【正文】 CP(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氣化水分耗熱量 Q1= (2490+85－55)= kJ(1－)=，ω1=247。1000= /h= 。Q1: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。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。 物料衡算表。排出水的量為：=?！?用內(nèi)插法可求的：氯乙烯：℃= cal/g需要加入水蒸氣量為：4800kg/B出料水量為：105 +4800+( )= kg/B對混料槽做物料衡算知：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?；厥誚CM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。 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。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。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。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。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。在回收系統(tǒng)中設(shè)有初級冷凝器和二級冷凝器兩臺(tái)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。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%~%天津諾貝爾阿克蘇有限公司 ACPND %，%天津諾貝爾阿克蘇有限公司TBPND%，叔丁基乙醇最大3%天津諾貝爾阿克蘇有限公司DEHA%~%，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。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。 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。 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(huì)使顆粒變粗。一般懸浮法聚氯乙烯生產(chǎn)都選用復(fù)合分散體系。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。 乙炔的影響[23]乙炔是一種很強(qiáng)的鏈轉(zhuǎn)移劑，它會(huì)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)。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(gè)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。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。 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。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)。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(dòng)強(qiáng)度，提高了衛(wèi)生等級，保護(hù)了操作人員和環(huán)境。該流程可用于聚合溫度為50~66℃的PVC生產(chǎn)。攪拌速度為600r/min，以便于形成軸向活塞流。a)。其外形特征是頂端部分較小。該防粘釜?jiǎng)o毒無害。佳友(Sumitomo)化學(xué)公司懸浮聚合樹脂產(chǎn)品的質(zhì)量品質(zhì)最好。目前我國的PVC 生產(chǎn)技術(shù)與國外還有一定的差距，技術(shù)的“引進(jìn)—吸收—消化—?jiǎng)?chuàng)新”是目前PVC 生產(chǎn)的主要途徑，通過對汽提技術(shù)及設(shè)備、干燥器、聚合配方、防粘釜技術(shù)等的改進(jìn)，提高了我國PVC生產(chǎn)企業(yè)的效益，發(fā)展了我國的PVC工業(yè)[1113]。以北京二化、山東齊魯石化公司和上海氯堿總廠等為代表的古德利奇大釜技術(shù)、工藝計(jì)算機(jī)自控技術(shù)和防粘釜技術(shù)等，均已達(dá)到和接近國際先進(jìn)水平。北美、歐洲(包括俄羅斯)和非洲、遠(yuǎn)東地區(qū)超過全球聚氯乙烯產(chǎn)量和需求量4/5，懸浮聚合法樹脂占生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂90%以上，2006年世界聚氯乙烯產(chǎn)能3562萬噸，實(shí)際產(chǎn)量3262萬噸，產(chǎn)量的增長主要來自中國。PVC很堅(jiān)硬，溶解性也很差，只能溶于環(huán)己酮、二氯乙烷和四氫呋喃等少數(shù)溶劑中，對有機(jī)和無機(jī)酸、堿、鹽均穩(wěn)定，化學(xué)穩(wěn)定性隨使用溫度的升高而降低。PVC為無定形結(jié)構(gòu)的白色粉末，支化度較小。2001年，全球聚氯乙烯生產(chǎn)能力已達(dá)到3 313萬t，消費(fèi)水平比2000年略有增加，為2882萬t[3]。目前，世界各大PVC廠家都已形成了各自的工藝特點(diǎn)和風(fēng)格，并已擁有許多專利和技術(shù)，也有各自追求的工業(yè)目標(biāo)。該成套工藝技術(shù)主要包括聚合生產(chǎn)配方、密閉入料、等溫水入料、高效防粘釜、中途注水、新型汽提、新型旋風(fēng)干燥、粉料輸送和成品混料、高壓回收氯乙烯單體、全自動(dòng)包裝碼垛和DCS控制等項(xiàng)技術(shù)[9]。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。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。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。反應(yīng)器內(nèi)頂部表面溫度要求低于30℃。關(guān)鍵工藝指標(biāo)轉(zhuǎn)化率的控制范圍一般在5%~8%之間。其主要功能是提供適宜的除熱能力。但在實(shí)際生產(chǎn)中，多數(shù)控制在5％~8%。 本體聚合生產(chǎn)工藝[20]本體聚合生產(chǎn)工藝，其主要特點(diǎn)是反應(yīng)過程中不需要加水和分散劑。m，主要是20~40181?，F(xiàn)在懸浮法聚氯乙烯品種日益廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，除了通用型的樹脂外，特殊用途的專用樹脂的開發(fā)越來越引起PVC廠家的關(guān)注，球形樹脂、高表觀密度建材專用樹脂、消光樹脂、超高(或超低)分子質(zhì)量樹脂等已成為開發(fā)的熱點(diǎn)[21]。其技術(shù)開發(fā)的核心，依然是如何開發(fā)新型引發(fā)劑、分散劑、防粘釜?jiǎng)┮约捌渌鷦?，以提高聚合反?yīng)速率，縮短聚合生產(chǎn)周期；關(guān)鍵工藝技術(shù)所面臨的也還是傳熱和攪拌這兩個(gè)基本問題。本設(shè)計(jì)采用的是間歇式操作方式。氯乙烯單體中的高沸物主要為二氯乙烷和乙醛，單體中含量低時(shí)，可以清除PVC大分子端基雙鍵，對PVC熱穩(wěn)定性有好處，二氯乙烷和乙醛等高沸物在較高含量下才顯著影響聚合度及反應(yīng)速率。 分散劑的影響[23]分散劑及適當(dāng)?shù)臄嚢鑿?qiáng)度可以優(yōu)化VCM液滴的分散，提高PVC顆粒粒徑的規(guī)整度、顆粒的多孔性和干流動(dòng)性，改善PVC的塑化性能，提高PVC的白度和加工性能。目前大部分生產(chǎn)企業(yè)選用復(fù)合引發(fā)劑體系，盡量避免反應(yīng)放熱峰的出現(xiàn)或盡量減小峰高，使反應(yīng)速率盡可能均勻，這樣聚合反應(yīng)熱就能及時(shí)移出，達(dá)到安全平穩(wěn)生產(chǎn)的目的。聚合反應(yīng)溫度控制在177。而且對無機(jī)熱穩(wěn)定劑改性效果越好(如用硅烷或鋁酸酯改性)，對聚合的影響越小，聚合轉(zhuǎn)化率也越高。 1. 135 m3聚合釜原料的選用標(biāo)準(zhǔn)選用的135 [26]。 氯乙烯單體回收冷凝系統(tǒng)[20]1. 回收氯乙烯（VCM）單體的選用參考邴涓林等[1,3]對國內(nèi)各PVC生產(chǎn)廠的回收技術(shù)，即傳統(tǒng)的回收技術(shù)、日本信越回收技術(shù)和美國古德里奇回收技術(shù)的介紹，本設(shè)計(jì)采用主流的美國古德里奇回收技術(shù)。單體貯槽出口管通過氣動(dòng)閥與原有單體泵入口管相連，按比例送入聚合釜，單體貯槽設(shè)有分水缸，每次壓料前向單體水分離器排水1次，單體水分離器夾套通熱水，排空管接入氣柜，水要不定期排至地溝?，F(xiàn)有的塔式汽提技術(shù)基本上是引進(jìn)技術(shù)，或在消化、吸收引進(jìn)技術(shù)后再創(chuàng)新。但進(jìn)料溫度也不能過低，否則會(huì)嚴(yán)重影響干燥器床溫的穩(wěn)定，同時(shí)增加干燥系統(tǒng)的能耗。氣流干燥器實(shí)際上就是一根長管，約五分之一部分的管徑較細(xì)，屬加速干燥段。 工況溫度的選擇根據(jù)王振華等[27]對太原市1916～2000年氣溫變化規(guī)律研究溫度的研究可知，太原市春季平均溫度變化范圍為：~℃；夏季平均溫度變化范圍為：~℃；秋季平均溫度變化范圍為：~℃；冬季平均溫度變化范圍為：﹣~﹣℃。聚合釜內(nèi)物料即被輸送到出料罐，大部分未反應(yīng)的VCM在此被回收，帶有未反應(yīng)VCM的漿料隨后被泵送到汽提塔進(jìn)料罐，繼續(xù)回收未反應(yīng)VCM，殘留的VCM在漿料汽提塔內(nèi)脫除并被送往回收系統(tǒng)，來自汽提塔的漿料通過離心機(jī)將大部分水脫去，進(jìn)入流化床干燥器，合格的樹脂送至成品料倉，包裝出廠。a1 生產(chǎn)時(shí)間：300d 物料衡算表。 氯乙烯的部分物性參數(shù)溫度/℃熱容Cp/(cal/g 物料衡算表。則出料PVC量為：= kg/h。對沸騰干燥部分做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的。 熱量衡算方程[33]能量守衡表達(dá)式為： ∑Q入=∑Q出+∑Q損 ()式中：∑Q入——輸入設(shè)備熱量的總和； ∑Q出——輸入設(shè)備熱量的總和；∑Q損——損失熱量的總和。 脫鹽水和VCM的部分已知數(shù)據(jù)表重量kg/ht初t 末△tCp/ kJ /(kg.℃)脫鹽水105955540VCM105955540由于廠址選擇的限制，應(yīng)根據(jù)太原地區(qū)的不同季節(jié)情況，設(shè)計(jì)不同的加熱量。K1，105℃時(shí)的焓值H=?！?；熱損失為預(yù)熱氣體中獲得熱量的5%計(jì)算。h1i1=(+) 145+2490 = kJ/ kg(干空氣) h1。K) QPVC=(7565)= kJ/hQH2O=()(7565)= kJ/h可知：Q2= QPVC + QH2O = kJ/h③ 熱損失Q3(占10%)Q3/(Q1 + Q2 + Q3)=，解得：Q3= kJ/hQ總= Q1 + Q2 + Q3= kJ/h熱風(fēng)放熱量為：15%= kJ/h④ 熱風(fēng)放熱設(shè)有L(kg干空氣/ h)的熱風(fēng)放熱CH=+ ，CH：kJ/kg絕干氣K)QPVC=(75－40)= kJ/hQH2O=(－)(75－40)= kJ/hQ放熱= QPVC + QH2O =+= kJ/h冷卻水的焓值：10℃ I1= kJ/kg 30℃ I2= kJ/kg冷風(fēng)的焓值：夏季：I1=(+)20+2490= kJ /kg絕干氣 夏季：I2=(+)35+2490= kJ /kg絕干氣冷風(fēng)用量： 夏季： kg干空氣/ h冷風(fēng)帶走的熱量為：夏季：Q=L夏(I2夏－I1夏) = kJ /h冷卻水帶走的熱量為：Q=M()= M夏季： M= 解得：M= kg/ h4. 熱水用量的計(jì)算由前面計(jì)算知：Q總= kJ /h熱水提供的熱量= Q總85% =85% = kJ /h熱水：t進(jìn)=90℃ I= kJ/kg t出=80℃ I= 。Δt ()平均溫度為：t =(65+75)/2=70℃由聚氯乙烯和水的性質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)在平均溫度下用內(nèi)插法可算得：CP,PVC= kJ/(kgh1損失的熱量 Q損== kJ℃)