【正文】 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）年產(chǎn)5萬(wàn)噸聚氯乙烯的氯乙烯合成工段工藝初步設(shè)計(jì)姓名：　　　　指導(dǎo)教師：摘要：本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)5萬(wàn)噸聚氯乙烯的氯乙烯合成工段的初步工藝設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)根據(jù)株洲化工集團(tuán)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)有關(guān)資料及有關(guān)文獻(xiàn)，完成物料衡算、熱量衡算。此設(shè)計(jì)配有說(shuō)明書一份、圖紙三份。說(shuō)明書內(nèi)容：1．PVC和VC的發(fā)展及發(fā)展趨勢(shì)。2．合成工段的生產(chǎn)原理、流程。3．物料衡算、熱量衡算。4．主要設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型．5．管道的設(shè)計(jì)及選型。6．三廢處理安全與防火技術(shù)。三副圖紙：1．帶控制點(diǎn)的物料流程圖。2．車間平面布置圖。3．主要設(shè)備的裝配圖。關(guān)鍵詞：合成、PVC、VC、工藝、設(shè)計(jì)。 目錄前言1 緒論 6 聚氯乙烯(PVC) 6 聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展概況 6 聚氯乙烯工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用 6 聚氯乙烯系列聚合物的性質(zhì) 7　聚氯乙烯制品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù) 7 聚氯乙烯合成方法 9 氯乙烯（VC） 13 氯乙烯的合成 13 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述 16 主要工藝參數(shù) 17 主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì) 172 工藝計(jì)算 19 物料衡算 19 計(jì)算依據(jù) 19 計(jì)算 19 熱量衡算 27 衡算方法 27 標(biāo)況下有關(guān)物化數(shù)據(jù)表 27 計(jì)算 283 主要設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型 34 石墨冷卻器的選型 34 已知條件 34 計(jì)算兩流體的平均溫度差 35 石墨預(yù)熱器的選型 35 已知條件 35 計(jì)算兩流體的平均溫度差 36 石墨冷卻器Ⅱ的選型 36 已知條件 36 計(jì)算兩流體的平均溫度差 37 轉(zhuǎn)化器的設(shè)計(jì) 37 已知條件 37 計(jì)算 38 手孔 39 泡沫水洗塔的設(shè)計(jì) 40 已知條件 40 塔徑的計(jì)算 40 孔的布置 40 塔板的壓降 41 穩(wěn)定性 41 液泛 42 物沫夾帶 42 主要設(shè)備一覽表 434 主要管道管徑計(jì)算和選型 43 HCl進(jìn)料管 43 乙炔氣進(jìn)料管 44 石墨冷卻器的進(jìn)料管 44 多筒過(guò)濾器進(jìn)料管 44 轉(zhuǎn)化器進(jìn)料管 45 轉(zhuǎn)化器出料管 45 石墨冷卻器進(jìn)口管 46 40%鹽水進(jìn)料管 46 循環(huán)水管 46 石墨預(yù)熱器 46 轉(zhuǎn)化器 46 石墨冷卻器 47 總進(jìn)水管 47 部分管道一覽表 475 合成工段中三廢的產(chǎn)生及處理 48 氯化汞觸媒的產(chǎn)生中毒機(jī)理及處理 48 氯化汞觸媒的產(chǎn)生 48 尾排氯乙烯外逸的產(chǎn)生中毒機(jī)理及處理 48 尾排氯乙烯外逸的產(chǎn)生 48 中毒機(jī)理 48 廢水的處理 49 廢水排放標(biāo)準(zhǔn) 49 廢水的處理方法 49 506 安全生產(chǎn)防火技術(shù) 50 廠區(qū)安全生產(chǎn)特點(diǎn) 50 乙烯合成的安全技術(shù) 50 原料及中間提的閃點(diǎn)、自燃點(diǎn)、爆炸范圍 50 51 氧化爆炸 51 分解爆炸 51 乙炔的化合爆炸 51 氯乙烯的燃燒性能 51 安全措施 52結(jié)論 52參考文獻(xiàn) 52致謝 54前言本設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，對(duì)年產(chǎn)5萬(wàn)噸聚氯乙烯的氯乙烯合成工段進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，廣泛收集了PVC工藝和化工設(shè)計(jì)的相關(guān)資料作為設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。本設(shè)計(jì)對(duì)PVC的工藝發(fā)展?fàn)顩r、工藝選擇、性質(zhì)、工藝流程及合成原理，相關(guān)的物料性質(zhì)、物料衡算、設(shè)備選型、管道設(shè)計(jì)作了較為詳細(xì)的闡述，以理論設(shè)計(jì)為主，參考了大量資料和書籍，力求接近實(shí)際、切合實(shí)際。在此次設(shè)計(jì)中，自始至終都得到了曾文南老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的熱心幫助，在此表示衷心的感謝。由于水平有限，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)匯總難免存在紕漏和不足之處，敬請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。謝謝！ 1 緒論 聚氯乙烯(PVC) 聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展概況[1]20世紀(jì)的30年代50年代是塑料工業(yè)迅速發(fā)展的時(shí)期。在此期間有許多合成塑料如聚氯乙烯、聚苯乙烯等形成工業(yè)化。 ，于1838年他又觀察到聚合體，這就是最早的聚氯乙烯。1872年包曼(Baumann)報(bào)導(dǎo)了氯乙烯的制備，并觀察到在強(qiáng)烈陽(yáng)光照射后，氯乙烯逐漸變成一種無(wú)定形的白色固體物。經(jīng)歷數(shù)十年直到1910年德國(guó)與美國(guó)研究了氯乙烯在紫外線和過(guò)氧化物存在下的聚合反應(yīng)。1910年，Ostromislensky在進(jìn)行氯乙烯研究時(shí)，也獲得氯乙烯聚合物，稱之為Cauprene chloride。1920年，德國(guó)研究聚氯乙烯已相當(dāng)活躍，這時(shí)美國(guó)聯(lián)碳化學(xué)公司與杜邦公司對(duì)氯乙烯聚合物的制備發(fā)表了專利。這標(biāo)志著氯乙烯及其聚合物的制造已進(jìn)入實(shí)用技術(shù)階段。1920年，在美國(guó)的柏寨森 (BURGHAUSAN)的瓦克(WACKER)公司制取聚醋酸乙烯，用它與氯乙烯共聚制得一種新材料。該材料易加工，且不再發(fā)生分解因它具有內(nèi)增塑性，可用作涂料和硬模塑制品，開(kāi)辟了以內(nèi)增塑的辦法解決了聚氯乙烯的加工。另一方面也為聚氯乙烯從共聚改性作出了開(kāi)拓性的工作。對(duì)聚氯乙烯發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。又于1932年發(fā)現(xiàn)聚氯乙烯的低分子增塑劑。英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司于1937年采用高沸點(diǎn)液體如磷酸酯類增塑聚氯乙烯，得到了類似橡膠的物質(zhì)，從而第一次打破了傳統(tǒng)的橡膠市場(chǎng)，成為橡膠材料的代用品。 德國(guó)法本公司于1932年采取乳液聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯，定名為“伊奇利特”(Igelit)，以后于1933年美國(guó)碳化物和碳化學(xué)公司系統(tǒng)的“貝克菜特”(BAKBLITE)公司等用溶液聚合法建立了小型工廠，商品定名為“維尼”利特(ViNYILITE)。 聚氯乙烯自工業(yè)化問(wèn)世至今，六十多年來(lái)仍處不衰之勢(shì)。占目前塑料消費(fèi)總量的29%以上。到上世紀(jì)末，聚氯乙烯樹(shù)脂大約以3%的速度增長(zhǎng)。這首先是由于新技術(shù)不斷采用，產(chǎn)品性能亦不斷地得到改進(jìn)，品種及牌號(hào)的增加，促進(jìn)用途及市場(chǎng)的拓寬。其次是制造原料來(lái)源廣、制造工藝簡(jiǎn)單。產(chǎn)品質(zhì)量好。在耐燃性、透明性及耐化學(xué)藥品性能方面均較其它塑料優(yōu)異。又它是氯堿行業(yè)耗“氯”的大戶，對(duì)氯堿平衡起著舉足輕重的作用。從目前世界主要聚氯乙烯生產(chǎn)國(guó)來(lái)說(shuō)：一般耗用量占其總量的20～30%。特別是60年代以來(lái)，由于石油化工的發(fā)展，為聚氯乙烯工業(yè)提供廉價(jià)的乙烯資源，引起了人們極大的注意，因而促使氯乙烯合成原料路線的轉(zhuǎn)換和新制法以及聚合技術(shù)不斷地更新，使聚氯乙烯工業(yè)獲得迅猛的發(fā)展。從上述期間可看出聚氯乙烯樹(shù)脂在主要生產(chǎn)國(guó)的產(chǎn)量與消費(fèi)量均有近2%的增長(zhǎng)率，而在其余國(guó)家和地區(qū)均略高于3%。 聚氯乙烯工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用 合成樹(shù)脂是塑料工業(yè)的基本原料，在一定條件下塑制成一定形狀的材料，在常溫下它的形狀不變，是材料工業(yè)的重要組成部分。 作為熱塑性塑料的原料之一的聚氯乙烯樹(shù)脂，在世界各國(guó)合成樹(shù)脂的生產(chǎn)、品種及消費(fèi)上均處領(lǐng)先地位。我國(guó)也是如此，聚氯乙烯塑料制品居于各樹(shù)脂及加工制品之主。這主要由于以下原因：（1） 聚氯乙烯材料制品性能優(yōu)良。有獨(dú)特的使用功能。（2） 基礎(chǔ)原料資源廣，為聚氯乙烯樹(shù)脂生產(chǎn)發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。（3） 以聚氯乙烯制取的合成材料可代替鋼鐵和木材使用，而且節(jié)能顯著，每生產(chǎn)１立方米。通用塑料，10６千焦。（4） 用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如地膜、大棚等，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供保障。（5） 聚氯乙烯塑料不僅在建筑、農(nóng)業(yè)及包裝工業(yè)上有著廣泛的用途，在電子器件、交通運(yùn)輸、機(jī)械和人民生活等各方面，也均得到重用。 聚氯乙烯系列聚合物的性質(zhì)聚氯乙烯在常溫下為白色粉末，～，汽油，酒精，氯乙烯，可溶于酮類和氯烴類溶劑，無(wú)毒無(wú)臭。具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的介電性能。表1 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) GB576193型號(hào)平均聚合溫度/℃粘數(shù)/（ml/g）K值聚合度/P參考用途SG1482154～14477～751800～1650高級(jí)電絕緣材料SG2505143～13674～731650～1500電絕緣材料，一般軟制品SG2530135～12772～711500～1350電絕緣材料，農(nóng)膜，塑料鞋SG4565126～11970～691250～1150一般薄膜，軟管，人造革，高強(qiáng)度硬管SG5580118～10768～661100～1000透明硬制品，硬管，型材SG6618106～9664～63950～850唱片，透明片，硬板，焊條，纖維SG765595～8762～60850～750吹塑瓶，透明片，管件SG868586～7359～55750～650過(guò)氯乙烯樹(shù)脂　聚氯乙烯制品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù)聚氯乙烯作為世界五大通用塑料之一，今年發(fā)展非常迅速，由于它綜合性能優(yōu)異，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國(guó)防、人類日常生活等許多領(lǐng)域。當(dāng)前高速發(fā)展的建筑行業(yè)的旺盛需求，也推動(dòng)著中國(guó)聚氯乙烯產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。當(dāng)今世界上，還沒(méi)有一個(gè)地區(qū)或國(guó)家的聚氯乙烯產(chǎn)業(yè)，有像中國(guó)今天這樣擁有一個(gè)廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)和高速發(fā)展態(tài)勢(shì)的局面展現(xiàn)于世人面前。原料和能源圓滿解決之際，將是迎來(lái)巨頭爭(zhēng)霸之時(shí)。屆時(shí)中國(guó)的聚氯乙烯無(wú)論是產(chǎn)量還是市場(chǎng)消費(fèi)都會(huì)躍居世界第一位，中國(guó)的聚氯乙烯有著璀璨的前景。聚氯乙烯樹(shù)脂廣泛地用于塑料加工行業(yè)，建材，輕工等行業(yè)。可用來(lái)加工成金屬線包皮，薄片，板材，軟管，管道配件，皮革，軟質(zhì)制品和玩具，也可用來(lái)加工成食品包裝膜，包裝盒，食品機(jī)藥物裝瓶，以及硬管，透明片，型木等。⑴ PVC 型材技術(shù)應(yīng)用在西歐，每年大約有150萬(wàn)t的PVC 用于制作管材(主要用作輸水管) ，是最大的PVC 市場(chǎng)，約占PVC 材料的60%。為了增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，近幾年人們致力于管材的新材料、新工藝的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。新改良的加工技術(shù)在使用少量的主要原料后，提高了材料的強(qiáng)度和承受力，同時(shí)也降低了制造成本。如今用于污水排放管的芯層發(fā)泡管內(nèi)徑逾500 mm。在壓力管方面，列式或脫機(jī)式執(zhí)行的分子方向達(dá)到了相同的爆裂壓力要求，但只需近一半的壁厚。通過(guò)擠壓成型生產(chǎn)雙壁式內(nèi)管是一種新技術(shù)，在滿足高強(qiáng)度的情況下可以減輕管材質(zhì)量。PVC 門窗型材以及含有EVA 與PE 改性劑的PVC 是一種新型材料，可用作護(hù)欄桿。在管子改造方面，可將一根預(yù)先變形彎曲的管子從破裂的舊管子中穿過(guò)，然后用過(guò)熱蒸汽使其恢復(fù)整形。破裂的舊管子寬度最大達(dá)450 mm ，該改造工藝簡(jiǎn)單，管子安裝方便、密封性好。2002 年西歐PVC 擠出型材消費(fèi)量為130萬(wàn)t ，其中大約有一半用于制造高強(qiáng)度塑鋼門窗，其它重要用途如做百葉窗、電纜槽以及發(fā)泡型材或?qū)嵭男筒?，用于建筑裝潢及制造冬季花園、門框以及鞋模等。⑵ PVC 改性技術(shù)在改性方面，有PVC 接枝共聚物、PMMA 改性及丙烯酸酯改性，這些PVC 改性材料在市場(chǎng)上平均分布。德國(guó)PVC 接枝共聚物的消費(fèi)量逾20萬(wàn)t/ a，占?xì)W洲首位，采用的一種工藝可生產(chǎn)高散重物料，這種物料具有極好的均勻分布，并且可達(dá)到人們希望的聚合釜的高產(chǎn)量、高效率以及型材的高品質(zhì)。⑶ PVC 專用料應(yīng)用硬膜占PVC 原料的最大份額， 除了K值為57～60的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品外，還有氯乙烯共聚物和醋酸乙烯酯，這種材料提高了包裝膜的拉伸強(qiáng)度，并且也提高了家具膜、信用卡的膠合力和粘合力。乳液PVC明顯加快了物料的成形過(guò)程，提高了熔融均勻度，減少了流水作業(yè)的故障，也提高了抗靜電能力。超細(xì)粉末PVC 樹(shù)脂這種超高分子質(zhì)量專用料有助于消光及表面的結(jié)構(gòu)成形。PVC 接枝共聚物提高了硬膜制品的強(qiáng)度，提高了壓延過(guò)程的分離作用。在軟膜方面優(yōu)先發(fā)展透氣的K值為70的PVC制品。這種特殊制品屬于超高分子質(zhì)量PVC ，用于做軟膜具有更好的機(jī)械強(qiáng)度，屬增強(qiáng)性的EVA 或丙烯酸酯PVC 接枝共聚物。該P(yáng)VC 軟制品減少了增塑劑的遷移，同樣也減少了軟膜脆化，減少了污染，提高了冷脆性。2001 年，西歐糊狀PVC 樹(shù)脂加工量為60萬(wàn)t 。該產(chǎn)品的專門用途為地板夾、人造夾、汽車底層保護(hù)漆、乙烯護(hù)墻紙、平面圖、金屬板涂層、轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)鑄品以及各種各樣的零部件。一種微細(xì)孔徑的超細(xì)粉末PVC 專用料通過(guò)添加增塑劑可形成用于涂料的孔隙率穩(wěn)定的糊狀樹(shù)脂，這種糊狀樹(shù)脂基體可著色或加熱成形，同時(shí)可以熔融成PVC 軟制品。根據(jù)乳液法生產(chǎn)的PVC 新產(chǎn)品改進(jìn)了發(fā)泡過(guò)程，通過(guò)發(fā)泡可以生產(chǎn)專用精細(xì)發(fā)泡人造革、高白度墻紙，還可以進(jìn)一步制成無(wú)發(fā)泡產(chǎn)品和配方，并可以生產(chǎn)高檔快速涂料。針對(duì)糊粘度的下沉問(wèn)題，在投用橡膠稀釋劑過(guò)程中，使用了約30μm 的PVC 均聚物或聚乙烯異分子共聚物，或者是醋酸乙烯酯異分子共聚物。開(kāi)發(fā)的單釜生產(chǎn)時(shí)間最短的技術(shù)，一方面需提高低冷脆性溫度，另一方面還需提高快速熔融特性，使專用單分散體橡膠稀釋劑在微量的增塑劑作用下用于生產(chǎn)低粘度糊狀樹(shù)脂。重質(zhì)乳液糊狀樹(shù)脂用于涂地板夾表層，目的是使其高透明、低吸水，并且保持低濁度。新的超高分子質(zhì)量專用料提高了研磨性，成為人們理想的無(wú)光澤表層涂層。 聚氯乙烯合成方法⑴ 聚氯乙烯(PVC) 是由氯乙烯在引發(fā)劑作用下聚合而成的熱塑性樹(shù)脂，也是世界上最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的塑料品種之一。在世界眾多的塑料品種中，PVC 以其優(yōu)良的綜合性能，便宜的價(jià)格以及與氯堿工業(yè)關(guān)系密切，自30 年代工業(yè)化以來(lái)，一直受到各工業(yè)國(guó)的普遍重視，保持著長(zhǎng)盛不衰的發(fā)展勢(shì)頭，是目前世界上僅次于聚乙烯的第二大宗塑料品種。到目前為止，世界上PVC 生產(chǎn)的聚合工藝主要有5 種，即懸浮、本體、乳液、微懸浮及溶液聚合工藝。其中懸浮聚合工藝一直是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝，絕大部分均聚及共聚產(chǎn)品都是采用懸浮聚合工藝。就拿美國(guó)為例，聚氯乙烯生產(chǎn)工藝中， % ， % ， % ， %。與美國(guó)相比，西歐乳液和本體聚合的比例較大，而日本則懸浮聚合占的比例較大。⑵ 典型聚合工藝概述ⅰ 懸浮聚合 懸浮聚合是一種成熟的工藝，典型的懸浮聚合過(guò)程是向聚合釜中加入無(wú)離子水和懸浮劑，加入引發(fā)劑后密閉聚合釜，真空脫除釜內(nèi)空氣和溶于物料中的氧，然后加入單體氯乙烯之后開(kāi)始升溫，攪拌，反應(yīng)開(kāi)始后維持溫度在50 ℃左右，～ MPa ，當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到70 %左右開(kāi)始降壓，～ MPa 時(shí)即可停止反應(yīng)。聚合完