12万吨聚氯乙烯聚合工段工艺设计毕业设计.docx

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12万吨聚氯乙烯聚合工段工艺设计毕业设计

毕业设计

题目名称：

年产12万吨聚氯乙烯聚合工段的工艺设计

摘要1

关键词1

第一章设计说明书2

1.1设计项目2

1.2设计依据、生产规模、设计原则2

1.2.1设计内容2

1.2.2生产规模2

1.2.3设计依据2

1.2.4设计原则2

1.3厂址选择及建厂地区自然条件2

1.3.1地理位置及环境2

1.3.2工厂用水情况3

1.3.3供电3

1.3.4原料供应3

1.3.5工厂所处自然条件3

第二章聚氯乙烯工业发展概况3

第三章生产方法简介及设计方法的确定7

3.1聚合方法简述7

3.1.1本体聚合7

3.1.2溶液聚合7

3.1.3悬浮聚合8

3.1.4乳液聚合9

3.3产品的基本性能11

3.4有关设计参数12

3.5产品规格与质量指标12

第四章物料衡算14

4.1聚合釜物料衡算14

4.2出料槽物料衡算15

4.3汽提塔物料衡算16

4.4离心部分物料衡算18

4.5气流干燥部分物料衡算18

4.6沸腾干燥部分物料衡算19

4.7筛分包装部分物料衡算19

4.8物料衡算总平衡20

4.9概念配方22

第五章热量衡算.23

5.1反应体系升温过程的热量衡算23

5.2气提塔热量衡算26

5.3列管式换热器热量衡算27

5.4气流干燥塔热量衡算27

第六章聚合反应釜选型31

6.1聚合过程的影响因素31

6.2反应釜选型结果32

第七章废水处理33

第八章生产工艺过程说明35

8.1工艺过程简介35

8.2设备一览表36

总结38

参考文献39

致谢40

摘要

本设计是一个年产12万吨聚氯乙烯（PVC）反应工程中的聚合反应工段的设计。

其中涉及到物料衡算,热量衡算，聚合反应釜的选型。

并绘制聚合反应工段的基本工艺流程图和主体聚合反应釜的装配图。

关键词：

聚氯乙烯；悬浮聚合；反应釜选型

第一章设计说明书

1.1设计项目

年产12万吨聚氯乙烯聚合工段工艺设计。

1.2设计依据、生产规模、设计原则

1.2.1设计内容：

年产12万吨聚氯乙烯聚合工段的工艺设计

1.2.2生产规模：

年产十二万吨聚氯乙烯

年生产日330天；

日生产能力120000/330=363.64吨/天

1.2.3设计依据：

根据吉首大学化学化工学院毕业设计任务书所规定的课题“年产12万吨聚氯乙烯聚合工段的工艺设计”进行设计。

1.2.4设计原则：

1）以传统的聚合工艺流程为基础，保留原有的工艺流程的优点，剔除原有的不合理工艺。

2）采用近年来的新技术，完善传统聚合工艺，使其具有良好的可操作性和稳定性。

3）做好能源的综合利用，消除能源利用的不合理现象，使其具有良好的经济效益。

4）在工艺设计合理的同时，做好环境保护，一方面利用好物料，减少物料损失；另一方面减少环境污染，做好环境保护。

5）在工艺计算时，以各主要设备的进出物料、热量变化的明显点进行物料和热量平衡的计算。

1.3厂址选择及建厂地区的自然条件

1.3.1地理位置及环境

厂址选择位于湘西州吉首市吉凤经济开发区内。

开发区于2003年筹建，规划面积6.44平方公里。

园区对外交通十分便捷。

距离吉首市火车客运站11公里，火车货运站4公里；距离贵州省大兴机场80公里；距离张家界荷花机场148公里。

319、209国道、1828省道贯通园区，园区东接长（沙）渝（重庆）高速公路，园区内客运货运可通达全国各大城市主要航空和水运港口。

1.3.2工厂用水情况

采用工厂附近的万溶江水源。

1.3.3供电

由吉首市电业局供应工业用电。

1.3.4原料供应

原料电石采用泸溪产，由汽车运输到吉首。

氯化氢由配套氯碱工厂得到或由其他地方采购汽车运输到吉首，其他原料由厂家采购，由汽车运输到吉首。

1.3.5工厂所处自然条件

1）工厂地址状况：

地基为二类厂地土，土质较好，土层厚，稳定，无软弱下卧层，地质允许承载力（fk）为150kpa.。

2）当地气象条件：

年平均气温度17.3℃

年最高气温40.8℃；

年最低气温-3.8℃；

年平均相对湿度78%；

年平均气压0.0867Mpa；

年无霜期210天；

年平均日照时数2079.2hr；

年平均蒸发水量1950mm；

年平均降雨量978.6mm；

年平均风速2.9m/s；

年最大风速22m/s。

第二章聚氯乙烯工业发展概况

2.1聚氯乙烯工业的发展概况

20世纪的30年代50年代是塑料工业迅速发展的时期。

在此期间有许多合成塑料如聚氯乙烯、聚苯乙烯等形成工业化。

自1835年法国化学家V.Regnault首先发现了氯乙烯，于1838年他又观察到聚合体，这就是最早的聚氯乙烯。

1920年，德国研究聚氯乙烯已相当活跃，这时美国联碳化学公司与杜邦公司对氯乙烯聚合物的制备发表了专利。

这标志着氯乙烯及其聚合物的制造已进入实用技术阶段。

1920年，在美国的柏寨森（BURGHAUSAN）的瓦克（WACKER）公司制取聚醋酸乙烯，用它与氯乙烯共聚制得一种新材料。

该材料易加工，且不再发生分解因它具有内增塑性，可用作涂料和硬模塑制品，开辟了以内增塑的办法解决了聚氯乙烯的加工。

另一方面也为聚氯乙烯从共聚改性作出了开拓性的工作。

对聚氯乙烯发展起到积极的推动作用。

又于1932年发现聚氯乙烯的低分子增塑剂。

英国帝国化学公司于1937年采用高沸点液体如磷酸酯类增塑聚氯乙烯，得到了类似橡胶的物质，从而第一次打破了传统的橡胶市场，成为橡胶材料的代用品。

聚氯乙烯自工业化问世至今，六十多年来仍处不衰之势。

占目前塑料消费总量的29%以上。

由于石油化工的发展，为聚氯乙烯工业提供廉价的乙烯资源，引起了人们极大的注意，因而促使氯乙烯合成原料路线的转换和新制法以及聚合技术不断地更新，使聚氯乙烯工业获得迅猛的发展。

2.2聚氯乙烯工业在国民经济中的作用

合成树脂是塑料工业的基本原料，在一定条件下塑制成一定形状的材料，在常温下它的形状不变，是材料工业的重要组成部分。

作为热塑性塑料的原料之一的聚氯乙烯树脂，在世界各国合成树脂的生产、品种及消费上均处领先地位。

我国也是如此，聚氯乙烯塑料制品居于各树脂及加工制品之主。

这主要由于以下原因：

（1）聚氯乙烯材料制品性能优良。

有独特的使用功能。

（2）以聚氯乙烯制取的合成材料可代替钢铁和木材使用，而且节能显著，每生产１立方米。

通用塑料，其能耗为148.6千焦，而生产1立方米钢材能耗为356.7×10６千焦。

（3）聚氯乙烯塑料不仅在建筑、农业及包装工业上有着广泛的用途，在电子器件、交通运输、机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质

聚氯乙烯在常温下为白色粉末，比重为1.392～1.4不溶于水，汽油，酒精，氯乙烯，可溶于酮类和氯烃类溶剂，无毒无臭。

具有很高的化学稳定性和良好的介电性能。

表1质量标准GB5761-93

型号

平均聚合温度/℃

粘数

/（ml/g）

K值

聚合度/P

参考用途

SG-1

482

154～144

77～75

1800～1650

高级电绝缘材料

SG-2

505

143～136

74～73

1650～1500

电绝缘材料，一般软制品

SG-2

530

135～127

72～71

1500～1350

电绝缘材料，农膜，塑料鞋

SG-4

565

126～119

70～69

1250～1150

一般薄膜，软管，人造革，高强度硬管

SG-5

580

118～107

68～66

1100～1000

透明硬制品，硬管，型材

SG-6

618

106～96

64～63

950～850

唱片，透明片，硬板，焊条，纤维

SG-7

655

95～87

62～60

850～750

吹塑瓶，透明片，管件

SG-8

685

86～73

59～55

750～650

过氯乙烯树脂

2.4聚氯乙烯的应用状况

PVC树脂可以采用多种方法加工成制品，悬浮聚合的PVC树脂可以挤出成型、压延成型、注塑成型、吹塑成型、粉末成型或压塑成型。

分散型树脂或糊树脂通常只采用糊料涂布成型，用于织物的涂布和生产地板革。

糊树脂也可以用于搪塑成型、滚塑成型、蘸塑成型和热喷成型。

发达国家PVC树脂的消费结构中主要是硬制品，美国和西欧硬质品占大约2/3的比例，日本占55%；硬质品中主要是管材和型材，占大约70～80%。

PVC软制品市场大约占全部PVC市场的30%，软制品主要包括织物的压延和涂层、电线电缆、薄膜片材、地面材料等。

硬质品PVC树脂近年来增长比软制品快。

近几年我国聚氯乙烯硬制品应用份额也有增长趋势，管材、型材和瓶类所占份额由1996年25%增长到1998年的40%，但至今我国聚氯乙烯的应用还是软制品的份额较多。

1998年软制品占PVC总用量的51%（其中薄膜为20%，塑料鞋10%，电缆料5%，革制品11%，泡沫和单板等5%），硬制品占40%（其中板材16%，管材9%，异型材8%，瓶3%，其它4%），地板墙纸等占9%。

聚氯乙烯塑料一般可分为硬质和软质两大类。

硬制品加工中不添加增塑剂，而软制品则在加工时加入大量增塑剂。

聚氯乙烯本来是一种硬性塑料，它的玻璃化温度为80～85℃。

加入增塑剂以后，可使玻璃化温度降低，便于在较低的温度下加工，使分子链的柔性和可塑性增大，并可做成在常温下有弹性的软制品。

常用的增塑剂有邻苯二甲酸二辛酯、邻酯。

一般软质聚氯乙烯塑料所加增塑剂的量为聚氯乙烯的30%～70%。

聚氯乙烯在加工时添加了增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、填料之后，可加工成各种型材和制品。

[1]一般软塑料制品。

利用挤出机可以挤成软管、塑料线、电缆和电线的包皮。

利用注射成型的方法并配合各种模具，可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋等。

[2]薄膜。

利用压延机可将聚氯乙烯制成规定厚度的透明或着色薄膜，用这种方法生产的薄膜称为压延薄膜。

也可以将聚氯乙烯的粒状原料利用吹塑成型机吹制成薄膜，用这种方法生产的薄膜称为吹塑薄膜。

薄膜的用途很大，可以通过剪裁、热合方法加工成包装袋、雨衣、充气玩具等。

[3]涂层制品。

将聚氯乙烯糊状涂料涂敷在布或纸上，然后在100℃以上将它们塑化，就可制成有衬底的人造革。

如果将聚氯乙烯软片用压延机直接压延成有一定厚度时，就制成无衬底的人造革，可压出各种花纹。

人造革用于制造皮包、皮箱、沙发和汽车的座垫、地板革以及书的封面等。

[5]泡沫塑料。

软质聚氯乙烯在混炼时加入适量的发泡剂，经发泡成型法可制成泡沫塑料，也可以用挤出机制成低发泡硬质板材，可代替木材作为建筑材料等。

第三章生产方法简介及设计方法的确定

3.1聚合方法简述

传统自由基聚合方法有本体、溶液、悬浮、乳液聚合四种聚合方法【1】。

溶液聚合则是单体和引发剂溶于适当溶剂中的聚合，可以包括淤浆聚合，溶剂可以是有机溶剂或水。

悬浮聚合一般是单体以液滴状悬浮在水中的聚合，体系主要由单体、水、油溶性引发剂、分散剂四部分组成，反应机理与本体聚合相同。

乳液聚合则是单体在水中分散或成乳液状的聚合，一般体系由单体、水、水溶性引发剂、水溶性乳化剂组成，机理独特。

3.1.1本体聚合

本体聚合是单体加有（或不加）少量引发剂的聚合，可以包括熔融聚合和气相聚合。

其产物纯净，后处理简单，是比较经济的聚合方法，多用于实验室研究，如单体聚合能力的初步评价、少量聚合物的试制、动力学研究，竞聚率测定等，所用的仪器有简单的试管、封管、膨胀剂、特制模板等。

苯乙烯、甲基丙烯