【正文】 本設(shè)計(jì)設(shè)定值：加料段：50m/s，直管段：23m/s，擴(kuò)大段：8m/s。為確保設(shè)備維修是不影響生產(chǎn)，選用一臺(tái)備用機(jī)，所以本設(shè)計(jì)選8臺(tái)LW—720A型臥螺離心機(jī)。根據(jù)目前國內(nèi)離心機(jī)生產(chǎn)廠家提供的有關(guān)資料分析知可采用LW—720A型臥螺離心機(jī)，LW—720A用于分離PVC時(shí)，單機(jī)小時(shí)濕基產(chǎn)量可達(dá)8~22 t/h，濕基含濕量可符合要求。廣泛選用的原因如下：(1)因該離心機(jī)實(shí)行連續(xù)運(yùn)行、連續(xù)進(jìn)出料、操作簡便，所以單機(jī)生產(chǎn)能力大，適合工業(yè)大生產(chǎn)與自動(dòng)集中控制的需要?！嫦碌奈锪厦芏确謩e為，ρ水= kg/m3，ρVCM= g/cm3，ρPVC=1330 kg/m3。所用的混料槽個(gè)數(shù)為n1=247。 視鏡(HGJ 501—86) 8. 人孔由135 m3的聚合釜的相關(guān)參數(shù)知，本釜有兩個(gè)人孔，分別位于上段和中段，,由聚合釜直徑3000mm，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)選用的人孔為DN600mm。7. 觀測(cè)口(視鏡)本設(shè)計(jì)擬采用用不帶頸的視鏡，視鏡尺寸為DN100mm，D=200mm，D1=165mm，b1=40mm，b2=28mm，H=105mm，螺柱數(shù)量n=6，直徑d=M12。其中測(cè)溫口3個(gè)，測(cè)壓口2個(gè)，均勻分布于釜體上。4. 壓縮空氣進(jìn)管口 通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，可設(shè)定壓縮空氣管口為25mm，材質(zhì)為冷拔無縫鋼管。2. 去離子水進(jìn)料管口通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)定原料進(jìn)口的速度為u1= 2m/s，可知進(jìn)料管直徑的計(jì)算公式為：d12= ( nT7060u1) ()代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得進(jìn)料口的直徑為：d1= mm，選用熱軋無縫鋼管，圓整為76mm。攪拌軸總長為10600mm。 攪拌裝置的設(shè)計(jì)[42]由135 m3的聚合釜的相關(guān)參數(shù)知，本設(shè)計(jì)的攪拌裝置采用的是三層兩葉平漿攪拌器。釜后備系數(shù)=(實(shí)際釜臺(tái)數(shù)理論臺(tái)數(shù))/理論臺(tái)數(shù)=()/=% 聚合釜外形尺寸的設(shè)計(jì)[42]1. 確定封頭的外形與本設(shè)采用的聚合釜配套的封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，由相關(guān)文獻(xiàn)查知，應(yīng)取得封頭直邊高度為：h1=50 mm，封頭高度為：h==4200=1050 mm，封頭側(cè)面積為：S側(cè)= D2= m2，封頭體積為：V封= D3=。K) ，Cp,H2O= kJ/(kg℃ ()夏季：Qˊ=(+)(12060)CP 夏季氣流干燥熱量衡算平衡一覽表名稱輸出kJ/h輸入kJ/h氣化水分耗熱量 0物料升溫耗熱量損失的熱量 00廢氣帶走熱量0補(bǔ)充的熱量 0預(yù)熱器的熱負(fù)荷0合計(jì) 沸騰床的熱量計(jì)算[16,34,39] 相關(guān)數(shù)據(jù)的選擇和設(shè)定濕物料進(jìn)口溫度：θ1=65℃(含水3% )產(chǎn)品PVC出口溫度：θ3=40℃(% )濕物料在第Ⅴ室的出口溫度：θ2=75℃熱風(fēng)的入口溫度：t1=120℃熱風(fēng)經(jīng)沸騰床Ⅰ到Ⅴ室，出第Ⅴ室溫度：t2=60℃第Ⅵ室冷風(fēng)溫度： 夏季：進(jìn)口20℃ 出口：35℃熱水入口溫度：90℃，經(jīng)Ⅰ到Ⅴ室出口溫度：80℃其中：熱空氣提供的熱量是干燥所需總熱量的的15%； 熱水提供的熱量是干燥所需總熱量的的85%； 冷風(fēng)用量占熱風(fēng)用量的1/5(體積流量)； 第Ⅵ室通冷卻水進(jìn)口溫度：10℃，出口溫度：30℃； 單位面積的風(fēng)量是相等的； PVC絕干物料進(jìn)料為： kg/ h，H2O： kg/ h；廠址的氣溫和濕度為： 夏季平均氣溫：℃ 平均相對(duì)濕度：49% 熱量衡算1. 干空氣用量的計(jì)算(1) 被蒸發(fā)的水分質(zhì)量公式：W=G1(H1H2) ()式中：G1：絕干物料進(jìn)沸騰床的流量，G1= kg/ hH1：干燥前干濕基含水量 H1= kg/kg絕干物料H2：干燥后干基含水量 H2= kg/kg絕干物料則W =()= kg/ h由設(shè)定值知有15%的熱量由空氣提供，所以有15%的水分被熱風(fēng)干燥W15%== kg/ h。h1廢氣帶走熱量 Q3=(85－)= kJh1。濕物料比熱容為：cm1=+= kJ/(kg廠址的氣溫和濕度：夏季平均氣溫：℃ 平均相對(duì)濕度：% 熱量衡算由XI圖可查的，H0= kg(水)/ kg(干空氣)。 汽提塔熱量衡算平衡一覽表物料名稱輸出kJ/h輸入kJ/h脫鹽水VCMVCM汽化熱：0PVC水蒸氣0合計(jì) 氣流干燥部分熱量衡算[34,37]氣流干燥部分的計(jì)算可借用以下的物料和熱量衡算式解得： 物料衡算式：W(ω0－ω1)=G(H2－H0) ()熱量衡算式：Gi1+W(cm+ω0)tm0+Q補(bǔ)= Gi2+W(cm+ω1)tm1 + Q損 ()濕空氣的焓的表達(dá)式：I=(+)t+2490H ()式中：G——干空氣的重量，kg/h；W——干樹脂的重量，kg/h；ω0，ω1——樹脂在氣流前后的濕含量，%(干基)；H2，H0——樹脂在氣流干燥前后的濕含量，kg(水)/ kg(干空氣)；i1，i2——空氣在氣流干燥前后的熱焓，kJ/ kg(干空氣)；cm——樹脂比熱容，kJ/ kg設(shè)通入水蒸氣量y kg/h，則蒸汽冷凝放熱量為Q放=y()。根據(jù)王振華等[27]對(duì)太原市1916～2000年氣溫變化規(guī)律研究溫度的研究可知，夏季平均溫度變化范圍為：~℃，℃,具體操作方式如下。進(jìn)料直接用95℃熱水，實(shí)施等溫人料，無升溫操作。熱平衡方程式為： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 ()式中：Q1——各股物料帶入的熱量；Q2——加熱劑（或冷卻劑）傳給設(shè)備和物料的熱量；Q3——各種熱效應(yīng)，如反應(yīng)熱，溶解熱等；Q4——各股物料帶走的熱量；Q5——消耗在加熱設(shè)備上的熱量；Q6 ——熱損失。根據(jù)設(shè)備的熱負(fù)荷的大小、所處理物料的性質(zhì)及工藝要求在選擇傳熱面的形式，計(jì)算傳熱面積、確定設(shè)備的主要工藝尺寸。 間歇部分物料衡算一覽表物料名稱進(jìn)料kg/B出料kg/BVCM10512530水105二次進(jìn)水4800 0分散劑等堿液PVC 0損失PVC 0回收VCM 087710合計(jì) 連續(xù)操作過程物料衡算氣提、離心、篩分和包裝過程都是連續(xù)操作，計(jì)算基準(zhǔn)為kg/h。對(duì)篩分包裝部分做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的。 物料衡算表。氣流干燥 PVC PVC H2O H2O 脫去水 損失PVC 沸騰干燥物料平衡圖 干燥前后各物質(zhì)的質(zhì)量計(jì)算[31]氣流干燥損失的PVC量為：104=。已只氣流干燥后的含水量為3%，則含水量為：。 物料衡算表。 汽提塔物料衡算一覽表物料名稱進(jìn)料kg/h出料kg/hPVC水蒸汽分散劑等其它助劑VCM回收VCM0損失PVC0合計(jì) 離心部分物料衡算 物料平衡圖。K1，105℃時(shí)的焓值H=?！?密度/(g/cm3)蒸汽壓/(kpa)汽化熱/( kJ /mol)8014961202214 水蒸氣的部分物性參數(shù)溫度/℃熱容Cp/(kJ/kg 混料槽物料衡算一覽表物料名稱進(jìn)料kg/B出料kg/BVCM10024012530水105蒸汽（水助劑）其它助劑 48000堿液PVC回收VCM087710損失PVC0合計(jì) 汽提塔物料衡算[16,34] 物料平衡圖。 聚合釜物料衡算一覽表物料名稱進(jìn)料kg/B出料kg/BVCM105100240脫鹽水105105 引發(fā)劑終止劑分散劑PH緩沖劑反應(yīng)調(diào)節(jié)劑防粘釜?jiǎng)?消泡劑 PVC0損失PVC0合計(jì) 混料槽物料衡算[16,31,34] 物料平衡圖。 本工藝的配方[31,35]本工藝的配方如下(以單體質(zhì)量為參考標(biāo)準(zhǔn))：脫鹽水 140 單體 100 引發(fā)劑 分散劑 PH緩沖劑 終止劑 反應(yīng)調(diào)節(jié)劑 防粘釜?jiǎng)? 消泡劑　 聚合釜的物料衡算[16,34] 物料平衡圖。a1，每天生產(chǎn)2批，7200h在化工過程中，物料平衡是指在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入系統(tǒng)(體系)的全部物料質(zhì)量必定等于離開該系統(tǒng)(體系)的全部物料質(zhì)量在加上損失的與積累起來的物料質(zhì)量[33]。 主要工藝參數(shù)[31]1. 聚合聚合溫度 50～58℃聚合壓力 ～，～聚合時(shí)間 8～12h轉(zhuǎn)化率 84％2. 堿處理NaOH濃度 36％～42％加入量 ％～％溫度 70～80℃時(shí)間 ～3. 氣提氣提溫度：塔頂溫度80℃，塔底溫度105℃。控制脫鹽水和VCM同步進(jìn)料流量，保證VCM加料正好在水加料結(jié)束前完成。本設(shè)計(jì)會(huì)按照不同的季節(jié)合理利用熱量，并對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行合理的保溫和散熱，以獲取最大的收益。物料在干燥床內(nèi)被熱風(fēng)吹起呈流化沸騰態(tài)，物料與熱風(fēng)進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，同時(shí)干燥床內(nèi)的內(nèi)熱管通有蒸汽或熱水間接與濕物料進(jìn)行傳熱，物料的水分被加熱蒸發(fā)脫除出去。一方面物料在熱氣流的作用下，流速越快越容易分散；另一方面物料越是分散，熱交換面積越大，干燥速率越快。有的生產(chǎn)廠家采用生化處理、膜吸收、反滲透等技術(shù)對(duì)母液水進(jìn)行處理，然后用于涼水塔的補(bǔ)水，甚至作為聚合用水。一般經(jīng)汽提后的漿料從汽提塔出來經(jīng)螺旋板換熱器冷卻后溫度為40～50℃，適于離心脫水的要求。若漿料濃度不均勻，不僅影響機(jī)器平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生震動(dòng)，也使離心機(jī)生產(chǎn)能力波動(dòng)。 離心系統(tǒng)[20]目前，國內(nèi)外聚氯乙烯行業(yè)均采用離心機(jī)來完成PVC漿料的脫水工藝。塔式汽提是采用蒸汽與PVC漿料在塔板上連續(xù)逆流接觸進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)的過程。當(dāng)壓縮機(jī)的壓力大于尾排壓力時(shí)，氯乙烯氣體不經(jīng)過水環(huán)壓縮機(jī)，而是通過直通閥直接進(jìn)入一、二級(jí)冷卻器，當(dāng)壓縮機(jī)入口壓力小于尾排壓力時(shí)，關(guān)閉直通閥，啟動(dòng)水環(huán)壓縮機(jī)，打開氣水分離器出口閥，抽氣體進(jìn)入一級(jí)冷卻器。2. 壓縮冷凝回收單體方法的選用本設(shè)計(jì)擬采用的方法是由北京化工二廠、錦化集團(tuán)公司等引進(jìn)美國古德里奇公司PVC生產(chǎn)技術(shù)，經(jīng)過消化、吸收和創(chuàng)新后設(shè)計(jì)的，是國內(nèi)普遍采用的壓縮冷凝方法。該技術(shù)采用壓縮、冷凝法。(3) 攪拌：三層平直葉槳式，攪拌軸總長10600mm。 　135 m3聚合釜生產(chǎn)PVC樹脂使用原料原料名稱規(guī)格來源VCM單體純度≧%，二氯乙烷≦20ppm，水≦100ppm，乙炔≦現(xiàn)購脫鹽水~7，電導(dǎo)率≦ /cm，本公司熱電廠PVA醇解度(mol)80177。整個(gè)聚合過程包括鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止、鏈轉(zhuǎn)移等基元反應(yīng)。聚合體系中添加CaCO3后，在聚合溫度和引發(fā)劑用量相同的條件下，達(dá)到相同壓差(△P)所需的聚合時(shí)間隨CaCO3用量的增加而縮短。在氯乙烯聚合過程中加入熱穩(wěn)定劑等助劑，即得到可直接加工應(yīng)用的PVC樹脂(簡稱RTUPVC)?！嬉詢?nèi)，這樣使聚合度分布集中，易于加工，產(chǎn)品熱穩(wěn)定好。 聚合溫度的影響[23]在不添加鏈轉(zhuǎn)移劑的情況下，聚氯乙烯聚合度取決于聚合溫度，聚合溫度越高，所產(chǎn)生的樹脂聚合度越低，自由基的能量就越高，分子鏈中越易生成支鏈、末端基雙鍵等不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，如果聚合反應(yīng)體系中還存在氧，PVC分子內(nèi)越容易形成羧基烯丙基，產(chǎn)品的熱老化性能就越差。 涂釜?jiǎng)┑挠绊慬23]涂壁效果不好易造成粘釜，粘釜會(huì)導(dǎo)致聚合釜傳熱系數(shù)和生產(chǎn)能力降低；粘釜料若混入產(chǎn)品中，會(huì)導(dǎo)致塑化加工中不塑化的“魚眼”產(chǎn)生，影響產(chǎn)品外觀及內(nèi)在質(zhì)量；粘釜物的清理將延長聚合釜的輔助時(shí)間及增加人工勞動(dòng)強(qiáng)度，降低設(shè)備的利用率。 引發(fā)劑的影響[23]引發(fā)劑的用量根據(jù)聚合釜設(shè)備的傳熱能力和實(shí)際需要而確定，用量多，單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的游離基增多，反應(yīng)速率快，聚合時(shí)間短，設(shè)備利用率髙；一旦反應(yīng)熱不能及時(shí)移出，將發(fā)生爆聚。分散劑用量的選擇，要根據(jù)聚合釜的形狀、大小、攪拌狀態(tài)以及產(chǎn)品要求而定。 聚合體系中鐵的影響[23]無論水、單體、引發(fā)劑還是分散劑中的鐵，都對(duì)聚合反應(yīng)有不利的影響。 聚合體系中氧的影響[23]氧對(duì)氯乙烯聚合起阻聚作用，氯乙烯單體易吸收氧，而生成平均聚合度低于10的氯乙烯過氧化物。因此，不僅使PVC聚合度降低，還使聚合速率變慢。 氯乙烯懸浮聚合生成聚氯乙烯過程中的影響因素 純水的影響[23]