【導讀】本文對聚氯乙烯的研究，生產(chǎn)和應用進行了詳細。的概述，闡述了其在化學工業(yè)中的作用和地位。在確定聚氯乙烯生產(chǎn)工藝的基礎上。進行了物料衡算，熱量衡算，設備選型等。討論了三廢、供電、供水、采暖的。闡述了公用工程的自動控制水平。

　　

【正文】 同用途而有所不同要求：用于生產(chǎn)軟質(zhì)制品的聚氯乙烯樹脂平均粒徑要求低些在 100～ 130μm 左右； 用于生產(chǎn)硬質(zhì)制品者要求在 150～ 180μm 范圍；分子量較低的牌號 則要求在 130～ 160μm范圍。 此數(shù)據(jù)不能絕對化， 因工廠生產(chǎn)條件的不同而有所不同。 轉(zhuǎn)移。 影響聚合及產(chǎn)品質(zhì)量的因素 因素有攪拌、分散劑、聚合溫度等 ,結(jié)合樹脂的成粒過程等。 ① 攪拌：在懸浮聚合過程中 ,攪拌對聚氯乙烯樹脂顆粒形態(tài)的影響主要表現(xiàn)在影響 PVC 樹脂的粒徑及分布、孔隙率等 ,但攪拌的作用與分散劑的性質(zhì)互相影響、互相 補充。增加攪拌度將使懸浮分散體系內(nèi)液滴變細 ,PVC 樹脂平均粒子變小 ,但攪拌強 度過大 ,又將促使體系內(nèi)液滴碰撞聚并 ,使 PVC 樹脂的平 均粒徑變大。 PVC 樹脂平 均粒徑與攪拌轉(zhuǎn)速的關系曲線呈馬鞍形。隨著攪拌轉(zhuǎn)速的增加 ,能使聚氯乙烯樹脂 的初級直徑變小 ,孔隙率增加 ,吸油率增大。 ② 分散劑：在攪拌特性固定的條件下 ,分散劑種類、性質(zhì)和用量則成為控制樹脂顆 粒性的關鍵因素。在聚合過程中 ,分散劑影樹脂顆粒的宏觀微觀兩層次的成粒。就 宏觀而言 ,要求分散劑應具有降低單體和的界面張力 ,以利于 VCM 的分散和保護滴 或顆粒 ,減少聚并。單一分散劑較難同時滿足上兩方面要求 ,為制得顆粒規(guī)整、粒度 分布中 ,既疏松表觀密度又適合的聚氯乙烯脂 ,往往將兩種和兩種以上分 散劑復合 用。其中一分散劑以降低界面張力、提高散能力為主 ,另一則保證有足夠的保能力。 有時為了滿足特殊性能要求 ,在此礎上再添加油溶性輔助分散劑或表面活劑 ,調(diào)節(jié) 15 年產(chǎn) 3 萬噸聚氯乙烯聚合車間工藝設計 分散劑在 VCM 中的分配系數(shù) ,使散劑的作用深入到顆粒的微觀層次 [12]。 ③ 聚合溫度： VC 懸浮聚合中不存在鏈轉(zhuǎn)移劑時 ,聚氯乙烯的分子量幾乎取決于聚 在 合溫度 ,按照生產(chǎn)樹脂牌號的要求 ,聚合溫度一般在 45～ 65℃ 范圍內(nèi)選擇。 在較高溫 度下聚合 ,樹脂粒徑增長減慢 ,最終平均粒徑減小。聚合溫度對 聚氯乙烯樹脂顆粒形 態(tài)的影響主要表現(xiàn)在溫度對 PVC 樹脂的孔隙率有影響。聚合溫度低 ,形成的樹脂結(jié) 構較疏松；高溫下聚合由于初級粒子熔合成團以及初級粒子聚集體的緊密堆砌排列 , 從而制得的 PVC 樹脂孔隙率較低 ,這是因為隨著聚合溫度的升高 ,初級粒子變少 ,熔 結(jié)程度加深 ,粒子呈球形 ,而聚合溫較低時 ,則容易形成不規(guī)則的聚結(jié)體 ,從而使孔 隙率增加。通過以上的理論了解更加深了對聚合反應的理解。 ④ 汽提控制的影響：汽提工藝主要影響聚氯乙烯樹脂中單體殘留量和雜質(zhì)粒子數(shù)等 指標。所謂聚氯乙烯樹脂殘留 VCM 的含量是指聚 氯乙烯樹脂之中所吸附或溶解的 未聚合的 VCM,由于 VCM 和聚氯乙烯的大分子結(jié)構 ,導致相互間具有較大的親和力 , 這也是殘留 VCM 難以完全脫除的原因。 工藝流程敘述 加料系統(tǒng) (1)VCM 的貯存與加料： 從 VCM 車間運送來的新鮮單體 VCM，經(jīng)過過濾器（ 1）進入 VCM 貯槽（ 2） 中貯存，同時由 VCM 回收工序來的回收 VCM 貯存在回收 VCM 貯槽（ 7）中。用 VCM 泵（ 3）連續(xù)從回收貯槽抽料、并經(jīng)過 VCM 加料過濾器（ 5a， b）過濾，循環(huán) 回收到 VCM 貯槽 （ 7）中。目的是保留 VCM 加料的壓力，使 VCM 不汽化，以避 免再加料時損壞流量計。加料時（ 4）泵先加回收單體， （ 6）泵后加新鮮單體，回 收和新鮮單體有一定配比。 (2)脫鹽水的貯存與加料： 冷脫鹽水（來自界區(qū)）經(jīng)計量進入冷脫鹽水貯槽（ 13）中或熱脫鹽水貯槽（ 17） 中。冷脫鹽水經(jīng)加熱器（ 15）加熱到要求溫度后進入熱脫鹽水貯槽（ 17）中，待加 料用，該槽有溫度范圍或液位低時聚合釜不能入料。 加料時，根據(jù)聚合溫度的要求把冷熱脫鹽水混合，用冷脫鹽水加料泵（ 14）和 16 安徽建筑工業(yè)學院本科生畢業(yè) 設計 熱脫鹽水加料泵（ 18）打入聚合釜中，混合溫度在兩泵出口匯總管處由冷、熱脫鹽 水量來調(diào)節(jié)。 (3)注入水與沖洗水的加料： 注入水泵（ 20） ，從冷脫鹽水貯槽（ 13）抽水向各脫鹽水用戶供水，泵出口壓 力 用于聚合釜軸封、漿料泵（ 46） 、塊料破碎機（ 48）等。此泵有穩(wěn)壓系統(tǒng)， 另外該泵出口脫鹽水還用于聚合釜的注入水，比保證釡內(nèi)容積恒定。 沖洗水泵泵出口壓力 ，用于沖洗管理，并為助劑配制提水，同時為沖 洗水增壓泵（ 16）提供水及設備沖洗水，沖洗水泵的水經(jīng)沖洗水增壓泵（ 16）增壓 后 向聚合釡（ 42） 、回收分離器（ 54） 、汽提加料槽（ 61）等提供 MPa 的沖洗水。 (4)助劑的配制及加料： ① 緩沖劑系統(tǒng) 緩沖劑是在配制槽（ 37）中配制，配制時需 15～ 30 分鐘，不設單獨貯槽，加緩 沖劑時，計算機程序關閉循環(huán)線，打開充料伐，經(jīng)（ 38）充裝泵，將緩沖劑加到稱 重槽（ 39）中到規(guī)定時間用加料泵（ 40）加入到聚合釜（ 42）中，同時重新使用循 環(huán)系統(tǒng)使緩沖劑配制槽中物料續(xù)循環(huán)。 ② 分散劑系統(tǒng) 本設計采用兩種分散劑混合使用。 分散劑 A：分散劑在配制槽（ 31）中配制，分散劑加料時 ，先將分散劑打入計 量槽（此時循環(huán)已停） ，達到定量后，啟動循環(huán)系統(tǒng)，同時計量槽中分散劑用充裝 泵（ 36）打入聚合釜。 分散劑 B：配置過程如分散劑（ I） ，然后將配制好的分散劑（ II）放入分散劑貯 槽（ 33）中單獨貯存，同樣有個冷凍鹽水冷卻并用充裝泵（ 34）循環(huán)。此溶液攪拌 較強烈，以防分散劑分離。 ③ 調(diào)節(jié)劑的配制 調(diào)節(jié)劑在有局部攪拌的調(diào)節(jié)劑貯槽（ 9）內(nèi)貯存，加料時用調(diào)節(jié)劑充裝泵（ 10） 計量加入聚合釜（ 42） ，此管線帶壓無需沖洗。 ④ 引發(fā)劑系統(tǒng) 引發(fā)劑在引發(fā)劑配制槽（ 25）中配制，配制合格后放入引 發(fā)劑貯槽（ 26）中貯 存待用。引發(fā)劑貯槽（ 26）用冷卻水冷卻到規(guī)定的低溫，攪拌并用循環(huán)泵（ 27）打 17 年產(chǎn) 3 萬噸聚氯乙烯聚合車間工藝設計 循環(huán)。 加引發(fā)劑時， 先由貯槽 （ 26）放到引發(fā)劑稱重槽（ 28）中，然后用加料泵（ 29） 定量加入聚合釜（ 42）內(nèi)。 ⑤ 終止劑系統(tǒng) 終止劑在帶攪拌和排空裝置的不銹鋼容器（ 11）中配制，先將定量的脫鹽水和 NaOH 加入到終止劑配制槽 （ 11） 開動攪拌后將定量的終止劑加入到配制槽 中， （ 11） 中，當聚合達到規(guī)定轉(zhuǎn)化率時，需加終止劑。加終止劑時，按規(guī)定 的程序，用終止 劑充裝泵（ 12）從終止劑貯槽（ 11）中抽出，配方量的終止劑經(jīng)計量后從注入管加 入聚合釜，加終止劑時應關閉注入水切斷閥，加完終止劑后應關閉聚合釜終止劑閥 及終止劑泵出口閥，停泵。 事故終止劑 NO，在停車或停電等緊急情況下加入聚合釜、迅速終止聚反應。 ⑥ 涂壁系統(tǒng) 涂壁劑溶液在配制槽（ 22）中按規(guī)定配方進行配度和貯存。聚合出料完畢后， 用高壓水（ 14Kg/㎝ 2 G）沖洗釜 90 秒鐘，廢水用漿料泵（ 43） ，打至廢水貯罐（ 57） 中，洗滌后進行涂壁操作。 聚合系統(tǒng) 聚合： 若聚 合釜打開過釡蓋，則需抽真空真空度為 710mmHg 柱，將緩沖劑加到脫鹽水 總管內(nèi)，然后用脫鹽水把緩沖劑帶入到聚合釜。脫鹽水啟動后，加入 VCM、開動攪 拌， 當脫鹽水和 VCM 加完后， 釜內(nèi)溫度應接近聚合溫度， 繼續(xù)攪拌一定時間， VCM 使 液滴在水中形成，然后加入分散劑，繼續(xù)攪拌一定時間，以保證分散體系形成，最 后加入引發(fā)劑，使聚合反應開始。 聚合反應開始后，向擋板通入冷卻水并達到最大流量，然后向夾套中通入冷卻 水，并保持反應溫度，冷卻水流量由計算機根據(jù)聚合釜上、中、下溫度控制，同時 計算機計算出反 應放出的熱量，并與聚氯乙烯聚合動力浮模型的理論計算值比較， 計算出 VCM 到 PVC 的轉(zhuǎn)化率。 聚合反應開始后，兩股注入水應加入聚合釜，以保證釡內(nèi)容積恒定，一股注入 水來自聚合釜攪拌器的軸封襯套、另一股由釡頂注入。 18 安徽建筑工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計 聚合反應終點，可依據(jù)反應時溫度或測定單體轉(zhuǎn)化率及根據(jù)壓力降來確定，通 常按壓力降來確定，當聚合反應到達終點時，定量的終止劑將自動加入到聚合釜內(nèi) 以終止聚合反應。 出料結(jié)束后，用 的水沖洗后即可即可進行涂壁操作準備。 回 收系統(tǒng) （ 1）漿料汽提系統(tǒng) 由汽提塔漿料槽（ 47）底部來的漿料，經(jīng)塊料破碎機（ 48）破碎后，用汽提塔供給 泵（ 49）經(jīng)板式換熱器（ 50）與汽提完畢的漿料換熱，一部分從塔頂加入汽提塔， 另一部分回流到漿料槽（ 47） ，同時蒸汽由汽提塔底部進入； VCM 由蒸汽汽提帶走。 塔釜漿料由塔底漿料泵 (46)送出，并與漿料槽（ 47）來的漿料換熱后，一部分送到 漿料混料槽（ 84） ，另一部分返回塔釜液位同時防止?jié){料中 PVC 沉降，汽提完畢的 漿料中， VCM 殘留量在 30PPm 左右，塔頂出來的含 VCM 的蒸汽，用冷 凝器（ 53）冷 凝，由分離器（ 54）分離，冷凝液用分離器底泵（ 56）送至廢水貯槽（ 57） ，未凝 的汽提經(jīng)過濾器（ 55）過濾，送至 VCM 回收工序，漿料送至干燥工序。 （ 2）廢水汽提系統(tǒng) 這些廢水貯存在廢水貯槽（ 57）中，由塔底泵（ 58）打出與廢水汽提塔（ 61）底出 來的熱水換熱器（ 59）后，一部分由塔頂加入廢水汽提塔（ 61）中，另一部分循環(huán)， 同時蒸汽由塔底加入與廢水進行傳質(zhì)交換后，廢水中 VCM 提出并由塔頂帶走，隨后 進入塔頂冷凝器（ 62）冷凝，不凝液去壓縮機（ 63）壓縮回收，冷凝液回收到廢水 貯槽 （ 57） ，廢水汽提塔塔釜的廢水用泵（ 60）打出，經(jīng)換熱器（ 59）換熱后進入 廢水池，并與離心機母液，一起排除界區(qū)。 （ 3） VCM 回收系統(tǒng) 聚合反應結(jié)束后，未反應的 VCM，一部分隨漿料進入汽提塔加料槽（ 47） ，這部 分 VCM 從槽頂出來，經(jīng)汽液分離器（ 54）除去水分，并經(jīng)過濾器（ 65）過濾后用壓 縮機（ 66）升壓至 以上，送至回收冷凝器（ 67）中；另一部分是殘留在聚 合釜中的單體，這部分未反應的單體是在聚合釜出料達 50m3 時回收，在塔頂壓力 大于 時，單體進入回收 冷凝器（ 67） ，當釡頂壓力小于 時，啟動 19 年產(chǎn) 3 萬噸聚氯乙烯聚合車間工藝設計 間斷回收壓縮機（ 66） ，把單體壓縮送到冷凝器（ 67） ，經(jīng)漿料汽提，廢水汽提等來 回收 VCM。 干燥系統(tǒng) 混料槽（ 84）的 PVC 漿料，用漿料泵（ 85）送至沉降式離心機（ 86 ad） ，超 過離心機能力的部分漿料返回混料槽（ 84） ，這兩個槽有保溫系統(tǒng)同時槽底部還有 氮氣和蒸汽管路，通過槽中以便攪拌或清洗換型時用。 漿料經(jīng)離心機分離，母液進入母液池沉降后排放，濾餅用螺旋輸送 器（ 87） 、破碎 機（ 93） ,破碎輸送沸騰干燥床內(nèi)，用熱風熱水來脫除樹脂內(nèi)部水分。干燥所用的 熱風使用主風機（ 90）加入，主風機皆有過濾器（ 8 94） ，潔凈的空氣用加熱器 （ 91）加熱后，從沸騰床底部進入干燥器。 干燥所需冷風，由冷風機（ 99）經(jīng)空氣過濾器（ 100）過濾后進入沸騰床六室。 干燥好的樹脂由星型加料器（ 96）和排風機（ 102）抽至旋風分離器，使氣固相分離，氣相在用 2雙筒旋風分離器 （ 110） 分離， 氣體排空， （ 107） （ 110） 兩個分離器分離出的樹脂經(jīng)雙重闡 （ 112） 和星型 加料器（ 109）進入圓型振動篩（ 111）進行篩分，合格的成品進入中間料倉（ 113）然后 由工人包裝送至倉庫。 20 安徽建筑工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計 第二章 物料衡算 聚合釜 （ 1）物料平衡圖 工藝計算 圖 1 聚合釜物料平衡圖 （ 2）已知數(shù)據(jù) 裝料系數(shù) η= 轉(zhuǎn)化率 x%=85% 水油比 ﹕ 1 收率 =99% 熱負荷分布指數(shù) R=～ (R 取 ) 夾套傳熱系數(shù) K 夾套 =510Kcal/ m2 hr℃ 擋板傳熱系數(shù) K 擋板 =946Kcal/ m2 hr℃ 夾套進出口水溫： t 進 =7℃ t 出 =12℃ 21 年產(chǎn) 3 萬噸聚氯乙烯聚合車間工藝設計 擋板進出口水溫： t 進 =7℃ 夾套傳熱面積： F 夾套 =80 m2 擋板傳熱面積： F 擋板 =18 m2 注入水溫度 t=20℃ t 出 =15℃ 聚合溫度 t=57℃ 假定聚合釡回收的 VCM 占未反應單體的 85% （ 3）計算 ① 單體及水加入量計算 單體密度 ρ60℃=℃=℃時單體的密度： ρ57℃=[(57 60) /(5060)]179。 ( )+=℃=ρ50℃=℃ 時水的密度： ρ57℃=設單體加入量為 x m3/釡 水加入量為 y m3/釡 釡有效容積 V 有效 =68m3，裝料系數(shù) η= ，水油比 ﹕ 1 列方程組 x+y=68179。 （ ρ 水 57℃179。 y） /（ ρ 單體 57℃179。 x ） =﹕ 1 解得： x= m3/釡 y=② 注入水用量 注入水體積 Δv=cw∕ρ1ρ2179。 （ ρ1 ρ2 ） 式中 c：單體 VCM 轉(zhuǎn)化率 W： VCM 加入量（質(zhì)量 kg） ρ1 、 ρ2 ：分別是單體和 PVC 樹脂密度 Δv=85%179。179。179。 （ 842031400） 247。 （ 179。 1400 ） =已知注入水溫 20℃ ，此時 ρ 水 20℃=179。 =③ 聚合反應時間 a 夾套傳熱量 =傳熱面積 179。 傳熱系數(shù)179。Δtm 夾 Δtm 夾 =[(577)(5712)]/ln[(577)(5712)]=℃ ∴Q 夾=510179。 =179。 80179。 106kcal/h b 同理可計擋板傳熱量 Q 擋 =F 擋 179。 擋 179。Δtm 擋 K Δtm 擋 =[(577)(5715)]/ln[(577)(5715)]=℃ Q 擋=946179。 =179。 18179。 105kcal/h c 注入水流量 Q 注 =CpwΔt 注入水溫由 20℃ 升到 57℃ 平均水溫 t 平均 =（ 20+57） /2=℃ 注入 水比熱容 Cp20℃=（ kg℃ ） Cp40℃=（ kg℃ ） 22 安徽建筑工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計 其平均比熱容 Cp 平均 =（ kg℃ ） =（ kg℃ ） ∴Q 注=179。179。37=+Q 擋 +Q 注 =+179。X%179。ΔH℃ 加入總物料量 G=179。 = ΔHx=3 66kcal/kg178。VCM ， x%為轉(zhuǎn)化率 取熱負荷指數(shù) R= R=(Qmaxτ 反 )/Q 總 τ 反 =R178。 總 /Qmax=179。 Q 179。 179。 366/ （ +） = ④ 引發(fā)劑用量 引發(fā)劑用量 Nr=N0(1[I]/[I0])=N0() ∴N0=Nr （ 1e） 引發(fā)劑的理論消耗量取 lnτ1/2=A/T B 式中 A=15108 B= T=+57= Lnτ1/2=15108/ = τ1/2= N0=Nr （ 179。 ） =（分子量 346） ： 179。 346179。 179。 179。 106=⑤ 緩沖劑用量 緩沖劑 =單體 179。 （ ） 179。 179。 =⑥ 分散劑用量 88% PVA % PVA ⑦ 終止劑（ ATSC） ATSC=[I]/2=（以釜為標準） 出料中的 PVC 量：179。 179。 179。 = 損失的 PVC 量： 179。 179。 179。 = 未反應 VCM： 179。 179。 = 脫鹽水：179。 = 回收 VCM： 179。 179。 179。 =3022 kg 剩余 VCM： = （ 4）物料平衡表 表一 物料衡算表 序號 1 品名 VCM 進料量（ kg） 出料量（ kg） 回收 3022 剩余 23 年產(chǎn) 3 萬噸聚氯乙烯聚合車間工藝設計 2 PVC 損失 3 4 5 6 7 8 脫鹽水 注入水 EHP ATSC 緩沖劑 分散劑 合計 混料槽 （ 1）物料平衡圖 圖 2 混料槽物料平衡圖 （ 2）已知數(shù)據(jù) 進料 PVC： 收率 % 水、助劑： +++++= 進料 VCM （ 3）計算 出料中的 PVC 量： 179。 = 出混料槽 VCM 含量為 7000ppm 24 安徽 建筑工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計 損失的 PVC 量： 179。 = 設出料中 VCM 為 Xkg X/(++X)=7000179。 6 10 ∴X= 回收 VCM： = （ 4）物料平衡表 表二混料槽物料平衡圖 序號 1 品名 PVC 進料量（ kg） 出料量（ kg） 損失 2 VCM 回收 3 水、助劑 合計 汽提塔 （ 1）物料平衡圖 圖 3 汽提塔物料平衡圖 （ 2）已知數(shù)據(jù) 塔頂數(shù)據(jù)： 75～ 80℃ 塔底溫度： t 底 =110℃ 25 年產(chǎn) 3 萬噸聚氯乙烯聚合車間工藝設計 出汽提塔的 VCM 為 50ppm 收率： % 產(chǎn)量為 3 萬噸 /年 PVC 含水量： % 年工作時間數(shù)： 7000h （ 3）計算 ① PVC 的進料量 每小時生產(chǎn)純干： 3179。 7179。 10 （ ） /7000=率 汽提塔： % 離心機： 99% 沸騰床： 99% 包裝： % 故汽提塔進料中含 PVC GPVC=(179。 179。 179。 )= 以 PVC 為基準 ② 水、助劑的量 水、助劑： （ ） 179。 =③ VCM 的量 VCM： （ ） 179。 =④ 熱量計算 80℃ ，塔底溫度為 110℃ 對于 VCM t 平均 =（ 80+100） /2=95℃ VCM 比熱 Cp90℃=℃ Cp100℃=℃ 用內(nèi)插法求得 Cp95℃=℃=℃ 110℃VCM 汽化熱 ΔHVCM=3034cal/ 克分子 =℃=℃ Cp100℃=178。 ℃ Cp95℃=178。 ℃=178。 ℃ b 、3atm 大氣壓下求水蒸氣 的焓及溫度（ 3atm=304Pa） 水蒸氣的焓 ΔH300kPa=t300kPa=℃ t350kPa=℃ 轉(zhuǎn)化系數(shù) 26 安徽建筑工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計 分別用內(nèi)插法得 ΔH3atm=、 1atm 大氣壓下 t3atm=℃ 110℃ 水的焓 = 設蒸汽冷凝放 熱量為 Q 放，通入蒸汽量為 ykg/h ∴Q 放 =y（ ）= 設物料吸收熱量為 Q1 部分 VCM 氣化吸熱為 Q2 ∴Q 吸 =Q1+Q2=Q 放 Q1=CpPVCWPVCt+CpPVCWVCMt+CpH2ot Cp=℃=℃ ∴Q1=179。 179。 （ 11080） +179。 179。 （ 11080） +179。 179。 （ 11080） =∴Q2= ∴Q 吸 =Q1+Q2=+= 汽提塔出料中 VCM 含量為 50ppm （ ） /[179。 ++( x)+y]=50179。 6 10 （ 2） 聯(lián)立（ 1） （ 2） 解得： x= y= ∴ 出料中 VCM： =:179。 =PVC:=（ 4）物料平衡表 表三 汽提塔物料平衡表 序號 1 品名 PVC 進料量（ kg） 出料量（ kg） 損失 2 VCM （ 1） 27 年產(chǎn) 3 萬噸聚氯乙烯聚合車間工藝設計 回收 3 4 水、助劑 蒸汽 合計