【正文】 所需的空氣流量等進(jìn)行了計(jì)算。reaction kettle。聚氯乙烯沒(méi)有明確的熔點(diǎn)，其軟化范圍為 80 至 85℃， 130℃左右開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)檎硰棏B(tài)，溫度升至 160℃ 至 180℃ 后呈現(xiàn)粘流態(tài)。此時(shí)，氯化氫氣體作為一種催化劑，可加速分解進(jìn)程，使聚氯乙烯顏色發(fā)生改變，并且各種機(jī)械性能也遭到破壞。除此之外，鑒于其優(yōu)良的物理性能、化學(xué)性能，聚氯乙烯在氯堿工業(yè)中的地位也不可小覷。其中，華東地區(qū)和華南地區(qū)是主要的需求集中地，兩地需求量占全國(guó)總需求量一半之多，需求量最大的兩省分別為廣東與福建，但相對(duì)來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)量卻嚴(yán)重不足，因此所需的聚氯乙烯依靠進(jìn)口的程度要高于其他地區(qū)。這使得聚氯乙烯工業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈出現(xiàn)問(wèn)題，如開(kāi)工率整體較低，中下游需求緩慢的增長(zhǎng)率也使得國(guó)產(chǎn)聚氯乙烯的市場(chǎng)價(jià)格難以提高，并且波動(dòng)范圍較窄。然而，進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)鏈的調(diào)整以及生產(chǎn)工藝的提高，國(guó)內(nèi)的自給率逐漸增加。 表 3 20xx 年世界 PVC 生產(chǎn)能力分布 地區(qū) 全球 北美 西歐 中歐 亞洲（除中國(guó)） 中國(guó) 其他 能力/kt/a 39500 8200 6800 20xx 9000 10585 2900 所占比例 /% 100 國(guó)外需求量與生產(chǎn)量研究 隨著科技的進(jìn)步，世界的聚氯乙烯生產(chǎn)能力的逐步增長(zhǎng)也是毋 庸置疑的，如表 3,20xx 年全球 PVC 生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到 39500/kt/a，主要生產(chǎn)地為北美與亞洲 4 （除中國(guó)），生產(chǎn)量為 820kt/a0 和 9000kt/a，分別占到全球生產(chǎn)總量的 %與 %，表中也給出了一個(gè)令人震驚的數(shù)字，僅中國(guó)的聚氯乙烯的生產(chǎn)量就達(dá)到了 10585kt/a，比重 ,占到了世界生產(chǎn)總量的 %。雖然此種集中型生產(chǎn)會(huì)在一定程度上拉動(dòng)國(guó)內(nèi)出口經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，然而生產(chǎn)中增塑劑、重金屬添加劑，有限的石油資源以及焚燒所產(chǎn)生的有害氣體等對(duì)東亞地區(qū)發(fā)展中國(guó)家的所造成環(huán)境問(wèn)題也不得不引起重 視。有相關(guān)專業(yè)人士表明，在以國(guó)家和地區(qū) 生產(chǎn)能力 產(chǎn)量 進(jìn)口量 出口量 消費(fèi)量 非洲 亞洲 中東歐 中東 北美 大洋洲 中南美洲 西歐 合計(jì) 5 后的數(shù)年中，國(guó)內(nèi)聚氯乙烯行業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)如下趨勢(shì)： ，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)需要依靠生產(chǎn)工藝的多元化以及 生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)性。 ，中小型企業(yè)立足與發(fā)展迅猛的社會(huì)中已如履薄冰。 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)方法探究 PVC 是一種頭 — 尾鏈接的高分子機(jī)構(gòu)，分子量一般在 500~20xx0，但由于在聚合反應(yīng) 中不可避免會(huì)發(fā)生副反應(yīng)，因此大分子鏈上除了頭尾鏈接外，還存在少量的少數(shù)的頭頭相連而形成不飽和雙鍵，此外，反應(yīng)過(guò)程中的脫氯化氫會(huì)產(chǎn)生叔碳原子（含有氯原子），氧化反應(yīng)產(chǎn)生支鏈以及含氧基團(tuán)等。 6 制備聚氯乙烯單體方法 根據(jù)不同的原料途徑，目前制備氯乙烯的主要工藝 大致分為五種，包括電石乙炔法，天然氣乙炔法，二氯乙烷法等等。在西部地區(qū)，電石資源豐富，在某種程度上帶動(dòng)了電石法的發(fā)展，電石法成為諸多廠商所關(guān)注的熱點(diǎn)。 8 圖 2 電石法生產(chǎn)氯乙烯流程 乙烯氧氯化法簡(jiǎn)稱乙烯法，此方法所制備的氯乙烯單體的質(zhì)量較高，乙烯法生產(chǎn)聚氯乙烯的原理如下。然而，在生產(chǎn)過(guò)程中的最棘手的問(wèn)題就是如何處理廢棄的電石渣，經(jīng)過(guò)我國(guó)科研人員與廠家之 間的不斷努力，形成了電石渣再生產(chǎn)利用一條產(chǎn)業(yè)鏈，將電石渣制成磚塊等建筑材料使得乙炔法成為乙烯法未能全面使用時(shí)的一種長(zhǎng)效可替代方法。 10 其主要特征見(jiàn)下表： 表 5 聚合方法比較表 項(xiàng)目 懸浮聚合 本體聚合 乳液聚合 溶液聚合 配方組成 單體、引發(fā)劑、分散劑、水 單體、引發(fā)劑 單體、引發(fā)劑、乳化劑、水 單體、引發(fā)劑 聚合場(chǎng)所 單體液滴內(nèi) 本體內(nèi) 膠束和乳膠粒 溶液內(nèi) 溫度控制 容易 困難 容易 容易 聚合速度 較大 中等 大 小 分子量控制 較困難 困難 容易 容易 生產(chǎn)特性 間歇操作 間歇操作 可連續(xù)生產(chǎn) 可連續(xù)生產(chǎn) 主要特性及用途 適合于注塑或擠塑樹脂 聚合物純凈、硬質(zhì)注塑品 涂料 、黏合劑 涂料、黏合劑 根據(jù)調(diào)查研究，利用懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯在美國(guó)所占的比例高達(dá) %，而溶液聚合僅僅占到了 %。 本體法較懸浮法而言，應(yīng)用主要集中 在西歐地區(qū)，并且此項(xiàng)專利頒發(fā)給了法國(guó)的阿托公司。如今，由于工藝的限制，本體法的應(yīng)用并不是非常廣泛，甚至可以說(shuō)是處于停滯不前的狀態(tài)。在優(yōu)化散熱方面，國(guó)外主要采用回流冷凝，水冷弧形擋板以及底伸式攪拌模式，不僅能夠使物料分散得更加均勻，也增加了傳熱 面積，從而優(yōu)化了散熱。對(duì)人體也無(wú)害。 因此，如果能單純從物理方面阻止粘附即可克服上述三種方法的不足經(jīng)過(guò)不斷的探索與研究，現(xiàn)在已經(jīng)有公司設(shè) 計(jì)出一種雙攪拌聚合釜，這種聚合釜在反應(yīng) 12 釜的最底端和反應(yīng)釜的頂端各安裝了一個(gè)攪拌器，并且頂端與底端的攪拌器的分布于反應(yīng)釜的對(duì)角線上。反應(yīng)單體在進(jìn)行聚合反應(yīng)的過(guò)程中，溫度需要保持在設(shè) 定溫度的正負(fù) ℃范圍內(nèi)。 溫度控制方法 聚合釜內(nèi)的溫度控制可以劃分為三個(gè)步驟。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)的放熱速率與反應(yīng)速率便在一個(gè)定值上下波動(dòng)，此時(shí)段的主要目的就是使反應(yīng)溫度控制在一個(gè)較小的波動(dòng)范圍內(nèi)，此階段便是第三階段 [7]。 所需單體 —— 氯乙烯純度 % 氯乙烯單體的轉(zhuǎn)化率 80% 聚合反應(yīng)釜的投料比 ，反應(yīng)時(shí)間 10 小時(shí) 冷卻水的溫度為 10℃ 物料的計(jì)算 根據(jù)上述所給條件，進(jìn)料所需要的時(shí)間為 2 小時(shí)，出料所需時(shí)間為兩小時(shí)，發(fā)生聚合所需時(shí)間為六小時(shí)，一個(gè)周期共需十個(gè)小時(shí)。=（噸） 一個(gè)周期生產(chǎn)的聚氯乙烯量為 15107247。能量衡算直接關(guān)系到設(shè)備的型號(hào)、臺(tái)數(shù)的選擇以及物料通入的速度，合理的能量衡算不僅可以提高聚合產(chǎn)品的質(zhì)量，而且可以降低企業(yè)生產(chǎn)成本 [9]?！?)、助劑的質(zhì)量 11730 千克比熱容為C 助劑 =103J /(kgm VCm 助劑 mm 水 mm 水 mPVC 圖 5 空氣的 IH 圖 20 （ 1）進(jìn)口空氣的濕度 圖中虛線為等溫線，因此在 ℃ 與濕度曲線的交點(diǎn)即為空氣進(jìn)口濕度，將此交點(diǎn)記為 A 點(diǎn)，由 A 點(diǎn)向橫軸引垂線，垂線與 x 軸的交點(diǎn)坐標(biāo)即為進(jìn)口的空氣濕度 [10]： dkgVkgH ??? 0 0 (2)水蒸汽的分壓 由 A 點(diǎn)向 x 軸引垂線，垂線與最底方斜線（水蒸氣分壓線）的交點(diǎn)即為水蒸氣的分壓，此點(diǎn)記為 B 點(diǎn)，得知水蒸氣分壓為： mmHgP 12? （ 3） 進(jìn)口空氣的焓 在濕度為 80%，溫度為 ℃ 的條件下，找出等焓線與 y 軸的交點(diǎn)，記此交點(diǎn)為 E 點(diǎn)， E 點(diǎn)即為空氣在入口條件下的焓值 [11]： dkgJdkgk c a lI ????? （ 4）出口熱空氣的焓 因?yàn)榧訜崞鲀H僅能使物質(zhì)的溫度升高，而不改變物質(zhì)其他的外界性質(zhì)。℃ ）］ KF（㎡ /? ） F/V KF/V 7m3 搪瓷釜 200 3500 500 14m3 搪瓷釜 26 360 9360 670 合不銹鋼釜 200～ 300 6900～ 10350 510～ 770 33m3 復(fù)合不銹鋼釜 67 500～ 550 3350～ 36800 2 100～ 11000 80m3 釜 107 480 520xx 650 其中 KF/V 的值代表反應(yīng)釜的傳熱性能，由表可知， 33m3 反應(yīng)釜的傳熱性能較其他類型優(yōu)異，因此決定一般選用此類型的反應(yīng)釜作為本次設(shè)計(jì)的反應(yīng)釜。通常來(lái)講，隨著攪拌輕度的增加，反應(yīng)釜內(nèi)壁的液膜厚度也會(huì)越小，因此熱阻也會(huì)相應(yīng)減小，液膜給熱則會(huì)增大 [13]。目前反應(yīng)釜的散熱系數(shù)一般處于： )(5 8 2 0~5 8 2 2 KmW ? 散熱性能較好的反應(yīng)釜的外壁給熱系數(shù)則能達(dá)到： )(3 4 8 9~2 3 2 6 2 KmW ? 經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)與實(shí)際所得數(shù)據(jù)相結(jié)合，選取： )(3 4 8 9 22 KmW ??? 不繡鋼熱阻、粘釜物（ PVC）熱阻及水垢熱阻為釜壁熱阻主要組成部分。 選泵 然后，按照計(jì)算得結(jié)果、所輸送流體的流量以及揚(yáng)程等數(shù)據(jù)，然后 查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》上冊(cè) P798 表 711，認(rèn)為 65Y1002A 型油泵 為最優(yōu)選擇 [15]。 31 參考文獻(xiàn) [1] 川島義 一， 張弘 .聚氯乙烯類熱塑行彈性體 [J]， 橡膠參考資料 ， 1986， ，： 1119. 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[15] 靳士蘭，巨勇智 .化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) [Z]，吉林出版社， 20xx， 138236. 32 致 謝 經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于按時(shí)完成。最后，感謝粉體一班的各位同學(xué)，四年來(lái)的朝夕相處，有歡笑，有淚水，但每一種都是彌足珍貴的回憶。從選題到答辯，其中的每一步都包含著他們的心血，可以說(shuō)，是他們過(guò)硬的專業(yè)知識(shí)以及不厭其煩的指點(diǎn)讓我能夠?yàn)榇髮W(xué)畫上一個(gè)圓滿的句號(hào)。 30 第三章 總結(jié) 本文根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)所需設(shè)備進(jìn)行了計(jì)算與選型。 查 閱 《化工原理》上冊(cè) P45 表 11? ，取 ? ? ，則?d ? 003.； 查閱 P46 圖 131 得： ?＝ ； 查 閱 P53 表 13 得：三通： ?＝ ；閘閥全開(kāi)： ?＝ ；止回閥全開(kāi)： ?＝2 ； ?入＝ ； 900彎頭 ： ?＝ ?5＝ 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 則： mHf 2 ????????? ??????? 入 ? ? ??? 換出管出 fff HHH gdlH rf 22???? ? ?????? ??出管 6 0 0 144 2 ??? ??出? 4 0 0 4 3 5 4 6 6 8 4 ??? ???R 故為湍流 查《化工原理》上冊(cè) P45 表 11： 取 ?＝ ，則?d ? 003.57； 再查 P46 圖 13 得： ?＝ ； 查 P53 表 13 得： 三通： ?＝ ?2＝ ；閘閥 1/2 開(kāi)： ?＝ ?5＝ ；止回閥全開(kāi)： ?＝ 2；900彎頭 ： ?＝ ?10＝ ； ?出 ＝ mH f 4 3 2 00 2 2 ????????? ???????? 出管 液柱 29 根據(jù) 《化工原理》上冊(cè) P240，換熱器的壓降范圍在 ～ ， 根據(jù)實(shí)際需要，取值 50 KPa，選擇四臺(tái)，總