【正文】 能量衡算在新設(shè)計(jì)的生產(chǎn)車間，能量衡算的主要目的是確定設(shè)備的熱負(fù)荷。則包裝入庫的絕干PVC樹脂量為：=。 氣流干燥部分物料衡算一覽表物料名稱進(jìn)料kg/h出料kg/hPVC水PVC損失 0脫走水分 0合計(jì) 沸騰干燥部分物料衡算 物料平衡圖。對(duì)離心部分做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的?！?，105℃時(shí)的汽化熱ΔHVCM= kJ /mol 水蒸氣：℃= kJ/kg 物料衡算表?！娣磻?yīng)時(shí)間：7h原輔材料：脫鹽水，單體氯乙烯(VCM)，分散劑聚乙烯醇(PVC)，PH調(diào)節(jié)劑碳酸氫銨和氨水，聚合物分子量調(diào)節(jié)劑(巰基乙醇)，引發(fā)劑過氧化二碳酸二乙基己酯(EHP)和過氧化二碳酸二異丙酯(IPP)，防粘釜?jiǎng)K止劑二乙基羥胺(DEHA)，緩釋阻垢劑(H9)，堿液(40%)等。在化學(xué)工程中，設(shè)計(jì)或改造工藝流程和設(shè)備，了解和控制生產(chǎn)操作過程，核算生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效益，確定主副產(chǎn)品的產(chǎn)率，確定原材料消耗定額，確定生產(chǎn)過程的耗損量，便于技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)有的工藝過程進(jìn)行分析，選擇最有效的工藝路線，確定設(shè)備容量、數(shù)量及主要尺寸，對(duì)設(shè)備進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)以及確定最佳操作條件等都要進(jìn)行物料衡算。噴涂完畢后，根據(jù)配方量，在攪拌下，首先開始加入脫鹽水，然后依次開始VCM和分散劑、引發(fā)劑等物料的加入。臥式多室內(nèi)加熱沸騰床干燥流程簡述如下：由離心機(jī)分離出的濕基物料經(jīng)破碎機(jī)破碎后均勻加入干燥床前部，由空氣吸入筒來的清凈空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器(用母液水預(yù)熱)預(yù)熱到一定溫度后進(jìn)入空氣過濾器，然后由鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)空氣加熱器(蒸汽加熱)升至一定溫度后送人干燥床底部風(fēng)室。母液水的熱能可用于干燥空氣的預(yù)熱及入料水的預(yù)熱等。樹脂漿料進(jìn)行離心脫水前，應(yīng)盡量使?jié){料濃度均勻，故離心槽應(yīng)設(shè)置攪拌裝置。 氣提系統(tǒng)[20]本設(shè)計(jì)采用塔式汽提。聚合需要時(shí)，回收VCM與新鮮VCM按一定比例混合使用。 135m3聚合釜結(jié)構(gòu)示意圖(2) 規(guī)格：釜內(nèi)直徑4200mm，釜直通高度8510mm，容積135m3。氯乙烯的懸浮聚合是將液態(tài)的氯乙烯在攪拌的作用下分散成液滴(約50μm)，懸浮在溶有分散劑的水介質(zhì)中，在水中形成分散和聚并動(dòng)態(tài)平衡的小液滴，每個(gè)液滴相當(dāng)于一個(gè)聚合體系，溶于單體的引發(fā)劑在聚合溫度下分解成自由基，引發(fā)氯乙烯單體的聚合。根據(jù)需要還可加入無機(jī)填料、抗沖改性劑和顏料等。在聚合系統(tǒng)中加人PH調(diào)節(jié)劑碳酸氫銨，維持釜內(nèi)體系的PH值在中性范圍，確保分散劑和聚合體系的穩(wěn)定性，使PVC樹脂具有較好的粒度。包永忠等[24]通過研究聚乙烯醇助分散劑對(duì)懸浮聚氯乙烯樹脂顆粒特性的影響發(fā)現(xiàn)，在復(fù)合主分散劑PVA/HPMC(羥丙基甲基纖維素)基礎(chǔ)上加入LM22(聚乙烯醇助分散劑)助分散劑，隨著含量增加分散體系水溶液—三氯乙烯界面張力和保膠能力降低，PVC樹脂的平均粒徑和增塑劑吸收量增加，PVC樹脂顆粒表面粗糙度增加并逐漸出現(xiàn)少皮膜的表層結(jié)構(gòu)，顆粒內(nèi)部孔隙率增加，初級(jí)粒子聚集程度降低，顆粒內(nèi)部孔徑分布變窄。一般入料純水通過真空脫氧后加入聚合釜。乙炔含有叁鍵，氫原子又活潑，既可以和游離基加成，又可發(fā)生氫原子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，這種轉(zhuǎn)移反應(yīng)速率比單體髙，但產(chǎn)生游離基的活性都比較低。目前，大釜技術(shù)和先進(jìn)的除熱手段在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，容積為200m3的聚合釜已屢見不鮮。另外，為進(jìn)一步提高懸浮法生產(chǎn)的通用樹脂和專用樹脂的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的專用化、市場(chǎng)化水平，國外廠家在聚合工藝的工藝條件及配料體系等方面做了大量的研究工作，進(jìn)一步提高了聚合轉(zhuǎn)化率，縮短了聚合周期，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也開發(fā)出一系列性能好、易于加工的PVC專用樹脂如：超高(或超低)聚合度樹脂、高表觀密度樹脂、無皮樹脂、耐輻射樹脂、醫(yī)用樹脂、耐熱樹脂等。工藝特點(diǎn)：懸浮聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂的一般工藝過程是在清理后的聚合釜中加入水和懸浮劑、抗氧劑，然后加入氯乙烯單體，在去離子水中攪拌，將單體分散成小液滴，這些小液滴由保護(hù)膠加以穩(wěn)定，并加入可溶于單體的引發(fā)劑或引發(fā)劑乳液，保持反應(yīng)過程中的反應(yīng)速度平穩(wěn)，然后升溫聚合，一般聚合溫度在45~70℃之間。當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到60%~85%(根據(jù)配方而定)時(shí)終止反應(yīng)，并在聚合釜中脫氣、回收未反應(yīng)的單體，而后在釜內(nèi)汽提，進(jìn)一步脫除殘留在PVC粉料中的VCM，最后經(jīng)風(fēng)送系統(tǒng)將釜內(nèi)PVC粉料送往分級(jí)、均化和包裝工序。引發(fā)劑的種類雖然依然還是偶氮化合物類、有機(jī)過氧化物類、無機(jī)過氧化類以及氧化還原體系等，但其品種的研究開發(fā)十分活躍，性能也不斷得到拓展。產(chǎn)品粒度分布窄，品均粒度為130~150μm。第二反應(yīng)器的長徑比為5:1，材質(zhì)為碳鋼搪瓷，0~20o斜臥放置。赫斯特(Hoechst)公司開發(fā)的連續(xù)懸浮聚合工藝、意大利阿托公司以法國PechinenSaintGobain的兩段法本體合工藝，具有較為鮮明的傳統(tǒng)技術(shù)特色。操作時(shí)，該結(jié)構(gòu)一方面可使反應(yīng)器頂部只存有少量氣相物，從而減小了氣液相界面；另一方面，該氣相部分還具有聚合壓力安全緩沖裝置的作用。每噴涂一次，可以連續(xù)350～500釜次不用人工清釜。日箭(Sun Arrow)擁有多牌號(hào)產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)。青島海晶化工集團(tuán)有限公司于2001年成功開發(fā)了1套工藝技術(shù)先進(jìn)、操作簡單方便、投資經(jīng)濟(jì)合理、居國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平的聚氯乙烯裝置，使公司聚氯乙烯裝置產(chǎn)能由4萬t/a擴(kuò)大至8萬t/a[14]。內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司40萬t PVC項(xiàng)目采用懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯，有聚合、干燥、成品三大裝置。2006年我國PVC產(chǎn)業(yè)保持快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，全年產(chǎn)能1099萬噸，整體供求關(guān)系發(fā)生了較大的變化[5]。PVC溶解在丙酮二硫化碳或丙酮苯混合溶劑中，用于干法紡絲或濕法紡絲而成纖維，稱氯綸。它是由氯乙烯在引發(fā)劑作用下聚合而成的熱塑性樹脂，是氯乙烯的均聚物。自1997年以來，聚氯乙烯的產(chǎn)量以3%/a速度遞增。 國內(nèi)外聚氯乙烯懸浮聚合的工藝進(jìn)展經(jīng)過長期的不懈努力，PVC生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)取得了較大進(jìn)展。懸浮法PVC大型生產(chǎn)裝置成套工藝技術(shù)是北京化二股份有限公司(以下簡稱北京化二)在消化吸收數(shù)套國外引進(jìn)裝置的基礎(chǔ)上，汲取多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合我國的實(shí)際情況而自主研制開發(fā)的工藝技術(shù)。赫斯特(Hoechst)公司的懸浮聚合技術(shù)和密閉聚合釜技術(shù)、許爾斯(Werke Huls)公司的懸浮聚合技術(shù)以及法國阿托(ATO)化學(xué)公司懸浮聚合汽提技術(shù)目前居于世界領(lǐng)先地位。對(duì)于懸浮聚合工藝主要發(fā)展方向是積極開發(fā)連續(xù)懸浮聚合工藝流程，并已取得許多重要成就。目前，平均清釜周期多數(shù)己達(dá)100～500釜次。第二反應(yīng)器的熱負(fù)荷較大，其聚合熱采用冷卻夾套換熱方式。工藝目標(biāo)是獲得窄的粒度分布。第三反應(yīng)器與第一聚合釜結(jié)構(gòu)及放置方式均相同，但材質(zhì)為不銹鋼，夾套除熱，攪拌速度為50r/min。第一反應(yīng)器反應(yīng)溫度控制為25~26℃，以獲得低的單體轉(zhuǎn)化率(小于1%)，防止形成粘壁物。其中以懸浮法生產(chǎn)的PVC占PVC總產(chǎn)量的近90%，在PVC生產(chǎn)中占重要地位，近年來，該技術(shù)已取得突破性進(jìn)展。第二階段將聚氯乙烯膠乳，經(jīng)噴霧干燥得到產(chǎn)品聚氯乙烯糊樹脂，它是初級(jí)粒子聚集而成得的直徑為1~100181。采用兩步法聚合的優(yōu)點(diǎn)是顯著縮短了聚合周期，生產(chǎn)出的樹脂具有良好的凝膠性能、模塑性能和機(jī)械強(qiáng)度。 懸浮聚合生產(chǎn)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(jīng)濟(jì)迅速等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，但存在工藝靈活性差、產(chǎn)品品種單一等不足。單釜效率己達(dá)到或超過原來的3倍。 高沸物的影響[23]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(zhuǎn)移劑，會(huì)降低聚合速率和PVC的聚合度。此外，鐵還會(huì)影響產(chǎn)品的均勻度。引發(fā)劑用量太少，反應(yīng)速率慢，聚合時(shí)間長，設(shè)備利用率低。一般說來，當(dāng)聚合溫度波動(dòng)2℃時(shí)，平均聚合度相差366。采用表面改性的無機(jī)熱穩(wěn)定劑的聚合延緩現(xiàn)象在一定程度上得以遏制。135 m3聚合釜是目前國內(nèi)用于PVC生產(chǎn)裝置中容積較大，生產(chǎn)強(qiáng)度較高的聚合釜，其攪拌、傳動(dòng)、傳熱等系統(tǒng)都采取了合理先進(jìn)的配置，與化工工藝用于懸浮法生產(chǎn)PVC樹脂，可實(shí)現(xiàn)全過程的微機(jī)控制。內(nèi)冷擋板直徑323mm，體外冷凝器換熱面積340m2，聚合釜夾套和內(nèi)冷擋板采用22℃冷水，體外冷凝器采用32℃循環(huán)水。壓縮冷凝回收VCM單體工藝流程為：來自聚合釜未反應(yīng)VCM單體氣體由外管進(jìn)入泡沫捕集器途中滴加氣相阻聚劑，然后進(jìn)入泡沫捕集器，再進(jìn)入單體過濾器，過濾后的氯乙烯氣體進(jìn)入水環(huán)壓縮機(jī)，再進(jìn)入一級(jí)冷卻器，不凝氣進(jìn)入二級(jí)冷卻器，冷凝液進(jìn)入單體氣液分離器，經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥進(jìn)入單體貯槽，二級(jí)冷卻器冷凝液直接進(jìn)入單體貯槽，二級(jí)冷卻器不凝氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥取樣合格后送到氣柜。高溫物料在塔內(nèi)短時(shí)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(chǎn)品質(zhì)量，從而滿足了大規(guī)模、高標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的要求。樹脂的進(jìn)料溫度一般在75℃以下，否則會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)器的主軸承、內(nèi)部螺旋輸送器的軸承和差速器的使用壽命。 PVC樹脂的干燥系統(tǒng)[20]本設(shè)計(jì)采用氣流塔—沸騰床二段熱風(fēng)干燥技術(shù)。物料在干燥床內(nèi)沸騰，達(dá)到一定高度時(shí)從床末端溢流口流出，經(jīng)旋轉(zhuǎn)加料器由一次輸送風(fēng)機(jī)引至旋風(fēng)分離器，分離下來的物料經(jīng)旋轉(zhuǎn)加料器、孔板流量計(jì)送至成品振動(dòng)篩，篩分后進(jìn)入輸送料斗由旋轉(zhuǎn)加料器送至二次輸送管線，由二次輸送風(fēng)機(jī)(羅茨鼓風(fēng)機(jī))送至成品料倉，進(jìn)行包裝入庫。聚合反應(yīng)熱量通過聚合釜夾套、內(nèi)冷擋板和冷凝器撤出，通過采用集散式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和先進(jìn)的溫度控制方案，非常精確地將聚合溫度維持在設(shè)定點(diǎn)，當(dāng)聚合達(dá)到適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)化率時(shí)（大約85%左右），加入終止劑，終止聚合反應(yīng)[30]。 有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定[31,34]生產(chǎn)規(guī)模：105t則VCM單體的投料量為： kg/B脫鹽水的質(zhì)量為： M2==105 kg/B引發(fā)劑的質(zhì)量為： M3= M1=終止劑的質(zhì)量為： M4= M1=分散劑的質(zhì)量為： M5= M1= kg/BPH緩沖劑質(zhì)量為： M6= M1=反應(yīng)調(diào)節(jié)劑的質(zhì)量為： M7= M1= kg/B防粘釜?jiǎng)┑馁|(zhì)量為：M8= M1= kg/BM1+M2+M3+ M4+ M5+M6 + M7+M8= kg/B 所生成的PVC質(zhì)量為：M9== kg/B損失PVC的質(zhì)量為： M損==對(duì)聚合釜做物料衡算知：M1=M9+ M損+ M10 () ，可知計(jì)算物料衡算結(jié)果是正確的。根據(jù)全年的生產(chǎn)任務(wù)和生產(chǎn)時(shí)間可以求出每小時(shí)生產(chǎn)的PVC量為：M1=104kg/h考慮到聚合釜和混料槽內(nèi)PVC的損失，則進(jìn)入汽提塔內(nèi)樹脂量為：M3=以M3為基準(zhǔn)求出汽提塔進(jìn)料中其他各組分相應(yīng)的量：因此進(jìn)入汽提塔內(nèi)的水量為：M3/= kg/h進(jìn)入汽提塔內(nèi)的其它助劑為：M3/=進(jìn)入汽提塔內(nèi)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(shè)定出料中VCM含量為17mg/kg，故出料中含VCM的量為：17106=查閱相關(guān)文獻(xiàn)可設(shè)定如下條件：塔頂溫度80℃，塔底溫度105℃。1000= /h= 對(duì)汽提塔做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的。氣流干燥 PVC PVC H2O H2O 脫去水 損失PVC 氣流干燥部分物料平衡圖 干燥前后各物質(zhì)的質(zhì)量計(jì)算[31]氣流干燥損失的PVC量為：104= kg/h。%則含水量為：。 篩分包裝部分物料衡算一覽表物料名稱進(jìn)料 kg/h出料kg/hPVCPVC損失0合計(jì) 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(jì)算標(biāo)準(zhǔn)為kg/B，由前面計(jì)算結(jié)果可知：投入VCM單體的量為：105 kg/B，經(jīng)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。本設(shè)計(jì)中由于混料、離心、包裝部分的熱量衡算對(duì)后續(xù)工藝設(shè)計(jì)的影響較小，在此不作具體計(jì)算?！?，105℃時(shí)的汽化熱ΔHVCM= kJ /mol，水蒸氣：℃= kJ/kg 氣流干燥部分的相關(guān)數(shù)據(jù)[31,34,38]濕物料預(yù)熱后進(jìn)口溫度：55℃(含水23%)；產(chǎn)品PVC出口溫度： 75℃(含水3%)；空氣預(yù)熱后的溫度：145℃；空氣離開干燥器的溫度：85℃；絕干PVC的熱容：cm=(kg℃)氣體的焓為：i0=(+) +2490 = kJ/ kg(干空氣)h1補(bǔ)充的熱量 Q補(bǔ)= Q1 +Q2 +Q3+Q損－Q = kJK) ，CP,H2O= kJ/(kg 水和氯乙烯的部分物性參數(shù)[34,37]溫度/℃水的密度/(kg/m3)氯乙烯的密度/(g/cm3)5060 在55℃時(shí)由內(nèi)插法可得：水的密度：ρ水= kg/m3，ρVCM= g/cm3由于PVC在此溫度下的密度為：ρPVC=1400 kg/m3，可知在反應(yīng)過程中每批的最大體積為：。葉片厚度b=(~) Dj ()，則可設(shè)b==315 mm。3. 聚合后的物料出料管口通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)定原料進(jìn)口的速度為u2= m/s，可知出料管直徑的計(jì)算公式為：d22= ( nT2560u2) () VRˊ=+M1(+(1－)/)= mm，則知：d2= mm選用黃銅管，圓整為146mm3mm。接口采用89mm，接管與封頭內(nèi)表面磨平。若設(shè)定進(jìn)入混料槽時(shí)的溫度為50℃，由相關(guān)文獻(xiàn)可知ρ水= kg/m3，ρVCM= g/cm3，ρPVC=1390 kg/m3，粗略估計(jì)進(jìn)入混料槽的物料的體積為：V混料=+100240/+。25=≈5 (個(gè))，為確保設(shè)備維修是不影響生產(chǎn)，選用一臺(tái)備用機(jī)，所以本設(shè)計(jì)選6個(gè)汽提塔。由上可知滿足生產(chǎn)所需的臺(tái)數(shù)n3=(+) 247。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，可知對(duì)于PVC懸浮聚合的系統(tǒng)，考慮效益，最合適的氣流干燥床為型號(hào)為MQG—1500具體參數(shù)如下：水分蒸發(fā)量：150