【正文】 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間也得到了同組張友利、 鄧小蘭、張志華等同學(xué)的幫助，正是因?yàn)槔蠋熀屯瑢W(xué)們的幫助才使我得以順利的完成本設(shè)計(jì)。夾套中的水的平均溫度為 30℃ ，查得其物性參數(shù)如下： 比熱容 )/(4174 ℃?? kgJc 2020 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 23 導(dǎo)熱系數(shù) )/(W61 ℃?? m? 密度 3m/?? 粘度 sPa100 0 4 ??? ?? 需要 移除的熱量為 T Mm??? 聚平均Q （ ） 式中 平均Q —— 聚合過(guò)程中的平均放熱速率， W ； 聚Q —— 氯乙烯的聚合熱， ； m —— 氯乙烯重量， g； M —— 氯乙烯的摩爾質(zhì)量， ； T—— 聚合時(shí)間， s。 所以平均粘度 sPam ??????? ???? 4)( )()(? 采用永田進(jìn)冶公式法計(jì)算。 筒體封頭厚度設(shè)計(jì) 封頭材料選用和筒體一樣的材料，厚度計(jì)算如下： ??????? ??? 圓整后取 32mm，即與筒體厚度相同。 （ 3） 壓力 本設(shè)計(jì)采用中壓操作，聚合釜中最高工作壓力為 2MPa，夾套最高工作壓力為 1MPa。 裂解爐設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的裂解爐是基于美國(guó) Lummus公司開發(fā)的 SRTⅠ 門式裂解爐 ，并在此基礎(chǔ)上做了一系列的改進(jìn)。K)； R為 EDC裂解熱， 79470J/mol； T4為輻射段入口溫度 ， 266℃ ； T5為裂解爐出口溫度 ， 480℃ ； )226480()991 0 0 0 0 0 0()(79470)991 0 0 0 0 0 0( ???????????Q hJ / 10?? ； 由以上計(jì)算可知裂解爐理論上熱量的消耗 Q總 為 : 421 ???總 kWhJhJ 7903/)/(10)( 109 ??????? 設(shè)裂解爐的效率為 75%，則實(shí)際所需要的熱量 Q為： hJQ /107 9 108 4 1010 ???? 假設(shè)裂解爐用天燃?xì)庾鳛槿剂?，天燃?xì)獾臒嶂荡蠹s為 37 /104 mJ? ， 則每小時(shí) 至少 需要天燃?xì)獾牧繛椋? 37 10 9 4 8104 107 9 m?? ? 。K)。 此項(xiàng)設(shè)計(jì)的主要意義是，能 提高裂解爐和聚合釜的產(chǎn)率， 節(jié)省不少的能源，可以暫時(shí)緩解能源日益匱乏的當(dāng)今社會(huì)。 VESTOLIT公司也采用一種特殊防粘釜?jiǎng)?， 利用低壓蒸汽將防粘釜?jiǎng)母攦蓚€(gè)固定式噴吐設(shè)備噴吐到釜內(nèi)壁、攪拌器及釜頂回流冷凝器表面 ， 清釜周期 500釜左右 ， 回流冷凝器可連續(xù)運(yùn) 行 1年 。使用大型聚合釜并采用微機(jī)控制 ， 批次之間樹脂質(zhì)量穩(wěn)定 ， 消耗定額降低。省掉了堿洗和水洗過(guò)程 ， 工藝過(guò)程不產(chǎn)生廢水 ，從設(shè)備投資、操作費(fèi)用、維修費(fèi)用和節(jié) 能等方面具有優(yōu)勢(shì) ， 有良好的發(fā)展前景。從 PVC生產(chǎn)工藝分布看，我國(guó) PVC生產(chǎn)路線有明顯的地域傾向，石化系統(tǒng)及相關(guān)企業(yè)與合資企業(yè)的 PVC生產(chǎn)全部采用乙烯法，而中西部地區(qū)則多采用電石法。 對(duì)超低聚合度 PVC的生 產(chǎn)，采用添加鏈轉(zhuǎn)移劑的方法，以降低反應(yīng)溫度和壓力，提高產(chǎn)品質(zhì)量； 對(duì)于高聚合度和超高聚合度 PVC的生產(chǎn)，采用添加擴(kuò) 鏈劑的方法來(lái)提高反應(yīng)溫度，以提高聚合釜的移熱能力和縮短反應(yīng)時(shí)間；對(duì)于通用樹脂， 在 PVC生產(chǎn) 中采用添加改性劑的方法來(lái)降低產(chǎn)品的 “ 魚眼 ” 數(shù)，提高產(chǎn)品白度，縮短產(chǎn)品塑化時(shí)間，改善加工質(zhì)量； 添加納米無(wú)機(jī)材料或者優(yōu)化分散劑種類和比例來(lái)提高 PVC顆粒的表觀密度，提高后加工的速度； 添加特殊助劑生產(chǎn)如抗靜電 PVC、阻燃 PVC、消光 PVC、耐放射線 PVC等；與其他單體共聚生產(chǎn)耐熱 PVC以及內(nèi)增塑 PVC等 。 目前，世界先進(jìn)的 PVC生產(chǎn)普遍采用大釜密閉技術(shù)，先進(jìn)的防粘釜工藝，改進(jìn)了攪拌裝置，用后掠式攪拌器代替平槳式攪拌器，并在攪拌器和擋板中通冷卻水，提高了聚合釜的傳熱能力。乙烯在液相中被氯化生成EDC，反應(yīng)器中的反應(yīng)熱由 EDC汽化移走。經(jīng)急冷和能量回收后，將產(chǎn)品分離出 HCl（ HCl循環(huán)用于氧氯化 ） 、高純度 VCM和未反應(yīng)的 EDC（循環(huán)用于氯化和提純 ）。 乙烯氧氯化法由美國(guó) Goodrich公司于 1964年首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，該工藝原料來(lái)源廣泛，生產(chǎn)工藝合 理，目前世界上采用本工藝生產(chǎn) VCM的產(chǎn)能約占 VCM總產(chǎn)能的 95%以上。近年來(lái)，隨著 PVC生產(chǎn)和消費(fèi)的快速增長(zhǎng)， VCM生產(chǎn)工藝也不斷發(fā)展，并推動(dòng)了 PVC工業(yè)的發(fā)展。而在整個(gè)生產(chǎn)中二氯乙烷 （ EDC）裂解爐和氯乙烯（ VCM）聚合釜是生產(chǎn)中兩個(gè) 最 重要的設(shè)備，其生產(chǎn)運(yùn)行好壞直接影響著聚氯乙烯 （ PVC） 的質(zhì)量和產(chǎn)量 。 polymerizer 2020 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1總 論 聚氯乙烯 （ PVC樹脂 ） 是世界上最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的塑料品種之一。由于該工藝能耗較高 ， 污染嚴(yán)重，因此自以乙烯為原料的工藝路線問(wèn)世之后就逐漸被淘汰。然后在精 EDC裂解單元裂解生成的產(chǎn)物進(jìn)入 VCM單元， VCM精制后得到純 VCM產(chǎn)品，未裂解的 EDC返回 EDC精制單元回收 ， 而 HCl則返回氧氯化反應(yīng)單元循環(huán)使用。與傳統(tǒng)平衡氧氯化工藝相比， Paree工藝的優(yōu)勢(shì)在于 ： （ 1）收率較高；（ 2） 生產(chǎn)成本較低； （ 3） 對(duì)環(huán)境更加友好。 聚氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展 [3] PVC是由氯乙烯 （ VCM） 聚合而成的，其聚合方 法主要有懸浮法、乳液法、本體法和溶液法 4種，其中懸浮法 占 80%，本體 法 占 10%，乳液法及其他方法占 10%。在聚合釜中涂布防粘釜?jiǎng)?，生產(chǎn)的 PVC樹脂皮狀物少，雜質(zhì)少，白度高。但在我國(guó)，由于乙烯法 PVC受原料乙烯、氯乙烯、二氯乙烷供應(yīng)緊張，氧氯化工藝裝置投資高等因素的影響，發(fā)展受到很大的制約。氧氯化技術(shù)的工業(yè)化 ， 將乙烯直接氯化和氧氯化工藝相結(jié)合 ， 形成了新的平衡氧氯化工藝 ， 使乙烯法生產(chǎn)氯乙烯過(guò)程中產(chǎn)生的氯化氫循環(huán)利用。 （ 3）發(fā)達(dá)國(guó)家 PVC聚合設(shè)備都采用大型聚合釜 ， 一般工業(yè)化生產(chǎn)中使用的間歇懸浮聚合釜容積為 60～ 90m3。也可將上述方法結(jié)合使用 ， 目前普遍采用的是噴涂防粘釜?jiǎng)? 本設(shè)計(jì)的目的及意義 聚氯乙烯生產(chǎn)中，首先要合成氯乙烯單體，而在目前生產(chǎn)氯乙烯的主要方法 — 乙烯氧氯化法中，二氯乙烷裂解是至關(guān)重要的一步， 裂解爐在生產(chǎn)工藝中是重要設(shè)備，其運(yùn)行質(zhì)量直接影響著氯乙烯生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行，且關(guān)系著生產(chǎn)原料的單耗、裝置的能耗等。 ClCH2CH2Cl ?? ??高溫 CH2=CHCl+HCl A B C 反應(yīng)速率為： RTEaekk /0 ?? （ ） 動(dòng)力學(xué)參數(shù)： 70 ??k ?Ea 其副反應(yīng)有： ClCH2CH2Cl ? ?? H2+2HCl+2C CH2=CHCl ? ?? C2H2+HCl CH2=CHCl+HCl ? ?? CH3CHCl2 其中，生產(chǎn)的氯乙烯會(huì)生成少量的聚合物。使 195℃ 、 MPa 的 EDC全部汽化 ， 并且溫度達(dá)到 266℃ ， 這部分物料所需熱量 Q3 為 : 13423 )( EE HWTTCWQ ?????? （ ） 式中 : HE1為 EDC 在 266℃ 、 MPa 下的汽化熱 ， 14680J/mol。 因?yàn)???lNu? ，定型尺寸 l 規(guī)定為管內(nèi)徑 d， 所以有 Pr)(0 2 ???? dud ?，其中 ，KmW ??? ? 為 EDC的熱導(dǎo)率， EDC裂解的 為 ，即 d?? ? KmW ??????? 7 69 所以 馮松：年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸氯乙烯、聚氯乙烯合成裝置工藝設(shè)計(jì) 10 KmWRKS???????????231111520 111??? 設(shè)對(duì)流段管所需的傳熱面積為 A， 根據(jù) tKAQ ?? 可得： 291121 2 03 6 0 0mtK QA ?????? 所需管長(zhǎng) mdAl ???? ? 。二氯乙烷由第一組輻射管入口進(jìn)入裂解爐，從一組輻射管出來(lái)后進(jìn)入第二組輻射管，反應(yīng)完成后由第二組的出料管出料去熱能回收系統(tǒng)。 夾套設(shè)計(jì) 夾套的直徑根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及封頭標(biāo)準(zhǔn)取 4000mm，即夾套封頭的公稱直徑也為 4000mm，由于聚合釜筒體與上封頭是以法蘭相連， 所以法蘭與夾套間的距離應(yīng)不小于 150～ 200mm，本設(shè)計(jì)去 200mm， 夾套 與筒體的連接方式如 圖 41所示： 150— 200mmDiD 夾夾套容器法蘭 筒體 圖 41 夾套與筒體連接示意圖 由表查得筒體封頭的直邊長(zhǎng)度為 50mm，曲面高度為 950mm， 夾套封頭的直邊長(zhǎng)度為50mm，曲面高度為 1000mm，所以?shī)A套的 直 邊 長(zhǎng) 度為： mm54 5020 05056 00 ????夾H 夾套 和 筒體 厚度設(shè)計(jì) 以及材質(zhì)選擇 夾套厚度計(jì)算 材質(zhì) 采用 16MnR，查表得在設(shè)計(jì)溫度時(shí)的許用應(yīng)力為 170MPa， 由于夾套只受內(nèi)壓，所以 按 內(nèi)壓容器計(jì)算： 2][ CpDp ctcd ??? ??? 夾 （ ） 式中 ： Pc—— 為計(jì)算壓力 夾D —— 夾套內(nèi)徑，即公稱直徑 4000mm； t][? —— 夾套材料在設(shè)計(jì)溫度下的需用應(yīng)力， 170MPa； 馮松：年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸氯乙烯、聚氯乙烯合成裝置工藝設(shè)計(jì) 16 ?—— 焊接接頭系數(shù)，夾套采用對(duì)接雙面焊縫， 并且局部無(wú)損傷檢測(cè) ， 即 ? 為； 2C —— 腐蝕裕量，本設(shè)計(jì)取 2mm， 所以 設(shè)計(jì)厚度： mmd 40001 ????? ??? 查表 42得鋼板的負(fù)偏差 C1為 ，所以 實(shí) 際所需厚度 ???? ，圓整成鋼板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格厚度，所以應(yīng)取 mm18?? 的 16MnR容器鋼。 聚合釜中為非均相 系，要計(jì)算攪拌功率要先計(jì)算出兩相的平均密度 m? ，然后再按均相系計(jì)算。 所以有 )3/ x p ( 22?????? ???????????? )/( KmW ?????? ? 被攪拌液體的平均比熱容按下式計(jì)算 212211 mm mcmccp ??? （ ） 式中 1c —— 分散相氯乙烯的比熱容，查得氯乙烯在 50℃ 時(shí)的比熱容為 ℃）（ ?kgJ / ； 1m —— 分散相氯乙烯的質(zhì)量， kg； 2c —— 連續(xù)相水的比熱容，查的水在 50℃ 的比熱容為 ℃）（ ?kgJ / 6 ； 2m —— 連續(xù)相水的質(zhì)量。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)我們學(xué)到了很多新的知識(shí)，同時(shí)也整合了大學(xué)四年所學(xué)，在賴?yán)蠋煹木慕虒?dǎo)下，加深了我們工程的觀念。 馮松：年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸氯乙烯、聚氯乙烯合成裝置工藝設(shè)計(jì) 28 參考文獻(xiàn) [ 1 ] 劉嶺梅 , 董素芳 , 趙素梅 . 聚氯乙烯工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)新進(jìn)展 [J]. 聚氯乙烯 , 2020, (7):13, 10. 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