【正文】 感謝所有關(guān)心、支持、幫助過我的良師益友們！最后，向在百忙中抽出時間對本設(shè)計進(jìn)行評審，并提出寶貴意見的各位專家表示衷心地感謝。我要特別感謝我的指導(dǎo)老師王亞琴老師的熱情關(guān)懷與悉心指導(dǎo)。致謝回顧起本人的“年產(chǎn)1萬噸PVC聚合車間工藝的畢業(yè)設(shè)計”，至今我仍感慨頗多。通過對聚合過程中夾套的傳熱能力來選定合適的設(shè)計。經(jīng)過這次對車間的初步設(shè)計,我進(jìn)一步了解化工工藝生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)和實施步驟,掌握了化工設(shè)計的基本步驟和方法。本文對聚氯乙烯國內(nèi)外現(xiàn)狀的研究，生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的概述。3. 壓力容器管道的防泄漏技術(shù)。目前國產(chǎn)聚合釜多采用。“粘釜”會導(dǎo)致聚合釜散熱能力下降，引發(fā)暴聚。在使用釜頂冷凝器時要注意向釜中加料時排盡不凝氣體，否則會使傳熱系數(shù)下降；還應(yīng)避免采用揮發(fā)性引發(fā)劑，防止釜內(nèi)泡沫進(jìn)入冷凝器，因結(jié)垢使傳熱系數(shù)降低。因為“暴聚”及泄漏都可以導(dǎo)致聚合釜的重大火災(zāi)、爆炸及中毒事故的發(fā)生。一般來說單層廠房建設(shè)費(fèi)用較低，因此除了由于工藝流程的需要必須設(shè)計成多層外，工程設(shè)計中一般多采用單層。 車間設(shè)備布置 車間設(shè)備平面布置車間平面布置按其外形一般分為長方形、L形、T形和Ⅱ形等。 車間設(shè)立面布置的原則廠房的立面形式有單層、多層和單層與多層相結(jié)合的形式。第三，生產(chǎn)要安全。10 設(shè)備布置應(yīng)整齊，盡量使主要管道走向一致[15]。5 充分考慮本裝置（車間）與其他部門在總平面布置圖上的位置，力求緊湊、聯(lián)系方便，縮短輸送管線，達(dá)到節(jié)省管材費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用的目的。右旋112氣流干燥管1550x4x12800113旋風(fēng)干燥塔3500x19400114離心機(jī)TRH050215空氣加熱器殼管式（一管程二管程型）1第四章 車間布置 車間設(shè)計的原則1 從經(jīng)濟(jì)和壓降觀點(diǎn)出發(fā)，設(shè)備布置應(yīng)順從工藝流程，但若與安全、維修和施工有矛盾時，允許有所調(diào)整。n=197rpm，55KW57料漿排放槽V=110m179。/h,H=44m,IH1006520022公用水泵Q=44m179。℃=㎡ 空氣加熱器用于加熱干燥介質(zhì)（空氣）的換熱器稱為空氣加熱器。有關(guān)性能如下：流量：23揚(yáng)程：175 m轉(zhuǎn)數(shù)：2950r/min效率：41％允許氣蝕余量：葉輪直徑：270 mm葉輪出口寬度：泵重：280kg 選電機(jī)配套電機(jī)功率40KW；軸功率：。故③管路系統(tǒng)的總能量損失229。hf，b=式中，——出口管對流傳熱系數(shù)；ze——出口阻力系數(shù)（本設(shè)計中ze=1）；——出口管長（ =60m）；——出口彎頭，閥門等的當(dāng)量直徑；——出口管子直徑（=89－2=82mm=）——出口管的流速。查表得20℃時，氯乙烯單體的910kg/m3，104Pa s。Hf,b①吸入管路上的能量損失229。20℃時，查表得VCM的密度為910 kg/ m3。圖31 簡易示意圖取儲槽液面為下游截面為11，聚合釜液上游截面 22，并以截面11為基準(zhǔn)水平面。 確定流量與揚(yáng)程（1）已知數(shù)據(jù)輸送介質(zhì)：氯乙烯操作溫度：20℃貯罐液面壓力：； MPa入口液面至泵中心距離：出口液面至泵中心距離：吸入管管長：直管20 m (管徑：f114180。液體的飽和蒸汽壓比較高，在輸送過程中極易氣化，造成泵的氣蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致流量下降，壓頭與效率降低。 m3的聚合釜。熱負(fù)荷Q=23523653103/(30060)= W因為聚合反應(yīng)不是勻速放熱反應(yīng)，所以在聚合釜傳熱設(shè)計時，要知道最大放熱速率，即最大熱負(fù)荷，聚合釜的最大傳熱能力要大于最大熱負(fù)荷。S夾即釜夾套不設(shè)導(dǎo)流板，冷卻水自夾套下口進(jìn)入，經(jīng)夾套環(huán)隙直升而上由上口溢出。s內(nèi)差法得：μ水6℃=103mPasμ=（1+∮s）μ/（1∮s）4=[1+(+)] 103/[1(+)]4=103mPa℃④ 懸浮液的平均粘度μ和μwμ=（1+∮s）μ水/（1∮s）4式中：∮s為分散相體積分率；μ水為反應(yīng)溫度下水的粘度?！?；C水60℃= kJ/kg（ρVCM/M）1/3其中，ρVCM=㎝3；C VCM= Kcal/ kg轉(zhuǎn)化率達(dá)70%的VCM懸浮聚合體系，有機(jī)粒子本身可看作聚氯乙烯分散在氯乙烯中的懸浮體系，再由有機(jī)粒子在水中構(gòu)成總的懸浮體系。(nd2ρ/μ)為攪拌雷諾數(shù)NRe ，(3600cμ/λ)為普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr，常數(shù)C隨聚合釜結(jié)構(gòu)和攪拌漿型式等而變。d/h 32kcal/kgd=105J/kgd每1kg干空氣中增加的熱量△I＝I145℃－℃＝41－9＝32kcal/kgV/kg所以，由進(jìn)入加熱器空氣狀態(tài)點(diǎn)A沿等濕度線向上與t＝145℃的等溫度線相交與i點(diǎn)，由i點(diǎn)讀出濕空氣離開加熱器時的焓值為I145℃＝41kcal/kg②風(fēng)機(jī)進(jìn)口空氣焓值通過A點(diǎn)作等焓線交左縱軸于E點(diǎn)，℃＝9kcal/kg圖210 濕空氣的I—H圖①風(fēng)機(jī)進(jìn)出口空氣濕度℃的等溫線與Φ＝80％的等相對濕度線的交點(diǎn)為A?！?，相對濕度80％。具體如下圖所示， Q1 VC、水、助劑聚合釜 反應(yīng)熱 Q45℃水95℃水7℃水92℃水PVC、VC、水、助劑 Q3Q2Q5將20℃的VC、水、助劑升溫至55℃所需的熱量20℃時VC、水、助劑的熱量冷卻水帶走的熱量反應(yīng)熱55℃時VC、水、助劑、PVC的熱量圖28 聚合過程中的熱量過程模擬①20℃時VCM、水、助劑的熱量Q1.設(shè)以0℃為基準(zhǔn)，各助劑的熱量可以忽略不計。恒溫反應(yīng)階段，由于本設(shè)計中單體聚合的反應(yīng)為放熱反應(yīng)。圖25 沸騰床的物料平衡圖收率99%；%；含VCM 5ppm出料中PVC的量：=㎏/h損失PVC的量：=㎏/h設(shè)出料中PVC含水量x㎏/h，VCM y㎏/h﹙＋x＋y﹚=xy/﹙＋x＋y﹚=510﹣6解得：x=㎏/hy=㎏/h排出水：=㎏/h回收VCM：=﹙4﹚物料平衡表表25 干燥系統(tǒng)物料平衡表序號 品名 進(jìn)料量（kg/h） 出料量（kg/h）1 PVC 2 VCM 3 水 （和PVC結(jié)合）合計 包裝圖6. 包裝過程中的物料平衡圖%得到的產(chǎn)品損失PVC：= kg/h損失PVC：= kg/h核算：24300=9978048t≈1萬噸表26 包裝物料平衡表序號 品名 進(jìn)料量（㎏／h） 出料量（㎏／h）1 PVC 2 VCM 3 水 合計 把聚合車間各部分的物料用圖形標(biāo)注，即可得到如圖7所示的物料流程圖。離心機(jī)的主要作用是將懸浮液中的液體和固體顆粒分開?！鎰t，Cp95℃=本設(shè)計用水蒸氣進(jìn)行氣提。年生產(chǎn)時間為300天，采用間隙操作，每天兩批。經(jīng)多次聚合后再借人工或高壓水徹底清洗。(1)聚合釜應(yīng)采用盡量光潔的拋光表面。通常選擇由阻聚劑、固定劑和溶劑組成的涂布液，對聚合釜進(jìn)行噴涂處理。主要是由于溶解于水相中的單體(在50℃和7．8 MPa的壓力下，單體在水中溶解度達(dá)1％)的聚合物，在聚合反應(yīng)全過程中，予金屬表面發(fā)生上述的物理和化學(xué)過程(又稱水相聚合)，而出現(xiàn)較均勻的、基本上由微?！罢辰Y(jié)”而成的粘釜。(3)攪拌軸及擋板背面粘釜。主要是液相氯乙烯揮發(fā)時攜帶一部分引發(fā)劑(或活性基團(tuán))，于金屬壁面冷凝、吸附并聚合而成。在物料流動慢的地方，粘釜表現(xiàn)得也比較突出。釜內(nèi)液相部分、釜頂氣相部分，氣一液相界面。 防粘釜技術(shù)粘釜會使聚合釜壁的熱阻大幅度增加，聚合釜傳熱系數(shù)大大降低，聚合反應(yīng)時間長，聚合釜生產(chǎn)能力下降，嚴(yán)重的可導(dǎo)致聚合釜移熱困難，聚合釜可能產(chǎn)生超壓和爆聚的危險。④采用聚合釜全密閉技術(shù)可取消聚合釜抽真空脫空氣的時間和減少聚合釜開關(guān)人孔及檢查氣密性等時間，大大降低VCM單耗，減少安全事故。不同的聚合溫度，VCM轉(zhuǎn)化率對PVC質(zhì)量的影響存在差異，因此要根據(jù)聚合溫度和產(chǎn)品質(zhì)量的要求選擇合適的最大VCM轉(zhuǎn)化率，以保證聚合釜生產(chǎn)能力最大化，且保證PVC質(zhì)量。(3)引發(fā)體系在聚合中，引發(fā)體系對縮短聚合時間影響很大，要根據(jù)聚合溫度選擇不同的引發(fā)劑復(fù)合，而且選擇活性有差別的引發(fā)劑。(2)聚合釜裝填系數(shù)提高聚合釜的裝填系數(shù)的措施：①具有保證聚合釜系統(tǒng)安全防控體系，安全閥、防爆片、緊急終止劑、手動和自動放空等完好。⑥加強(qiáng)釜內(nèi)粘釜物的清除，減少污垢熱阻．目前國外較先進(jìn)的防粘釜技術(shù)能達(dá)到1000釜以上才需清釜．國內(nèi)先進(jìn)的PVC企業(yè)已經(jīng)能達(dá)到500釜以上才需清釜。目前，國內(nèi)多數(shù)企業(yè)采用7℃冷凍水替代冷卻水來提高聚合釜的移熱能力，但需要重新整定聚合釜控制參數(shù)PID。(2)聚合釜的傳熱能力反應(yīng)的熱量是靠冷卻水移走的，如不能保證移熱能力，反應(yīng)溫度就會失控，產(chǎn)生爆聚，不僅影響PVC質(zhì)量，還會發(fā)生安全事故。當(dāng)聚合反應(yīng)發(fā)生以后，界面層上的分散劑發(fā)生氯乙烯接枝聚合反應(yīng)，使分散劑的活動性和分散保護(hù)作用降低，液珠開始由于碰擊而合并為較大粒子，并處于動態(tài)平衡狀態(tài)。 成粒機(jī)理在懸浮聚合中，攪拌和分散劑是兩個重要因素。因此在體系壓力開始下降時，聚合速率達(dá)到最大值。 鏈反應(yīng)動力學(xué)原理①低轉(zhuǎn)化率階段（小于5%）產(chǎn)生的聚合主要發(fā)生在單體相中。2．鏈增長：是活性單體反復(fù)地和單體分子迅速加成，形成大分子游離基的過程。 聚合機(jī)理 自由基聚合機(jī)理氯乙烯懸浮聚合屬于自由基鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)，分為鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止3個基元反應(yīng)。沸點(diǎn)（95%）283302℃。溶于酸,微溶于水和乙醇。④過氧化二碳酸（2－乙基己基）酯：本品為無色透明液體，EHP活性氧≥%，NaCl含量≤%；。分子式為（C2H4O）n，絮狀PVA的假比重為（ ～）g/cm3，片狀PVA的假比重為（177。溶于稀鹽酸、硝酸、磷酸、乙酸、亞硫酸，生成可溶性酸式磷酸鹽，也能溶于銨鹽溶液。有氧存在時，氯乙烯過氧化物，它可與水生成鹽酸從而腐蝕設(shè)備，過氧化物還可以使氯乙烯產(chǎn)生自聚作用。遇明火、高溫有燃燒爆炸的危險。自燃點(diǎn)472℃。 原料及產(chǎn)品性能①氯乙烯 ： CH2=，無色易液化的氣體。因此要加壬基苯酚作為阻聚劑。⑤阻聚劑：本設(shè)計采用壬基苯酚作為阻聚劑。④終止劑：反應(yīng)結(jié)束后殘余的自由基和引發(fā)劑殘留在樹脂中，為了保證質(zhì)量要加入終止劑消除。本設(shè)計采用88%的聚乙烯醇和75%的聚乙烯醇。但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)多室沸騰床的花板容易漏料,不同牌號切換時比較麻煩,且生產(chǎn)能力有限。但這樣動力消耗大,產(chǎn)品質(zhì)量不是很好。由汽提塔漿料槽底部來的漿料，經(jīng)塊料破碎機(jī)破碎后，用汽提塔供給泵經(jīng)板式換熱器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，同時蒸汽由汽提塔底部進(jìn)入； VCM由蒸汽汽提帶走。直接回收法是將未反應(yīng)的VCM氣體直接回收至氣柜，PVC漿料在回收槽中用壓縮空氣對漿料中殘留的大量VCM進(jìn)行脫除，氣體直接放空，污染環(huán)境。本工段的主要任務(wù)就是將氯乙烯經(jīng)過懸浮聚合成為聚氯乙烯，同時回收未反應(yīng)的單體。在防粘釜技術(shù)比較好的情況下,水溶性的引發(fā)劑用于熱水同步進(jìn)料,避免了高溫下引發(fā)劑初始分布不均勻?qū)е戮植糠磻?yīng)過熱而使魚眼數(shù)目增加。升溫需要40～60min/釜,升溫使釜壁附近過熱,會分解引發(fā)劑產(chǎn)生自由基引發(fā)聚合反應(yīng),在釜壁左右高溫區(qū)生成小分子產(chǎn)物。結(jié)合此次設(shè)計的基本要求可以得出：采用懸浮聚合。目前各樹脂廠所生產(chǎn)的懸浮法PVC樹脂，基本上都是疏松型的。聚合完成后，經(jīng)堿洗、汽提、離心、干燥得到白色粉末狀PVC樹脂。我國PVC工業(yè)起步于1958年，生產(chǎn)工藝技術(shù)近十幾年來取得了長足的進(jìn)展。因采用懸浮法聚合PVC生成技術(shù)易于調(diào)節(jié)品種，生成過程易于控制，設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用低，易于大規(guī)模組織生產(chǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。分兩階段：第一，VCM經(jīng)乳液聚合生成聚乙烯膠乳；第二階段經(jīng)噴霧干燥得聚氯乙烯糊樹脂，與增塑劑混合后，經(jīng)剪切作用分解為直徑更小的顆粒而形成不沉降的聚氯乙烯糊。最后經(jīng)風(fēng)送系統(tǒng)將PVC粉料送往分級、均化和包裝工序?！胺N子”長大到一定程度后在低速攪拌很恒定壓力下進(jìn)行聚合。不需要后處理設(shè)備，投資小、節(jié)能、成本低。目前，PVC的聚合方法主要有四種：本體法、乳液法、溶液法、懸浮法。反應(yīng)器流出物部分冷凝后送入分離器，分成三種物流，即濕氣相物流、濕氯化烴液相物流和含大量HC1的液相物流。為了充分利用富含乙烷的天然氣資源，降低原料成本較低，Goodrich、魯姆斯、孟山都、ICI及EVC等公司都在研究開發(fā)乙烷氧氯化制VCM的新工藝。來自VCM裝置的含水物流被汽提，并送至界外處理，以減少廢水的生化耗氧量（BOD）。早期采用氧氯化法生產(chǎn)VCM，生產(chǎn)成本高，原料消耗和能耗大，乙烯與HCl氯化反應(yīng)設(shè)備比較昂貴，生產(chǎn)過程排放的氣體中VCM含量較(100μg/g)，污染大氣，還會使裂解爐結(jié)焦。乙炔法路線VCM工業(yè)化方法，設(shè)備簡單，但耗電量大，對環(huán)境污染嚴(yán)重。具體工藝路線為：從乙炔發(fā)生器來的乙炔氣經(jīng)過水洗一塔，溫度降至35℃以下。由于