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懸浮聚合法年產30萬噸聚氯乙烯車間工藝設計_畢業(yè)設計說明書(存儲版)

2025-10-06 14:07上一頁面

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【正文】 HVCM= kJ /mol 水 蒸 氣 : ℃ = kJ/kg 物料衡算表 混料槽 物料衡算一覽表 。 本工藝的配方 [31,35] XXXX2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 19 頁 共 81 頁 本工藝的配方如下 (以單體質量為參考標準 ): 脫鹽水 140 單體 100 引發(fā)劑 分散劑 PH 緩沖劑 終止劑 反應調節(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 。 有關設計參數設定 [31,34] 生產規(guī)模: 105t聚合反應熱量通過聚合釜夾套、內冷擋板和冷凝器撤出,通過采用集散式計算機控制系統(tǒng)和先進的溫度控制方案,非常精確地將聚合溫度維持在設定點,當聚合達到適當的轉化率時(大約 85%左右),加入終止劑,終止聚合反應 [30]。物料在干燥床內沸騰,達到一定高度時 從床末端溢流口流出,經旋轉加料器由一次輸送風機引至旋風分離器,分離下來的物料經旋轉加料器、孔板流量計送至成品振動篩,篩分后進入輸送料斗由旋轉加料器送至二次輸送管線,由二次輸送風機 (羅茨鼓風機 )送至成品料倉,進行包裝入庫。 PVC 樹脂的干燥系統(tǒng) [20] 本設計采用氣流塔 —沸騰床二段熱風干燥技術。樹脂的進料溫度一般在 75℃ 以下,否則會嚴重影響機器的主軸承、內部螺旋輸送器的軸承和差速器的使用壽命。高溫物料在塔內短時間的連續(xù)操作,既可大量脫除和回收 PVC漿料中殘留 VCM 單體,又較小影響產品質量,從而滿足了大規(guī)模、 高標準生產的要求。 壓縮冷凝回收 VCM 單體工藝流程 為: 來自聚合釜未反應 VCM 單體氣體由外管進入泡沫捕集器途中滴加氣相阻聚劑,然后進入泡沫捕集器,再進入單體過濾器,過濾后的氯乙烯氣體進入水環(huán)壓縮機,加壓至 后進入氣水分離器,再進入一級冷卻器,不凝氣進入二級冷卻器,冷凝液進入單體氣液分離器,經液位調節(jié)閥進入單體貯槽,二級冷卻器冷凝液直接進入單體貯槽,二級冷卻器不凝氣經調節(jié) 閥取樣合格后送到氣柜。釜體換熱面積 ,內冷擋板直徑 323mm,換熱面積 ,體外冷凝器換熱面積340m2,聚合釜夾套和內冷擋板采用 22℃ 冷水,體外冷凝器采用 32℃ 循環(huán)水。 135 m3聚合釜是目前國內用于 PVC 生產裝置中容積 較 大,生產強度 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 的配置,與化工工藝用于懸浮法生產 PVC 樹脂,可實現全過程的微機控制。采用表面改性的無機熱穩(wěn)定劑的聚合延緩現象在一定程度上得以遏制。一般說來,當聚合溫度波動 2℃ 時,平均聚合度相差 366。引發(fā)劑用量太少,反應速率慢,聚合時間長,設備利用率低。此外,鐵還會影響產品的均勻度。 高 沸物的影響 [23] XXXX2020 屆畢業(yè)設計說明書 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,均為活潑的鏈轉移劑,會降低聚合速率和 PVC 的聚合度。單釜效率己達到或超過原來的 3 倍。 懸浮聚合生產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)模經濟迅速等特點和優(yōu)勢,但存在工藝靈活性差、產XXXX2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 7 頁 共 81 頁 品品種單一等不足。采用兩步法聚合的 優(yōu)點是顯著縮短了聚合周期,生產出的樹脂具有良好的凝膠性能、模塑性能和機械強度。第二階段將聚氯乙 烯膠乳,經噴霧干燥得到產品聚氯乙烯糊樹脂,它是初級粒子聚集而成得的直徑為 1~100181。其中以懸浮法生產的 PVC 占 PVC 總產量的近 90%,在 PVC 生產中占重要地位,近年來,該技 術已取得突破性進展。但在實際生產中,多數控制在 5% ~8%。其主要功能是提供適宜的除熱能力。關鍵工藝指標轉化率的控制范圍一般在 5%~8%之間。反應器內頂部表面溫度要求低于 30℃ 。 韓國 LG 化學、日本的太陽乙烯衍生物公司、信越 (ShinEtsu)化學工業(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。 從提高生產效率層面上看,所普遍采用的技術手段是:開發(fā)和應用新型復合引發(fā)劑、發(fā)散劑;采用計算機數控技術工藝;采用多種強化傳熱措施 (如增加回流冷凝器 )等。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方面領先。該成套工藝技術主要包括聚合生產配方、密閉入料、等溫水入料、高效防粘釜、中途注水、新型汽提、新型旋風干 燥、粉料輸送和成品混料、高壓回收氯乙烯單體、全自動包裝碼垛和 DCS 控制等項技術 [9]。目前,世界各大PVC 廠家都已形成了各自的工藝特點和風格,并已擁有許多專利和技術,也有各自追求的工業(yè)目標。 2020 年,全球聚氯乙烯生產能力已達到 3 313 萬 t,消費水平比 2020 年略有增加,為 2882 萬 t[3]。 PVC 為無定形結構的白色粉末,支化度 較小。 然后在 物料衡算、熱量衡算 的基礎上進行了 設備選型、車間 布置和 經濟核算。 PVC 很堅硬,溶解性也很差,只能溶于 環(huán)己酮 、 二氯乙烷 和 四氫呋喃 等少數溶劑中,對有機和 無機酸 、堿、鹽均穩(wěn)定, 化學穩(wěn)定性 隨使用溫度的升高而降低。北美、歐洲 (包括俄羅斯 )和非洲、遠東地區(qū)超過全球聚氯乙烯產量和需求量 4/5,懸浮聚合法樹脂占生產聚氯乙烯樹脂 90%以上, 2020 年世界聚氯乙烯產能 3562 萬噸,實際產量 3262 萬噸,產量的增長主要來自中國。 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、工藝計算機自控技術和防粘釜技術等,均已達到和接近國際先進水平。 目前我國的 PVC 生產技術與國外還有一定的差距,技術的 “ 引進 —吸收 —消化 —創(chuàng)新 ” 是目前 PVC 生產的主要途徑,通過對汽提技術及設備、干燥器、聚合配方、防粘釜技術等的改進,提高了我國 PVC 生產企業(yè)的效益,發(fā)展了我國的 PVC工業(yè) [1113]。佳友 (Sumitomo)化學公司懸浮聚合樹脂產品的質量品質最好。該防粘釜劑無毒無害。其外XXXX2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 4 頁 共 81 頁 形特征是頂端部分較小。a)。攪拌速度為 600r/min,以便于形成軸向活塞流。該流程可用于聚合溫度為 50~66℃ 的 PVC 生產。利用防粘釜技術和生產工藝計算機控制技術,目前的聚合輔助時間已經大大縮 短。當 VCM 的轉化率達到 8%~12%停止反應,將生成的 “ 種子 ” 送人聚合釜內進行第2 步反應。這種次級粒子與增塑劑混合后,經剪切作用崩解為直徑更小的顆粒而形成不沉降的聚氯乙烯增塑糊,工業(yè)上稱之為聚氯乙烯糊。各種聚合方法的發(fā)展方向是逐步向懸浮法聚合生產路線傾斜,一些過去采用其它方法生產的樹脂品種已開始采用懸浮聚合 工藝生產。因而具有較強的生命力。此外,水質還會影響粘釜及魚眼。這種過氧化 物能引發(fā)單體聚合,使大分子中存在該過氧化物鏈段,并且有較低的分解溫度,在聚合條件下易分解為氯化氫、甲醛和一氧化碳而降低反應介質的 PH 值。分散劑用量過多,不僅不經濟,還會增大體系粘度,造成懸浮液泡沫多,氣相粘釜嚴重,漿料汽提操作困難, VCM 回收泡沫夾帶增加,樹脂顆粒變細,堵塞回收管路;分散劑用量少,則起不到應有的穩(wěn)定作用,體系穩(wěn)定性差,容易產生大顆粒物料,產品顆粒不規(guī)整,甚至造成聚合顆粒的粘結而釀成事故。此外,粘釜還影響聚合釜自動控制的實施。因此,聚合工藝推薦使用熱水入料工藝,熱水入料不僅可降低水中含氧量,而且因為減少了聚合升溫時間,降低了相對分子量分散性,也提高了產品的加工熱穩(wěn)定。同時發(fā)現,相同 △P 時的 氯乙烯 轉化率隨 CaCO3用量的增加而下降。%, PH 值 5~,粘度 ( 4%水溶液 25℃ ) 48177。未反應 VCM 氣體經汽液分離器和氣體過濾器除去夾帶 的 PVC 顆粒,當回收 VCM 氣體壓力高于冷凝器入口壓力時,直接進入冷凝器冷凝;當回收 VCM 氣體壓力接近冷凝器人口壓力時,回收 VCM 氣體經壓縮機壓縮后進入冷凝器冷凝。外來的生產上水先進入循環(huán)水槽,由循環(huán)水泵加壓后,經循環(huán)水過濾器、循環(huán)水冷卻器進入循環(huán)水分配臺,循環(huán)水分配臺分別 為一、二級冷卻器供水,為冷源。工藝簡述如下:經汽提后的 PVC 漿料進入離心槽,離心槽中的漿料經漿料泵大部分送至離心機進行離心脫水,一部分回流至離心槽。 目前 PVC 生產廠家普遍使用螺旋沉降式離心機。聚氯乙烯樹脂干燥時所用的氣流干燥速度一般為 14~ 21m/s 之間,停留時間在 2s左右就可使物料表面的水分脫除。同時由 Daniel [28]對 PVC 懸浮聚合反應XXXX2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 16 頁 共 81 頁 器的建模研究,可以合理的計算出由此產生的模型可以準確地預測引發(fā)負荷的影響和可操作性的反應堆冷卻劑溫度。 4. 離心脫水 緊密型樹脂含水率 8%~ 15% 疏松型樹脂含水率 15%~ 20% 5. 干燥 XXXX2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 17 頁 共 81 頁 (1) 第一段氣流干燥管干燥: 干燥溫度 140~ 150℃ 風速 15m/s 物料停留時間 含水率 4% (2) 第二段沸騰床干燥 干燥溫度 120℃ 物料停留時間 12min 含水率 % 工藝流程圖 [31,32] 工藝流程圖如圖 。a1 轉化率: 84% 后處理損失: 5%。 kg/B 脫鹽水的質量為: M2==105 kg/B 引發(fā)劑的質量為: M3= M1=終止劑的質量為: M4= M1=分散劑的質量為: M5= M1= kg/B PH 緩沖劑質量為: M6= M1=反應調節(jié)劑的質量為: M7= M1= kg/B 防粘釜劑的質量為: M8= M1= kg/B M1+M2+M3+ M4+ M5+M6 + M7+M8= kg/B 所生成的 PVC 質量為: M9== kg/B 損失 PVC 的質量為: M 損 ==對聚合釜做物料衡算知: M1=M9+ M 損 + M10 () ,可知計算物料衡算結果是XXXX2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 20 頁 共 81 頁 正確的,見表 。根據全年的生產任務和生產時間可以求出每小時生產的 PVC 量為: M1=104kg/h 考慮到聚合釜和混料槽內 PVC 的損失,則進入汽提塔內樹脂量為: M3=以 M3為基準求出汽提塔進料中其他各組分相應的量: 因此進入汽提塔內的水量為: M3/= kg/h 進入汽提塔內的其它助劑為: M3/=進入汽提塔內的 VCM 單體為: 12530M3/= kg/h 損失的 PVC 的量為: 104= kg/h 出料中含 PVC 量為: 設定出料中 VCM 含量為 17mg/kg , 故 出 料 中 含 VCM 的量為:17106=查閱相關文獻可設定如下條件:塔頂溫度 80℃ ,塔底溫度 105℃ , 壓強為XXXX2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 23 頁 共 81 頁 ,氯乙烯和水蒸汽的部分物性參數如表 ,表 。1000= /h 由式 可知 y= 對汽提塔做物料衡算知:物料衡算結果是正確的,見表 。 PVC PVC H2O H2O 脫去水 損失 PVC 圖 氣流干燥部分物料平衡圖 干燥前后各物質的質量計算 [31] 氣流干燥損失的 PVC 量為: 104= kg/h。 已只氣流干燥后的含水量為 %則含水量為: 。 表 篩分包裝部分物料衡算一覽表 物料名稱 進料 kg/h 出料 kg/h PVC PVC 損失 0 合計 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,計算標準為 kg/B,由前面計算結果可知:投入 VCM 單體的量為: 105 kg/B,經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。 PVC PVC 損失 PVC 圖 篩分包裝部分物料平衡圖 篩分包裝前后各物質的質量計算 篩分包裝部分 PVC 損失量為: 104= kg/h。 物料衡算表 氣流干燥部分 物料衡算一覽表 。 排出水的量為: =。℃ 用內插法可求的: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:物料衡算結果是正確的,見表 。 40%)等。 物料平衡方程: ∑F0=∑D+A+∑B
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