【正文】 熱量為 Q 放 =y() 設(shè)物料吸收熱量為 Q1，部分 VCM 汽化熱為 Q2，可知 Q 吸 = Q1+ Q2=Q 放 （ ） Q1=CpPVCWPVC△t+CpVCMWVCM△t+W 水 CP 水 △t （ ） Q1=(10580)+(10580)+(10580)= kJ/h ， Q2=() 247。 圖 離心部分物料平衡圖 離心前后各物質(zhì)的質(zhì)量計(jì)算 [16] 離心操作中 PVC 的損失量為： 104=離心脫水后的濕物料中仍含有 23%的水 分，則含水量為： ()在此階段中助劑和少量 VCM 隨母液排出，假設(shè)此階段將所有助劑都離心脫除了。 表 離心部分物料衡算一覽表 物料名稱 進(jìn)料 kg/h 出料 kg/h PVC XXXX2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 25 頁 共 81 頁 VCM 母液含水 分散劑等助劑 排出水和助劑量 0 0 PVC 損失 0 合計(jì) 氣流干燥部分物料衡算 物料平衡圖 離心部分的物料平衡圖 。 對氣流干燥部分做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的，見表 。 出料 PVC 量為： =。 表 沸騰干燥部分物料衡算一覽表 物料名稱 進(jìn)料 kg/h 出料 kg/h PVC 水 PVC 損失 0 脫走水分 0 氣流干燥 XXXX2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 27 頁 共 81 頁 合計(jì) 篩分包裝部分物料衡算 物料平衡圖 篩分包裝部分物料平衡圖 。 物料衡算表 篩分包裝部分 物料衡算一覽表 。 則包裝入庫的絕干 PVC 樹脂量為： =。 對沸騰干燥部分做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的，見表 。 表 氣流干燥部分物料衡算一覽表 物料名稱 進(jìn)料 kg/h 出料 kg/h PVC 水 PVC 損失 0 脫走水分 0 氣流干燥 XXXX2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 26 頁 共 81 頁 合計(jì) 沸騰干燥部分物料衡算 物料平衡圖 沸騰干燥部分物料平衡圖 。 則出料 PVC 量為： = kg/h。 對離心部分做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的，見表 。 物料衡算表 汽提塔 物料衡算一覽表 ?！? ， 105℃ 時(shí)的汽化熱ΔHVCM= kJ /mol 水 蒸 氣 ： ℃ = kJ/kg 表 氯乙烯的部分物性參數(shù) 溫度 /℃ 熱容 Cp/(cal/g 物料衡算表 混料槽 物料衡算一覽表 。 物料衡算表 聚合釜物料衡算一覽表 。 本工藝的配方 [31,35] XXXX2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁 共 81 頁 本工藝的配方如下 (以單體質(zhì)量為參考標(biāo)準(zhǔn) )： 脫鹽水 140 單體 100 引發(fā)劑 分散劑 PH 緩沖劑 終止劑 反應(yīng)調(diào)節(jié)劑 防粘釜劑 消泡劑 聚合釜的物料衡算 [16,34] 物料平衡圖 聚合釜物料平衡圖 。 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 圖 懸浮聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯工藝流程圖 軟 水 VCM 引發(fā)劑劑 分散劑等 聚合釜 卸料槽 汽提塔 干燥機(jī) 包 裝 成 品 回收 VCM XXXX2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18 頁 共 81 頁 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，用防粘釜劑噴涂聚合釜內(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XXXX2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 15 頁 共 81 頁 合釜噴淋、汽提塔沖水、離心機(jī)沖水及各漿料槽沖洗等。樹脂的進(jìn)料溫度一般在 75℃ 以下，否則會嚴(yán)重影響機(jī)器的主軸承、內(nèi)部螺旋輸送器的軸承和差速器的使用壽命。聚氯乙烯漿料經(jīng)離心脫水后，緊密型樹脂含濕量一般小于 20％，而疏松型樹脂含濕量則一般為 20％～ 25％之間，離心脫水后的濕樹脂通過破碎機(jī)或螺旋輸送器送至干燥器，分離后的母液水回收利用。高溫物料在塔內(nèi)短時(shí)間的連續(xù)操作，既可大量脫除和回收 PVC漿料中殘留 VCM 單體，又較小影響產(chǎn)品質(zhì)量，從而滿足了大規(guī)模、高標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的要求。壓縮機(jī)機(jī)體和軸封供水由密封水泵提供，回收水均回到循環(huán)水槽，循環(huán)水槽的水要不定期檢測，并更換循環(huán)水。 壓縮冷凝回收 VCM 單體工藝流程 為： 來自聚合釜未反應(yīng) VCM 單體氣體由外管進(jìn)入泡沫捕集器途中滴加氣相阻聚劑，然后進(jìn)入泡沫捕集器，再進(jìn)入單體過濾器，過濾后的氯乙烯氣體進(jìn)入水環(huán)壓縮機(jī)，加壓至 后進(jìn)入氣水分離器，再進(jìn)入一級冷卻器，不凝氣進(jìn)入二級冷卻器，冷凝液進(jìn)入單體氣液分離器，經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥進(jìn)入單體貯槽，二級冷卻器冷凝液直接進(jìn)入單體貯槽，二級冷卻器不凝氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥取樣合格后送到氣柜。在回收系統(tǒng)中設(shè)有初級冷凝器和二級冷凝器兩臺冷凝器，初級冷凝器的冷卻介質(zhì)為 30℃ 的工業(yè)冷卻水， 90％的回收 VCM 氣體在一級冷凝器被冷凝；二級冷凝器的冷卻介質(zhì)為 0℃ 鹽水，未冷凝的少量 VCM 氣體進(jìn)入二級冷凝器進(jìn)一步冷凝，冷凝后液體 VCM 流入單體貯槽備用。釜體換熱面積 ，內(nèi)冷擋板直徑 323mm，換熱面積 ，體外冷凝器換熱面積340m2，聚合釜夾套和內(nèi)冷擋板采用 22℃ 冷水，體外冷凝器采用 32℃ 循環(huán)水。4 厘泊 日本合成公司 HPMC 甲基氧（ mol） 28%~30%，羥丙基（ mol） 7%~9%，粘度（ 4%水溶液 25℃ ） 40~60 厘泊 美國道化學(xué)公司 EHP 叔丁基過氧化氫 %~% 天津諾貝爾阿克蘇有限公司 ACPND 異丙苯基過氧化氫最大 %，水解氯最大 % 天津諾貝爾阿克蘇有限公司 TBPND 叔丁基過氧化氫最大 %，叔丁基乙醇最大 3% 天津諾貝爾阿克蘇有限公司 DEHA 二乙基輕胺 %~%，水 11%~15% 法國阿托菲納公司 2. 135 m3聚合釜的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) [26] (1) 結(jié)構(gòu)： 135 m3 聚合釜為立式圓筒、半圓管外夾套、帶內(nèi)冷卻擋板及頂置式攪拌器，分別由日本神鋼凡有限公司和錦西化工機(jī)械集團(tuán)有限公司制造，結(jié)構(gòu)如圖。 135 m3聚合釜是目前國內(nèi)用于 PVC 生產(chǎn)裝置中容積 較 大，生產(chǎn)強(qiáng)度 較 高的聚合釜，其攪拌、傳動、傳熱等系統(tǒng)都采取了合理先進(jìn)的配置，與化工工藝用于懸浮法生產(chǎn) PVC 樹脂，可實(shí)現(xiàn)全過程的微機(jī)控制。 XXXX2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 共 81 頁 2 本設(shè)計(jì)的工藝流程和相關(guān)參數(shù)的設(shè)定 本設(shè)計(jì)擬采用的方法 生產(chǎn)方法 本設(shè)計(jì)采用的是氯乙烯的懸浮聚合法，采用間歇操作。采用表面改性的無機(jī)熱穩(wěn)定劑的聚合延緩現(xiàn)象在一定程度上得以遏制。 無機(jī)添加劑的影響 [25] 在 PVC 樹脂加工前，必須加入熱穩(wěn)定劑。一般說來，當(dāng)聚合溫度波動 2℃ 時(shí)，平均聚合度相差 366。 調(diào)節(jié)劑的影響 [23] 在聚合生產(chǎn)中，體系的 PH 值對樹脂顆粒的粗細(xì)有很大的影響，值過高或過低都會使顆粒變粗。引發(fā)劑用量太少，反應(yīng)速率慢，聚合時(shí)間長，設(shè)備利用率低。一般懸浮法聚氯乙烯生產(chǎn)都選用復(fù)合分散體系。此外，鐵還會影響產(chǎn)品的均勻度。此種過氧化物存在聚氯乙烯中，將使其熱穩(wěn)定性顯著變壞，產(chǎn)品易變色。 高 沸物的影響 [23] XXXX2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 共 81 頁 單體中含有 1,1—二氯乙烷、 1,2—二氯乙烷、 1,1,2—三氯乙烷、乙醛、偏二氯乙烯、甲 烷等高沸物，均為活潑的鏈轉(zhuǎn)移劑，會降低聚合速率和 PVC 的聚合度。 乙炔的影響 [23] 乙炔是一種很強(qiáng)的鏈轉(zhuǎn)移劑，它會和引發(fā)劑游離基、單體游離基或鏈游離基發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)。單釜效率己達(dá)到或超過原來的 3 倍。為進(jìn)一步提高通用 樹脂、專用樹脂和糊樹脂的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的專用化、市場化水平，近年來，國內(nèi)外許多 PVC 生產(chǎn)廠家在間歇法工藝的研究上，緊緊抓住生產(chǎn)過程中聚合溫度和攪拌這兩個基本問題，一方面從設(shè)備的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等方面入手，不斷提高聚合釜容積。 懸浮聚合生產(chǎn)工藝的兩種操作方法的比較 [18,19] 連續(xù)式操作 連續(xù)聚合流程具有形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)迅速等特點(diǎn)和優(yōu)勢，但存在工藝靈活性差、產(chǎn)XXXX2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 共 81 頁 品品種單一等不足。自從乳液聚合法工業(yè)化以后，歐洲、日本在連續(xù)懸浮聚合工藝方面開展了大量的研究工作，目前尚未工業(yè)化生產(chǎn)，但連續(xù)法設(shè)備費(fèi)用低，生 產(chǎn)效率高，工藝難題少，已引起了各國科研院所和生產(chǎn)廠家的重視。采用兩步法聚合的優(yōu)點(diǎn)是顯著縮短了聚合周期，生產(chǎn)出的樹脂具有良好的凝膠性能、模塑性能和機(jī)械強(qiáng)度。 懸浮聚合生產(chǎn)工藝 懸浮法 PVC 生產(chǎn)技術(shù)易于調(diào)節(jié)品種，生產(chǎn)過程易于控制，設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用低，易于大規(guī)模組織生產(chǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，成為諸多生產(chǎn)工藝中最主要的生產(chǎn)方法。第二階段將聚氯乙烯膠乳，經(jīng)噴霧干燥得到產(chǎn)品聚氯乙烯糊樹脂，它是初級粒子聚集而成得的直徑為 1~100181。聚合釜在接收到預(yù)聚合的 “ 種子 ” 后，再加人一定量的 VCM 單體、添加劑和引發(fā)劑，在這些 “ 種子 ” 的基礎(chǔ)上繼續(xù)聚合，使 “ 種子 ” 逐漸長大到一定的程度，在低速攪拌的作用下，保持恒定壓力進(jìn)行聚合反應(yīng)。其中以懸浮法生產(chǎn)的 PVC 占 PVC 總產(chǎn)量的近 90%，在 PVC 生產(chǎn)中占重要地位，近年來，該技術(shù)已取得突破性進(jìn)展。這些技術(shù)的應(yīng)用，不僅縮短了操作周期，而且也大大減輕了勞動強(qiáng)度，提高了衛(wèi)生等級，保護(hù)了操作人員和環(huán)境。但在實(shí)際生產(chǎn)中，多數(shù)控制在 5％ ~8%。產(chǎn)品粒度分布窄，品均粒度為 130~150μm。其主要功能是提供適宜的除熱能力。第二反應(yīng)器的長徑比為 5:1，材質(zhì)為碳鋼搪瓷 ， 0~20o 斜臥放置。關(guān)鍵工藝指標(biāo)轉(zhuǎn)化率的控制范圍一般在 5%~8%之間。 赫斯特 (Hoechst)公司開發(fā)的連續(xù)懸浮聚合工藝、意大利阿托公司以法 國PechinenSaintGobain 的兩段法本體合工藝，具有較為鮮明的傳統(tǒng)技術(shù)特色。反應(yīng)器內(nèi)頂部表面溫度要求低于 30℃ 。操作時(shí)，該結(jié)構(gòu)一 方面可使反應(yīng)器頂部只存有少量氣相物，從而減小了氣液相界面；另一方面，該氣相部分還具有聚合壓力安全緩沖裝置的作用。 韓國 LG 化學(xué)、日本的太陽乙烯衍生物公司、信越 (ShinEtsu)化學(xué)工業(yè)公司、金子公司和新第一塑料公司等公司開發(fā)的連續(xù)懸浮聚合工藝流程較為典型。每噴涂一次，可以連續(xù) 350～ 500 釜次不用人工清釜。 從提高生產(chǎn)效率層面上看，所普遍采用的技術(shù)手段是：開發(fā)和應(yīng)用新型復(fù)合引發(fā)劑、發(fā)散劑；采用計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)工藝；采用多種強(qiáng)化傳熱措施 (如增加回流冷凝器 )等。日箭 (Sun Arrow)擁有多牌號產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)。此外，歐洲的其他一些公司，如意大利的賽斯 (Cris)公司則是在防粘釜技術(shù)方面領(lǐng)先。青島海晶化工集團(tuán)有限公司于 2020 年成功開發(fā)了 1 套工藝技術(shù)先進(jìn)、操作簡單方便、投資經(jīng)濟(jì)合理、居國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平的聚氯乙烯裝置 ，使公司聚XXXX2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 共 81 頁 氯乙烯裝置產(chǎn)能由 4萬 t/a擴(kuò)大至