【正文】 ???????? 61 車間設(shè)備布置 ????????????????????????? 62 車間設(shè)備布置的原則 ????????????????????? 62 車間設(shè)備布置的要求 ????????????????????? 63 本設(shè)計(jì)的車間布置 ??????????????????????? 65 7 技術(shù)經(jīng)濟(jì) ???????????????????????????? 67 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析概述 ??????????????????????? 67 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) ??????????????????????? 67 投資估算 ??????????????????????????? 67 總投資費(fèi)用估算 ??????????????????????? 67 成本估算 ????????????? ????????????? 68 收入、稅收和利潤(rùn) ?????????????????????? 70 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) ?????????????????????????? 71 8 安全操作、三廢防治和環(huán)境保護(hù) ?????????????????? 73 廠內(nèi)的防火、防爆措施 ????????????????????? 73 氯乙烯聚合的安全規(guī)范 ???????????????????? 73 防火防爆措施 ???????????????????????? 73 廢氣防治 ??????????????????????????? 75 廢氣危害 ?????????????????????????? 75 廢氣防治措施 ???????????????????????? 75 廢水防治 ??????????????????? ???????? 75 廢水危害 ?????????????????????????? 75 廢水防治措施 ???????????????????????? 75 XXXX2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 VI 頁(yè) 共 VI 頁(yè) 廢渣防治 ???????????? ??????????????? 76 廢渣危害 ?????????????????????????? 76 廢渣防治措施 ???????????????????????? 76 9 結(jié)論 ????????????????????????????? 77 參考文獻(xiàn) ????????????????????????????? 78 致謝 ?????????????????????????????? ? 81 XXXX2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 1 頁(yè) 共 79 頁(yè) 1 緒論 聚氯乙烯簡(jiǎn)介 聚氯乙烯 (Poly Vinyl Chloride)簡(jiǎn)稱 PVC，下同。但對(duì)光和熱的穩(wěn)定性差，在 100℃ 以上或經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間陽(yáng)光曝曬，就會(huì)分解而產(chǎn)生氯化氫，并進(jìn)一步自動(dòng)催化分解，引起變色，物理機(jī)械性能也迅速下降，在實(shí)際應(yīng)用中必須加入穩(wěn)定劑以提高對(duì)熱和光的穩(wěn)定性。 聚氯乙烯的發(fā)展?fàn)顩r 聚氯乙烯是僅次于聚乙烯的第二大通用塑料 [2]。 2020 年全球產(chǎn)量達(dá) 3130 萬(wàn)噸，需求量達(dá) 3117 萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)到 2020 年全球 PVC 的需求量將達(dá)到 3490萬(wàn)噸， 2020 年將達(dá)到 4600 萬(wàn)噸 [6]。各主要廠家都在積極采用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，不斷改進(jìn)工藝控制條件和工藝配方，努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短聚合時(shí)間。內(nèi)蒙古君正化工有限責(zé)任公司 (二部 )(以下簡(jiǎn)稱君正化工二部 )前身為內(nèi)蒙古第二通用機(jī)械廠，于 1992 年建成 6 kt/a PVC、 6 kt/a 燒堿生產(chǎn)裝置，對(duì) PVC 生產(chǎn)裝置進(jìn)行了不斷技改和持續(xù)優(yōu)化，解決了一系列制約生 產(chǎn)裝置連續(xù)運(yùn)行的瓶頸問(wèn)題，在 2020 年 2～ 5 月創(chuàng)造了氯乙烯生產(chǎn)裝置安全生產(chǎn) 79 天無(wú)停車的記錄 [8]。特別是錦化與錦化機(jī)聯(lián)合開(kāi)發(fā) 的 大釜在國(guó)內(nèi)得到廣泛使用，小型釜所占比重逐步下降 [10]。 國(guó)外聚氯乙烯懸浮聚合的工藝進(jìn)展 [1619] 古德利奇 ()公司主要采取通過(guò)提高單釜產(chǎn)量和延長(zhǎng)清釜周期的方式來(lái)提高生產(chǎn)效率，其懸浮工藝特點(diǎn)是清釜和脫揮發(fā)分技術(shù)。西素 (Chisso)公司、吉昂 (Zeon)公司等擁有先進(jìn)的懸浮技術(shù)和工藝。 從 PVC 的生產(chǎn)工藝層面上看，西歐一些國(guó)家采用本體法和乳液法的比重較大，而美國(guó) 、日本和我國(guó)等國(guó)家和地區(qū)則以懸浮法為主，日本懸浮法所占比重最高。其NOXOLWSW 和 NOXOLETH 的防粘釜?jiǎng)┫盗惺种?。防粘釜技術(shù)的迅速發(fā)展，使聚合操作輔助時(shí)間得到大大縮短。第一個(gè)反應(yīng)器采用注水工藝操作，同時(shí)加入 NaNO2 等抑垢劑，以減少粘壁物和污垢 ， 該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)新穎。單體轉(zhuǎn)化率控制在 15%~30%之間；第二反應(yīng)器中的單體轉(zhuǎn)化率為 89%~91%。該工藝生產(chǎn)的樹(shù)脂具有相同的粒度和粒度分布，生產(chǎn)強(qiáng)度達(dá)198~259t/(m3第一反應(yīng)器的工藝作用是進(jìn)行預(yù)聚，以調(diào)控粒度和粒度分布。攪拌采用 7 層攪拌器，等距安裝在中心軸上。流體為活塞流，以減少聚合物形成粘釜物和污垢。工藝設(shè)備在連續(xù)操作 500h 以后，釜內(nèi)粘壁物大約為 15~30ppm(以聚合物計(jì) )。其長(zhǎng)徑比一般為 10~26:1。為了進(jìn)一步縮短聚合周期，提高生產(chǎn)效率，清釜和密閉加料出料工藝的研究也取得了新進(jìn)展。如日本開(kāi)發(fā)的非對(duì)稱二酰基型引發(fā)劑類新品種，分子一側(cè)帶有分枝結(jié)構(gòu)，易于生產(chǎn)，成本低。聚合分 2步 進(jìn)行，第 1 步在預(yù)聚釜中加人定量的 VCM 單體、引發(fā)劑和添加劑，經(jīng)加熱后在強(qiáng)攪拌 (相對(duì)第 2 步聚合過(guò)程 )的作用下，釜內(nèi)保持恒定的壓力和溫度進(jìn)行預(yù)聚合。 乳液聚合生產(chǎn)工藝 [20] 氯乙烯乳液聚合方法的最終產(chǎn)品為制造聚氯乙烯增塑糊所用的的聚氯乙烯糊樹(shù)脂 (EPVC)，工業(yè)生產(chǎn)分兩個(gè)階段：第一階段氯乙烯單體經(jīng)乳液聚合反應(yīng)生成聚氯乙烯膠乳，它是直徑 ~3181。m 的聚氯乙烯次級(jí)粒子。使用低溫聚合時(shí) (如 42~45℃ )，可生產(chǎn)高分子質(zhì)量的聚氯乙烯樹(shù)脂；使用高溫聚合時(shí) (一般在 62~71℃ )可生產(chǎn)出低分子質(zhì)量 (或超低分子質(zhì)量 )的聚氯乙烯樹(shù)脂。 懸浮法 PVC 的發(fā)展趨：在工業(yè)化生產(chǎn) PVC 時(shí)，以懸浮法產(chǎn)量最大，懸浮法生產(chǎn)具有設(shè)備投資少和產(chǎn)品成本低等優(yōu)點(diǎn)。可見(jiàn)，各種專用料的開(kāi)發(fā)是懸浮聚合樹(shù)脂發(fā)展的標(biāo)志，是提高產(chǎn)品使用性能、開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域的重要手段 [22]。 間歇式操作 間歇法工藝流程具有生產(chǎn)品種靈活多樣、工藝挖掘潛力大等諸多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，為了縮短聚合周期并使工藝運(yùn)行達(dá)到最優(yōu)化狀態(tài)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用也正趨廣泛。 氯乙烯懸浮聚合生成聚氯乙烯過(guò)程中的影響因素 純水的影響 [23] 入料的水質(zhì)直接影響樹(shù)脂產(chǎn)品的質(zhì)量，如硬度 (表征水中金屬等陽(yáng)離子含量 )過(guò)高，會(huì)影響產(chǎn)品的電絕緣性能和熱穩(wěn)定性；氯根 (表征水中陰離子含量 )過(guò)高，特別是對(duì)于聚乙烯醇分散體系，易使顆粒變粗，影響產(chǎn)品的顆粒形態(tài)；純水的 PH 值影響分散劑的穩(wěn)定性，較低的值對(duì)明膠有明顯的破壞作用，較高或較低的值都會(huì)引起聚乙烯醇的部分醇解，影響分散效果及顆粒形態(tài)，還會(huì)影響引發(fā)劑的解速率。因此，不僅使 PVC 聚合度降低，還使聚合速率變慢。 聚合體系中氧的影響 [23] 氧對(duì)氯乙烯聚合起阻聚作用，氯乙烯單體易吸收氧，而生成平均聚合度低于10 的氯乙烯過(guò)氧化物。 聚合體系中鐵的影響 [23] 無(wú)論水、單體、引發(fā)劑還是分散劑中的鐵，都對(duì)聚合反應(yīng)有不利的影響。分散劑用量的選擇，要根據(jù)聚合釜的形狀、大小、攪拌狀態(tài)以及產(chǎn)品要求而定。 引發(fā)劑的影響 [23] 引發(fā)劑的用量根據(jù)聚合釜設(shè)備的傳熱能力和實(shí)際需要而確定，用量多，單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的游離基增多，反應(yīng)速率快，聚合時(shí)間短，設(shè)備利用率髙；一旦反應(yīng)熱不能及時(shí)移出，將發(fā)生爆聚。 涂釜?jiǎng)┑挠绊?[23] 涂壁效果不好易造成粘釜，粘釜會(huì)導(dǎo)致聚合釜傳熱系數(shù)和生產(chǎn)能力降低；粘釜料若混入產(chǎn)品中，會(huì)導(dǎo)致塑化加工中不塑化的 “ 魚(yú)眼 ” 產(chǎn)生，影響產(chǎn)品外觀及內(nèi)在質(zhì)量；粘釜物的清理將延長(zhǎng)聚合釜的輔助時(shí)間及增加人工勞動(dòng)強(qiáng)度，降低設(shè)備的利用率。 聚合溫度的影響 [23] 在不添加鏈轉(zhuǎn)移劑的情況下，聚氯乙烯聚合度取決于聚合溫度，聚合溫度越高，所產(chǎn)生的樹(shù)脂聚合度越低，自由基的能量就越高，分子鏈中越易生成支鏈、末端基雙鍵等不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，如果聚合反應(yīng)體系中還存在氧， PVC 分子內(nèi)越 容易形成羧基烯丙基，產(chǎn)品的熱老化性能就越差?！?以內(nèi)，這樣使聚合度分布集中，易于加工，產(chǎn)品熱穩(wěn)定好。在氯乙烯聚合過(guò)程中加入熱穩(wěn)定劑等助劑，即得到可直接加工應(yīng)用的 PVC 樹(shù)脂 (簡(jiǎn)稱 RTUPVC)。聚合體系中添加 CaCO3后，在聚合溫度和引發(fā)劑用量相同的條件下，達(dá)到相同 壓差 (△P)所需的聚合時(shí)間隨 CaCO3用量的增加而縮短。整個(gè)聚合過(guò)程包括鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止、 鏈轉(zhuǎn)移等基元反應(yīng)。 XXXX2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 12 頁(yè) 共 81 頁(yè) 表 135 m3 聚合釜生產(chǎn) PVC 樹(shù)脂使用原料 原料名稱 規(guī)格 來(lái)源 VCM 單體 純度 ≧ %，二氯乙烷 ≦ 20ppm， 水 ≦ 100ppm，乙炔 ≦ 現(xiàn)購(gòu) 脫鹽水 PH 值 ~7，電導(dǎo)率 ≦ /cm，鐵 PVA 醇解度 (mol)80177。 (3) 攪拌：三層平直葉槳式，攪拌軸總長(zhǎng) 10600mm。該技術(shù)采用壓縮、冷凝法。 2. 壓縮冷凝回收單體方法的選用 本設(shè)計(jì)擬采用的方法是由北京化工二廠、錦化集團(tuán)公司等引進(jìn)美國(guó)古德里奇公司 PVC 生產(chǎn)技術(shù)，經(jīng)過(guò)消化、吸收和創(chuàng)新后設(shè)計(jì)的，是國(guó)內(nèi)普遍采用的壓縮冷凝方 法。當(dāng)壓縮機(jī)的壓力大XXXX2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 14 頁(yè) 共 81 頁(yè) 于尾排壓力時(shí)，氯乙烯氣體不經(jīng)過(guò)水環(huán)壓縮機(jī)，而是通過(guò)直通閥直接進(jìn)入一、二級(jí)冷卻器，當(dāng)壓縮機(jī)入口壓力小于尾排壓力時(shí)，關(guān)閉直通閥，啟動(dòng)水環(huán)壓縮機(jī)，打開(kāi)氣水分離器出口閥，抽氣體進(jìn)入一級(jí)冷卻器。塔式汽提是采用蒸汽與 PVC 漿料在塔板上連續(xù)逆流接觸進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)的過(guò)程。 離心系統(tǒng) [20] 目前，國(guó)內(nèi)外 聚氯乙烯行業(yè)均采用離心機(jī)來(lái)完成 PVC 漿料的脫水工藝。若漿料濃度不均勻，不僅影響機(jī)器平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生震動(dòng)，也使離心機(jī)生產(chǎn)能力波動(dòng)。一般經(jīng)汽提后的漿料從汽提塔出來(lái)經(jīng)螺旋板換熱器冷卻后溫度為 40～ 50℃ ，適于離心脫水的要求。有的生產(chǎn)廠家采用生化處理、膜吸收、反滲透等技術(shù)對(duì)母液水進(jìn)行處理，然后用于涼水塔的補(bǔ)水，甚至作為聚合用水。一方面物料在熱氣流的作用下，流速越快越容易分散；另一方面物料越是分散，熱交換 面積越大，干燥速率越快。物料在干燥床內(nèi)被熱風(fēng)吹起呈流化沸騰態(tài)，物料與熱風(fēng)進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，同時(shí)干燥床內(nèi)的內(nèi)熱管通有蒸汽或熱水間接與濕物料進(jìn)行傳熱，物料的水分被加熱蒸發(fā)脫除出去。本設(shè)計(jì)會(huì)按照不同的季節(jié)合理利用熱量，并對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行合理的保溫和散熱，以獲取最大的收益?？刂泼擕}水和 VCM 同步進(jìn)料流量，保證 VCM 加料正好在水加料結(jié)束前完成。 主要工藝參數(shù) [31] 1. 聚合 聚合溫度 50～ 58℃ 聚合壓力 初始 ～ ，結(jié)束 ～ 聚合時(shí)間 8～ 12h 轉(zhuǎn)化率 84％ 2. 堿處理 NaOH 濃度 36％～ 42％ 加入量 聚合漿液的 ％～ ％ 溫度 70～ 80℃ 時(shí)間 ～ 3. 氣提 氣提溫度：塔頂溫度 80℃ ，塔底溫度 105℃ 。在化工過(guò)程中，物料平衡是指在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入系統(tǒng) (體系 )的全部物料質(zhì)量必定等于離開(kāi)該系統(tǒng) (體系 )的全部物料質(zhì)量在加上損失的與積累起來(lái)的物料質(zhì)量 [33]。a1，每天生產(chǎn) 2 批， 7200h 巰基乙醇 )，引發(fā)劑過(guò)氧化二碳酸二乙基己酯 (EHP)和過(guò)氧化二碳酸二異丙酯 (IPP)，防粘釜?jiǎng)?，終止劑二乙基羥胺 (DEHA)，緩釋阻垢劑 (H9)，堿液 (錯(cuò)誤 !未找到引用源。則 VCM 單體的投料量為： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 圖 混料槽物料平衡圖 XXXX2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 21 頁(yè) 共 81 頁(yè) 混料前后各物質(zhì)的質(zhì)量計(jì)算 混料槽中損失的 PVC 量為： M 損 ==因此混料槽中含 PVC 量為： = kg/B 設(shè)定混料 槽中 VCM 占原料 VCM 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： 2%，出料中 VCM 的量為： 105 2% =12530 kg/B 因此回收的 VCM 量為： M 回 1=10024012530=87710 kg/B 分散劑等其它助劑的量為： kg/B 查閱相關(guān)資料 [16]知此階段需要加入堿液和通入蒸汽，按工藝條件加入42%NaOH 溶液 72L，密度為 ： 72= kg/B，其中含有純 kg/B。 圖 汽提塔物料平衡圖 汽提前后各物質(zhì)的質(zhì)量計(jì)算 本步驟到篩分、包裝為連續(xù)過(guò)程，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換為 kg/h。K1) 密度 /(g/cm3) 蒸汽壓 /(kpa) 焓值 /( kJ /kg) 80 120 CpPVC= kJ/kg 設(shè)通入水蒸氣量 y kg/h，則蒸汽冷凝放