮，對輕化工業(yè)的合理布局和地區(qū)經(jīng)濟文化的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義，所以廠址選擇是一 項政策性和科學(xué)性很強的綜合性工作。 廠址選擇的基本原則：廠址選擇必須遵守國家法律法規(guī)，貫徹執(zhí)行國家方針、政策，堅持基本建設(shè)程序，符合國家長遠(yuǎn)規(guī)劃及行政布局、國土開發(fā)整治規(guī)劃、城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃。從全局出發(fā)，正確處理工業(yè)與農(nóng)業(yè)、城市與鄉(xiāng)村 、遠(yuǎn)期與近期以及協(xié)作配套等各種關(guān)系，并因地制宜，節(jié)約用地，不占或少占耕地及林地。 注意資源合理開發(fā)和綜合利用、節(jié)約能源、節(jié)約勞動力；注意環(huán)境保護和生態(tài)平衡、保護風(fēng)景和名勝古跡；同時，還要做到有利生產(chǎn)、方便生活、便于施工，并提供有多個可供選擇的方案進行比較和評價。廠址選擇的一般要求： ： 要滿足生產(chǎn)工藝流程，運輸要求和留有適當(dāng)?shù)陌l(fā)展余地。便于排除雨水，不受洪水，海潮的影響或大型水壩潰壩的威脅。 ： 要避開地震斷層及大斷裂交匯區(qū)和基本烈度高于八度（不包括八度）的地震區(qū)（若必須在地震 區(qū)選廠時，應(yīng)慎重選擇對抗地震有利的地形）。 ： 地下水最好對建筑材料無侵蝕性或具微侵蝕性，其水位最好低于地下結(jié)構(gòu)深度。 ： 必須考慮日照方向，方位對建筑物的排列影響 、原料、燃料及產(chǎn)品銷售 ：要求資源，原料，燃料來源可靠，質(zhì)量符和要求。 ： 廠址要求交通方便。 ： 廠址宜靠近水源，保證供水的可靠性，并滿足對水質(zhì)，水量，水溫的要求、 ： 要求工業(yè)電源及其他動力來源可靠。 ： 有污染氣體排放的工廠應(yīng)位于生活區(qū)的下風(fēng)方向，并與廠區(qū)有一定的防護地帶。 10..安全防護： 要符合城市及區(qū)域規(guī)劃，并滿足人防的要求 ： 應(yīng)盡可能利用當(dāng)?shù)毓?yīng)的建筑材料 如必須滿足當(dāng)?shù)睾娇照荆C場），通訊設(shè)施（廣播電臺，電報臺）和軍工工程對間隔距離和技術(shù)上的要求，并取得有關(guān)部門同意。廠址地下如有古墓，遺址或有地下建筑物，文物時，事先應(yīng)征得文化部門的處理意見 [6]。 綜合上述要求，我將建廠地點選在內(nèi)蒙土默特旗。 生產(chǎn)原料便于取得，利于 生產(chǎn)。同時近年政府又提出振興西部工業(yè)基地的號召，因此在東北建廠將享有一定的政策優(yōu)惠。這里交通運輸也較方便，各種公用條件都可以滿足要求。 這里的氣象條件及自然條件也允許建廠。 設(shè)計規(guī)模及原料與產(chǎn)品規(guī)格 本廠的設(shè)計規(guī)模為年產(chǎn) 20 萬噸丙酮氰醇，年實際工作日為 330 天，日生產(chǎn)能力為 606 噸。 １． 單體純度 用于懸浮聚合的氯乙烯單體純度在 99%以上，其他雜質(zhì)的含量如表 13所示。 表 13 原輔材料規(guī)格 序號 名稱 含量 ％ 1 乙烯 2 丙烯 3 乙炔 4 丁二烯 5 １ 丁烯 ３ 炔 0 6 二氧化合物 7 水 8 HCl 0 去離子水規(guī)格如表 14 所示。 表 14 去離子水的規(guī)格 序號 項目 數(shù)值 1 導(dǎo)電率 / 2 pH值 3 氧含量 ,％ 4 硬度 0 5 SiO2,％ 0 6 SO3,％ 7 氯 ,％ 0 8 蒸發(fā)殘留物％ 0 產(chǎn)品及副產(chǎn)品規(guī)格見表 15。 表 15 產(chǎn)品規(guī)格 序號 純度 單體含量 其它雜質(zhì) H2O PH 備注 精聚氯乙烯 ≥99% ≤ ≤ ≤ 優(yōu)級品 精聚氯乙烯 ≥98% ≤ ≤ ≤ 一等品 精聚氯乙烯 ≥97% ≤ ≤ ≤ 合格 精聚氯乙烯 ≥87% ≤ ≤ ≤ 第 2 章 工藝設(shè)計與計算 工藝原理 氯乙烯的聚合屬于自由基型聚合反應(yīng)。聚合時采用的引發(fā)劑為油溶性的偶氮類 、 有機過氧化物類和氧化還原引發(fā)體系。反應(yīng)迅速，同時放出大 量的反應(yīng)熱。鏈增長的方工為頭尾相連。聚合反應(yīng)過程存在著嚴(yán)重的增長鏈向單體的轉(zhuǎn)移，是影響產(chǎn)物相對分子質(zhì) 量的主要因素，這種鏈轉(zhuǎn)移隨溫度的升高而加快。 聚氯乙烯由氯乙烯單體通過自由基聚合而成，聚合度 n 一般在 50020200范圍內(nèi)，其分子結(jié)構(gòu)式如下： 氯乙烯的懸浮聚合是生產(chǎn)聚氯乙烯的主要方法。具有操作簡單，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質(zhì)量好，經(jīng)濟效益好，用途廣泛 等特點，適于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。 在樹脂質(zhì)量上，用懸浮聚合生產(chǎn)的ＰＶＣ樹脂的孔隙率提高了 300%以上，經(jīng)過適當(dāng)處理的樹脂其單體氯乙烯的殘留量由原來的 %降到 %以下。同時設(shè)備結(jié)構(gòu)改進，大型化和采用計算機數(shù)控聯(lián)機質(zhì)量控制，使批次之間樹脂質(zhì)量更加穩(wěn)定。 另外，清釜技術(shù)和殘留單體回收技術(shù)的發(fā)展，減少了開釜次數(shù)，進而減少了氯乙烯單體的釋放量；采用燒結(jié)，冷凝或吸收方法汽提品和處理廢氣，進一步減少了氯乙烯單體的消耗。 工藝條件影響因素 聚氯乙烯聚合時 主要影響因素討論如下 : 用于 懸浮聚合的氯乙烯單體純度在 %以上 。 生產(chǎn)原料對 聚 氯乙烯 質(zhì)量很重要。 氯乙烯 雜質(zhì)含量應(yīng)盡可能低一些， 其中脫鹽水PH 值要近乎中性 ，為 ， 導(dǎo)率應(yīng)小于 2um/cm。 乙炔參與聚合后 ,形成不飽和鍵使產(chǎn)物熱穩(wěn)定性變壞。不飽和多氯化物存在，不但降低聚合速率、降低產(chǎn)物聚合度還容易產(chǎn)生支鏈，使產(chǎn)品性能變壞。 多用有機過氧化物和偶氮類引發(fā)劑，其中有機過氧化物為過氧化二碳酸酯、過氧化酯類。它們可以單獨使用，也可以兩種或兩種以上引發(fā)活性不同的引發(fā)劑復(fù)合使用，復(fù)合使用的效果比單獨使用好，其優(yōu)點是反應(yīng)速度均 勻，操作更加穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量好，同時使生產(chǎn)安全。 引發(fā)劑的用量可以采用下式進行估算，再通過少量實驗進行調(diào)整，即可確定 ，其計算公式如下： I（％） =NrM 104/[1exp() 式中 ： I—— 工業(yè)上引發(fā)劑用量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），％； Nr—— 引發(fā)劑理論消耗量，等于（ 1 加減慢 ） mol/tpvc)。用 AIBN 時 ,取。用 DCPD、 EHP 等過氧化二碳酯時，取 。 M—— 引發(fā)劑的相對分子質(zhì)量； t—— 聚合時間 /h。 t1/2—— 引發(fā)劑分解半 衰期 /h。 工業(yè)生產(chǎn)中聚合時間一般控制在 5～ 10h，應(yīng)用選擇 t1/2為 2～ 3h 的引發(fā)劑。如果采用復(fù)合型引發(fā)劑，最好是一種引發(fā)劑的 t1/2為 4～ 6h。 工業(yè)常用主要有明膠、聚乙烯醇、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、苯乙烯 順丁烯二酸酐等。 工業(yè)上常以纖維素類（如羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素等）和醇解度 75％～90％的聚乙烯醇為主分散劑，以非離子山梨糖醇，如一月桂酸酯、一硬脂酸酯、三硬脂酸酯等為助分散劑，兩者進行復(fù)合使用效果也很好。 氯乙烯懸浮聚合用水應(yīng)是去離子，其規(guī)格要求如表 去離子的規(guī)格所示。尤其水中的氯離子、鐵和氧等的含量要嚴(yán)格控制，其中氯離子超過一定含量會造成樹脂顆粒不均；水中的鐵會降低樹脂的熱穩(wěn)定性，并能終止反應(yīng)。 水的用量與樹脂內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，緊密型樹脂（以吸膠為分散劑）的生產(chǎn)，單體與水的質(zhì)量比為 1： ～ 1:。疏松型樹脂（以聚乙烯醇為分散劑）的生產(chǎn)，單體與水的質(zhì)量比為 1： 1～ 1： 。 因為氧對聚合有緩聚和阻聚作用，在單體自由基存在下，氧能與單體作用生成過氧化高聚物 [CH2CHCLOO]n，該物質(zhì)易水解成酸類，破壞懸浮液和產(chǎn)品的穩(wěn) 定性。所以，無論從聚合的角度還是從安全的角度都應(yīng)將各各原料中的氧和系統(tǒng)中的氧徹底清除干凈。 ： a. pH 調(diào)節(jié)劑 氯乙烯懸浮聚合的 pH 值控制在 7～ 8，即在偏堿性的條件下 進行聚合。這樣可確保引發(fā)劑良好的分解速率，分散劑的穩(wěn)定性防止因產(chǎn)物裂解時產(chǎn)生的 HCL，造成懸浮液的不穩(wěn)定，進而造成黏釜、清釜、傳熱的困難，并影響產(chǎn)品質(zhì)量。為此需要加入水溶性碳酸鹽、磷酸鹽、醋酸鈉等起緩沖作用的 pH調(diào)節(jié)劑。 b. 防止黏釜劑 在氯乙烯的懸浮聚合中，存在著黏釜現(xiàn)象，它不但影響聚合的傳熱，也影響產(chǎn)品的質(zhì)量 。另外，人工清釜勞動強度大，條件惡劣，影響工人健康。常用的防止黏釜的方法有選擇合適的引發(fā)劑；在水相中加入水相阻聚劑如次甲基藍(lán)、硫化鈉等；在釜民壁、攪拌器等設(shè)備上噴涂一定量的防黏釜劑，常見的防黏釜劑如水浴黑、亞硝基 P 鹽，還有多元酚的縮合物等。一旦發(fā)現(xiàn)有黏釜現(xiàn)象，采用高壓（ ～ ） 水沖洗法清洗。 （消泡劑） 鄰苯二甲酸二丁酯、（未）飽和的 C6～ C20 羧酸甘油酯等。還有熱穩(wěn)定劑、潤滑劑等。 a． 聚合溫度 氯乙烯懸浮聚合溫度的高低決定著聚合產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量大小 ，因此，當(dāng)配方確定以后必須嚴(yán)格控制聚合的溫度。在實際生產(chǎn)中，一般控制在指定溫度的正負(fù) ℃范圍內(nèi)，最好是控制在正負(fù) ℃范圍內(nèi)。并且，要確保溫度控制平穩(wěn)，要有降溫處理手段，防止出現(xiàn)異常現(xiàn)象，一般采用大流量低溫差循環(huán)方式。最好采用計算機數(shù)控聯(lián)機質(zhì)量控制系統(tǒng)。 b． 聚合壓力 在聚合溫度下，氯乙烯有相應(yīng)的蒸汽壓力，只有在聚合末期，大最單體聚合后，壓力才明顯下降 [7]。 工藝路線的選擇 工藝路線的選擇即生產(chǎn)方法的選擇。輕化工產(chǎn)品生產(chǎn)的特點之一就是生產(chǎn)方法的多樣化。如 果，一種產(chǎn)品的生產(chǎn)只有一種定型的生產(chǎn)方法，那么在工藝路線上就無須選擇；如果，一種產(chǎn)品的生產(chǎn)有幾種不同的生產(chǎn)方法，這就要對不同的工藝路線逐個進行分析研究，通過比較分析，從中找出一條符合實際的最好的工藝路線。工藝路線一經(jīng)確定，即可進行工藝流程的設(shè)計，因此，工藝路線是工藝流程設(shè)計的依據(jù)。 ，因地制宜 綜上所述，本設(shè)計采用乳液懸浮法在引發(fā)劑作用下發(fā)生加成反應(yīng)制取聚氯乙烯樹脂。 ： 懸浮聚合的過程是先將去離子水用泵打入聚合釜中啟 動攪拌器 ,依次將分散劑溶液、引發(fā)劑及其他助劑加入聚合釜內(nèi)。然后，對聚合釜夾套內(nèi)通入蒸汽和熱水，當(dāng)聚合釜內(nèi)溫度升高至聚合溫度（ 50～ 58℃）后，改通冷卻水，控制聚合溫度不超過規(guī)定溫度的正負(fù) ℃。當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá) 60～ 70％，有自加速現(xiàn)象發(fā)生，反應(yīng)加快，放熱現(xiàn)象激烈，應(yīng)加大冷卻水量。待釜內(nèi)壓力從最高 ～ 時 ,可泄壓出料 ,使聚合物膨脹。因為聚氯乙烯粒的疏松程度與泄壓膨脹的壓力有關(guān)，所以要根據(jù)不同要求控制泄壓壓力。 未聚合的氯乙烯單體經(jīng)泡沫捕集器排入氯乙烯氣柜，循環(huán)使用。被氯乙烯氣體帶出的少量樹 脂在泡沫捕集器捕集下來，流至沉降池中，作為次品處理。 聚合物懸浮液送堿處理釜，用濃度為 36％～ 42％的 NaOH 溶液處理 ,加入量為懸浮液的 %～ %,用蒸汽直接加熱至 70～ 80℃ ,維持 ～,然后用氮氣進行吹氣降溫至 65℃雙下時 ,再送去過濾和洗滌。 堿處理的目的 ： 破壞殘存的引發(fā)劑、分散劑、低聚物和揮發(fā)性物質(zhì)，使其變成能溶于熱水的物質(zhì)，便于水洗清除。 聚氯乙烯樹脂的干燥方法多是采用二段干燥法，即氣流干燥管與沸騰床干燥器結(jié)合使用，其中氣流干燥管脫除的是 樹脂上的表面非結(jié)合水，沸騰床干燥器脫除的是樹脂內(nèi)部結(jié)合水。這里的第二段干燥過程由于物料停留時間長，投資較大，熱效率較差，費用較高，因此，國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)改進較大，如赫司特公司采用的 MST 旋風(fēng)干燥器，具有停留時間適用、熱效率利用好的特點。 MST 旋風(fēng)干燥器在旋轉(zhuǎn)流動中使熱氣體和固體樹脂接觸干燥樹脂。干燥器為一個垂直的圓柱形塔，其中用環(huán)形擋板分成若干個干燥室。將熱氣和濕樹脂切向高速進入最下面的室 A，在 A室利用離心力將固體樹脂顆粒與氣體分離開來。粉粒在室 A中旋轉(zhuǎn)流動中通過擋板的中心開口流入上層 B室。同時，親的樹脂進 入 室 A，過一段時間后，這個室開始充滿樹脂，這時，樹脂粒子開始經(jīng)擋板的中心開口逸入室 B，先是最細(xì)顆粒，最后是最粗的顆粒進入室 B。返回錐形擋板的中心開口時，旋轉(zhuǎn)的粉粒受離心力作用和固體粒子受室壁壓力散開，在這里它們停止運動，返回錐形擋板的中心開口，這樣進入下一個室。這時再次用旋轉(zhuǎn)氣流輸送這些樹脂顆粒。用這樣的方法使樹脂充滿每一個干燥室。攜帶著樹脂粉粒的氣體離開干燥室的頂部輸送到氣固分離器。利用這種旋風(fēng)分離干燥器干燥的高度疏松聚氯乙烯樹脂，干燥前含水量為 30%，干燥后的含苞欲放水量下降到 %以下。 4．脫水與 成品： 在臥式刮刀自動離心機或螺旋沉降式離心機中，先進行過濾，再用 70～ 80℃熱水洗滌二次。經(jīng)脫水后的樹脂具有一定含水量，經(jīng)螺旋輸送器送入氣流干燥管，以 140～ 150℃熱風(fēng)為載體進行第一段干燥，出口樹脂含水量小于 4%；再送入以 120℃熱風(fēng)為載體的