【文章內(nèi)容簡介】 管徑較細(xì)，屬加速干燥段。一方面物料在熱氣流的作用下，流速越快越容易分散；另一方面物料越是分散，熱交換面積越大，干燥速率越快。聚氯乙烯樹脂干燥時(shí)所用的氣流干燥速度一般為14～21m/s之間，停留時(shí)間在2s左右就可使物料表面的水分脫除。當(dāng)物料一開始與熱空氣接觸，物料表面的水分在熱氣流的吹動(dòng)作用下，水分急速地得到汽化，盡管熱風(fēng)溫度高達(dá)160℃，一遇適量的濕物料，便降到75℃左右，熱交換速度很快，物料總是處于其接觸氣體的濕球溫度下，故能適應(yīng)熱敏性物料的干燥。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。物料在干燥床內(nèi)被熱風(fēng)吹起呈流化沸騰態(tài)，物料與熱風(fēng)進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，同時(shí)干燥床內(nèi)的內(nèi)熱管通有蒸汽或熱水間接與濕物料進(jìn)行傳熱，物料的水分被加熱蒸發(fā)脫除出去。床內(nèi)的濕熱空氣從床頂部由干燥器引風(fēng)機(jī)引出，經(jīng)旋風(fēng)分離器后排入廢氣洗滌塔，被分離下來的固態(tài)物料送回至干燥床。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。 工況溫度的選擇根據(jù)王振華等[27]對太原市1916～2000年氣溫變化規(guī)律研究溫度的研究可知，太原市春季平均溫度變化范圍為：~℃；夏季平均溫度變化范圍為：~℃；秋季平均溫度變化范圍為：~℃；冬季平均溫度變化范圍為：﹣~﹣℃。本設(shè)計(jì)會(huì)按照不同的季節(jié)合理利用熱量，并對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行合理的保溫和散熱，以獲取最大的收益。同時(shí)由Daniel [28]對PVC懸浮聚合反應(yīng)器的建模研究，可以合理的計(jì)算出由此產(chǎn)生的模型可以準(zhǔn)確地預(yù)測引發(fā)負(fù)荷的影響和可操作性的反應(yīng)堆冷卻劑溫度。 本設(shè)計(jì)擬采用的生產(chǎn)工藝路線和工藝參數(shù) 生產(chǎn)工藝路線[29]聚合釜清洗后，用防粘釜?jiǎng)﹪娡烤酆细獌?nèi)部表面。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?？刂泼擕}水和VCM同步進(jìn)料流量，保證VCM加料正好在水加料結(jié)束前完成。設(shè)定好脫鹽水溫度，當(dāng)所有原材料加料完成后，聚合釜中物料的溫度等于或接近反應(yīng)溫度，加入引發(fā)劑，聚合開始。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]。聚合釜內(nèi)物料即被輸送到出料罐，大部分未反應(yīng)的VCM在此被回收，帶有未反應(yīng)VCM的漿料隨后被泵送到汽提塔進(jìn)料罐，繼續(xù)回收未反應(yīng)VCM，殘留的VCM在漿料汽提塔內(nèi)脫除并被送往回收系統(tǒng)，來自汽提塔的漿料通過離心機(jī)將大部分水脫去，進(jìn)入流化床干燥器，合格的樹脂送至成品料倉，包裝出廠。 主要工藝參數(shù)[31]1. 聚合聚合溫度 50～58℃聚合壓力 ～，～聚合時(shí)間 8～12h轉(zhuǎn)化率 84％2. 堿處理NaOH濃度 36％～42％加入量 ％～％溫度 70～80℃時(shí)間 ～3. 氣提氣提溫度：塔頂溫度80℃，塔底溫度105℃。4. 離心脫水緊密型樹脂含水率 8％～15％疏松型樹脂含水率 15％～20％5. 干燥(1) 第一段氣流干燥管干燥： 干燥溫度 140～150℃風(fēng)速 15m/s物料停留時(shí)間 含水率 4％(2) 第二段沸騰床干燥干燥溫度 120℃物料停留時(shí)間 12min含水率 ％ 工藝流程圖[31,32]。回收VCM軟 水VCM干燥機(jī)汽提塔卸料槽聚合釜引發(fā)劑劑包 裝分散劑等成 品 懸浮聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯工藝流程圖3 物料衡算物料衡算是確定化工生產(chǎn)過程中物料比例和物料轉(zhuǎn)變的定量的過程，是化工工藝計(jì)算中最基本、最重要的內(nèi)容之一。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。在化工過程中，物料平衡是指在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入系統(tǒng)(體系)的全部物料質(zhì)量必定等于離開該系統(tǒng)(體系)的全部物料質(zhì)量在加上損失的與積累起來的物料質(zhì)量[33]。物料平衡方程：∑F0=∑D+A+∑B （）式中： F0——輸入體系的物料質(zhì)量； D——離開體系的物料質(zhì)量；A——體系內(nèi)積累的物料質(zhì)量；B——過程損失的物料質(zhì)量(如跑、冒、滴、漏)。 有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定[31,34]生產(chǎn)規(guī)模：105ta1 生產(chǎn)時(shí)間：300da1，每天生產(chǎn)2批，7200ha1 轉(zhuǎn)化率：84%后處理損失：5%。每天生產(chǎn)量：300000000/（300）=106kg/d每小時(shí)生產(chǎn)量：(106)/24=104kg/h每批生產(chǎn)量：105 kg/B反應(yīng)溫度：55177?！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)?，終止劑二乙基羥胺(DEHA)，緩釋阻垢劑(H9)，堿液(40%)等。 本工藝的配方[31,35]本工藝的配方如下(以單體質(zhì)量為參考標(biāo)準(zhǔn))：脫鹽水 140 單體 100 引發(fā)劑 分散劑 PH緩沖劑 終止劑 反應(yīng)調(diào)節(jié)劑 防粘釜?jiǎng)? 消泡劑　 聚合釜的物料衡算[16,34] 物料平衡圖。 聚合釜物料平衡圖 反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量計(jì)算本設(shè)計(jì)引發(fā)劑(%單體質(zhì)量)全部結(jié)合到聚合物中，并且單體84%轉(zhuǎn)化為聚合物。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。 物料衡算表。 聚合釜物料衡算一覽表物料名稱進(jìn)料kg/B出料kg/BVCM105100240脫鹽水105105 引發(fā)劑終止劑分散劑PH緩沖劑反應(yīng)調(diào)節(jié)劑防粘釜?jiǎng)?消泡劑 PVC0損失PVC0合計(jì) 混料槽物料衡算[16,31,34] 物料平衡圖。 混料槽物料平衡圖 混料前后各物質(zhì)的質(zhì)量計(jì)算混料槽中損失的PVC量為：M損==因此混料槽中含PVC量為：= kg/B設(shè)定混料槽中VCM占原料VCM的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：2%，出料中VCM的量為：105 2% =12530 kg/B因此回收的VCM量為：M回1=10024012530=87710 kg/B分散劑等其它助劑的量為： kg/B查閱相關(guān)資料[16]知此階段需要加入堿液和通入蒸汽，按工藝條件加入42%NaOH溶液72L，：72= kg/B， kg/B。需要加入水蒸氣量為：4800kg/B出料水量為：105 +4800+( )= kg/B對混料槽做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的。 物料衡算表。 混料槽物料衡算一覽表物料名稱進(jìn)料kg/B出料kg/BVCM10024012530水105蒸汽（水助劑）其它助劑 48000堿液PVC回收VCM087710損失PVC0合計(jì) 汽提塔物料衡算[16,34] 物料平衡圖。 汽提塔物料平衡圖 汽提前后各物質(zhì)的質(zhì)量計(jì)算本步驟到篩分、包裝為連續(xù)過程，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換為kg/h。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℃，。 氯乙烯的部分物性參數(shù)溫度/℃熱容Cp/(cal/g℃)密度/(g/cm3)蒸汽壓/(kpa)汽化熱/( kJ /mol)8014961202214 水蒸氣的部分物性參數(shù)溫度/℃熱容Cp/(kJ/kgK1)密度/(g/cm3)蒸汽壓/(kpa)焓值/( kJ /kg)80120CpPVC= kJ/kg℃ 用內(nèi)插法可求的：氯乙烯：℃= cal/g℃ ，105℃時(shí)的汽化熱ΔHVCM= kJ /mol 水蒸氣：℃= kJ/kgK1，105℃時(shí)的焓值H=。設(shè)通入水蒸氣量y kg/h，則蒸汽冷凝放熱量為Q放=y() 設(shè)物料吸收熱量為Q1，部分VCM汽化熱為Q2，可知Q吸= Q1+ Q2=Q放（）Q1=CpPVCWPVC△t+CpVCMWVCM△t+W水CP水△t （）Q1=(10580)+(10580)+(10580)= kJ/h ，Q2=() 247。1000= /h= 對汽提塔做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的。 物料衡算表。 汽提塔物料衡算一覽表物料名稱進(jìn)料kg/h出料kg/hPVC水蒸汽分散劑等其它助劑VCM回收VCM0損失PVC0合計(jì) 離心部分物料衡算 物料平衡圖。 離心部分物料平衡圖 離心前后各物質(zhì)的質(zhì)量計(jì)算[16]離心操作中PVC的損失量為：104=離心脫水后的濕物料中仍含有23%的水分，則含水量為：()在此階段中助劑和少量VCM隨母液排出，假設(shè)此階段將所有助劑都離心脫除了。排出水的量為：=。對離心部分做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的。 物料衡算表。 物料名稱進(jìn)料kg/h出料kg/hPVCVCM母液含水分散劑等助劑排出水和助劑量0 0PVC損失0合計(jì) 氣流干燥部分物料衡算 物料平衡圖。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。則出料PVC量為：= kg/h。已只氣流干燥后的含水量為3%，則含水量為：。對氣流干燥部分做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的。 物料衡算表。 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。氣流干燥 PVC PVC H2O H2O 脫去水 損失PVC 沸騰干燥物料平衡圖 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=。出料PVC量為：=。%則含水量為：。對沸騰干燥部分做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的。 物料衡算表。