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1、年产16万吨PVC合成工艺课程设计课件资料洛阳理工学院课程设计说明书课程名称 聚合物合成工艺学设计课题 年产1.6万吨聚氯乙烯工艺设计专 业 高分子材料科学与工程班 级 B10011029 姓 名 贺延昌 2013年6月21日课程设计任务书材料科学与工程 系 高分子科学与工程 专业学生姓名 贺延昌 班级 B100110 学号 B10011029课程名称： 聚合物合成工艺学 设计题目： 年产1.6万吨聚氯乙烯聚合工艺设计 课程设计内容与要求：一、 配方设计。二、 工艺设计：1、生产能力计算；2、原料及制备；3、物料衡算、 热量衡算；4、工艺参数确定；5、聚合反应釜计算；6、产物后 处理工序。三、

2、 绘图：1、工艺流程图（1号图）；2、聚合反应釜装配图（1号图）。设计（论文开始日期2013年06月17日指导教师付新建徐亚娟设计（论文）完成日期2013 年06月21 日 2013年06月21日摘要聚氯乙烯PVC是四大通用塑料之一，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。本设计为年产量1.6万吨聚氯乙烯车间聚合工段工艺。氯乙烯悬浮聚合采用 间歇法生产，原料气采用电石路线生产，然后依次对反应装置进行物料衡算和热 量衡算，对产物进行后处理，最后设计出一套较为完整的聚

3、氯乙烯生产路线， 并对设计进行总结。关键词：聚氯乙烯悬浮聚合间歇法电石路线摘要 3目录 4一 概述 51.1.聚氯乙烯简介及发展状况 51.1.1聚氯乙烯简介 51.1.2聚乙烯发展状况 61.2.聚氯乙烯聚合方法介绍 7二. 原料及其制备 92.1.原料简介 92.2.合成路线 10三物料衡算和热量衡算 113.1.物料衡算 113.1.1倒推法对氯乙烯进料量的计算 113.1.2水及其他物质的计算 123.1.3反应釜的选择 133.2.热量衡算 133.3.1冷却水的用量的确定 143.3.2传热面积及管径的确定 144.工艺流程 154.1 VCM 的贮存与加料 164.2聚合系统 1

4、84.3回收系统 194.4干燥系统 19五、 工艺分析 215.1.影响反应及残品质量的因素 215.2工艺总结 22参考文献 23-概述1.1.聚氯乙烯简介及发展状况 1.1.1聚氯乙烯简介图1.聚氯乙烯实物本色为微黄色半透明状，有光泽。透明度胜于聚乙烯、聚苯烯，差于聚苯乙 烯，随助剂用量不同，分为软、硬聚氯乙烯，软制品柔而韧，手感粘，硬制品的 硬度高于低密度聚乙烯，而低于聚丙烯，在屈折处会出现白化现象。常见制品：板材、管材、鞋底、玩具、门窗、电线外皮、文具等聚氯乙烯是一种使用一个氯原子取代聚乙烯中的一个氢原子的高分子材料。聚氯乙烯，简称 PVC（ Polyvinyl chloride p

5、olymer = PVC 分子结构），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。氯乙烯 均聚物和氯乙烯共聚物统称为氯乙烯树脂。PVC为无定形结构的白色粉末，支化 度较小。工业生产的PVC分子量一般在5万12万范围内，具有较大的多分散 性，分子量随聚合温度的降低而增加；无固定熔点， 8085C开始软化，130C变为粘弹态，160180C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510kJ/m2;有优异的介电性能。但对光和热的稳定性差，在 100C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

6、，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艮坚硬，溶解性也很差，只能溶于环己酮、二氯乙烷和 四氢咲喃等少数溶剂中，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。性能参数：密度 1380 kg/m3杨氏弹性模量（E） 2900-3400 MPa拉伸强度（T t） 50-80 MPaElo ngation break 20-40%Notch test 2-5 kJ/m2玻璃转变温度87 C熔点212CVicat B

7、1 85 C导热率（入）0.16 W/m.K热膨胀系数（a） 8 10-5 /K热容（c） 0.9 kJ/（kg K）吸水率（ASTM） 0.04-0.4折射率硬质成型品1.521.55Price 0.5- 1.25 ?/kg聚氯乙烯的最大特点是阻燃，因此被广泛用于防火应用。但是聚氯乙烯在燃 烧过程中会释放出氯化氢和其他有毒气体，例如二恶英1.1.2聚乙烯发展状况近年来，随着我国经济稳定快速发展，国内外政治、经济形势的变化和下游消费结构的改变，使中国聚氯乙烯工业保持了较高的增长速度， 现中国已逐渐成为世界聚氯乙烯最大的消费国之一。在中国聚氯乙烯工业的快速发展中，行业总体竞争力水平有一定提高，国

8、外 比较先进的聚氯乙烯生产技术在中国均有引进， 我国自行研究开发具有国际先进水平的工艺、技术、装置在生产实践中得到应用。我国现已成为除美国、日本、 西欧等发达国家之外能够自行制造聚氯乙烯大型核心设备 70m3 -100m3以上聚合釜的国家，不少聚氯乙烯企业产品、质量、能源和原材料消耗以及技术水平已 经接近国外发达国家水平，并逐步实现清洁文明生产和三废的综合利用。在我国聚氯乙烯工业快速发展的进程中，应当清醒看到，随着经济全球化， 特别是我国加入世界贸易组织后，国内市场国际化、国际竞争国内化趋势加快， 中国聚氯乙烯行业和企业将面临着更多的机遇和挑战。 虽然我国已经成为世界聚氯乙烯生产和消费大国，但

9、真正要成为世界聚氯乙烯工业的强国仍有许多制约因 素需要我们行业和企业认真思考。中国已逐渐成为世界聚氯乙烯生产和消费大国2004年中国聚氯乙烯总产量503万吨，占世界总产量的14.6%。消费量701万吨，占世界消费总量的21.3%，是世界上第二大生产和消费大国。近几年 中国生产和消费状况见下表。表1.中国PV（产量、消费量变化情况（万吨）年份产量消费量2000264.645420012955422002339541200340161820045037012005年 1-6 月295371.5聚氯乙烯企业主要分布在东部沿海地区，中国聚氯乙烯生产企业主要分布 在东部沿海各省份，2005年1-6月PV

10、（W脂产量前6位的省份分别为山东、天津、 江苏、四川、河北、上海，其占全国总产量比例分别为 15.3%、14.2%、12.4%、9.0%、6.9%、5.1%。表2.中国主要省份PV（W脂2005年1-6月产量分状况省份产能分布（%省份产能分布（%山东15.3新疆2.3天津14.2湖北2.7江苏12.4北京2.2四川9.0浙江2.3河北6.9辽宁2.5 1上海5.1内家古2.6山西4.0其它10.7河南4.51.2.聚氯乙烯聚合方法介绍因采用悬浮法PVC生产技术易于调节品种，生产过程易于控制，设备和运 行费用低，易于大规模组织生产而得到广泛的应用，成为诸多生产工艺中最主要 的生产方法。工艺特点：

11、悬浮聚合法生产聚氯乙烯树脂的一般工艺过程是在清理后的聚合 釜中加入水和悬浮剂、抗氧剂，然后加入氯乙烯单体，在去离子水中搅拌，将单体 分散成小液滴，这些小液滴由保护胶加以稳定，并加入可溶于单体的引发剂或引 发剂乳液，保持反应过程中的反应速度平稳 ，然后升温聚合，一般聚合温度在4570C之间。使用低温聚合时（如4245C）,可生产高分子质量的聚氯乙烯树脂； 使用高温聚合时（一般在6271C）可生产出低分子质量（或超低分子质量）的聚氯 乙烯树脂。近年来, 为了提高聚合速度和生产效率 , 国外还研究成功两步悬浮聚合 工艺, 一般是第一步聚合度控制在 600 左右, 在第二步聚合前加入部分新单体继 续聚

12、合。采用两步法聚合的优点是显著缩短了聚合周期 , 生产出的树脂具有良好 的凝胶性能、模塑性能和机械强度。现在悬浮法聚氯乙烯品种日益广泛 , 应用领 域越来越广 , 除了通用型的树脂外 , 特殊用途的专用树脂的开发越来越引起 PVC 厂家的关注 , 球形树脂、高表观密度建材专用树脂、消光树脂、超高 （或超低 ）分 子质量树脂等已成为开发的热点 7。悬浮法 PVC 的发展趋：在工业化生产 PVC 时,以悬浮法产量最大 ,悬浮法生 产具有设备投资少和产品成本低等优点。 各种聚合方法的发展方向是逐步向悬浮 法聚合生产路线倾斜 , 一些过去采用其它方法生产的树脂品种已开始采用悬浮聚 合工艺生产。自从乳液

13、聚合法工业化以后 , 欧洲、日本在连续悬浮聚合工艺方面 开展了大量的研究工作 , 目前尚未工业化生产 , 但连续法设备费用低 , 生产效率高 , 工艺难题少 , 已引起了各国科研院所和生产厂家的重视。 另外,为进一步提高悬浮 法生产的通用树脂和专用树脂的质量 ,提高产品的专用化、市场化水平 ,国外厂家 在聚合工艺的工艺条件及配料体系等方面做了大量的研究工作 , 进一步提高了聚 合转化率 ,缩短了聚合周期 , 提高了生产效率 , 同时也开发出一系列性能好、易于 加工的PVC专用树脂如：超高（或超低）聚合度树脂、高表观密度树脂、无皮树脂、 耐辐射树脂、医用树脂、耐热树脂等。可见 , 各种专用料的开

14、发是悬浮聚合树脂 发展的标志 ,是提高产品使用性能、开发新的应用领域的重要手段 8。本设计采用悬浮法 PVC 生产技术。.原料及其制备2.1.原料简介图2.氯乙烯分子模型中文名称：氯乙烯英文名称:vinyl chloride pressure tin with 250 ml 225 G net英文别名:vinyl chloride cylinder with 2 L 1.6 kg net; Vinyl chloride; chloroethyle ne分子量:62.4987技术说明书编码：64CAS No.： 75-01-4分子式:C2H3CI结构式：CHCl=CH2分子量：62.50有害物成

15、分含量CAS No.氯乙烯99.99% 75-01-4 为pvc单体主要成分：含量：纯度99.99%。外观与性状：无色、有醚样气味的气体。pH:无意义熔点（C）： -159.7沸点（C）： -13.9相对密度（水=1）： 0.91相对蒸气密度（空气 =1）： 2.15饱和蒸气压（kPa）: 346.53（25 C）燃烧热（kJ/mol ）:无资料临界温度C） : 142临界压力（MPa： 5.25辛醇/水分配系数的对数值：1.38闪点（C） ： T2 150 0Ct2 - t1 98 C : 95 C也二 T2 -T1=1500C-950C=5Ct2 丸-t2=150DC-980C=52c然而

16、，15台转化器所提供的传热面积为:A实际=15 X 799X 3.14 X 57X 3000=7334.82m23.9管径的计算3.9.1管径计算进口气体的速度 叫=15ms，水的速度-=2msI为流体的流速j气体进口管径： dj = J4 * 6026.35 mm = 96.65mmV3600x15x3.14x154 143.43 22.4气体出口官径：d2 mm = 70.79mm、3.14如55 汉 3600又化工原理上册，附录五 95r时水的密度为961.85Kg/m3 ; 98C时水色密度为95 r水的体积流量为:1n1/h= 125841 m3/h98 r水的体积流量为:95 r进

17、口水的管径为:1210397.8960.125daI 4X258.41 3.14 2 3600 15mm 二 0.113m3=1260.67 m/h960.125Kg/m3因此，冷却水管进出口管径分别为，进口管 113mm,出口管114mm4.工艺流程工艺流程图氧乙烯合咸工艺流程1 一混合器；2转化器；3水洗塔$ 4一就洗塔；m港槽$ E-气柜: 一预冷器8-冷庚崙*召一尾气冷爆器扌10-粗倒塔$ 11槽倒塔 吃一成品冷瀧器;131乙烯贮:槽7 14受槽？ 15 出釜图5.工艺流程图4.1VCM的贮存与加料从VCM车间运送来的新鲜单体 VCM ,经过过滤器（1）进入VCM贮槽（2） 中贮存，同

18、时由VCM回收工序来的回收VCM贮存在回收VCM贮槽（7）中。 用VCM泵（3）连续从回收贮槽抽料、并经过 VCM加料过滤器（5a，b）过滤, 循环回收到VCM贮槽（7）中。目的是保留VCM加料的压力，使VCM不汽化， 以避免再加料时损坏流量计。加料时（4）泵先加回收单体，（6）泵后加新鲜单 体，回收和新鲜单体有一定配比。（2）脱盐水的贮存与加料：冷脱盐水（来自界区）经计量进入冷脱盐水贮槽（13）中或热脱盐水贮槽（17） 中。冷脱盐水经加热器（15）加热到要求温度后进入热脱盐水贮槽（17）中，待 加料用，该槽有温度范围或液位低时聚合釜不能入料。加料时，根据聚合温度的要求把冷热脱盐水混合，用冷脱

19、盐水加料泵（ 14）和热脱盐水加料泵（18）打入聚合釜中，混合温度在两泵出口汇总管处由冷、热 脱盐水量来调节。（3）注入水与冲洗水的加料:注入水泵（ 20），从冷脱盐水贮槽（ 13）抽水向各脱盐水用户供水，泵出口 压力 2.1Pa 用于聚合釜轴封、浆料泵（ 46）、块料破碎机（ 48）等。此泵有稳压 系统，另外该泵出口脱盐水还用于聚合釜的注入水，比保证釡内容积恒定。冲洗水泵泵出口压力I.IMPa,用于冲洗管理，并为助剂配制提水，同时为冲洗水增压泵（ 16）提供水及设备冲洗水，冲洗水泵的水经冲洗水增压泵（ 16）增压后向聚合釡（42）、回收分离器（54）、汽提加料槽（61）等提供1.4 MPa的

20、 冲洗水。（4） 助剂的配制及加料：1缓冲剂系统缓冲剂是在配制槽（37）中配制，配制时需1530分钟，不设单独贮槽，加 缓冲剂时，计算机程序关闭循环线，打开充料伐，经（ 38）充装泵，将缓冲剂加 到称重槽（ 39）中到规定时间用加料泵（ 40）加入到聚合釜（ 42）中，同时重新 使用循环系统使缓冲剂配制槽中物料续循环。2分散剂系统本设计采用两种分散剂混合使用。分散剂A :分散剂在配制槽（31）中配制，分散剂加料时，先将分散剂打入 计量槽（此时循环已停） ，达到定量后，启动循环系统，同时计量槽中分散剂用 充装泵（ 36）打入聚合釜。分散剂B:配置过程如分散剂（I），然后将配制好的分散剂（II）放

21、入分散剂 贮槽（33）中单独贮存，同样有个冷冻盐水冷却并用充装泵（ 34）循环。此溶液 搅拌较强烈，以防分散剂分离。3调节剂的配制调节剂在有局部搅拌的调节剂贮槽 （9）内贮存，加料时用调节剂充装泵 （10） 计量加入聚合釜（ 42），此管线带压无需冲洗。4引发剂系统引发剂在引发剂配制槽（ 25）中配制，配制合格后放入引发剂贮槽（ 26）中 贮存待用。引发剂贮槽（26）用冷却水冷却到规定的低温， 搅拌并用循环泵（27） 打循环。加引发剂时，先由贮槽（ 26）放到引发剂称重槽（ 28）中，然后用加料 泵（ 29）定量加入聚合釜（ 42）内。5终止剂系统终止剂在带搅拌和排空装置的不锈钢容器（ 11）

22、中配制，先将定量的脱盐水 和 NaOH 加入到终止剂配制槽 （ 11）中，开动搅拌后将定量的终止剂加入到配制 槽（11）中，当聚合达到规定转化率时，需加终止剂。加终止剂时，按规定的程 序，用终止剂充装泵（ 12）从终止剂贮槽（ 11）中抽出，配方量的终止剂经计量 后从注入管加入聚合釜， 加终止剂时应关闭注入水切断阀， 加完终止剂后应关闭 聚合釜终止剂阀及终止剂泵出口阀，停泵。事故终止剂NO,在停车或停电等紧急情况下加入聚合釜、迅速终止聚反应。6涂壁系统涂壁剂溶液在配制槽 （22）中按规定配方进行配度和贮存。 聚合出料完毕后, 用高压水（14Kg/cm 2 G）冲洗釜90秒钟，废水用浆料泵（43）,打至废水贮罐 （ 57）中，洗涤后进行涂壁操作。4.2聚合系统聚合：若聚合釜打开过釡盖，则需抽真空真空度为 710mmH柱，将缓冲剂加到脱盐水总管内，然后用脱盐水把缓冲剂带入到聚合釜。脱盐水启