聚乙烯生产工艺设计讲解Word文件下载.docx

1、4.主要参考资料：1米镇涛化学工艺学M.北京：化学工业出版社,2005年.2韩冬冰.化工工艺学M.中国石化出版社，1997年.3周志华.尹华杰.化工设备设计基础.M.化学工业出版社，1996年.4张濂.许志美.化学反映器分析M.化学工业出版社,2005年.指导教师：教研室主任： 黄先威 院教学院长： 2014年6月21日1引言 12年产30万吨聚氯乙烯生产工艺设计 22.1氯乙烯单体的合成路线 2.2.1.1联合法 错误！未定义书签。2.2聚氯乙烯工艺设计 5.2.2.1乙炔工段 .错误！2.2.2氯化氢工段 2.2.2.3氯乙烯工序 .3.2.2.4聚合工序 错误！2.2.5压缩冷凝回收 5

2、.2.2.6离心干燥及包装 错误！2.3物料衡算及设备选择 5.2.3.1物料衡算 5.2.3.2生产设备 6.2.4生产过程要求与措施 7.2.4.1厂内的防火防爆 7.2.4.2厂内的照明及保暖 7.2.4.3防静电防雷措施 8.2.5三废的处理 &3总结 10参考文献 .1.11引言聚氯乙烯（PVC）是5大通用塑料之一，具有耐腐蚀、电绝缘、阻燃性和机械强 度高等优异性能，广泛用于工农业及日常生活等各个领域，尤其是近年来建筑市场 对PVC产品的巨大需求,使其成为具备相当竞争力的一个塑料品种。PVC糊树脂自20世纪30年代开发以来，已有近70年的历史。目前全世界PVC 糊树脂总生产能力约20

3、0万t/a,其中,西欧是PVC糊树脂生产厂家最多、产量最大的 地区。我国聚氯乙烯工业起步于于50年代，仅次于酚醛树脂是最早工业化生产的 热塑性树脂，第一个PVC装置于1958年在锦西化工厂建成投产，生产能力为3000 吨/年。此后全国各地的PVC装置相继建成投产，到目前为止，我国有 PVC树脂 生产企业80余家，遍布全国29个省、市、自治区，总生产能力达220万吨/年7075 万t/a。PVC树脂在我国塑料工业中具有举足轻重的地位，同时PVC作为氯碱工业 中最大的有机耗氯产品，对维持氯碱工业的氯碱平衡具有极其重要的作 。本设 计为年产量30万吨聚氯乙烯车间聚合工段工艺。本次设计采用了氯乙烯单体

4、悬浮 聚合工艺。介绍了 PVC的聚合工艺，建厂的有关事项及合成聚氯乙烯的流程和设 备，对整个生产工艺做出了详细的叙述。2年产30万吨聚氯乙烯生产工艺设计2.1氯乙烯单体的合成路线2.1.1联合法以乙烯和氯化氢和乙炔反应，相比乙烯和氯气反应来说 提高了氯乙烯的生产 能力，而且减少了氯资源的浪费和减少了坏境的污染。物料平衡式为 ：CH2=CH2 +CH毛H+CI2 2CH2=CH2Cl2.2聚氯乙烯工艺设计2.2.1乙炔工段（1）发生。经破碎好的电石装进电石吊斗，推到提升口，由电动葫芦吊到三楼，送到发生器加料贮存，用N2置换其中的乙炔气后，电石在继续通N2的情况下，经 第一贮斗碟伐放入第二贮斗，第

5、二贮斗电石经过电磁振动加料器加入发生器内。 电石在发生器内遇水产生乙炔气，从发生器顶部逸出，电石水解时放出大量的热， 可借连续加入发生器内的水来维持发生器温度， 电石水解之后电石渣浆从溢流管不断排除，以维持发生器液面，渣浆从排泄口排到地沟，流到沉淀池集中处理， 顶部逸出的乙炔气体经喷淋冷却后，分别进入气柜或水环压缩机。（2）清净。由发生器送来并经冷却的乙炔气，经水环压缩机加压到 0.050.1Mpa左右，进入第一、第二清净塔，NaOCI溶液由泵打到第二清净塔顶，从塔底流出 再由泵打至第一清净塔顶。器塔底流出的废NaOCI溶液与冷却塔出来的废水回至 废水贮槽，用泵打到发生器作为补充用水。经清净后

6、的乙炔气带有酸性 ，进入中和塔用碱液除去，中和塔出来的乙炔气进入二台串联的列管冷凝器除去大量水 分后，送氯乙烯工序。2.2.2氯化氢工段原料氢气由电解装置输氢泵送来，经过氢气气柜缓冲及阻火器，进入钢制合成 炉底部的燃烧器点火燃烧。原料氯气由电解装置氯干燥送来经缓冲器后按一定的 摩尔比H2：Cl2=（1.051.1）:1进入合成炉灯头的内管，由下二上经石英灯头上的 斜孔均匀地和外套管的氢气混合燃烧。 燃烧时火焰温度达到2000E左右，并发出热和光，正常火焰呈青白色。合成后的氯化氢气体，借炉身和夹套冷却水或散热 翅片散热，到炉顶出口，温度降到100150C,再进入上盖带冷却水箱的石墨冷却器，用冷却

7、水将氯化氢气体冷却到4050C左右，由下底盖排出，经阀门控制 进入缓冲器，再送人串联的石墨冷却器，用-25C左右的冷冻盐水，将气体冷却 到-12C-18C后，进入酸雾分离器，气体中夹带的40%盐酸雾沫由分离器内的 有机硅玻璃棉捕集，冷凝酸排入酸贮槽。分离器出口的干燥氯化氢气体经缓冲器 进入纳氏泵压缩，借泵内浓度93%以上的硫酸作液封和润滑。硫酸随氯化氢排至 气液分离器，自下部流入盘管冷却器，经水冷却后循环吸入纳氏泵 ；分离器出口的干燥氯化氢经缓冲器送至氯乙烯合成装置。223氯乙烯工序（1）混合脱水工序。由乙炔工段送来的粗乙炔气经砂封与来自 HCL工序的HCL经缓冲罐通过孔板流量计调节配比在混合

8、器内充分混合， 进入石墨冷却器内在-35C盐水下进行冷却到-14C 2C, C2H2、HCL混合气体在此温度下，部分水 份以40%左右的酸雾析出，部分酸雾夹带于气相中进入多筒过滤器，由含氟硅油 棉捕集分离。然后，经二台石墨预热器预热后进入转化器 o（2）合成转化。干燥、预热后的混合气从转化器上部进入，通过列管中装填的 吸附于活性炭上的HgCl2触媒转化为粗氯乙烯，转化过程反应放热则通过热水循 环泵循环的热水移去。粗氯乙烯在高温下带逸的 HgCl2升华物在填装活性炭的吸 附器中脱除，然后进入精馏系统。（3）水洗、碱洗、氯乙烯压缩。除贡后的粗氯乙烯进入三合一水洗组合塔，经碱 洗塔，出去残余的微量H

9、CL后进入VC气柜或经机前冷却器，出去部分夹带液，经 螺杆压缩机加压到0.50.6MPa （表压），经机后冷却器除去夹带水和油后，送精馏。（4）精馏。由单压缩机出来的粗氯乙烯气体进入全凝器，使大部分冷凝液化经低沸加料贮槽，进入低沸塔，未凝聚气体进入尾气冷凝器，其冷凝液全部进入低沸塔。 低沸塔釜加热器将冷凝液中低沸物蒸出，经塔顶冷凝器用 7C水或者5C水控制回流比后，由塔顶汇入尾气冷凝器处理，塔釜粗氯乙烯进入高沸塔，尾气冷凝器未冷凝 的气体经变压吸附回收大部分氯乙烯和乙炔后，惰性气体排空。由低沸塔进入高沸 塔的氯乙烯，经调节阀控制流量，减压后进入高沸塔。高沸加热器将氯乙烯逸出， 经塔板分离成氯乙

10、烯，经塔顶控制部分回流，大部分氯乙烯进入成品冷凝器，然后 进入单体贮槽，按需送聚合工序，在高塔釜分离收集到的 1，1二氯乙烷（EDC ）为主的高沸物进入残液槽，定期压送废液处理塔，将残液中的二氯乙烷精制，包装外销，未凝VC其他回到气柜5 o（5）冷冻站+5C水系统。从液氨槽出来的液氨经过5 C水分配台流入蒸发器，液氨变成气 态氨带走蒸发器外工业水热，合格的5C水由5C水泵送往乙炔、合成、聚合。蒸 发器内汽化的氨背螺杆氨压机抽走， 经压缩到1.5Mpa（表压）左右的过热气态氨进入油分离器，分离后的气态氨进入蒸发式冷凝管列管内，被外管水冷却成液 氨，进入热虹吸氨贮液器，溢流到液氨贮槽完成制冷循环。

11、-35C盐水系统。从液氨贮槽出来的液氨首先进入经济冷却器过冷后， 获得的低温液氨经盐水分配台节流膨胀进入蒸发器盘管，吸收管外盐水的热量而气化， 是管外盐水温度降低，合格的-35 C盐水由泵送往合成、聚合使用。气态氨自蒸 发器吸入螺杆压缩机内，经压缩后的过热气态氨进入油分离器， 分离后的油后进 入蒸发式冷凝器，被水间接冷凝为液氨， 流入热虹吸氨贮液器，再溢流到液态氨贮槽，完成制冷循环。在池内加工业水，再加氯化钙，将盐水比重调制 1.281.29,按需送盐水蒸发 器。（6）溴化锂系统溴化锂制冷是以蒸汽为动力，利用“溴化锂与水”组成的二元溶液为工质对， 在真空状态下，水蒸发作为制冷剂，从而吸收载冷剂

12、（冷媒水）热负荷，达到所 需的合格7C水送到合成工序。溴化锂水溶液作为吸收剂，常设和低温下强烈地 吸收水蒸汽，通过高温（蒸汽）将水份释放和循环水冷却吸收，周而复始实现制 冷循环。2.2.4聚合工序本工艺流程全过程控制采用DSC集散控制。首先将合格的脱离子水、VCM单 体、分散剂、引发剂及其他助剂按配方要求精确计量后， 由泵加入到经闪蒸真空防粘釜处理后的聚合釜中，用循环热水升温至制定温度后进行恒温反应，在最短 反应时间、压力降达到配方要求后加入种植剂终止反应。 浆料由泵送至料浆贮槽， 为反应的单体经回收单体真空泵回收至 VC气柜，去回收装置进行加压冷凝回收。225压缩冷凝回收因聚合反应的收率W

13、85%，故釜内有未参加聚合反应的氯乙烯单体，经过聚合 釜及排放槽泄压后仍有0.30.5MPA的余压，可直接用5C水和-35C盐水经过 一级、二级冷凝器进行冷凝，当其压力处于 5KPa0.3 Mpa时再进行加压冷凝， 成为回收单体备聚合使用，不凝性气体则从排空管排向大气。226离心干燥及包装由气提塔出来的PVC料浆，以离心机分离大部分水份后得到约含水 20%25% 的湿PVC树脂，之后由螺旋输送器送到干燥系统进行干燥。 树脂干燥器采用脉冲 气流干燥塔及旋风干燥床，热风为干燥热源，干燥好的PVC从圆盘振动筛筛选后 被罗茨鼓风机抽如料仓。料仓里的PVC成品经全自动缝包、称重、码垛、分析 合格后入库。

14、2.3物料衡算及设备选择2.3.1物料衡算（1）生产能力年产30万吨的聚氯乙烯年工作日：以300天计算日产量：30 X 104 X 103/300=106 kg/d小时产量：30 X 104X 103/300X 24=4.17X 104kg/h聚合物一般进行到转化率为85%90%，再加上在洗涤树脂、包装工段的损失, 这里取转化率为88%。x=4.17 X04/88%=4.74 X04 kg每小时要合成氯乙烯 4.74X 104 kg。2.3.2生产设备见表1:表1主要设备及其生产能力序号设备规格/型号数量1乙炔砂封1200X 3002HCI缓冲罐V=30 m23混合器 900 X 40004石

15、墨冷却器GHA800-1055多筒过滤器 1600 X 40006石墨预热器GHB1600-3357废酸贮罐V=10 m28转化器4000X9700279除汞器 2400 X 485010单体贮槽2840X 30002411料浆槽5000X 1350012汽提塔2000X 12861型13混料槽260m3 型14旋风干燥器（床）3100X 920015聚合釜JB/T4725922.4生产过程要求与措施2.4.1厂内的防火防爆措施可燃物质达到了它的燃点就能引起燃烧。 而导线及各种电气设 备的绝缘大 都是可燃材料。电气设备过热以及电火花、电弧甚至静电都能引起火灾。 设备过热大致有以下几种：（1）短

16、路电力网中的火灾大都是由短路引起的。短路后电流急剧增加可达正常 值的几百倍引起过热。造成短路的原因，一是电气设备或导线失去应有的绝缘能 力，二是在安装检修或操作使用中工作疏忽引起短路。前者有因绝缘老化或局 部磨损腐蚀失去绝能力。（2）过载线路或设备长期国负荷运行。过载后电流增加，时间一长也会引起火 灾。扑灭电气火灾的方法切断电源切断电源就切除了电气火灾的来源 ，同时也减少了救火人员触电的危险，切断电源后还可采用普通的灭火器灭火。切除电源时应 尽量做到以下几点电气设备如水淋、烟熏后绝缘程度下降 ，切断电源时应使用绝缘工具,以防触电。操作时应先断开接触器或断路器切断电深再拉开隔离开关或 刀开关。如

17、果采取剪断电线的方法切除电源时，应做到正确剪线。如果条件限制, 必须带电灭火时应注意做到电气设备起火 ，不能用普通的泡沫灭火剂，只能用干砂覆盖，或用二氧化碳，二氧二溴甲烷或干粉灭火剂，防止人员触电。用四氯化碳 灭火器,要防止中毒9。因四氯化碳受热，与空气中的作用，会生成有毒的光气 C0CI2和CI2，要打开门窗或戴上防毒面具。用二氧化碳灭火时 ，要注意防止冻伤和室息。因二氧化碳是液态的，喷射后，大量吸热可形成达-78.5C的低温，并隔绝 氧气。2.4.2车间照明及采暖措施照明用电是工厂企业最为基本的电力需求，照明质量的好坏对生产安全、劳动 生产率、产品质量和劳动卫生都有直接关系。 采用高效节能

18、电光源及其照明电器 附件。电光源种类繁多，用途各异，但均要求三高，即：高发光效率、高寿命、高显色 性。因此在工厂照明中，应优先选用高强度气体放电灯有高压钠灯和金属卤化物 灯，尤其是金属卤化物灯是第 3代光源中的佼佼者，是光色和显色指数要求较高 的仪表装配车间、机加车间、汽机房运转层等工业厂房的首选光源。 当一种光源 不能满足色温或显色性要求时，也可采用两种光源的混光光源，混光光源能充分 发挥高强气体放电灯的优点，达到节约能耗、提高照度，改善光色的照明效果。照 明电器附件推广使用低损耗、性能优的光源电子附件包括电子镇流器、电子变压 器、电子触发器等。选用高效率、配光合理的照明灯评价灯具的关键指标

19、是灯具效率 ，灯具的效率及配光曲线取决于灯具反射面的材质、加工精度及外形。抛光铝对可见光的反射率 最高,在工厂照明设计中宜优先采用。灯具外型要求：第一，配光曲线适中，一般选 用介于深照和广照之间的宽口灯具最为合适 ；第二,灯具的外形不应是单抛物面反射型，因为这样会将大部分的光能发射回灯泡，引起电压上升和功率增加，缩短 灯的寿命。在工厂照明设计中，灯具的选用应根据使用方法和使用环境的不同，在 满足眩光和配光要求条件下，选用高效且安装维护方便的灯具，同时还应达到与 建筑相协调一致目的。243防静电，防雷措施为预防雷电、静电对被保护物的破坏，必须将防雷防静电设施看成是一个系统 工程，全方位地进行防范

20、。低压线路全线采用 电缆直接埋地敷设供电系统，在人户端上是否将电缆的金属 外皮，钢管接到防雷电感应的接地装置上 。采用局部埋地敷设的低压线路，检查埋地长度是否与在电缆与架空线连接处是否 已装设避雷器以及避雷器、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金属架等是否 连在一起接地，接地电阻是否小于10欧姆10。检查架空金属管道在进出建筑物 处，是否每隔 左右接地一次 埋地或地沟内的金属管道，在进出建筑物处是否与防 雷电感应的接地装置相连。2.5三废的处理2.5.1电石渣的处理电石渣是PVC生产中排放量最大的污染物，大多数厂家在排放前未对其进行 处理，给环境造成极大污染。电石渣的处理有几种方法，如把滤去水的

21、干渣堆积 起来，风干后用于建筑（但现在许多城市已禁止电石渣直接用于建筑）、生产次氯 酸钙或生产水泥。我公司用电石渣代替石灰石生产水泥，把从发生器产生的渣浆， 用泵送至水泥分厂，经过沉淀、压滤、混合之后，经立窖烧制、研磨而制成水泥。 这样不但解决了废渣的排放，也收到了极好的经济效益。目前电石渣的处理还可 用于其它产品的开发，有些已经取得了成功。2.5.2电石渣上清液的处理电石渣浆经沉淀之后，上层的液体叫上清液。上清液经过进一步分离之后， 再经过喷射风冷冷却到 25C左右备用。其主要用于乙炔工段发生器的补充用水 及发生系统冲洗用水，或用于转化工段水洗塔用水，用其独特的偏碱性水来除去 VC中杂带的H

22、CI效果较好。实践证明从水洗塔出来的水的 pH值由原来的14 降为7左右，从而减轻了碱洗塔的负担，提高了碱洗塔的运行周期。除了以上两 种途径之外，剩余的上清液可加入氯气用以调节 pH值至中性之后，把上清液中 大部分S卜除去，再经水处理车间统一处理。2.5.3热水的综合利用热水来自HCI合成炉夹套热水、固定床循环热水、成品散热器疏水器产生 的热水。此热水在给高、低塔釜升温、聚合釜升温之外，还有多余的热量不能利 用，只能加凉水来降低温度。为此，结合我公司地处北方的特点，我们加了 1台泵专将一部分热水用于冬季供暖，节省了取暖蒸汽。又在成品工段蒸汽散热器之 前加了 1组散热器，用来消耗一定量热水，节约

23、部分蒸汽。热水的供给量视转化 固定床水温而定，既节约了能源也解决了天热时热水无法平衡需加凉水的问题。2.5.4尾气的回收利用PVC生产的尾气主要产生于转化工段的尾凝器。从尾凝器排放出来的气体，其主要成分为氢气、氮气、乙炔气及氯乙烯气体，其中氯乙烯含量在 10%（体积分数）左右。现在尾气处理的主要方法是采用活性炭，低温吸附其中的氯乙烯， 其余的氢气、氮气、乙炔气因不被吸附而放空。然后再将吸附的氯乙烯解吸出来达到回收氯乙烯的目的，氛乙烯回收率在 85%左右？但在解吸过程中需要大量的 蒸汽来加热脱吸，同时在脱吸之后又要用热风干燥活性炭所吸收的水分， 然后用一 15 C盐水冷却活性炭。这样就使这种方法

24、操作较复杂，而且其中的乙炔气不 能回收。另外一种方法是离子膜分离法。其原理中国氛碱 2003年第1期是利用离子膜对分子有选择性，从而达到对氯乙烯、乙炔气体、氢气、氮气进行分离。经离子膜分离后，含氯乙烯20%（体积分数）的气体回到氯乙烯气柜；含乙炔较多的 气体可根据需要回到转化器重新反应或放空；而氢气与氮气被分离出来放空14。 这种方法的优点是操作简单、维护费用较少，其缺点是回收气体含量较低，从而 增加了尾凝器、压缩机及制冷的负担及处理量。 如能将这两种方法结合起来，将 有可能是今后处理尾气的方向。2.5.5转化水洗塔水的回收利用由于在转化过程中氯化氢与乙炔的配比在 1.05一 1.15:1,甚

25、至更高。采用吸收塔吸收多余的HCI制酸之后，再用水洗塔水洗，然后碱洗。现在采用水洗塔 用水再循环技术。在水的循环过程中，将一部分水加人 HCI吸收塔代替制酸用水，同时在水罐中再补加同量的水来保证循环量。这样， 由于氯乙烯在盐酸中的溶解度比在水中的溶解度小一半，不但节约用水，而且还减少了氯乙烯的流失， 每吨树脂可降低2kg电石耗，效益相当可观。3总结本设计为年产30万吨聚氯乙烯（PVC）的初步工艺流程设计，采用电石为原 料，应用悬浮聚合法生产聚氯乙烯。 本设计主要针对悬浮法生产工艺流程， 物料 衡算，热量衡算，主要设备和管道的设计选型，车间布置和环保措施等相关内容 做了简要介绍。通过本次设计，对

26、聚氯乙烯工业的发展历程及其发展前景有所了解。就目前 聚氯乙烯的发展现状来看，我国的聚氯乙烯产量及工业技术有很大的提高， 尽管如此，与国外先进的技术相比，我国的聚氯乙烯工业仍然存在着很多问题， 比如产品品种少、用途窄、产品质量低、生产的规模小等等。随着国内外产能的迅速 扩大，今后产品成本的降低、产品质量和品牌的竞争是未来的必然趋势。参考文献1王书芳氯碱化工生产工艺：聚氯乙烯及有机氟分册 M.化学工业出版社,1995,1-3,59-64,50-64,165-167,174-1752陈冠荣等.化工百科全书M.化学工业出版社，1993,125-127.3株洲化工集团.株化诚信公司工艺技术规程.4中国石

27、化集团公司上海工程有限公司. 化工工艺设计手册M.化学工业出版社,2003,402-403.5 北京石油化工工程公司.氯碱工业理化常数手册 M .1998,206-207.张濂.许志美.化学反映器分析M.化学工业出版社,2005,162-165.7柴诚敬.刘国维.化工原理课程设计M.天津科学技术出版社,1995,44-45.8厉玉鸣.化工仪表及自动化.M.化学工业出版社,1999 .9余国琮.化工机械工程手册.M.化学工业出版社,2003 .10周志华.尹华杰.化工设备设计基础.M.化学工业出版社，1996, 297-334.化学化工学院课程设计评分表（I ）专业班级 材料化学1101 姓名

28、王礼银 学号 201106200129评价 单元评价要素评价内涵满分评分知识 水平30%文献查阅与 知识运用能 力能独立查阅文献资料，并能合理 地运用到课程设计之中；能将所 学课程（专业）知识准确地运用 到课程设计之中，并归纳总结本 课程设计所涉及的有关课程知识20课程设计方 案设计能力课程设计整体思路清晰，课程设 计方案合理可行说明 书质 量50%文题相符与课程设计任务书题目相符，内 容与文题相符写作水平整体思路清晰，结构合理，层次 分明，语言表达流畅，综合概括 能力强30写作规范符合课程设计说明书的基本要 求，用语、格式、图表、数据、 量和单位及各种资料引用规范（符合标准）；符合课程设计规 定字数学习 表现20%工作量课程设计工作量饱满，能按时完 成课程设计规定的工作量学习态度学习态度认真，遵守课程设计阶 段的纪律，作风严谨，按时完成 课程设计规定的任务，按时上交 课程设计有关资料指导教师评定成绩：实评总分 ：成绩等级指导教师（签名）注：按优（90-100分）、良（80-89分）、中（70-79分）、及格（60-69分）、不及格（60分以下）五档制评定成