【正文】 算出了過程能量損耗，綜合兩者對設備進行了選型，最終選取了 24 個 33m3的聚 合釜，輸送泵采用 65Y100 2A 型， 電機功率 40KW，放置在貯罐液面下 ,軸功率： 。 根據《聚氯乙烯工藝學》并且結合本次設計的實際情況，選?。? )(1745 21 KmW ??? 聚合反應會產生大量的熱，若不能及時將多余的熱量帶走，便會對設備產生損害，影響產品質量，若持續(xù)升溫甚至會發(fā)生爆炸造成人員傷亡，這就要求聚合釜擁有良好 的散熱性能。ht 2=1031173055=108（ J）； QPVC=Cpvc△ t=10311730（ 5525） =108(J) △ Q 總 =△ QVC+△ Q 水 +△ Q 助劑 =1010+1010+108(J)=1010（ J） 聚合總熱量計算 溫度達到 50℃ ，記 Q3 為 VC、水、助劑、 PVC 的在 50℃ 時的總熱量， 則根據公式 Q=C 則在水溫由 25 升至 55 的過程中，根據能量計算公式： △ Q=Ct QVC1 =CVC= 234609（千克） 反應水油比選擇范圍為 ～ ，此處，選擇水油比為 則反應所需的用去離子水量為： 234609= 398836（千克） 生產中所需助劑的量為 5%，則助劑的用量為： 234609= 11730（千克） 通入反應釜的物質的總量為去離子水 398836 千克，氯乙烯 234609 千克以及助劑 11730 千克的質量之和，則進料的總質量為 : 398836+234609+11730=645175（千克） 前面所設氯乙烯的轉化率為 80%，則出料時未反應的氯乙烯占通入氯乙烯的20%，出料的氯乙烯質量為： 234609=46922（千克） 聚氯乙烯的量： 187500 千克 出料的質量為未轉化的氯乙烯 46922，所得產物聚氯乙烯 187500 千克，以及反應中所 加水 398836 千克和助劑質量 11730 千克之和，則出料的總質量為： 46922+187500+398836+11730=644998（千克） 對以上數據匯總可得： 16 能量衡算 物質在發(fā)生物理反應或者化學反應時，必然伴隨著能量的增加 或者減少，因此能量衡算是化工生產設計的一個重要步驟。如有需要，可用氮氣排除多余的空氣； ，排除反應釜內的氧氣，然后升至能夠發(fā)生聚合的溫度，加入單體，使其發(fā)生聚合 [8]。圖 3 即為聚合釜內溫度控制的工藝流程圖： 圖 3 聚合釜內溫度控制的工藝流程圖 13 圖中 ,夾套進口與出口溫度平均值即為夾套溫度 ,聚合釜上部與下部溫度平均值即為聚合釜溫度。 （ 3） 第三種是在將結垢抑制劑加入到聚合體系中，此種方法可以大幅度減少單體在反應釜內壁的粘附，但同時結垢抑制劑的質量會影響聚氯乙烯成品的質量，相當于引入了雜質。 隨著聚合釜儲存的增大，聚合反應所產生熱量也在升高，因此，進一步需要解決的便是如何優(yōu)化散熱。除此之外，各國廠商也致力于防粘釜的研究，并且在如何減少產物的雜質含量，提高樹脂品質，以及如何生產中減少人力的投入方面的研究也取得了較大的進展。然而，我國的煤炭資源相對來說卻豐富的多，這就為乙炔法生產技術的實施提供了得天獨厚的條件，并且通過與國外廠家、學者的交流與學習以及大型先進設備的投資與引進，我國乙炔法生產聚氯乙烯的水平也在日益提升，不僅在產量與產品的質量方面取得了巨大的突破，而且較之前相比，單體的利用率大幅度增高，因此能源浪費率和對環(huán)境的污染程度也大大降低。但是在中國，乙烯非常稀缺，因此價格也頗為昂貴，并且，乙烯法工藝中所需要的氧氯化裝置的也許廠商的大力改動，因此，對于一些中小企業(yè)來說，由傳統(tǒng)的乙炔法 向現代環(huán)保的乙烯法轉型具有一定挑戰(zhàn)。跨國公司的盛行使中國所面對的競爭壓力日益增長，中外合資是克服多種生產技術壁壘、保障需求平衡、增強競爭力的有效途徑。其次，與歐美一些發(fā)達國家以及日本等地區(qū)比較而言，大陸內部企業(yè)所生產出來的 PVC產品質量在方面并不占優(yōu)勢。 3 表 2 1996— 20xx 年國內 PVC 供需狀況 年份 產能 國內產量/ 進口量 / 出口量 / 表觀消費率 % 消費增長率 % 國內自給率 % 1996 2088 1438 586 21 20xx 17..4 1997 2166 1536 783 30 2289 1998 2200 1557 1171 14 2714 1999 2702 1917 1304 9 3212 20xx 3100 2646 1445 41 4050 20xx 3600 2877 1916 36 4757 20xx 4000 3389 1706 17 5078 20xx 5250 4243 1759 23 5979 20xx 6650 5090 1630 17 6703 20xx 9270 6650 1310 119 7841 20xx 11580 8240 1147 460 8927 20xx 13540 9717 1101 712 10106 總的來說，我國聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展能否對國民經濟產生一定的影響仍然受到多種因素的制約，因此，國內聚氯乙烯在前幾年仍處于騎虎難下的整合狀態(tài)。而前幾年的情況來看，中國自身的聚氯乙烯產能不足問題日益加劇，出口也受到阻礙，因此進口的比重有增無減。作為一種通用的合成樹脂，聚 氯乙烯的在世界范圍內的需求及生產量緊緊尾隨塑料之王 聚乙烯，位居第二。根據目前的工業(yè)生產工藝，一般可將 PVC 的分子量范圍控制在四萬至十三萬之間，擁有可觀的多分散性，并且隨著聚合反應所處溫度的降低，得到產物的分子量是增大的。 本文著重介紹的是聚氯乙烯的聚合生產工藝，首先是生產工藝過程中能量、物料的衡算，然后根據計算所得數據以及聚氯乙烯反應特性對各部分配件進行做出最優(yōu)選擇，配件包括聚合釜、干燥器、管頭以及泵等。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 Hefei University 畢業(yè)設計（論文） B ACH ELO R DIS S ERTATIO N 論文題目： 年產 15 萬噸 PVC 樹脂合成工藝設計 學位類別： 工學學位 學科專業(yè)： 粉體材料科學與工程 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。計算與實際情況綜合考慮，本次設計需要 33m3的聚合釜 24 個，輸送泵則采用 65Y100 2A 型，之后則對干燥部分所需的空氣流量等進行了計算。聚氯乙烯沒有明確的熔點，其軟化范圍為 80 至 85℃， 130℃左右開始轉變?yōu)檎硰棏B(tài)，溫度升至 160℃ 至 180℃ 后呈現粘流態(tài)。除此之外，鑒于其優(yōu)良的物理性能、化學性能，聚氯乙烯在氯堿工業(yè)中的地位也不可小覷。這使得聚氯乙烯工業(yè)的產業(yè)鏈出現問題，如開工率整體較低，中下游需求緩慢的增長率也使得國產聚氯乙烯的市場價格難以提高，并且波動范圍較窄。 表 3 20xx 年世界 PVC 生產能力分布 地區(qū) 全球 北美 西歐 中歐 亞洲（除中國） 中國 其他 能力/kt/a 39500 8200 6800 20xx 9000 10585 2900 所占比例 /% 100 國外需求量與生產量研究 隨著科技的進步，世界的聚氯乙烯生產能力的逐步增長也是毋 庸置疑的，如表 3,20xx 年全球 PVC 生產能力已經達到 39500/kt/a，主要生產地為北美與亞洲 4 （除中國），生產量為 820kt/a0 和 9000kt/a，分別占到全球生產總量的 %與 %，表中也給出了一個令人震驚的數字，僅中國的聚氯乙烯的生產量就達到了 10585kt/a，比重 ,占到了世界生產總量的 %。有相關專業(yè)人士表明，在以國家和地區(qū) 生產能力 產量 進口量 出口量 消費量 非洲 亞洲 中東歐 中東 北美 大洋洲 中南美洲 西歐 合計 5 后的數年中，國內聚氯乙烯行業(yè)的發(fā)展呈現如下趨勢： ，企業(yè)經濟效益的增長需要依靠生產工藝的多元化以及 生產技術的先進性。 國內外生產方法探究 PVC 是一種頭 — 尾鏈接的高分子機構，分子量一般在 500~20xx0，但由于在聚合反應 中不可避免會發(fā)生副反應，因此大分子鏈上除了頭尾鏈接外，還存在少量的少數的頭頭相連而形成不飽和雙鍵，此外，反應過程中的脫氯化氫會產生叔碳原子（含有氯原子），氧化反應產生支鏈以及含氧基團等。在西部地區(qū)，電石資源豐富，在某種程度上帶動了電石法的發(fā)展，電石法成為諸多廠商所關注的熱點。然而，在生產過程中的最棘手的問題就是如何處理廢棄的電石渣，經過我國科研人員與廠家之 間的不斷努力，形成了電石渣再生產利用一條產業(yè)鏈，將電石渣制成磚塊等建筑材料使得乙炔法成為乙烯法未能全面使用時的一種長效可替代方法。 本體法較懸浮法而言，應用主要集中 在西歐地區(qū)，并且此項專利頒發(fā)給了法國的阿托公司。在優(yōu)化散熱方面，國外主要采用回流冷凝，水冷弧形擋板以及底伸式攪拌模式，不僅能夠使物料分散得更加均勻，也增加了傳熱 面積，從而優(yōu)化了散熱。 因此，如果能單純從物理方面阻止粘附即可克服上述三種方法的不足經過不斷的探索與研究，現在已經有公司設 計出一種雙攪拌聚合釜，這種聚合釜在反應 12 釜的最底端和反應釜的頂端各安裝了一個攪拌器，并且頂端與底端的攪拌器的分布于反應釜的對角線上。 溫度控制方法 聚合釜內的溫度控制可以劃分為三個步驟。 所需單體 —— 氯乙烯純度 % 氯乙烯單體的轉化率 80% 聚合反應釜的投料比 ，反應時間 10 小時 冷卻水的溫度為 10℃ 物料的計算 根據上述所給條件，進料所需要的時間為 2 小時，出料所需時間為兩小時，發(fā)生聚合所需時間為六小時，一個周期共需十個小時。能量衡算直接關系到設備的型號、臺數的選擇以及物料通入的速度，合理的能量衡算不僅可以提高聚合產品的質量，而且可以降低企業(yè)生產成本 [9]。m VCmm mPVC ℃ ）］ KF（㎡ /? ） F/V KF/V 7m3 搪瓷釜 200 3500 500 14m3 搪瓷釜 26 360 9360 670 合不銹鋼釜 200～ 300 6900～ 10350 510～ 770 33m3 復合不銹鋼釜 67 500～ 550 3350～ 36800 2 100～ 11000 80m3 釜 107 480 520xx 650 其中 KF/V 的值代表反應釜的傳熱性能，由表可知， 33m3 反應釜的傳熱性能較其他類型優(yōu)異，因此決定一般選用此類型的反應釜作為本次設計的反應釜。目前反應釜的散熱系數一般處于： )(5 8 2 0~5 8 2 2 KmW ? 散熱性能較好的反應釜的外壁給熱系數則能達到： )(3 4 8 9~2 3 2 6 2 KmW ? 經查閱相關文獻與實際所得數據相結合，選?。? )(3 4 8 9 22 KmW ??? 不繡鋼熱阻、粘釜物（ PVC）熱阻及水垢熱阻為釜壁熱阻主要組成部分。 31 參考文獻 [1] 川島義 一， 張弘 .聚氯乙烯類熱塑行彈性體 [J]， 橡膠參考資料 ， 1986， ，： 1119. 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