【正文】 ，其相關(guān)參數(shù)是：釜內(nèi)直徑4200mm，釜直通高度8510mm，容積135m3，攪拌采用三層平直葉槳式，攪拌軸總長10600mm，內(nèi)冷擋板直徑323mm，體外冷凝器換熱面積340m2，聚合釜平均傳熱系數(shù)2800kJ/m2 熱量衡算方程[33]能量守衡表達式為： ∑Q入=∑Q出+∑Q損 ()式中：∑Q入——輸入設(shè)備熱量的總和； ∑Q出——輸入設(shè)備熱量的總和；∑Q損——損失熱量的總和。確定傳熱所需要的加熱劑或冷卻劑的用量及伴有熱效應(yīng)的溫升情況，為后續(xù)工藝設(shè)計提供依據(jù)。 連續(xù)部分物料衡算一覽表物料名稱進料kg/h出料kg/hVCM水蒸汽冷凝水 0分散劑等PVC回收VCM 0損失PVC 0損失水 0合計 4 能量衡算在新設(shè)計的生產(chǎn)車間，能量衡算的主要目的是確定設(shè)備的熱負荷。由前面的計算結(jié)果可知，進入氣提塔的VCM的量為： kg/h，經(jīng)過氣提后VCM單體的量降為： kg/h，出混料槽冷凝的水的總量為： kg/B，離心后母液含水總量為： kg/h，PVC損失總量為：。 物料衡算表。則包裝入庫的絕干PVC樹脂量為：=。 沸騰干燥部分物料衡算一覽表物料名稱進料 kg/h出料kg/hPVC 水PVC損失0脫走水分0合計 篩分包裝部分物料衡算 物料平衡圖。對沸騰干燥部分做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的。出料PVC量為：=。 氣流干燥部分物料衡算一覽表物料名稱進料kg/h出料kg/hPVC水PVC損失 0脫走水分 0合計 沸騰干燥部分物料衡算 物料平衡圖。對氣流干燥部分做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的。則出料PVC量為：= kg/h。 物料名稱進料kg/h出料kg/hPVCVCM母液含水分散劑等助劑排出水和助劑量0 0PVC損失0合計 氣流干燥部分物料衡算 物料平衡圖。對離心部分做物料衡算知：物料衡算結(jié)果是正確的。 離心部分物料平衡圖 離心前后各物質(zhì)的質(zhì)量計算[16]離心操作中PVC的損失量為：104=離心脫水后的濕物料中仍含有23%的水分，則含水量為：()在此階段中助劑和少量VCM隨母液排出，假設(shè)此階段將所有助劑都離心脫除了。 物料衡算表。設(shè)通入水蒸氣量y kg/h，則蒸汽冷凝放熱量為Q放=y() 設(shè)物料吸收熱量為Q1，部分VCM汽化熱為Q2，可知Q吸= Q1+ Q2=Q放（）Q1=CpPVCWPVC△t+CpVCMWVCM△t+W水CP水△t （）Q1=(10580)+(10580)+(10580)= kJ/h ，Q2=() 247?！?，105℃時的汽化熱ΔHVCM= kJ /mol 水蒸氣：℃= kJ/kgK1)密度/(g/cm3)蒸汽壓/(kpa)焓值/( kJ /kg)80120CpPVC= kJ/kg 氯乙烯的部分物性參數(shù)溫度/℃熱容Cp/(cal/g 汽提塔物料平衡圖 汽提前后各物質(zhì)的質(zhì)量計算本步驟到篩分、包裝為連續(xù)過程，計算標(biāo)準相應(yīng)的轉(zhuǎn)換為kg/h。 物料衡算表。 混料槽物料平衡圖 混料前后各物質(zhì)的質(zhì)量計算混料槽中損失的PVC量為：M損==因此混料槽中含PVC量為：= kg/B設(shè)定混料槽中VCM占原料VCM的質(zhì)量分數(shù)為：2%，出料中VCM的量為：105 2% =12530 kg/B因此回收的VCM量為：M回1=10024012530=87710 kg/B分散劑等其它助劑的量為： kg/B查閱相關(guān)資料[16]知此階段需要加入堿液和通入蒸汽，按工藝條件加入42%NaOH溶液72L，：72= kg/B， kg/B。 物料衡算表。 聚合釜物料平衡圖 反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量計算本設(shè)計引發(fā)劑(%單體質(zhì)量)全部結(jié)合到聚合物中，并且單體84%轉(zhuǎn)化為聚合物?！娣磻?yīng)時間：7h原輔材料：脫鹽水，單體氯乙烯(VCM)，分散劑聚乙烯醇(PVC)，PH調(diào)節(jié)劑碳酸氫銨和氨水，聚合物分子量調(diào)節(jié)劑(巰基乙醇)，引發(fā)劑過氧化二碳酸二乙基己酯(EHP)和過氧化二碳酸二異丙酯(IPP)，防粘釜劑，終止劑二乙基羥胺(DEHA)，緩釋阻垢劑(H9)，堿液(40%)等。a1 轉(zhuǎn)化率：84%后處理損失：5%。a1 生產(chǎn)時間：300d物料平衡方程：∑F0=∑D+A+∑B （）式中： F0——輸入體系的物料質(zhì)量； D——離開體系的物料質(zhì)量；A——體系內(nèi)積累的物料質(zhì)量；B——過程損失的物料質(zhì)量(如跑、冒、滴、漏)。在化學(xué)工程中，設(shè)計或改造工藝流程和設(shè)備，了解和控制生產(chǎn)操作過程，核算生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益，確定主副產(chǎn)品的產(chǎn)率，確定原材料消耗定額，確定生產(chǎn)過程的耗損量，便于技術(shù)人員對現(xiàn)有的工藝過程進行分析，選擇最有效的工藝路線，確定設(shè)備容量、數(shù)量及主要尺寸，對設(shè)備進行最佳設(shè)計以及確定最佳操作條件等都要進行物料衡算。4. 離心脫水緊密型樹脂含水率 8％～15％疏松型樹脂含水率 15％～20％5. 干燥(1) 第一段氣流干燥管干燥： 干燥溫度 140～150℃風(fēng)速 15m/s物料停留時間 含水率 4％(2) 第二段沸騰床干燥干燥溫度 120℃物料停留時間 12min含水率 ％ 工藝流程圖[31,32]。聚合釜內(nèi)物料即被輸送到出料罐，大部分未反應(yīng)的VCM在此被回收，帶有未反應(yīng)VCM的漿料隨后被泵送到汽提塔進料罐，繼續(xù)回收未反應(yīng)VCM，殘留的VCM在漿料汽提塔內(nèi)脫除并被送往回收系統(tǒng)，來自汽提塔的漿料通過離心機將大部分水脫去，進入流化床干燥器，合格的樹脂送至成品料倉，包裝出廠。設(shè)定好脫鹽水溫度，當(dāng)所有原材料加料完成后，聚合釜中物料的溫度等于或接近反應(yīng)溫度，加入引發(fā)劑，聚合開始。噴涂完畢后，根據(jù)配方量，在攪拌下，首先開始加入脫鹽水，然后依次開始VCM和分散劑、引發(fā)劑等物料的加入。同時由Daniel [28]對PVC懸浮聚合反應(yīng)器的建模研究，可以合理的計算出由此產(chǎn)生的模型可以準確地預(yù)測引發(fā)負荷的影響和可操作性的反應(yīng)堆冷卻劑溫度。 工況溫度的選擇根據(jù)王振華等[27]對太原市1916～2000年氣溫變化規(guī)律研究溫度的研究可知，太原市春季平均溫度變化范圍為：~℃；夏季平均溫度變化范圍為：~℃；秋季平均溫度變化范圍為：~℃；冬季平均溫度變化范圍為：﹣~﹣℃。床內(nèi)的濕熱空氣從床頂部由干燥器引風(fēng)機引出，經(jīng)旋風(fēng)分離器后排入廢氣洗滌塔，被分離下來的固態(tài)物料送回至干燥床。臥式多室內(nèi)加熱沸騰床干燥流程簡述如下：由離心機分離出的濕基物料經(jīng)破碎機破碎后均勻加入干燥床前部，由空氣吸入筒來的清凈空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器(用母液水預(yù)熱)預(yù)熱到一定溫度后進入空氣過濾器，然后由鼓風(fēng)機經(jīng)空氣加熱器(蒸汽加熱)升至一定溫度后送人干燥床底部風(fēng)室。聚氯乙烯樹脂干燥時所用的氣流干燥速度一般為14～21m/s之間，停留時間在2s左右就可使物料表面的水分脫除。氣流干燥器實際上就是一根長管，約五分之一部分的管徑較細，屬加速干燥段。本設(shè)計采用的是螺旋沉降式離心機。母液水的熱能可用于干燥空氣的預(yù)熱及入料水的預(yù)熱等。目前PVC生產(chǎn)廠家普遍使用螺旋沉降式離心機。但進料溫度也不能過低，否則會嚴重影響干燥器床溫的穩(wěn)定，同時增加干燥系統(tǒng)的能耗?！?倍左右，這樣才能保證漿料有一定回流量，使?jié){料在槽內(nèi)進一步混合，并使離心機進料量和功率穩(wěn)定且有一定的調(diào)節(jié)量。樹脂漿料進行離心脫水前，應(yīng)盡量使?jié){料濃度均勻，故離心槽應(yīng)設(shè)置攪拌裝置。工藝簡述如下：經(jīng)汽提后的PVC漿料進入離心槽，離心槽中的漿料經(jīng)漿料泵大部分送至離心機進行離心脫水，一部分回流至離心槽?，F(xiàn)有的塔式汽提技術(shù)基本上是引進技術(shù)，或在消化、吸收引進技術(shù)后再創(chuàng)新。將漿料預(yù)熱到80～100℃，送至塔頂，漿料在塔板與來自塔底的蒸汽逆流接觸，使PVC漿料中殘留VCM單體被解吸出來，從塔頂帶出，漿料從塔底送出。 氣提系統(tǒng)[20]本設(shè)計采用塔式汽提。外來的生產(chǎn)上水先進入循環(huán)水槽，由循環(huán)水泵加壓后，經(jīng)循環(huán)水過濾器、循環(huán)水冷卻器進入循環(huán)水分配臺，循環(huán)水分配臺分別為一、二級冷卻器供水，為冷源。單體貯槽出口管通過氣動閥與原有單體泵入口管相連，按比例送入聚合釜，單體貯槽設(shè)有分水缸，每次壓料前向單體水分離器排水1次，單體水分離器夾套通熱水，排空管接入氣柜，水要不定期排至地溝。流程簡述如下。聚合需要時，回收VCM與新鮮VCM按一定比例混合使用。未反應(yīng)VCM氣體經(jīng)汽液分離器和氣體過濾器除去夾帶的PVC顆粒，當(dāng)回收VCM氣體壓力高于冷凝器入口壓力時，直接進入冷凝器冷凝；當(dāng)回收VCM氣體壓力接近冷凝器人口壓力時，回收VCM氣體經(jīng)壓縮機壓縮后進入冷凝器冷凝。 氯乙烯單體回收冷凝系統(tǒng)[20]1. 回收氯乙烯（VCM）單體的選用參考邴涓林等[1,3]對國內(nèi)各PVC生產(chǎn)廠的回收技術(shù)，即傳統(tǒng)的回收技術(shù)、日本信越回收技術(shù)和美國古德里奇回收技術(shù)的介紹，本設(shè)計采用主流的美國古德里奇回收技術(shù)。(4) 傳熱：傳熱系統(tǒng)由釜體傳熱系統(tǒng)、內(nèi)冷擋板傳熱系統(tǒng)和體外冷凝器組成。 135m3聚合釜結(jié)構(gòu)示意圖(2) 規(guī)格：釜內(nèi)直徑4200mm，釜直通高度8510mm，容積135m3。%，PH值5~，粘度（4%水溶液 25℃）48177。 1. 135 m3聚合釜原料的選用標(biāo)準選用的135 [26]。 反應(yīng)機理[26]1. 引發(fā)劑的分解 　　 －d[I]/dt=[I] ()2. 鏈引發(fā) 　－d[M*]/dt=[I] ()3. 鏈增長 －d[M]/dt=[M][M*] ()4. 向單體的轉(zhuǎn)移 [M][M*] () 本設(shè)計擬采用的工藝條件 聚合釜的選擇參考高象濤[26]對現(xiàn)階段聚合釜使用情況的敘述，本設(shè)計生產(chǎn)線配置的聚合釜由錦西化工機械集團制造，是從Oxy Vinyls公司引進的技術(shù)。氯乙烯的懸浮聚合是將液態(tài)的氯乙烯在攪拌的作用下分散成液滴(約50μm)，懸浮在溶有分散劑的水介質(zhì)中，在水中形成分散和聚并動態(tài)平衡的小液滴，每個液滴相當(dāng)于一個聚合體系，溶于單體的引發(fā)劑在聚合溫度下分解成自由基，引發(fā)氯乙烯單體的聚合。同時發(fā)現(xiàn)，相同△P時的氯乙烯轉(zhuǎn)化率隨CaCO3用量的增加而下降。而且對無機熱穩(wěn)定劑改性效果越好(如用硅烷或鋁酸酯改性)，對聚合的影響越小，聚合轉(zhuǎn)化率也越高。RTUPVC是發(fā)達國家近10余年來致力開發(fā)的PVC樹脂新產(chǎn)品，主要用于異型材及其他硬質(zhì)制品的擠出成型加工。根據(jù)需要還可加入無機填料、抗沖改性劑和顏料等。因此，聚合工藝推薦使用熱水入料工藝，熱水入料不僅可降低水中含氧量，而且因為減少了聚合升溫時間，降低了相對分子量分散性，也提高了產(chǎn)品的加工熱穩(wěn)定。聚合反應(yīng)溫度控制在177。因此在生產(chǎn)中，對于某一給定聚合度的PVC樹脂，可適當(dāng)降低反應(yīng)溫度，以利于PVC熱穩(wěn)定性的提高。在聚合系統(tǒng)中加人PH調(diào)節(jié)劑碳酸氫銨，維持釜內(nèi)體系的PH值在中性范圍，確保分散劑和聚合體系的穩(wěn)定性，使PVC樹脂具有較好的粒度。此外，粘釜還影響聚合釜自動控制的實施。目前大部分生產(chǎn)企業(yè)選用復(fù)合引發(fā)劑體系，盡量避免反應(yīng)放熱峰的出現(xiàn)或盡量減小峰高，使反應(yīng)速率盡可能均勻，這樣聚合反應(yīng)熱就能及時移出，達到安全平穩(wěn)生產(chǎn)的目的。另外，引發(fā)劑過量易使產(chǎn)品顆粒變粗，孔隙率降低。包永忠等[24]通過研究聚乙烯醇助分散劑對懸浮聚氯乙烯樹脂顆粒特性的影響發(fā)現(xiàn)，在復(fù)合主分散劑PVA/HPMC(羥丙基甲基纖維素)基礎(chǔ)上加入LM22(聚乙烯醇助分散劑)助分散劑，隨著含量增加分散體系水溶液—三氯乙烯界面張力和保膠能力降低，PVC樹脂的平均粒徑和增塑劑吸收量增加，PVC樹脂顆粒表面粗糙度增加并逐漸出現(xiàn)少皮膜的表層結(jié)構(gòu)，顆粒內(nèi)部孔隙率增加，初級粒子聚集程度降低，顆粒內(nèi)部孔徑分布變窄。分散劑用量過多，不僅不經(jīng)濟，還會增大體系粘度，造成懸浮液泡沫多，氣相粘釜嚴重，漿料汽提操作困難，VCM回收泡沫夾帶增加，樹脂顆粒變細，堵塞回收管路；分散劑用量少，則起不到應(yīng)有的穩(wěn)定作用，體系穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生大顆粒物料，產(chǎn)品顆粒不規(guī)整，甚至造成聚合顆粒的粘結(jié)而釀成事故。 分散劑的影響[23]分散劑及適當(dāng)?shù)臄嚢鑿姸瓤梢詢?yōu)化VCM液滴的分散，提高PVC顆粒粒徑的規(guī)整度、顆粒的多孔性和干流動性，改善PVC的塑化性能，提高PVC的白度和加工性能。鐵能與有機過氧化物引發(fā)劑反應(yīng)，使聚合誘導(dǎo)期增長，反應(yīng)速率減慢，產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性變壞，還會降低產(chǎn)品的介電性能。一般入料純水通過真空脫氧后加入聚合釜。這種過氧化物能引發(fā)單體聚合，使大分子中存在該過氧化物鏈段，并且有較低的分解溫度，在聚合條件下易分解為氯化氫、甲醛和一氧化碳而降低反應(yīng)介質(zhì)的PH值。氯乙烯單體中的高沸物主要為二氯乙烷和乙醛，單體中含量低時，可以清除PVC大分子端基雙鍵，對PVC熱穩(wěn)定性有好處，二氯乙烷和乙醛等高沸物在較高含量下才顯著影響聚合度及反應(yīng)