【正文】 ，不需將產(chǎn)品固化，從而降低生產(chǎn)成本。 四種主要聚合工藝的特性項(xiàng) 目懸浮法本體法乳液法微懸浮法工業(yè)類型生產(chǎn)能力/（萬(wàn)噸/年）間歇20間歇10間歇5間歇5反應(yīng)器/ m36133第一 第二138 563635635類型效率/（t/a下面就依次討論VCM聚合中的各基元反應(yīng)。連串反應(yīng)中第二步為速度決定步驟。油溶性引發(fā)劑可在兩相中分別引發(fā)。按頭尾形式連接時(shí)，取代基與獨(dú)電子連在同一碳原子上，產(chǎn)生共軛效應(yīng)，自由基得以穩(wěn)定。鏈增長(zhǎng)反應(yīng)有兩個(gè)特征：一是放熱反應(yīng)，二是增長(zhǎng)活化能低，增長(zhǎng)速率極高。偶合終止是指兩鏈自由基的獨(dú)電子相互結(jié)合成共價(jià)鍵的終止反應(yīng)。稀相和濃相由于物理狀態(tài)有很大不同，后者的總鏈終止速率常數(shù)遠(yuǎn)小于前者。其中，主要有以下兩種： 懸浮聚合工藝懸浮聚合工藝是生產(chǎn)PVC的主要工藝，世界PVC生產(chǎn)中，約90％采用懸浮聚合工藝生產(chǎn)，其品種之多，用量之大是其他工藝所無(wú)法相比的。聚合度除一般聚合度的樹脂外，還有特高和特低聚合度的樹脂，如聚合度高的達(dá)到9000甚至10000左右，具有橡膠的特性，低的只有400～500左右；既有緊密型樹脂，也有疏松型樹脂等。單體VCM在分散劑和強(qiáng)烈的攪拌作用下分散成細(xì)小的液滴(粒徑50肚m)，懸浮在水相中，每個(gè)小液滴相當(dāng)于一個(gè)小本體聚合單元，單體液滴中溶有引發(fā)劑，在引發(fā)劑作用下進(jìn)行VCM聚合生成PVC顆粒的過(guò)程。懸浮聚合機(jī)理有均相聚合和沉淀聚合之分，氯乙烯的懸浮聚合屬于沉淀聚合。升溫引發(fā)聚合，聚合溫度45～65℃，壓力0．6～0．7MPa。PVC懸浮聚合過(guò)程中要加入許多助劑。單一種分散劑很難同時(shí)具有降低界面張力和保膠能力，因此多采用復(fù)合分散劑，使用最多的復(fù)合體系是聚乙烯醇和纖維素。這類分散劑一般是陰離子和非離子表面活性劑，陰離子類，如脂肪酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽、磷酸鹽等，代表品種有十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉；非離子類，如低聚合度(約200)、低醇解度(約50％)的聚乙烯醇和多元醇(如失水山梨醇、甘油、季戊四醇、失水山梨醇脂肪酸單脂或三酯)兩類。懸浮聚合引發(fā)劑選用油性引發(fā)劑，即有機(jī)類引發(fā)劑。常用低效引發(fā)劑有過(guò)氧化二苯甲酰、過(guò)氧十二酰、ABIN等，常用中高效引發(fā)劑有過(guò)氧化二碳酸二異丙酯、過(guò)氧化特戊酸特丁酯、過(guò)氧化二碳酸二環(huán)己酯、偶氮二異庚腈等。鏈轉(zhuǎn)移劑的使用是為了調(diào)節(jié)PVC分子量和降低聚合反應(yīng)溫度。在60℃以上聚合時(shí)，除適當(dāng)改變溫度外，還加入少量鏈轉(zhuǎn)移劑來(lái)控制分子量。羥基乙醇是常用的鏈轉(zhuǎn)移劑。聚合完畢后抽出未反應(yīng)單體和漿料進(jìn)行氣提，回收氯乙烯單體。聚合釜中，使用表面張力與用量都比較小的分散劑，聚合的中期和后期采用高速攪拌，有利于生成表面膨脹、表皮多孔、體積較大、內(nèi)部疏松的樹脂顆粒即疏松型樹脂。第四章 工藝計(jì)算 計(jì)算依據(jù)（1）生產(chǎn)規(guī)模：72000ta1(24h 過(guò)氧化二碳酸二異丙酯（引發(fā)劑）不發(fā)生反應(yīng)。（3）： 聚合工序物料平衡表 單位：kg/p物流號(hào)氯乙烯單體H2O引發(fā)劑聚乙烯醇聚合物雜 質(zhì)合計(jì)M1－－－－M2－－－－－M3－－－－－M4－－－－－M5 熱量衡算計(jì)算方法：QT——設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)物料與外界交換熱量之和(傳入熱量為正，傳出熱量為負(fù)），KJ；Q1——由于物料溫度變化，系統(tǒng)與外界交換的熱量（升溫為正，降溫為負(fù)），KJ；Q2——由于物料發(fā)生各種變化，系統(tǒng)與外界的交換的熱量（吸熱為正，放熱為負(fù)），KJ；Q3——由于設(shè)備溫度改變，系統(tǒng)與外界交換的熱量（設(shè)備升溫為正，設(shè)備降溫為負(fù)），KJ；根據(jù)熱量守恒定律，得 QT=Q1＋Q2＋Q3 其中 Q1=Q2= W?Hr Q3=ΣWi CPi ?TmW——物料質(zhì)量，kg。Wi——各組分的質(zhì)量，Kg。K則IPP的比熱為：C1=（4+2++2+2）/= KJ/(Kg.℃)經(jīng)查有關(guān)資料知： 氯乙烯的比熱為：20℃時(shí)C3=(Kg.℃) 60℃時(shí)C3’=(Kg.℃)水的比熱為：C4= KJ/(Kg.℃)聚乙烯醇比熱為：C5= KJ/(Kg.℃)聚氯乙烯的比熱為：C6= KJ/(Kg.℃)氯乙烯的聚合熱為： 混合熱和攪拌熱的考慮 由于雜質(zhì)的量很少，混合熱可忽略不計(jì)?；亓骼淠鳠嶝?fù)荷的考慮由于反應(yīng)中嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度恒定，冷凝器中的回流量極少，所以對(duì)冷凝器熱負(fù)荷不予考慮。水Cp=m=107/(39)=105kg（5）冷卻水的用量： 根據(jù)式: Q= mCpΔT 得 m=Q2/ (CpΔT)冷卻水進(jìn)口溫度為5℃,出口溫度為25℃。d1（1）根據(jù)年產(chǎn)量確定每批進(jìn)料量：W=（2）選擇反應(yīng)器裝料系數(shù) φ=VR/VT[7] （） VR——反應(yīng)液體積，m3 VT——反應(yīng)器實(shí)際體積，m3（3）計(jì)算反應(yīng)器體積： 氯乙烯密度ρ1=103kg/ m3 過(guò)氧化二碳酸二異丙酯密度ρ2=103kg/ m3 聚乙烯醇密度ρ3=103kg/ m3 水密度ρ4=103kg/ m3 算得ρm=103kg/ m3 ρm——反應(yīng)液混合密度，kg 取nT=3VTi=可取聚合釜VN=127m3可引進(jìn)的日本信越的 127m3聚合釜。復(fù)驗(yàn)Sn6%=42=，故取C1=。因?yàn)閮?nèi)壓要比外壓大，所以按強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)筒的壁厚一定能滿足外壓穩(wěn)定的要求。校核水壓實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度：≤式中PT==2126/126=Se=SnC1C2==查[7]得：σs=225MPa則 σt=(4200+）/(2)==225= MPa由 σt＜所以水壓實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度足夠。復(fù)驗(yàn)Sn6%=14=＞，故最后取C1=。校核水壓實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度：≤式中PT==137/137=Se=SnC==查得：σs=206MPa則 σt=（4400+）/（2）==206= MPa由 σt＜所以水壓實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度足夠。（4）確定攪拌轉(zhuǎn)速 n=120r/min （5）計(jì)算攪拌功率攪拌液體時(shí)，產(chǎn)生循環(huán)流量及克服流體摩察阻力所需的功率叫攪拌功率。 攪拌功率關(guān)系式[7]如下： Ps=Npρn3d5 式中 Ps——攪拌功率 Np——功率數(shù) ρ——被攪拌介質(zhì)的密度 d——攪拌器的直徑 n——攪拌器的轉(zhuǎn)速 開啟式直葉渦輪式攪拌器有折流擋板 查文獻(xiàn)得Np= 已知 ρ=103 Kg/m3 n=120/min d=1680 mm Ps=Npρn3d5 =103(120/60) 3 =，可選用功率為800KW的電動(dòng)機(jī) 傳熱裝置的校核Q=KiAi(t0ti)……………………………………………………………………()式中 Q——傳熱速率 Ki——總傳熱系數(shù) Ai——傳熱內(nèi)壁（過(guò)程一側(cè)）表面積 t0 ——載熱體的溫度（外側(cè)） ti ——過(guò)程加工流體的溫度（內(nèi)側(cè)）不考慮污垢層，則 1/K=1/α1+1/α2+∑δ/λ其中K——總傳熱系數(shù) αα2——釜壁內(nèi)側(cè)、外側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù) ∑δ/λ——釜壁固體部分（包括結(jié)垢部分）的總熱阻 δ——各固體部分的厚度 λ——相應(yīng)的熱導(dǎo)率 傳熱系數(shù)的計(jì)算(1)釜側(cè)的給熱系數(shù)α1 = (λ1/D)(ρ1nd2/μ1)2/3(Cp1μ1/λ1)1/3(181。w)……………………..........…...()α1——釜側(cè)的給熱系數(shù)D——反應(yīng)釜的內(nèi)徑，md——攪拌器的直徑，mλ1——流體的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m℃)n——攪拌器的轉(zhuǎn)速，r/sμw——釜內(nèi)側(cè)壁上的粘度Pa .S 已知反應(yīng)釜物料的物性資料如下 ρ1=103kg/m3 Cp1=103 J/(kg℃)μ1=1/181?！? (2)夾套側(cè)的傳熱系數(shù)的計(jì)算 傳熱按自然對(duì)流來(lái)計(jì)算 α2=...................................................................()α2——釜側(cè)的給熱系數(shù)ρ2——夾套層冷卻水密度，kg/m3λ2——流體的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m℃)μ2——冷卻水粘度，Pa℃）β2=104℃－1C2=103 J/（kgStm=℃ tw2 ℃ tw1——釜內(nèi)側(cè)壁溫，℃；Q——聚合釜導(dǎo)熱強(qiáng)度,J/sF——聚合釜傳熱面積,m2——夾套層鋼或污垢層的厚度，m。℃）；tw2=107103/(33600)/128 (+)=℃ ，50w/(m℃)(m℃)分別是20R鋼和污垢的導(dǎo)熱系數(shù)。K已知聚合釜的壁厚δ=42mm λ=50 W/（m℃）Δtm的計(jì)算已知釜內(nèi)溫度T=60℃，夾套內(nèi)冷水由t1=5℃升至t2=25℃ Δtm= [ (t1－T) ( t2－T ) ]/ ln[(t1－T)/ ( t2－T ) ] = [（605）（6025）]/ ln[（605）/（6025）] =℃面積的計(jì)算由能量衡算知，107KJ，降溫時(shí)間為6h，則單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)傳熱面的熱量為 Q=107/（363600） = 106 kJ/s 又 Q=KAΔtm 其中 A——傳熱面積，m2 A=Q/（K 經(jīng)計(jì)算，且參考日本信越的127m3的聚合反應(yīng)釜得出，由于聚合反應(yīng)的需要，反應(yīng)釜要加攪拌裝置和夾套。根據(jù)工藝要求和塔的公稱直徑為4200mm，塔設(shè)備的支座選為圓筒形裙式支座。則聚合釜技術(shù)參數(shù)： 聚合釜的技術(shù)參數(shù)公稱直徑DN，mm4200容積系數(shù)VN/VJ 夾套傳熱面積，m2128容器內(nèi)公稱壓力，Mpa夾套內(nèi)公稱壓力，Mpa介質(zhì)溫度范圍及容器質(zhì)0~100 Q20R攪拌軸公稱直徑dN，mm2100攪拌軸轉(zhuǎn)速，r/min120電動(dòng)機(jī)功率，KW800支座型式圓筒形裙式支座軸密封機(jī)械密封攪拌器型號(hào)平槳式攪拌器支座與塔體結(jié)構(gòu)型式對(duì)接焊縫 人孔的設(shè)計(jì) 為方便釜的清理及檢修，在聚合釜頂開一人孔。采用榫槽面密封面（TG型）和石棉橡膠板墊片。F8轉(zhuǎn)臂1Q235—AF件號(hào)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)名 稱數(shù) 量材料/類別代號(hào)/Ⅴ12環(huán)1Q235—A4200 79002氯乙烯計(jì)量槽440003216。4000 58004聚乙烯醇計(jì)量槽2003216。300 8006助劑調(diào)配槽722003216。4000 7020碳鋼管計(jì)算式為： 式中，D：最經(jīng)濟(jì)管徑，mm G：流量，kg/s ：密度，kg/m3(1)聚合工藝管道計(jì)算已知每套裝置每批的投料量為： 物 料 質(zhì) 量 相對(duì)密度 氯乙烯 無(wú)離子水 1 聚乙烯醇 過(guò)氧化二碳酸二異丙酯 加熱水 105kg 冷卻水 105kg (2)氯乙烯輸料管的計(jì)算與選型輸料時(shí)間： h質(zhì)量流量：ms=體積流量：Vs=（1000）=查《化工原理》[9]上冊(cè)表11取u= m/s，由Vs= uπD2/4得 D =……………………………………………………………….() =查《化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》:選ф1403 mm的冷軋無(wú)縫鋼管實(shí)際流速 u=4Vs/πD2=4()=根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可選用型號(hào)為：3臺(tái)80Y—60的輸送泵并聯(lián)。(4)助劑輸料總管的計(jì)算與選型輸料時(shí)間： h質(zhì)量流量：ms=體積流量：Vs=查《化工原理》上冊(cè)表11,取u=，由Vs=uπD2/4得D =（4 Vs /u/π）=查《化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》:選ф1405mm的熱軋無(wú)縫鋼管實(shí)際流速 u=4Vs/πD2=4()= m/s根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可選用型號(hào)為：3臺(tái)80Y—60B的輸送