【正文】 的設(shè)計(jì)、釜頂冷凝器及釜壁拋光幾個(gè)方面闡述了聚合釜結(jié)構(gòu)對生產(chǎn)能力的影響。 作者簽名： 日 期： 李康松： 30 立方米聚合釜的設(shè)計(jì) II 摘 要 本文首先介紹了聚氯乙烯（ PVC）的廣闊發(fā)展前景，而聚合釜是生產(chǎn) PVC 的最重要設(shè)備。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。吉林化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。又簡單介紹了國內(nèi)外聚合釜設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展歷程及制造廠家。又介紹了釜體和夾套的技術(shù)特性，以及安裝、試車、操作、崗位要求。然后是詳細(xì)的工藝計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算，進(jìn)而各個(gè)位置尺寸和部件進(jìn)行選擇確定。 聚合釜是 PVC 聚合生產(chǎn)過程中最關(guān)鍵的設(shè)備。聚合釜的大型化是生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大和生產(chǎn)全部自動(dòng)化的需要 ,但具體采用多大容積的聚合釜 ,還受到配套的工藝技術(shù)、電器和自控儀表等技術(shù)水平的限制 ,以及設(shè)備制造、設(shè)備運(yùn)輸條件和土建投資的制約。各個(gè) PVC 生產(chǎn)企業(yè)為了提高競爭能力 ,積極采用 70 m3以上的大型聚合釜 ,不斷地追求企業(yè)的規(guī)模化 ,提高單釜的生產(chǎn)強(qiáng)度 ,減少能耗 ,從而最大限度地降低建設(shè)投資和單位產(chǎn)品的生產(chǎn)成本 ,以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。隨后原北京化工二廠、上海天原化工廠、天津化工廠等 7 套裝置建成投產(chǎn) ,奠定了中國 PVC 工業(yè)的基礎(chǔ)。國內(nèi) PVC 聚合釜技術(shù)發(fā)展歷程大致可分為以下 4個(gè)階段 : (1)起步階段 20 世紀(jì) 60 年代初期至 70 年代 ,我國聚氯乙烯工業(yè)處于起步階段 ,國內(nèi) PVC 生產(chǎn)企業(yè)基本上都采用小型搪瓷聚合釜和 m3 聚合釜。由于生產(chǎn)強(qiáng)度小 ,生產(chǎn)效率低 ,目前這種聚合釜在國內(nèi) PVC 生產(chǎn)中已基本被淘汰 ,只有少數(shù)幾個(gè)廠仍在使用 ,1988 年原北京化工二廠就將兩期建設(shè)的共計(jì) 9 臺(tái) m3 聚合釜全部下馬。 1974 年國內(nèi) 33 m3 聚合釜完成設(shè)計(jì) ,1977 年在原錦西化工機(jī)械廠批量制造 10 臺(tái) 33 m3 聚合釜 ,在原北京化工二 廠安裝投入生產(chǎn)運(yùn)行 , m3 聚合釜和30 m3 聚合釜成為生產(chǎn)的主要釜型 ,也有少部分 PVC 生產(chǎn)企業(yè)采用仿朝鮮 30 m3 聚合釜生產(chǎn)。 20 世紀(jì) 80年代初 ,浙江大學(xué)和北京化工大學(xué)等單位開始了關(guān)于攪拌型式的研究 ,通過冷模試驗(yàn)的模擬 ,調(diào)整攪拌槳葉的型式 ,使得釜內(nèi)循環(huán)次數(shù)和剪切能力更適合聚合反應(yīng) ,得到了較好的樹脂顆粒形態(tài) ,同時(shí)也降低了分散劑的用量。目前 ,基于一些原因的考慮 ,仍有部分 PVC 生產(chǎn)企業(yè)在新建或擴(kuò)建中還采用 30 m3 聚合釜進(jìn)行生產(chǎn)。 80 m3聚合釜除使用夾套和內(nèi)冷管傳熱外 ,還設(shè)計(jì)了釜頂冷凝器 ,但由于和聚合釜相關(guān)的一些工藝技術(shù)沒有得到解決 ,不能長周期穩(wěn)定運(yùn)行 ,這 種聚合釜在國內(nèi)沒能得到進(jìn)一步推廣。從國外引進(jìn)技術(shù) ,這對于一個(gè)自主開發(fā)能力不足的發(fā)展中國家來說是必要的 ,可以在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到高起點(diǎn)、大規(guī)模、低成本的發(fā)展生產(chǎn)目的。 20 世紀(jì) 90 年代 ,北京化二股份有限公司和錦化化工 (集團(tuán) )有限責(zé)任公司又同時(shí)引進(jìn)了歐洲 EVC公司的 105 m3聚合釜裝置生產(chǎn)技術(shù) 。中國石化齊魯股份公司引進(jìn)了西方化學(xué)公司的 135 m3 聚合釜生產(chǎn)工藝技術(shù) ,于 2021 年 9 月投產(chǎn)。這些引進(jìn)技術(shù)把我國 PVC 聚合生產(chǎn)技術(shù)提高到一個(gè)新的水平。以北京化二股份有限公司和錦化化工 (集團(tuán) )有限責(zé)任公司為代表的 70 m3 聚合釜裝置生產(chǎn)技術(shù) ,青島海晶化工集團(tuán)有限公司 45 m3 聚合釜生產(chǎn)技術(shù)和天津大沽化工廠 30 m3 聚合釜生產(chǎn)技術(shù)在中國的土地上遍地開花 ,得到了廣泛的推廣應(yīng)用。 70 m3 聚合釜由于長徑比適中、生產(chǎn)強(qiáng)度大、換熱能力好、運(yùn)輸方便、綜合性能好 ,既符合聚合生產(chǎn)大型化的要求 ,又有較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益 ,目前是國內(nèi)絕大多數(shù) PVC 生產(chǎn)企業(yè)新建或擴(kuò)產(chǎn)的首選釜型。隨著 PVC 生產(chǎn)技術(shù)的提高 ,聚合釜從較小的釜型向大型化方向發(fā)展 ,20 世紀(jì) 60 年代聚合釜容積基本在 10~50 m3,70 年代則大型化到 40~70 m3,80 年代 ,60~80 m3 聚合釜成了主流設(shè)備 ,進(jìn)入 90 年代以后 ,國外大公司開始使用 100 m3 以上聚合釜 ,甚至 200 m3 聚合釜 ,進(jìn)行集約化生產(chǎn)。目前 ,我國已經(jīng)引進(jìn)的國外比較先進(jìn)的聚合釜技術(shù)有美國古德里奇 ()公司的 70m3 聚合釜技術(shù) ,歐洲 EVC 公司的 105 m3 和 120 m3 聚合釜技術(shù) ,日本信越的 108 m3 和 127 m3 聚合釜技術(shù) ,西方化學(xué)公司的 135 m3 聚合釜技術(shù)等。德國休爾斯 (h252。但是人們逐漸認(rèn)識(shí)到聚合釜也不是越大越好 ,一味追求聚合釜大型化在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上并非合理 ,大型化并不等于高效率和高經(jīng)濟(jì)效益化 ,這是一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合效果問題。 1982 年 ,日本神鋼盤鐵克公司開發(fā)成功了154m3 內(nèi)夾套式 聚合釜 (結(jié)構(gòu)見圖 11),減少了聚合釜內(nèi)壁的鋼板厚度 ,提高了傳熱系數(shù) ,聚合周期 8 h,高效 154 m3 氯乙烯聚合釜于 1990 年榮獲日本化學(xué)工學(xué)會(huì)技術(shù)獎(jiǎng) ,成為那個(gè)時(shí)期的代表作。年 ),代表了當(dāng)今世界 PVC 行業(yè)的頂尖先進(jìn)技術(shù)水平。因此 ,在 PVC 聚合生產(chǎn)中采用大型釜成為一種趨勢 ,標(biāo)志著世界PVC 生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到了一個(gè)新的水平。錦西化工機(jī)械 (集團(tuán) )有限責(zé)任公司和吉林化工機(jī)械 (集團(tuán) )有限責(zé)任公司是我國大型化工裝備的制造基地 ,多年來為 PVC行業(yè)制造出數(shù)百臺(tái)反應(yīng)釜 ,為行業(yè)作出了貢獻(xiàn)。吉林化工機(jī)械 (集團(tuán) )有限責(zé)任公司也與 PVC 企業(yè)聯(lián)合先后開發(fā)了 45 m3 和 70 m3聚合釜 ,形成了獨(dú)特的制造工藝。 聚合釜結(jié)構(gòu)對生產(chǎn)能力的影響 PVC 企業(yè)的規(guī)?；?,生產(chǎn)裝置的大型化和單條生產(chǎn)線的 生產(chǎn)能力的提高已經(jīng)成為企業(yè)競爭的硬件條件 ,單條生產(chǎn)線的大型化對于釜的大型化提出了更高的要求 ,一般使用生產(chǎn)強(qiáng)度來表征聚合釜生產(chǎn)能力 ,生產(chǎn)強(qiáng)度是一年或一個(gè)月內(nèi)單位體積的聚合釜可以生產(chǎn)出的樹脂量。 材質(zhì)的傳熱性能 一般來說 ,生產(chǎn) PVC 樹脂對釜材質(zhì)的要求主要是傳熱性能好 ,這樣有利于縮短聚合反應(yīng)時(shí)間和減輕黏釜 ,并保證聚合反應(yīng)時(shí)無鐵離子混入。目前 ,聚合釜通常采用的材料有碳鋼搪玻璃、全不銹鋼和復(fù)合不銹鋼板。但隨著聚合釜的大型化 ,對搪瓷釜來說 ,從設(shè)計(jì)到制造都增加了難度 ,目前聚合釜幾乎全部采用復(fù)合鋼板或全不銹鋼板 ,從傳熱性能上比較 ,在無黏壁物存在情況下 ,復(fù)合鋼板要比搪玻璃和全不銹鋼好得多 ,依生產(chǎn)實(shí)際測定 ,搪瓷釜傳熱系數(shù)一般 不超過 400 W/(m2178。 K),復(fù)合不銹鋼釜傳熱系數(shù)可達(dá) 700 W/(m2178。大型聚合釜欲求高的傳熱系數(shù) ,多采用復(fù)合不銹鋼板 ,即釜內(nèi)壁是在壓力容器用的碳素鋼或低合金鋼板上復(fù)合一層 2~3 mm 厚的不銹鋼板。70 m3 半管夾套聚合釜采用 (3+28) mm 復(fù)合鋼板。 K)。 聚合釜的制造廠也為釜的材質(zhì)作了很多的改進(jìn) ,為了減薄復(fù)合鋼板的厚度 ,采用高強(qiáng)度鋼做基材 ,使用半管夾套加強(qiáng)釜壁 ,減少鋼板的厚度 。 傳熱面積 傳熱速率與傳熱面積成正比 ,從傳熱角度考慮 ,希望聚合釜有較大的傳熱面積 ,所以聚合釜的設(shè)計(jì)制造中要盡量增大聚合釜的傳熱面積。隨著技術(shù)進(jìn)步 ,可以通過其他方法將反應(yīng)熱導(dǎo)出 ,通過在釜內(nèi)增設(shè)內(nèi)冷擋板的方法增大傳熱面積是有限的 。釜頂冷凝器技術(shù)的應(yīng)用 ,使得聚合釜從瘦長形向矮胖形發(fā)展成為了可能 ,下面收集了國內(nèi)有代表性的釜型的參數(shù) ,見表 11。然而 ,70 m3 聚合釜換熱面積基本可以滿足反應(yīng)熱的移出 ,可以不設(shè)釜頂冷凝器 ,減少了操作的復(fù)雜性。天津大沽 LG 化學(xué)有限公司 70 m3 釜設(shè)有釜頂冷凝器 ,增大了換熱 能力 ,提高了釜生產(chǎn)強(qiáng)度。攪拌器性能和效果的體現(xiàn) ,主要決定于攪拌轉(zhuǎn)速、幾何尺寸和形狀 。 攪拌的設(shè)計(jì)是多樣化的 ,攪拌器的結(jié)構(gòu)以及釜內(nèi)結(jié)構(gòu)所形成的攪拌流場是決定吉林化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 PVC 性能的主要因素。循環(huán)流量可以用軸向循環(huán)次數(shù)和徑向循環(huán)次數(shù)來表征。剪切強(qiáng)度主要由攪拌器和釜內(nèi)擋板的相互作用提供 ,為顆粒之間的傳質(zhì)和反應(yīng)顆粒的破碎提供能量。國內(nèi)目前主要的聚合釜攪拌型式見表 12。按槳葉的型式劃分有多種攪拌型式 ,現(xiàn)在使用的聚合釜主要由三葉后掠式和平板槳式等構(gòu)成。 70 m3聚合釜攪拌器采用二層三葉后掠式 ,此種攪拌器的傳質(zhì)、循環(huán)和剪切性能均比較適中 ,所配置的套管式內(nèi)冷管兼有擋板作用 ,更增加了流場的剪切性能。 按攪拌的安裝位置劃分有頂伸式和底伸式攪拌兩種 , m3 釜和 30 m3 釜的攪拌采用頂伸式攪拌 ,釜底部安裝有固定軸的支架 ,由于軸較長易彎曲 ,尤其是瘦長釜型的攪拌軸更需要經(jīng)常維修。這種攪拌器增加了軸向推動(dòng)力 ,可使聚合體系軸向混合均勻 ,有利于改善樹脂的粒徑分布和釜內(nèi)的溫度分布 ,提高釜的傳熱效率和產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量。 為了提高聚合釜攪拌的效果 ,釜內(nèi)一般設(shè)有擋板 ,擋板型式有管型、平板型等。在大型聚合釜中擋板不僅僅作為攪拌的輔助部件 ,同時(shí)又是傳導(dǎo)聚合熱的重要構(gòu)件。一般情況下 ,剪切力越強(qiáng) ,所使用的分散劑就相對減少 ,70 m3 聚合釜比其他聚合釜的攪拌剪切強(qiáng)度偏弱 ,所以使用的分散劑量就相對多一點(diǎn) ,但反應(yīng)體系相對平穩(wěn) ,反應(yīng)體系的適應(yīng)性較強(qiáng) ,出現(xiàn)粗料的可能性很小 ,所以稍微多使用一些分散劑也是值得的。使用釜頂冷凝器后 ,由于單體在釜內(nèi)不斷地汽化和液化 ,會(huì)導(dǎo)致最終產(chǎn)品顆粒不均勻 ,影響樹脂的質(zhì)量。 釜壁拋光 聚 合物料的粘結(jié) ,對釜壁的傳熱性能影響非常嚴(yán)重 ,這就要求復(fù)合鋼板釜和全不銹鋼釜的內(nèi)表面要進(jìn)行拋光處理。機(jī)械拋光是用布輪與不同粒徑的細(xì)砂進(jìn)行拋光 ,除去表面的凸出部分 ,得到光滑的表面 。國內(nèi)第一批 33 m3 聚合釜就是用機(jī)械拋光技術(shù)制造完成的。 對于電拋光技術(shù) ,國內(nèi)外聚合釜生產(chǎn)廠家都列為技術(shù)競爭和保密內(nèi)容 設(shè)備的技術(shù)特性 吉林化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 序號(hào) 名 稱 指 標(biāo) 釜 內(nèi) 夾 套 1 設(shè)計(jì)壓力 MPa 0.4 2 設(shè)計(jì)溫度 ℃ 〈 140 〈140 3 物料 VC等 水等 4 公稱容積 m3 30（實(shí)容 34） 5 夾套傳熱面積 m2 48 6 內(nèi)冷管傳熱面積 20 7 攪拌轉(zhuǎn)速 rad/s 8 電機(jī)功率 KW 55 釜體的試驗(yàn)、檢驗(yàn)要求 （ ?）釜體以 ????Mpa 水壓強(qiáng)度檢驗(yàn)，同時(shí)對內(nèi)冷管的外壓穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)。 夾套的試驗(yàn)，檢驗(yàn)的要求 （ 1） 在對夾套進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，釜體應(yīng)注滿水，以防失穩(wěn)。 李康松： 30 立方米聚合釜的設(shè)計(jì) 10 (2)安全閥、減速機(jī)、機(jī)械密封、放料閥在出廠時(shí)應(yīng)試驗(yàn)合格 ,若保管運(yùn)輸復(fù)合要求 ,可不用拆開沖洗， (3)釜體豎立后，應(yīng)防止夾套被壓扁． (4)釜體安裝時(shí)，以釜頂機(jī)架支撐面為基準(zhǔn)．找好機(jī)械密封支撐面的水平度允許差≤ ,支柱下接盤上有預(yù)留螺釘調(diào)節(jié)找正楔墊，然后固定好地腳螺栓． (5)安裝好機(jī)械密封、機(jī)架、減速機(jī)、電機(jī)后，進(jìn)行盤車．檢查上軸接盤的擺動(dòng)情況，擺動(dòng)量不應(yīng)大于 ,再安裝中軸、下軸時(shí)應(yīng)檢查擺動(dòng)量不得大于 1mm . (6)以下軸為基準(zhǔn)找正（同心水平）底部軸承架，并焊接三個(gè)支腿，焊后焊縫修磨光滑． (7)安裝時(shí)，拋光零件表面應(yīng)嚴(yán)格加以保護(hù)． (8)槳葉的安裝必須對稱，螺栓必須緊固，槳葉的位置使用廠家可以自行調(diào)整． (9)釜上的所有接管均由現(xiàn)場安裝、配管． 試車要求 反應(yīng)釜安裝合格后，可先用水進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查其振動(dòng)情況，從而保證設(shè)備的安全運(yùn)行．切勿在設(shè)備內(nèi)午睡的情況下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，以防止由于轉(zhuǎn)軸受力不均而產(chǎn)生彎曲變形。 低軸承的軸承，軸經(jīng)試運(yùn)轉(zhuǎn)后，不得有明顯劃痕，接觸地面應(yīng)均勻。 2） 檢查管線上的全部閥門要處于常開或關(guān)閉狀態(tài)。 4） 設(shè)備經(jīng)檢驗(yàn)后，如需按規(guī)定進(jìn)行系統(tǒng)試壓，并調(diào)整安全閥定壓，且做好記錄。 崗位安全要求 （１） 嚴(yán)格遵守車間安全技術(shù)規(guī)程和操作法的各項(xiàng)規(guī)定，操作人員必須經(jīng)過三級安全教育 考核合格。 （３） 設(shè)備帶壓嚴(yán)禁拆裝及調(diào)整零部件。 （５） 設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，必須按操作法規(guī)定時(shí)間嚴(yán)格記錄和巡回檢查。 （７） 清釜操