【導讀】pvc是一種無毒、無臭的白色粉末。為pvc聚氫乙烯，是由氯乙烯單體聚合而成的熱塑性高聚物，PVC為無定形聚合物，含結晶。質量則在4×105～1×106之間。1958年建成投產，生產能力在3000噸／年。化工廠等紛紛改進，生產能力提高很大。其中硬PVC大約占市場的2/3，軟PVC占。軟PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表層，但由于軟PVC中含有柔。硬PVC不含柔軟劑，因此柔韌性好，易成型，不易脆，無毒無污染，軟質PVC多用來做成真空吸塑薄。人造革及箱包等諸多行業(yè)。其中建材行業(yè)占的比重最大，為60%，其次是包裝行。硬制品主要包括各種型材、管材、硬片、PVC材料用途極廣，主要用于制作：pvc卡片；pvc貼牌；pvc鐵絲；領域中處處可見到PVC產品。PVC被用來制作各種仿皮革，用于行李包，PVC加熱到130℃以上時變?yōu)槠じ餇?，呈現(xiàn)彈性，長期加熱則分解脫出氯化氫，同時使PVC變色。燥工段變成干燥的反應物，包裝之后成為合格的pvc產品。18℃時的比重為，電石比重隨著2aCC含量的減少而增加。

　　

【正文】 25℃ 出口溫度 T2： 14℃ 計算兩流體的平均溫度差 ? ?? ? ? ?? ?? ?? ?35201425ln3520xx25ln1212 ?????????????????????tttttm℃ 兩流體的最初溫差 冷流體溫升???? 11 12 tT ttP 兩流體的溫升熱流體的溫降???? 12 21 tt TTR 而： ? ?? ? 3525 3520xx 12 ??? ??????? tT ttP ? ?? ? 14251221 ???? ?????? tt TTR 查文獻得 ??t? ???????? ? mtm tt ? ℃ 查文獻，列管式換 熱器中的總傳熱系數 K 的 Φ 經驗值 設 K=100w/（ m2 ℃ ） 故 2( 5 5 5 2 2 5 2 3 2 0 3 6 0 0 ) 6 7 2 . 8 41 0 0 2 2 . 6 0 5mQSmKt ?? ? ??? 年產 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設計 32 取 7 臺石墨冷卻器，每臺 2m 查文獻，浮頭列管式石墨換熱器系列參數組合， 參考查文獻 [3]， 選用換熱管長度為 4000mm， 公稱直徑 800 mm, 公稱壓力 4Mpa,管程為 2 的A 型設備 型號： GHA800105 式中 ,G—— 列管式 H—— 換熱 設備 A—— 換熱 管型號 公稱面積為 105 2m ＞ 2m 故可行 . 石墨預熱器的選型 已知條件： 總熱負荷： Q=循環(huán) 水流量： 進口溫度 T1： 110℃ 出口溫度 T2： 95℃ 混合氣 進口溫度 t1： 14℃ 出口溫度 t2： 75℃ 計算兩流體的平均溫度差 ? ?? ? ? ? 5 1589ln951 101475ln1212 ??????????????tttttm℃ 而： ? ?? ? 14110 147511 12 ??? ?????? tT ttP ? ? 16 9511 012 21 ??? ????? tt TTR 查文獻 得 ??t? 年產 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設計 33 4 8 5 ???????? ? mtm tt ? ℃ 查文獻，列管式換熱器中的總傳熱系數 K 的經驗植 設 K=100w/（ m2 ℃ ） 25988989010 3600 4 2 1 . 3 6 91 0 0 3 9 . 4 8 1mQSmKt ?? ? ??? 查文獻，浮頭列管式石墨換熱器系列參數組合， 參考文獻， 選用換熱管長度為 5000mm， 公稱直徑 1600mm, 公稱壓力 4Mpa,管程為 6的 B 型設備 型號： GHB1600335 式中 ,G—— 列管式 H—— 換熱 設備 A—— 換熱 管型號 公稱面積為 335 2m ＞ 2m 故可行 . 轉化器的設計 已知條件 氯乙烯合成反應器通常采用氣固相固定床列管式反應器，常稱作轉化器。轉化器的主要作用是裝載催化劑，進行合成反應和移走反應放熱，因此要求轉化器保證傳熱良好，能及時移走反應熱，并且使反應氣體分布均勻，以避免局部過熱。 轉化器為一個圓柱形列管式設備，上下為錐形蓋，外殼由鋼板焊接而成。內有列管 ， [1]用脹管法固定于兩端花板上，管內裝催化劑，管間的兩塊隔板將整個圓柱部分隔為三層，每層均有冷卻水進出口用以通冷卻水，帶走反應熱。上蓋設有氣體分配板，使氣體均勻分配；下蓋內襯瓷磚，以防鹽酸腐蝕。下蓋內自下而上充以瓷環(huán)、活性炭作為填料，支撐列管內的催化劑，防止催化劑粉塵進入管道。 空速為 25～ 40m3/m3 催化劑 1h 時，轉化率最大 反應溫度：新觸媒： 150℃ ，舊觸媒： 180℃ HgCl2 含量： %～ % 水分含量：小于 % 松裝粒度： 540～ 640 g/L 粒度： ～ （大于 92%） 采用經驗設計法 年產 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設計 34 空間速度：R0VVSV? ， V0—— 原料混合氣進料流量， m3（ STP/h） VR—— 催化劑床層體積， m3 SV—— 空間流速， h1 ∴RVV040? ， 表 22 轉化器 進 料表 進料 質量 /kg 物質的量 W/kmol CH≡CH 20852 802 HCl O2 H2O Σ 計算 混合氣的體積流量： V0 = =（ STP/h） VR=V0/40=（ STP/h） 選管子 ?? ， 管子內徑為 ? ，管長為 6m，催化劑填充高度為 ? ? 293 26 83534 5 ????? 根 分為 27 個轉化器，則每個用 3094 根管子 循環(huán)水需要帶走的熱為 ? ? ? ? 252 751 1 0951 1 0t m ?????? ℃ K 取 100 w/（ m2 ℃ ）， 78501374290 3600 8 7 2 2 . 3 7 4 9 m 21 0 0 2 5mQA Kt ?? ? ???需 ? ?3 . 1 4 0 . 0 5 5 . 7 3 0 9 4 1 8 7 4 7 5 8 . 1 5 6 2 m 2tnA n d l?? ? ? ? ? ? ?實 際 ∵ A 實際 ﹥ A 需要 ∴ 能滿足要求 年產 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設計 35 殼體大于 400mm用鋼板卷焊而成， 殼體內徑 D 取決于傳熱管數 n，排列方式和管心距 ? ? ? ? 0c d3~21ntD ??? 式中 ： t—— 管心距 ， t= d0—— 換熱管外徑 nc—— 橫過管束中心線的管數，該值與管子排列有關 本設計采用正三角排列，則 1 .1 1 .1 3 0 9 4 6 1 .1 8 6n? ? ? t== ? ? 01 2 . 0 0 . 0 7 1 2 5 ( 6 1 . 8 6 1 ) 2 . 0 0 . 0 5 7 4 . 4 0 2 2 6 mcD t n d? ? ? ? ? ? ? ? ? 圓整到 4500mm 參考文獻，為了滿足及時轉移反應放出的熱，從而保證反應溫度不超過最高限額，采用把轉化器換熱分為三層，三層同時進行散熱。 手孔 反應最高壓力為 選用平焊法蘭手孔 公稱壓力 , 公稱直徑 DN250mm,H1=190mm 采用 Ⅱ 類材料，墊片采用石棉橡膠板 其標記為：手孔（ AG） HG2152995. 聚合釜相關裝置的選型、設 計 和校核 釜體的 設計 半 連續(xù) 操作 生 產 周期或生 產 批 數 3Pd1 根據年 產 量確定每批 進 料量 W=103kg/P 選擇反應器裝料系數 φ=VR/VT[7] （ φ取 ） VR—— 反應液體積， m3 VT—— 反應器實際體積， m3 計算反應器體積 氯乙烯密度 [12]ρ1=103kg/ m3 年產 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設計 36 水密度 [12]ρ4=103kg/ m3 助劑的體積忽略不計 V1=(103)/( 103)= V2=(103)/(103)= VR= V1+ V2=+ m3= m3 VT= VR/φ=據株化的資料，反應器的體積可取 45 m3 或 48 m3 此設計中取 48 m3 nT＝ VT/ VTi nT—— 反應器臺數 ,個。 VTi= 對液－液相類型選取 H/D＝ 估算筒體的內徑為： Di=34??????? DHV 帶入數據可得 Di= 圓整取筒體內徑為 3400mm，據標準橢圓，可得 h1=3400/4=850mm, 查附表可得 Vh= 內表面積 Fh= 再查附表得每一米高筒體容積 V1=,表面積 F1＝ 筒體高度 H=(VVh)/V1=()/= 圓整可得 H=4800mm 于是 H/Di=4800/3400= 復核結果基本符合給定的范圍。 釜體 實際 高度 H1=H+2 D/4=+2 聚合釜壁厚的計算 （ 1） 計 算厚度 由公式 S= cit cPD2[ ] P? ??得： 式中： Pc— 計算壓力，取 Pc=； Di=3400mm； ф=；設計溫度為 150℃ 查 [8]得 16MnR 在 150℃ 的 [σ]t=170MPa S=3400/（ 2170 ） = 取腐 蝕 余量 C2=，鋼板厚度負偏差 C1=， 則 Sn=S+C1+C2=++= 圓整后取 Sn=15mm。復驗 Sn6%=15= mm＞ ，故能取 C1=， 該聚合釜體可用 15mm厚的 16MnR 鋼板制造。 因 為內壓 要比外 壓 大，所以按 強 度 計算內 筒的壁厚一定能 滿 足外 壓穩(wěn) 定的要求。因此，本 設計 中未做外 壓 的 設計 。 年產 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設計 37 （ 2）校核水壓實驗強度 T i eteP (D S )2S??? ≤ 式中 PT=t[][]??=137/137= Se=SnC== 查 [8]得： σs=345MPa 則 σt=（ 3600+） /(215)= 而 =345= MPa 由 σt＜ 所以水壓實驗強度足夠。 夾套的設計 （ 1） 夾 套直 徑 和高度的確定 對 于筒體的 內徑 Di=3000～ 4000mm， 夾套內徑 Dj=Di+200 =3400+200 =3600mm 查文獻得：封頭體積 VH=，表面積 FH= 由下式確定高度： Hj= HtVVV?? =()/= 圓整，得 Hj=4000mm （ 2） 夾套的材料和壁厚 選用 0Cr18Ni9為夾套材料，設計溫度為 150℃ ，查得 許 用 應 力 [σ]t=137 MPa 設計壓力為 MPa， ф= C1= C2=1 mm 由公式 S= cit cPD2[ ] P? ??得： S=3600/（ 2137） = 取腐 蝕 余量 C2=，鋼板厚度負偏差 C1=， 則 Sn=S+C1+C2=++= 圓整后取 Sn=12mm。復驗 Sn6%=12=＞ ，故最后取C1=。該夾套可用 12mm厚的 0Cr18Ni9 鋼板制造。 （ 3） 校核水壓實驗強度 T i eteP (D S )2S??? ≤ 年產 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設計 38 式中 PT=t[][]??= 137/137= Se=SnC=121=11mm 查得： σs=210MPa 則 σt=（ 3800+11） /（ 2 11） = 而 = 210= MPa 由 σt＜ 所以水壓實驗強度足夠。 攪拌裝置的設計 （ 1） 攪拌器的結構型式： 選定為單層開啟式直葉渦輪槳 （ 2） 攪拌器尺寸的計算 取渦輪式攪拌器的直徑 DJ 與釜內徑 DN 比為 知 DN=3600mm DJ==3600= mm 取攪拌器離底高度 h= h=3600= 取攪拌器的寬度 b= b== mm 取槳葉數 Z=3 （ 3）攪拌附件的設置 擋板數目： 4 塊 寬度： 1/10DN=1/103600=360mm 方式：緊貼著釜壁且垂直于釜壁。 確定攪拌轉速 : n=120r/min 計算攪拌功率 : 攪拌液體時，產生循環(huán)流量及克服流體摩察阻力所需的功率叫攪拌功率。由于攪拌釜中液體運動的狀況十分復雜， 攪拌功率目前尚不能用理論算出，只能通過實驗獲得它和該系統(tǒng)其它變量之間的經驗關系型，然后再按經驗關系型計算出攪拌功率。 攪拌功率關系式 [7]如下： Ps=Npρn3d5 式中 年產 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設計 39 Ps—— 攪拌功率 Np—— 功率數 ρ—— 被攪拌介質的密度 d—— 攪拌器的直徑 n—— 攪拌器的轉速 開啟式直葉渦輪式攪拌器有折流擋板 得 Np= 已 知 ρ= 103 Kg/m3 n=120/min d=650 mm Ps=Npρn3d5