【導讀】在設計說明書中，簡單介紹了聚氯乙烯的生產現狀、發(fā)展趨勢、性能和主要用途，也介紹了目前聚氯乙。烯的四種常見的工業(yè)聚合生產方法.，并進行了比較，最后確定以懸浮聚合法作為聚合的工藝生產方法。根據設計任務書的要求，進行了較為詳細的物料衡算和能量衡算，對設備進行了工藝計算和選型，同時對聚氯乙烯生。產過程中的安全注意事項及“三廢”治理作了相關說明，對整個裝置進行了簡單的技術經濟評價。繪制了相應的設計。圖紙，設計圖紙包括工藝流程圖、主要設備圖的裝配圖、設備的平面布置圖。

　　

【正文】 565 580 618 154144 143136 135127 126119 118107 10696 7775 7473 7271 7069 6866 6463 18001650 16501500 15001350 12501150 11001000 950850 高級電絕緣材料 電絕緣材料，一般軟制品 電絕緣材料，農膜，塑料鞋 一般薄膜，軟管，人造革，高強度硬管 透明硬制品，硬管，型材 唱片，透明片，硬板，纖維，焊條 SG7 SG8 655 685 9587 8673 6260 5955 850750 750650 吹塑瓶，透明片，管件 過氯乙烯樹脂 聚氯乙烯發(fā)展前景 近十年以來，我國聚氯乙烯 生產通過技術改造、技術攻關和消化吸收引進技術，使行業(yè)技術水平有了很大的提高。不僅開發(fā)和推廣應用脫出氯乙烯單體技術、防粘釜技術和干燥技術，而且聚合釜大型化和生產控制自動化程度均有了極大提高。但是與國外先進水平相比還存在很大差距，主要表現在生產技術落后，規(guī)模小，產品質量不高，品種少，樹脂加工應用不協調等方面。因此，我國聚氯乙烯的發(fā)展應以引進外國先進技術、選擇我國市場前景廣闊的硬制品和特殊牌號為主，這樣既能滿足化工建材的市場需求，又可替代進口，使我國聚氯乙烯工業(yè)得到健康發(fā)展 產 品的 包裝 、 貯運 方法： （ 1） PVC 樹 脂可采用 內襯 塑料薄膜的 紙 袋、布袋、人造革袋或聚丙烯 編織 袋 包裝 。袋的封口應 保 證產 品在 運輸貯 存 時 不被污染。 包裝 袋要能防 塵 、防潮。每袋 凈 重 25Kg。 （ 2） 包裝 袋上 應 注明商 標、產 品名 稱、凈 重、型 號 、批 號 、 產 品等 級 和生 產 廠名。 產 品型 號標 志要醒目。 （ 3） 樹 脂 應 放存放在干燥、通 風 良好的 倉庫內 ， 應 以批 為單 位分 開 存放。防止批 條 混 雜 。不得露天堆放、防止 陽 光照射。 （ 4） 運輸時 必 須 使用潔 凈 、有蓬的 運輸 工具，防止雨淋 。 2 產品及原料說明 產品性質及質量標準 名稱及其結構 ⑴ 名稱 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 11 懸浮法聚氯乙烯樹脂 簡稱 PVC （ Polyiny Chloride） ⑵ 分子式和結構式： 分子式： CH2 CHCl n 結構式為： C CHClHH n 其中 n 為平均聚合度，一般為 350— 8000 ⑶ 分子量 30000— 100000 產品性能 ⑴ 典型的 物理性質 外觀 ﹕ 白色粉末 密度 ﹕ — ﹕ — g/cm3 比熱容 ﹕ — （ g.℃ ） 熱導率﹕ （ ） 顆粒大小﹕懸浮聚合 60150μm 本體聚合﹕ 30— 80μm 糊樹脂﹕ 摻混﹕ 2080μm ⑵ 熱 性 能 無明顯熔點 85℃ 以下呈玻璃態(tài)， 85175℃ 呈彈態(tài)， 175190℃ 為熔融狀態(tài)， 190200℃ 屬粘流態(tài)，軟化點 ﹕ 7585℃ ，加熱到 130℃ 以上時變成皮革狀，同時分解變色，長期加熱后分解脫出氯化氫。 ⑶ 燃燒性能 PVC 在火焰上能燃燒，并降解釋放出 HCl， CO 和苯等低分子量化合物，離火自熄。 ⑷ 電性能 PVC 耐電擊穿，它對于交流電和直流電的絕緣能力可與硬橡膠媲美，其介電性能與溫度，增塑性，穩(wěn)定性等因素有關。 ⑸ 老化性能 較耐老化，但在光照（尤其光波長為 270310nm 時）和氧化作用下會緩慢分解，釋放出 HCl，形成羰基，共 軛雙鍵而變色。 ⑹ 化學穩(wěn)定性 在酸，堿和鹽類溶液中較穩(wěn)定。 ⑺ 耐溶劑性 除了芳烴（苯，二甲苯），苯胺，二甲基酰胺，四氫呋喃，含氯烴（二氯甲烷，四氯化碳，氯化湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 12 烯）酮，酯類以外，對水，汽油和酒精均穩(wěn)定。 ⑻ 機械性能 聚氯乙烯抗沖擊強度較高，常溫常壓下可達 10MPa。 [1] 產品質量標 準 PVC 生產中所需主要原料的規(guī)格 表 3 PVC 產品質量標準 項目名稱及單位 A2 型 A3 型 A4 型 A5 型 揮 發(fā)分（ 1%） ≤ 42 目篩余 e≤ 200 目過篩 e≤ 10 10 10 10 自度（ %） ≤ 95 95 95 95 堆積密度（ g/ml） ～ ～ ～ ～ VCM 含量 ppm≤ 5 5 5 5 魚眼數（ LMS） 100 100 100 100 比粘度 ～ ～ K 值 72 66 62 59 平均聚合度 1450 1050 840 740 黑樹脂（ PCS） ≤ 10 10 10 10 黑樹脂與黃樹脂 ≤ 30 30 30 30 單體 氯乙烯（ VCM）的性質 ⑴ 純度 ﹕ ≥%（ wt） ⑵ HCL 含量﹕ ≤ 1 ppm（ wt） ⑶ 鐵含量﹕ ≤ 1 ppm（ wt） ⑷ 水含量﹕ ≤60 ppm（ wt） ⑸ 醛含量﹕ ≤ ppm（ wt） ⑹ 壓力為 ，溫度為常溫。 ⑺ VCM 主要性質 氯乙烯分子式為 C2H3Cl，分子量 ， 常溫常壓下為無色，帶有甜香味氣體，易燃易爆，遇到空氣可形成燃燒爆炸，在空氣中爆炸范圍為 4－ 22%，有毒，性質活潑，能起加成反應和易起聚合反應。 沸點（ ）為 139℃ ，熔點為 ℃ 。 聚合放熱量 1554KJ/，聚合時的體積收縮率為 35%，導熱系數﹕ （㎡ . ）液體導熱系數（ 20℃ ） （㎡ .）。 [1] 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 13 主要輔助材料的規(guī)格 ⑴ 分散劑 名稱﹕聚乙烯醇（通常為無色粉末），簡稱 PVA 分子結構式﹕ CH2 CHOHm 聚合度為﹕ m+l 分子量為﹕ 2600 揮發(fā)份 ﹕﹤ 5% 灰分﹕﹤ 1% 溶解性﹕ PVA 對水的溶解度隨聚合度和醇解度不同而變化。在常溫下，完全不溶于有機溶劑。 其溶解方法﹕將 PVA 摻入到 30℃ 以下的冷水中在攪拌下分散、溶脹、加熱到 70℃ 80℃ 就完全溶解。 ⑵ 引發(fā)劑 名稱﹕過氧化二碳酸二（ 2乙基）己酯 化學結構式： C H 3 ( C H 2 ) 3 C H C H 2 O C O O C C H 2 C H ( C H 2 ) 3 C H 3O OC 2 H 5 C 2 H 5 分子量為﹕ 外觀性狀﹕常為無色或淡黃色液體 溶劑﹕ Shellsol71 ⑶ 反應調節(jié)劑 名稱﹕巰基乙酸 2乙基己脂 化學結構式﹕ H S C H 2 C O C H 2 C H C 4 H 9C 2 H 5O 外觀性狀﹕常為無色或淡黃色液體，特有的巰醇臭味。 分子量﹕ 分子量﹕ ⑷ 反應終止劑 名稱﹕ RS1 （一種苛性鈉水溶液） 配方﹕無離子水 % 氫氧化鈉 % 雙酚 A % 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 14 結構式﹕ CC H 3C H 3O HOH 分子量﹕ ⑸ 防粘釜劑的性質 性質﹕是一種石油樹脂 [環(huán)戊二烯基樹脂 ]與酚類化合物的混合物。 配方﹕聚醅酚 100kg 石油樹脂 700kg 對甲基磺酸 kg 反應溫度 ﹕ 160170℃ [4] 3 PVC 生產的典型聚合工藝 [2]： 到目前為止，世界上 PVC 生產的聚合工藝主要有四種，即懸浮 聚合 、本體 聚合 、乳液 聚合 、微懸 浮聚合 懸浮聚合： 懸浮聚合是一種成熟的工藝，典型的懸浮聚合過程是向聚合釜中加入無離子水和懸浮劑，加入引發(fā)劑后密封聚合釜，脫除氧，加入單體氯乙烯進行聚合。 本體聚合： 本體聚合工藝不以水為介質，也不加入分散劑等各種助劑，而只加入氯乙烯和引發(fā)劑，因此可大大簡化生產工藝。 乳液聚合： 乳液聚合是生產糊樹脂的方法，通常采用水溶性引發(fā)劑（ H2O2 或 K2S2O8 等）把氯乙烯單體、水溶性物質、水、乳化劑及非離子型表面活性劑加入集合釜中進行聚合反應。 微懸浮聚合： 微懸浮聚合將氯乙烯單體，無離 子水、乳化劑、油溶性引發(fā)劑以及其它助劑按比例混合均化，將均化料通入聚合反應釜進行聚合。 四種主要聚合工藝的特性比較： 表 4 四種主要聚合工藝的特性 項 目 懸浮法 本體法 乳液法 微懸浮法 工業(yè)類型 生產能力 /（萬噸 /年） 間歇 20 間歇 10 間歇 5 間歇 5 反應器 / m3 6133 第一 第二 138 563 635 635 項 目 懸浮法 本體法 乳液法 微懸浮法 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 15 類型 效率 /（ t/am 3） 反應條件 立式 251 立式 283 立式 238 立式 238 溫度 /℃ 57 67 70 52 50 時間 /h 10 批量時間 /h 轉化率 /% 總收率 /% 聚合場所 液滴內 本體內 膠束和乳膠粒內 溶液內 生產特性 散熱容易，間歇生產，須有分離、洗滌、干燥等工序 熱不易散出，間歇生產，設備簡單，宜制板材和塑材 散熱較容易，可連續(xù)生產，制成固體樹脂時，需經過冷凝、洗滌、干燥等工序 散熱容易，可連續(xù)生產，不宜制成干燥粉狀或粒型樹脂 產物特性 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 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 16 工藝 方 案選擇 依據 工藝流程方面 就以上四種聚合工藝而言，本體法工藝流程簡單，裝置占地面積小，同時基本上無廢液排放，排氣可達到最低程度，環(huán)境污染少，而且產品質量好、純度高，特別使用透明包裝材料和電纜料。懸浮法是一種相對最成熟的 工藝，在目前世界上聚氯乙烯生產中占有絕對的分額，且產品轉化率最高，產品品種最多，容易適應市場。乳液法是生產糊樹脂的方法，工藝復雜、成本較高且樹脂質量較差。而微懸浮法也是生產糊樹脂的方法，但僅用于特殊用途。 反應速率 控制方對于本體聚合，當自由基聚合進行到一定轉化率后，體系黏度增大，自動加速效應顯著，散熱困難。大規(guī)模生產時，即使降低引發(fā)劑濃度以減慢速率，有時還是不能很好的控制。改用溶液聚合可以克服這一困難，但聚合速率和產物分子量均有所降低；此外，脫除溶劑困難，成本較高。而懸浮聚合可以克服本體聚 合和溶液聚合的上述缺點。 經濟方 面 從經濟角度分析，均相本體聚合是最合理的聚合方法。但其聚合后期體系黏度很高，在聚合反應器中攪拌、傳熱等工程問題解決之后，才能有效的實施。若包括精制、回收、干燥等后期處理工序在內，則各聚合過程的經濟性大體依下列順序遞減：懸浮聚合＞本體聚合＞微 懸 浮聚合＞乳液聚合。 懸 浮聚合 懸 浮聚合法 有許 多優(yōu) 點 ，如以水 為 介 質 ，價廉、不需要回收、安全、 產 物容易分離、生 產 成本低； 懸 浮聚合體系黏度低 、熱 量容易由 夾 套中冷 卻 水 帶 走、 溫 度容易控制、 產品質 量 穩(wěn)定。由于 沒 有向溶 劑 的 鏈轉 移反 應 ，其 產 物分子量一般比溶液聚合物高。與乳液聚合相比， 懸 浮聚合物上吸附的分散 劑 量少，有些 還 容 易脫 除， 產 物含有 較 少 的雜質。 生 產 技 術 相 對 更加完善，技 術 成熟。由于 這 些優(yōu) 點 ， 懸 浮聚合在 工業(yè) 上得到了 廣泛 的 應 用。 通 過 以上的各種方案的 對 比， 結合在 株洲化工集 團 的 實習 與 實踐 ，本 設計選用懸 浮法制取聚氯乙烯。 聚氯乙烯懸浮聚合工藝流程 ： 聚合原 理 在光、熱或輻射能的作用下，烯類單體有可能形成自由基而聚合。但由于 C C 鍵能大（ 103kJ/mol） , 須在 300~400℃ 高 溫下 才能 開始 均裂成自由基。 這樣 高的 溫 度 遠 超 過了 一般聚合 溫 度。因此，氯乙烯聚合系采用 過 氧化物或偶氮化合物作引 發(fā)劑 ，在聚合 溫 度下，均裂成自由基，然后引 發(fā) 聚合反 應 的。整 個 聚合 過 程分 為鏈 引 發(fā) 、 鏈 增 長 、 鏈轉 移和 鏈終止四個 步 驟 。 鏈 引 發(fā) 這 是形成 單 體自由基活性種的反 應 。用引 發(fā)劑 引 發(fā)時 ，由下列 兩 步