PVC聚合工艺仿真培训系统操作手册.docx
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PVC聚合工艺仿真培训系统操作手册
聚氯乙烯生产工艺仿真培训系统
操作手册
北京东方仿真软件技术有限公司
2009年7月
目录
一、工艺流程说明1
1.1生产方法1
1.2工艺流程简介1
二、工艺流程说明4
2.1设备简介4
2.2原料简介6
三、仪表列表7
四、工艺卡片9
五、复杂控制说明10
六、重点设备的说明11
七、操作规程11
八、仿真系统操作画面18
一、工艺流程说明
1.1生产方法
聚氯乙烯的聚合方法从乳液聚合、溶液聚合发展到悬浮聚合，本体聚合、微悬浮聚合等。
国外目前以悬浮聚合（占80-85%）和二段本体聚合为主；国内目前以悬浮聚合为主，少量采取乳液聚合法。
本仿真流程采用悬浮聚合法。
将各种原料与助剂加入到反应釜内在搅拌的作用下充分均匀分散，然后加入适量的引发剂开始反应，并不断地向反应釜的夹套和挡板通入冷却水，达到移出反应热的目的，当氯乙烯转化成聚氯乙烯地百分率达到一定时，出现一个适当的压降，即终止反应出料，反应完成后的浆料经汽提脱析出内含VC后送到干燥工序脱水干燥。
氯乙烯悬浮聚合反应，属于自由基链锁加聚反应，反应式如下：
nCH2=CHCl→—[—CH2—CH—]n—
∣
Cl
它的反应一般由链引发剂，链增长，链终止，链转移几种元素反应组成。
1.2工艺流程简介
聚氯乙烯生产过程由聚合、汽提、脱水干燥、VCM回收系统等部分组成。
同时还包括主料、辅料供给系统，真空系统等。
其生产流程见图1.1及1.2。
图1.1PVC生产流程示意框图
图1.2PVC生产流程总图
1.2.1进料、聚合
首先向反应器内注入脱盐水，启动反应器搅拌，等待各种助剂的进料，水在氯乙烯悬浮聚合中使搅拌和聚合后的产品输送变得更加容易，也是一种分散剂影响着PVC颗粒形态。
然后加入的是引发剂，氯乙烯聚合是自由基反应，而对烃类来说只有温度在400—500℃以上才能分裂为自由基，这样高的温度远远超过正常的聚合温度，不能得到高分子，因而不能采用热裂解的方法来提供自由基。
而采用某些可在较适合的聚合温度下，能产生自由基的物质来提供自由基。
如：
偶氮类，过氧化物类。
接下来加入分散剂，它的作用是稳定由搅拌形成的单体油滴，并阻止油滴相互聚集或合并。
对聚合釜加热到预定温度后加入VCM，VCM原料包括两部分，一是来自氯乙烯车间的新鲜VCM，二是聚合后回收的未反应的VCM，这些回收单体可与新鲜单体按一定比例再次加入到聚合釜中进行聚合反应。
二者在搅拌条件下进行聚合反应，控制反应时间和反应温度，当聚合釜内的聚合反应进行到比较理想的转化率时，PVC的颗粒形态结构性能及疏松情况最好，希望此时进行泄料和回收而不使反应继续下去，就要加入终止剂使反应立即终止。
当聚合反应特别剧烈而难以控制时，或是釜内出现异常情况，或者设备出现异常都可加入终止剂使反应减慢或是完全终止。
反应生成物称为浆料，转入下道工序，并放空聚合反应釜，用水清洗反应釜后在密闭条件下进行涂壁操作，涂壁剂溶液在蒸汽作用下被雾化，冷凝在聚合釜的釜壁和挡板上，形成一层疏油亲水的膜，从而减轻了单体在聚合过程中的粘釜现象，然后重新投料生产。
1.2.2气提
反应后的PVC浆料由聚合釜送至浆料槽，再由汽提塔加料泵送至汽提工序。
蒸汽总管来的蒸汽对浆料中的VCM进行汽提。
浆料供料进入到一个热交换器中，并在热交换器中被从汽提塔底部来的热浆料预热。
这种浆料之间的热交换的方法可以节省汽提所需的蒸汽，并能通过冷却汽提塔浆料的方法，缩短产品的受热时间。
VCM随气提汽从浆料中带出。
气提汽冷凝后，排入气柜或去聚合工序回收压缩机，不合格时排空。
冷凝水送至聚合工序废水汽提塔。
1.2.3干燥
气提后的浆料进入脱水干燥系统，以离心方式对物料进行甩干，由浆料管送入的浆料在强大的离心作用下，密度较大的固体物料沉入转鼓内壁，在螺旋输送器推动下，由转鼓的前端进入PVC储罐，母液则由堰板处排入沉降池。
1.2.4VCM回收
生产系统中，含VCM的气体均送入气柜暂存贮，气柜的气体经泵送入水分离器，分出液相和气相，液相为水，内含有VCM再送到气提器。
气相为VCM和氮气进入液化器，经加压冷凝使VCM液化，液相VCM送VCM原料贮槽，不液化的气体外排。
VCM回收系统工艺流程见图1.3。
液化
水分离
压缩机
出料槽排气
气
汽提塔准备槽排气
气提汽
液
VCM储槽
水
图1.3VCM回收系统工艺流程图
二、工艺流程说明
2.1设备简介
表1设备一览表
设备位号
设备名称
V510
新鲜VCM储罐
V506
回收VCM储罐
P510
新鲜VCM加料泵
P502
回收VCM加料泵
R201
聚合釜
P301
浆料输送泵
V301
出料槽
P302
出料槽浆料输送泵
V302
汽提塔进料槽
P303
气体塔加料泵
C301
浆料汽提塔
P305
汽提塔底泵
E301
浆料热交换器
E303
塔顶冷凝器
B501
间歇回收压缩机
B502
连续回收压缩机
V507
密封水分离器
V508
密封水分离器
V503
废水储罐
P501
废水进料泵
E501
废水热交换器
C501
废水汽提塔
E503
VCM回收冷凝器
E504
VCM二级冷凝器
V509
RVCM缓冲罐
T301
浆料混合槽
F401
离心分离机
P307
离心进料泵
B201
真空泵
V203
真空分离罐
E201
蒸汽净化冷凝器
T901
脱盐水罐
P901A/B，P902A/B，P903A/B
脱盐水泵
2.2原料简介
2.2.1主要原料
主要原料为氯乙烯单体，分子式：
C2H3Cl，结构式：
HH
＼∕
C=C
∕＼
HCl
氯乙烯分子中，有一个双键和一个氯原子，化学反应大都发生在这两个部位。
2.2.2辅助原料
1、脱盐水
水在氯乙烯悬浮聚合的作用，使VCM液滴中的反应热传到釜壁和冷却挡板面移出，降低PVC浆料的粘度，使搅拌和聚合后的产品输送变得更加容易，也是一种分散剂影响着PVC颗粒形态。
2、分散剂
稳定由搅拌形成的单体油滴，并阻止油滴相互聚集或合并。
3、消泡剂
消泡剂是一种非离子表面活性剂，在配制分散剂溶液时加入，可保证分散剂溶液配制过程中以及以后的加料、反应过程中，不至于产生泡沫，影响传热及造成管路堵塞。
4、引发剂
引发剂的选择对PVC的生产来说是致关重要的，主要考虑的因素有：
活性、水溶性、水解性、粘釜性、毒性、储存条件和价格等。
5、缓冲剂
主要中和聚合体系中的H+，保证聚合反应在中性体系中进行，并提供Ca2+，增加分散剂的保胶和分散能力，使PVC树脂具有较高的孔隙率。
6、终止剂
在聚合反应达到理想的转化率，或因其他设备原因等需要立即终止聚合反应时，都可以加入终止剂使反应减慢或完全终止。
7、涂壁剂
可以减轻氯乙烯单体在聚合过程中的粘釜现象。
8、链转移剂
用来调节聚氯乙烯分子量和降低聚合反应温度。
三、仪表列表
序号
仪表号
说明
单位
正常数据
1
LICA1001
新鲜VCM储罐液位控制
%
40
2
LI6002
回收VCM储罐液位显示
%
50
3
LI1002
聚合釜液位显示
%
60
4
LI2001
出料槽液位显示
%
60
5
LI2002
汽提塔进料槽液位显示
%
60
6
LIC2003
汽提塔液位控制
%
40
7
LIC2004
汽提塔塔顶冷凝器液位控制
%
30
8
LI3005
废水汽提塔液位控制
%
30
9
LI5001
浆料混合槽液位显示
%
30
10
LIC6001
一级冷凝器液位控制
%
30
11
LIC6002
VCM储罐液位控制
%
50
12
LIC4001
真空分离罐液位控制
%
40
13
FI1001
聚合釜进料流量显示
T/h
143
14
FIA1003
浆料去出料槽流量
T/h
513
15
FICA2001
汽提塔进料流量显示
Kg/h
51288
16
FICA2002
C301加热蒸汽流量
T/h
5
17
FI3003
废水汽提塔
T/h
5
18
FI3004
C501加热蒸汽流量
T/h
6
19
TICA1002
聚合釜温度控制
℃
64
20
TICA1003
聚合釜夹套温度控制
℃
64
21
TI2001
V301进料温度
℃
64
22
TI2002
V302进料温度
℃
64
23
TI2003
C301进料温度
℃
90
24
T2005
C301温度
℃
110
25
TI2006
V507温度
℃
64
26
TI2007
V508温度
℃
64
27
TI3006
C501温度
℃
90
28
PI1001
新鲜VCM储罐压力显示
MPa
0.2
29
PI1005
聚合釜压力显示
MPa
1.2
30
PI2001
P301出口压力
MPa
1.2
31
PI2002
V301压力
MPa
0.5
32
PI2003
P302出口压力
MPa
1.2
33
PI2004
V302压力
MPa
0.5
34
PI2006
P303出口压力
MPa
1
35
PI2007
P305出口压力
MPa
2
36
PI2009
C301压力
MPa
0.5
37
PDIA2010
汽提塔出口压力控制
MPa
0.5
38
PI2011
B502出口压力
MPa
1.2
39
PI2012
V507压力
MPa
0.56
40
PI2013
B501压力
MPa
1.2
41
PI2014
V508压力
MPa
0.56
42
PI3001
V503压力
MPa
0.5
43
PI3007
C501压力
MPa
0.6
44
PI6001
V509压力
MPa
0.5
四、工艺卡片
设备名称
项目及位号
正常指标
单位
聚合釜
釜内液位（LI1002）
60
%
反应压力（PI1005）
0.7-1.2
MPa
釜内温度（TICA1002）
64
℃
循环水温度（TICA1003）
30
℃
出料槽
压力（PI2002）
0.5
MPa
液位（LI2001）
60
%
温度（TI2001）
64
℃
汽提塔进料槽
压力（PI2004）
0.5
MPa
液位（LI2002）
60
%
温度（TI2002）
64
℃
浆料汽提塔
塔顶压力（PI2009）
0.5
MPa
塔内温度（TI2005）
110
℃
五、复杂控制说明
聚合釜的温度控制，是一个串级调节系统。
聚合温度是由一个可将信号传送聚合温度调节器的热电阻体测得的。
这个调节器可以在所测得的温度与调节器的设定点的差值的基础上产生一个反作用输出信号。
因为这个信号是个反作用信号，所以较高的信号说明聚合釜要求冷却水量较少，反之，较低信号说明聚合釜要求冷却水量较多。
聚合釜温度调节器输出信号是分成几个梯度的，这样当聚合放热量较少时，即调节器输出信号在较高的区域时，这个输出信号即可输送到挡板调节阀，并进一步送到副调节器即夹套水温调节器。
聚合温度调节器可以将挡板冷却水调节阀持续打开，直到达到最大经济流量设定点为止。
当聚合放热量较高时，聚合釜温度调节器输出信号就会处在要求高冷却水量的范围中即低输出信号区域内。
然后，这个聚合釜调节器的输出信号作为一个设定点，输入到副调节器上。
这个调节器就会去检测夹套出口水温，打开夹套调节阀，直到达到温度设定点为止。
六、重点设备的说明
聚合釜操作要按照次序，在一定流量的脱盐水冲洗下，将需要的引发剂，在反应器的搅拌混合下，然后顺序加入引发剂，缓冲剂。
然后将配方要求的氯乙烯单体加入到聚合釜中，开始升温反应，反应温度是需要控制的最主要参数。
在反应期间，反应釜内的压力和连锁控制的夹套水温分别经历先升后降和先升后降再升的过程，当反应时间满足要求，釜内压力降低至预期值时，反应终点到达。
七、操作规程
1）脱盐水的准备
●打开T901进水阀VD7001
●待液位达到70%后，关闭阀门VD7001
●T901液位控制在70%左右
2）真空系统的准备
●打开阀门XV4004，给V203加水
●打开泵P902A前阀VD7004
●打开泵P902A
●打开泵P902A去往V203后阀VD7008
●待液位为40后，关闭XV4004
●关闭VD7008
●停泵P902A
●打开阀门VD4001，给E201换热
●控制V203液位为40%，若液位过高，可通过液调阀LV4001排往V503
3）反应器的准备
●打开VD1003，给反应器R201吹N2气。
●当R201压力达到0.5MPa后，关闭N2气阀门VD1003
●打开阀门XV1016
●启动真空泵B201，给反应器抽真空
●当R201的压力处于真空状态后，关闭阀门XV1016，停止抽真空
●关闭真空泵B201
●打开阀门XV1006，给反应器涂壁
●待涂壁剂进料量满足要求后，关闭阀门XV1006，停止涂壁
●N2吹扫R201压力达到0.5MPa
●R201抽真空至-0.03MPa左右
●涂璧剂进料量符合要求
4）V301/2的准备
●打开VD2005，给反应器V301吹N2气
●打开VD2007，给反应器V302吹N2气
●V301压力达到0.2MPa后，关闭VD2005
●V302压力达到0.2MPa后，关闭VD2007
●启动真空泵B201
●打开阀门VD2003给V301抽真空
●打开阀门VD2002给V302抽真空
●当V301处于真空状态后,关闭阀门VD2003停止抽真空
●当V302处于真空状态后,关闭阀门VD2002停止抽真空
●关闭真空泵B201，停止抽真空
●N2吹扫V301压力达到0.2MPa
●N2吹扫V302压力达到0.2MPa
●V301抽真空至-0.03MPa左右
●V302抽真空至-0.03MPa左右
5）反应器加料
●打开P901A前阀VD7002
●启动泵P901A
●打开泵P901A后阀VD7006
●打开阀门XV1001，给反应器加水
●启动搅拌器开关，开始搅拌,功率在150KW左右
●打开XV1004，给反应器加引发剂
●打开阀门XV1005，给反应器加分散剂
●打开阀门XV1007，给反应器加缓冲剂
●LICA1001设为自动,给新鲜VCM罐加料
●LICA1001目标值设为40%
●打开VCM入口管线阀门XV1014
●打开V510出口阀门XV1010
●打开泵P510前阀门XV1011
●打开泵P510给反应器加VCM单体
●打开泵P510后阀门XV1012
●按照建议进料量，水进料结束后，关闭XV1001
●关闭泵P901A后阀VD7006
●停泵P901A
●关闭泵P901A前阀VD7002
●按照建议进料量，引发剂进料结束后，关闭XV1004
●按照建议进料量，分散剂进料结束后，关闭XV1005
●按照建议进料量，缓冲剂进料结束后，关闭XV1007
●进料结束后，关闭阀门XV1012
●进料结束后，关闭泵P510
●关闭阀门XV1014
●控制新鲜VCM罐液位在40%
●控制水的进料量在49507.52kg左右
●控制VCM的进料量在23935kg左右
●分散剂进料量符合要求
●缓冲剂进料量符合要求
●引发剂进料量符合要求
6）反应温度控制
●启动加热泵P201
●打开泵后阀XV1019
●打开蒸汽入口阀XV1015
●当反应器温度接近64度时，TICA1002投自动
●设定反应釜控制温度为64度
●TICA1003投串级
●待反应釜出现约0.5MPa的压力降后，打开终止剂阀门XV1008
●按照建议进料量，终止剂进料结束后，关闭XV1008
●打开R201出料阀XV1018
●打开V301入口阀XV2006
●打开泵P301前阀XV2004
●打开P301，泄料
●打开泵后阀门XV2005
●打开V301搅拌器
●泄料完毕后关闭泵P301后阀XV2005
●泄料完毕后关闭泵P301
●关闭泵前阀门XV2004
●关闭阀门XV1018
●关闭阀门XV2006
●关闭反应器温度控制，TICA1003的op值设定为50
●控制反应釜温度在64度左右
●聚合釜压力不得大于1.2Mpa，若压力过高，打开XV1017及相关阀门，向V301泄压
●终止剂进料量符合要求
●R201出液完毕后，可将釜内气相排往V301或通过抽真空排出
7）V301/2操作
●启动泵P902A
●打开去往V508阀门VD7010
●打开去往V507阀门VD7011
●打开阀门XV2032，向密封水分离罐V508中注入水至液位计显示值为40%
●打开阀门XV2034，向密封水分离罐V507中注入水至液位计显示值为40%
●V508进密封水结束后，关闭XV2032
●V507进密封水结束后，关闭XV2034
●关闭去往V508阀门VD7010
●关闭去往V507阀门VD7011
●关闭泵P902A
●关闭P902A前阀VD7004
●V301顶部压力调节器投自动
●压力控制目标值设定为0.5Mpa
●打开阀门XV2003，向V301注入消泡剂
●一分钟后关闭阀门XV2003，停止V301注入消泡剂
●经过部分单体回收，待V301压力基本不变化时，打开V301出料阀XV2007
●打开V302进口阀门XV2010
●打开泵P302前阀门XV2008
●启动P302泵
●打开泵P302后阀XV2009
●打开V302搅拌器
●如果V301液位低于0.1%,关闭P302泵后阀XV2009
●关闭P302泵
●关闭P302泵前阀XV2008
●关闭V301搅拌器
●关闭V302入口阀XV2010
●关闭V301出料阀XV2007
●打开V301出料阀XV2014
●打开C301进口阀XV2018
●打开泵P303前阀XV2015
●启动C301进料泵P303
●打开泵P303后阀XV2016
●逐渐打开流量控制阀FV2001
●V301压力控制在0.5Mpa
●V302压力控制在0.5Mpa,若压力大于0.5MPa,可打开XV2013向V303泄压
●控制流量为51288kg/h
●保持密封水分离罐V508的液位在40%左右
●保持密封水分离罐V507的液位在40%左右
●V301出液完毕后，可将罐内气相排往V303
8）C301的操作
●逐渐打开FV2002
●蒸汽流量稳定在5T/h时，蒸汽流量控制阀FIC2002A投自动
●设定蒸汽流量为5T/h
●PIC2010投自动
●将C301的压力控制在0.5MPa左右
●打开L.P单体压缩机B502前阀XV2024
●启动L.P单体压缩机B502
●打开L.P单体压缩机B502h后阀VD2011
●打开换热器E503冷水阀VD6004
●打开换热器E504冷水阀VD6003
●打开C301出料XV2019
●打开泵P305前阀XV2020
●打开泵P305，向T301泄料
●打开泵P305后阀XV2021
●打开C301液位控制阀LV2003
●待液位稳定在40%左右时，C301液位控制阀LIC2003A投自动
●C301液位控制器设定值为40%
●汽提塔冷凝器E303液位控制阀LIC2004投自动
●E303液位控制在30%左右，冷凝水去废水储槽
●打开C301至T301阀门.控制液位稳定在40%
●蒸汽流量控制为5T/h左右
●控制E303液位稳定在30%
9）浆料成品的处理
●当T301内液位达到15%以上时，打开T301出料阀XV5002
●启动离心分离系统的进料泵P307
●打开F401入口阀XV5003
●启动离心机，调整离心转速（100转左右），向外输送合格产品
10）废水汽提
●当V503内液位达到15%以上时，打开V503出口阀VD3001
●打开泵P501，向设备C501注废水
●逐渐打开流量控制阀FV3003，流量在5T/h左右，注意保持V503液位不要过高，
●逐渐打开流量控制阀FV3004，流量在6T/h左右，注意保持C501温度在90℃左右
●逐渐打开液位控制阀LV3005
●当C501液位稳定在30%左右时，LIC3005投自动
●C501液位控制在30%左右
●C501液位控制在30%左右
●C501压力控制在0.6MPa左右，若压力超高，可打开阀门XV3004向V509泄压
●通过调整蒸汽量，使C501温度保持在90℃左右
●V503压力控制在0.25MPa左右，若压力超高，可打开阀门XV3003向V509泄压
11）VC回收
●打开V303出口阀XV2027
●打开B501前阀XV2028
●启动间歇回收压缩机B501
●打开B501后阀VD2012
●压力控制阀PIC6001投自动，未冷凝的VC进入换热器E504进行二次冷凝
●V509压力控制在0.5MPa左右
●液位控制阀LIC6001投自动，冷凝后的VC进入储罐V506
●V509液位控制设定值在30%左右
●V509液位控制在30%左右
●V509压力控制在0.5MPa左右
八、仿真系统操作画面
图8.1总貌图
图8.2聚合DCS图
图8.3浆料汽提DCS图
图8.4废水汽提DCS图
图8.5真空系统DCS图
图8.6离心过滤DCS图
图8.7VC回收DCS图
图8.8脱盐水系统DCS图
图8.9聚合现场图
图8.10浆料汽提现场图
图8.11废水汽提现场图
图8.12真空系统现场图
图8.13离心过滤现场图
图8.14VC回收现场图
图8.15脱盐水系统现场图
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