1、20112011 級高分子材料課程設計級高分子材料課程設計題目：題目：年產 5 千噸糊狀聚氯乙烯樹脂合成工藝設計學院名稱：學院名稱： 材料工程學院材料工程學院 專專 業：業： 高分子材料高分子材料 班班 級：級： 11 材料材料 1 學學 號：號： 11342125 姓姓 名：名： 朱益林朱益林 指導教師姓名：指導教師姓名： 吳忠聯吳忠聯 二零一四二零一四 年年 六六 月月1目目 錄錄第一章 緒論 .211 聚氯乙烯簡介.212 產品用途 .313 市場現狀和前景展望.4第二章 設計工藝說明 .521 懸浮聚合工藝.522 生產工藝描述 .523 主要物料 .924 質量指標和分析.11第三章

2、 工藝計算 .1231 聚合物料衡算示意圖 .1232 聚合物料計算.1333 反應釜設計.1734 聚合工段管道計算 .21第四章 材料性能測試 .22第五章 結 論 .23參考文獻 .232第一章第一章 緒論緒論1 11 1 聚氯乙烯簡介聚氯乙烯簡介聚氯乙烯(PVC)是有氯乙烯單體(VCM)聚合得到的聚合物,一般聚合度,在當今聚合物產品中具有極其重要的地位。1500700nCH2CHCl*n PVC 應用極其廣泛,并且價格相對低廉,適用性幾乎不受限制.然而如果 PVC在今天被發現,很可能會因為其熱穩定性差,難于加工而被束之高閣。懸浮聚合和本體聚合產品是粒徑為的顆粒，而乳液聚合產物的m180

3、100粒徑只有。但干燥后的乳液產品是易碎的顆粒,粒徑為。m3 . 01 . 0m505PVC 不溶于其單體，在聚合過程中,當 PVC 增長鏈長到 10 個單位單元后，就要從 VCM 單體中沉淀出來，屬于典型的沉淀懸浮聚合。然而，PVC 在其單體中可較好的溶脹,其單體溶解量可達到 27%(質量分數)以上，這一特性對聚合物本身以及 PVC 最后的性能和應用均有重大的影響。因此，聚合物從單體中沉淀出來的方式，聚合物分子鏈的增長機理以及單體對聚合物的溶脹程度等因素非常重要。在工業上，K 值和黏度值用于代表 PVC 的分子量，生產商將這些參數作為品種代號，用以給不同的產品命名。K 值為的 PVC 較硬，

4、主要用于生產管、導管、板和塑鋼窗；K 值為6866的樹脂柔韌性較好，可制備柔性板、地板革、壁紙、電纜絕緣層、軟管、7165試管和醫療用品；K 值較低的()PVC 主要用于注塑成型，制備管，導管6055接頭，整體或電源接頭，并可用于吹瓶和其他容器。在目前工業生產的聚合物材料中，PVC 能占有獨特的地位，原因在于大量的氯原子賦予 PVC 聚合物鏈強極性，同時重復單元在分子鏈中相間排布，使分子鏈結晶水平極大降低.這樣的結構給 PVC 帶來一系列優良性能，包括：力學性能好，特別是薄膜韌性好，相對較低的分子量就可擁有較高的熔體黏度，并且即使在高度增塑后，仍可保持較好的力學性能。可以在 PVC 中加入大量

5、增塑劑3和抗沖改性劑，來改善其性能,使其應用領域大幅擴寬。1 12 2 產品用途產品用途聚氯乙烯糊樹脂是由氯乙烯在引發劑作用下聚合而成的熱塑性樹脂，是氯乙烯的均聚物，屬于聚氯乙烯樹脂的一個產品分支。聚氯乙烯糊樹脂具有較大的多分散性，分子量一般在 512 萬。由于其成糊性優良以及分散性能良好，PVC 糊樹脂的應用非常廣泛，主要有以下幾大方面：（1）一般軟制品：利用擠出機輔助相應模具設備生產聚氯乙烯糊樹脂片、管、墊、塊；可制成塑料鞋底、鞋面、鞋襯材料等；在飲料行業中可用作啤酒、碳酸飲料瓶蓋的密封材料；（2）涂層制品：將糊樹脂涂敷于布或紙張等其他基材上，然后在 100 攝式度以上塑化而成。也可以先將

6、 PVC 與助劑壓延成薄膜再與襯底基材加墊壓合而成。聚氯乙烯糊樹脂人造革可以用來制作皮相、皮包、書的封面、沙發及汽車的坐墊、壁紙等建筑裝飾材料； （3）泡沫制品：在聚氯乙烯糊樹脂中加入大量的發泡劑作成片材，經發泡成型為泡沫塑料，可作為抗沖材料、保護性安全制品及填充材料，還可以作為泡沫高級涼鞋、坐墊、高級消音等的材料； （4）黏合劑與密封膠：聚氯乙烯糊樹脂及改性樹脂與其他化工原料相結合，制成的黏合材料經化學處理后可用于制造汽車上的密封膠； （5）涂層與涂料：聚氯乙烯糊樹脂及改性樹脂可以作為鋼板、硬質塑料的表面涂層。這種涂料具有抗沖擊性、耐老性、耐侯性良好、附著力強等優點，廣泛應用于汽車底盤涂料、

7、車內涂料于裝飾，還用于其他鋼鐵工業及鋼鐵表面裝飾與材料防腐。由于聚氯乙烯糊樹脂具有良好的分散性和穩定的流動性，還可用于高品質彩色印刷；（6）糊制品：將聚氯乙烯糊樹脂分散在液體增塑劑中，使其溶脹塑化而成增塑溶膠，假如穩定劑、填料、著色劑等，經充分攪拌、脫氣泡后配成糊，再用浸漬、澆鑄等加入成各種制品，還可以將聚氯乙烯糊樹脂加熱中，再加入其他輔助材料，制成一次性用手套等醫療器材，以及其他材料的墊襯材料；（7）板材：在聚氯乙烯糊樹脂中加入改性材料或表面強化材料，經混合塑化4壓延可制成性能優良的板材、運輸帶和高級膠塑材料。除普通型的聚氯乙烯糊狀樹脂外，其他相關改性產品如摻混樹脂、氯醋酸樹脂等，由于其具有

8、的獨特的性能而在汽車塑溶膠、PVC方塊地毯、印花油墨、人造革底糊和邊糊、壁紙、人造革、浸漬制品中，其用量將隨著應用開發力度的不斷加大而增加，大量取代進口。我國絕大多數企業主要采用電石原料路線，成本較低。雖然我國PVC糊樹脂年進口量不斷增加，但由于原油價格高位盤整，加之國外生產原料成本較高，進口糊樹脂的價格居高不下，無形中削弱了進口貨源與國內資源的相比競爭力。因此，目前國產PVC糊樹脂的主流價格保持在10000-10400元/噸之間。1 13 3 市場現狀和前景展望市場現狀和前景展望 世界聚氯乙烯糊樹脂年產量為200萬余噸，生產工藝主要采用微懸浮法、種子乳液法和微懸浮種子法，產品主要集中于歐美和

9、亞洲。國外發達國家聚氯乙烯生產主要采用的是乙烯工藝路線，我國主要采用的主要是電石法生產工藝路線。我國PVC糊樹脂生產工藝以種子乳液聚合為主，其他生產工藝路線還有微懸浮種子法、懸浮聚合法等，絕大多數采用電石原料路線。20世紀50年代我國PVC糊樹脂工業開始生產，在5070年代共建有8個生產廠，生產規模為100500噸/年，生產工藝主要以種子乳液法為主，只能生產8個型號的PVC糊狀樹脂。進入80年代，我國PVC糊樹脂的生產廠家先后引進了國外7家PVC糊樹脂生產技術。 目前，我國PVC糊樹脂的生產廠家有近20家，總生產能力為30萬余噸，產量也近30萬噸，進口量約為15萬噸。至2005年以來，國內PV

10、C糊樹脂行業發展十分迅猛，現有企業生產能力不斷增加。其中，沈陽化工股份有限公司糊樹脂生產能力擴產之后已經達到12萬噸/年，生產能力居亞洲第一，世界前三位。2007年，我國PVC糊樹脂下游消費約增長10%，特別是在汽車、建筑、電子和涂料的方面的需求顯著增加。據統計，國內PVC糊樹脂產能與產量雖然得到了快速增長，但我過PVC糊樹脂進口量每年仍在13萬15萬噸上下浮動，進口最高年份甚至接近了16萬噸，這說明國內PVC糊樹脂發展仍有較大空間。5從應用領域看，近幾年我國汽車、建筑、玩具、電子及涂料都發展很快。以汽車應用領域為例。PVC糊樹脂僅汽車膠一個品種，就在底盤防石擊涂料、車身焊封密封膠、點焊膠、濾

11、芯膠、緩沖膠等多處應用。從產品結構看，我國在PVC糊樹脂生產的大都是均聚物，共聚物極少。均聚物是單體聚合技術，因在應用中要求依附材料耐溫好，起應用發展受到限制。而我國在前期引進的35種牌號中都是通用型均聚物，卻無共聚牌號。共聚物可以加入第二單體的先進技術，目前國內掌握共聚技術并能生產高端產品的很少，并且在共聚物技術基礎上開發出的專用料也只有區區幾個牌號。總之，目前我國 PVC 糊樹脂行業整體發展較為平穩，我國應該不斷擴大產品的應用領域，增加產品型號，形成差異競爭、錯位競爭的良性競爭格局；加強企業之間的技術交流，加速提高行業整體技術水平。第二章第二章 設計工藝說明設計工藝說明2 21 1 懸浮聚

12、合工藝懸浮聚合工藝懸浮聚合是通過攪拌器不斷進行攪拌，使單體液滴在水中保持懸浮狀態，聚合反應在單體小液滴中進行，通常懸浮聚合反應為間歇聚合。懸浮聚合過程可以看作是在數以百萬計的小 “反應器” (單體珠滴) 中進行的本體聚合。反應釜容積為，氯乙烯在其飽和蒸氣壓之上被壓縮為液態，在高速攪325 150cm拌下分散于水中，通過夾套或回流冷凝器排出反應熱，用擋板調節攪拌效果；加入保護膠體（分散劑）來防止液滴聚并，這樣形成的穩定分散體系，液滴平均直徑為；另一個重要成分為油溶性自由基引發劑。30 40 m向反應器中加入的物料組成通常稱為配方。懸浮聚合的基本配方有水，VCM，引發劑和分散劑組成，如下：VCM

13、100 份 保護膠體 0.050.15 份水 90130 份引發劑 0.030.08 份62 22 2 生產工藝描述生產工藝描述生產工藝為采用懸浮法生產 PVC 糊樹脂。其生產過程由單體氯乙烯（VCM） 、聚合、汽提、脫水干燥、包裝等部分組成。同時還包括原料、輔料供給系統，VCM 回收系統，及環保治理系統等。 PVC VCM, , VCM 圖 2.1 PVC 糊樹脂懸浮聚合工藝流程221 種子制備工序由種子聚合釜（A）釜出來的乳漿經過種子過濾器過濾后，被送往種子乳漿槽中儲存。從種子乳漿槽中出來的種子乳漿經過種子計量泵過濾器過濾后，由種子計量泵輸送到種子計量槽中，通過計量槽輸送到各聚合釜。222

14、 配料工序主要是指氨鹽（引發劑） 、催化劑、乳化劑和后混合劑的制備。從市場上購買來的濃度為 20%的氨水儲存在氨劑貯槽中，以氮氣作為保護氣體。貯槽中的氨水經氨劑輸送泵送到鹽溶解器、乳化劑溶解槽配制引發劑和乳化劑；另外，氨水的另一條線被輸送到卸料槽進行脫氣。從溶解器中出來的鹽溶液被輸送到聚合釜；催化劑溶解槽主要是用于配制催化劑，通過催化劑過濾器過濾后由催化劑加料泵送往聚合釜；由氨水貯槽過來的氨水進入乳化劑溶解槽，在飽和蒸汽預熱下配制乳化劑，經乳化劑過濾器過濾后由乳化劑加料泵輸送到聚合釜；7另外一部分乳化劑被送到后混合劑加料槽中，與粗后混合劑及 NaOH 溶液混合配制成后混合劑，經過濾器過濾后由泵

15、分別輸送至聚合釜和卸料槽。223 PVC 聚合工序聚合生產為分批作業方式，首先向聚合反應釜中加入水、引發劑、分散劑、加熱到預定溫度后加入 VCM，在攪拌條件下進行聚合反應，控制反應時間和反應溫度，達到預設的終止條件時加入抑制劑使反應終止，反應生成物稱為漿料；將 PVC 漿料轉入下道工序，并放空聚合反應釜，用水清洗反應釜后在密閉條件下進行涂壁操作，然后重新投料生產。反應后的 PVC 漿料由聚合釜送至漿料槽，再由汽提塔加料泵送至汽提工序。蒸汽總管來的蒸汽經蒸汽過濾后，對漿料中的 VCM 進行汽提，VCM 隨氣提汽從漿料中帶出。氣提汽冷凝后，經含氧分析，合格后排入氣柜或去聚合工序回收壓縮機，含氧不合

16、格時排空。冷凝水送至聚合工序廢水汽提塔。其生產流程請見圖 2.2 VCM 回收 VCM 成 水 聚 干 汽 品 引發劑 提 燥 包 分散劑 合 裝 圖 2.2 PVC 生產流程示意框圖2231 聚合反應中技術對于聚合反應工段中提高聚合質量、對聚合反應進行優化、提高聚合反應能力采取了聚合釜密閉技術、高溫熱脫鹽水技術和二次加水技術。（1）聚合釜密閉技術 是指周期性聚合生產中不需要開人孔清釜的技術，它能降低操作人員的勞動強度，減少 VCM 單耗和對環境的污染，在下一批次聚合生產時不需要抽真空脫除聚合釜內空氣中的氧氣，減少了聚合輔助時間。要順利實現聚合釜密閉技術，必須解決聚合釜自動防粘釜噴涂技術，選用

17、高效防粘釜劑，解決聚合釜自動水洗技術及聚合釜下料不完全的技術問題。密閉技術聚合釜放料最好采用泵輸送，在聚合釜放料結束時可以通過泵壓力或電流得出，這8樣可避免放料不凈造成水洗廢料單耗高的問題。此設計中聚合釜的密閉技術采用雙位防黏釜噴涂設備和雙位自動高壓水設備，可以防止聚合釜存在噴涂和水洗不到的死區而造成的 PVC 糊樹脂下一批料的質量下降。（2）高溫熱脫鹽水技術 對于脫鹽水部分采用采用高溫熱脫鹽水技術，此技術在 VCM 聚合時不需升溫時間，縮短了聚合反應輔助時間，同時由于脫鹽水溫度高，使得脫鹽水中氧氣含量減少，有助于縮短聚合時間。采用高溫熱脫鹽水技術時，引發劑必須使用水乳型引發體系，而且引發劑必

18、須在最后加入，否則會導致 PVC 樹脂“魚眼”數增加，此設計中的引發劑由釜底加入，這樣加入比由釜頂加入更有利于引發劑在聚合體系的分散，避免局部過熱聚合，減少“魚眼”數。（3）二次注水技術 VCM 聚合隨著反應時間的進行，聚合釜內物料體積不斷收縮，物料黏度不斷增大，在聚合末期體積比反應前收縮 1/6。因此本設計采用二次注水技術，這樣做能提高反應前加入 VCM/H2O 的比例，提高聚合釜生產強度；降低反應過程中物料的黏度，提高聚合釜移熱能力。224 脫氣工序脫氣工序中主要設備是卸料槽，從聚合釜中過來的乳漿含有雜質，必須要經過卸料槽進行排氣剝離，除去未反應單體和雜質。經排氣剝離的乳漿固含量約為 40

19、%，被送到乳漿貯槽中進行儲存；而未反應單體則從槽上面消泡器出口進入回收工序，先后經過乳漿回收槽、VCM 氣體回收槽，除去單體上所帶的雜質后，由回收 VCM 氣體真空泵輸送到回收 VCM 氣體密封水槽中進行處理，之后送到氣柜重新利用。VCM 回收系統工藝流程見圖 2.3 聚合釜排氣 水 混合槽排氣 氣壓縮機 氣液 分 氣 提 汽 柜 化 (N2、VCM) 離 液 VCM 貯槽 水 氣提9圖 3.3 VCM 回收系統工藝流程圖2241 壓縮冷凝法回收 VCM 氣體脫除 PVC 漿料中 VCM 的方法可用直接回收的法，就是將未反應的 VCM 氣體直接回收至氣柜，PVC 漿料在回收槽中用壓縮空氣對漿料

20、中殘留的大量 VCM 進行脫除，氣體直接放空，污染環境。本設計采用壓縮冷凝法回收未反應的 VCM 氣體。壓縮冷凝方法是將未反應的 VCM 氣體直接送入壓縮機，壓縮后的氣體經冷凝器， VCM 氣體壓力高于冷凝器入口壓力時，直接進入冷凝器冷凝，冷凝后液體 VCM 靠液位差直接流入回收至單體貯槽備用，冷凝器中不凝性氣體直接排放，排放的尾氣中大約含 VCM 1-5%。漿料經汽提脫除的未反應 VCM 后直接回收至氣柜，經汽提后 PVC 漿料中殘留的 VCM 質量分數由 400-1000g/g 降至 10g/g，這樣使 PVC 樹脂中的 VCM含量大大降低。回收貯槽中的廢水定期排放于廢水貯槽中，經單獨汽提

21、處理后再排放。聚合釜入料時，回收的 VCM 與新 VCM 按規定比例混合使用。該回收裝置可同時回收漿料汽提塔頂的 VCM 氣體。此種技術可以縮短工藝路線、減少設備和回收時間。225 干燥工序本設計中由汽提工序來的 PVC 漿料連續送入離心機進行干燥。干燥工段主要有糊樹脂干燥和干料研磨兩個階段。首先，膠乳通過膠乳過濾器和膠乳安全過濾器過濾，在霧化器中形成霧狀后進入干燥室，同時經過濾后的空氣由泵打入空氣加熱器加熱后與蒸汽會合，進入干燥室，將膠乳汽化干燥。之后，純產品直接進入旋風分離器，而帶雜質的膠乳經過袋濾器后也進入旋風分離器。在旋風分離器中，氣體被排出，而固體通過振動篩后，不合格的產品流入粗料貯

22、槽，合格的產品流入研磨料倉，進入研磨工序。產品進入研磨工序后，打開加料旋轉閥，膠乳干料進入研磨機，先分選后研磨，研磨成粉末狀固體顆粒后進入第二袋濾器，過濾后進入成品料倉儲備，經旋轉加料器進入小料筒，然后用包裝機進行包裝成袋裝產品。目前，國內 PVC 生產主要采用氣流加旋風干燥技術和高效組合旋流干燥技術。高效組合旋流干燥技術在節能方面比氣流加旋風干燥技術又有進一步的提10高，節能達 25%，空氣用量減少約 20%，產生的尾氣量和粉塵量也相應減少。2 23 3 主要物料主要物料231 主要物料介紹(1) 水 要求聚合體系中用的水為去離子水，因為離子特別是鈉離子會影響保護膠體等添加劑的作用，并影響最

23、終聚合物性能，使體積電導率下降；(2) 保護膠體（分散劑） 在懸浮聚合中使用的保護膠體有兩大類：主分散劑和輔助分散劑。主分散劑的主要作用是控制產品粒徑，同時也會影響空隙率和其他形態學性能。對 PVC 的要求是殘余 VCM 盡量低，同時盡量容易吸收增塑劑，這就要求 PVC 粒子具有更高且更均一的孔隙率，在加入主分散劑的同時，配入輔助分散劑，可以滿足這樣的要求；(3) 穩定劑 其作用主要是在 PVC 樹脂熱加工過程吸收分解產生的 HCl，以避免 HCl 進一步催化樹脂分解；消除反應生成的自由基或與生成的雙鍵加成，從而消除共軛雙鍵體系。其次是聚氯乙烯塑料制品使用過程中防止或延緩老化過程。在熱加工過程

24、中產生穩定作用的稱為熱穩定劑；(4) 增塑劑 是難以揮發的小分子化合物。用于聚氯乙烯的增塑劑必須能夠擴散進入聚氯乙烯大分子之間，并且可與聚氯乙烯混溶。所以對聚氯乙烯增塑劑的分子結構要求是：含有極性集團，但極性不能過強；含有可極化的集團如苯基；還含有適當斂長的非極性集團；(5) 填充料 在 PVC 中加入某些無機填料作為增量劑，以降低成本，同時提高某些物理機械性能（如硬度、熱變形溫度、尺寸穩定性與降低收縮率） ，增加電絕緣性和耐燃性。232 影響PVC樹脂質量的主要因素種子膠乳的質量直接影響著PVC的反應，繼而影響樹脂質量。種子粒徑過大或過小都會影響聚合反應的平穩進行，造成反應波動大，難于控制，

25、嚴重時會出現破乳，有時在使用某批種子的生產過程中未出現上述不良現象，但生產出的樹脂的B型黏度偏高(或個別超標)，這主要是由于本批種子的內在質量稍差，造成膠乳中大小粒匹配不合理，使樹脂的糊黏度升高。233 膠乳粒子的分布對PVC樹脂質量的影響種子乳液法生產的成品膠乳的粒徑是呈雙峰分布的，大小粒子的粒徑分布11是否合理是評價成品膠乳內在質量的一項重要指標，所以在使用品質較好的種子的前提下，還要嚴格控制好初始乳化劑的加入量，只有兩者的使用量合理匹配，才能生產出質量較好的PVC樹脂。前期不反應或反應極弱對PVC樹脂質量的影響 聚合反應前期不反應或反應極弱現象在以往也曾出現過，但屬于極個別的現象，沒對生

26、產造成較大的影響，可自2003年下半年以來，不反應現象十分嚴重，表現為人孔投入所需助劑及種子后，再加入單體0812 m3后，開始加入催化劑，當加入40 L催化劑后反應釜仍沒出現反應熱，甚至為負值(正常時加入30 L催化劑就開始反應)，然后采用補加Cu劑的方法促使反應進行，這樣使聚合反應后期溫度波動很大，反應溫度不好控制，峰溫偏低，吹除壓力高，個別釜次還出現破乳現象，回收過程中帶料嚴重，膠乳黏稠，打料困難，干燥的樹脂B型黏度超標。瞬時乳化劑加入量對PVC樹脂質量的影響 在乳液聚合中乳液體系的穩定性是非常重要的，乳化劑的加入量是否適宜將直接影響整個反應體系的穩定性。當乳化劑加入量過低時，僅部分膠乳

27、粒子表面被乳化劑分子覆蓋保護，易造成大部分膠乳凝聚，甚至出現破乳情況；而乳化劑加入量過多又會造成反應劇烈，不易控制，使小粒子數增多，粒徑分布不合理，同樣會影響樹脂質量。干燥器出口溫度對PVC樹脂質量的影響 膠乳在噴霧干燥過程中，若干燥器出口溫度過高，則形成的二次粒子凝集很牢固，從而造成樹脂在調糊過程中不易崩解為一次粒子或崩解速度較慢，從而導致糊性能差。234 相應措施及對策對種子品質的控制：在配方不改變的情況下，生產過程中時常出現種子粒徑重復性差及含固量不穩定的現象，制定了如下措施：(1) 固定種子聚合釜避免由于變換聚合釜而造成種子粒徑重復性差；(2) 生產種子時由專人負責操作控制，避免由于操

28、作人員控制手法不同而造成種子粒徑重復性差。2 24 4 質量指標和分析質量指標和分析所有的 PVC 生產商都要對每一批產品測定一些列參數，這是常規質量控制12的一部分。這些參數包括 K 值、平均粒徑及其分布、表觀密度、空隙率、雜質、分散性、顏色、熱穩定性和 VCM 的殘留量。由于不同的生產廠家生產批量大小不同，漿料混合設備的復雜程度有差異，干燥車間料倉容積也有差別，所以很難給出典型的測試規范。采用大型壓力釜的現代生產廠，要對每一釜聚合物進行測試，另外還要測定干燥和混合后的產品，以作比較。第三章第三章 工藝計算工藝計算3 31 1 聚合物料衡算示意圖聚合物料衡算示意圖 PVC PVC PVC P

29、VC PVCPVC NaOH PVC PVC NaOHPVCVC VC P-PVCRVCM圖 3.1 聚合物料衡算示意圖3 32 2 聚合物料計算聚合物料計算321 反應各步驟損失量13聚合部分 粘壁、泄露、泡末夾等損失占 1%； 沉析部分 破壞低聚物及吹風降溫損失占 1%； 離心部分 母液中帶走損失占 0.5%； 干燥部分 飛揚、旋風分離及不合格物損失 2%； 提氣 VCM 回收率 95%322 聚合配方、操作周期和反應條件（1） 聚合配方：水、VCM、乳化劑、種子、分散劑、引發劑、還原劑、后混合劑、填充料等；（2） 操作周期： 聚合釜入料水 15minVCM 15min攪 拌 10min

30、升 溫 30min反 應 9h出 料 30min131313清釜置換等 50min 共 計 11h30min預定每日生產 2 批（3） 聚合條件 溫 度： 510.5 C 出料壓力： 6kg/cm2（表壓） 轉 化 率： 85% 沉析溫度： 76 C干 燥： 氣流干燥出口物料含水 5% 沸騰干燥器出口物料含水 0.3%（4） 年工作日：330d/a 總工作時間：7920h質量指標：VCM 純度為 99% 其它原料視為純物質因為只對聚合工序做物料衡算，所以不用考慮產品的其他質量指標；成品后處理損失 2%；選擇計算基準與計算單位：因為是間歇式操作過程，所以基準為“批” ，單位為 B/d；14確定計

31、算順序：由于產物和原料之間的化學計算比例采用倒推式的計算順序。間歇式操作：每天生產 2B，設配料35000 10330 2 0.98)7730.36/kg B 每批應生產的聚合物數量（及化學品全部結合到聚合物中 VCM 轉化率 85%；（5） 各原料所占比例：VCM ： 100 份去離子水 ： 150 份乳 化 劑 ： 1.0 份引發劑、還原劑： 0.03 份氧 化 劑 ： 0.05 份種 子 ： 2 份其他化學品增 塑 劑 ： 8 份穩 定 劑 ： 1 份抗 氧 劑 ： 1 份紫外線吸收劑： 0.1 份螯 合 劑 ： 0.1 份潤 滑 劑 ： 0.5 份填 充 料 ： 10 份總 計 ： 2

32、73.78323 反應工藝流程及各部損失圖 1% 30% 0.5% 2% 2%VCM 85% 1% 圖 3.2 反應工藝流程及各部損失圖324 各步驟損失計算（1） PVC 糊樹脂產量:5000t/a，成品包裝工序損失 2%：；5000(1 2%)5102.045 / t a干燥部分 飛揚旋風分離損失占 2%離心部分 損失占 0.5%到達干燥工序的物料數量為，15；5102.045(1 2.5%)5232.87 / t a由于乳膠固含量為 30%，乳膠數量=；5232.8730%17442.89 / t a聚合部分 粘壁，泄露，泡沫夾帶等損失占 1%沉析部分 破壞低聚物及吹風降溫損失占 1%到

33、達聚合部分的物料數量=；17442.89(1 2%)17798.87 / t aVCM 轉化率為 85%，配料及化學品全部結合到聚合物中則加入到聚合釜中的物料數量=；17798.8785%20939.85 / t a（2） 年工作 330 天，每天生產數量=20939.85330=63.45t/d=63450kg/d；每天生產 2 批，則每批生產數量=，63.45231.73 / t B既每天每批的產量 31730kg/B；（3）計算各物料量：由各物料占總量的百分比計算 VCM、配料、去離子水、化學品等數量；由各物料所占總物料的比例可計算各物料每天每批的投料量：VCM 的質量百分比：100:2

34、73.78 每批應加 VCM 數量=；31730kg/B 100/273.7811588.75kg/B VCM 的純度為 99%， 所以每批加的 VCM 數量=；11588.7599%11705.81/kg B 去離子水的質量百分比：150:273.78 每批應加去離子水數量=；31730kg/B 150273.7817384.40kg/B 乳化劑的質量百分比：1:273.78 每批應加乳化劑數量=；31730kg/B 1 273.78115.90/kg B 引發劑 還原劑的質量百分比：0.03:273.78 每批應加引發劑 還原劑的數量=；31730kg/B 0.03273.783.48kg

35、/B 氧化劑的質量百分比：0.05:273.7816 每批應加氧化劑的數量=；31730kg/B 0.05273.785.79kg/B 種子的質量百分比：2:273.78 每批應加種子的數量=；31730kg/B 2273.89231.79kg/B 聚合釜中所加的化學品的質量百分比：20.7:273.78 (其中增塑劑：8 份；穩定劑：1 份；抗氧劑：1 份；紫外線吸收劑：0.1份；螯合劑：0.1 份；潤滑劑：0.5 份；填充料：10 份)每批應加的化學品數量=31730kg/B 20.7273.782399.05kg/B表 3.1 各物料投料量整理如表：總投料量 31730（kg/B）VCM

36、去離子水乳化劑引發劑、還原劑氧化劑種子化學品11705.8117384.40115.903.485.79231.792399.053 33 3 反應釜設計反應釜設計由設計要求選用攪拌釜反應器。攪拌裝置主要作用是強制物料流動，強化傳熱與傳質效果；使物料充分接觸，均勻混合；強化表面更新作用，有利于小分子組分的氣化；使非均相物料分散。因此攪拌釜反應器對各種反應體系適應性強，操作彈性大，適用溫度和壓力范圍廣既可用于間歇操作，又可用于連續操作。攪拌釜反應器設計的主要內容：反應器的結構主要由釜體、攪拌裝置、傳熱裝置、工藝接管、軸密封裝置等組成。反應器釜體與貯罐外型相近，是有圓形直筒部分與上下封頭組成。33

37、1 反應器體積的計算：間歇操作a. 根據年產量確定日產量：163450.dWkg d17聚合釜入料：水 15minVCM 15min攪 拌 10min 升 溫 30min反 應 9h出 料 30min清釜置換等 50min ，共計 11h30min 取 既=12h；Tb. 每天生產的批數為：aRT式中-一個生產周期的時間，h；T-反應達到預期轉化率所需反應時間，h；R-投料、出料、物料升（降）溫、設備升（降）溫等輔助操作時間，ah。1212/24/24dBT既每天生產 2 批；c. 反應器裝料系數 TRVV / 式中 -反應液體積（反應液體積變化時，按反應液最大體積計算） ，RV3m -反應器

38、實際體積，TV3m 攪拌釜反應器，取 0.7；d. 計算反應器體積及臺數反應液混合密度：33.1012. 1%)301 (0 . 1%304 . 1mkgm18由 mdRWV/3363450/1.12 10228.33RVm3/28.33/0.740.47TRTVVnm設反應器臺數為 2，則每臺反應器體積；328.33214.17TiVm既得實際反應器體積為 15m3；332 釜體外形尺寸的設計：a. 封頭形式 采用橢圓封頭 橢圓曲面部分是長軸與短軸之比為 2：1 的半橢圓弧線，圍繞橢圓短軸軸線旋轉而形成的曲面。標準橢圓封頭的直邊高度與封頭的直徑有關。從力學角度，標準橢圓封頭的應力分布比較均勻

39、，封頭的強度與其連接的筒體強度相等，所以攪拌釜反應器和壓力容器的封頭大都選用標準橢圓封頭。橢圓封頭的具體設計標準參見下表：表 3.2 標準橢圓封頭的設計參數封頭名稱封頭高度（h）封頭側面積（S）封頭體積（V）標準橢圓封頭025D10832D01313D表 3.3 標準橢圓封頭直邊高度與直徑的關系設備直徑（mm）300，350400，4505002200220032003200直邊高度（mm）2525，4015，40，5040，505019b. 釜體計算：聚合釜日產量=63450kg/d采用間歇式操作其中 ；hR9ha5 . 2則間歇操作周期： 取 12hhaRT5 .115 . 29混合液密度

40、：331012. 1mkgm反應液體積：33/ 2463450 12(24 1.12 10 )28.33RdTmVWm反應器的總體積：3/28.33/0.740.47TRTVVnm查上表標準橢圓封頭的體積為 0131，3D4/Dh封攪拌反應器釜體的長徑比 H/D=2令：h 為釜體直邊高度，H 為反應器釜體總高度，則：DDhhhH5 . 12/2封若取：H/D=1.5D，則有：h=D33332047. 1262. 04262. 04DDDDhDVT33/1.04740.47/1.0473.38TDVm 雖然反應器屬于非標準設備，但用于制造反應器的上下封頭仍應選用標準封頭。因為 H/D 比值較小，

41、所以此處按公稱尺寸選定釜體直徑為 3.3m釜體的直邊高度為：232(2)/(0.785)(40.472 0.131 3.3 )/0.785 3.33.63ThVVDm 封釜體的實際高度：2023.632 3.3/ 45.28Hhhm 封由表取封頭直邊高度為 50mm，釜體圓形直筒部分高度：3.632 0.053.53m 反應器的實際體積為：23233/ 40.2620.785 3.33.630.262 3.340.45TVD hDm反應器的實際長徑比：H/D=5.28/3.3=1.6最高液位：232max(/0.7853.3/ 4(28.330.131 3.3 )/0.785 3.33.59R

42、hhVVDm封封）最低液位：2min32 1/0.7853.3/ 4(1 0.2) 28.330.131 3.3 /0.785 3.32.93RhhVVDm封封（）3 34 4 聚合工段管道聚合工段管道計算計算341 流量查表 3.4 可知：表 3.4 物料的流量 （）sm /3SLTVWJHVCATVSOAPVGNVPURGV0001962500157000031400003140039250471體積流量：單位時間內流體流經管路任一截面的體積稱為體積流量，以 V 表示，其單位為。sm /3342 流速21a平均流速流速是指單位時間內流體質點在流動方向上所流經的距離。實驗證明，流體在管路內流

43、動時，由于流體具有黏性，管路橫截面上流體質點速度是沿半徑變化的。管路中心流速最大，越靠管壁流速越小，在緊靠管壁處，由于流體質點黏附在管壁上，其流速等于零。但工程上，通常用管路截面積除以體積流量所得的值來表示流體在管路中的速度。此種速度稱為平均速度，以 u 表示，單位為 m/s。流量與流速關系為AVu/式中 A 為管路的截面積；由公式可得：smAVusmAVusmAVusmAVusmAVusmAVuPURGPURGPURGGNGNGNSOAPSOAPSOAPCATCATCATWJHWJHWJHSLTSLTSLT/150314. 0/471. 0/200019625. 0/03925. 0/100

44、0314. 0/000314. 0/1000314. 0/000314. 0/200785. 0/0157. 0/10019625. 0/0019625. 0/b. 管路直徑的估算若以 d 表示管內徑，則式可寫成AVu/uVddVdVu785. 0/785. 0/)4/(22于是由公式可得：0.0019625/0.785 10.05500.0157/0.785 20.051000.000314/0.785 10.02200.000314/0.785 10.02200.03925/0.785 200.05500.471/0.785 150.2200SLTWJHCATSOAPGNPURGdmmmdmmmdmmmdmmmdmmmdmmm 表 3.5 聚合釜進料管管徑整理如表（mm）：22物料SLTdWJHdCATdSOAPdGNdPURGd管徑50100202050200第四章