【正文】 保護(hù)技術(shù)（包括PVC廢棄物的回收，再利用和處理）等方面，更需要花大力氣加以研究。 Dryness 。繪制了相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙，設(shè)計(jì)圖紙包括工藝流程圖、主要設(shè)備圖的裝配圖、設(shè)備的平面布置圖。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）年產(chǎn)5萬(wàn)噸聚氯乙烯聚合干燥工序初步工藝設(shè)計(jì) 摘 要：本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)5萬(wàn)噸聚氯乙烯聚合干燥工序的初步工藝設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)文件由設(shè)計(jì)說明書和設(shè)計(jì)圖紙兩部分組成。關(guān)鍵詞：聚氯乙烯；懸浮聚合工藝；干燥。 monomer。本設(shè)計(jì)是以氯乙烯單體為原料，對(duì)年產(chǎn)能力為5萬(wàn)噸的PVC聚合干燥工序的初步設(shè)計(jì)，以株化集團(tuán)PVC廠為理論資料，并收集有關(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)書的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)旨在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，熟悉工藝流程、生產(chǎn)方案的選擇、設(shè)備的選型等，掌握工藝設(shè)計(jì)中的物料衡算、能量衡算、設(shè)備的計(jì)算、選型，對(duì)參考文獻(xiàn)的查閱與學(xué)習(xí)等的方法。1872年包曼報(bào)道了氯乙烯的制備，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。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。　　PVC是由液態(tài)的氯乙烯單體（VCM）經(jīng)懸浮、乳液、本體或溶液法工藝聚合而成，其中懸浮工藝在世界PVC生產(chǎn)裝置中大約占90％的比例。硬質(zhì)制品目前占PVC總消費(fèi)量的65～70％，今后PVC消費(fèi)量進(jìn)一步增長(zhǎng)的機(jī)會(huì)主要是在硬質(zhì)制品應(yīng)用領(lǐng)域。這首先是由于新技術(shù)革命不斷發(fā)展，產(chǎn)品性能也得到不斷改進(jìn)，促進(jìn)用途市場(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。1998年我國(guó)PVC產(chǎn)量和表觀需求量分別為160萬(wàn)噸和317萬(wàn)噸。PVC裝置，(其中引進(jìn)的8萬(wàn)噸/年乙烯法VCM裝置于1997年建成、投產(chǎn))，上海天原化工廠同伊滕忠商事、旭硝子公司合資的24萬(wàn)噸/年VCM和20萬(wàn)噸/年近10年來(lái)我國(guó)聚氯乙烯生產(chǎn)通過技術(shù)改造、技術(shù)攻關(guān)和消化吸收引進(jìn)技術(shù)，使行業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)有了較大提高。 國(guó)內(nèi)需求量和年均增長(zhǎng)率我國(guó)1998年聚氯乙烯產(chǎn)量為160萬(wàn)噸，凈進(jìn)口量約157萬(wàn)噸，表觀需求量為317萬(wàn)噸。然而，從19831998年我國(guó)聚氯乙烯樹脂需求增長(zhǎng)趨勢(shì)看，90年代的需求增長(zhǎng)率明顯高于80年代，90年代國(guó)內(nèi)需求滿足率明顯低于80年代。原料變換的初期，曾出現(xiàn)了聯(lián)合法和烯炔法。烯炔法投資較大，工藝復(fù)雜，成本也較高，存在也不久。本體聚合不用水和分散劑，聚合后處理簡(jiǎn)單，產(chǎn)品純度較好，應(yīng)當(dāng)有個(gè)美好的前景，由于聚合過程中攪拌和傳熱的難題，一直到70年代才有法國(guó)ATO公司的成就得到解決，本體聚合的裝置才在歐美建立，其生產(chǎn)能力約占總產(chǎn)量的10%以下。懸浮聚合以其生產(chǎn)過程簡(jiǎn)易，便于控制，便于大規(guī)模生產(chǎn)、產(chǎn)品的適應(yīng)性較強(qiáng)，因此還是聚氯乙烯的主要的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)約占總量的80%。一般均在1—5ppm，對(duì)VC排放源的排放量也作了規(guī)定。聚氯乙烯塑料不僅在建材、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。因此，我國(guó)聚氯乙烯的發(fā)展應(yīng)以引進(jìn)外國(guó)先進(jìn)技術(shù)、選擇我國(guó)市場(chǎng)前景廣闊的硬制品和特殊牌號(hào)為主，這樣既能滿足化工建材的市場(chǎng)需求，又可替代進(jìn)口，使我國(guó)聚氯乙烯工業(yè)得到健康發(fā)展 產(chǎn)品的包裝、貯運(yùn)方法：（1） PVC樹脂可采用內(nèi)襯塑料薄膜的紙袋、布袋、人造革袋或聚丙烯編織袋包裝。（2） 包裝袋上應(yīng)注明商標(biāo)、產(chǎn)品名稱、凈重、型號(hào)、批號(hào)、產(chǎn)品等級(jí)和生產(chǎn)廠名。不得露天堆放、防止陽(yáng)光照射。⑷電性能PVC耐電擊穿，它對(duì)于交流電和直流電的絕緣能力可與硬橡膠媲美，其介電性能與溫度，增塑性，穩(wěn)定性等因素有關(guān)。⑻機(jī)械性能聚氯乙烯抗沖擊強(qiáng)度較高，常溫常壓下可達(dá)10MPa。聚合放熱量1554KJ/，聚合時(shí)的體積收縮率為35%，導(dǎo)熱系數(shù)﹕（㎡. ）液體導(dǎo)熱系數(shù)（20℃）（㎡.）。⑵引發(fā)劑名稱﹕過氧化二碳酸二（2乙基）己酯化學(xué)結(jié)構(gòu)式：分子量為﹕外觀性狀﹕常為無(wú)色或淡黃色液體溶劑﹕Shellsol71⑶反應(yīng)調(diào)節(jié)劑名稱﹕巰基乙酸2乙基己脂化學(xué)結(jié)構(gòu)式﹕外觀性狀﹕常為無(wú)色或淡黃色液體，特有的巰醇臭味。 乳液聚合： 乳液聚合是生產(chǎn)糊樹脂的方法，通常采用水溶性引發(fā)劑（H2O2或K2S2O8等）把氯乙烯單體、水溶性物質(zhì)、水、乳化劑及非離子型表面活性劑加入集合釜中進(jìn)行聚合反應(yīng)。懸浮法是一種相對(duì)最成熟的工藝，在目前世界上聚氯乙烯生產(chǎn)中占有絕對(duì)的分額，且產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率最高，產(chǎn)品品種最多，容易適應(yīng)市場(chǎng)。大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，即使降低引發(fā)劑濃度以減慢速率，有時(shí)還是不能很好的控制。但其聚合后期體系黏度很高，在聚合反應(yīng)器中攪拌、傳熱等工程問題解決之后，才能有效的實(shí)施。與乳液聚合相比，懸浮聚合物上吸附的分散劑量少，有些還容易脫除，產(chǎn)物含有較少的雜質(zhì)。 聚氯乙烯懸浮聚合工藝流程： 聚合原理 在光、熱或輻射能的作用下，烯類單體有可能形成自由基而聚合。整個(gè)聚合過程分為鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止四個(gè)步驟。 I 2R 鏈增長(zhǎng)：在鏈引發(fā)階段形成的單體自由基，活性很高，如無(wú)阻聚物質(zhì)與之作用，就能進(jìn)攻第二個(gè)VC分子的π鍵，重新雜化結(jié)合，形成新的自由基，如此循環(huán)下去， H ︱產(chǎn)生含有大量 —（CH2— C—）—單元的鏈自由基，這個(gè)過程叫做鏈增長(zhǎng)反應(yīng)， ︱Cl這實(shí)際上是一個(gè)加成反應(yīng)。在PVC的鏈增長(zhǎng)反應(yīng)中，結(jié)構(gòu)單元VC間的結(jié)合可能以“頭——尾”和“頭——頭”兩種形式存在，即：Cl Cl︱ ︱CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH按頭尾連接時(shí)，氯原子與單電子連在同一個(gè)碳原子上，取代基對(duì)自由基有共軛穩(wěn)定作用。從空間位阻方面看，—CH2—較—CHCl—空間位阻小，所以有利于頭尾連接。 ︱ ︱ ︱ ︱ Cl H H Cl H H H H ︱ ︱ ︱ ︱或： —C—C + C = C —CH2—CH2Cl+CH2=— ︱ ︱ ︱ ︱ Cl Cl Cl Cl生成的—CH2—C+聚合溫度每上升10℃，聚合速度約增加3倍：表 5 各種因素對(duì)聚合反應(yīng)的影響聚合溫度 反應(yīng)時(shí)間 轉(zhuǎn)化率 聚合度 30℃ 38小時(shí) % 5976 40℃ 12小時(shí) % 2390 50℃ 6小時(shí) % 990 對(duì)聚合度的影響 通常PVC的終止反應(yīng)主要以向單體轉(zhuǎn)移形式而終止。一般溫度波動(dòng)177。以求得到分子量分布均勻的產(chǎn)品。 表8 視比重和吸油量的影響型 號(hào) 聚合溫度℃ 視比重g/mL 吸油量%PVC—SG2 —51 — 25—27PVC—SG4 —55 — 22—23PVC—SG6 59—60 — 16—18PVC—SG7 61—62 — 14—16 原料中雜質(zhì)的影響 反應(yīng)體系中的各類雜質(zhì)，不但影響反應(yīng)速度，而且使產(chǎn)品質(zhì)量下降，影響產(chǎn)品的耐寒、耐熱、耐旋光性能及透明度和加工性能。乙炔含π鍵，氫原子又活潑，既可和游離基發(fā)生加成反應(yīng)，又可以發(fā)生氫原子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。同時(shí)，易被氧化。聚合完畢后抽出未反應(yīng)單體、漿料進(jìn)行氣提，回收氯乙烯單體。（懸浮聚合）操作步驟：（1）在清洗好的不銹鋼聚合釜中，打入軟水、聚乙烯醇、氯乙烯單體和引發(fā)劑過氧化二碳酸二異丙酯（IPP），抗魚眼劑，防粘釜?jiǎng)?，夾套通入蒸汽，使聚合釜內(nèi)升溫至50~60℃進(jìn)行聚合反應(yīng)。該懸浮液經(jīng)離心機(jī)脫水，得到含水10%—15%的濕樹脂，經(jīng)過螺旋加料器送入氣流干燥管內(nèi)，以150~160℃熱風(fēng)吹送至旋風(fēng)分離器組分離，樹脂含水降至1%左右。a1(20h07200=(kg/h)(以1小時(shí)為計(jì)算基準(zhǔn)，以下計(jì)算中不再寫h_1)聚合物轉(zhuǎn)化率為83% 83%x= x=(kg) 即每小時(shí)要 生產(chǎn)純VCM 產(chǎn)物氣冷凝，%進(jìn)入精餾系統(tǒng)的VCM的量： 247。40%60%=C2H3Cl: =C2H4Cl2: (3)低沸塔物料衡算表 表14 低沸塔物料衡算表組分進(jìn)料(F)餾出液(D)殘液(W)物質(zhì)的量（kmol）組成xf(%)物質(zhì)的量（kmol）組成xd(%)物質(zhì)的量（kmol）組成xw(%)C2H2C2H3ClC2H4Cl2∑：計(jì)算依據(jù)：R= td=20℃ tw=40℃ tF=30℃ XD=40%根據(jù)物料衡算可得：D: kmolW: kmolL: kmolV: kmoltd=20℃下：C C2H2= kJ/kmol℃ C C2H4Cl2= kJ/kmol℃ CC2H3Cl= kJ/kmol 出口溫度: 75℃?！? Cp=%+%= kJ/kmol℃ C C2H4Cl2= kJ/kmol℃（5）冷卻劑從冷凝器帶出的熱量：（6）塔底產(chǎn)品從冷凝器帶出的熱量：（7）再沸器（全塔范圍列橫算式）設(shè)再沸器損失能量： （8）高沸塔熱量衡算表表 17 高沸塔熱量衡算表傳入熱量傳出熱量物料帶入的熱量冷凝器帶走的熱量塔頂餾出液帶出的熱量塔底殘液帶出的熱量再沸器傳入熱量再沸器損失能量合計(jì) 高沸塔冷凝器鹽水冷卻水消耗情況進(jìn)口溫度：37℃； 出口溫度：12℃；查表得40%鹽水的比熱容：C鹽水= kJ/(kg℃) 高沸塔再沸器循環(huán)水消耗熱水由轉(zhuǎn)化器循環(huán)水進(jìn)入加熱水進(jìn)口溫度：99℃； 出口溫度：65℃；查得：99℃時(shí)：CH2O= kJ/(kg℃) 75℃時(shí) CH2O= kJ/(kg℃)取 CH2O=(kg℃) 聚合釜物料衡算： 物料平衡示意圖[4 M1 R101 M5 V102 M7 T101V101 M6 M9 R102 V103 M2 M4 M3 M11 M10 E101 M12 M13M1—氯乙烯單體；M2—無(wú)離子水；M3—聚乙烯醇；M4—過氧化二碳酸二異丙酯（IPP）；M5—樹脂懸浮液； M6—未聚合氯乙烯；M7—聚氯乙烯溶液；M8—?dú)埩魡误w；M9—料漿；M10—離心后的聚氯乙烯溶液；M11—水及剩余助劑；M12—水；M13—聚氯乙烯樹脂；R101—聚合釜；R102—氯乙烯單體氣柜；V101—助劑貯槽；V102—沉析槽； V103—旋風(fēng)分離器；E101—干燥器；T101—汽提塔； 生產(chǎn)過程發(fā)生的化學(xué)變化及方程式：在R101中引發(fā)劑引發(fā)單體進(jìn)行核聚合，其反應(yīng)方程式如下： CH2=CH + CH2=CH [ CH2 CH ]n ︱ ︱ ︱ Cl Cl Cl 本設(shè)計(jì)生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量50000噸，年開工300天，每天生產(chǎn)兩批，后處理中聚合物損失率2%。100=M4（過氧化二碳酸二異丙酯）=247。（3）V102沉析槽物料衡算：M6（未聚合氯乙烯）=12%= kg/批M7（聚氯乙烯溶液）：水=聚氯乙烯=聚乙烯醇（分散劑）不發(fā)生反應(yīng)= 過氧化二碳酸二異丙酯=水相溶解的氯乙烯單體及聚氯乙烯溶液中溶解的氯乙烯單體（反應(yīng)單體的5%）=5%= kg/批合計(jì)：M7=++++=M5=M6+M7= +=M5=M6+M7所以可知，對(duì)V102的衡算是正確的（4）T101汽提塔物料衡算：M8（殘留單體）=M9（料漿）：聚氯乙烯=水=聚乙烯醇（分散劑）=過氧化二碳酸二異丙酯=合計(jì)=+++=M8+M