【正文】 材料科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計學(xué) 生 姓 名 班級 / 學(xué)號 專 業(yè) 材料科學(xué)與工程 設(shè) 計 題 目 年產(chǎn)10萬噸聚氯乙烯生產(chǎn)工藝設(shè)計方案 指 導(dǎo) 教 師 職 稱 2002年 2 月28日45 / 49設(shè)計總說明聚氯乙烯（PVC）是一種熱塑性合成樹脂，有優(yōu)良的電絕緣性，難以自燃，主要用于生產(chǎn)透明薄膜、塑料管件、各類板材等。其再加工產(chǎn)品在全球不同領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，本設(shè)計進(jìn)行了年產(chǎn)10萬噸聚氯乙烯（PVC）工藝的設(shè)計。在查閱、參考大量文獻(xiàn)以及對以往部分車間設(shè)計的研究學(xué)習(xí)下，進(jìn)行了科學(xué)的設(shè)計以及對相關(guān)物料的衡算。本設(shè)計計劃采用懸浮聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯，原料為氯乙烯單體以及混合用有機(jī)過氧化物和偶氮類引發(fā)劑、明膠分散劑和去離子水。結(jié)合所選擇的生產(chǎn)工藝方案和產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)際情況，進(jìn)行了有關(guān)物料和熱量平衡的計算。安排每日三班次，每班8小時的生產(chǎn)強(qiáng)度，設(shè)計可達(dá)到日產(chǎn)303噸年產(chǎn)達(dá)10萬噸的聚氯乙烯生產(chǎn)車間。本設(shè)計也充分考慮到工作人員的工作環(huán)境以及工作安全性，盡可能將車間規(guī)劃為安全的，綠色的，在工作人員遵守車間操作規(guī)程的情況下，工作更加安全高效。本設(shè)計由許春華副教授指導(dǎo)，在反應(yīng)確定、生產(chǎn)流程安排等整個設(shè)計過程中提出了許多寶貴意見，使得設(shè)計能更高效地完成，在此學(xué)生表示衷心感謝。鑒于知識和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)所限，設(shè)計難免存在欠缺，懇請批閱老師批評指正。目錄1總論 2 概述 2 聚氯乙烯（PVC）概述與應(yīng)用范圍 2 聚氯乙烯（PVC）改性品種 2 聚氯乙烯（PVC）生產(chǎn)行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展前景 2 聚氯乙烯（PVC）產(chǎn)品的分類和命名 2 聚氯乙?。≒VC）產(chǎn)品分類 2 聚氯乙?。≒VC）產(chǎn)品命名 2 聚氯乙烯（PVC）生產(chǎn)方法[5] 2 懸浮聚合法[6] 2 乳液聚合法 2 本體聚合法 2 溶液聚合法 2 設(shè)計規(guī)模原料選擇與產(chǎn)品規(guī)格 2 2 2 22工藝設(shè)計與計算 2 工藝原理 2 工藝條件影響因素 2 聚氯乙烯（PVC）聚合主要影響因素 2 工藝路線選擇 2 工藝路線選擇原則 2 懸浮法聚氯乙烯（PVC）工藝流程具體工藝路線 2 工藝流程示意圖 2 工藝配方與工藝參數(shù) 2 工藝配方（質(zhì)量份）： 2 工藝參數(shù)： 2 物料衡算 2 物料衡算的方法與步驟 2 物料衡算 2 2 熱量衡算的意義和作用 2 熱量衡算 23設(shè)備選型 2 選型原則 2 關(guān)鍵設(shè)備選擇與計算 2 傳熱元件計算 2 攪拌器的選擇 2 關(guān)鍵設(shè)備選用 2 其它設(shè)備選擇 2 關(guān)鍵設(shè)備一覽表 24車間布置設(shè)計 2 車間設(shè)備布置原則 2 車間設(shè)備平面布置原則 2 車間設(shè)備立面布置原則 2 車間操作人員安排 2 車間平面布局圖 25 非工藝設(shè)計 2 環(huán)境保護(hù) 2 公用工程 2 供水 2 供電 2 供暖 2 通風(fēng) 2致 謝 2參考文獻(xiàn) 21總論 概述 聚氯乙烯（PVC）概述與應(yīng)用范圍聚氯乙烯簡稱PVC，是由氯乙烯在引發(fā)劑作用下聚合而成的熱塑性樹脂，是氯乙烯的均聚物。氯乙烯均（OVC）聚物和氯乙烯（PVC）共聚物統(tǒng)稱為氯乙烯樹脂。聚氯乙烯（PVC）為無定形結(jié)構(gòu)的白色粉末，支化度較小。工業(yè)生產(chǎn)的聚氯乙烯（PVC）分子量一般在5萬～12萬范圍內(nèi)，具有較大的多分散性，分子量隨聚合溫度的降低而增加；聚氯乙烯（PVC）無固定熔點(diǎn)，80～85℃時開始軟化，130℃時轉(zhuǎn)變?yōu)檎硰棏B(tài)，160～180℃時則開始轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)。聚氯乙烯（PVC）有較好的機(jī)械性能，抗張強(qiáng)度60MPa左右，沖擊強(qiáng)度5～10kJ/m2，有優(yōu)異的介電性能但對光和熱的穩(wěn)定性差，在100℃以上或經(jīng)長時間陽光曝曬，就會分解而產(chǎn)生氯化氫并進(jìn)一步自動催化分解，引起變色其物理機(jī)械性能也迅速下降，在實(shí)際應(yīng)用中必須加入穩(wěn)定劑以提高對熱和光的穩(wěn)定性。聚氯乙烯（PVC）非常堅硬，溶解性也很差，只能溶于環(huán)己酮、二氯乙烷和四氫呋喃等少數(shù)溶劑中，對有機(jī)和無機(jī)酸、堿、鹽均穩(wěn)定，化學(xué)穩(wěn)定性隨使用溫度的升高而降低。聚氯乙烯（PVC）溶解在丙酮二硫化碳或丙酮－苯混合溶劑中可用于干法紡絲或濕法紡絲而成纖維，稱氯綸。另外，聚氯乙烯（PVC）具有難燃、耐酸堿、抗微生物、耐磨并具有較好的保暖性和彈性。聚氯乙烯（PVC）可通過模壓成型、層合成型、注塑成型、擠塑成型、壓延成型、吹塑中空成型等方法進(jìn)行加工，所以聚氯乙烯（PVC）制品廣泛用工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、電子電氣、交通運(yùn)輸、電力、電訊通信業(yè)、包裝業(yè)等各個領(lǐng)域。聚氯乙烯（PVC）的硬質(zhì)制品甚至可代替金屬制成各種工業(yè)行材，如門窗、管道、閥門絕緣板和防腐材料等，也可用做收音機(jī)、電話、電視機(jī)、蓄電池等外殼或家具、玩具等。聚氯乙烯（PVC）輕質(zhì)品則可制成薄膜，加工制作雨披、桌布、包裝材料、農(nóng)膜等，其再加工產(chǎn)品可以制成人造革、電線、電纜等的絕緣層[1]。 聚氯乙烯（PVC）改性品種聚氯乙烯（PVC）性脆，熱穩(wěn)定性差，不易加工。為了改善其性能，增加品種，可進(jìn)行改性，改性的品種有氯乙烯共聚物、聚氯乙烯共混物和氯化聚氯乙烯等。[2](1) 氯乙烯共聚物氯乙烯可以和乙烯、丙烯、醋酸乙烯酯、偏二氯乙烯、丙烯腈和丙烯酸酯類等單體共聚，共聚物的產(chǎn)量占聚氯乙烯總產(chǎn)量的25%以下。(A) 氯乙烯 醋酸乙烯酯共聚物采用懸浮共聚法，一般生產(chǎn)醋酸乙烯酯含量3%～5%和13%～15%的兩個品級，可用于制造塑料地板、涂料、薄膜、壓塑制品、唱片及短纖維等。(B) 氯乙烯 偏二氯乙烯共聚物美國陶氏化學(xué)公司在30年代就研制成功了偏二氯乙烯含量在50%以上的氯乙烯共聚物，商品名莎綸B(Saran B)這種共聚物耐老化，耐臭氧，機(jī)械性能好，能溶于四氫呋喃、環(huán)己酮及氯苯等有機(jī)溶劑，溶液具有較好的粘合性與成膜性。用這種共聚物制得的薄膜無毒、透明，具有極低的透氣性與透濕性，是極好的食品包裝材料。這種共聚物也是一種優(yōu)良的防腐蝕材料。由其制造的纖維稱偏氯綸，可做漁網(wǎng)、座墊編織物和化工濾布等。(C) 丙烯 氯乙烯或乙烯－氯乙烯共聚物丙烯含量約10%的共聚物，用于吹塑成型和注射成型等。與氯乙烯醋酸乙烯酯共聚物相比，加工溫度較低、且與熱分解溫度間隔大，熔體流動性好，無毒，透明。乙烯氯乙烯共聚物，也是用懸浮法在75℃～96MPa下共聚而成，乙烯含量為4%～43%，具有高耐沖擊性，高透明度和優(yōu)良的加工性能，無毒，可制透明度高的薄膜、容器等。(D) 氯乙烯接枝共聚物以乙烯－醋酸乙烯酯樹脂為基材的氯乙烯接枝共聚物，具有優(yōu)良的耐沖擊性、耐氣候性和耐熱性，適于作室外用建筑材料。用聚丙烯酸酯與氯乙烯的接枝共聚物。在西歐，接枝共聚物已有逐步取代相應(yīng)的共混物的趨勢。 (2) 聚氯乙烯共混物聚氯乙烯板材用其他樹脂與PVC共混，是一種能多方面改進(jìn)PVC性能的好方法。用機(jī)械共混法使PVC與乙烯醋酸乙烯酯樹脂共混，能起到長效的增塑作用，改善沖擊強(qiáng)度、耐寒性及加工性。聚氯乙烯與丁腈橡膠，氯化聚乙烯或 ABS樹脂共混，也可以顯著改善韌性，耐寒性和加工性。與甲基丙烯酸甲酯－丁二烯－苯乙烯共聚物（見聚苯乙烯）的共混物，不僅沖擊強(qiáng)度高，而且可以得到透明制品。聚氯乙烯共混物的研究與生產(chǎn)，品種不斷增加，使用范圍不斷擴(kuò)大。(3) 氯化聚氯乙烯　聚氯乙烯（PVC）經(jīng)氯化而得的一種熱塑性樹脂，由溶液氯化法制得的，俗稱過氯乙烯，簡稱CPVC，含氯量61～68%，氫原子沒有全部被氯取代。白色或淡黃紫色粉末，溶解性比聚氯乙烯好，能溶于丙酮、氯苯、二氯乙烷和四氯乙烷，耐熱性比聚氯乙烯高20～40℃，耐寒性比聚氯乙烯約低25℃，不易燃燒，耐氣候、耐化學(xué)藥品及耐水性均優(yōu)，可以用擠出法生產(chǎn)管材,主要作熱水上水管使用。氯化聚氯乙烯的溶液有良好的粘合性、成膜性和成纖性，可用于膠粘劑、清漆和紡絲。膠粘劑主要用于粘接聚氯乙烯（PVC）板及其制品。清漆的漆膜能耐腐蝕、柔軟、耐磨且剝離強(qiáng)度高，用它紡成的絲稱過氯綸，對酸、堿、鹽皆穩(wěn)定，適于作耐化學(xué)腐蝕的濾布、工作服、篩網(wǎng)、漁網(wǎng)和運(yùn)輸帶等。其生產(chǎn)方法有兩種：（A） 溶液氯化法將聚氯乙烯溶于氯苯或四氯乙烷，在襯鋁或搪瓷的反應(yīng)釜中，于光或自由基引發(fā)下，攪拌并通入氯氣，在70℃下氯化，氯化過的氯化聚氯乙烯溶液經(jīng)水析、水洗、過濾、干燥即得白色絮狀顆粒成品。此法操作和設(shè)備均較簡單，但氯化時間較長。（B） 懸浮氯化法將聚氯乙烯（PVC）懸浮于含二氯甲烷膨潤劑的水或稀鹽酸溶液中，在加壓釜內(nèi)通入氯氣，于60℃下氯化，產(chǎn)物用乙醇沉淀出來。此法氯化時間短，但操作不易掌握，設(shè)備要求高，工業(yè)上較少采用。加工可分為各組分的混合、塑化及成型加工三個步驟。樹脂與按配方添加的各種助劑配合時，可用捏和機(jī)或高速攪拌混合機(jī)均勻混合，再經(jīng)擠出機(jī)塑化、切粒，即得到塑化好的粒料。這種粒料可以貯存待用或出售。粒料經(jīng)擠出、吹塑、壓延或注射成型加工為各種制品，也可以直接用混好的粉料（也稱干混料）進(jìn)行硬制品的加工。 聚氯乙烯（PVC）生產(chǎn)行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展前景聚氯乙烯（PVC）廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、電力電訊、包裝業(yè)等各個領(lǐng)域。2010年我國聚氯乙烯（PVC）生產(chǎn)能力約為1200萬噸，產(chǎn)量為1100萬噸，凈進(jìn)口量達(dá)近200萬噸，％左右。隨著節(jié)水灌溉政策、建筑用化學(xué)建材、包裝業(yè)、電子電氣業(yè)、汽車業(yè)等下游行業(yè)對聚氯乙烯（PVC）的需求急速增長，未來幾年我國對聚氯乙烯（PVC）(PVC)的需求依然會保持較高的增長速度。2011年全球PVC消費(fèi)量約為3500萬噸，預(yù)計到2015年我國聚氯乙烯（PVC）樹脂的需求量將達(dá)到近1500萬噸，2020年將達(dá)到2160萬噸。 聚氯乙烯（PVC）產(chǎn)品的分類和命名 聚氯乙?。≒VC）產(chǎn)品分類根據(jù)生產(chǎn)方法的不同，PVC可分為：通用型PVC樹脂、高聚合度PVC樹脂、交聯(lián)PVC樹脂。通用型PVC樹脂是由氯乙烯單體在引發(fā)劑的作用下聚合形成的；高聚合度PVC樹脂是指在氯乙烯單體聚合體系中加入鏈增長劑聚合而成的樹脂；交聯(lián)PVC樹脂是在氯乙烯單體聚合體系中加入含有雙烯和多烯的交聯(lián)劑聚合而成的樹脂。根據(jù)氯乙烯單體的獲得方法來區(qū)分，可分為電石法、乙烯法和進(jìn)口（EDC、VCM)單體法（習(xí)慣上把乙烯法和進(jìn)口單體法統(tǒng)稱為乙烯法）。根據(jù)聚合方法，聚氯乙烯可分為四大類：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。懸浮法聚氯乙烯是目前產(chǎn)量最大的一個品種，約占PVC總產(chǎn)量的80%左右。[3]表11 不同合成方法制得聚氯乙烯（PVC）產(chǎn)品特性比較生產(chǎn)方法特性懸浮聚合法不含金屬離子，有良好的電絕緣性及熱穩(wěn)定性乳液聚合法顆粒較細(xì)，含雜質(zhì)較多，電絕緣性及熱穩(wěn)定性不及懸浮法本體聚合法含雜質(zhì)極少純度高。熱穩(wěn)定性和電絕緣性優(yōu)于懸浮法溶液聚合法含雜質(zhì)極少純度高，成本高，價格高。聚合物的分子量不高 聚氯乙?。≒VC）產(chǎn)品命名懸浮法聚氯乙烯按絕對黏度分六個型號：XSXS2……XS6；XJXJ2……、XJ6。型號中各字母的意思：X懸浮法；S疏松型；J緊密型； 。[4]表12 國產(chǎn)懸浮法聚氯乙烯的特性產(chǎn)品型號絕