【正文】 （ 1） 攪拌器的結(jié)構(gòu)型式： 選定為單層開(kāi)啟式直葉渦輪槳 （ 2） 攪拌器尺寸的計(jì)算 取渦輪式攪拌器的直徑 DJ 與釜內(nèi)徑 DN 比為 知 DN=3600mm DJ==3600= mm 取攪拌器離底高度 h= h=3600= 取攪拌器的寬度 b= b== mm 取槳葉數(shù) Z=3 （ 3）攪拌附件的設(shè)置 擋板數(shù)目： 4 塊 寬度： 1/10DN=1/103600=360mm 方式：緊貼著釜壁且垂直于釜壁。該夾套可用 12mm厚的 0Cr18Ni9 鋼板制造。 VTi= 對(duì)液－液相類(lèi)型選取 H/D＝ 估算筒體的內(nèi)徑為： Di=34??????? DHV 帶入數(shù)據(jù)可得 Di= 圓整取筒體內(nèi)徑為 3400mm，據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橢圓，可得 h1=3400/4=850mm, 查附表可得 Vh= 內(nèi)表面積 Fh= 再查附表得每一米高筒體容積 V1=,表面積 F1＝ 筒體高度 H=(VVh)/V1=()/= 圓整可得 H=4800mm 于是 H/Di=4800/3400= 復(fù)核結(jié)果基本符合給定的范圍。內(nèi)有列管 ， [1]用脹管法固定于兩端花板上，管內(nèi)裝催化劑，管間的兩塊隔板將整個(gè)圓柱部分隔為三層，每層均有冷卻水進(jìn)出口用以通冷卻水，帶走反應(yīng)熱。 （ 3） 回流冷凝器熱負(fù)荷的考慮 由于反應(yīng)中嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度恒定，冷凝器中的回流量極 少，所以對(duì)冷凝器熱負(fù)荷不予考慮。 ℃ )1 同種物質(zhì)的平均比熱容 Cp=2p1p2p1pnCCLCC ? 平均pC =2p1p2p1pnCCLCC ? = L? =(kg (mol [4] 則 HCl 溶于水放出的熱量為： ()/= 水液化放出的熱： Q= ()= ∴ Q3=+= ∴ Q4=Q 乙炔 ＋ Q 氯化氫 ＋ Q 氧氣 ＋ Q 水蒸氣 ＋ Q 鹽酸 = 20852 （ 1325 ）＋ （ 1325 ）＋ （ 1325）＋ （ 1325）＋ 3214 （ 1325） = 年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 24 = Q2: 5%Q2=Q5 ∵ Q1＋ Q2＋ Q3=Q4＋ Q5 ∴ 0＋ Q2＋ = ＋ 5%Q2 ∴ Q2= kJ Q5= kJ 表 15 石墨冷卻器熱量衡算表 項(xiàng)目 入方 /kJ 項(xiàng)目 出方 /kJ CH≡CH 0 CH≡CH HCl 0 HCl O2 0 O2 H2O 0 H2O 冷凝熱 鹽酸 鹽水吸熱 損失 Σ Σ 石墨預(yù)熱器 已知表 表 16 石墨預(yù)熱器物料衡算表 進(jìn)料 質(zhì)量 /kg W/% 出料 質(zhì)量 /kg W/% CH≡CH 20852 CH≡CH 20852 HCl HCl O2 O2 H2O H2O Σ Σ 進(jìn)料溫度： 13℃ ，出料溫度： 75℃ 以 13℃ 計(jì)算為基準(zhǔn) C 乙炔 = kJ(kg ℃ )1 C 氯化氫 = kJ(kg= 103kg 90％＝ 103kg 剩余的為聚氯乙稀溶液的質(zhì)量為 M 溶 ＝ M 料 － M 水 39。＋ M 除 ＝ 103kg＋ 103kg= 103kg=M’ 物料平衡 表 12 出料槽的 物料衡算表 進(jìn)料 質(zhì)量 / kg 出料 質(zhì)量 /kg 氯乙烯 103 pvc 103 水 103 氯乙烯 103 助劑 103 水 103 pvc 103 助劑 103 氯乙烯回收 103 Σ 103 Σ 103 汽提塔 圖 7 氣提塔 物料衡算方框圖 此 過(guò)程中回收剩余的占總量的 2％的氯乙烯單體，出料為料漿。+ M2+ M3＝ 103kg＋ 103kg＋ 103kg＋ ＝ 103kg 可得 M39。 聚合工段的物料計(jì)算 聚合釜 設(shè)生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量： 30 萬(wàn)噸；設(shè)一年開(kāi)工 300 天，每天分三批生產(chǎn)， 聚合物一般進(jìn)行到轉(zhuǎn)化率為 85%～ 90%（本設(shè)計(jì)中取 88%） 圖 5 聚合釜 物料衡算方框圖 （ 1）進(jìn)料計(jì)算 聚合總共所需單體量： M0=300000t/88%=每批生產(chǎn)所需的單體量： M1= 103kg/(330 3)= 103kg 其中無(wú)離子水：氯乙烯單體＝ ： 1 （參照?；纳a(chǎn)資料的數(shù)據(jù)） 所以：無(wú)離子水的質(zhì)量 ： M2= 103 = 103kg 此外：助劑質(zhì)量：氯乙烯單體質(zhì)量＝ ： 100 （參照?；瘮?shù)據(jù)） 所以：助劑質(zhì)量： M3= 103kg 5 104= 進(jìn) 料 的 總 質(zhì) 量 ： M= M1+ M2+ M3= 103kg+ 氯 乙烯 水 助劑 聚合釜 pvc 氯乙烯 水 助劑 氯乙烯單體損失 年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 19 103kg+ = 103kg （ 2）出料的計(jì)算 產(chǎn)生的聚合物的質(zhì)量： M139。 26） 95% % = CH≡CH ： 20852（ 195%） = CH3CHCl2:：（ 20852247。 H 2 C C H C l C H 2 HCC l nn x樹(shù)脂干燥器采用脈沖氣流干燥塔及旋風(fēng)干燥床，熱風(fēng)為干燥熱源，干燥好的 PVC 從圓盤(pán)振動(dòng)篩篩選后被羅茨鼓風(fēng)機(jī) 抽如料倉(cāng)。 年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 10 ﹣ 35℃鹽水系統(tǒng)。 (4) 精餾。 由乙炔工段送來(lái)的粗乙炔氣經(jīng)砂封與來(lái)自 HCL 工序的HCL 經(jīng)緩沖罐通過(guò)孔板流量計(jì)調(diào)節(jié)配比在混合器內(nèi)充分混合，進(jìn)入石墨冷卻器內(nèi)在﹣ 35℃鹽水下進(jìn)行冷卻到﹣ 14℃ 177。 經(jīng)破碎好的電石裝進(jìn)電石吊斗，推到提升口，由電動(dòng)葫蘆吊到三樓，送到發(fā)生器加料貯存，用 2N 置換其中的乙炔氣后，電石在繼續(xù)通 2N 的情況下，經(jīng)第一貯斗碟伐放入第二貯斗，第二貯斗電石經(jīng)過(guò)電磁振動(dòng)加料器加入發(fā)生器內(nèi)。聚合得到的 PVC 樹(shù)脂因不溶于溶劑而不斷析出。氯乙烯單體在乳化劑作用下，分散于水中形成乳液，再用水溶性的引發(fā)劑來(lái)引發(fā)，進(jìn)行聚合，乳液可用鹽類(lèi)使聚合物析出，再經(jīng)洗滌、干燥得到 PVC 樹(shù)脂粉末。 (2)懸浮聚合。 表 1 聚氯乙烯產(chǎn)品規(guī)格 序號(hào) 純度 單體含量 其它雜質(zhì) H2O PH 備注 精聚氯乙烯 ≥99% ≤ ≤ ≤ 優(yōu)級(jí)品 精聚氯乙烯 ≥98% ≤ ≤ ≤ 一等品 精聚氯乙烯 ≥97% ≤ ≤ ≤ 合格 年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 7 第三章 工藝路線的選擇和介紹 工藝路線的選擇 工藝概述 到目前為止， PVC 生產(chǎn)的聚合工藝主要 有 5 種，即懸浮、本體、乳液、微懸浮及溶液聚合工藝。主分散劑的作用是控制所得顆粒的大小，但也會(huì)影響 pvc 的孔隙率和某 些形態(tài)。 （ 4）在氯乙烯系統(tǒng)若有氧氣存在則生成過(guò)氧化物，給后處理造成困難。 (2)氯化氫極易溶于水而變成鹽酸，病強(qiáng)烈放熱。 電石 電石是由碳和氧化鈣（生石灰）在電阻電弧爐內(nèi)于高溫條件下化合而成的，所以它的化學(xué)名叫 碳化鈣，分子式 2aCC ，分子量 。隨著溫度的升高，樹(shù)脂由白色變?yōu)榈S色→深黃色→棕色→黑色。 （ 4） 水分 PVC 是極性聚合物，因而有一定的吸水性。 聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值為 40以上）、耐化學(xué)藥品性高（耐濃鹽酸、濃度為 90％的硫酸、濃度為 60％的硝酸和濃度為 20％的氫氧化鈉）、機(jī)械強(qiáng)度及電絕緣性良好的優(yōu)點(diǎn) 。軟質(zhì) PVC 多用來(lái)做成真空吸塑薄膜，用于各類(lèi)面板的表層包裝，所以又被稱(chēng)為裝飾膜、附膠膜，應(yīng)用于建材、包裝、醫(yī)藥 電線電纜 、薄膜和片材、 傳送帶、日用品（鞋、玩具、門(mén)簾、密封條 ）人造革 及箱包等 諸多行業(yè)。 PVC 為無(wú)定形聚合物，含結(jié)晶度 5%— 10%的微晶體，熔點(diǎn)為 175，目前商品化的 PVC 樹(shù)脂的平均相對(duì)分子質(zhì)量范圍在 105～ 106之間，國(guó)產(chǎn)通用型懸浮 PVCSG1～ SG8 型平均相對(duì)分子質(zhì)量則在 4 105～ 1 106之間。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代北京化工二廠、上海氯堿、天津大沽化工廠、錦西化工 廠等紛紛改進(jìn)，生產(chǎn)能力提高很大。在我們的日常生活領(lǐng)域中處處可見(jiàn)到 PVC 產(chǎn)品。 物理性質(zhì) （ 1）物理參數(shù) 中文 名稱(chēng)： 聚氯乙烯 英文名稱(chēng)： Polyvinyl chloride polymer 簡(jiǎn)稱(chēng)： PVC 熔點(diǎn)： 212℃ 導(dǎo)熱率 (λ )： W/m （ 5） 機(jī)械性質(zhì) PVC 抗沖擊強(qiáng)度很高，常溫下可達(dá)到 10MPa. （ 6） 溶解性質(zhì) 可溶于氯化苯、二氯乙烷、酯類(lèi)等，不溶于水、汽油 、酒精、氯乙烯中。 （ 3）光性能 純 pvc 在紫外線單色光的照射下顯示藍(lán)綠熒光色，在長(zhǎng)期光線照射下發(fā)生老化并使之色澤變暗。 （ 2） 18℃時(shí)的比重為 ，電石比重隨著 2aCC 含量的減少而增加。 (4)氯化氫是制造合成材料的重要原料，可用它來(lái)制造 PVC 等合成材料。 （ 5）氯乙烯性質(zhì)活潑，它能起加成反應(yīng)，易起聚合反應(yīng)，它能與丁二烯、乙烯、丙稀腈、醋酸乙烯、丙烯酸酯等共聚物。輔助分散劑主要是小分子表面活性劑和低水解度聚乙烯醇。 各種生產(chǎn)工藝介紹 (1)本體聚合 。選取不同的分散劑，可以得到顆粒結(jié)構(gòu)和形態(tài)不同的兩類(lèi)樹(shù)脂。 （ 4）微懸浮聚合 。乳液法是 生產(chǎn)糊樹(shù)脂的方法，工藝復(fù)雜、成本較高且樹(shù)脂質(zhì)量較差。 由發(fā)生器送來(lái)并經(jīng)冷卻的乙炔氣，經(jīng)水環(huán)壓縮機(jī)加壓到~ 左右，進(jìn)入第一、第二清凈塔， NaOCl溶液由泵打到第二清凈塔頂，從塔底流出再由泵打至第一清凈塔頂。 (2)合成轉(zhuǎn)化。由低沸塔進(jìn)入高沸塔的氯乙烯，經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制流量，減壓后進(jìn)入高沸塔。 在池內(nèi)加工業(yè)水，再加氯化鈣，將鹽水比重調(diào)制 ～ ，按需送鹽水蒸發(fā)器。經(jīng)脫水后的樹(shù)脂具有一定含水量，經(jīng)螺旋輸送器送入氣流干燥管，以 140～ 150℃熱風(fēng)為載體進(jìn)行第一段干燥，出口樹(shù)脂含水量小于 4%；再送入以 120℃熱風(fēng)為載體的沸騰床干燥器中進(jìn)行第二段干燥，得到含水量小于 %的聚氯乙烯樹(shù)脂。 CH≡CH ： 802kmol/h=20852kg/h HCl： O2： ： (3)混合器物料衡算表 表 2 混合器物料衡算表 進(jìn)料 質(zhì)量 /kg/h W/% 出料 質(zhì)量 /kg/h W/% CH≡CH 20852 CH≡CH 20852 HCl HCl O2 O2 乙炔 氯化氫 混合器 CH≡ CH HCl O2 H2O 游離氯（可忽略） 年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 13 H2O H2O 總物料 總物料 石墨冷卻器 圖 2 石墨冷卻器物料衡算方框圖 根據(jù)： 在石墨冷卻器中，用 35℃ 鹽水（尾氣冷凝器下水）間接冷卻， 來(lái)自混合器的 混合氣中水分一部分以 40%鹽酸的形式排出， 其它的 則夾帶 于 氣流中。 99） = O2： H2O： (3)轉(zhuǎn)化 器物料衡算表 表 6 轉(zhuǎn)化器物料衡算表 進(jìn)料 質(zhì)量 /kg W/% 出料 質(zhì)量 /kg W/% CH≡CH 20852 CH2=CHCl HCl CH≡CH O2 HCl CH≡ CH HCl O2 H2O 轉(zhuǎn)化器 CH2=CHCl HCl CH≡ CH O2 H2O CH3CHCl2 年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 16 H2O O2 H2O CH3CHCl2 Σ Σ 誤差分析：（ ） / 100%=% 故可行。= M1－ M139。 回收的氯乙烯單體的質(zhì)量： M 除 = 103kg 9%= 103kg 剩余聚氯乙稀單體質(zhì)量： M 留 ＝ 103kg－ 103kg＝ 103kg 出料為聚氯乙稀溶液，其質(zhì)量： M39。+ M2+ M3＝ 103＋ 103＋ ＝ 103kg 因?yàn)? M 除 39。 設(shè)混合 物 平均熱容近似等于各組分熱容與質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘積之和。 ℃ )1 C 水（冷凝熱） = kJ(kg ℃ )1 C 氧氣 = kJ(kg k)1 25— 80℃ 25— 160℃ 25— 80℃ 25— 160℃ C2H2 H2 HCl CH2CHCl — H2O CH3CHCl2 — O2