年產(chǎn)75萬(wàn)tpvc干燥聚合工序的初步設(shè)計(jì)——畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-04-03 21:38 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 表 1 四種主要聚合工藝的特性 項(xiàng) 目 懸浮法 本體法 乳液法 微懸浮法 工業(yè)類型 間歇 間歇 間歇 間歇 9 生產(chǎn)能力 /（萬(wàn)噸 /年） 20 10 5 5 反應(yīng)器 / m3 6133 第一 第二 138 563 635 635 項(xiàng) 目 懸浮法 本體法 乳液法 微懸浮法 類型 效率 /（ t/am3） 反應(yīng)條件 立式 251 立式 283 立式 238 立式 238 溫度 /℃ 57 67 70 52 50 時(shí)間 /h 10 批量時(shí)間 /h 轉(zhuǎn)化率 /% 總收率 /% 聚合場(chǎng)所 液滴內(nèi) 本體內(nèi) 膠束和乳膠粒內(nèi) 溶液內(nèi) 生產(chǎn)特性 散熱容易，間歇生產(chǎn)，須有分離、洗滌、干燥等工序 熱不易散出，間歇生產(chǎn)，設(shè)備簡(jiǎn)單，宜制板材和塑材 散熱較容易，可連續(xù)生產(chǎn)，制 成固體樹(shù)脂時(shí)，需經(jīng)過(guò)冷凝、洗滌、干燥等工序 散熱容易，可連續(xù)生產(chǎn)，不宜制成干燥粉狀或粒型樹(shù)脂 產(chǎn)物特性 比較純凈，可能留有少量分散劑 聚合物純凈，宜于生產(chǎn)透明淺色制品，分子量分布較寬 留有少量乳化劑和其它助劑 一般聚合液 直接使用 設(shè)計(jì)依據(jù) 《設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)》北京化工大學(xué) 10 《化工設(shè)計(jì)》化學(xué)工業(yè)出版社 《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作手冊(cè)》北京化工大學(xué) 《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》化學(xué)工業(yè)出版社 《輕化工廠設(shè)計(jì)概論》中國(guó)輕化工業(yè)出版社 《化工容器及設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》 設(shè)計(jì)規(guī)模及原料與產(chǎn)品規(guī)格 設(shè)計(jì)規(guī)模 本廠的設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn) 萬(wàn)噸聚氯乙烯，年實(shí)際工作日為 300 天，間歇操作，每天兩批。 主要原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo) 1． 聚氯乙烯配方： 表 2 聚氯乙烯生產(chǎn)配方 [5] 原 料 名 稱 相對(duì)分子質(zhì)量 摩 爾 比 質(zhì) 量 /kg 投 料 量 /kg 氯乙烯 100 軟水 200 聚乙烯醇 IPP（引發(fā)劑） 103 抗魚(yú)眼劑 由于用量較少，故可忽略不計(jì) 防粘釜?jiǎng)? 丙酮縮 氨基硫脲（ 終止劑） 2． 聚氯乙烯 懸 浮聚合操作周期： 表 3 聚氯乙烯生產(chǎn)操作周期 [5] 操 作 時(shí) 間 （ h） 水相加料 11 抽真空 加 VCM 加熱至 60℃ 1 持溫聚合 7 回收單體 1 出料 清釜 合 計(jì) 12 3． 相 關(guān) 技 術(shù) 指 標(biāo) 表 4 聚氯乙烯生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)指標(biāo) [5] 項(xiàng)目?jī)?nèi)容 技術(shù)指標(biāo) 項(xiàng)目?jī)?nèi)容 技術(shù)指標(biāo) 聚合物處理?yè)p失率 2% 聚合率 83% 水相及聚氯乙烯 溶液中溶解 VC 量 3% 氯乙烯單體純度 % 聚合物含水量 % 聚合度 700 4． 相 關(guān) 控制指 標(biāo) ： 表 5 聚氯乙烯生產(chǎn)相關(guān)控制指標(biāo) [6] 項(xiàng)目?jī)?nèi)容 技術(shù)指標(biāo) 項(xiàng)目?jī)?nèi)容 技術(shù)指標(biāo) 新鮮單體貯槽 液位 30~70% 回收單 體貯槽 液位 ≤70% 壓力 ＜ 溫度 0~30℃ 溫度 ＜ 25℃ 壓力 0~ MPa 無(wú)離子水貯槽 液位 60~80% 循環(huán)水總管 壓力 溫度 ＜ 35℃ 溫度 ≤30℃ 分散劑 壓力 引發(fā)劑 壓力 聚合釜 溫度 ≤60℃ 循環(huán)水 壓力 壓力 ≤1MPa 溫度 ≤30℃ 12 2 工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算 工藝 流程簡(jiǎn)介 懸浮聚合過(guò)程是向聚合釜中加入無(wú)離子水和懸浮劑，加入引發(fā)劑后密封聚合釜， 真空脫除釜內(nèi)空氣和溶于物料中的氧，然后加入單體氯乙烯之后開(kāi)始升溫、攪拌、反應(yīng)開(kāi)始后維持溫度在 50℃ 左右， 壓力 ，當(dāng)轉(zhuǎn) 化率 達(dá) 到 70%左 右開(kāi)始 降壓 ，在 壓力 降至 時(shí) 即可停止反 應(yīng) 。聚合完 畢 后抽出未 反 應(yīng)單 體、 漿 料進(jìn) 行氣提，回收氯乙烯 單 體。抽出氣體后的 漿 料 進(jìn) 行離心分離，使氯乙烯含水 25%，再 進(jìn) 入干燥器干燥至含水 %%， 過(guò)篩 后即得 產(chǎn) 品。 聚合釜中，使用表面 張 力和用量均 較 小的分散 劑 ，聚合的中后期采用高速 攪 拌，有利于生成體 積較 大、表面膨 脹、 表皮多孔、 內(nèi) 部疏松的 樹(shù) 脂 顆 粒 —— 疏松型 樹(shù) 脂。反之， 則生 成 緊 密型 樹(shù) 脂 [7]。 工藝流程操作步驟 （ 1） 在清洗好的不 銹鋼 聚合釜中，打入 軟 水、聚乙烯醇、氯乙烯 單 體和引 發(fā)劑過(guò) 氧化二碳酸二異丙酯 （ IPP） ，抗 魚(yú) 眼 劑 ，防粘釜 劑 ， 夾 套通入蒸汽，使聚合釜 內(nèi)升溫至 5060℃ 進(jìn) 行聚合反 應(yīng) 。反 應(yīng) 放 熱開(kāi)始 后于 夾 套中通 入工業(yè) 水及 5℃ 水以 調(diào)節(jié) 聚合 溫 度。 （ 2） 反 應(yīng) 69h 后即有 85%90%單 體氯乙烯聚合，借釜 內(nèi)壓力壓至 沉析槽，釜 內(nèi)殘余 氯乙烯以灌水排氣法回收至氣柜。 樹(shù) 脂 懸 浮 液進(jìn) 入沉析槽后， 回收單 體氯乙烯。該懸 浮液 經(jīng) 離心機(jī) 脫 水，得到含水 10%—15%的 濕樹(shù) 脂， 經(jīng)過(guò) 螺旋加料器送入氣流干燥管 內(nèi) ，以 150~160℃ 熱風(fēng) 吹送至旋 風(fēng) 分離器 組 分離， 樹(shù) 脂含水降至 1%左右。 （ 3） 經(jīng) 料柱 閥 加入 沸騰 干燥器在 100~120℃ 下 進(jìn) 一步干燥至含水 %，溢流物料再 經(jīng) 文氏加料器吸入冷 風(fēng) 管冷 卻 至 40~50℃ ， 經(jīng)旋風(fēng) 分離器分離，加入 滾 筒 篩篩去粗料（大于 40 目）， 進(jìn) 行 包裝 。 13 工藝流程 簡(jiǎn)圖 無(wú)離子水 助劑 殘 留 單 體 熱 空氣 ???? ?? 氯乙烯單體 懸 浮聚合 ?? ?? 料漿 單 體 貯 槽 ?? ?? 料漿 汽 提 ?? ?? 料漿 分離干燥 ? ??產(chǎn) 品 未聚合氯乙烯 水 水蒸汽 工藝計(jì)算 年產(chǎn) 5 萬(wàn)噸聚氯乙烯，以 300 個(gè)工作日計(jì)，每年工作 7200 小時(shí)，假設(shè)各單元操作都連續(xù)進(jìn)行，采用倒推法根據(jù)收率或損失率計(jì)算出原料投料，然后按單元操作順序?qū)Ω鲉卧僮鬟M(jìn)行物料衡算： 計(jì)算依據(jù) 生產(chǎn)能力 G:年產(chǎn) 萬(wàn)噸的聚氯乙烯（ PVC） 聚氯乙烯小時(shí)生產(chǎn)量 （ 7200h）計(jì)：75000247。1000247。7200=(kg/h)(以 1 小時(shí)為計(jì)算基準(zhǔn)，以下計(jì)算中不再寫(xiě) h_1) 聚合物轉(zhuǎn)化率為 83% 83%x= x=(kg) 即每小時(shí)要生產(chǎn)純 VCM 產(chǎn)物氣冷凝，精餾等收率為 % 進(jìn)入精餾系統(tǒng)的 VCM 的量： 247。%=(kg) 247。=(kmol) 14 低沸塔 1． 低沸塔物料衡算 設(shè)塔頂蒸汽含乙炔 XD=40%(mol)。塔底液體含乙炔 XW=%（可忽略不計(jì)） (1)進(jìn)料各組分的量： C2H3Cl: ( kmol) C2H4Cl2: () C2H2: ( kmol) (2)溜出液： C2H2: C2H3Cl: 247。40%60%= C2H3Cl: = C2H4Cl2: (3)低沸塔物料衡算表 表 6 低沸塔物料衡算表 組分 進(jìn)料 (F) 餾出液 (D) 殘液 (W) 物質(zhì)的量（ kmol） 組成 XF (%) 物質(zhì)的量（ kmol） 組成 XD (%) 物質(zhì)的量（ kmol） 組成 XW(%) C2H2 C2H3Cl C2H4Cl2 ∑ ： 計(jì)算依據(jù) ： R= td=20℃ tw=40℃ tf=30℃ XD=40% 根據(jù)物料衡算可得： D: kmol W: kmol L: kmol 15 V: kmol td=20℃ 下： C C2H2= kJ/kmol℃ CC2H3Cl= kJ/kmol℃ Cp=40%+60%= kJ/kmol℃ M=2640%+60%= kg/mol
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