【正文】 V102 出料儲(chǔ)槽物料衡算 M10— 聚合物混合溶液 1 M11— 回收 VCM 單體 1 M12— 聚合物混合溶液 2 圖 出料槽物料平衡關(guān)系圖 出料槽中損失的 PVC 量： Bkg6 7 4 6 2%14 0 2 6 2 6 7M 2 ???損 出料槽出去的 PVC 量： ?? 由于過(guò)出料槽的 VCM 含量為 （即 kgmg ），過(guò)出料中 VCM 的量為： Bkg7 4 6 5 60 5 4 5 7 4 2 6 ??? ? 回收的 VCM 量： 11 ?? 樹脂懸浮液包括：助劑、 水、 VCM 單體、 PVC 聚合物混合溶液 2： Bkg7 6 9 2 7 8 20 5 4 5 7 4 27 4 6 0 2 6 9 0 33 6 7 2 5M 12 ????? 對(duì)出料槽作物料衡算： 武漢工程大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 1021211 6 6 1 2 7 8 ??????? 損 說(shuō)明出料槽的物料衡算過(guò)程是正確的。 ⑴ V101（助劑儲(chǔ)槽）中 助劑量 終止劑： ???? g9 8 4 % 2 0 9 8 4 9M 4 k 調(diào)節(jié)劑： ???? g9 8 4 % 2 0 9 8 4 9M 5 k 防粘釜?jiǎng)????? g8 4 9 % 2 0 9 8 4 9M 6 k 分散劑： ???? g6 9 8 % 2 0 9 8 4 9M 7 k 引發(fā)劑： ???? g8 4 9 % 2 0 9 8 4 9M 8 k 合計(jì)： ??????? 876549 k 用水量 去離子水： Bkg 2 ???? 二次用水： 3 ??? 合計(jì)： Bkg6 0 2 6 9 0 3MMM 32) ???（用水量 R101（聚合釜）物料衡算 武漢工程大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 VCM（氯乙烯）單體： 1 ? 進(jìn)料量： Bkg2 9 0 6 8 7 8MMMM 9321 ???? 聚合過(guò)程轉(zhuǎn)化率為 88%，水及助劑均不發(fā)生反應(yīng)。 ① 計(jì)算主要原料投料量 每批應(yīng)生產(chǎn)的聚合物數(shù)量＝ ????? ?? g61 10 001020 4 采用 9 釜（ 48m3）并聯(lián)，則每釜每批投料量為： ???? ② 已知反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為 88%，則應(yīng)投入的 VCM 單體的質(zhì)量為： ???? g3 2 0 9 8 4 0 2 6 2 6 7 武漢工程大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 各個(gè)設(shè)備物料衡算 此聚合及干燥包裝過(guò)程屬 于較復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程，先將生產(chǎn)過(guò)程分解到工序，對(duì)各工序的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行物料衡算。 ⑹ 計(jì)算主要原料投料數(shù)量 用順流程的計(jì)算順序進(jìn)行物料 衡算必須先求出主要原料每批投料量。 對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，物料是連續(xù)不斷地加入生產(chǎn)裝置，同時(shí)連續(xù)不斷地流出，屬于定態(tài)操作，作物料衡算時(shí)應(yīng)選擇時(shí)間為計(jì)算基準(zhǔn)，工藝設(shè)計(jì)計(jì)算用 Kg?h1為計(jì)算單位。 ⑷ 選擇 計(jì)算基準(zhǔn)與計(jì)算單位 對(duì)于間歇生產(chǎn)過(guò)程，物料是一批批加入生產(chǎn)裝置進(jìn)行加工處理的，屬于非定態(tài)操作過(guò)程。 ㈣ 離心階段 離心后濕物料的含水量約為 20%。 武漢工程大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 ㈡ 出料階段 出料中 VCM 的含量為≤ 。汽提、離心、干燥及包裝部分屬于連續(xù)操作。設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的年產(chǎn)量（年產(chǎn)能力）： 20 萬(wàn)噸 ∕ 年 ② 生產(chǎn)時(shí)間。 武漢工程大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 武漢工程大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 第 3 章 物料 衡算 物料衡算 步驟 ⑴ 畫出物料平衡關(guān)系示意圖 M1— 氯乙烯單體 M2— 去離子水 M3— 二次用水 M4— 終止劑 M5— 調(diào)節(jié)劑 M6— 防粘釜?jiǎng)? M7— 分散劑 M8— 引發(fā)劑 M9— 助劑溶液 M10— 聚合物混合溶液 1 M11— 回收 VCM 單體 1 M12— 聚合物混合溶液 2 M13— 回收 VCM 單體 2 M14— 蒸汽 M15— 聚合物混合溶液 3 M16— 母液 M17— 濕物料 1 M18— 脫去水分 1 M19— 濕物料 2 M20— 脫 去水分 2 M21— 成品 1 M22— 成品 2 V101— 助劑儲(chǔ)槽 R101 — 聚合釜 V102 — 出料槽 T101 — 汽提塔 C101— 離心機(jī) X101— 氣流干燥 X102— 沸騰干燥 X103— 包裝 圖 物料平衡關(guān)系圖 ⑵ 注明變化過(guò)程 ① 在 V101 中是單純的物料混合配制，無(wú)相變與化學(xué)變化。 該懸 浮液 經(jīng) 離心機(jī) 脫 水，得到含水 10%— 15%的 濕樹 脂， 經(jīng)過(guò) 螺旋加料器送入氣流干燥管 內(nèi) ，以150~160℃ 熱風(fēng) 吹送至旋 風(fēng) 分離器 組 分離， 樹 脂含水降至 1%左右。 （ 2） 反 應(yīng) 6~9h 后即有 85%~90%單 體氯乙烯聚合，借釜 內(nèi)壓力壓至 沉析槽，釜 內(nèi)殘余 氯乙烯以灌水排氣法回收至氣柜。 表 ： 序號(hào) 控制項(xiàng)目 控制指標(biāo) 控制者 紀(jì)錄 1 風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)壓 48kPa 操作工 紀(jì)錄表 2 風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓 操作工 紀(jì)錄表 3 蒸汽壓力 操作工 紀(jì)錄表 4 壓縮空氣壓力 操作工 紀(jì)錄表 5 出口風(fēng)溫 100155℃ 操作工 紀(jì)錄表 6 底部風(fēng) 溫 70100℃ 操作工 紀(jì)錄表 7 物料入口溫度 6080℃ 操作工 紀(jì)錄表 8 物料出口溫度 5065℃ 操作工 9 離心機(jī)電流 100289A 操作工 10 離心機(jī)油泵壓力 操作工 紀(jì)錄表 懸浮聚合的具體操作 （ 1） 在清洗好的不 銹鋼 聚合釜中，打入 軟 水、聚乙烯醇、氯乙烯 單 體和引 發(fā)劑 偶氮二異庚腈（ ABVN） ，抗 魚 眼 劑 ，防粘釜 劑 ， 夾 套通入蒸汽，使聚合釜 內(nèi)升溫至 50~60℃ 進(jìn)行聚合反 應(yīng) 。 沸騰干燥器是有多孔花板把干燥器分隔成上下兩個(gè)部分。將干燥器分成若干室，擋板中間是導(dǎo)流板。本工藝采用氣流和沸騰兩段干燥裝置來(lái)完成樹脂的干燥過(guò)程。汽提后 VCM 的含量為≤ ，塔底經(jīng)汽提脫除大部分殘留單體后的料漿，由料漿泵抽出經(jīng)熱交換器降溫后，送入混料槽，待離心干燥處理。 表 ： 序號(hào) 項(xiàng)目 代號(hào) 條件 備注 溫度℃ 壓力 MPa 1 低壓純水 LDW 室溫 低壓無(wú)離子水 2 高壓純水 HDW 室溫 高壓無(wú)離子水 3 循環(huán)水 CW 32 4 低溫冷卻水 25 5℃水 5 置換壓縮空氣 室溫 6 儀表用壓縮空氣 CA 室溫 7 蒸汽 STM 151 8 氮?dú)? LN 室溫 9 一般用水 RW 室溫 自來(lái)工業(yè)水 10 低溫冷凍水 CHW 32 鹽水 11 低溫純水 25 低溫?zé)o離子水 12 升溫?zé)崴? 85 武漢工程大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 料漿汽提工藝流程 來(lái)自出料槽的料漿，經(jīng)樹脂過(guò)濾器有料漿泵送經(jīng)熱交換器，與汽體塔排出的高溫料漿進(jìn)行熱交換并被升溫后，進(jìn)入汽提塔頂部，料漿經(jīng)塔內(nèi)篩板小孔流下，與塔底的直接蒸汽逆流接觸，進(jìn)行傳熱傳質(zhì)過(guò)程，樹脂及水相中殘留的單體即被上升的蒸汽汽提帶逸，其中的水分在塔頂冷凝器冷凝，借管間通入冷卻水冷凝后回流至塔內(nèi)。 ℃）。氯乙烯聚合機(jī)理上的特點(diǎn)是向單體鏈轉(zhuǎn)移顯著， PVC 的聚合度僅決定于溫度，而于引發(fā)劑濃度、轉(zhuǎn)發(fā)率無(wú)關(guān)。 放出的熱量由夾套中冷卻水帶走。經(jīng)脫氣后的料漿至出料槽底部排出，經(jīng)樹脂過(guò)濾器及料漿泵進(jìn)入汽提階段。采用這一加料方案易使引發(fā)劑分散不均勻，局部過(guò)濃部分易形成透明塑化粒子，加工時(shí)產(chǎn)生魚眼，為了克服這一缺點(diǎn)，可將引發(fā)劑配成溶液或乳液，在 VCM 加入后，再加入釜內(nèi)。最后加入武漢工程大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 單體，升溫至預(yù)定溫度進(jìn)行聚合。 本次的設(shè)計(jì)任務(wù)是聚合及干燥包裝工段的工藝設(shè)計(jì)，此工段的生產(chǎn)核心包括聚合工藝、汽提工藝和離心干燥工藝，下面詳細(xì)介紹各工藝的流程： 懸浮聚合工藝流程 氯乙烯懸浮聚合過(guò)程大致如下。因此，其余的 10~15%單體應(yīng)加以回收，也就是使泄壓，將 VCM排入氣柜內(nèi)，經(jīng)精制后回用。生產(chǎn)緊密型樹脂時(shí)，壓降不妨為 ~ MPa（轉(zhuǎn)化率約 90%）而后終止。生產(chǎn)疏松型樹脂時(shí)，壓降 ~，即可加入雙酚 A 一類終止劑停止聚合。兩相各自的 組成不變，只是單體的相不斷減少，而聚合物富相（ ~70%PVC）量相應(yīng)增加；釜內(nèi)壓力就相當(dāng)于 VCM 的飽和蒸汽壓。 PVC 在 VCM 中的溶解度甚微（﹤ %），但 VCM 卻能以相當(dāng)量溶于 PVC 中使之溶脹（ PVC:VCM≈ 70:30 重）。溶于單體中的引發(fā)劑，在聚合溫度（ 45~65℃）下分 解為自由基，引發(fā) VCM 聚合。 懸浮聚合工藝流程 介紹 在常溫下，氯乙烯（ VCM）為氣體（ BP=℃），加壓后才轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w。 PH 值嚴(yán)重偏堿性時(shí)，分散劑的保膠能力對(duì) PVC 樹脂表觀密度、吸油率的影響將被破壞，會(huì)出顆粒料。 PH 值 時(shí)，如果用 PVA 作分散劑， PVA 中的酯基可繼續(xù)醇解，使醇解度增加，從而使 VCM 液滴發(fā)生兼并，粒子變粗或結(jié)塊。 表 視比重和吸油量的影響 型 號(hào) 聚合溫度 ℃ 視比重 g/mL 吸油量 % PVC— SG2 — 51 — 25— 27 PVC— SG4 — 55 — 22— 23 PVC— SG6 59— 60 — 16— 18 PVC— SG7 61— 62 — 14— 16 ⑵ 聚合懸浮液體系的 PH 值對(duì)聚合反應(yīng)的影響 武漢工程大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 聚合體系的 PH 值對(duì)聚合反應(yīng)影響很大，一般必須嚴(yán)加控制?！?。以求得到分子量分布均 勻 的 產(chǎn) 品。而把引 發(fā)劑濃 度的改 變做為調(diào)節(jié) 聚合反 應(yīng) 速度的手段。 一般 溫 度波 動(dòng) 177。由于 鏈轉(zhuǎn) 移反 應(yīng) 比 鏈 增 長(zhǎng)武漢工程大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 反 應(yīng) 困 難 ，故 Cm 是 隨溫 度上升而增加的，所以，反 應(yīng) 的主 鏈長(zhǎng) 度 隨溫 度上升反而下降。聚合 溫 度每上升 10℃ ，聚合速度 約 增加 3 倍： 表 各種因素對(duì)聚合反應(yīng)的影響 聚合溫 度 反應(yīng)時(shí)間 轉(zhuǎn)化率 聚合度 30℃ 38小時(shí) % 5976 40℃ 12小時(shí) % 2390 50℃ 6小時(shí) % 990 ② 對(duì)聚合度的影響 通常 PVC 的 終止 反 應(yīng) 主要以向 單 體 轉(zhuǎn) 移形式而 終止。 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(wú)離子水 % 氫氧化鈉 % 雙酚 A % 結(jié)構(gòu)式﹕ 武漢工程大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 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。 分散劑的組合將影響到聚合產(chǎn)品的主要性能，如表觀密度、孔隙率、顆粒形態(tài)、粒徑武漢工程大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 分布、“魚眼”消失速度、熱加工熔融時(shí)間乃至殘留單體含量等。在常溫下，完全 不溶于有機(jī)溶劑。 聚合生產(chǎn)過(guò)程中常用的助劑 氯乙烯懸浮聚合過(guò)程中，聚合配方體系成為改善樹脂性能而添加各種各樣的助劑，其中用得比較廣泛的有以下幾種：分散劑、引發(fā)劑、 PH 值調(diào)節(jié)劑、分子量調(diào)節(jié)劑、終止劑、消泡劑、熱穩(wěn)定劑等。溶于單體中的引發(fā)劑，在聚合溫度（ 45～ 65℃）下分解成自由基，引發(fā) VCM 聚合，而水中溶于分散劑，以防止 VCM 液滴的并聚和防止達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率后 PVCVCM 溶脹粒子的粒并。這樣高的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了一般聚合溫度。 武漢工程大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 懸浮聚合法 簡(jiǎn)介 懸浮聚合原理 在光和熱或輻射能的作用下，烯類單體有可能形成自由基而聚合。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。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)。若包括精制、回收、干燥等后期處理工序在內(nèi)，則各聚合過(guò)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 綜上所述， 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。 ⑶ 經(jīng)濟(jì)方面 從經(jīng)濟(jì)角度分析，均相本