【導(dǎo)讀】在設(shè)計(jì)說明書中，簡(jiǎn)單介紹了聚氯乙烯的生產(chǎn)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、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(chǎn)方法.，并進(jìn)行了比較，最后確定以懸浮聚合法作為聚合的工藝生產(chǎn)方法。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，進(jìn)行了較為詳細(xì)的物料衡算和能量衡算，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了工藝計(jì)算和選型，同時(shí)對(duì)聚氯乙烯生。產(chǎn)過程中的安全注意事項(xiàng)及“三廢”治理作了相關(guān)說明，對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行了簡(jiǎn)單的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。繪制了相應(yīng)的設(shè)計(jì)。圖紙，設(shè)計(jì)圖紙包括工藝流程圖、主要設(shè)備圖的裝配圖、設(shè)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(jí)電絕緣材料 電絕緣材料，一般軟制品 電絕緣材料，農(nóng)膜，塑料鞋 一般薄膜，軟管，人造革，高強(qiáng)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(guó)聚氯乙烯 生產(chǎn)通過技術(shù)改造、技術(shù)攻關(guān)和消化吸收引進(jìn)技術(shù)，使行業(yè)技術(shù)水平有了很大的提高。不僅開發(fā)和推廣應(yīng)用脫出氯乙烯單體技術(shù)、防粘釜技術(shù)和干燥技術(shù)，而且聚合釜大型化和生產(chǎn)控制自動(dòng)化程度均有了極大提高。但是與國(guó)外先進(jìn)水平相比還存在很大差距，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)技術(shù)落后，規(guī)模小，產(chǎn)品質(zhì)量不高，品種少，樹脂加工應(yīng)用不協(xié)調(diào)等方面。因此，我國(guó)聚氯乙烯的發(fā)展應(yīng)以引進(jìn)外國(guó)先進(jìn)技術(shù)、選擇我國(guó)市場(chǎng)前景廣闊的硬制品和特殊牌號(hào)為主，這樣既能滿足化工建材的市場(chǎng)需求，又可替代進(jìn)口，使我國(guó)聚氯乙烯工業(yè)得到健康發(fā)展 產(chǎn) 品的 包裝 、 貯運(yùn) 方法： （ 1） PVC 樹 脂可采用 內(nèi)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(yīng) 保 證產(chǎn) 品在 運(yùn)輸貯 存 時(shí) 不被污染。 包裝 袋要能防 塵 、防潮。每袋 凈 重 25Kg。 （ 2） 包裝 袋上 應(yīng) 注明商 標(biāo)、產(chǎn) 品名 稱、凈 重、型 號(hào) 、批 號(hào) 、 產(chǎn) 品等 級(jí) 和生 產(chǎn) 廠名。 產(chǎn) 品型 號(hào)標(biāo) 志要醒目。 （ 3） 樹 脂 應(yīng) 放存放在干燥、通 風(fēng) 良好的 倉(cāng)庫(kù)內(nèi) ， 應(yīng) 以批 為單 位分 開 存放。防止批 條 混 雜 。不得露天堆放、防止 陽(yáng) 光照射。 （ 4） 運(yùn)輸時(shí) 必 須 使用潔 凈 、有蓬的 運(yùn)輸 工具，防止雨淋 。 2 產(chǎn)品及原料說明 產(chǎn)品性質(zhì)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 名稱及其結(jié)構(gòu) ⑴ 名稱 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 懸浮法聚氯乙烯樹脂 簡(jiǎn)稱 PVC （ Polyiny Chloride） ⑵ 分子式和結(jié)構(gòu)式： 分子式： CH2 CHCl n 結(jié)構(gòu)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(chǎn)品性能 ⑴ 典型的 物理性質(zhì) 外觀 ﹕ 白色粉末 密度 ﹕ — ﹕ — g/cm3 比熱容 ﹕ — （ g.℃ ） 熱導(dǎo)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(diǎn) 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(diǎn) ﹕ 7585℃ ，加熱到 130℃ 以上時(shí)變成皮革狀，同時(shí)分解變色，長(zhǎng)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(duì)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(guān)。 ⑸ 老化性能 較耐老化，但在光照（尤其光波長(zhǎng)為 270310nm 時(shí)）和氧化作用下會(huì)緩慢分解，釋放出 HCl，形成羰基，共 軛雙鍵而變色。 ⑹ 化學(xué)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(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 烯）酮，酯類以外，對(duì)水，汽油和酒精均穩(wěn)定。 ⑻ 機(jī)械性能 聚氯乙烯抗沖擊強(qiáng)度較高，常溫常壓下可達(dá) 10MPa。 [1] 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn) PVC 生產(chǎn)中所需主要原料的規(guī)格 表 3 PVC 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)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(shù)（ 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(zhì) 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(zhì) 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(zhì)活潑，能起加成反應(yīng)和易起聚合反應(yīng)。 沸點(diǎn)（ ）為 139℃ ，熔點(diǎn)為 ℃ 。 聚合放熱量 1554KJ/，聚合時(shí)的體積收縮率為 35%，導(dǎo)熱系數(shù)﹕ （㎡ . ）液體導(dǎo)熱系數(shù)（ 20℃ ） （㎡ .）。 [1] 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jiǎn)稱 PVA 分子結(jié)構(gòu)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(duì)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(jī)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(xué)結(jié)構(gòu)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(yīng)調(diào)節(jié)劑 名稱﹕巰基乙酸 2乙基己脂 化學(xué)結(jié)構(gòu)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(yīng)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(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 結(jié)構(gòu)式﹕ CC H 3C H 3O HOH 分子量﹕ ⑸ 防粘釜?jiǎng)┑男再|(zhì) 性質(zhì)﹕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(duì)甲基磺酸 kg 反應(yīng)溫度 ﹕ 160170℃ [4] 3 PVC 生產(chǎn)的典型聚合工藝 [2]： 到目前為止，世界上 PVC 生產(chǎn)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(jìn)行聚合。 本體聚合： 本體聚合工藝不以水為介質(zhì)，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(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。 乳液聚合： 乳液聚合是生產(chǎn)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(zhì)、水、乳化劑及非離子型表面活性劑加入集合釜中進(jìn)行聚合反應(yīng)。 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(yīng)釜進(jìn)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(xiàng) 目 懸浮法 本體法 乳液法 微懸浮法 工業(yè)類型 生產(chǎn)能力 /（萬噸 /年） 間歇 20 間歇 10 間歇 5 間歇 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 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 類型 效率 /（ t/am 3） 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)，制成固體樹脂時(shí)，需經(jīng)過冷凝、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 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 工藝 方 案選擇 依據(jù) 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(jiǎn)單，裝置占地面積小，同時(shí)基本上無廢液排放，排氣可達(dá)到最低程度，環(huán)境污染少，而且產(chǎn)品質(zhì)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(duì)最成熟的 工藝，在目前世界上聚氯乙烯生產(chǎn)中占有絕對(duì)的分額，且產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率最高，產(chǎn)品品種最多，容易適應(yīng)市場(chǎng)。乳液法是生產(chǎn)糊樹脂的方法，工藝復(fù)雜、成本較高且樹脂質(zhì)量較差。而微懸浮法也是生產(chǎn)糊樹脂的方法，但僅用于特殊用途。 反應(yīng)速率 控制方對(duì)于本體聚合，當(dāng)自由基聚合進(jìn)行到一定轉(zhuǎn)化率后，體系黏度增大，自動(dòng)加速效應(yīng)顯著，散熱困難。大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，即使降低引發(fā)劑濃度以減慢速率，有時(shí)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(chǎn)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(diǎn)。 經(jīng)濟(jì)方 面 從經(jīng)濟(jì)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(yīng)器中攪拌、傳熱等工程問題解決之后，才能有效的實(shí)施。若包括精制、回收、干燥等后期處理工序在內(nèi)，則各聚合過程的經(jīng)濟(jì)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(diǎn) ，如以水 為 介 質(zhì) ，價(jià)廉、不需要回收、安全、 產(chǎn) 物容易分離、生 產(chǎn) 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(chǎn)品質(zhì) 量 穩(wěn)定。由于 沒 有向溶 劑 的 鏈轉(zhuǎn) 移反 應(yīng) ，其 產(chǎn) 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(chǎn) 物含有 較 少 的雜質(zhì)。 生 產(chǎn) 技 術(shù) 相 對(duì) 更加完善，技 術(shù) 成熟。由于 這 些優(yōu) 點(diǎn) ， 懸 浮聚合在 工業(yè) 上得到了 廣泛 的 應(yīng) 用。 通 過 以上的各種方案的 對(duì) 比， 結(jié)合在 株洲化工集 團(tuán) 的 實(shí)習(xí) 與 實(shí)踐 ，本 設(shè)計(jì)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(yuǎn) 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(yīng) 的。整 個(gè) 聚合 過 程分 為鏈 引 發(fā) 、 鏈 增 長(zhǎng) 、 鏈轉(zhuǎn) 移和 鏈終止四個(gè) 步 驟 。 鏈 引 發(fā) 這 是形成 單 體自由基活性種的反 應(yīng) 。用引 發(fā)劑 引 發(fā)時(shí) ，由下列 兩 步