1、摘要本設計是年產20萬噸聚氯乙烯（PVC）車間合成工段初步設計，生產方法為懸 浮聚合法。本文對聚氯乙烯的性質、用途，生產和應用進行了詳細的概述，闡述了 其在化學工業中的作用和地位。通過對溶液聚合法，懸浮聚合法，乳液聚合法的工 藝比較，制定了一套后處理簡單，產品質量好，雜質少，產品熱穩定性好，產量占 聚氯乙烯的90%的生產工藝。在確定聚氯乙烯生產工藝的基礎上進行了物料衡算， 熱量衡算，設備選型等。關鍵詞：聚氯乙烯，氯乙烯，懸浮聚合法，物料衡算，熱量衡算，聚合由于聚氯乙烯化學建材的需求量上升，使聚氯乙烯管材，管件，門、窗異型材， 護墻板消費量繼續增加。傳統的聚氯乙烯電線、電纜以及包裝市場也有了進一

2、步的 發展。在聚氯乙烯產業結構方面，由于聚氯乙烯市場的國際化、新技術的發展以及 國際競爭的加劇，產生了一批不同于 20世紀60年代的新一代跨國公司，進入了一 種更高的跨國形勢，使聚氯乙烯產品生產能力高度集中，成為21世紀國際經濟活動中的一個突出特點，也使全球聚氯乙烯工業活躍起來。目前我國聚氯乙烯市場的原料來源短期內還要依靠國內生產廠家供應解決。入 世以后，中國聚氯乙烯市場競爭更加激烈，這正是我國聚氯乙烯行業的一個機遇， 也是我們進行企業改造、擴大生產能力的一個極好的機會，要在提高生產規模、生 產效率方面開展工作，努力形成生產的一體化。我們要在國內建設一批設備先進、 技術水平高、具有經濟規模和競

3、爭能力的骨干企業，穩定國內聚氯乙烯市場。要有 意識地將國外在亞太地區的投資引進我們國內來，壯大我們的聚氯乙烯行業，減少 西方大國在亞太地區擴大生產能力對我國市場造成的壓力，同時要進一步提高我國 聚氯乙烯行業的技術水平。因此制定了一套后處理簡單，產品質量好，雜質少，產 品熱穩定性好，產量占聚氯乙烯的 90%的生產工藝流程。確定了設備反應時所具備 的相關條件后，并對流程中主要設備聚合釜進行了物料衡算，計算出設備反應時各 物料的進量和相關參數，得出了一種合理簡便的生產聚氯乙烯方法，從而對以后的 生產具有重要意義。、 總論（一）概述1. 聚氯乙烯的意義與作用聚氯乙烯（PVC）是國內外高速發展的合成材料

4、中5大熱塑性合成樹脂之一，以 其價廉物美的特點，占合成樹脂消費量的 29%左右，僅次于聚乙烯（PE）,居第二 位。由于它具有優良的耐化學腐蝕性、電絕緣性、物理及機械性能、抗化學藥品性 能、質輕、強度高且易加工、成本低，可通過模壓、層合、注塑、擠塑、壓延、吹 塑中空等方式進行加工，是一種能耗少、生產成本低的產品。因而聚氯乙烯（PVC） 制品廣泛用工業、農業、建筑、電子電氣、交通運輸、電力、電訊和包裝及人們生 活中的各個領域。PVC硬質制品可制成各種工業建材、門窗、管道、閥門絕緣板及防腐材料等。 其輕質品可制成薄膜用以制作雨披、臺布、包裝材料以及農膜，還可制成人造革、 電線、電纜等的絕緣層 。2.

5、 國內外的現狀及發展前景PVC廣泛應用于工業、農業、建筑、交通運輸、電力電訊和包裝等各領域。2006 年我國PVC生產能力約為972萬噸，產量為920萬噸，凈進口量達151萬噸，消費年增 長率在9.5%左右。2007年全球PVC消費量約為3100萬噸，2010年我國PVC樹脂的需 求量約為1100萬噸。隨著節水灌溉、建筑化學建材、包裝、電子電氣、汽車等行業 對PVC需求的快速增長，未來幾年我國對PVC的需求仍將保持較高的增長速度。2020 年將達到2160萬噸。預計到2020年全球PVC的需求量將達到4600萬噸。聚氯乙烯按聚合方法分四大類：懸浮法聚氯乙烯，乳液法聚氯乙烯、本體法聚 氯乙烯、溶

6、液法聚氯乙烯23.產品性質與特點中文名稱：聚氯乙烯英文名稱：Pol yvinyl chloride polymer簡稱：PVC熔點：212°C導熱率(入:)0.16 W/m K熱容(c):0.9 kJ/(kg K)-吸水率：0.0 4 0.4%聚氯乙稀是一種無毒、無臭的白色粉末。電絕緣性優良，一般不會燃燒，但在 火焰上能燃燒并放出HCI，若離開火焰即自熄，是一種“自熄性”、“難燃性”物質 主要用于生產透明片、管件、金卡、輸血器材、軟、硬管、板材、門窗、異型材、 薄膜、電絕緣材料、電纜護套、輸血料等3 o聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值為40以上）、耐化學藥品性高（耐濃鹽酸、濃度為90%的硫酸

7、、濃度為60%的硝酸和濃度為20%的氫氧化鈉）、機械強度及電絕緣性 良好的優點。但其耐熱性較差，軟化點為80C，于130C開始分解變色，并析出HCI3<聚氯乙烯由氯乙烯單體通過自由基聚合而成，聚合度n值一般在50020000范圍內，其分子、結構式如下:HICIH從產品分類看，PVC屬于三大合成材料（合成樹脂、合成纖維、合成橡膠）中 的合成樹脂類，其中包括五大通用樹脂，聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙 烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）樹脂。4.聚氯乙烯的主要用途（1）PVC 一般軟制品 利用擠出機可以擠成軟管、電纜、電線等；利用注射成 型機配合各種模具

8、，可制成塑料涼鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽車配件等。（2）PVC薄膜 PVC與添加劑混合、塑化后，利用三輥或四輥壓延機制成規 定厚度的透明或著色薄膜，用這種方法加工薄膜，成為壓延薄膜。也可以通過剪裁， 熱合加工包裝袋、雨衣、桌布、窗簾、充氣玩具等。寬幅的透明薄膜可以供溫室、塑料大棚及地膜之用。（3）PVC涂層制品 有襯底的人造革是將PVC糊涂敷于布上或紙上，然后在 100°C以上塑化而成。也可以先將 PVC與助劑壓延成薄膜，再與襯底壓合而成。無 襯底的人造革則是直接由壓延機壓延成一定厚度的軟制薄片，再壓上花紋即可。人造革可以用來制作皮箱、皮包、書的封面、沙發及汽車的坐墊等，還有地板革，用

9、 作建筑物的鋪地材料。（4）PVC泡沫制品 軟質PVC混煉時，加入適量的發泡劑做成片材，經發泡 成型為泡沫塑料，可作泡沫拖鞋、涼鞋、鞋墊、及防震緩沖包裝材料。也可用擠出機制成低發泡硬PVC板材和異型材，可替代木材試用，是一種新型的建筑才材料。（5）PVC硬板和板材 PVC中加入穩定劑、潤滑劑和填料，經混煉后，用擠 出機可擠出各種口徑的硬管、異型管、波紋管，用作下水管、飲水管、電線套管或 樓梯扶手。將壓延好的薄片重疊熱壓，可制成各種厚度的硬質板材。板材可以制成 各種耐化學腐蝕的貯槽、風道及容器等。（6）PVC其他制品門窗有硬質異型材料組裝而成。在有些國家已與木門窗鋁 窗等共同占據門窗的市場；仿木

10、材料、代鋼建材 （北方、海邊）；中空容器。（二）設計規模及原料說明與產品規格1設計規模設計規模為年產20萬噸聚氯乙烯，年實際工作日為330天，日生產能力為606噸。 2原料說明氯乙烯的結構式為：CH2=CHCI，在常溫下是帶有乙醚香味的無色氣體，氣體比 空氣重，在1214C時為液體，沸點-139C，易燃易爆（爆炸極限：3.626.4%）， 不溶于水，易溶于乙醚和四氯化碳。能被空氣中的氧所氧化成苯甲醚、甲醛及少量苯乙醇。主要用途：用作塑料原料及用于有機合成，也用作冷凍劑等。氯乙烯的來源：一是乙炔電石法路線，二是聯合法路線，三是乙烯氧氯化法。 而 乙烯成為生產氯乙烯更經濟、更合理的原料。實現了由乙

11、烯和氯氣生產氯乙烯的工 業生產路線5,6。生產方程式如下：2CH2=CH2+CI+1/2O2 2CH2=CHCI+H2O3. 產品規格產品及副產品規格見表1。表1聚氯乙烯產品規格序號純度單體含量其它雜質H2OPH備注精聚氯乙烯> 99%< 0.1< 0.6< 0.32.7-3.7優級品精聚氯乙烯> 98%< 0.1< 1.0< 0.92.5-3.8一等品精聚氯乙烯> 97%< 0.2< 1.5< 1.32.5-3.8合格、工藝設計與計算工藝路線的選擇即生產方法的選擇。如果一種產品的生產只有一種定型的生產 方法，那么在工藝路

12、線上就無須選擇；如果一種產品的生產有幾種不同的生產方法， 這就要對不同的工藝路線逐個進行分析研究，通過比較分析，從中找出一條符合實 際的最好的工藝路線。工藝路線一經確定，即可進行工藝流程的設計，因此，工藝 路線是工藝流程設計的依據。(一)生產方案的確定在工業化生產氯乙烯均聚物時，根據樹脂應用領域，一般采用4種方法生產，即本體聚合法、懸浮聚合法、乳液聚合法和溶液聚合法。1生產方法的介紹(1) 本體聚合法：一般采用“兩段本體聚合法”，第一段稱為預聚合，采用高效引發劑，在6275C下，強烈攪拌，使氯乙烯聚合的轉化率為 8%時，輸送到另一 臺聚合釜中，再加入含有低效引發劑的等量新單體，在約60C溫度下

13、，慢速攪拌，繼續聚合至轉化率達80%時，停止反應。本體聚合氯乙烯單體中不加任何介質，只有引發劑。因此，此法生產的PVC樹脂純度較高，質量較優，其構型規整，孔隙率高 而均勻，粒度均一。但聚合時操作控制難度大，PVC樹脂的分子量分布一般較寬。(2) 懸浮聚合法：液態氯乙烯單體以水為分散介質，并加入適當的分散劑和不 溶于水而溶于單體的引發劑，在一定溫度下，借助攪拌作用，使其呈珠粒狀懸浮于水相中進行聚合。聚合完成后，經堿洗、汽提、離心、干燥得到白色粉末狀PVC樹脂。選取不同的懸浮分散劑，可得到顆粒結構和形態不同的兩類樹脂。國產牌號分 為SG-疏松型(“棉花球”型)樹脂；XJ-緊密型(“乒乓球”型)樹脂

14、。疏松型樹 脂吸油性好，干流動性佳，易塑化，成型時間短，加工操作方便，適用于粉料直接 成型，因而一般選用懸浮法聚合的疏松型樹脂，作為PVC制品成型的基礎原料。目前各樹脂廠所生產的懸浮法PVC樹脂，基本上都是疏松型的。(3) 乳液聚合法：氯乙烯單體在乳化劑作用下，分散于水中形成乳液，再用水 溶性的引發劑來引發，進行聚合，乳液可用鹽類使聚合物析出，再經洗滌、干燥得 到PVC樹脂粉末，也可經噴霧干燥得到糊狀樹脂。乳液法 PVC樹脂粒徑極細，樹脂 中乳化劑含量高，電絕緣性能較差，制造成本高。該樹脂常用于 PVC糊的制備。因 此，該法生產出來的樹脂俗稱糊樹脂。（4）溶液聚合法：以甲醇、甲苯、苯、丙酮作溶

15、劑，使氯乙烯單體在溶劑中聚合，聚合得到的PVC樹脂因不溶于溶劑而不斷析出。此種 PVC樹脂不宜于作一般成 型用，僅作為涂料、粘合劑，與乙酸乙烯酯等共聚時使用。是目前各種聚合方法中 產量最少的一種方法。2生產方案的確定以上幾種方法盡管聚合工藝不同，但聚合反應機理相同，即都是自由基聚合。在四種方法生產的樹脂中，以懸浮法產量最大，而且由于懸浮聚合法設備投資和生產成本低，生產過程簡單，應用領域寬，便于控制及大規模生產，產品適宜性強，是PVC的主要生產方式，生產量約占總量的 80%。各種聚合方法的發展方向是逐步 向懸浮聚合生產路線傾斜。四種聚合方法的比較如表2所示。表2四種聚合方法比較本體聚合溶液聚合懸

16、浮聚合乳液聚合聚合場所本體內溶液內單體液滴內乳膠粒內溫度控制困難容易容易容易聚合速率中等小較大容易分子量控制困難容易較容易容易生產特征間歇生產可連續生產間歇生產可連續生產總之，這幾種方法都是工業化的可行方法，但是從經濟角度、產品質量、雜質 多方面看，懸浮聚合法優于其它四種。即本設計選用懸浮聚合法作為基本原理叫（二）工藝原理氯乙烯的聚合屬于自由基型聚合反應。 聚合時采用的引發劑為油溶性的偶氮類、 有機過氧化物類和氧化還原引發體系。反應迅速，同時放出大量的反應熱。聚氯乙烯由氯乙烯單體通過自由基聚合而成，聚合度n般在50020000范圍內，其反應式為：(CH2二CHCl)n二-二七 W在樹脂質量上，

17、用懸浮聚合生產的PVC樹脂的孔隙率提高了 300%以上，經過適 當處理的樹脂其單體氯乙烯的殘留量由原來的 0.1%降到0.0005%以下。1工藝路線(1) 聚合懸浮聚合的過程是先將去離子水用泵打入聚合釜中啟動攪拌器，依次將分散劑溶液、引發劑及其他助劑加入聚合釜內。然后，對聚合釜夾套內通入蒸汽和熱水，當聚合釜內溫度升高至聚合溫度(5058 C)后，改通冷卻水，控制聚 合溫度不超過規定溫度的正負0.5C。當轉化率達6070%,有自加速現象發生，反 應加快，放熱現象激烈，應加大冷卻水量。待釜內壓力從最高0.6870.981Mpa時，可泄壓出料，使聚合物膨脹。因為聚氯乙烯粒的疏松程度與泄壓膨脹的壓力有

18、關， 所以要根據不同要求控制泄壓壓力。未聚合的氯乙烯單體經泡沫捕集器排入氯乙烯 氣柜，循環使用。被氯乙烯氣體帶出的少量樹脂在泡沫捕集器捕集下來，流至沉降 池中，作為次品處理。(2) 堿處理 聚合物懸浮液送堿處理釜，用濃度為36%42%的NaOH溶液處 理，加入量為懸浮液的0.05%0.2%，用蒸汽直接加熱至7080C,維持1.52.0h， 然后用氮氣進行吹氣降溫至65C以下時，再送去過濾和洗滌。堿處理的目的：破壞殘存的引發劑、分散劑、低聚物和揮發性物質，使其變成 能溶于熱水的物質，便于水洗清除。(3) 樹脂的干燥方法聚氯乙烯樹脂的干燥方法多是采用二段干燥法，即氣流干燥管與沸騰床干燥器結合使用，

19、其中氣流干燥管脫除的是樹脂上的表面非結合水， 沸騰床干燥器脫除的是樹脂內部結合水。脫水與成品 在臥式刮刀自動離心機或螺旋沉降式離心機中，先進行過 濾，再用7080 C熱水洗滌二次。經脫水后的樹脂具有一定含水量，經螺旋輸送器 送入氣流干燥管，以140150C熱風為載體進行第一段干燥，出口樹脂含水量小于84%;再送入以120C熱風為載體的沸騰床干燥器中進行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯樹脂。再經篩分、包裝后入庫9圖1聚氯乙烯懸浮聚合工藝流程示意圖圖2聚氯乙烯懸浮聚合工藝流程圖1-氯乙烯計量罐；2-去離子水計量罐；3、4、7-過濾器；5-多級水泵；8-聚合釜;9-泡沫捕集器；10-沉降

20、池；11-堿中和釜；12-離心機；13-料斗；14-螺旋輸送器;15-氣流干燥管；16、17、19、20-旋風分離器；18-沸騰床干燥器；21-振動篩102工藝流程示意圖、工藝流程圖聚氯乙烯懸浮聚合工藝流程示意圖、工藝流程圖如圖1、圖2所示。3. 工藝條件影響因素聚氯乙烯聚合時主要影響因素：(1) 單體純度 用于懸浮聚合的氯乙烯單體純度在 99.9%以上。生產原料對聚氯乙烯質量很重要。氯乙烯雜質含量應盡可能低一些，其中脫鹽水pH值為6.57.5。乙炔參與聚合后，形成不飽和鍵使產物熱穩定性變壞。不飽和多氯化物存在，不但 降低聚合速率、降低產物聚合度還容易產生支鏈，使產品性能變壞。(2) 引發劑

21、多用有機過氧化物和偶氮類引發劑，其中有機過氧化物為過氧化 二碳酸的引發劑復合使用，復合使用的效果比單獨使用好，其優點是反應速度均勻， 操作更加穩定，產品質量好，同時使生產安全。(3) 分散劑 工業上常以纖維素類(如羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素等) 和醇解度75%90%的聚乙烯醇為主分散劑，以非離子山梨糖醇，如一月桂酸酯、 一硬脂酸酯、三硬脂酸酯等為助分散劑，兩者進行復合使用效果也很好。(4) 水質與水量氯乙烯懸浮聚合用水應是去離子，其規格要求如表去離子 的規格所示。尤其水中的氯離子、鐵和氧等的含量要嚴格控制，其中氯離子超過一 定含量會造成樹脂顆粒不均；水中的鐵會降低樹脂的熱穩定性，并能終止反應

22、。水的用量與樹脂內部結構有關，緊密型樹脂(以吸膠為分散劑)的生產，單體 與水的質量比為1:1.11:1.3;疏松型樹脂(以聚乙烯醇為分散劑)的生產，單體與 水的質量比為1:11:2.0。(5) 系統中的氧因為氧對聚合有緩聚和阻聚作用，在單體自由基存在下， 氧能與單體作用生成過氧化高聚物-CH2-CHCL-O-O-n，該物質易水解成酸類，破 壞懸浮液和產品的穩定性。所以，無論從聚合的角度還是從安全的角度都應將各各 原料中的氧和系統中的氧徹底清除干凈。(6) 聚合溫度氯乙烯懸浮聚合溫度的高低決定著聚合產物的相對分子質量大 小，因此，當配方確定以后必須嚴格控制聚合的溫度。在實際生產中，一般控制在指定

23、溫度的正負0.5C范圍內，最好是控制在正負0.2C范圍內(7) 聚合壓力 在聚合溫度下，氯乙烯有相應的蒸汽壓力，只有在聚合末期,最大單體聚合后，壓力才明顯下降10 04. 工藝參數的確定(1) 聚合表3聚合釜的工藝參數聚合溫度5058C(依PVC型號而定)聚合壓力初始 0.687 0.981Mpa ;結束 0.2490.196Mpa聚合時間8 12h轉化率90%(2) 堿中和表4堿中和釡的工藝參數NaOH濃度36% 42%加入量聚合漿液的0.05%0.2%溫度70 80 C時間1.52.0h(3) 干燥表5氣流干燥管、沸騰床干燥器的工藝參數第一段氣流干燥管干燥第二段沸騰床干燥干燥溫度14015

24、0C120 C物料停留時間1.2s12mi n物料停留時間V 4%V 0.3 %(三) 聚合釜的物料衡算1物料衡算的方法與步驟（1）畫物料流程圖根據計算任務畫物料流程圖或物料衡算方框圖。畫圖的目的是為了物料衡算時分析問題，便于展開計算以及為建立方程式作好準備。（2）確定衡算范圍在物料衡算中，為了便于計算，常采用劃定衡算范圍的方法。衡算范圍一經劃 定，便可假想成為一個獨立的體系，凡是通過邊界進入體系的物料屬于輸入項，凡 是穿越邊界離開體系的物料屬于輸出項。2 物料衡算生產任務：年產20萬噸聚氯乙烯生產時間：330天/年每天生產量：（200000噸 ><1000）/330天 =6.06

25、 X105千克/天每小時生產量：（6.06 <05）/24=2.53 103千克/小時（1）計算依據去離子水、氯乙烯、懸浮劑（聚乙烯醇）、消泡劑（鄰苯二甲酸二丁酯）、緩沖劑 （磷酸氫鈉）和引發劑（過氧化二碳酸二異丙酯 ）。由工藝參數可知，氯乙烯的轉化率為 90%，且年產聚氯乙烯為20萬噸。 配料的比（質量份）如表6所示：表6配料的比（質量份）去離子水100氯乙烯50 70懸浮劑（聚乙烯醇）0.05 0.5引發劑（過氧化二碳酸二異丙酯）0.02 0.3緩沖劑（磷酸氫鈉）0 0.1消泡劑（鄰苯二甲酸二丁酯）0 0.002（2）計算氯乙烯的質量設原料氯乙烯的質量為 m/kg。已知：氯乙烯的轉化

26、率為90%，且年產聚氯乙烯為20萬噸。由已知條件可得聚氯乙烯的質量為：mx 90%=20 萬噸=2X 108kgm=2X 108kg 十 90%=2.22X 108kg（3）計算每個配料的質量設去離子水的質量為 mi，懸浮劑（聚乙烯醇）的質量為 m.，引發劑（過氧化二 碳酸二異丙酯）的質量為m3，緩沖劑（磷酸氫鈉）的質量為 m4，消泡劑（鄰苯二甲 酸二丁酯）的質量為m5。由（2）計算可得氯乙烯的質量為2.22X 108kg和原料的配比（質量份：單位/kg） 可以計算出 mi、m2、m3、m4、m5的質量。計算如下： mi :m=100:50=2:1mi=2X m=2X 2.22X 108kg=

27、4.44X 108kg m2 :m= 0.5:50=1:100m2=m - 100=2.22X 108kg - 100=2.22X 106kg m3:m=0.02:50=1:250084m3=m- 2500=2.22X 108kg 十 2500=8.89X 104kg m4：m=0.1:50=1:500m4=m- 500=2.22X 108kg - 500=4.44X 105kg ms:m=0.002:50=1:25000ms=m- 25000=2.22X 108kg 十 25000=8.89X 103kg（4）計算原料配料的總質量設原料的總質量為M，則有M=m + m+ m2+ m3 + m

28、4 + m5= 6.688X 108kg（5）計算原料的總流量F設原料的總流量為F,由（4）計算原料的總質量為 M=6.688X 108kg計算可得：F=M - （330 X 24） h =6.688X 108kg十（330X 24） h=8.44X 104kg/h（6）計算反應消耗氯乙烯的質量分數設反應消耗氯乙烯的質量分數為3,由已知氯乙烯的質量 m=2.22X 108kg,原料的總質量M=6.688X 108kg，所以：o=m-M=(2.22 x 108kg十 6.688X 108kg)x 100%=33.1%(7) 計算摩爾分數設Xf、Xd、Xw分別為氯乙烯原料、塔頂出料、塔底出料的摩爾

29、分數，已知氯乙烯的摩爾質量為 M°=62.5kg/mol,聚氯乙烯的摩爾質量為 Mi取8X 104kg/mol,貝Xf=3/M0* 3M0 + (1- 3)/Mi=0.0053-(0.0053+ 0.000008)=0.998Xd =(1-3)/M0- (1- 3/M。+ 3Mi=(1-0.9)/62.5-(1-0.9)/62.5+098 X 104=0.993Xw=3Mi* 3M 1 + (1- 3/M0=0.9/8 X 104 - 0.9/8 X 104 + (1-0.9)/62.5=0.00698(8) 計算物料的流出量釜底出料釜頂出料圖3物料衡算圖設聚合釜頂部出料流量為 D,

30、釜底的出料流量為 W，根據總物料橫算式：F=D+W和易揮發組分物料橫算式：F Xf =D Xd +W Xw得：D=8.423X 103kg/hW=7.598X 104kg/h(9) 消耗的堿量由計算知漿液量為W=7.598Xl04kg/h, NaOH的加入量是聚合漿液的加入量的0.05%0.2%，所以NaOH的加入量為：mNaOH=7.598X 104kg/hx （0.05% 0.2%） =38kg/h1.52 x 102kg/h（四）聚合釜的熱量衡算1 熱量衡算的意義和作用精細化工生產一般在規定的壓力、溫度和時間等溫度等工藝條件下進行，生產 過程中包括：化學過程和物理過程，往往伴隨著能量變化

31、。因此，必須進行能量衡 算。能量衡算實質上是熱量衡算。生產過程中所產生的熱會使物料溫度上升或下降, 為了保證生產過程在一定溫度條件下進行則需要環境對生產系統有熱量的加入或放 出，通過熱量衡算，可以確定傳熱設備的熱負荷，即在規定時間中加入和移出的熱 量，從而確定傳熱劑的消耗量，選擇合適的傳熱方式，計算傳熱面積。熱量衡算和 物料衡算相結合，通過工藝計算，可以確定設備的工藝尺寸，如設備的臺數，容積, 傳熱面積等參數。2.熱量衡算在解決實際問題中，熱平衡方程為：Qi +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）傳給設備和物料的熱量；Q3 各種熱效應，如反應熱，溶

32、解熱等；Q4 各股物料帶走的熱量；Q5 消耗在加熱設備上的熱量；Q6熱損失；其中：水的比熱為4.2KJ/（KgC ）；乙烯的比熱為2.3KJ/（Kg C ）；引發劑和助劑的平均的比熱為2.7KJ/（Kg C ）；總熱損失（Q5+ Q6）為反應熱的10%。聚乙烯聚合釜聚乙烯25 C水水引發劑和助劑引發劑和助劑58 C圖4熱量衡算圖Cp1 =4.2 總00/146.3)+2.3 (4床3/146.3)=2.71 KJ/(Kg C)CP7 =2.7 總24.4/146.3)+2.9 (15/146.3)+2.3 (6為/146.3)=2.7 KJ/(Kg C)Q3=10.5 /.3868 /2440

33、0=5468798.16KJQ1=cp1 /m/t1Q4=cp2 /mxt2Q5+Q6=Q2 X10%利用Q1+Q2 +Q3=Q4+Q5+Q6 （Q2符號為負）可求得:Q2=4974148.4KJ三、設備選型（一）選型原則1 滿足工藝要求設備的選擇和計算必須充分考慮工藝上的要求，力求做到技術上先進，經濟上 合理，亦即選用的設備能與生產規模相適應，并應獲得最大的單位產量；能適應產 品品種變化的要求，并確保產品的質量；能降低勞動強度，提高勞動生產率；能降 低原材料及相應的公用工程（水，電，氣）的單耗；能改善環境保護，設備制造較 易，材料易得，操作及維修保養方便。2 設備成熟可靠作為工業生產，不允許

34、把不成熟或未經生產考驗的設備用于設計。設計中所選 用的設備不但技術性能要可靠，設備材質也要可靠。3盡量采用國產設備在設備選型時應盡量采用國產設備，這樣不僅可以節約外匯，而且可以促進我 國機械制造工業的發展。當然根據條件和可能，引進少量進口裝置或關鍵設備也是 必要的，但同樣必須堅持設備先進可靠，經濟合理 11。(二)關鍵設備選擇1 聚合釜換熱面積的計算(1) 聚合釜的主要參數氯乙烯懸浮聚合采用的是釜式聚合反應器。聚合釜的 材質有復合鋼板、全不銹鋼和搪瓷三種。(2) 聚合釜的傳熱聚合的傳熱能力在相當程度上意味著釜的生產能力。聚合 釜的傳熱能力可以用下式表示：Q=KA tm式中：Q傳熱能力或傳熱速度

35、/(kJ/h)； A傳熱面積/ m2;K 傳熱系數/W/(m2 K); Am傳熱溫差/C。由熱量衡算得冷卻劑移走的熱量Q2=4974148.4X 6.9=34321623.96KJ由 Q=KA Atm 得：Q34321623 .962A635 . 5 mK：t600 21 .5 4.1868m提高傳熱能力的途徑有三個：一是增大傳熱面積；二是提高傳熱系數；三是增 大傳熱溫度差。a.傳熱面積影響聚合釜傳熱面積的因素有聚合釜的高徑和容積。高徑比 高徑比等于L/D。高徑比越大，則釜的傳熱面積越大；L/D=1時，釜的傳熱面積最小。高徑比的大小不僅影響釜的傳熱面積，還影響攪拌器的安裝。當釜的容積小于30m

36、2時，傳熱面積是主要矛盾，因此L/D應大些；當釜的容積大于30m2時，攪拌器是 主要矛盾，因此L/D應小些。一般L/D在1.54左右。比傳熱面積聚合釜的傳熱面積大小，隨釜容積的增加而減小。一般用單位體積的傳熱面積，即比傳熱面積A/V(m 2/m3)表示。為此，當聚合釜的容積增大以后，但熱面積不夠時可采用釜內加冷管或D型擋板或釜頂冷凝器等來增加傳熱面積。注意加內冷管后對攪拌和黏釜都有一定影響，因此，能不加還是不加，或盡量少加。b.傳熱系數 傳熱性能好的聚合釜傳熱系數一般可達 465582W/(m2 K)，甚 至在689 W/(m2 K)以上，搪瓷釜可以達349W/(m2 K)以上。2.聚合釜的高度與直徑的計算設聚合釜內徑為Do，筒高為H，高徑比r=1，V=1.1m3v_vo= Do2 .H104Vo 封頭容積莎 M X1.1DO吩 話"12"查壓力容器與化工設備實用手冊P256表2-2-6橢圓形封頭尺寸Do=1100mm,則封頭直邊高度ho=25mm,曲邊高度h1=275mm,容積Vo=0.198m3，所以:4(V -V )04 (1J-08 0.95m3.14 1.1H 0.95r0.86Do 1 . 1通過對