【正文】 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要聚氯乙烯是由氯乙烯單體均聚或與其他多種單體共聚而制得的合成樹(shù)脂。本設(shè)計(jì)是以氯乙烯單體為原料。收集有關(guān)的化工設(shè)計(jì)資料作參考，按畢業(yè)設(shè)計(jì)大綱和設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)聚氯乙烯發(fā)展?fàn)顩r及其性質(zhì)，用途，工藝方法選擇作了簡(jiǎn)要介紹，重點(diǎn)介紹了懸浮聚合法生產(chǎn)PVC聚合工段的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，熟悉了工藝流程、生產(chǎn)方案的選擇，掌握了工藝設(shè)計(jì)中的物料衡算、能量衡算、設(shè)備的計(jì)算和選型的方法。關(guān)鍵詞：聚氯乙烯；懸浮聚合；設(shè)計(jì)ABSTRACT PVC is a summary of synthetic resin copolymer by the polymerization of vinyl chloride monomer, or a variety of other monomers. This design is the initial design of polymerization section with the annual PVC production capacity of 72,000 tons by suspension polymerization process based on vinyl chloride monomer as raw material. The design is finished according to the outline of design specification requirements of graduation design by collecting information on the chemical design. Development, properties, purpose and the selection of technology of PVC are briefly introduced. The suspension polymerization production of PVC is focused on. On the basis of theory study and bining with production practice, the process and selection of the production method are known well and the material balance, energy balance and the selection of equipment in process design are grasped.Keywords: PVC。 suspension polymerization。 design目 錄第一章 前言 1第二章 PVC的概況 2 PVC性質(zhì) 2 PVC行業(yè)發(fā)展歷程 2 中國(guó)PVC的使用 5 PVC異型材 5 PVC管材 5 PVC膜 5 PVC硬材和板材 6 PVC一般軟制品 6 PVC包裝材料 6 PVC護(hù)墻板和地板 6 PVC日用消費(fèi)品 6 中國(guó)PVC市場(chǎng)發(fā)展分析 6 中國(guó)PVC產(chǎn)量 6 中國(guó)PVC產(chǎn)量趨勢(shì) 7 世界PVC行業(yè)的消費(fèi)情況 7 中國(guó)PVC進(jìn)出口總量分析 8 9 聚氯乙烯的包裝貯運(yùn)方法 9第三章 聚氯乙烯的工業(yè)生產(chǎn) 10 產(chǎn)品及原料簡(jiǎn)述 10 產(chǎn)品性質(zhì) 10 產(chǎn)品性能 10 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 10 原料簡(jiǎn)述 11 乙炔 11 氯乙烯 11 分散劑 12 引發(fā)劑 12 其它助劑 13 去離子水 13 PVC的生產(chǎn)方法 14 生產(chǎn)路線(xiàn)的選擇 14 PVC生產(chǎn)的聚合工藝 16 18 懸浮聚合工藝 19第四章 工藝計(jì)算 21 計(jì)算依據(jù) 21 物料衡算 22 熱量衡算 23 聚合釜的設(shè)計(jì) 26 體積計(jì)算 26 聚合釜的設(shè)計(jì) 27 夾套的設(shè)計(jì) 27 攪拌裝置的設(shè)計(jì) 28 傳熱裝置的校核 29 傳熱系數(shù)的計(jì)算 30 32 人孔的設(shè)計(jì) 33 34 35第五章 廠(chǎng)址的選擇與車(chē)間布置 38 廠(chǎng)址的選擇和要求 38 廠(chǎng)址的選擇的依據(jù) 38 廠(chǎng)址的選擇的原則 38 車(chē)間布置 39第六章 非工藝設(shè)計(jì)項(xiàng)目 41 41 防護(hù) 41 防火防爆 41 防腐 42 衛(wèi)生等設(shè)計(jì) 42 供排水 42 取暖與降溫 43 通風(fēng) 44 自控設(shè)計(jì)條件 45第七章 經(jīng)濟(jì)核算 46第八章 環(huán)境保護(hù) 49 廢水處理 49 廢水排放標(biāo)準(zhǔn) 49 廢水處理方法 49 廢渣處理 50 廢氣處理 50 51第九章 結(jié)論 52參 考 文 獻(xiàn) 53致 謝 54ii第一章 前言聚氯乙烯（PVC），由氯乙烯單體（VCM）均聚合或者與其他多種單體共聚合而制成的合成樹(shù)脂，再配合著穩(wěn)定劑、增塑劑、高分子改性劑、填料、顏料和偶聯(lián)劑等加工助劑，經(jīng)過(guò)塑化、混煉、成型加工制成的合成材料。在五大通用合成樹(shù)脂（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯及ABS樹(shù)脂）中，PVC的原料來(lái)源是最豐富，生產(chǎn)成本是最低廉，應(yīng)用范圍是最廣的，這些是極富商業(yè)價(jià)值的寶貴特點(diǎn)。2006年底，我國(guó)聚氯乙烯樹(shù)脂產(chǎn)量為1052萬(wàn)噸每年，居世界第一位。據(jù)2009年7月底統(tǒng)計(jì)，我國(guó)聚氯乙烯樹(shù)脂產(chǎn)量已達(dá)到1800萬(wàn)噸每年。聚氯乙烯行業(yè)不斷地引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，國(guó)內(nèi)自主創(chuàng)新技術(shù)亦層出不窮，裝置生產(chǎn)逐漸規(guī)?；s化，產(chǎn)品質(zhì)量也穩(wěn)步提高，消耗在不斷降低。2012年中國(guó)PVC行業(yè)的擴(kuò)能統(tǒng)計(jì)數(shù)量在498萬(wàn)噸，而且上半年全部是電石法PVC的擴(kuò)能投產(chǎn)，預(yù)計(jì)能力為284萬(wàn)噸。2012年國(guó)內(nèi)PVC新增項(xiàng)目的投產(chǎn)還是集中在陜西、新疆等資源稟賦較強(qiáng)的省份。，其中包括：概述部分；PVC工藝流程的確定；工藝相關(guān)計(jì)算；主要設(shè)備選型與計(jì)算；技術(shù)經(jīng)濟(jì)；環(huán)境保護(hù)等。經(jīng)比較后，本設(shè)計(jì)采用懸浮聚合法。本設(shè)計(jì)是參照株洲化工集團(tuán)PVC廠(chǎng)生產(chǎn)資料為基礎(chǔ)，查閱化工設(shè)計(jì)手冊(cè)等設(shè)計(jì)資料做參考，按畢業(yè)設(shè)計(jì)大綱和設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，附帶有三張?jiān)O(shè)計(jì)圖紙，包括一張主要設(shè)備裝配圖；一張帶控制點(diǎn)工藝流程圖；一張車(chē)間平面布置圖。本設(shè)計(jì)是在書(shū)本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合株洲化工廠(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)際，參考各種專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)資料，了解生產(chǎn)工藝流程，進(jìn)行物料衡算、熱量衡算、設(shè)備設(shè)計(jì)和選型等設(shè)計(jì)。但由于時(shí)間和作者能力有限，數(shù)據(jù)可能不夠精準(zhǔn)，資料收集不夠全面等原因，本次設(shè)計(jì)難免出現(xiàn)疏漏甚至?xí)r錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師原諒以及給予批評(píng)指正。第二章 PVC的概況 PVC性質(zhì)PVC概念：聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，簡(jiǎn)稱(chēng)PVC)是一種無(wú)毒、無(wú)臭的白色粉末。它的化學(xué)穩(wěn)定性極高，有良好的可塑性。除少數(shù)有機(jī)溶劑以外，常溫下可耐20%以下的燒堿、50～60%的硝酸、90%以下的硫酸和任何濃度的鹽酸，對(duì)于鹽類(lèi)也相當(dāng)穩(wěn)定。PVC的耐光性和熱穩(wěn)定性較差，在140℃以上就可開(kāi)始分解并放出氯化氫(HCl)氣體，以致PVC變色。PVC的電絕緣性極其好，一般不會(huì)發(fā)生燃燒，在火焰上能燃燒并放出HCl，但離開(kāi)火焰就會(huì)自熄,是一種“自熄性”和“難燃性”物質(zhì)。PVC材料在實(shí)際使用中經(jīng)常加入穩(wěn)定劑、輔助加工劑、潤(rùn)滑劑、抗沖擊劑、色料、及其它添加劑。具有不易燃性、高強(qiáng)度、優(yōu)良的幾何穩(wěn)定性以及耐氣侯變化性的性質(zhì)。 PVC對(duì)還原劑、氧化劑和強(qiáng)酸都有很強(qiáng)的抵抗力。然而它能夠被濃氧化酸如濃硝酸、濃硫酸所腐蝕并且也不適用與氯化烴、芳香烴接觸的場(chǎng)合。工業(yè)聚氯乙烯樹(shù)脂主要結(jié)構(gòu)是非晶態(tài)的，卻也含有一些結(jié)晶區(qū)域(大約5%)，因此PVC沒(méi)有明顯的溶點(diǎn)，約在80℃左右就開(kāi)始軟化，熱扭變溫度為()70~71 ℃，在加壓下150℃便開(kāi)始流動(dòng)，并且開(kāi)始慢慢釋放氯化氫氣體，致使聚氯乙烯開(kāi)始變色(由黃變棕、紅、甚至黑色)。~，相應(yīng)的數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量為2~。而絕大多數(shù)工業(yè)樹(shù)脂的重為相對(duì)分子質(zhì)量在10~20萬(wàn)范圍內(nèi)，~。硬質(zhì)聚氯乙烯(未加增塑劑的)具有極好的機(jī)械強(qiáng)度、耐燃性與耐候性，能單獨(dú)用于做結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于化工上制造板材、注塑制品和管道。 PVC行業(yè)發(fā)展歷程第一、工業(yè)化萌芽階段1835年，法國(guó)化學(xué)家雷諾（V Regnault）首先發(fā)現(xiàn)了氯乙烯（VCM），3年后他又觀(guān)察到了PVC樹(shù)脂，1842年包曼（ Baumann ）通過(guò)研究確定它了的密度和基本結(jié)構(gòu)式。雷諾在實(shí)驗(yàn)室采用堿皂法制取了氯乙烯，就是把1，2二氯乙烷與芳性鉀酒精溶液混合，靜置4天后，加熱進(jìn)行反應(yīng)。在這之后人們的大量研究改進(jìn)，都不適用于工業(yè)化生產(chǎn)。最簡(jiǎn)單的工業(yè)生產(chǎn)方法則是1912年德國(guó)化學(xué)家克拉特（F KLatte）發(fā)明的，就是從電石制得乙炔，乙炔在高溫和催化劑作用下與氯化氫加成反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)。這在PVC樹(shù)脂工業(yè)發(fā)展史上意義極其重大。30年后由于乙炔生產(chǎn)的高能耗和高成本，而逐漸被淘汰掉。1940年以后，工業(yè)上開(kāi)始以廉價(jià)的乙烯為原料，由乙烯直接氧化制二氯乙烷，在加以熱裂解后得到氯乙烯，其副產(chǎn)品乙炔和氯化氫反應(yīng)制氯乙烯，這就是早期的混合法和聯(lián)合法。1872年一個(gè)叫包曼的科學(xué)家開(kāi)始詳細(xì)研究發(fā)現(xiàn)了PVC樹(shù)脂。古老的聚合方法是采用熱壓聚合和光聚合。在二十世紀(jì)的一、二十年代里，研究工作很活躍。在改進(jìn)熱壓聚合方法的基礎(chǔ)之上出現(xiàn)了溶液聚合、引發(fā)聚合、懸浮聚合、乳液聚合、連續(xù)乳液聚合、和特種聚合等多種方法。其中乳液聚合方法生產(chǎn)比較容易控制，聚合速度較快，能得到比較均一的長(zhǎng)鏈聚合物。1931年小規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)首先在德國(guó)本公司實(shí)現(xiàn)，而德國(guó)大多數(shù)工廠(chǎng)均采用是乳液聚合法。1933年美國(guó)碳化學(xué)公司采用的則是溶液聚合法建立小型的工廠(chǎng)。PVC樹(shù)脂被發(fā)現(xiàn)的100年間，只不過(guò)是藝術(shù)珍品而已。PVC樹(shù)脂發(fā)展的真正轉(zhuǎn)機(jī)則是氯乙烯/乙酸乙烯共聚物和增塑PVC樹(shù)脂出現(xiàn)。1928年美國(guó)聯(lián)合碳化物公司把乙酸乙烯與氯乙烯共聚使其具有內(nèi)增塑性質(zhì)而更容易被加工?？梢杂米鳛橛材Ｋ苤破泛驼嫫?。1932年美國(guó)古德里奇公司（）研究一種用于粘接橡膠與金屬罐的新粘膠劑的時(shí)候，偶然發(fā)現(xiàn)增塑了的PVC樹(shù)脂富有柔軟和富有彈性的“橡膠狀”性質(zhì)，并且耐強(qiáng)堿、強(qiáng)酸腐蝕、制成為彈性高爾夫球和PVC氯苯溶液，后者可制造鉗套、鞋跟、雨靴、電線(xiàn)護(hù)套、電器絕緣套、帳篷、地板、膠管及金屬罐襯里等。1937年英國(guó)的ICI公司采用磷酸脂類(lèi)增塑PVC制得類(lèi)似橡膠的物質(zhì)，成功的替代當(dāng)時(shí)極其短缺的橡膠。用于電線(xiàn)的絕緣層。這時(shí)PVC才作為有用的高分子材料而進(jìn)行大量生產(chǎn)。第二、量的增長(zhǎng)階段溶液聚合和乳液聚合是PVC樹(shù)脂早期工業(yè)化階段主要生產(chǎn)方法，主要用途是替代橡膠制作成涂層、涂布制品、片材、包裝容器、棒材等柔性材料。但是乳液樹(shù)脂雜質(zhì)含量較多、生產(chǎn)成本較高、性能也很差，限定了其應(yīng)用范圍。1941年美國(guó)BFGooDRIch公司懸浮聚合生產(chǎn)PVC樹(shù)脂，質(zhì)量很好，特別是電絕緣性、機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕等性能明顯要優(yōu)于乳液聚合法樹(shù)脂，在耐燃性、耐磨性等方面優(yōu)于橡膠，因而在電線(xiàn)電纜及鋪地材料等方面獲得大量的應(yīng)用，消費(fèi)量高速增加。并且懸浮法比乳液法操作要簡(jiǎn)單，助劑用量較少，產(chǎn)品純度較高，能耗極其少、成本比較低，因而能迅速被世界各國(guó)采用。世界PVC樹(shù)脂生產(chǎn)量在50年代以后才迅速增長(zhǎng)，原因如下：（1）單體原料路線(xiàn)轉(zhuǎn)換60年代以前，世界各國(guó)都采用電石乙炔法制氯乙烯單體。后來(lái)電價(jià)格提高，而石油價(jià)格相對(duì)便宜。每桶石油僅需兩三美元,乙烯價(jià)格不到電石乙炔的三分之一，于是就開(kāi)始采用石油乙烯作為氯乙烯單體的原料，由乙烯氯化制得二氯乙烷。1962年二氯乙烷裂解制氯乙烯與乙烯氧氯化制二氯乙烷的平衡工藝被美國(guó)BFGoodrich公司開(kāi)發(fā)。其生產(chǎn)裝置規(guī)模較大，成本相對(duì)低，單體純度比較高，世界各國(guó)紛紛采用。于是開(kāi)始了世界性的原料路線(xiàn)轉(zhuǎn)換。美國(guó)在1969年完成了原料路線(xiàn)的轉(zhuǎn)換。日本自1965年開(kāi)始，引進(jìn)美國(guó)STauffer（固定床氧氯化法）技術(shù)與Goodrich（沸騰床氧氯化法）的技術(shù)，并自己開(kāi)發(fā)了石腦油裂解烯炔法（吳羽化學(xué)公司）與乙烯氧氯化制二氯乙烷，到了1971年美國(guó)也基本上淘汰了電石乙炔法，只有電、煤、水與石灰石資源非常豐富的電器化學(xué)公司青海工廠(chǎng)將5萬(wàn)噸/年電石乙炔法裝置進(jìn)行了保留。原料路線(xiàn)轉(zhuǎn)換后，生產(chǎn)成本下降了26%，電耗降低了90%，生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大了，樹(shù)脂產(chǎn)量急速上升。其他國(guó)家也大致如此，單體原料路線(xiàn)轉(zhuǎn)換，促使PVC進(jìn)入了新的歷史發(fā)展階段。（2）聚合方法的改進(jìn)自40年代懸浮聚合法替代了溶液聚合法和乳液聚合成為主流生產(chǎn)方法以后，五六十年代懸浮聚合工藝又有了進(jìn)一步完善，特別是聚合后的處理，干燥，包裝，貯運(yùn)的密閉化，減少了塵埃。大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)。乳液聚合方法也有了改進(jìn)。1966年法國(guó)RhonePoulenc公司開(kāi)創(chuàng)了微懸浮聚合法，其所制備的糊樹(shù)脂質(zhì)量更好，其生產(chǎn)效率更高。這兩種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品各有特別的用途，因此取代了經(jīng)典的乳液法成為糊樹(shù)脂的兩種主要生產(chǎn)方法。1956年法國(guó)開(kāi)發(fā)的本體聚合法可以制造雜質(zhì)更少、更加透明、電氣性能和加工性能更好的樹(shù)脂，促使PVC樹(shù)脂應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大。（3）PVC硬制品加工與應(yīng)用技術(shù)有新發(fā)展在五六十年代樹(shù)脂質(zhì)量有所提高的同時(shí)，出現(xiàn)了硬質(zhì)制品成型加工的新型熱穩(wěn)定劑和擠出機(jī)，促進(jìn)了硬制品的加工與應(yīng)用。特別是在建筑和電子領(lǐng)域打開(kāi)了應(yīng)用。一、技術(shù)進(jìn)步階段正當(dāng)世界PVC產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)之時(shí)，VCM致癌性問(wèn)題幾乎危及PVC行業(yè)的存亡。經(jīng)查明，VCM自身雖沒(méi)有致癌性，但在體內(nèi)新陳代謝條件下會(huì)轉(zhuǎn)化為致癌成分，是否致癌要在一定的濃度范圍內(nèi)。于是各國(guó)紛紛建立法規(guī)限制PVC中殘留單體含量和PVC生產(chǎn)區(qū)域的VCM含量。PVC廠(chǎng)商花費(fèi)大量投資研究對(duì)策和改造生產(chǎn)環(huán)境。，日常操作費(fèi)用也增加了700多萬(wàn)美元。推出了減輕粘釜，密閉化操作，高壓水自動(dòng)清釜，生產(chǎn)環(huán)境強(qiáng)化通風(fēng)、大氣中VC濃度自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警，聚合釜大型化和自動(dòng)控制，漿料和廢水汽提，連續(xù)沉降離心分離，物料輸送機(jī)械化、密閉化等一系列技術(shù)措施。VCM毒性問(wèn)題出現(xiàn)雖然影響了當(dāng)