悬浮聚合法年产30万吨聚氯乙烯车间工艺设计毕业设计说明书1 精品.docx
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悬浮聚合法年产30万吨聚氯乙烯车间工艺设计毕业设计说明书1精品
毕业设计说明书
悬浮聚合法年产30万吨聚氯乙烯
车间工艺设计
悬浮聚合法年产30万吨聚氯乙烯车间工艺设计
摘要
本文概述了聚氯乙烯的性质、应用、发展状况、工艺进展以及聚合过程中的影响因素，在此基础上确定了聚氯乙烯悬浮聚合的生产工艺路线和相关参数。
然后在物料衡算、热量衡算的基础上进行了设备选型、车间布置和经济核算。
文中还对防火防爆防雷和三废的处理回收等方案进行了简单的阐述。
最后绘制了带控制点的工艺流程图、主体设备图和车间布置图。
关键词：
聚氯乙烯，悬浮聚合，反应釜，工艺设计
TheprocessdesignforPVCworkshopofsuspensionpolymerizationwithannualoutputof300000tons
Abstract
Theproperties,application,developmentandthetechnologyprogressofPVCweresummariedinthispaper.Aftertheinfluencefactorsofsynthesisprocessdiscussed,theproductionofaceticanhydrideprocessrouteandrelatedparametersaredetermined,andthematerialbalanceandheatbalanceofmainequipmentswerecalculated.Basedonthis,theequipmentsselection,workshoplayoutandeconomicaccountingwereaccomplished.Inaddition,theprotectionoffire,lightning,poisonand"threewastes"treatmentrecoveryplanweresimplydiscussed.Finallytheprocessflowchartwithcontrolpoint,thefigureofmainequipmentsandworkshoplayoutweredrawed.
Keywords:
PVC；suspensionpolymerization；agitatedreactor；processdesign
1绪论………………………………………………………………………………1
1.1聚氯乙烯简介…………………………………………………………………1
1.2聚氯乙烯的发展状况…………………………………………………………1
1.3国内外聚氯乙烯悬浮聚合的工艺进展………………………………………1
1.3.1国内聚氯乙烯悬浮聚合的工艺进展…………………………………………2
1.3.2国外聚氯乙烯悬浮聚合的工艺进展…………………………………………3
1.4聚合工艺实践方法……………………………………………………………5
1.4.1本体聚合生产工艺……………………………………………………………5
1.4.2乳液聚合生产工艺……………………………………………………………5
1.4.3悬浮聚合生产工艺……………………………………………………………5
1.5悬浮聚合生产工艺的两种操作方法的比较…………………………………6
1.5.1连续式操作……………………………………………………………………6
1.5.2间歇式操作……………………………………………………………………7
1.6氯乙烯悬浮聚合生成聚氯乙烯过程中的影响因素…………………………7
1.6.1纯水的影响……………………………………………………………………7
1.6.2乙炔的影响……………………………………………………………………7
1.6.3高沸物的影响………………………………………………………………8
1.6.4聚合体系中氧的影响………………………………………………………8
1.6.5聚合体系中铁的影响………………………………………………………8
1.6.6分散剂的影响………………………………………………………………8
1.6.7引发剂的影响………………………………………………………………9
1.6.8涂釜剂的影响………………………………………………………………9
1.6.9调节剂的影响………………………………………………………………9
1.6.10聚合温度的影响……………………………………………………………9
1.6.11无机添加剂的影响…………………………………………………………9
2本设计的工艺流程和相关参数的设定…………………………………………11
2.1本设计拟采用的方法…………………………………………………………11
2.1.1生产方法……………………………………………………………………11
2.1.2反应机理……………………………………………………………………11
2.2本设计拟采用的工艺条件……………………………………………………11
2.2.1聚合釜的选择………………………………………………………………11
2.2.2氯乙烯单体回收冷凝系统…………………………………………………13
2.2.3气提系统……………………………………………………………………14
2.2.4离心系统……………………………………………………………………14
2.2.5PVC树脂的干燥系统………………………………………………………15
2.3工况温度的选择………………………………………………………………15
2.4本设计拟采用的生产工艺路线和工艺参数…………………………………16
2.4.1生产工艺路线……………………………………………………………16
2.4.2主要工艺参数……………………………………………………………16
2.4.3工艺流程图………………………………………………………………17
3物料衡算…………………………………………………………………………18
3.1有关设计参数设定……………………………………………………………18
3.2本工艺的配方………………………………………………………………18
3.3聚合釜的物料衡算……………………………………………………………18
3.3.1物料平衡图…………………………………………………………………19
3.3.2反应前后各物质的质量计算………………………………………………19
3.3.3物料衡算表…………………………………………………………………19
3.4混料槽的物料衡算……………………………………………………………20
3.4.1物料平衡图…………………………………………………………………20
3.4.2混料前后各物质的质量计算………………………………………………21
3.4.3物料衡算表…………………………………………………………………21
3.5汽提塔的物料衡算……………………………………………………………21
3.5.1物料平衡图…………………………………………………………………21
3.5.2汽提前后各物质的质量计算………………………………………………22
3.5.3物料衡算表…………………………………………………………………23
3.6离心部分的物料衡算…………………………………………………………23
3.6.1物料平衡图…………………………………………………………………24
3.6.2离心前后各物质的质量计算………………………………………………24
3.6.3物料衡算表…………………………………………………………………24
3.7气流干燥部分的物料衡算……………………………………………………24
3.7.1物料平衡图…………………………………………………………………25
3.7.2干燥前后各物质的质量计算………………………………………………25
3.7.3物料衡算表…………………………………………………………………25
3.8沸腾干燥部分的物料衡算……………………………………………………25
3.8.1物料平衡图…………………………………………………………………25
3.8.2干燥前后各物质的质量计算………………………………………………26
3.8.3物料衡算表…………………………………………………………………26
3.9筛分部分的物料衡算…………………………………………………………26
3.9.1物料平衡图…………………………………………………………………26
3.9.2筛分前后各物质的质量计算………………………………………………26
3.9.3物料衡算表…………………………………………………………………26
3.10全过程物料衡算…………………………………………………………27
3.10.1间歇操作过程物料衡………………………………………………………27
3.10.2连续操作过程物料衡算……………………………………………………27
4能量衡算…………………………………………………………………………29
4.1热量衡算方程…………………………………………………………………29
4.2聚合釜的热量衡算……………………………………………………………29
4.2.1有关参数的选择……………………………………………………………29
4.2.2春季时聚合釜热量衡算……………………………………………………30
4.2.3夏季时聚合釜热量衡算……………………………………………………31
4.2.4秋季时聚合釜热量衡算……………………………………………………32
4.2.5冬季时聚合釜热量衡算……………………………………………………33
4.3汽提塔的热量衡算……………………………………………………………34
4.4汽流干燥部分的热量衡算……………………………………………………34
4.4.1气流干燥部分的相关数据…………………………………………………35
4.4.2热量衡算……………………………………………………………………35
4.5沸腾干燥部分的热量衡算……………………………………………………34
4.5.1相关数据的选择和设定……………………………………………………39
4.5.2热量衡算……………………………………………………………………40
5设备选型…………………………………………………………………………45
5.1聚合釜的选择…………………………………………………………………45
5.1.1釜外型尺寸及内部构件辅助设备的参数…………………………………45
5.1.2聚合釜台数及设备后备系数的计算………………………………………45
5.1.3聚合釜外形尺寸的设计……………………………………………………46
5.1.4搅拌装置的设计……………………………………………………………47
5.1.5工艺管口的设计……………………………………………………………47
5.2混料槽的选择…………………………………………………………………49
5.3汽提塔的选择…………………………………………………………………49
5.3.1塔尺寸及塔的特性参数……………………………………………………49
5.3.2操作工艺条件………………………………………………………………50
5.3.3气提塔的数量………………………………………………………………50
5.4离心机的选择…………………………………………………………………50
5.5气流干燥床的选择……………………………………………………………51
5.6沸腾干燥床的选择……………………………………………………………52
5.6.1适宜操作气速的计算………………………………………………………52
5.6.2沸腾床和挡板高度的计算…………………………………………………53
5.6.3分布板结构设计……………………………………………………………54
5.7换热设备的选型和工艺计算…………………………………………………55
5.7.1气提塔中螺旋板换热器设计………………………………………………55
5.7.2沸腾干燥中空气预热器设计………………………………………………57
5.8流体输送机械的选型设计……………………………………………………57
5.9贮罐的选型和工艺设计………………………………………………………57
5.9.1原料氯乙烯单体的贮罐设计………………………………………………57
5.9.2原料氯乙烯计量罐设计……………………………………………………59
6厂址选择及车间布置设计………………………………………………………60
6.1厂址选择的依据和原则………………………………………………………60
6.2车间厂房布置…………………………………………………………………60
6.2.1车间厂房布置的原则………………………………………………………60
6.2.2车间厂房结构设计…………………………………………………………61
6.2.3车间各部分组成及布置要求………………………………………………61
6.3车间设备布置…………………………………………………………………62
6.3.1车间设备布置的原则………………………………………………………62
6.3.2车间设备布置的要求………………………………………………………63
6.4本设计的车间布置……………………………………………………………65
7技术经济…………………………………………………………………………67
7.1技术经济分析概述……………………………………………………………67
7.2主要技术经济指标……………………………………………………………67
7.3投资估算………………………………………………………………………67
7.3.1总投资费用估算……………………………………………………………67
7.3.2成本估算……………………………………………………………………68
7.3.3收入、税收和利润…………………………………………………………70
7.3.4经济评价……………………………………………………………………71
8安全操作、三废防治和环境保护………………………………………………73
8.1厂内的防火、防爆措施………………………………………………………73
8.1.1氯乙烯聚合的安全规范……………………………………………………73
8.1.2防火防爆措施………………………………………………………………73
8.2废气防治………………………………………………………………………75
8.2.1废气危害……………………………………………………………………75
8.2.2废气防治措施………………………………………………………………75
8.3废水防治………………………………………………………………………75
8.3.1废水危害……………………………………………………………………75
8.3.2废水防治措施………………………………………………………………75
8.4废渣防治………………………………………………………………………76
8.4.1废渣危害……………………………………………………………………76
8.4.2废渣防治措施………………………………………………………………76
9结论……………………………………………………………………………77
参考文献……………………………………………………………………………78
致谢…………………………………………………………………………………81
1绪论
1.1聚氯乙烯简介
聚氯乙烯（PolyVinylChloride）简称PVC，下同。
它是由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂，是氯乙烯的均聚物。
PVC为无定形结构的白色粉末，支化度较小。
工业生产的PVC相对分子量一般在5万～12万范围内，具有较大的多分散性，相对分子量随聚合温度的降低而增加；无固定熔点，80～85℃开始软化，130℃变为粘弹态，160～180℃开始转变为粘流态；有较好的机械性能，抗张强度60MPa左右，冲击强度5～10kJ/m2；有优异的介电性能。
但对光和热的稳定性差，在100℃以上或经长时间阳光曝晒，就会分解而产生氯化氢，并进一步自动催化分解，引起变色，物理机械性能也迅速下降，在实际应用中必须加入稳定剂以提高对热和光的稳定性。
PVC很坚硬，溶解性也很差，只能溶于环己酮、二氯乙烷和四氢呋喃等少数溶剂中，对有机和无机酸、碱、盐均稳定，化学稳定性随使用温度的升高而降低。
PVC溶解在丙酮-二硫化碳或丙酮-苯混合溶剂中，用于干法纺丝或湿法纺丝而成纤维，称氯纶。
具有难燃、耐酸碱、抗微生物、耐磨并具有较好的保暖性和弹性[1]。
1.2聚氯乙烯的发展状况
聚氯乙烯是仅次于聚乙烯的第二大通用塑料[2]。
自1997年以来，聚氯乙烯的产量以3%/a速度递增。
2001年，全球聚氯乙烯生产能力已达到3313万t，消费水平比2000年略有增加，为2882万t[3]。
2003年7月全球约有50个国家、150个厂家生产聚氯乙烯，这一数据还在不断攀升[4]。
2005年全球产量达3130万吨，需求量达3117万吨。
北美、欧洲（包括俄罗斯）和非洲、远东地区超过全球聚氯乙烯产量和需求量4/5，悬浮聚合法树脂占生产聚氯乙烯树脂90%以上，2006年世界聚氯乙烯产能3562万吨，实际产量3262万吨，产量的增长主要来自中国。
2006年我国PVC产业保持快速发展的态势，全年产能1099万吨，实际产量864.1万吨，整体供求关系发生了较大的变化[5]。
预计到2010年我国PVC树脂的需求量将达1100万吨，2020年将达到2160万吨。
预计到2010年全球PVC的需求量将达到3490万吨，2020年将达到4600万吨[6]。
1.3国内外聚氯乙烯悬浮聚合的工艺进展
经过长期的不懈努力，PVC生产技术已经取得了较大进展。
目前，世界各大PVC厂家都已形成了各自的工艺特点和风格，并已拥有许多专利和技术，也有各自追求的工业目标。
1.3.1国内聚氯乙烯悬浮聚合的工艺进展
国内PVC生产行业的发展近几年来一直呈现良好的势头。
各主要厂家都在积极采用先进的生产技术，不断改进工艺控制条件和工艺配方，努力提高产品质量，缩短聚合时间。
以北京二化、山东齐鲁石化公司和上海氯碱总厂等为代表的古德利奇大釜技术、工艺计算机自控技术和防粘釜技术等，均已达到和接近国际先进水平。
内蒙古亿利化学工业有限公司40万tPVC项目采用悬浮法生产聚氯乙烯，有聚合、干燥、成品三大装置。
主要包括VCM和脱盐水加料、化学品配制、聚合、汽提、回收、离心干燥、包装等工序，聚合加料采用双加料技术[7]。
内蒙古君正化工有限责任公司（二部）（以下简称君正化工二部）前身为内蒙古第二通用机械厂，于1992年建成6kt/aPVC、6kt/a烧碱生产装置，对PVC生产装置进行了不断技改和持续优化，解决了一系列制约生产装置连续运行的瓶颈问题，在2010年2～5月创造了氯乙烯生产装置安全生产79天无停车的记录[8]。
悬浮法PVC大型生产装置成套工艺技术是北京化二股份有限公司（以下简称北京化二）在消化吸收数套国外引进装置的基础上，汲取多年的生产经验并结合我国的实际情况而自主研制开发的工艺技术。
该成套工艺技术主要包括聚合生产配方、密闭入料、等温水入料、高效防粘釜、中途注水、新型汽提、新型旋风干燥、粉料输送和成品混料、高压回收氯乙烯单体、全自动包装码垛和DCS控制等项技术[9]。
1978年齐鲁石化率先引进信越127m3大釜，随后锦化、北二化引进古德里奇70.5m3大釜。
特别是锦化与锦化机联合开发的70.5m3大釜在国内得到广泛使用，小型釜所占比重逐步下降[10]。
目前我国的PVC生产技术与国外还有一定的差距，技术的“引进—吸收—消化—创新”是目前PVC生产的主要途径，通过对汽提技术及设备、干燥器、聚合配方、防粘釜技术等的改进，提高了我国PVC生产企业的效益，发展了我国的PVC工业[1113]。
青岛海晶化工集团有限公司于2001年成功开发了1套工艺技术先进、操作简单方便、投资经济合理、居国内同行业领先水平的聚氯乙烯装置，使公司聚氯乙烯装置产能由4万t/a扩大至8万t/a[14]。
贵州大学开发的一种原位悬浮聚合PVC树脂的方法，提高了PVC的高抗冲性[15]。
1.3.2国外聚氯乙烯悬浮聚合的工艺进展[16-19]
古德利奇（B.F.Goodrich）公司主要采取通过提高单釜产量和延长清釜周期的方式来提高生产效率，其悬浮工艺特点是清釜和脱挥发分技术。
赫斯特（Hoechst）公司的悬浮聚合技术和密闭聚合釜技术、许尔斯（WerkeHuls）公司的悬浮聚合技术以及法国阿托（ATO）化学公司悬浮聚合汽提技术目前居于世界领先地位。
此外，欧洲的其他一些公司，如意大利的赛斯（Cris）公司则是在防粘釜技术方面领先。
从综合技术方面上看，日本公司具有较高的水平并各具特色。
西素（Chisso）公司、吉昂（Zeon）公司等拥有先进的悬浮技术和工艺。
佳友（Sumitomo）化学公司悬浮聚合树脂产品的质量品质最好。
日箭（SunArrow）拥有多牌号产品的生产技术。
此外，这些公司不仅在以上诸方面处于领先地位，而且在缩短聚合操作周期，提高生产效率方面也取得了较大进步。
从PVC的生产工艺层面上看，西欧一些国家采用本体法和乳液法的比重较大，而美国、日本和我国等国家和地区则以悬浮法为主，日本悬浮法所占比重最高。
对于悬浮聚合工艺主要发展方向是积极开发连续悬浮聚合工艺流程，并已取得许多重要成就。
从提高生产效率层面上看，所普遍采用的技术手段是：
开发和应用新型复合引发剂、发散剂；采用计算机数控技术工艺；采用多种强化传热措施（如增加回流冷凝器）等。
从防粘釜技术层面上看，意大利的赛斯（Cirs）公司居世界领先地位。
其NOXOLWSW和NOXOLETH的防粘釜剂系列十分著名。
该防粘釜剂无毒无害。
每喷涂一次，可以连续350～500釜次不用人工清釜。
美国B.F古德里奇（B.F.Goodrich）公司的防粘釜技术也已达到400釜次的水平。
防粘釜技术的迅速发展，使聚合操作辅助时间得到大大缩短。
目前，平均清釜周期多数己达100～500釜次。
韩国LG化学、日本的太阳乙烯衍生物公司、信越（Shin-Etsu）化学工业公司、金子公司和新第一塑料公司等公司开发的连续悬浮聚合工艺流程较为典型。
其流程概况是：
流程主体为两个或三个串联的塔式反应器。
第一个反应器采用注水工艺操作，同时加入NaNO2等抑垢剂，以减少粘壁物和污垢，该反应器结构新颖。
其外形特征是顶端部分较小。
操作时，该结构一方面可使反应器顶部只存有少量气相物，从而减小了气液相界面；另一方面，该气相部分还具有聚合压力安全缓冲装置的作用。
第一反应器的聚合反应温度为
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