【正文】 39] 相關(guān)數(shù)據(jù)的選擇和設(shè)定濕物料進(jìn)口溫度：θ1=65℃(含水3% )產(chǎn)品PVC出口溫度：θ3=40℃(% )濕物料在第Ⅴ室的出口溫度：θ2=75℃熱風(fēng)的入口溫度：t1=120℃熱風(fēng)經(jīng)沸騰床Ⅰ到Ⅴ室，出第Ⅴ室溫度：t2=60℃第Ⅵ室冷風(fēng)溫度： 夏季：進(jìn)口20℃ 出口：35℃熱水入口溫度：90℃，經(jīng)Ⅰ到Ⅴ室出口溫度：80℃其中：熱空氣提供的熱量是干燥所需總熱量的的15%； 熱水提供的熱量是干燥所需總熱量的的85%； 冷風(fēng)用量占熱風(fēng)用量的1/5(體積流量)； 第Ⅵ室通冷卻水進(jìn)口溫度：10℃，出口溫度：30℃； 單位面積的風(fēng)量是相等的； PVC絕干物料進(jìn)料為： kg/ h，H2O： kg/ h；廠址的氣溫和濕度為： 夏季平均氣溫：℃ 平均相對(duì)濕度：49% 熱量衡算1. 干空氣用量的計(jì)算(1) 被蒸發(fā)的水分質(zhì)量公式：W=G1(H1H2) ()式中：G1：絕干物料進(jìn)沸騰床的流量，G1= kg/ hH1：干燥前干濕基含水量 H1= kg/kg絕干物料H2：干燥后干基含水量 H2= kg/kg絕干物料則W =()= kg/ h由設(shè)定值知有15%的熱量由空氣提供，所以有15%的水分被熱風(fēng)干燥W15%== kg/ h。CP℃ ()夏季：Qˊ=(+)(12060)K) ，Cp,H2O= kJ/(kg釜后備系數(shù)=(實(shí)際釜臺(tái)數(shù)理論臺(tái)數(shù))/理論臺(tái)數(shù)=()/=% 聚合釜外形尺寸的設(shè)計(jì)[42]1. 確定封頭的外形與本設(shè)采用的聚合釜配套的封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，由相關(guān)文獻(xiàn)查知，應(yīng)取得封頭直邊高度為：h1=50 mm，封頭高度為：h==4200=1050 mm，封頭側(cè)面積為：S側(cè)= D2= m2，封頭體積為：V封= D3=。 攪拌裝置的設(shè)計(jì)[42]由135 m3的聚合釜的相關(guān)參數(shù)知，本設(shè)計(jì)的攪拌裝置采用的是三層兩葉平漿攪拌器。攪拌軸總長(zhǎng)為10600mm。2. 去離子水進(jìn)料管口通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)定原料進(jìn)口的速度為u1= 2m/s，可知進(jìn)料管直徑的計(jì)算公式為：d12= ( nT7060u1) ()代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得進(jìn)料口的直徑為：d1= mm，選用熱軋無縫鋼管，圓整為76mm。4. 壓縮空氣進(jìn)管口 通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，可設(shè)定壓縮空氣管口為25mm，材質(zhì)為冷拔無縫鋼管。其中測(cè)溫口3個(gè)，測(cè)壓口2個(gè)，均勻分布于釜體上。7. 觀測(cè)口(視鏡)本設(shè)計(jì)擬采用用不帶頸的視鏡，視鏡尺寸為DN100mm，D=200mm，D1=165mm，b1=40mm，b2=28mm，H=105mm，螺柱數(shù)量n=6，直徑d=M12。 視鏡(HGJ 501—86) 8. 人孔由135 m3的聚合釜的相關(guān)參數(shù)知，本釜有兩個(gè)人孔，分別位于上段和中段，,由聚合釜直徑3000mm，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)選用的人孔為DN600mm。所用的混料槽個(gè)數(shù)為n1=247?！嫦碌奈锪厦芏确謩e為，ρ水= kg/m3，ρVCM= g/cm3，ρPVC=1330 kg/m3。廣泛選用的原因如下：(1)因該離心機(jī)實(shí)行連續(xù)運(yùn)行、連續(xù)進(jìn)出料、操作簡(jiǎn)便，所以單機(jī)生產(chǎn)能力大，適合工業(yè)大生產(chǎn)與自動(dòng)集中控制的需要。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)離心機(jī)生產(chǎn)廠家提供的有關(guān)資料分析知可采用LW—720A型臥螺離心機(jī)，LW—720A用于分離PVC時(shí)，單機(jī)小時(shí)濕基產(chǎn)量可達(dá)8~22 t/h，濕基含濕量可符合要求。為確保設(shè)備維修是不影響生產(chǎn)，選用一臺(tái)備用機(jī)，所以本設(shè)計(jì)選8臺(tái)LW—720A型臥螺離心機(jī)。本設(shè)計(jì)設(shè)定值：加料段：50m/s，直管段：23m/s，擴(kuò)大段：8m/s。為確保設(shè)備維修是不影響生產(chǎn)，選用一臺(tái)備用機(jī)，所以本設(shè)計(jì)選9臺(tái)MQG—1500型氣流干燥床。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，可知對(duì)于PVC懸浮聚合的系統(tǒng)，考慮效益，最合適的氣流干燥床為型號(hào)為MQG—1500具體參數(shù)如下：水分蒸發(fā)量：1500 kg/h； 面積：60 m2更換時(shí)間：200(濾袋)空氣過濾器： 臺(tái)數(shù)：1 面積：940 m2加熱器： 耗用蒸汽：2430 kg工作壓力：~ MPa 型號(hào)：9—26—通風(fēng)機(jī)： 臺(tái)數(shù)：1功率：125 kw 輸送量：4350 kg/h加料器： 控制方式：電磁調(diào)速電機(jī)功率： kw高度： 16m由上可知，所用氣流干燥床的臺(tái)數(shù)為n4= 247。由物料衡算知， kg/h，干空氣的用量最大為秋季G= kg(干空氣)/h，干空氣在口預(yù)熱后進(jìn)口的溫度為145℃，在此溫度下的比容為：VA=1247。由上可知滿足生產(chǎn)所需的臺(tái)數(shù)n3=(+) 247。查閱相關(guān)文獻(xiàn)知：本設(shè)計(jì)擬采用臥式螺旋沉降式離心機(jī)，且為逆流型。25=≈5 (個(gè))，為確保設(shè)備維修是不影響生產(chǎn)，選用一臺(tái)備用機(jī)，所以本設(shè)計(jì)選6個(gè)汽提塔。 汽提塔的選擇[20,34]由135 m3的聚合釜的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)知，采用的料漿汽提塔為無堰穿流式篩板塔，設(shè)螺旋板換熱器。若設(shè)定進(jìn)入混料槽時(shí)的溫度為50℃，由相關(guān)文獻(xiàn)可知ρ水= kg/m3，ρVCM= g/cm3，ρPVC=1390 kg/m3，粗略估計(jì)進(jìn)入混料槽的物料的體積為：V混料=+100240/+。配用突面板式平焊管法蘭：HG20593 法蘭 RF 0Cr18Ni10Ti。接口采用89mm，接管與封頭內(nèi)表面磨平。5. 儀表測(cè)量口通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，可設(shè)定溫度測(cè)量口和壓力測(cè)壓口的管徑為45mm，材質(zhì)為冷拔無縫鋼管。3. 聚合后的物料出料管口通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)定原料進(jìn)口的速度為u2= m/s，可知出料管直徑的計(jì)算公式為：d22= ( nT2560u2) () VRˊ=+M1(+(1－)/)= mm，則知：d2= mm選用黃銅管，圓整為146mm3mm。 工藝管口的設(shè)計(jì)[31,42,43]1. 氯乙烯進(jìn)料管口通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)定原料進(jìn)口的速度為u1= 1m/s，可知進(jìn)料管直徑的計(jì)算公式為：d12= ( nT7060u1) ()代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得進(jìn)料口的直徑為：d1= mm，選用熱軋無縫鋼管，圓整為102mm11mm。葉片厚度b=(~) Dj ()，則可設(shè)b==315 mm。3. 長(zhǎng)徑比和釜體內(nèi)徑由135 m3的聚合釜的相關(guān)參數(shù)知：H/D=，釜體內(nèi)徑：D=4200 mm。 水和氯乙烯的部分物性參數(shù)[34,37]溫度/℃水的密度/(kg/m3)氯乙烯的密度/(g/cm3)5060 在55℃時(shí)由內(nèi)插法可得：水的密度：ρ水= kg/m3，ρVCM= g/cm3由于PVC在此溫度下的密度為：ρPVC=1400 kg/m3，可知在反應(yīng)過程中每批的最大體積為：。CPK) ，CP,H2O= kJ/(kg(3) 熱量計(jì)算① 蒸發(fā)出的水分吸熱吸熱公式為：Q=W (I2I1) ()75℃時(shí)：I2= kJ/ kg ， 65℃時(shí)：I1= kJ/ kg可知Q1=()= kJ/ h。h1補(bǔ)充的熱量 Q補(bǔ)= Q1 +Q2 +Q3+Q損－Q = kJh1氣化水分耗熱量 Q1= (2490+85－55)= kJ℃)氣體的焓為：i0=(+) +2490 = kJ/ kg(干空氣)(1－)=，ω1=247。 氣流干燥部分的相關(guān)數(shù)據(jù)[31,34,38]濕物料預(yù)熱后進(jìn)口溫度：55℃(含水23%)；產(chǎn)品PVC出口溫度： 75℃(含水3%)；空氣預(yù)熱后的溫度：145℃；空氣離開干燥器的溫度：85℃；絕干PVC的熱容：cm=(kg1000= /h= ?！?，105℃時(shí)的汽化熱ΔHVCM= kJ /mol，水蒸氣：℃= kJ/kgQ1:脫鹽水(分散劑等)降溫放出熱量Q1=qm1Cp1△t=105(9555)=147352800 kJ/BQ2:單體降溫放出熱量Q2= qm2Cp2△t=105(9555)=39870460 kJ/BQ3:聚合釜升溫消耗熱量Q3=15KS△t=152800()= 130898460 kJ/BQ4:冷卻水消耗能量Q1+Q2+Q5=Q3+Q4 ()由于改聚合反應(yīng)為恒溫聚合，而反應(yīng)為放熱反應(yīng)，因此需要通循環(huán)冷卻水冷卻，聚合反應(yīng)的聚合熱查文獻(xiàn)[34]，因此可求出每批的反應(yīng)熱為Q5=105=793593450 kJ/B。h本設(shè)計(jì)中由于混料、離心、包裝部分的熱量衡算對(duì)后續(xù)工藝設(shè)計(jì)的影響較小，在此不作具體計(jì)算。 篩分包裝部分物料衡算一覽表物料名稱進(jìn)料 kg/h出料kg/hPVCPVC損失0合計(jì) 全過程物料衡算 間歇操作過程物料衡算聚合釜及混料槽屬于間歇操作，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)為kg/B，由前面計(jì)算結(jié)果可知：投入VCM單體的量為：105 kg/B，經(jīng)過聚合釜及出混料槽減壓后的量為：12530kg/B，PVC的總損失為： kg/B。篩分包裝 PVC PVC 損失PVC 篩分包裝部分物料平衡圖 篩分包裝前后各物質(zhì)的質(zhì)量計(jì)算篩分包裝部分PVC損失量為：104= kg/h。%則含水量為：。 物料衡算表。氣流干燥 PVC PVC H2O H2O 脫去水 損失PVC 氣流干燥部分物料平衡圖 干燥前后各物質(zhì)的質(zhì)量計(jì)算[31]氣流干燥損失的PVC量為：104= kg/h。排出水的量為：=。1000= /h= 對(duì)汽提塔做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的?！?用內(nèi)插法可求的：氯乙烯：℃= cal/g根據(jù)全年的生產(chǎn)任務(wù)和生產(chǎn)時(shí)間可以求出每小時(shí)生產(chǎn)的PVC量為：M1=104kg/h考慮到聚合釜和混料槽內(nèi)PVC的損失，則進(jìn)入汽提塔內(nèi)樹脂量為：M3=以M3為基準(zhǔn)求出汽提塔進(jìn)料中其他各組分相應(yīng)的量：因此進(jìn)入汽提塔內(nèi)的水量為：M3/= kg/h進(jìn)入汽提塔內(nèi)的其它助劑為：M3/=進(jìn)入汽提塔內(nèi)的VCM單體為：12530M3/= kg/h損失的PVC的量為：104= kg/h出料中含PVC量為：設(shè)定出料中VCM含量為17mg/kg，故出料中含VCM的量為：17106=查閱相關(guān)文獻(xiàn)可設(shè)定如下條件：塔頂溫度80℃，塔底溫度105℃。需要加入水蒸氣量為：4800kg/B出料水量為：105 +4800+( )= kg/B對(duì)混料槽做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的。則VCM單體的投料量為： kg/B脫鹽水的質(zhì)量為： M2==105 kg/B引發(fā)劑的質(zhì)量為： M3= M1=終止劑的質(zhì)量為： M4= M1=分散劑的質(zhì)量為： M5= M1= kg/BPH緩沖劑質(zhì)量為： M6= M1=反應(yīng)調(diào)節(jié)劑的質(zhì)量為： M7= M1= kg/B防粘釜?jiǎng)┑馁|(zhì)量為：M8= M1= kg/BM1+M2+M3+ M4+ M5+M6 + M7+M8= kg/B 所生成的PVC質(zhì)量為：M9== kg/B損失PVC的質(zhì)量為： M損==對(duì)聚合釜做物料衡算知：M1=M9+ M損+ M10 () ，可知計(jì)算物料衡算結(jié)果是正確的。每天生產(chǎn)量：300000000/（300）=106kg/d每小時(shí)生產(chǎn)量：(106)/24=104kg/h每批生產(chǎn)量：105 kg/B反應(yīng)溫度：55177。 有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定[31,34]生產(chǎn)規(guī)模：105t回收VCM軟 水VCM干燥機(jī)汽提塔卸料槽聚合釜引發(fā)劑劑包 裝分散劑等成 品 懸浮聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯工藝流程圖3 物料衡算物料衡算是確定化工生產(chǎn)過程中物料比例和物料轉(zhuǎn)變的定量的過程，是化工工藝計(jì)算中最基本、最重要的內(nèi)容之一。聚合反應(yīng)熱量通過聚合釜夾套、內(nèi)冷擋板和冷凝器撤出，通過采用集散式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和先進(jìn)的溫度控制方案，非常精確地將聚合溫度維持在設(shè)定點(diǎn)，當(dāng)聚合達(dá)到適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)化率時(shí)（大約85%左右），加入終止劑，終止聚合反應(yīng)[30]。 本設(shè)計(jì)擬采用的生產(chǎn)工藝路線和工藝參數(shù) 生產(chǎn)工藝路線[29]聚合釜清洗后，用防粘釜?jiǎng)﹪娡烤酆细獌?nèi)部表面。物料在干燥床內(nèi)沸騰，達(dá)到一定高度時(shí)從床末端溢流口流出，經(jīng)旋轉(zhuǎn)加料器由一次輸送風(fēng)機(jī)引至旋風(fēng)分離器，分離下來的物料經(jīng)旋轉(zhuǎn)加料器、孔板流量計(jì)送至成品振動(dòng)篩，篩分后進(jìn)入輸送料斗由旋轉(zhuǎn)加料器送至二次輸送管線，由二次輸送風(fēng)機(jī)(羅茨鼓風(fēng)機(jī))送至成品料倉，進(jìn)行包裝入庫。當(dāng)物料一開始與熱空氣接觸，物料表面的水分在熱氣流的吹動(dòng)作用下，水分急速地得到汽化，盡管熱風(fēng)溫度高達(dá)160℃，一遇適量的濕物料，便降到75℃左右，熱交換速度很快，物料總是處于其接觸氣體的濕球溫度下，故能適應(yīng)熱敏性物料的干燥。 PVC樹脂的干燥系統(tǒng)[20]本設(shè)計(jì)采用氣流塔—沸騰床二段熱風(fēng)干燥技術(shù)。采用螺旋沉降式離心機(jī)處理PVC漿料時(shí)，其離心母液中夾帶的樹脂量很少，可將母液水收集于槽內(nèi)，用于聚合釜噴淋、汽提塔沖水、離心機(jī)沖水及各漿料槽沖洗等