【正文】 沈陽(yáng)化工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目: 的設(shè)計(jì)院 系: 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè): 材料化學(xué) 班 級(jí): 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)教師: 論文提交日期： 2010年 6 月 22 日論文答辯日期： 2010年 6月 29日內(nèi)容摘要 本文講述了我國(guó)聚氯乙烯工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程和目前狀況，包括原料路線(xiàn)、工藝設(shè)備、聚合方法等。本設(shè)計(jì)采用懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯，介紹了采用懸浮法生產(chǎn)PVC樹(shù)脂工聚合機(jī)理，工藝過(guò)程中需要注意的問(wèn)題，包括質(zhì)量影響因素，工藝條件及合成工藝中的各種助劑選擇，對(duì)聚合工藝過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的敘述。并且從物料衡算、熱量衡算和設(shè)備計(jì)算和選型三個(gè)方面進(jìn)行準(zhǔn)確的工藝計(jì)算，對(duì)廠址進(jìn)行了選擇，采取了防火防爆防雷等重要措施，對(duì)三廢的處理回收等進(jìn)行了敘述，畫(huà)出了整個(gè)工藝的流程圖。關(guān)鍵詞 ：聚氯乙烯； 生產(chǎn)技術(shù)； 懸浮法； 乙炔法； 乙烯法； 防粘釜技術(shù)；目 錄第一章 總論 6 國(guó)內(nèi)外 pvc發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì) 6 單體合成工藝路線(xiàn) 7 7 8 9 9 9 后處理設(shè)備的選擇 11 11 11 防粘釜技術(shù) 13 13 聚合機(jī)理 15 15 16 成粒機(jī)理與顆粒形態(tài) 16 17 18 18 20 21 22第二章 工藝計(jì)算 23 23 23 混料槽 26 27 30 沸騰床 31 包裝 33 34 34 39 設(shè)備的計(jì)算及選型 45 聚合釜 45 混料槽 46 汽提塔 47 離心機(jī) 47 4鼓風(fēng)機(jī)、過(guò)濾器 53第三章 非工藝部分 56 56 56，防雷措施 57 58 58 58 熱水的綜合利用 58 59 59結(jié)束語(yǔ) 60附錄 62 沈陽(yáng)化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 引言引言 聚氯乙烯(PVC)是5大通用塑料之一,具有耐腐蝕、電絕緣、阻燃性和機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)異性能,廣泛用于工農(nóng)業(yè)及日常生活等各個(gè)領(lǐng)域,尤其是近年來(lái)建筑市場(chǎng)對(duì)PVC產(chǎn)品的巨大需求,使其成為具備相當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)塑料品種。 PVC糊樹(shù)脂自20世紀(jì)30年代開(kāi)發(fā)以來(lái),已有近70年的歷史。目前全世界PVC糊樹(shù)脂總生產(chǎn)能力約200萬(wàn)t/a,其中,西歐是PVC糊樹(shù)脂生產(chǎn)廠家最多、產(chǎn)量最大的地區(qū)。我國(guó)聚氯乙烯工業(yè)起步于于50年代，僅次于酚醛樹(shù)脂是最早工業(yè)化生產(chǎn)的熱塑性樹(shù)脂，第一個(gè)PVC裝置于1958年在錦西化工廠建成投產(chǎn)，生產(chǎn)能力為3000噸／年。此后全國(guó)各地的PVC裝置相繼建成投產(chǎn)，到目前為止，我國(guó)有PVC樹(shù)脂生產(chǎn)企業(yè)80余家，遍布全國(guó)29個(gè)省、市、自治區(qū)，總生產(chǎn)能力達(dá)220萬(wàn)噸／年70~75萬(wàn)t/a。PVC樹(shù)脂在我國(guó)塑料工業(yè)中具有舉足輕重的地位，同時(shí)PVC作為氯堿工業(yè)中最大的有機(jī)耗氯產(chǎn)品，對(duì)維持氯堿工業(yè)的氯堿平衡具有極其重要的作用。 。本次設(shè)計(jì)采用了氯乙烯單體懸浮聚合工藝。介紹了PVC的聚合工藝，建廠的有關(guān)事項(xiàng)及合成聚氯乙烯的流程和設(shè)備，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝做出了詳細(xì)的敘述。59 沈陽(yáng)化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第一章 總論第一章 總論 國(guó)內(nèi)外 pvc發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì) 聚氯乙烯（ PVC）是五大熱塑性合成樹(shù)脂之一，塑料制品是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的品種之一?？赏ㄟ^(guò)模壓、層合、注塑、擠塑、壓延、吹塑中空等方式進(jìn)行加工，而且具有較好的機(jī)械性能、耐化學(xué)腐蝕性和難燃性等特點(diǎn)，以其低廉的價(jià)格和非常突出的性能而廣泛地用于生產(chǎn)板材、門(mén)窗、管道和閥門(mén)等硬制品，也用于生產(chǎn)人造革、薄膜、電線(xiàn)電纜等軟制品。近年來(lái)，盡管在發(fā)達(dá)國(guó)家受到來(lái)自環(huán)保等多方面的壓力，但世界對(duì)的總需求量仍出現(xiàn)穩(wěn)定的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。1992 年，世界 生產(chǎn)能力約為二千二百萬(wàn)噸，需求量為1900萬(wàn)噸 ；2002 年世界總產(chǎn)能約為三千四百萬(wàn)噸，消費(fèi)量約為二千八百萬(wàn)噸；2009年世界生產(chǎn)能力已上升到約三千九百萬(wàn)噸，需求量約為三千七百萬(wàn)噸；2010 年世界生產(chǎn)能力為 4300萬(wàn)噸 ，需求量4200 萬(wàn)噸 。盡管目前世界對(duì)PVC的生產(chǎn)和使用存在許多爭(zhēng)議，特別在歐洲，對(duì)PVC 生產(chǎn)和制品的環(huán)保制約政策越來(lái)越嚴(yán)厲，但由于性能優(yōu)良，生產(chǎn)成本低廉，仍具有較強(qiáng)的活力，特別在塑料門(mén)窗、塑料管道等建材領(lǐng)域。我國(guó)聚氯乙烯(PVC)工業(yè)起步于50年代，僅次于酚醛樹(shù)脂是最早工業(yè)化生產(chǎn)的熱塑性樹(shù)脂，第一個(gè)PVC裝置于1958年在錦西化工廠建成投產(chǎn)，生產(chǎn)能力為3000噸／年[1]。此后全國(guó)各地的PVC裝置相繼建成投產(chǎn)，到目前為止，我國(guó)有PVC樹(shù)脂生產(chǎn)企業(yè)80余家，遍布全國(guó)29個(gè)省、市、自治區(qū)，總生產(chǎn)能力達(dá)220萬(wàn)噸／年。PVC由氯乙烯(VCM)聚合而成，工業(yè)生產(chǎn)一般采用4種聚合方式：懸浮聚合、本體聚合、乳液聚合(禽微懸浮聚合)、溶液聚合。其中懸浮法PVC(SPVC)樹(shù)脂產(chǎn)量最高，占80％，其次是乳液法PVC(EPVC)，本體法PVC(MPVC)。VCM懸浮聚合是以水為介質(zhì)，加入VCM、分散劑、引發(fā)劑、pH值調(diào)節(jié)劑等，在攪拌和一定溫度條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)；VCM本體聚合僅在VCM和引發(fā)劑存在下進(jìn)行，無(wú)分散劑、表面活性劑等助劑；VCM乳液聚合在VCM、引發(fā)劑、乳化劑、H2O以及其他助劑存在下進(jìn)行{而VCM溶液聚合是在VCM；引發(fā)劉和溶劑存在下進(jìn)行，這種方法有溶劑回收和殘留污染問(wèn)題，并且生產(chǎn)成本高，該方法已逐漸被懸浮法聚合或乳液法聚合代。目前，生產(chǎn)PVC樹(shù)脂主要采用懸浮法，少量采用乳液法及本體法。現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)引進(jìn)PVC生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備的項(xiàng)目有二十項(xiàng)左右，其中生產(chǎn)能力最大的兩套設(shè)備是上海氯堿股份有限公司和齊魯石化總公司的年產(chǎn)20萬(wàn)噸懸浮法PVC樹(shù)脂裝置，采用日本信越公司技術(shù)。北京化工二廠、錦西化工廠、福州化工二廠引進(jìn)美國(guó)B．F古德里奇公司懸浮法PVC樹(shù)脂生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)高型號(hào)樹(shù)脂，其它還有引進(jìn)美國(guó)西方化學(xué)公司的高型號(hào)樹(shù)脂和釜式汽提技術(shù)及設(shè)備，法國(guó)阿托公司、前德國(guó)布納公司、日本吉昂公司、日本鐘淵公司、日本三菱公司的糊樹(shù)脂生產(chǎn)裝置和技術(shù)、法國(guó)本體聚合技術(shù)和設(shè)備等，這些技術(shù)和設(shè)備的引進(jìn)，使我國(guó)PVC樹(shù)脂的生產(chǎn)技術(shù)和水平有了很大提高，產(chǎn)品品種有所增加，帶動(dòng)了我國(guó)PVC工業(yè)的發(fā)展[2]。我國(guó)PVC樹(shù)脂的消費(fèi)主要分為兩大類(lèi)，一是軟制品，％，主要包括電線(xiàn)電纜、各種用途的膜(根據(jù)厚度不同可分為壓延膜、防水卷材、可折疊門(mén)等)、鋪地材料、織物涂層、人造革、各類(lèi)軟管、手套、玩具、塑料鞋以及一些專(zhuān)用涂料和密封件等。二是硬制品，約占總消費(fèi)量的 ％，主要包括各種型材、管材、板材、硬片和瓶等。％的速度增長(zhǎng)，到2011年總消費(fèi)量將達(dá)到約1250萬(wàn)噸，％，而在硬制品中異型材和管材的發(fā)展速度增長(zhǎng)最快，％。未來(lái)我國(guó)PVC樹(shù)脂消費(fèi)將繼續(xù)以硬制品為主的方向發(fā)展[3]。中國(guó)聚氯乙烯工業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景,中國(guó)地大物博、人口眾多,為聚氯乙烯產(chǎn)品提供了廣大的市場(chǎng)。在進(jìn)入21世紀(jì)以后,我們要學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和發(fā)展模式,結(jié)合我國(guó)的具體情況,發(fā)展我國(guó)的聚氯乙烯工業(yè)。我們要發(fā)揮全行業(yè)的力量,克服前進(jìn)過(guò)程中的各種困難,一定能夠在較短的時(shí)間內(nèi)趕上世界聚氯乙烯工業(yè)的先進(jìn)水平[4]。 單體合成工藝路線(xiàn) 原料為來(lái)自電石水解產(chǎn)生的乙炔和氯化氫氣體，在催化劑氧化汞的作用下反應(yīng)生成氯乙烯。 具體工藝為：從乙炔發(fā)生器來(lái)的乙炔氣經(jīng)水洗一塔溫度降至35℃以下，在保證乙炔氣柜至一定高度時(shí)，進(jìn)入升壓機(jī)組加壓至80kpaG左右，加壓后的乙炔氣先進(jìn)入水洗二塔深度降溫至10℃以下，再進(jìn)入硫酸清凈塔中除去粗乙炔氣中的S、P等雜質(zhì)。 最后進(jìn)入中和塔中和過(guò)多的酸性氣體，處理后的乙炔氣經(jīng)塔頂除霧器除去飽和水分，%以上，不含S、P的合格精制乙炔氣送氯乙烯合成工序。 乙炔法路線(xiàn)VCM 工業(yè)化方法，設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，但耗電量大，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。目前，該方法在國(guó)外基本上已經(jīng)被淘汰，由于我國(guó)具有豐富廉價(jià)的煤炭資源，因此用煤炭和石灰石生成碳化鈣電石、然后電石加水生成乙炔的生產(chǎn)路線(xiàn)具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，我國(guó)的VCM 生產(chǎn)目前仍以乙炔法工藝路線(xiàn)為主。乙炔與氯化氫反應(yīng)生成 可采用氣相或液VCM相工藝，其中氣相工藝使用較多[5]。 乙烯氧氯化法由美國(guó)公司Goodrich 首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，該工藝原料來(lái)源廣泛，生產(chǎn)工藝合理，目前世界上采用本工藝生產(chǎn)的產(chǎn)能VCM約占總產(chǎn)能的VCM 95%以上。乙烯氧氯化法的反應(yīng)工藝分為乙烯直接氯化制二氯乙烷（EDC）、乙烯氧氯化制EDC和EDC裂解3個(gè)部分，生產(chǎn)裝置主要由直接氯化單元、氧氯化單元、EDC裂解單元、EDC 精制單元和VCM單元精制等工藝單元組成。乙烯和氯氣在直接氯化單元反應(yīng)生成EDC。乙烯、氧氣以及循環(huán)的HCl在氧氯化單元生成EDC。生成的粗EDC在EDC精制單元精制、提純。然后在精EDC 裂解單元裂解生成的產(chǎn)物進(jìn)入VCM單元，VCM精制后得到純VCM產(chǎn)品，未裂解的EDC返回EDC精制單元回收，而HCl則返回氧氯化反應(yīng)單元循環(huán)使用。直接氯化有低溫氯化法和高溫氯化法； 氧氯化按反應(yīng)器型式的不同有流化床法和固定床法， 按所用氧源種類(lèi)分有空氣法和純氧法；EDC裂解按進(jìn)料狀態(tài)分有液相進(jìn)料工藝和氣相進(jìn)料工藝等。具有代表性的 司的Inovyl工藝是將乙烯氧氯化法提純的循環(huán) EDC和VCM直接氯化的 EDC在裂解爐中進(jìn)行裂解生產(chǎn)VCM 。HCl經(jīng)急冷和能量回收后，將產(chǎn)品分離出 HCl（循環(huán)用于氧氯化）、高純度VCM和未反應(yīng)的EDC（循環(huán)用于氯化和提純）。來(lái)自VCM裝置的含水物流被汽提，并送至界外處理，以減少?gòu)U水的生化耗氧量（BOD）。采用該生產(chǎn)工藝，乙烯和氯的轉(zhuǎn)化率超過(guò)98%，目前世界上已經(jīng)有50多套裝置采用該工藝技術(shù)，總生產(chǎn)能力已經(jīng)超過(guò)470萬(wàn)噸/年[6]。 本設(shè)計(jì)采用乙烯路線(xiàn)生產(chǎn)氯乙烯單體。 目前,世界上PVC的主要生產(chǎn)方法有4種:懸浮法、本體法、乳液法和微懸浮法。其中以懸浮法生產(chǎn)的PVC占PVC總產(chǎn)量的近90%,在PVC生產(chǎn)中占重要地位,近年來(lái),該技術(shù)已取得突破性進(jìn)展。 本體聚合生產(chǎn)工藝，其主要特點(diǎn)是反應(yīng)過(guò)程中不需要加水和分散劑。聚合分2步進(jìn)行，第1步在預(yù)聚釜中加人定量的VCM單體、引發(fā)劑和添加劑，經(jīng)加熱后在強(qiáng)攪拌(相對(duì)第2步聚合過(guò)程)的作用下，釜內(nèi)保持恒定的壓力和溫度進(jìn)行預(yù)聚合。當(dāng)VCM的轉(zhuǎn)化率達(dá)到8%12%停止反應(yīng)，將生成的“種子”送人聚合釜內(nèi)進(jìn)行第2步反應(yīng)。聚合釜在接收到預(yù)聚合的“種子”后，再加人一定量的VCM單體、添加劑和引發(fā)劑，在這些“種子”的基礎(chǔ)上繼續(xù)聚合，使“種子”逐漸長(zhǎng)大到一定的程度，在低速攪拌的作用下，保持恒定壓力進(jìn)行聚合反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到60%一85%(根據(jù)配方而定)時(shí)終止反應(yīng)，并在聚合釜中脫氣、回收未反應(yīng)的單體，而后在釜內(nèi)汽提，進(jìn)一步脫除殘留在PVC粉料中的VCM，最后經(jīng)風(fēng)送系統(tǒng)將釜內(nèi)PVC粉料送往分級(jí)、均化和包裝工序。 氯乙烯乳液聚合方法的最終產(chǎn)品為制造聚氯乙烯增塑糊所用的的聚氯乙烯糊樹(shù)脂（EPVC），工業(yè)生產(chǎn)分兩個(gè)階段：第一階段氯乙烯單體經(jīng)乳液聚合反應(yīng)生成聚氯乙烯膠乳，~3微米聚氯乙烯初級(jí)粒子在水中的懸浮乳狀液。第二階段將聚氯乙烯膠乳，經(jīng)噴霧干燥得到產(chǎn)品聚氯乙烯糊樹(shù)脂，它是初級(jí)粒子聚集而成得的直徑為1~100微米，主要是20~40微米的聚氯乙烯次級(jí)粒子。這種次級(jí)粒子與增塑劑混合后，經(jīng)剪切作用崩解為直徑更小的顆粒而形成不沉降的聚氯乙烯增塑糊，工業(yè)上稱(chēng)之為聚氯乙烯糊。 因采用懸浮法PVC生產(chǎn)技術(shù)易于調(diào)節(jié)品種，生產(chǎn)過(guò)程易于控制，設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用低，易于大規(guī)模組織生產(chǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，成為諸多生產(chǎn)工藝中最主要的生產(chǎn)方法。 工藝特點(diǎn)：懸浮聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯樹(shù)脂的一般工藝過(guò)程是在清理后的聚合釜中加入水和懸浮劑、抗氧劑,然后加入氯乙烯單體,在去離子水中攪拌,將單體分散成小液滴,這些小液滴由保護(hù)膠加以穩(wěn)定,并加入可溶于單體的引發(fā)劑或引發(fā)劑乳液,保持反應(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)速度平穩(wěn),然后升溫聚合,一般聚合溫度在45~70℃之間。使用低溫聚合時(shí)(如42~45℃),可生產(chǎn)高分子質(zhì)量的聚氯乙烯樹(shù)脂；使用高溫聚合時(shí)(一般在62~71℃)可生產(chǎn)出低分子質(zhì)量(或超低分子質(zhì)量)的聚氯乙烯樹(shù)脂。近年來(lái),為了提高聚合速度和生產(chǎn)效率,國(guó)外還研究成功兩步懸浮聚合工藝,一般是第一步聚合度控制在600左右,在第二步聚合前加入部分新單體繼續(xù)聚合。采用兩步法聚合的優(yōu)點(diǎn)是顯著縮短了聚合周期,生產(chǎn)出的樹(shù)脂具有良好的凝膠性能、模塑性能和機(jī)械強(qiáng)度?，F(xiàn)在懸浮法聚氯乙烯品種日益廣泛,應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣,除了通用型的樹(shù)脂外,特殊用途的專(zhuān)用樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)越來(lái)越引起PVC廠家的關(guān)注,球形樹(shù)脂、高表觀密度建材專(zhuān)用樹(shù)脂、消光樹(shù)脂、超高(或超低)分子質(zhì)量樹(shù)脂等已成為開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)[7]。 懸浮法PVC的發(fā)展趨：在工業(yè)化生產(chǎn)PVC時(shí),以懸浮法產(chǎn)量最大,懸浮法生產(chǎn)具有設(shè)備投資少和產(chǎn)品成本低等優(yōu)點(diǎn)。各種聚合方法的發(fā)展方向是逐步向懸浮法聚合生產(chǎn)路線(xiàn)傾斜,一些過(guò)去采用其它方法生產(chǎn)的樹(shù)脂品種已開(kāi)始采用懸浮聚合工藝生產(chǎn)。自從乳液聚合法工業(yè)化以后,歐洲、日本在連續(xù)懸浮聚合工藝方面開(kāi)展了大量的研究工作,目前尚未工業(yè)化生產(chǎn),但連續(xù)法設(shè)備費(fèi)用低,生產(chǎn)效率高,工藝難題少,已引起了各國(guó)科研院所和生產(chǎn)廠家的重視。另外,為進(jìn)一步提高懸浮法生產(chǎn)的通用樹(shù)脂和專(zhuān)用樹(shù)脂的質(zhì)量,提高產(chǎn)品的專(zhuān)用化、市場(chǎng)化水平,國(guó)外廠家在聚合工藝的工藝條件及配料體系等方面做了大量的研究工作,進(jìn)一步提高了聚合轉(zhuǎn)化率,縮短了聚合周期,提高了生產(chǎn)效率,同時(shí)也