1、 課程設計 題 目: 年產40萬噸聚氯乙烯工藝設計院 系: 化學環境與工程學院 專 業: 化學工程與工藝 班 級：09-1學生姓名: 牛娜 申騰 施佳娟 指導教師: 高軍、徐冬梅 2012年 10 月 20日內容摘要 本文講述了我國聚氯乙烯工業生產技術的發展進程和目前狀況，包括原料路線、工藝設備、聚合工藝方法等。本設計采用懸浮法生產聚氯乙烯，介紹了采用懸浮法生產PVC樹脂工聚合機理，工藝過程中需要注意的問題，包括質量影響因素，工藝條件及合成工藝中的各種助劑選擇，對聚合工藝過程進行詳細的敘述。并且從物料衡算、熱量衡算和設備計算及選型三個方面進行準確的工藝計算，采取了防火防爆防雷等重要措施，對三廢

2、的處理回收等進行了敘述，畫出了整個工藝的流程圖、聚合釜設備圖、汽提塔設備圖。關鍵詞 ：聚氯乙烯； 生產技術； 懸浮法； 乙炔法； 乙烯法； 防粘釜技術；目錄第一章 文獻綜述61.1 國內外 pvc發展狀況及發展趨勢61.2 單體合成工藝路線8乙炔路線8乙烯路線81.3聚合工藝路線91.3.1本體法聚合生產工藝91.3.2乳液聚合生產工藝101.3.3懸浮聚合生產工藝101.4 聚合機理11自由基聚合機理11鏈反應動力學機理121.4.3 成粒機理與顆粒形態131.5工藝流程敘述141.5.1加料系統14聚合系統161.5.3漿料汽提及廢水汽提系統16第二章工藝計算172.1物料衡算172.1.

3、1聚合釜212.1.2混料槽222.1.3汽提塔232.1.4離心機242.1.5氣流干燥242.1.6沸騰干燥252.1.7篩分包裝252.1.8聚合釜數的確定262.2 熱量衡算262.2.1熱量衡算的意義和作用26熱量衡算及所需的熱質的量262.2.3聚合釜的熱量衡算272.3 設備的計算及選型282.3.1 聚合釜282.3.2 混料槽302.3.3 汽提塔3023.4 離心機31第三章 非工藝部分313.1廠內的防火防爆措施313.4三廢處理情況323.4.1電石渣的處理323.4.2電石渣上清液的處理323.4.3 熱水的綜合利用333.4.4尾氣的回收利用33第四章 小結34引言

4、 聚氯乙烯(PVC)是5大通用塑料之一,具有耐腐蝕、電絕緣、阻燃性和機械強度高等優異性能,廣泛用于工農業及日常生活等各個領域,尤其是近年來建筑市場對PVC產品的巨大需求,使其成為具備相當競爭力的一個塑料品種。 PVC糊樹脂自20世紀30年代開發以來,已有近70年的歷史。目前全世界PVC糊樹脂總生產能力約200萬t/a,其中,西歐是PVC糊樹脂生產廠家最多、產量最大的地區。我國聚氯乙烯工業起步于于50年代，僅次于酚醛樹脂是最早工業化生產的熱塑性樹脂，第一個PVC裝置于1958年在錦西化工廠建成投產，生產能力為3000噸年。此后全國各地的PVC裝置相繼建成投產，到目前為止，我國有PVC樹脂生產企業

5、80余家，遍布全國29個省、市、自治區，總生產能力達220萬噸年7075萬t/a。PVC樹脂在我國塑料工業中具有舉足輕重的地位，同時PVC作為氯堿工業中最大的有機耗氯產品，對維持氯堿工業的氯堿平衡具有極其重要的作用。本設計為年產量40萬噸聚氯乙烯車間聚合工段工藝。本次設計采用了氯乙烯單體懸浮聚合工藝。介紹了PVC的聚合工藝，合成聚氯乙烯的流程和設備，對整個生產工藝做出了詳細的敘述。第一章 文獻綜述1.1 國內外 pvc發展狀況及發展趨勢 聚氯乙烯（ PVC）是五大熱塑性合成樹脂之一，塑料制品是最早實現工業化的品種之一。可通過模壓、層合、注塑、擠塑、壓延、吹塑中空等方式進行加工，而且具有較好的機

6、械性能、耐化學腐蝕性和難燃性等特點，以其低廉的價格和非常突出的性能而廣泛地用于生產板材、門窗、管道和閥門等硬制品，也用于生產人造革、薄膜、電線電纜等軟制品。近年來，盡管在發達國家受到來自環保等多方面的壓力，但世界對的總需求量仍出現穩定的增長態勢。1992 年，世界 生產能力約為二千二百萬噸，需求量為1900萬噸 ；2002 年世界總產能約為三千四百萬噸，消費量約為二千八百萬噸；2009年世界生產能力已上升到約三千九百萬噸，需求量約為三千七百萬噸；2010 年世界生產能力為 4300萬噸 ，需求量4200 萬噸 。盡管目前世界對PVC的生產和使用存在許多爭議，特別在歐洲，對PVC 生產和制品的環

7、保制約政策越來越嚴厲，但由于性能優良，生產成本低廉，仍具有較強的活力，特別在塑料門窗、塑料管道等建材領域。我國聚氯乙烯(PVC)工業起步于50年代，僅次于酚醛樹脂是最早工業化生產的熱塑性樹脂，第一個PVC裝置于1958年在錦西化工廠建成投產，生產能力為3000噸年1。此后全國各地的PVC裝置相繼建成投產，到目前為止，我國有PVC樹脂生產企業80余家，遍布全國29個省、市、自治區，總生產能力達220萬噸年。PVC由氯乙烯(VCM)聚合而成，工業生產一般采用4種聚合方式：懸浮聚合、本體聚合、乳液聚合(禽微懸浮聚合)、溶液聚合。其中懸浮法PVC(SPVC)樹脂產量最高，占80，其次是乳液法PVC(E

8、PVC)，本體法PVC(MPVC)。VCM懸浮聚合是以水為介質，加入VCM、分散劑、引發劑、pH值調節劑等，在攪拌和一定溫度條件下進行聚合反應；VCM本體聚合僅在VCM和引發劑存在下進行，無分散劑、表面活性劑等助劑；VCM乳液聚合在VCM、引發劑、乳化劑、H2O以及其他助劑存在下進行而VCM溶液聚合是在VCM、；引發劉和溶劑存在下進行，這種方法有溶劑回收和殘留污染問題，并且生產成本高，該方法已逐漸被懸浮法聚合或乳液法聚合代。目前，生產PVC樹脂主要采用懸浮法，少量采用乳液法及本體法。現在，國內引進PVC生產技術及設備的項目有二十項左右，其中生產能力最大的兩套設備是上海氯堿股份有限公司和齊魯石化

9、總公司的年產20萬噸懸浮法PVC樹脂裝置，采用日本信越公司技術。北京化工二廠、錦西化工廠、福州化工二廠引進美國BF古德里奇公司懸浮法PVC樹脂生產技術，生產高型號樹脂，其它還有引進美國西方化學公司的高型號樹脂和釜式汽提技術及設備，法國阿托公司、前德國布納公司、日本吉昂公司、日本鐘淵公司、日本三菱公司的糊樹脂生產裝置和技術、法國本體聚合技術和設備等，這些技術和設備的引進，使我國PVC樹脂的生產技術和水平有了很大提高，產品品種有所增加，帶動了我國PVC工業的發展2。我國PVC樹脂的消費主要分為兩大類，一是軟制品，約占總消費量的37.o，主要包括電線電纜、各種用途的膜(根據厚度不同可分為壓延膜、防水

10、卷材、可折疊門等)、鋪地材料、織物涂層、人造革、各類軟管、手套、玩具、塑料鞋以及一些專用涂料和密封件等。二是硬制品，約占總消費量的 53.0，主要包括各種型材、管材、板材、硬片和瓶等。預計今后幾年我國PVC樹脂的需求量將以年均約6.4的速度增長，到2011年總消費量將達到約1250萬噸，其中硬制品的年均增長速度將達到約7.0，而在硬制品中異型材和管材的發展速度增長最快，年均增長率將達到約10.1。未來我國PVC樹脂消費將繼續以硬制品為主的方向發展3。中國聚氯乙烯工業有著廣闊的發展前景,中國地大物博、人口眾多,為聚氯乙烯產品提供了廣大的市場。在進入21世紀以后,我們要學習和借鑒國外的先進技術和發

11、展模式,結合我國的具體情況,發展我國的聚氯乙烯工業。我們要發揮全行業的力量,克服前進過程中的各種困難,一定能夠在較短的時間內趕上世界聚氯乙烯工業的先進水平。1.2 單體合成工藝路線乙炔路線 原料為來自電石水解產生的乙炔和氯化氫氣體，在催化劑氧化汞的作用下反應生成氯乙烯。 具體工藝為：從乙炔發生器來的乙炔氣經水洗一塔溫度降至35以下，在保證乙炔氣柜至一定高度時，進入升壓機組加壓至80kpa·G左右，加壓后的乙炔氣先進入水洗二塔深度降溫至10以下，再進入硫酸清凈塔中除去粗乙炔氣中的S、P等雜質。 最后進入中和塔中和過多的酸性氣體，處理后的乙炔氣經塔頂除霧器除去飽和水分，制得純度達98.5

12、%以上，不含S、P的合格精制乙炔氣送氯乙烯合成工序。 乙炔法路線VCM 工業化方法，設備工藝簡單，但耗電量大，對環境污染嚴重。目前，該方法在國外基本上已經被淘汰，由于我國具有豐富廉價的煤炭資源，因此用煤炭和石灰石生成碳化鈣電石、然后電石加水生成乙炔的生產路線具有明顯的成本優勢，我國的VCM 生產目前仍以乙炔法工藝路線為主。乙炔與氯化氫反應生成 可采用氣相或液VCM相工藝，其中氣相工藝使用較多。乙烯路線 乙烯氧氯化法由美國公司Goodrich 首先實現工業化生產，該工藝原料來源廣泛，生產工藝合理，目前世界上采用本工藝生產的產能VCM約占總產能的VCM 95%以上。乙烯氧氯化法的反應工藝分為乙烯直

13、接氯化制二氯乙烷（EDC）、乙烯氧氯化制EDC和EDC裂解3個部分，生產裝置主要由直接氯化單元、氧氯化單元、EDC裂解單元、EDC 精制單元和VCM單元精制等工藝單元組成。乙烯和氯氣在直接氯化單元反應生成EDC。乙烯、氧氣以及循環的HCl在氧氯化單元生成EDC。生成的粗EDC在EDC精制單元精制、提純。然后在精EDC 裂解單元裂解生成的產物進入VCM單元，VCM精制后得到純VCM產品，未裂解的EDC返回EDC精制單元回收，而HCl則返回氧氯化反應單元循環使用。直接氯化有低溫氯化法和高溫氯化法； 氧氯化按反應器型式的不同有流化床法和固定床法， 按所用氧源種類分有空氣法和純氧法；EDC裂解按進料狀

14、態分有液相進料工藝和氣相進料工藝等。具有代表性的 司的Inovyl工藝是將乙烯氧氯化法提純的循環 EDC和VCM直接氯化的 EDC在裂解爐中進行裂解生產VCM 。HCl經急冷和能量回收后，將產品分離出 HCl（循環用于氧氯化）、高純度VCM和未反應的EDC（循環用于氯化和提純）。來自VCM裝置的含水物流被汽提，并送至界外處理，以減少廢水的生化耗氧量（BOD）。采用該生產工藝，乙烯和氯的轉化率超過98%，目前世界上已經有50多套裝置采用該工藝技術，總生產能力已經超過470萬噸/年6。 本設計采用乙烯路線生產氯乙烯單體。1.3聚合工藝路線 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

15、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。目前工業上是以懸浮聚合法為主，約占聚氯乙烯產量的80%90%，其次為乳液聚合法。下面介紹本體法、乳液法、懸浮法三種生產工藝。1.3.1本體法聚合生產工藝氯乙烯非均相本體聚合一般采用“兩段本體聚合法”。第一段稱為預聚合，在預聚釜中加人定量的液態VCM單體、引發劑和添加劑，在62-75下進行強攪拌(相對第2步聚合過程)，釜內保持恒定的壓力和溫度。當VCM的轉化率達到8%-12%停止反應；第二段稱為“后聚合”，聚合釜在接收到預聚合的“種子”后，再加人一定量的VCM單體、添加劑和引發劑，在這些“種子”的基礎上繼續聚合，使“種子”逐漸長大到一定

16、的程度，在約60溫度下低速攪拌，保持恒定壓力進行聚合反應。當反應轉化率達到60%一85%(根據配方而定)時終止反應，并在聚合釜中脫氣、回收未反應的單體，而后在釜內汽提，進一步脫除殘留在PVC粉料中的VCM（回收的單體經精制壓縮后循環利用），最后經風送系統將釜內PVC粉料送往分級、均化和包裝工序。整個過程中物料狀態時由低粘態逐漸變成粘稠態而最終形成粉料。此方法的特點是反應過程中不需要加水和分散劑，后處理過程簡單。1.3.2乳液聚合生產工藝乳液聚合法：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。引發劑溶解在水中，分解形成初始自由基進入增溶膠束，引發聚合，生成大

17、分子鏈，膠束逐漸變成被單體溶脹的聚合物乳液膠體即乳膠粒，乳膠粒隨聚合反應的進行逐漸長大直至單體消耗完。聚氯乙烯膠乳可用鹽類使聚合物析出，再經洗滌、噴霧干燥得到糊狀樹脂，工業上稱之為糊樹脂。該樹脂常用于PVC糊的制備。懸浮聚合生產工藝懸浮聚合法生產聚氯乙烯樹脂的一般工藝過程是在聚合釜中加入無離子水和懸浮劑，加入引發劑后密封聚合釜,真空脫除釜內空氣和溶于物料的氧，然后加入氯乙烯單體開始升溫攪拌,借助攪拌作用,將單體分散成小液滴,聚合反應發生在各個單體液珠內。一般聚合溫度在4570之間。使用低溫聚合時(如4245),可生產高分子質量的聚氯乙烯樹脂；使用高溫聚合時(一般在6271)可生產出低分子質量(

18、或超低分子質量)的聚氯乙烯樹脂。聚合完成后抽出未反應的單體和漿料進行汽提，回收氯乙烯單體，抽出氣體后的漿料進行離心分離，再進入干燥器干燥至含水0.3%0,4%，過篩后即得產品。流程圖見圖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。近年來,為了提高聚合速度和生產效率,國外還研究成功兩步懸浮聚合工藝,一般是第一步聚合度控制在60左右,在第二步聚合前加入部分新單體繼續聚合。采用兩步法聚合的優點是顯著縮短了聚合周期,生產出的樹脂具有良好的凝膠性能、模塑性能和機械強度。本設計采用懸浮法PVC生產技術。1.4 聚

19、合機理自由基聚合機理氯乙烯懸浮聚合反應，屬于自由基鏈鎖加聚反應，它的反應一般由鏈引發，鏈增長，鏈終止，鏈轉移及基元反應組成。 鏈引發 過氧化物引發劑受熱后過氧鏈斷裂生成兩個自由基:初級自由基與VCM形成單體自由基。I 鏈增長 單體自由基具有很高的活性，所以打開單體的雙鍵形成自由基，新的自由基活性并不衰減，繼續與其它單體反應生成更多的鏈自由基。 鏈終止 聚合反應不斷進行，當達到一定的聚合度，分子鏈己足夠長，單體的濃度逐漸降低，使大分子的活動受到限制，就會大分子失去活性即失去電子而終 止與其它氯乙烯活性分子反應。終止有偶合終止和歧化終止。 l)偶合終止 兩個活性大分子自由基相遇時，兩個自由基頭部獨

20、立電子對配對形成共價鍵所形成的飽和大分子叫偶合終止。 2)歧化終止兩個活性大分子自由基相遇時，其中一個自由基奪取另一個自由基上的氫原子而飽和，另一個高分子自由基失去一個氫原子而帶有不飽和基團，這種終止反應的方式叫雙基歧化終止。有時活性大分子自由基與金屬器壁中的自由電子結合而終止，即形成粘釜。鏈轉移 在氯乙烯聚合反應中，大分子自由基可以從單體，溶劑，一個氯原子或氫原子而終止，失去原子的分子將成為自由基，引發劑或大分子上奪取繼續進行新的鏈增長反應。包括向單體的氯轉移、向溶劑鏈轉移、向引發劑鏈轉移、向大分子。鏈反應動力學機理 鏈反應動力學來看，根據轉化率可分為三階段： 轉化率5%階段。聚合反應發生在

21、單體相中，由于所產生的聚合物數量甚少，反應速度服從典型的動力學方程，聚合反應速度與引發劑用量的平方根成正比，當聚合物的生產量增加后，則聚合速度由于kt降低而發生偏差。 轉化率5%65%階段。聚合反應在富單體和聚氯乙烯單體凝膠中間是進行，并且產生自動加速現象。其原因在于鏈終止反應主要在兩個增長的大分子自由基之間進行，而他們在粘稠的聚合物單體凝膠相的擴散速度顯著降低，因而鏈終止速度減慢，所以聚合速度加快，呈現自動加速現象。 轉化率65%階段。轉化率超過65%以后，游離的氯乙烯基本上消失，釜內壓力開始下降，此時聚合反應發生在聚合物凝膠相中，由于殘存的氯乙烯逐漸消耗，凝膠相得粘度迅速增高，因此聚合反應

22、速度仍繼續上升，大到最大值后逐漸降低。當聚合反應速率低于總反應速率以后，使反應終止。1.4.3 成粒機理與顆粒形態關于氯乙烯懸浮聚合過程生成多孔性不規整的理論解釋，認為成粒過程分為兩部分；單體在水中的分散和發生在水相和氯乙烯水相界面發生的反應，此過程主要控制聚氯乙烯顆粒的大小及其分布。在單體液滴內和聚氯乙烯凝膠相內發生的化學與物理過程，此過程主要控制所得聚氯乙烯顆粒的形態。 在聚合反應釜中液態氯乙烯單體在強力攪拌和分散劑的作用下，被破碎為平均直徑3040m的液珠分散于水相中，單體液珠與水相得界面上吸附了分散劑。當聚合反應發生以后，界面層上的分散劑發生氯乙烯接枝聚合反應，使分散劑的活動性和分散保

23、護作用降低，液珠開始由于碰擊而合并為較大粒子，并處于動態平衡狀態。此時單體轉化率約為4%5%。當轉化率進一步提高，達到20%左右后，由于分散劑接枝反應的色深入，能夠阻止粒子碰擊合并，所以所得聚氯乙烯顆粒數目開始處于穩定不變的狀態，因而此后的攪拌速度對于產品的平均粒徑不再發生影響。最終產品的粒徑在100180m范圍，個商品牌號的粒徑個有其具體范圍，取決于生產的聚氯乙烯樹脂用途、分散劑類型、用量和反應起始階段的攪拌速度等參數。通常是使用的分散劑濃度高，則易得空隙率低（10%）的圓球狀樹脂顆粒，尤其是使用明膠作為分散劑是，其影響最為明顯。由于地孔隙率樹脂的反應結束后，脫除殘存的單體較困難，而且吸收增

24、塑劑速度慢，難以塑化所以逐漸淘汰。產品的平均粒徑因不同用途而有所不同要求：用于生產軟質制品的聚氯乙烯樹脂平均粒徑要求低些在100130m左右；用于生產硬質制品者要求在150180m范圍；分子量較低的牌號則要求在130160m范圍。此數據不能絕對化，因工廠生產條件的不同而有所不同。轉移。1.5工藝流程敘述1.5.1加料系統 (1) VCM的貯存與加料：從VCM車間運送來的新鮮單體VCM，經過過濾器（1）進入VCM貯槽（2）中貯存，同時由VCM回收工序來的回收VCM貯存在回收VCM貯槽（7）中。用VCM泵（3）連續從回收貯槽抽料、并經過VCM加料過濾器（5a，b）過濾，循環回收到VCM貯槽（7）中

25、。目的是保留VCM加料的壓力，使VCM不汽化，以避免再加料時損壞流量計。加料時（4）泵先加回收單體，（6）泵后加新鮮單體，回收和新鮮單體有一定配比。(2) 脫鹽水的貯存與加料：冷脫鹽水（來自界區）經計量進入冷脫鹽水貯槽（13）中或熱脫鹽水貯槽（17）中。冷脫鹽水經加熱器（15）加熱到要求溫度后進入熱脫鹽水貯槽（17）中，待加料用，該槽有溫度范圍或液位低時聚合釜不能入料。加料時，根據聚合溫度的要求把冷熱脫鹽水混合，用冷脫鹽水加料泵（14）和熱脫鹽水加料泵（18）打入聚合釜中，混合溫度在兩泵出口匯總管處由冷、熱脫鹽水量來調節。(3) 注入水與沖洗水的加料：注入水泵（20），從冷脫鹽水貯槽（13）抽

26、水向各脫鹽水用戶供水，泵出口壓力2.1Pa用于聚合釜軸封、漿料泵（46）、塊料破碎機（48）等。此泵有穩壓系統，另外該泵出口脫鹽水還用于聚合釜的注入水，比保證釡內容積恒定。沖洗水泵泵出口壓力1.1MPa，用于沖洗管理，并為助劑配制提水，同時為沖洗水增壓泵（16）提供水及設備沖洗水，沖洗水泵的水經沖洗水增壓泵（16）增壓后向聚合釡（42）、回收分離器（54）、汽提加料槽（61）等提供1.4 MPa的沖洗水。(4) 助劑的配制及加料： 緩沖劑系統緩沖劑是在配制槽（37）中配制，配制時需1530分鐘，不設單獨貯槽，加緩沖劑時，計算機程序關閉循環線，打開充料伐，經（38）充裝泵，將緩沖劑加到稱重槽（3

27、9）中到規定時間用加料泵（40）加入到聚合釜（42）中，同時重新使用循環系統使緩沖劑配制槽中物料續循環。 分散劑系統 本設計采用兩種分散劑混合使用。 分散劑A：分散劑在配制槽（31）中配制，分散劑加料時，先將分散劑打入計量槽（此時循環已停），達到定量后，啟動循環系統，同時計量槽中分散劑用充裝泵（36）打入聚合釜。分散劑B：配置過程如分散劑（I），然后將配制好的分散劑（II）放入分散劑貯槽（33）中單獨貯存，同樣有個冷凍鹽水冷卻并用充裝泵（34）循環。此溶液攪拌較強烈，以防分散劑分離。 調節劑的配制調節劑在有局部攪拌的調節劑貯槽（9）內貯存，加料時用調節劑充裝泵（10）計量加入聚合釜（42），此

28、管線帶壓無需沖洗。 引發劑系統引發劑在引發劑配制槽（25）中配制，配制合格后放入引發劑貯槽（26）中貯存待用。引發劑貯槽（26）用冷卻水冷卻到規定的低溫，攪拌并用循環泵（27）打循環。加引發劑時，先由貯槽（26）放到引發劑稱重槽（28）中，然后用加料泵（29）定量加入聚合釜（42）內。 終止劑系統終止劑在帶攪拌和排空裝置的不銹鋼容器（11）中配制，先將定量的脫鹽水和NaOH加入到終止劑配制槽（11）中，開動攪拌后將定量的終止劑加入到配制槽（11）中，當聚合達到規定轉化率時，需加終止劑。加終止劑時，按規定的程序，用終止劑充裝泵（12）從終止劑貯槽（11）中抽出，配方量的終止劑經計量后從注入管加入

29、聚合釜，加終止劑時應關閉注入水切斷閥，加完終止劑后應關閉聚合釜終止劑閥及終止劑泵出口閥，停泵。事故終止劑NO，在停車或停電等緊急情況下加入聚合釜、迅速終止聚反應。 涂壁系統涂壁劑溶液在配制槽（22）中按規定配方進行配度和貯存。聚合出料完畢后，用高壓水（14Kg/2 G）沖洗釜90秒鐘，廢水用漿料泵（43），打至廢水貯罐（57）中，洗滌后進行涂壁操作。聚合系統 若聚合釜打開過釡蓋，則需抽真空真空度為710mmHg柱，將緩沖劑加到脫鹽水總管內，然后用脫鹽水把緩沖劑帶入到聚合釜。脫鹽水啟動后，加入VCM、開動攪拌，當脫鹽水和VCM加完后，釜內溫度應接近聚合溫度，繼續攪拌一定時間，使VCM液滴在水中形

30、成，然后加入分散劑，繼續攪拌一定時間，以保證分散體系形成，最后加入引發劑，使聚合反應開始。 聚合反應開始后，向擋板通入冷卻水并達到最大流量，然后向夾套中通入冷卻水，并保持反應溫度，冷卻水流量由計算機根據聚合釜上、中、下溫度控制，同時計算機計算出反應放出的熱量，并與聚氯乙烯聚合動力浮模型的理論計算值比較，計算出VCM到PVC的轉化率。 聚合反應開始后，兩股注入水應加入聚合釜，以保證釡內容積恒定，一股注入水來自聚合釜攪拌器的軸封襯套、另一股由釡頂注入。 聚合反應終點，可依據反應時溫度或測定單體轉化率及根據壓力降來確定，通常按壓力降來確定，當聚合反應到達終點時，定量的終止劑將自動加入到聚合釜內以終止

31、聚合反應。出料結束后，用1.4Mpa的水沖洗后即可即可進行涂壁操作準備。漿料汽提及廢水汽提系統（1）漿料汽提系統由汽提塔漿料槽（47）底部來的漿料，經塊料破碎機（48）破碎后，用汽提塔供給泵（49）經板式換熱器（50）與汽提完畢的漿料換熱，一部分從塔頂加入汽提塔，另一部分回流到漿料槽（47），同時蒸汽由汽提塔底部進入； VCM由蒸汽汽提帶走。塔釜漿料由塔底漿料泵(46)送出，并與漿料槽（47）來的漿料換熱后，一部分送到漿料混料槽（84），另一部分返回塔釜液位同時防止漿料中PVC沉降，汽提完畢的漿料中，VCM殘留量在30PPm左右，塔頂出來的含VCM的蒸汽，用冷凝器（53）冷凝，由分離器（54）

32、分離，冷凝液用分離器底泵（56）送至廢水貯槽（57），未凝的汽提經過濾器（55）過濾，送至VCM回收工序，漿料送至干燥工序。（2）廢水汽提系統這些廢水貯存在廢水貯槽（57）中，由塔底泵（58）打出與廢水汽提塔（61）底出來的熱水換熱器（59）后，一部分由塔頂加入廢水汽提塔（61）中，另一部分循環，同時蒸汽由塔底加入與廢水進行傳質交換后，廢水中VCM提出并由塔頂帶走，隨后進入塔頂冷凝器（62）冷凝，不凝液去壓縮機（63）壓縮回收，冷凝液回收到廢水貯槽（57），廢水汽提塔塔釜的廢水用泵（60）打出，經換熱器（59）換熱后進入廢水池，并與離心機母液，一起排除界區。（3）VCM回收系統 聚合反應結束后

33、，未反應的VCM，一部分隨漿料進入汽提塔加料槽（47），這部分VCM從槽頂出來，經汽液分離器（54）除去水分，并經過濾器（65）過濾后用壓縮機（66）升壓至0.35Mpa以上，送至回收冷凝器（67）中；另一部分是殘留在聚合釜中的單體，這部分未反應的單體是在聚合釜出料達50m3時回收，在塔頂壓力大于0.35mPa時，單體進入回收冷凝器（67），當釡頂壓力小于0.35mPa時，啟動間斷回收壓縮機（66），把單體壓縮送到冷凝器（67），經漿料汽提，廢水汽提等來回收VCM。第二章 工藝計算2.1物料衡算 流程示意圖熱風熱風回收VCMNaOH溶液水蒸氣水蒸氣聚合釜混料槽汽提塔離 心 機氣 流 干 燥 器

34、沸騰床干燥器篩分包裝VC 70000kg軟水分散劑其它助劑損失PVC損失VCVC、水助劑、PVC損失PVC損失VCVC、水PVC、助劑NaOHVC、水PVC、助劑NaOH損失PVC損失VC洗滌熱水去母液池PVC、水PVC、水、空氣PVC、水PVC、水、空氣PVC水PVC水1）畫流程示意圖:2）化學反應方程式：3）確定計算任務：聚合與沉析（混料槽）均屬于間歇操作，需要建立時間平衡。由設計任務和生產現場可知生產規模、生產時間、消耗定額、各步損失以及聚合配方等工藝操作條件。可以順流程展開計算，并按間歇過程與連續過程分別確定基準依次計算。間隙過程基準：kg/釜；連續過程基準：kg/h 全裝置生產數據1

35、、生產規模：400000噸PVC/年2、生產時間：8000h3、聚合釜數據：1）體積：200 m32）裝料系數：0.9 3）每釜投料量：70t 4）平均每釜產量：59126kg 4、生產周期操作時間（抽真空、排氣、清物料、清釜）聚合反應合計5、損耗分配聚合車間總收率為94.8。總消耗為6.2。各步驟的損失分配如下（間歇過程以單體進料量為準，連續過程以聚合釜內反應生成的聚合物為準）：聚合釜：VC0.1；PVC0.2%；混料槽： VC0.8；PVC0.8；汽提塔：VC0.1%；PVC0.2；離心： PVC0.5%氣流干燥：PVC0.1%；沸騰干燥：PVC1；包裝：PVC1.5合計：6.2（其中PV

36、C占5.2，VC占1.0）6、聚合配方1） 單體純度：為方便起見，按100計算新鮮料：回收料9：12） 水油比：1.2軟水/VC3） 助劑：名稱用量引發劑：IPP（75）水溶液0.025VC分散劑：HPMC（6%水溶液）0.0365VCPVA（3水溶液）0.0365VC熱穩定劑：有機錫0.025VCPH調節劑：H3PO4（50水溶液）0.046VC鐵離子螯合劑：EDTA0.02VC鏈終止劑：雙酚A0.04VC7、操作時間與控制指標聚合溫度59±0.5出料壓力6kg/cm3（表壓）轉化率90混料槽溫度為75，操作規定加42液堿14L，加堿量為0.051（母液中含NaOH量）。離心為提高

37、產品質量，用6075熱水洗滌，用水量為1500公斤。離心后濕物料含水約為20。干燥氣流干燥器出口物料含水量為5，沸騰干燥器出口物料含水量為0.2。8、原料、助劑、產品規格（略）。9、數據物化常數：42液堿比重1.45熱數據：鋼制設備比熱0.50 KJ/kg·；PVC比熱1.76 KJ/kg·VC比熱1.588 KJ/kg·；VC汽化熱263KJ/kg水蒸氣冷凝熱2370KJ/kg全車間物料衡算VC和PVC：每釜進料70 t即70000kgVC時，生產合格產品59126kg，現年生產能力為400000 t，則年投料量為400000×（70000/59126

38、）473565 t（其中，新鮮VC 占90，回收VC 占10。）新鮮VC473565×0.9 426208.5t回收VC473565×0.147356.5 t產品質量為400000 t，其中絕干樹脂質量為400000×（1-0.2）399200t， 產物含水量為400000399200800 t轉化率為90，生成PVC 473565×90426208.5 t損失PVC426208.5-39920027008.5 tVC回收量為473565×942620.85 tVC損失473565426208.542620.854735.65 t軟水：水油比為

39、1.2，則用水量為1.2×473565568278t助劑：引發劑：IPP（75）水溶液0.025VCIPP 473565×0.025118.39 t水118.39÷75×2539.46t分散劑：HPMC（6%）水溶液0.0365VCHPMC473565×0.0365172.85 t水172.85÷6×942708 tPVA（3）水溶液0.0365VCPVA473565×0.0365172.85 t水172.85÷3×975588.8 t熱穩定劑：有機錫0.025VC有機錫473565×

40、0.025118.39tPH調節劑：H3PO4（50水溶液）0.046VCH3PO4473565×0.046217.84t水217.84÷50×50217.84 t鐵離子螯合劑：EDTA0.02VCEDTA473565×0.0294.71 t鏈終止劑：雙酚A0.04VC雙酚A473565×0.04189.43 tNaOH溶液：規格為42水溶液。每釜用量為70L。NaOH重量為1.48×70101.5kg。全年NaOH溶液用量為101.5×（400000÷59.126）/1000686.669 t純NaOH用量為68

41、6.669×42288.401t水的帶水量為686.669-288.401398.268t混料槽水蒸氣:用量為4316.25kg/h。則全年用量為4316.25×8000/100034530t。汽提塔水蒸氣:用量為17465kg/h。則全年用量為17465×8000/1000139720 t。離心脫水中洗滌熱水：用量為1500kg/h。則全年用量為1500×8000/100010800 t脫水量（離心、氣流干燥、沸騰干燥）篩分包裝損失水：總進水量物料含水量198860t全裝置物料平衡表物料名稱進料/t出料量/tVC新鮮VC426208.5 回收VC473

42、56.5 42620.85 損失VC(1.0%)4735.65 PVC產物純PVC399200損失PVC（5.2）27008.5產物含水800 軟水568278 引發劑IPP（75水溶液）IPP118.39 118.39水39.46分散劑HPMC(6%水溶液)HPMC172.85 172.85水2708PVA（3水溶液）PVA172.85 172.85 水5588.8 熱穩定劑：有機錫118.39118.39PH值調節劑H3PO4(50%水溶液)H3PO4217.84 217.84 水217.84 鐵離子螯合劑：EDTA94.71 94.71鏈終止劑：雙酚A189.43189.43 NaOH水

43、溶液(42%)純NaOH288.401288.401水398.268混料槽水蒸氣34530汽提塔水蒸氣139720離心洗滌熱水10800 離心、干燥脫水篩分包裝損失水198860合計1234337.41234337.4 各設備物料衡算2.1.1聚合釜1)VC和PVC每釜投料量為70 t，其中新鮮VC為70000×0.963000kg，回收VC為70000-630007000kg。轉化率為90，則聚合生成PVC 70000×9063000 kg損失VC 0.1%，損失PVC 0.2VC損失量為70000×0.170kg，PVC損失量為63000×0.212

44、6kg則VC出料量為70000-63000-706930kg，PVC出料量為63000-12662874kg2）軟水水油比為1.2，軟水進料量為1.2×7000084000kg3)助劑引發劑：IPP（75）水溶液0.025VCIPP70000×0.02517.5kg水17.5÷75×255.83kg分散劑：HPMC（6%水溶液）0.0365VCHPMC70000×0.036525.55kg水25.55÷6×94400.28kgPVA（3水溶液）0.0365VCPVA70000×0.036525.55 kg水25.5

45、5÷3×97826.12kg熱穩定劑：有機錫0.025VC有機錫70000×0.02517.5 kgPH調節劑：H3PO4（50水溶液）0.046VCH3PO470000×0.04632.2 kg水32.2÷50×5032.2 kg鐵離子螯合劑：EDKGA0.02VCEDKGA70000×0.0214 kg鏈終止劑：雙酚A0.04VC雙酚A70000×0.0428kg水的出料量為84000+5.83+400.28+826.12+32.285264.43kg聚合釜物料平衡表物料名稱進料/kg出料量/kgVC新鮮VC6

46、3000 6930回收VC7000 損失VC(0.1%)70PVC產物純PVC62874損失PVC（5.2）126軟水84000 85264.43引發劑IPP（75水溶液）IPP17.5 17.5水5.83 分散劑HPMC(6%水溶液)HPMC25.55 25.55 水400.28PVA（3水溶液）PVA25.5525.55水826.12熱穩定劑：有機錫17.517.5PH值調節劑H3PO4(50%水溶液)H3PO432.2 32.2水32.2 鐵離子螯合劑：EDTA1414鏈終止劑：雙酚A2828 合計155424.73155424.732.1.2混料槽進料除聚合釜來料外，尚需加液堿和通入直

47、接蒸汽。按工藝條件規定加42NaOH水溶液70升，重量為1.45×70101.5 kg其中含：純NaOH 101.5×4242.63kg,水101.542.6358.87kg假設未反應的VC液體除在混料槽及后續的汽提操作中損失外，全部在混料槽內氣化予以回收。堿處理時，通直接蒸汽升溫所產生冷凝水量可由熱量衡算求得。水的含量為85264.43+58.8785323.5kg設備及物料升溫（包括VC氣化）需熱量計算表物料名稱重量（kg）初始溫度（）終止溫度() 溫度差()比熱（KJ/(kg·)）熱量(KJ)水85323.55975164.185706435.68PVC62

48、8745975161.761770531.84VC69305975263（KJ/kg）汽化熱1822590合計9299557.52注：1、助劑所占比例甚微，并入水中一起算。2、由于去汽提塔的VC量甚微，這里并入氣化部分一起計算。H2O汽化熱2370KJ/kg。按熱損失10%, 系數1.1計算，每個混料槽在每次操作中需通入蒸汽量W為W4316.25 kg水的出料量為85264.43+58.87+4316.25=89639.75 kgVC損失量70000×0.8560 kgPVC損失量63000×0.8504 kg氣化回收VC70000×96300 kg混料槽VC出料

49、量為6930-6300-56070 kgPVC出料量為62874-50462370 kg助劑量為17.5+25.55+25.55+17.5+32.2+14+28=106.3混料槽物料平衡表物料名稱進料量/kg出料量/kgVCVC693070損失VC560回收VC6300PVCPVC6287462370損失PVC504水85264.4389639.75NaOH水溶液純NaOH42.6342.63水58.87 水蒸汽4316.25 助劑160.3160.3 合計159646159646汽提塔從這步操作開始轉入連續操作過程，計算基準由kg/釜，改為kg/h。質量以聚合釜內生成的聚合物為基準。根據全年

50、生產任務和生產時間求出每小時PVC產量為400000 tPVC/8000h=50000 kg/h產品中含水0.2，則絕干樹脂產量為50000×（1-0.002）49900 kg/h以49900/（1-5.2）52637.13kg/h為連續過程質量基準進行計算。考慮到各步損失后，汽提塔進料中應含絕干樹脂量為52637.13×（1-1）52110.76kg/h其中，1為聚合釜和混料槽中PVC損失百分數,按混料槽出料組成，以52110.76kg/h為基準，計算各組分的含量:VC70×（52110.76/62370）58.486 kg水89639.75×（521

51、10.76/62370）74894.91 kg助劑NaOH（160.3+42.63）×（52110.76/62370）169.55kg損失PVC52637×0.2104.22 kg/hPVC出料量為52110.76-104.22=52006.54 kg損失VC52637.13×0.152.63713 kg/hVC汽提量為58.486-52.637135.84887kg，進入廢氣處理系統或直接燃燒。水的出料量為74894.91+17465=92359.91kg汽提塔物料平衡表物料名稱進料量/（kg/h）出料量/（kg/h）VCVC58.4865.84887損失VC5

52、2.63713PVCPVC52110.7652006.54損失PVC104.22水74894.9192359.91 所需蒸汽量17465 助劑NaOH169.55169.55合計144698.706144698.7062.1.4離心機進料量為汽提塔出料量，其中VC含量可忽略不計。洗滌熱水用量為1500kg/h。離心操作損失PVC52637.13×0.5263.18 kg/hPVC出料量為51743.35 kg離心后濕物料仍含水分20，則含水量為51743.35×（20/80）12935.84 kg,母液中含水92359.91-12935.84=79424.07 kg。離心操

53、作物料平衡表物料名稱進料量/(kg/h)出料量/(kg/h)PVC52006.54 51743.35 PVC損失263.18母液中含水92359.9179424.07濕物料含水12935.84 洗滌熱水1500助劑NaOH169.50169.50合計146035.95146035.952.1.5氣流干燥進料量為離心操作出料量。氣流干燥損失PVC52637.13×1526.3713 kg/hPVC出料量為51216.9787 kg離心后濕物料仍含水分5，則含水量為51216.9787×（5/95）2695.63 kg脫走水12935.84-2695.63=10240.295 kg氣流干燥物料平衡表物料名稱進