【導讀】熱量衡算、主要設備和管道的設計與選型、經(jīng)濟分析、環(huán)境保護等。一份、CAD圖紙四張，手繪圖紙一張。單介紹，其中重點介紹了合成工段的生產(chǎn)原理和流程；、熱衡算；

　　

【正文】 的體積分數(shù)應小于 106， Fe3+應小于 106， 1EDC 應小于 106， VCM的 PH要近乎中性。 ② 分散劑：懸浮聚合生產(chǎn)的聚氯乙烯顆粒的大小與形態(tài)，主要取決于所用分散劑，可分為兩類，即主分散劑與輔助分散劑。主分散劑的主要作用是控制所得顆粒大小。輔助分散劑的作用是提高顆粒中的間隙，并使之均 勻以改進聚氯乙烯樹脂吸收增塑劑的性能。 ③ 引發(fā)劑：選用合適的引發(fā)劑體系對于縮短聚合時間，提高聚合釜生產(chǎn)強度和改湖南科技大學本科生課程設計（論文） 15 善產(chǎn)品質(zhì)量都是至關(guān)重要的。從釜底加入引發(fā)劑比從釜頂加入對聚合影響要好一些，且不易堵塞加料入口管。要盡量選用產(chǎn)生 PVC 魚眼少，對 PVC 吸油率，粒徑大小，規(guī)整度及 PVC分子量分布無太大影響的引發(fā)劑。 ④ 去離子水：所用反應介質(zhì)水，應經(jīng)過離子交換樹脂或磺化煤進行脫煤處理。處理后的水的 PH值應在 5~ 范圍，硅膠含量≤ mg/L，導電率應 小于 20 181。s/cm。 ⑤ PH 調(diào)節(jié)劑：聚合體系 PH 調(diào)節(jié)劑應采用流加， NaHCO3 比 NaOH 效果更好。 ⑥ 鏈轉(zhuǎn)移劑：常用的鏈轉(zhuǎn)移劑為锍醇、如锍基乙醇，目的是控制聚氯乙烯樹脂平均分子量， ⑦ 防粘釜劑：樹脂粘結(jié)于反應釜釜壁上形成釜垢是懸浮法生產(chǎn)必須要解決的問題之一。主要是苯胺染料、蒽醌染料等。 ⑧ 其它助劑：抗魚眼劑，主要是苯甲醚的叔丁基、烴基衍生物，使用抗魚眼劑對減少 PVC 魚眼有一定效果，但對于 聚合度為 800 以下的 PVC 生產(chǎn)效果很差，建議不使用，而加入十六醇效果較好。熱穩(wěn)定劑，熱穩(wěn)定劑加入對改進 PVC 白度有一定效果。一般選擇液體有機錫類熱穩(wěn)定劑。鏈終止劑，國內(nèi)目前常用的反應終止劑為雙酚 A、ATSC 和 HEO。消泡劑，在生產(chǎn)中的應用分有機硅油類、聚醚類、聚醚類改性硅油類及復合類，各有優(yōu)缺點。 PVC 生產(chǎn)中盡可能少加助劑。要研究并生產(chǎn)出高質(zhì)量的 PVC 樹脂新品種，要考慮市場需求以及經(jīng)濟因素。盡可能使用價格低廉且能改善樹脂品質(zhì)的助劑，選擇經(jīng)濟、適合的反應條件生產(chǎn)出高質(zhì)量 PVC 樹脂產(chǎn)品。 (2) PVC 生產(chǎn) 工藝 聚合工段的工藝流程簡述如圖 。 圖 PVC 生產(chǎn) 工藝聚合工段的工藝流程 在聚合配方上采用高油水配比，以增加聚合釜的產(chǎn)量；采用氨水和碳酸氫銨混合溶液取代氫氧化鈉溶液作 PH 值調(diào)節(jié)劑，提高了產(chǎn)品白度，縮短了 PVC 加工塑化時間；采用無毒溶劑和過碳酸類引發(fā)劑取代偶氮腈根類引發(fā)劑，使產(chǎn)品的環(huán)境安全性能更高；采用多元高效引發(fā)劑復合取代二元引發(fā)劑，提高了聚合引發(fā)速度和反應放熱的均勻性，產(chǎn)品 初產(chǎn)品 料漿 懸浮聚合 料漿氣提 離心分離 干燥 助劑 無離子水 蒸汽 熱空氣 水蒸氣 水 未聚合乙烯 氯乙烯 湖南科技大學本科生課程設計（論文） 16 縮短了聚合時間；采用多元分散體系取代二元分散體系，改善產(chǎn)品的加工性 能；采用反應中補加水技術(shù)有效地提高反應換熱能力，縮短聚合反應時間，目前國內(nèi)聚合反應時間已有廠家縮短到 3～ 4 h/釜左右；采用高溫熱脫鹽水技術(shù)和水乳性引發(fā)劑取代溶劑型引發(fā)劑，使聚合釜能在加料結(jié)束后直接達到反應溫度，節(jié)約了聚合升溫時間，且對產(chǎn)品質(zhì)量沒有影響；采用同時加料及釜外 VCM（氯乙烯）回收的方式減少聚合輔助時間。 對超低聚合度 PVC 的生產(chǎn)采用添加鏈轉(zhuǎn)移劑的方法，以降低反應溫度和壓力，提高 品質(zhì)量；對于高聚合度和超高聚合度 PVC 的生產(chǎn)采用添加擴鏈劑的方法來提高反應溫度，以提高聚合釜的移熱能力和縮短反應時 間；對于通用樹脂，在 PVC 生產(chǎn)中采用添加改性劑的方法來降低產(chǎn)品的“魚眼”數(shù)，提高產(chǎn)品白度，縮短產(chǎn)品塑化時間，改善加工質(zhì)量；添加納米無機材料或者優(yōu)化分散劑種類和比例來提高 PVC 顆粒的表觀密度，提高后加工的速度；添加特殊助劑生產(chǎn)如抗靜電 PVC、阻燃 PVC、消光 PVC、耐放射線 PVC 等；與其他單體共聚生產(chǎn)耐熱 PVC、內(nèi)增塑 PVC 等。 目前，世界發(fā)達國家聚氯乙烯樹脂生產(chǎn)技術(shù)都較為成熟，普遍采用大釜密閉技術(shù)，先進的防粘釜工藝，改進了攪拌裝置，用后掠式攪拌器代替平槳式攪拌器，并在攪拌器和擋板中通冷卻水，提高了聚 合釜的傳熱能力。目前，世界最大的聚合釜是德國許爾斯公司使用的 200 m3 聚合釜。美國吉昂公司采用 75 m3 懸浮聚合釜，由于采用深冷水作冷卻介質(zhì)，除傳熱效果好、聚合釜生產(chǎn)效率高外， 單釜年生產(chǎn) PVC 樹脂可達到 。為了增加移熱能力，大釜普遍采用了釜頂設計回流冷凝器、釜夾套采用大循環(huán)回流水量的方式來增加傳熱系數(shù)，以強化換熱效果。反應釜的加料系數(shù)為其容積的 80%~95%。 第三章 物料衡算 合成工段 物料衡算 是 假設各化工單元操作連續(xù)進行，采用倒推法，根據(jù)轉(zhuǎn)化率或損失率計算出原料投料，然后再按照操作順序?qū)?各單元操作進行物料衡算。 計算依據(jù) 1) 計算標準 生產(chǎn)能力：年產(chǎn) 30萬噸的聚氯乙烯 年工作日：以 300 天計算 日產(chǎn)量： 30104103/3 00=105 kg /d 小時產(chǎn)量： 30104103/ （ 30024 ） =104 kg /h 氯乙烯 聚合 成聚氯乙烯的轉(zhuǎn)化率 物為 85%～ 90%[9]，再加上在 聚合過程、 洗滌樹脂、包裝工段的損失，這里取轉(zhuǎn)化率為 87% 。 湖南科技大學本科生課程設計（論文） 17 H 2 C C H C l C H 2 HCC l nn x8 6% 104 k g x=104/8 6%=104 kg /h ∴ 每小時要合成氯乙烯 104 kg 2) 化學反應式 主反應： C H C lCHH C lCHCH Hg C l ??? ???? 22 副反應： H 2 C C H C l + H C l C H C l 2 C H 3 C H C H H 2 O H g C l 2+ H g 2 C l2 C H 3 C H O（產(chǎn)量非常小，可忽略不計） 3) 倒推法計算 精餾：（氯乙烯的收率： %） 104 /%= 104kg= kmol/h 轉(zhuǎn)化器：（乙炔轉(zhuǎn)化 率： 95%） ∴ 進氣中 CH≡CH 需 kmol/h（ ） 根據(jù) CaC2+2H2O→ CH≡CH +Ca（ OH） 2 ↑ 假設 90%被反應，則需電石量： 104kg /h 混合器的物料衡算 氣體混合適配器就是氣體混合器，就是把兩種不同的氣體按照一定適量的比例進行 充分 混合，輸出一定比例的混合氣體 ，從而有利于反應的進行。 圖 混合器的物料衡算方框圖 計算依據(jù)： CH≡CH 和 HCl 的摩爾比為： 1： ～ 。 本設計 選取： n CH≡CH ： nHCl=1: 乙炔 氯化氫 混合器 CH≡ CH HCl O2 H2O 游離氯（可忽略） 湖南科技大學本科生課程設計（論文） 18 （ 1）混合器的 進料氣組成 表 進 入混合器各物 料氣 的 組成 ∴ 進料氣需乙炔氣： 進料氣需氯化氫： 其具體組分有 CH≡CH ： （ kg） O2： %= kmol（ kg） HCl： = kmol（ kg） H2O： %+ %= kmol（ kg） （ 2） 出料：水分以酸霧的形式進入下一層，有微量水分以濃鹽酸形式流出，這里計算時忽略流出的濃鹽酸的量。 CH≡CH ： （ kg） O2： kmol（ kg） HCl： kmol（ kg） H2O： kmol（ kg） （ 3） 混合器物料衡算表 混合器物料衡算 結(jié)果如下表 表 混合器物料衡算表 進料 質(zhì)量 /kg W/% 出料 質(zhì)量 /kg W/% CH≡CH CH≡CH HCl HCl O2 O2 H2O H2O Σ Σ 石墨冷卻器 的物料衡算 根據(jù)：在石墨冷卻器中，用 35℃ 鹽水（尾氣冷凝器下水）間接冷卻，混合氣中水分一部分則以 40%鹽酸的形式排出，部分則夾帶 在 氣流中。設混合器中水分以 40%鹽酸進料氣 組分 含量 /% 乙炔氣 CH≡CH H2O 氯化氫 HCl H2O O2 湖南科技大學本科生課程設計（論文） 19 排出的量占水總量的 30%。 圖 石墨冷卻器物料衡算方框圖 （ 1） 進料： CH≡CH ： （ kg） O2： kmol（ kg） HCl： kmol（ kg） H2O： kmol（ kg） （ 2） 出料： CH≡CH ： （ kg） O2： kmol（ kg） H2O ：進料量（ 1鹽酸帶出水比率） = （ 130%） = kmol= kg ∵ mHCl/ (mHCl+m 水 ) 100%=40% ∴ mHCl=HCl ： = ()= kg= kmol 鹽酸： （進水量 出水量） +（進 HCl 量 出 HCl 量）＝ （ ） + ()= kg （ 3） 石墨冷卻器物料衡算 ，見表 表 石墨冷卻器物料衡算表 進料 質(zhì)量 /（ kg） W/% 出料 質(zhì)量 /（ kg） W/% CH≡CH CH≡CH HCl HCl O2 O2 H2O H2O 鹽酸 Σ Σ CH≡ CH HCl O2 H2O 鹽 酸（ 40%） 混合氣 石 墨冷卻器 湖南科技大學本科生課程設計（論文） 20 多筒過濾器 的物料衡算 據(jù)在多筒過濾器中，采用 3～ 5%憎水性有機硅樹脂的 5～ 10 um細玻璃纖維，可將大部分酸霧分離下來，以鹽酸的形式排出。 ∵控制指標： 混合氣含水 ≤ 6% 鹽酸 為 ≥3 0% 設 鹽酸為 40%，除水量為 80% 進料： CH≡CH ： kg HCl： kg H2O： kg O2： kg 出料： CH≡CH ： kg O2： kg H2O： （ 180%） = kg ∵ mHCl/ (mHCl+m 水 ) 100%=40% ∴ mHCl=HCl： () 鹽酸： 80%+ ( ) 由此得進出 多筒過濾器物料 關(guān)系，見表 表 多筒過濾器物料衡算表 進料 質(zhì)量 /（ kg） W/% 出料 質(zhì)量 /（ kg） W/% CH≡CH CH≡CH HCl HCl O2 O2 H2O H2O — — — 鹽酸 Σ Σ 出料混合氣含水量 =（ ） 100%=%,符合 混合氣含水 ≤ 6%的條件，故可行。 石墨預熱器 的物料衡算 石 墨預熱器物料關(guān)系，見表 表 石墨預熱器物料衡算表 出料 /出料 質(zhì)量 /kg W/% CH≡CH HCl O2 H2O 湖南科技大學本科生課程設計（論文） 21 Σ 轉(zhuǎn)化器的物料衡算 圖 轉(zhuǎn)化器物料衡算方框圖 根據(jù) 氯乙烯產(chǎn)率為 %，二氯乙烷產(chǎn)率 %，乙炔 轉(zhuǎn)化率為 95%。 [3] 進料 組成為 ： CH≡CH ： kg HCl： kg O2： kg H2O： kg 轉(zhuǎn)化器 出料 組成為 ： O2： kg H2O： kg CH2=CHCl： 95% %247。 26 = kg CH≡CH ： （ 195%） = kg CH3CHCl2:： 95% %247。 26 99= kg HCl： （ 247。 +247。 99 2） = kg 轉(zhuǎn)化器物料衡算表 表 轉(zhuǎn)化器物料衡算表 進料 質(zhì)量 /kg W/% 出料 質(zhì)量 /kg W/% CH≡CH CH2=CHCl HCl CH≡CH O2 CH3CHCl2 H2O HCl — — — O2 — — — H2O Σ Σ 誤差分析，誤差很小， 故可行。 除汞器的物料衡算 由于轉(zhuǎn)化器的反應溫度為 100~180℃，所有會有部分氯化汞升華。粗氯乙烯帶逸的氯化汞升華物，在填埋有活性炭的除汞器中除去。 轉(zhuǎn)化器 CH≡ CH HCl O2 H2O CH2=CHCl HCl CH≡ CH O2 H2O CH3CHCl2 湖南科技大學本科生課程設計（論文） 22 進料 組成為： CH2=CHCl： kg CH≡CH ： kg CH3CHCl2： kg HCl： kg O2： kg H2O： kg 出 料 組成為： CH2=CHCl： kg CH≡CH ： kg CH3CHCl2： kg HCl：