1、年產12萬噸聚氯乙烯聚合工段的工藝設計（DOC 43頁）北京化工大學畢業設計畢業設計題目 名稱：年產12萬噸聚氯乙烯聚合工段的工藝設計函授 站：甘肅函授站專業：應用化工技術班級：甘化專131學生：郭亞 偉指導教師（職稱）司文琴北京化工大學畢業設計目錄摘要 1 關鍵詞 1 第一章 設計說明書 2.1.1 設計項目 2.1.2 設計依據、生產規模、設計原則 2.1.2.1 設計內容 2.1.2.2 生產規模 2.1.2.3 設計依據 2.1.2.4 設計原則 2.1.3 廠址選擇及建廠地區自然條件 2.1.3.1 地理位置及環境2.1.3.2 工廠用水情況3.1.3.3 供電 3.1.3.4 原料

2、供應 3.1.3.5 工廠所處自然條件 3.第二章聚氯乙烯工業發展概況3.2.1 聚氯乙烯工業的發展概況4.2.2 聚氯乙烯工業在國民經濟中的作用 4.2.3 聚氯乙烯系列聚合物的性質5.2.4 聚氯乙烯制品的開發與應用技術5.第三章生產方法簡介及設計方法的確定7.3.1 聚合方法簡述7.3.1.1 本體聚合 7.3.1.2 溶液聚合 7.3.1.3 懸浮聚合 8.3.1.4 乳液聚合 9.3.3 產品的基本性能 1.1.3.4 有關設計參數1.2.3.5 產品規格與質量指標1.2.第四章物料衡算 1.4.4.1 聚合釜物料衡算1.44.2 出料槽物料衡算1.5.4.3 汽提塔物料衡算1.6.

3、4.4 離心部分物料衡算1.8.4.5 氣流干燥部分物料衡算 184.6 沸騰干燥部分物料衡算 194.7 篩分包裝部分物料衡算1.9.4.8 物料衡算總平衡 204.9 概念配方 2.2.第五章熱量衡算 2.3.5.1 反應體系升溫過程的熱量衡算2.35.2 氣提塔熱量衡算2.6.5.3 列管式換熱器熱量衡算2.75.4 氣流干燥塔熱量衡算2.7第六章聚合反應釜選型3.1.6.1 聚合過程的影響因素 3.16.2 反應釜選型結果3.2第七章廢水處理 3.3.7.1 廢水的處理3.3.7.2 廢水排放標準3.3.7.3 廢水的處理方法 3.37.4 其他三廢的處理3.4第八章生產工藝過程說明

4、3.5.8.1 工藝過程簡介3.5.8.2 設備一覽表3.6.總結 3.8.參考文獻 3.9.致謝 4.0.北京化工大學畢業設計摘要本設計是一個年產12萬噸聚氯乙烯（PVC）反應工程中的聚合反應工段的設計。其中涉及到物料衡算, 熱量衡算，聚合反應釜的選型。并繪制聚合反應工段的基本工藝流程圖和主體聚合反應釜的裝配圖。關鍵詞：聚氯乙烯；懸浮聚合；反應釜選型3第一章 設計說明書1.1 設計項目年產 12 萬噸聚氯乙烯聚合工段工藝設計。1.2 設計依據、生產規模、設計原則1.2.1 設計內容：年產12 萬噸聚氯乙烯聚合工段的工藝設計1.2.2 生產規模：年產十二萬噸聚氯乙烯年生產日 330 天；日生產

5、能力 120000/330=363.64噸/天1.2.3 設計依據：根據吉首大學化學化工學院畢業設計任務書所規定的課題“年產12 萬噸聚氯乙烯聚合工段的工藝設計 ” 進行設計。1.2.4 設計原則 ：1) 以傳統的聚合工藝流程為基礎，保留原有的工藝流程的優點，剔除原有的不合理工藝。2) 采用近年來的新技術，完善傳統聚合工藝，使其具有良好的可操作性和穩定性。3) 做好能源的綜合利用，消除能源利用的不合理現象，使其具有良好的經濟效益。4) 在工藝設計合理的同時，做好環境保護，一方面利用好物料，減少物料損失；另一方面減少環境污染，做好環境保護。5) 在工藝計算時，以各主要設備的進出物料、熱量變化的明

6、顯點進行物料和熱量平衡的計算。1.3 廠址選擇及建廠地區的自然條件1.3.1 地理位置及環境廠址選擇位于湘西州吉首市吉鳳經濟開發區內。 開發區于 2003 年籌建， 規劃面積6.44 平方公里。園區對外交通十分便捷。距離吉首市火車客運站 11 公里，火車貨運站4 公里；距離貴州省大興機場 80 公里；距離張家界荷花機場 148公里。319、 209 國道、1828 省道貫通園區，園區東接長（沙）渝（重慶）高速公路，園區內客運貨運可通達全國各大城市主要航空和水運港口。1.3.2 工廠用水情況采用工廠附近的萬溶江水源。1.3.3 供電由吉首市電業局供應工業用電。1.3.4 原料供應原料電石采用瀘溪

7、產， 由汽車運輸到吉首。 氯化氫由配套氯堿工廠得到或由其他地方采購汽車運輸到吉首，其他原料由廠家采購，由汽車運輸到吉首。1.3.5 工廠所處自然條件1） 工廠地址狀況： 地基為二類廠地土， 土質較好， 土層厚， 穩定， 無軟弱下臥層，地質允許承載力（ fk ）為 150kpa. 。2）當地氣象條件：年平均氣溫度17.3年最高氣溫40.8；年最低氣溫-3.8；年平均相對濕度78% ；年平均氣壓0.0867Mpa；年無霜期 210 天；年平均日照時數2079.2hr ；年平均蒸發水量1950mm ；年平均降雨量978.6mm；年平均風速2.9m/s；年最大風速22m/s。北京化工大學畢業設計第二章

8、 聚氯乙烯工業發展概況2.1 聚氯乙烯工業的發展概況20 世紀的 30 年代 50 年代是塑料工業迅速發展的時期。在此期間有許多合成塑料如聚氯乙烯、聚苯乙烯等形成工業化。自 1835 年法國化學家V.Regnault 首先發現了氯乙烯，于 1838 年他又觀察到聚合體，這就是最早的聚氯乙烯。1920 年，德國研究聚氯乙烯已相當活躍，這時美國聯碳化學公司與杜邦公司對氯乙烯聚合物的制備發表了專利。 這標志著氯乙烯及其聚合物的制造已進入實用技術階段。1920 年，在美國的柏寨森(BURGHAUSAN) 的瓦克(WACKER) 公司制取聚醋酸乙烯，用它與氯乙烯共聚制得一種新材料。該材料易加工，且不再發

9、生分解因它具有內增塑性， 可用作涂料和硬模塑制品， 開辟了以內增塑的辦法解決了聚氯乙烯的加工。 另一方面也為聚氯乙烯從共聚改性作出了開拓性的工作。 對聚氯乙烯發展起到積極的推動作用。又于 1932 年發現聚氯乙烯的低分子增塑劑。英國帝國化學公司于 1937 年采用高沸點液體如磷酸酯類增塑聚氯乙烯，得到了類似橡膠的物質，從而第一次打破了傳統的橡膠市場，成為橡膠材料的代用品。聚氯乙烯自工業化問世至今，六十多年來仍處不衰之勢。占目前塑料消費總量的 29% 以上。由于石油化工的發展，為聚氯乙烯工業提供廉價的乙烯資源，引起了人們極大的注意，因而促使氯乙烯合成原料路線的轉換和新制法以及聚合技術不斷地更新，

10、使聚氯乙烯工業獲得迅猛的發展。2.2 聚氯乙烯工業在國民經濟中的作用合成樹脂是塑料工業的基本原料， 在一定條件下塑制成一定形狀的材料， 在常溫下它的形狀不變，是材料工業的重要組成部分。作為熱塑性塑料的原料之一的聚氯乙烯樹脂， 在世界各國合成樹脂的生產、 品種及消費上均處領先地位。我國也是如此，聚氯乙烯塑料制品居于各樹脂及加工制品之主。這主要由于以下原因：( 1) 聚氯乙烯材料制品性能優良。有獨特的使用功能。(2)以聚氯乙烯制取的合成材料可代替鋼鐵和木材使用，而且節能顯著，每生產1立方米。通用塑料，其能耗為148.6千焦，而生產1立方米鋼材能耗為356.7漢06千焦 (3)聚氯乙烯塑料不僅在建筑

11、、農業及包裝工業上有著廣泛的用途，在電子器件、交通運輸、機械和人民生活等各方面，也均得到重用。2.3 聚氯乙烯系列聚合物的性質聚氯乙烯在常溫下為白色粉末，比重為 1.3921.4不溶于水，汽油，酒精，氯乙烯，可 溶于酮類和氯姓類溶劑，無毒無臭。具有很高的化學穩定性和良好的介電性能。表1 質量標準 GB5761-93合溫度/C/ (ml/g)K/PSG-148215414477 7518001650高級電絕緣材料SG-250514313674 7316501500電絕緣材料，一般軟制 品SG-2530135 12772 7115001350電絕緣材料，農膜，塑 料鞋SG-456512611970

12、 6912501150一般薄膜，軟管，人造革，高強度硬管SG-5580118 10768 6611001000透明硬制品，硬管，型 材SG-6618106 9664 63950850唱片，透明片，硬板，焊條，纖維SG-765595 8762 60850750吹塑瓶，透明片，管件SG-868586 7359 55750650過氯乙烯樹脂2.4 聚氯乙烯的應用狀況PVC樹脂可以采用多種方法加工成制品，懸浮聚合的 PVC樹脂可以擠出成型、壓 延成型、注塑成型、吹塑成型、粉末成型或壓塑成型。分散型樹脂或糊樹脂通常只采用 糊料涂布成型，用于織物的涂布和生產地板革。糊樹脂也可以用于搪塑成型、滾塑成型、 蘸

13、塑成型和熱噴成型。發達國家 PVC 樹脂的消費結構中主要是硬制品，美國和西歐硬質品占大約 2/3 的 比例，日本占55%;硬質品中主要是管材和型材，占大約 7080%。PVC軟制品市場 大約占全部PVC 市場的 30% ，軟制品主要包括織物的壓延和涂層、電線電纜、薄膜片材、地面材料等。硬質品 PVC 樹脂近年來增長比軟制品快。近幾年我國聚氯乙烯硬制品應用份額也有增長趨勢， 管材、 型材和瓶類所占份額由1996 年 25% 增長到1998 年的40% ，但至今我國聚氯乙烯的應用還是軟制品的份額較多。 1998 年軟制品占PVC 總用量的 51%（其中薄膜為20% ， 塑料鞋 10% ， 電纜料

14、5% ，革制品11%，泡沫和單板等5% ） ，硬制品占40% （其中板材16% ，管材 9% ，異型材8% ，瓶 3% ，其它 4% ） ，地板墻紙等占 9% 。聚氯乙烯塑料一般可分為硬質和軟質兩大類。 硬制品加工中不添加增塑劑， 而軟制品則在加工時加入大量增塑劑。聚氯乙烯本來是一種硬性塑料，它的玻璃化溫度為80 85。加入增塑劑以后，可使玻璃化溫度降低，便于在較低的溫度下加工，使分子鏈的柔性和可塑性增大， 并可做成在常溫下有彈性的軟制品。 常用的增塑劑有鄰苯二甲酸二辛酯、令口酯。一般軟質聚氯乙烯塑料所加增塑劑的量為聚氯乙烯的30%70%。聚氯乙烯在加工時添加了增塑劑、穩定劑、潤滑劑、著色劑、

15、填料之后，可加工成各種型材 和制品。1 一般軟塑料制品。利用擠出機可以擠成軟管、塑料線、電纜和電線的包皮。利用注射成型的方法并配合各種模具，可制成塑料涼鞋、鞋底、拖鞋等。2 薄膜。利用壓延機可將聚氯乙烯制成規定厚度的透明或著色薄膜，用這種方法生產的薄膜稱為壓延薄膜。也可以將聚氯乙烯的粒狀原料利用吹塑成型機吹制成薄膜，用這種方法生產的薄膜稱為吹塑薄膜。薄膜的用途很大，可以通過剪裁、熱合方法加工成包裝袋、雨衣、充氣玩具等。3涂層制品。 將聚氯乙烯糊狀涂料涂敷在布或紙上， 然后在100以上將它們塑化，就可制成有襯底的人造革。 如果將聚氯乙烯軟片用壓延機直接壓延成有一定厚度時， 就 制成無襯底的人造革

16、，可壓出各種花紋。人造革用于制造皮包、皮箱、沙發和汽車的座墊、地板革以及書的封面等。5 泡沫塑料。軟質聚氯乙烯在混煉時加入適量的發泡劑，經發泡成型法可制成泡沫塑料，也可以用擠出機制成低發泡硬質板材，可代替木材作為建筑材料等。5北京化工大學畢業設計第三章 生產方法簡介及設計方法的確定3.1 聚合方法簡述傳統自由基聚合方法有本體、 溶液、 懸浮、 乳液聚合四種聚合方法【1】。 溶液聚合則是單體和引發劑溶于適當溶劑中的聚合， 可以包括淤漿聚合， 溶劑可以是有機溶劑或水。懸浮聚合一般是單體以液滴狀懸浮在水中的聚合， 體系主要由單體、 水、 油溶性引發劑、分散劑四部分組成， 反應機理與本體聚合相同。 乳

17、液聚合則是單體在水中分散或成乳液狀的聚合，一般體系由單體、水、水溶性引發劑、水溶性乳化劑組成，機理獨特。3.1.1 本體聚合本體聚合是單體加有 （或不加） 少量引發劑的聚合， 可以包括熔融聚合和氣相聚合。其產物純凈，后處理簡單，是比較經濟的聚合方法，多用于實驗室研究，如單體聚合能力的初步評價、少量聚合物的試制、動力學研究，競聚率測定等，所用的儀器有簡單的試管、封管、膨脹劑、特制模板等。苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、氯乙烯、乙稀等氣、液態單體均可進行本體聚合。不同單體的聚合活性、聚合物-單體的溶解情況、凝膠效應等各不相同，雖然都以本體聚合為名，但其動力學行為、傳遞特征以及聚合工藝可以差別很大。工業上本

18、體聚合可采用間歇法和連續法， 關鍵問題是聚合熱的排除。 烯類單體的聚合熱為 55-95KJ/mol 。聚合初期，轉化率不高，體系黏度不大，散熱當無困難，但轉化率提高后，體系黏度增大，產生凝膠效應，自動加速，如不及時散熱，輕則造成局部過熱，使分子量分布變寬，影響到聚合物的強度；重則溫度失控，引起爆聚。這一缺點使本體聚合的發展受到限制，但經反應器攪拌、傳熱的改善和工藝調整后，得到了克服，一般多采用兩段聚合：第一階段保持轉化率較低， 10%-35% 不等，黏度較低，可在普通聚合釜中進行；第二階段轉化率較高，則在特殊設計的反應器內聚合。氯乙烯間歇本體沉淀聚合如下：本體法聚氯乙烯的顆粒特習慣與懸浮法樹脂

19、相似，疏松但無皮膜，更潔凈。本體聚合除散熱、防粘外，更需要解決顆粒疏松結構的保持問題，多采用兩端聚合來解決。3.1.2 溶液聚合溶液聚合體系黏度較低，混合和傳熱較易，溫度容易控制，減弱凝膠效應，可避免局部過熱。但是溶液聚合也有缺點： （ 1）單體濃度較低，聚合速率較慢，設備生產能力較低：（ 2）單體濃度低和向溶劑鏈轉移的結果，使聚合物分子量降低；（ 3）溶劑分離回收費用高，難以除凈聚合物中的殘留溶劑。因此， 工業上溶液聚合多用于聚合物溶液直接使用的場合，如涂料、膠黏劑、合成纖維紡絲液、繼續化學反應等。此外，溶液聚合有可能消除凝膠效應，有利于動力學試驗的研究。自由基溶液聚合選擇溶劑使，需注意下列

20、兩方面內容：（1）溶劑對聚合物活性的影響 溶劑往往并非絕對惰性， 對引發劑有誘導分解作用， 鏈自由基對溶劑有鏈轉移反應。這兩方面都可能影響到聚合速率和分子量。 （2）溶劑對凝膠效應的影響 選用聚合物的良溶劑時，為均相聚合，如濃度不高，可不出現凝膠效應，接近正常動力學規律。選用沉淀劑時，則成為沉淀聚合，凝膠效應顯著。不良溶劑的影響則介于兩者之間。有凝膠效應時，反應自動加速，分子量也增大。3.1.3 懸浮聚合懸浮聚合是單體以小液滴狀懸浮在水中的聚合方法。 單體中溶有引發劑， 一個小液滴就相當于一個小本體聚合單元。 從單體液體轉變為聚合物固體粒子， 中間經過聚合物-單體粘性粒子階段，為了防止粒子粘并

21、，需加分散劑，在粒子表面形成保護層。因此，懸浮聚合體系一般由單體、油溶性引發劑、水、分散劑四個基本組分構成，實際配方則較復雜。懸浮聚合的反應機理與本體聚合相同。 苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的懸浮聚合的初始體系屬于非均相，其中液滴小單元則屬于均相，最后形成透明小珠粒，故有珠狀聚合之稱。另一方面，在氯乙烯懸浮聚合中，聚氯乙烯將從單體液滴中沉析出來，形成不透明粉狀產物，故可稱作沉淀聚合或粉狀聚合。懸浮聚合的粒徑為 0.05-2mm ，主要受攪拌和分散劑控制。聚合結束后，回收未聚合的單體，聚合物經分離、洗滌、干燥，即得粒狀或粉狀樹脂產品。懸浮聚合有以下優點： （1）體系黏度低，傳熱和溫度容易控制，產品分子

22、量及其分布比較穩定；（ 2）產品分子量比溶液聚合的高，雜質含量比乳液聚合少；（ 3）后處理工序比乳液聚合和溶液聚合簡單，生產成本也低，粒狀樹脂可直接成型。懸浮聚合的主要缺點是產物中多少帶有少量分散劑殘留物， 藥生產透明和絕緣性能好的產品， 需除凈這些殘留物。綜合懸浮聚合的優缺點，其工業應用還比較廣泛。 80%聚氯乙烯、全部苯乙烯型粒子交換樹脂和可發性聚苯乙烯、 部分與苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯用懸浮法生產。 有些單體的所謂 “懸浮聚合 ” ，如合成聚四氟乙烯、 丁基橡膠和乙丙橡膠的 “懸浮聚合 ” ，實質上都是沉淀聚合，只因為產物懸浮在介質中而得名。懸浮聚合多采用間歇法，連續法尚在研究之中。懸浮

23、聚合反應機理和動力學與本體聚合相同，需要研究的式成粒機理和顆粒控制。氯乙烯懸浮聚合過程大致如下：將水、分散劑、其他助劑、引發劑先后加入聚合釜中，抽真空和沖氮氣牌氧氣，然后加單體，升溫至預定溫度聚合。在聚合過程中溫度壓力保持恒定。后期壓力下降0.1-0.2MPa ，相當于 80-85%轉化率，結束聚合，如降壓過多，將使樹脂致密。聚合結束后，回收單體，出料，經后處理工序，即得聚氯乙烯樹脂成品。3.1.4 乳液聚合簡單地說，單體在水中分散成乳液狀態的聚合，稱作乳液聚合。傳統或經典乳液聚合的基本配方又單體、水、水溶性引發劑和水溶性乳化劑四部分組成。乳液聚合有許多優點： （ 1）以水作介質，環保安全，膠

24、乳粘度低，便于混合傳熱、管道輸送和連續生產；（ 2）聚合速率快，可在較低的溫度下聚合，同時產物分子量高；（ 3）乳膠可直接使用，如水乳漆、粘結劑，紙張、織物、皮革的處理劑等。乳液聚合也有若干缺點： （ 1）需要固體產品時，乳膠需經凝聚、洗滌、脫水、干燥等多道工序，成本較高；（ 2）產品留有乳化劑雜質，難以完全除凈，有損電性能等。乳液聚合的主要組分： 傳統或經典乳液聚合體系由四大組分組成， 以單體 100份為基準，水150250，乳化劑25，引發劑0.30.5。工業配方則要復雜得多，這是因為：乳液聚合多半是主單體和第二、第三單體的共聚合；多數乳液聚合采用氧化-還原體系，往往主還原劑、 副還原劑甚

25、至絡合劑并用； 乳化劑多由陰離子乳化劑與非離子表面活性劑混合使用；水相中還肯能有分子量調節劑 ,pH 調節劑等。乳液聚合的機理遵循自由基聚合機理， 大聚合速率和聚合度卻可同時增加， 可見存在獨特的反應機理和成粒機理。可將其聚合過程分為三個階段：成核期或增速期、膠粒數恒定期或恒速期、降速期。通過對比以上四種聚合方法，各自的特點如表1 所示：9北京化工大學畢業設計表2四種聚合方法對比溶液聚合配方組成單體、引發劑單體、引發劑單體、引發劑、分單體、引發劑、乳化劑、散劑、水水聚合場所本體內溶液內單體液滴內膠束和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大分子量控困難容易較困難容易制生產特征不易散

26、熱，連散熱容易，可散熱容易，間歇生散熱容易，可連續生產制續操作要保證連續生產，不產,有分離，洗滌，干粉狀樹脂時需凝聚，洗傳熱混合，問易獲得干燥燥等工序滌，干燥歇操作生產板粉末或顆粒材，型材設備狀固體簡單.產物特性聚合物純凈，糊狀較純凈，可能含有留有部分乳化劑分子量分布寬少量分散劑和其他助劑主要用途淺色，硬質注涂料、粘合劑適合于注塑或擠塑涂料、粘結劑從表中可發現懸浮聚合有以下優勢：（1）體系黏度低，傳熱和溫度容易控制，產品 分子量及其分布比較穩定；2）產品分子量比溶液聚合的高，雜質含量比乳液聚合少；（3） 后處理工序比乳液聚合和溶液聚合簡單，生產成本也低，粒狀樹脂可直接成型。據統計，全世界80%

27、的PVC樹脂都是用懸浮聚合的方法生產的，因此本課題采用懸浮 聚合的方法。反應原理：在光，熱或輻射能作用下，烯類單體有可能形成自由基而聚合.但由于C-C 鍵能大（3.48x K10R A2KJ/mol）,須在300400c高溫下才能開始均裂形成自由基.這樣高 的溫度遠超過了一般聚合溫度.因此，氯乙烯聚合體系采用過氧化物或偶氮化合物作引發 劑,在聚合溫度下，均裂成自由基，然后引發聚合反應的.整個聚合過程分為鏈引發，鏈增長, 鏈轉移和鏈終止四個步驟.鏈引發 .引發劑受熱時，鏈能較小的-o-o-鍵或-N=N-斷裂而分解產生初級游離基：如偶氮二異 丁腈 （ABIN）.初級游離基一旦生成，很快作用于VC分

28、子激發其雙鍵的冗電子使之分離為二個獨 電子與其中一個獨電子結合生成單體游離基.鏈增長 .在鏈引發階段形成單體自由基,活性很高 ,如無阻聚物質與之作用 ,就能進攻第二個VC分子的冗鍵,重新雜化結合，形成新的自由基，如此循環下去，產生大量-（CH_2-CHCl-）- 單元的鏈自由基,這個過程叫鏈增長反應,這實際上是一個加成反應.這一鏈增長過程直到鏈終止,活性都不減弱,在瞬間（如 0.1 秒幾分鐘）即可達到分子量為十萬的高聚物分子.在 PVC 的鏈增長反應中,結構單元VC 間的結合可能以”頭-尾”和”頭-頭”兩種形式存在 .經試驗證明,主要以”頭-尾”形式連接.原因是有電子效應和位阻效應兩個方面：從

29、空間位阻方面看,-CH_2-較-CHCl-空間位阻小，所以有利于頭尾連接.鏈轉移 .在自由基聚合過程中,鏈自由基有可能從單體,溶劑 ,引發劑或大分子上奪取一個原子 （氫或氯）而終止,使這些失去原子的分子成為新的自由基,繼續新鏈的增長.1,向單體VC 鏈轉移- 形成端基雙鍵PVC.2,向高聚物鏈轉移- 形成支鏈或交聯 PVC.此種鏈轉移在轉化率較高時（此時 VC 濃度較低 ）比較多 .鏈終止 .1,偶合鏈終止 形成 ” 尾尾 ”相連 PVC.2,歧化終止 形成端基雙鍵 PVC.3.3 產品的基本性能聚氯乙烯是無定形的線型、非結晶的聚合物，基本無支鏈，鏈節排列規整。聚合度n的數目一般為500200

30、00。聚氯乙烯樹脂為白色粉末，相對密度約1.4。聚氯乙烯塑料有較高的機械強度，良好的化學穩定性。聚氯乙烯分子中含有大量的氯，使其具有較大的極性，同時具有很好的耐燃性。聚氯乙烯塑料有優良的耐酸堿、 耐磨、耐燃燒和絕緣性能。但是對光和熱的穩定性差。在不加熱穩定劑的情況下，聚氯乙烯100時開始分解，130以上分解更快。受熱分解出氯化氫氣體，使其變色，由白色 -淺黃色-紅色-褐色-黑色。陽光中的緊外 線和氧會使聚氯乙烯發生光氧化分解，因而使聚氯乙烯的柔性下降，最后發脆。同時，上述良好的力學和化學性能迅速下降。 解決的辦法是在加工過程中加入穩定劑， 如硬脂酸或其他脂肪酸的鎘、鋇、鋅鹽。聚氯乙烯的抗沖擊性

31、能差,耐寒性不理想，硬質聚氯乙烯塑料的使用溫度下限為-15，軟質聚氯乙烯塑料為-30。聚氯乙烯的透水汽率很低。 硬聚氯乙烯長期浸入水中的吸水率小于0.5% ， 浸 24 小時為 0.05% ，選用適當增塑劑的軟聚氯乙烯吸水率不大于 0.5% 。聚氯乙烯室溫下的耐磨性超過普通橡膠。 聚氯乙烯的電性能取決于聚合物中殘留物的數量和各種添加劑。 聚 氯乙烯的電性能還與受熱情況有關， 當聚氯乙烯受熱分解時， 由于氯離子的存在而降低其電絕緣性。3.4 有關設計參數1 .生產周期300 天,7200-7000h/Y2 .反應溫度56 （或者按實習收集數據）3 .反應時間4.5h4 .轉化率85-90%（或者

32、按實習收集數據）5 .消耗定額VC 1.015-1.064t/T PVC6 .原輔材料：去離子水，單體氯乙烯（VC）,分散劑KH-21（聚乙烯醇）,分散劑（羥丙基甲基纖 維素HPMC）,反應調節劑（琉基乙醇），引發劑（偶氮二異庚月青）,引發劑EHP,過氧化二碳酸 （2-乙基）己酯，終止劑（丙酮縮氨基琉月尿），緩釋阻垢劑（H-9）,其他助劑，堿液（30%）,鹽酸，碳 酸氫銨,液氨等.7 .5產品規格與質量指標本次設計的產品質量標準按照 GB5761-93 懸浮法生產的通用聚氯乙烯樹脂標準生產的聚氯乙烯樹脂屬SG 5 型，其主要技術標準要求：11北京化工大學畢業設計表3主要技術標準要求1別ml/g

33、子數/含量度g/m/個烯含量個ppmSG118-107160.40.4520748一一等品118-107300.40.4240一105合格品118-107900.50.4-一一21第四章物料衡算4.1聚合釜物料衡算進入聚合釜內 VC單體Mi=19641.46kg去離子水的質量 M2=19641.46M.4/0.9017 1>.06=32325.53kg/B引發劑的質量M3=19.64kg/B終止劑的質量 M4=1.96kg/B調節劑的質量 M5=1.96kg/B防粘釜劑的質量 M6=19.64 kg/B分散劑的質量M 7=39.28 kg/B二次用水的質量M8=1050 kg/BM 1+

34、M 2+M 3+ - +M 8=53099.47 kg/B所生成的聚合物質量：19641.46溜0%< 99%=17500.54 kg/B損失 PVC 的質量：M 損=19641.46 >90%< 1%=176.77kg/B聚合物的混合溶液 M9=M（未轉化的 PVC）+M 2+M 3+- +M 8+17500.54=53099.47 kg/B對聚合釜作全物料衡算得：Ml+M2+M3+ - +M8= M 9+ M 損出料槽Mu說明計算結果是正確的。計算結果整理成表得：表4計算結果整理進料kg/B出料kg/BVC19641.461964.15分散劑39.2839.28引發劑19

35、.6419.64調節劑1.961.96終止劑1.961.96防粘釜劑19.6419.64水32325.5333375.53二次用水1050PVC17500.54損失PVC176.77合計53099.4753099.474.2出料梢物料衡算圖2出料槽物料出料槽中損失的 PVC 量為 M 損=19641.46>90%< 1%=176.77 kg/B因此出料槽中含 PVC 量為 17500.54-176.77=17323.77 kg/B由于出料槽中 VCM 含量為456.3ppm,過出料中VCM的量為：17323.77 456.3 10-6=7.90kg/B因此回收的 VCM 量 Mi0

36、=1964.15-7.90=1956.25 kg/B聚合物混合溶液M11包括分散劑等：82.48kg 水：33375.53kg VC 單體：7.90kgPVC:17323.77kg合計 M11=50789.68kg對出料槽做總物料衡算：M9=M 10+M 11+M 損=52922.70kg說明物料衡算結果是正確的。計算結果整理成表得：表5計算結果整理進料kg/B出料kg/BVC1964.157.90水33375.5333375.53分散劑等82.4882.48PVC17500.5417323.77回收PVC1956.25損失PVC176.77合計52922.7052922.704.3汽提塔物料

37、衡算從這一步開始到篩分包裝為連續過程，因此，計算標準相應的轉換為千克/小時根據全年的生產任務和生產時間可以求出：每小時生產的PVC量為：12 >107/(300 24)=16666.67kg/h產品中的含水量為0.3%,折合絕干樹脂含量為：16666.67 0.997=16616.67kg/h考慮到聚合釜內PVC的損失，則進入汽提塔內絕干樹脂量為：16616.67/0.94 0.98=17323.76kg/h以17323.76kg/h為基準求出汽提塔進料中其他各組分相應的量：因此進入汽提塔內的水量為：33375.53 17323.76/17323.77=33375.51kg/h進入汽提塔

38、內的分散劑等為：82.48 17323.76/17323.77=82.48kg/h進入汽提塔內的VC單體為：7.90 17323.76/17323.77=7.90kg/h損失的 PVC 的量為：16616.67/0.94 001=176.77kg/h故出料中含 PVC 量為：17323.76-176.77=5001.2kg/h已知出料中VCM含量為13.6ppm,故出料中含PVC的量為：17146.99 13.6 10-6=0.23320kg/h求蒸汽冷凝量M13條件：進入汽提塔內的物料初始溫度為 66C,汽提塔內壓強為0.06MPa,在此壓強下 水的沸點為86C,潛熱為2293.9kj/kg

39、,水蒸氣的比熱容 A向蒸汽的擴散能由蒸汽的潛 熱和顯熱提供，而且單體的擴散能為 71kj/mol,假定在塔內有35%蒸汽冷凝，其余在塔 頂冷凝。則物料升溫所需熱量衡算表如下：表6物料升溫所需熱量衡算Cp重量kg/ht初t末A tkj/(kg. C)吸熱kj/h水33375.516680144.21962479.99VC7.906680140.84893.79PVC17323.766680141.764427827.58吸收的熱量：水：33375.51 4.2 M4=1962479.99kj/hVC:7.90 >0.848 14=93.79kj/hPVC:17323.76 >1.76

40、4 14=427827.58kj/h又因為單體的擴散能為：(7.90-0.23320) /62.5 10-3X71=8709.48kj/h故所需的總熱量：Q 總=1962479.99+93.79+427827.58+8709.48=2399110.84kj/h設汽的流量為V,則Q 總=2.31 (142-86) V+0.35V X2293.9=2399110.84kj/h故得 V=2573.53kg/h計算結果整理成表得：表7計算結果整理進料kg/h出料kg/hPVC17323.7617146.99水33375.5135949.04蒸汽冷凝2573.53分散劑等82.4882.48未反應的VC

41、7.900.23320回收VC7.67損失PVC176.77合計53363.1853363.184.4離心部分物料衡算離心操作中 PVC 的損失量為：16616.67/0.94 001=176.77kg/h離心脫水后的濕物料中仍含有20%的水分，則含水量為：(17146.77-176.77) X.2/0.8=4242.56kg/h計算結果整理成表得：表8結果整理進料kg/h出料kg/hPVC17146.9916970.22濕物料含水4242.56母液含水35949.0431706.48分散劑等82.4882.48PVC損失176.77合計53178.5153178.514.5氣流干燥部分物料衡

42、算氣流干燥損失的 PVC 量為：16616.67/0.94 (X005=88.39kg/h貝U出料 PVC 量為：16970.22-88.39=16881.83kg/h已只氣流干燥后的含水量為 5%,則含水量為：16881.83 05/0.95=888.52kg/h整理計算結果得：表9計算結果kg/hkg/hPVC16970.2216881.83水4242.56888.52PVC損失88.39脫走水分3354.04合計21212.7821212.784.6沸騰干燥部分物料衡算PVC損失量為：16616.67/0.94 0.005=88.39kg/h所以出料的PVC量為:16881.83-88.

43、39=16793.44kg/h出料物料中含水量為：16793.44 003/0.997=50.53kg/h整理計算結果得：表10沸騰干燥部分物料衡算物料名稱進料kg/h出料kg/hPVC16881.8316793.44水888.5250.53PVC損失88.39脫走水分837.99合計17770.3517770.354.7篩分包裝部分物料衡算絕干PVC損失量為：16616.67/0.94 0.01=176.77kg/h則包裝入庫的絕干 PVC樹脂量為：16793.44-176.77=16616.67kg/h隨著PVC樹脂損失的相應的水的量為：176.77 >0.003/0.997=0.5

44、319kg/h整理計算結果得：表11篩分包裝部分物料衡算kg/hkg/hPVC16793.4416616.67水50.5350.00PVC 損失176.77損失水分0.5317合計16843.9716843.974.8物料衡算總平衡(1)聚合釜及出料槽屬于間歇操作，計算標準為kg/B,由前面計算結果可知：投入VC單體的量為19641.46kg/B,經過聚合釜及出料槽減壓后的量為1964.15kg/B,出料為 7.90kg/B, PVC 的總損失為 353.54kg/B.由以上結果可得間歇部分物料總平衡表如下： 表12物料衡算總平衡物料名稱進料kg/h出料kg/hVC19641.467.90水3

45、2325.5333375.53二次進水1050分散劑等82.4882.48PVC17323.77損失 PVC353.54回收 PVC1956.25合計53099.4753099.47(2)kg/h。由前面的計算結果可知，進入氣提塔的VC的量為7.90kg/h,進過氣提后VC單體的量降為0.23320kg/h, 氣提塔內冷凝的水的總量為33375.51+2573.53=35949.04kg/h,離心后母液含水總量為31706.48kg/h, PVC 損失總量為 707.09kg/h。整理可得連續操作部分總物料平衡表如下：表13總物料平衡kg/hkg/hVC7.900.23320水33375.51

46、蒸汽冷凝水2573.53分散劑等82.4882.48PVC17323.7616616.67回收PVC7.67濕物料中含水50.00損失PVC707.09母液31706.48損失水4192.56合計53363.1853363.18整理以上結果，繪制物料平衡關系示意圖如下:北京化工大學畢業設計4； 4 61kg水：閉町做PVG水叫0:13199.3咫 分都利鼻：62煙E11PVC水VG 11« ?5Kg VC: 10208 64kg 分散制:48 I3kjh；圖3物料平衡關系示意圖沸騰干 燥篩分包 裝PVC成品4.9概念配方概念配方（此概念配方是一單體質量為基準的質量分數）表14概念配方

47、名 稱去離子水單體引發劑分散劑PH緩沖劑終止劑反應調節劑緩蝕阻垢劑用量1501000.040.250.060.020.00150.0020.002消泡劑25第五章 熱量衡算5.1 反應體系升溫過程的熱量衡算升溫階段 :升溫階段是物料由25加熱至56.2， 升溫時間是0.5小時此階段加熱介質為飽和蒸汽，壓力為0.4MPa ，溫度為142。此階段升溫所需總熱量是壺體及壺內物料升溫達到聚合條件所消耗的熱量。即 Q1+Q2+Q3=Q4其中Q1水升溫數所需的熱量（由于分散劑等含量甚微，故并入水中一起計算） 。Q2 VC 單體升溫所需的熱量。Q3 釜體升溫所需的熱量。Q4 蒸汽所提供的熱量。已知條件如下表

48、：表 15 已知條件重量kg/ht初t末 tCp kj/(kg. C)水32325.532556.231.24.2VC19641.462556.231.20.848釜體66002556.231.20.504計算如下：Qi：無離子水(分散劑等)升溫消耗熱量Q仁qmiCpI t=32325.53/0.5 4.2 X(56.2-25) =8.47 »06kj/hQ2：單體升溫消耗的熱量Q2= qm2Cp2At=19641.46/0.5 0.848 義(56.2-25) =1.04 106kj/hQ3：聚合壺升溫消耗熱量Q3= qm3Cp3At=6600/0.5 0504 56.2-25)=

49、2.08 105kj/hQ4：蒸汽所提供能量Q4=Q1+Q2+Q3=8.47 X06 kj/h +1.04 106 kj/h +2.08 105kj/h=9.72 X06 kj/h恒溫反應階段：(1)求總傳熱系數K總傳質系數K的倒數稱為總熱阻與分熱阻有以下關系：1/K=1/a1+1/a2+Sd/ 入加 配分別代表釜內壁和釜外液膜給熱系數 w/m 2k/代表釜壁導熱部分的熱阻，其中為厚度，為導熱率。對于攪拌釜內壁給熱系數可用下列準數方程計算：,2nd2 3 3600c g 1 x 0.14 、式中D為釜內徑，d為攪拌葉直徑，為1 C () 3(-)() 密Dw度， 為粘度，(nD2 / )為攪

50、拌雷諾數，為導熱率，c為比熱容，g為重力因子，(3600c g/ )為普蘭特準數，w為近壁處粘度，系數c為常數，國產48m3釜經實驗標核c=0.5,將D=3m,d=1212mm,0.6w/m k ,998kg /m3,1.5 10 2 Pa s , n 1.583r/s,流體 北京化工大學畢業設計被冷卻時，(一)0,14=9,5代入以上數據得:w22八 0.6,1,583 1.212998x2/3 3600 0.5 1.5 10998、1/3 八”i 0.5 (2)()0.9531,5 10 12 k / 652.18w/m2 k0.6一 ，2.2083.95w/m k對于釜外壁給熱系數2 ,

51、采用夾套內裝設螺旋導流板。2可由以下準數方程計算:_ 0,8 _ 0.4de20,023Re Pr (1 1.77 -)deR式中de為螺距的當量直徑，R為彎曲半徑，因釜徑較大，一般校正因子(1 1.77 de)的數據不大，因此可以取1.05,又因為水的導熱系數0.65w/m k,螺距de=0.55,水的普蘭特數Pr 3.54,水的流速u 2m/s,故代入以上數據得：C_ 0.650.55 2 1000、 0.80.42 ,2 0.023-( 6 )3.541.05 5198.68w/m k0.55550 10 反應過程Q入，KJ /釜Q出，KJ、釜Qi：VC升溫吸收的熱量1.04 106Q2:水、明膠等升溫吸收的熱量8.47 106Q3:設備升溫吸收的熱量2.08 105由于縫隙泄露一般的實測值約為計算值的80%,因此2/ 5198.68 80% 4158.94對于國產48m1/ 1 1/ 2/1/2083.95 1/4158.94 1/1230由物料衡算可知：VC的每批投料量Wb 19641.46kg/B ,總轉化率x 0.90,反應時間不銹鋼聚合釜而言，其釜壁熱阻/ 一般為1 8.13 10 4.5h,高峰時反應速率是平均反應速率的1.5倍，聚合反應熱 H 96.3KJ /mol ,反應溫度T 56.2 C ,總傳熱系數k