畢業(yè)設(shè)計----聚氯乙烯反應(yīng)釜設(shè)計(已修改)
2024-12-17 19:36 本頁面
【正文】 第 1 頁 共 17 頁 聚氯乙烯 反應(yīng)釜 設(shè)計 1 前言 我國 pvc 生產(chǎn)企業(yè)平均規(guī)模為年產(chǎn) 8 萬多噸， pvc 生產(chǎn)處于低壟斷狀態(tài)。由于國產(chǎn)化 pvc 生產(chǎn)技術(shù)的成熟，在很大程度上降低了行業(yè)進入門檻。行業(yè)內(nèi)和行業(yè)外企業(yè)為追求較高利潤，競相建設(shè)和擴產(chǎn) , 近幾年國 pvc 熱的顯著特征是大干快上。所謂大是指規(guī)模大，新建改擴建項目年生產(chǎn)規(guī)模動輒十萬噸以上，二三十萬噸以上也不少見。未來pvc 生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模將向 40 萬 ~80 萬 t/a 大規(guī)模水平發(fā)展，規(guī)模小的企業(yè)將由于技術(shù)水平較低、污染嚴重、生產(chǎn)成本高、競爭能力弱而逐步被淘汰。 我國 pvc 行業(yè)采用大型聚 合釜生產(chǎn)裝置成為近年來明顯的發(fā)展趨勢，前幾年北京化二在消化吸收國外引進的先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷摸索實踐，成功實現(xiàn)了 70m3聚合釜成套工藝及關(guān)鍵技術(shù)的國產(chǎn)化，并在國內(nèi)很多聚氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)進行了推廣應(yīng)用。 70m3 聚合釜由于長徑比適中、生產(chǎn)強度大、換熱能力好、運輸方便、綜合性能好，在建設(shè) 10萬 t/a 的聚氯乙烯生產(chǎn)裝置時具有較好的綜合經(jīng)濟效益，但隨著新建或擴建聚氯乙烯生產(chǎn)裝置規(guī)模越來越大，如建設(shè) 20 萬 t/a 以上生產(chǎn)裝置，需要采用至少 2 條生產(chǎn)線，采用 70m3聚合釜就存在設(shè)備投資較大建設(shè)費用和運行費用較高、單釜生產(chǎn)能 力偏低、控制不方便等不足，目前不少廠家在進行二期或三期 ,擴建項目時，首選是采用 100m3以上聚氯乙烯大型反應(yīng)釜。在這種背景下，開發(fā)新型聚合釜及成套工藝技術(shù)就成為必然的趨勢。大型反應(yīng)釜的開發(fā)不是簡單的容積擴大，而是綜合技術(shù)的體現(xiàn)，涉及到多個領(lǐng)域的技術(shù)合作。北京化二與上海森松公司吸收 國內(nèi)外先進技術(shù)和實踐經(jīng)驗，對聚合釜容積的選型、換熱方式、攪拌結(jié)構(gòu)和方式、關(guān)鍵配件選擇等進行了認真的討論研究并進行了嚴格的計算，研制和開發(fā)了 100m3型聚合釜（該聚合釜正在申請專利），北京化二在吸收國內(nèi)外各種先進工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，開 發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的成套工藝技術(shù)。 第 2 頁 共 17 頁 一 、 工藝設(shè)計 1 聚合釜的設(shè)計 聚合釜容積的選型 聚合釜容積的選型與制造費用、運行費用、運輸條件、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量等密切相關(guān)。 100m3聚合釜是引進和吸收歐洲 PVC聚合釜先進技術(shù)，在國內(nèi)成功研究開發(fā)和制造的聚合釜。聚合釜直徑為 ￠ 4300mm，內(nèi)夾套直徑 ￠ 4200mm ，筒體切線長度 5940mm ，長徑比為 。釜體內(nèi)壁電解拋光 ,拋光精度 m ，機械密封使用壽命 12021h以上，泄漏量小于 5mL/h 。設(shè)備總體技術(shù)達到國際先進水平，可用于生 產(chǎn)各種型號的懸浮法 PVC樹脂，尤其是生產(chǎn)用于注塑料的高型號樹脂（ SG7和 SG8樹脂） ,更顯出其獨特的優(yōu)勢，并實現(xiàn)全過程自動化控制。 從運輸條件來考慮，直徑 ￠ 4500mm以內(nèi)可以采用平板車運輸，運輸較為容易。從制造費用上比較， 100m3聚合釜制造費用不高于 400萬元 /臺，而 70m3聚合釜制造費用約為二百七十萬元 /臺 ,100m3聚合釜比較經(jīng)濟。從生產(chǎn)強度上來看，該聚合釜單釜生產(chǎn)設(shè)計能力達到 t/a， 20萬 t/a聚氯乙烯生產(chǎn)裝置可以采用 1條生產(chǎn)線控制，可以很好地滿足目前國內(nèi)新建或擴建 pvc裝置大型化的需要。 聚合釜換熱方式的選擇與優(yōu)化 聚合釜的換熱能力的大小決定釜的生產(chǎn)能力 ,聚合釜的換熱能力取決于 3 個因素，即傳熱系數(shù)、換熱面積、換熱的溫差。 聚合釜的大型化的一個主要問題就是當(dāng)釜的直徑增大時，其釜壁實際厚度必須增加，否則達不到耐壓等級。一般氯乙烯單體聚合的最高溫度選為 80℃ ，對應(yīng)的蒸汽壓力為 ,考慮到安全系數(shù)，一般懸浮法聚氯乙烯聚合釜的設(shè)計最高工作壓力定為。我國聚氯乙烯樹脂標(biāo)準(zhǔn)有 8 個牌號 .SG_8 樹脂的反應(yīng)溫度最高一般為65~67℃ ，對應(yīng)的壓力為 ~，其實際工 作最高壓力不超過 ，聚合釜的設(shè)計最高工作壓力可以定為 。如 70m3 聚合釜的直徑為 3810mm，如果使用不銹鋼和碳鋼的復(fù)合鋼板的厚度為 3mm+27mm,而 100m3 聚合釜的直徑為 ，如果使用復(fù)合鋼板的厚度為 3mm+30mm， 100m3聚合釜壁的傳 熱系數(shù)比 70m3傳熱系數(shù)降低 7%。因此，當(dāng)聚合釜的體積增大時，直筒段夾套和封頭的總換第 3 頁 共 17 頁 熱能力降低很多，表面積與體積比例從 降為 。如果不從工藝方面采取措施（如設(shè)置釜頂冷凝器等），聚合反應(yīng)時間將會增加 25%。 換熱夾套方式可 以分為傳統(tǒng)的釜外冷卻夾套方 式和釜內(nèi)換熱夾套方式，釜外夾套冷卻方式具有制造簡單，釜的內(nèi)壁既承擔(dān)承重的作用也要承擔(dān)換熱的功能，由于內(nèi)壁較厚其換熱能力較低；釜內(nèi)換熱夾套方式制造技術(shù)要求高，釜自身和反應(yīng)物料的重量由釜外殼來承擔(dān)，釜內(nèi)壁只是起到隔絕冷卻介質(zhì)和換熱的功能，可以很大程度地減少釜內(nèi)壁的厚度，提高傳熱系數(shù)，提高聚合釜的生產(chǎn)強度。 上海森松和北京化二對于聚合釜換熱方式進行了研究。針對夾套的方式進行了比較，認為使用釜內(nèi)夾套應(yīng)用于懸浮法聚氯乙烯聚合釜是可行的。 對外夾套結(jié)構(gòu)而言，釜體壁厚是影響傳熱的主要部分，占總熱 阻的 56%以上，因此減少金屬壁厚的熱阻是提高聚合釜傳熱效率的主要方向，但釜體壁厚受壓力和材料強度的制約，無法進一步減薄。 100m3 聚合釜采用不銹鋼復(fù)合鋼板內(nèi)夾套結(jié)構(gòu)的聚合釜型，可以同時解決聚合釜強度和傳熱的問題。使得夾套內(nèi)的冷卻水與釜內(nèi)的介質(zhì)僅隔幾毫米厚度，金屬壁厚的熱阻大大下降，提高了釜的傳熱系數(shù) 。 另外，全流通螺旋夾套結(jié)
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