【文章內(nèi)容簡介】 海氯堿化工股份有限公司在擴(kuò)產(chǎn)改造中提高聚合釜冷卻水循環(huán)泵的流量和揚(yáng)程使聚合釜生產(chǎn)強(qiáng)度提高了10％。②降低冷卻水溫度，增大溫差。目前，國內(nèi)多數(shù)企業(yè)采用7℃冷凍水替代冷卻水來提高聚合釜的移熱能力，但需要重新整定聚合釜控制參數(shù)PID。③釜內(nèi)設(shè)內(nèi)冷管和擋板，通入冷卻水，加大換熱面積和移熱能力。④設(shè)置釜頂回流冷凝器，采用冷凝VCM蒸氣的方法移走反應(yīng)熱。⑤改進(jìn)聚合釜夾套結(jié)構(gòu)，提高換熱系數(shù)，新型聚合釜一般采用半管式夾套，夾套移熱能力可提高15％以上。⑥加強(qiáng)釜內(nèi)粘釜物的清除，減少污垢熱阻．目前國外較先進(jìn)的防粘釜技術(shù)能達(dá)到1000釜以上才需清釜．國內(nèi)先進(jìn)的PVC企業(yè)已經(jīng)能達(dá)到500釜以上才需清釜。⑦采用后注水工藝。 配方體系(1)油水比目前，國內(nèi)技術(shù)先進(jìn)企業(yè)的油水比(物質(zhì)的量比)控制為1．3：1(生產(chǎn)PVC—SG5型樹脂)以上，而技術(shù)落后的企業(yè)油水比(物質(zhì)的量比)為0．85：1(SG一5)左右。要達(dá)到較高的油水比，同時(shí)又保證PVC質(zhì)量，有兩項(xiàng)措施：①調(diào)整分散體系的配比，即不同的油水比其分散體系進(jìn)行必要的調(diào)整；②采用高效的后注水工藝。(2)聚合釜裝填系數(shù)提高聚合釜的裝填系數(shù)的措施：①具有保證聚合釜系統(tǒng)安全防控體系，安全閥、防爆片、緊急終止劑、手動(dòng)和自動(dòng)放空等完好。要有聚合釜的事故緊急處理預(yù)案等。②根據(jù)不同聚合溫度來決定聚合釜的不同裝填系數(shù)(要計(jì)算聚合釜在聚合溫度下的的裝填系數(shù)，而不是在冷態(tài)下聚合釜的裝填系數(shù))。③設(shè)置回流冷凝器的聚合釜與沒設(shè)置回流冷凝器的聚合釜的裝填系數(shù)不同(因回流冷凝器具有氣體緩沖和冷卻能力)。(3)引發(fā)體系在聚合中，引發(fā)體系對(duì)縮短聚合時(shí)間影響很大，要根據(jù)聚合溫度選擇不同的引發(fā)劑復(fù)合，而且選擇活性有差別的引發(fā)劑。(4)鏈增長劑生產(chǎn)高聚合度PVC時(shí)，要考慮兩方面的因素：①聚合溫度越低，聚合速度越慢，聚合時(shí)間越長；②聚合溫度越低，聚合釜內(nèi)外溫差減小，聚合移熱能力降低，為保證平穩(wěn)反應(yīng)，必須放慢聚合引發(fā)速率，延長聚合時(shí)間。在配方中添加鏈增長劑，可以在PVC聚合度保持不變的情況下，有效地提高聚合溫度，縮短聚合時(shí)間。(5)提高VCM轉(zhuǎn)化率提高VCM轉(zhuǎn)化率可提高聚合釜的生產(chǎn)強(qiáng)度，但VCM轉(zhuǎn)化率過高會(huì)影響PVC質(zhì)量。不同的聚合溫度，VCM轉(zhuǎn)化率對(duì)PVC質(zhì)量的影響存在差異，因此要根據(jù)聚合溫度和產(chǎn)品質(zhì)量的要求選擇合適的最大VCM轉(zhuǎn)化率，以保證聚合釜生產(chǎn)能力最大化，且保證PVC質(zhì)量。 聚合反應(yīng)的輔助時(shí)間縮短聚合反應(yīng)輔助時(shí)間的措施有：①提高進(jìn)料的流速，即加大進(jìn)料泵的流速。②盡可能同時(shí)進(jìn)料。③采用高溫?zé)崦擕}水技術(shù)．使聚合反應(yīng)進(jìn)料后直接達(dá)到聚合反應(yīng)溫度，不再需要進(jìn)行聚合升溫，縮短了聚合輔助時(shí)間。④采用聚合釜全密閉技術(shù)可取消聚合釜抽真空脫空氣的時(shí)間和減少聚合釜開關(guān)人孔及檢查氣密性等時(shí)間，大大降低VCM單耗，減少安全事故。⑤在聚合釜外設(shè)置VCM回收槽?？s短了聚合輔助時(shí)間，在聚合釜放料時(shí)用泵輸送，提高放料速度。同時(shí)在放料將結(jié)束時(shí)對(duì)聚合釜內(nèi)氣體進(jìn)行回收至常壓，使進(jìn)料更快。 防粘釜技術(shù)粘釜會(huì)使聚合釜壁的熱阻大幅度增加，聚合釜傳熱系數(shù)大大降低，聚合反應(yīng)時(shí)間長，聚合釜生產(chǎn)能力下降，嚴(yán)重的可導(dǎo)致聚合釜移熱困難，聚合釜可能產(chǎn)生超壓和爆聚的危險(xiǎn)。因此，防粘釜是聚合生產(chǎn)中最重要的工序之一。 粘釜的形成原因聚合釜粘釜現(xiàn)象是由多種因素造成的[7,8]。且聚合釜內(nèi)部不同部位的粘釜情況大不相同。釜內(nèi)液相部分、釜頂氣相部分，氣一液相界面。攪拌軸和漿葉、攪拌的“死角”、擋板背側(cè)、釜壁損傷部位等粘釜的程度均有很大差別。氣相部分的粘釜，既可能由引發(fā)劑隨VCM蒸出造成，也可能液體體積收縮等造成。在攪拌薄弱部位往往粘釜比較嚴(yán)重。在物料流動(dòng)慢的地方，粘釜表現(xiàn)得也比較突出。粘釜的原因一般分為物理因素和化學(xué)因素。在實(shí)際粘釜過程中，物理和化學(xué)兩因素是同時(shí)發(fā)生和相輔相成的。釜內(nèi)不同部位的粘釜過程也有如下差異：(1)釜頂和管道部分的氣相粘釜。主要是液相氯乙烯揮發(fā)時(shí)攜帶一部分引發(fā)劑(或活性基團(tuán))，于金屬壁面冷凝、吸附并聚合而成。有人認(rèn)為，氣相中的氧在壁面上吸附起了促進(jìn)粘釜的作用。(2)氣液界面粘釜。由于處于氣化和液化的界面處，位于攪拌能量分布較弱的部位，以及反應(yīng)過程的體積收縮．使聚合物顆粒等易于界面處殘留吸附，而發(fā)生較明顯的由成形粒子構(gòu)成的粘釜帶。(3)攪拌軸及擋板背面粘釜。由于這些部位都是攪拌能量分布很弱的死角。而成為較嚴(yán)重的類似粒子的粘釜區(qū)。(4)液相粘釜。主要是由于溶解于水相中的單體(在50℃和7．8 MPa的壓力下，單體在水中溶解度達(dá)1％)的聚合物，在聚合反應(yīng)全過程中，予金屬表面發(fā)生上述的物理和化學(xué)過程(又稱水相聚合)，而出現(xiàn)較均勻的、基本上由微?！罢辰Y(jié)”而成的粘釜。 聚合釜的防粘技術(shù)。采取不銹鋼釜壁拋光，甚至鏡面拋光，以鎳一銅合金代替不銹鋼等。通常選擇由阻聚劑、固定劑和溶劑組成的涂布液，對(duì)聚合釜進(jìn)行噴涂處理。國內(nèi)PVC聚合用防粘釜?jiǎng)┑闹饕贩N為“英國藍(lán)”和“意大利黃”兩大體系。添加無機(jī)鹽(如硫化鈉）和吖嗪類有機(jī)化合物，以及pH調(diào)節(jié)劑等，能減少粘釜過程。采用壓力為10～25 MPa的超高壓水，借助可調(diào)節(jié)的噴槍和旋轉(zhuǎn)的頭．可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或半自動(dòng)的水力清釜，以及釜頂回流冷凝器與氣相管道的清洗。除了設(shè)備材質(zhì)和處理、聚合釜涂布、添加助劑、超高壓水清釜和溶劑清釜，這些防粘技術(shù)外，聚合釜的結(jié)構(gòu)和聚合配方(包括分散劑、引發(fā)劑以及其他助劑)的選擇，都會(huì)影響粘釜過程。從防粘釜角度來看，以下原則是適宜的。(1)聚合釜應(yīng)采用盡量光潔的拋光表面。(2)攪拌漿葉和擋板宜在滿足顆粒度要求下，力求結(jié)構(gòu)簡單和數(shù)量少。(3)聚合配方在滿足加工質(zhì)量要求下，不宜過份降低體系的界面張力。(4)每次聚合結(jié)束應(yīng)以水沖洗干凈，采用每釜次的涂布法以鈍化金屬表面。經(jīng)多次聚合后再借人工或高壓水徹底清洗。(5)聚合反應(yīng)時(shí)添加適量的助劑等。第二章 工藝計(jì)算 物料衡算 聚合釜聚合釜由鍋體、鍋蓋、攪拌器、支承及傳動(dòng)裝置、軸封裝置等組成，夾套外壁焊接支座，聚合反應(yīng)釜下部開有放料口。圖21 合釜物料平衡圖在本次設(shè)計(jì)中為年產(chǎn)1萬噸的PVC聚合。年生產(chǎn)時(shí)間為300天，采用間隙操作，每天兩批。聚合過程中的配方設(shè)計(jì)：名稱單體去離子水引發(fā)劑其它助劑用量（份）100130按已知配方可得出以下：（1）VC用量M1設(shè)單體的轉(zhuǎn)化率為85%，則每批投入的VCM量為：10000103/（3002）=19608kg/B聚合后處理過程中，會(huì)損失部分PVC。故設(shè)VCM的量：M1=20000 kg/B（2）水的用量M2:1，則M2= M1=26000kg/B（3）各助劑用量M3①引發(fā)劑用量m1m1= M1%=10kg/B②助劑的量m2m2= M1%= 40kg/B出料（以釜為標(biāo)準(zhǔn)）設(shè)損失的PVC量為210 kg則，出料中PVC的量：20000+10－210=16800 kg/B未反應(yīng)VCM：20000=3000 kg/B設(shè)85%未反應(yīng)的單體回收，則回收VCM：3000=2550 kg/B剩余VCM：3000－25550=450 kg/B4．物料平衡表表21 聚合釜物料衡算表序號(hào) 品名 進(jìn)料量（kg） 出料量（kg）1 VCM 20000 450 回收25502 引發(fā)劑 10 03 助劑 40 404 水 26000 260005 PVC 16800 損失210合計(jì) 46050 46050 出料槽圖22 料槽的物料平衡圖 設(shè)出料槽中PVC損失為1%。則出出料槽的PVC為：16800－168=16632 kg表22 出料槽物料平衡表序號(hào) 品名 進(jìn)料量（kg） 出料量（kg）1 VCM 450 4502 助劑 40 403 水 26000 260004 PVC 16800 16632 損失168合計(jì) 43290 43290 汽提塔汽提塔，就是依據(jù)氣液相的揮發(fā)度的不同或溶解度隨溫度的變化有明顯變化而進(jìn)行分離的設(shè)備。本設(shè)計(jì)用水蒸氣進(jìn)行氣提。圖23. 汽提塔的物料平衡圖2. 已知數(shù)據(jù)漿料進(jìn)口溫度t=80℃；蒸汽進(jìn)口溫度 ：t底=110℃，壓強(qiáng)為3atm出汽提塔的VCM為50ppm，蒸汽出口溫度110℃，壓強(qiáng)為1atm收率：%；PVC產(chǎn)品含水量：%從這一步開始到篩分包裝為連續(xù)過程，因此，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換為千克/小時(shí)。則每小時(shí)生產(chǎn)的PVC量為：1107/(30024)=1389kg/h%，得絕干樹脂含量為：1389%=1385kg/h考慮各步收率，汽提塔：%；離心機(jī)：99%；干燥：99%；包裝：%故汽提塔進(jìn)料中PVC量為1385/（）=（1） 各物質(zhì)進(jìn)入汽提塔的量水量為：26000()=助劑量為：40()= kg/hVC的量為：450()= kg/h（2） 各物質(zhì)出汽提塔的量出口PVC量為： ；損失的PVC量為： kg/hA.、取塔頂溫度為80℃，塔底溫度為110℃對(duì)于VCM t平均=（80+110）/2=95℃VCM的比熱：Cp90℃=℃；Cp100℃=℃用內(nèi)插法求得，Cp95℃=℃=℃110℃VCM汽化熱ΔHVCM=3034cal/克分子=水的比熱Cp90℃= KJ/kg℃；Cp100℃=℃則，Cp95℃=℃=℃.同理可計(jì)算出：CpPVC=℃=℃B、3atm大氣壓下求水蒸氣的焓及溫度（3atm=304Pa）水蒸氣的焓：ΔH300kPa=水蒸氣的溫度t300kPa=℃C、1atm大氣壓下，110℃水的焓=設(shè)蒸汽冷凝放熱量為Q放，通入蒸汽量為ykg/h∴Q放=y（）=設(shè)物料吸收熱量為Q1，部分VCM氣化吸熱為Q2∴Q吸=Q1+Q2=Q放Q1=CpPVCWPVCt+CpVCMWVCMt+CpH2OWH2Ot=（11080）+（11080）+（11080）=設(shè)從塔頂回收xkg/hVCM∴Q2=∴Q吸=Q1+Q2=+= ①汽提塔出料中VCM含量為50ppm()/[+++()+y]=50106 ②聯(lián)立①、②，解得： x= kg/hy= ∴出料中VCM：=表23 汽提塔物料平衡表序號(hào) 品名 進(jìn)料量（kg/h） 出料量（kg/h）1 PVC 2 VCM 3 水 4 助劑 5 蒸汽 合計(jì) 離心機(jī)離心就是利用離心機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)大的離心力，加快液體中顆粒的沉降速度，把樣品中不同沉降系數(shù)和浮力密度的物質(zhì)分離開。所以需要利用離心機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力，才能迫使這些微粒克服擴(kuò)散產(chǎn)生沉降運(yùn)動(dòng)。離心機(jī)的主要作用是將懸浮液中的液體和固體顆粒分開。圖24 離心機(jī)的物料平衡圖收率99%；出料PVC含水量25%；助劑及少量水隨母液排出。假設(shè)在這一步，助劑全部除掉。出料中PVC量：= kg/h損失的PVC量：= kg/h設(shè)出料含水x㎏/h∴x/﹙＋x＋﹚=25%解得：x=排出水的量：－=㎏/h表24 離心機(jī)物料平衡表序號(hào) 品名 進(jìn)料量（kg/h） 出料量（kg/h）1 PVC 2 VCM 3 水 （和PVC結(jié)合）4 助劑 合計(jì) 干燥系統(tǒng)本設(shè)計(jì)采用沸騰床進(jìn)行干燥。圖25 沸騰床的物料平衡圖收率99%；%；含VCM 5ppm出料中PVC的量：=㎏/h損失PVC的量：=㎏/h設(shè)出料中PVC含水量x㎏/h，VCM y㎏/h﹙＋x＋y﹚=xy/