日产30万吨PVCPVC悬浮法生产的工艺设计毕业设计.docx

1、日产30万吨PVCPVC悬浮法生产的工艺设计毕业设计毕 业 设 计（ 论 文 ）题 目300000t/aPVC悬浮法生产的工艺设计作 者学 院专 业学 号指导教师 毕业设计（论文）任务书 化学化工学 院 材料系 系（教研室）系（教研室）主任: （签名） 年 月 日学生姓名: 学号: 专业: 1 设计（论文）题目及专题：年产30万吨PVC悬浮法生产的工艺设计2 学生设计（论文）时间：自 2010 年 04 月 10 日开始至 2010年 5 月30 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：（1）中国期刊网；（2）外文期刊网。4 设计（论文）应完成的主要内容：（1）聚丙烯酸的制备。（2）聚丙烯酸修

2、饰的金纳米颗粒的制备。（3）修饰后的金纳米颗粒的表征。5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：（1）撰写论文一篇；（2）提交论文一篇；（3）要求论文格式正确，文字规范，图表清晰，正确，数据真实。6 发题时间： 2010 年 03 月 15 日指导教师： （签名）学 生： （签名）湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）指导人评语主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价指导人： （签名）年 月 日 指导人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）评阅人评语主要对学生毕业设

3、计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价评阅人： （签名）年 月 日 评阅人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）答辩记录日期： 学生： 学号： 班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书 共 页2 设计（论文）图 纸 共 页3 指导人、评阅人评语 共 页毕业设计（论文）答辩委员会评语：主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价答辩委员会主任： （签名）委员： （签名）（签名）（签名）（签名） 答辩成绩

4、： 总评成绩： 年产30万吨PVC聚合工段的工艺初步设计说明书摘 要本设计是年产30万吨PVC聚合合成工段的初步工艺设计，根据株洲化工集团现场实习有关资料及有关文献，完成了物料衡算、热量衡算、主要设备和管道的设计及选型。此设计有说明书一份、图纸四张。说明书内容：1PVC和VC的发展及发展趋势。2合成工段的生产原理、流程。3物料衡算、热量衡算。4主要设备的设计和选型5主要管道的设计及选型。6三废处理安全与防火技术。图纸：1带控制点的物料流程图。2车间平面布置图。3主要设备的装配图。4厂区平面图关键词：合成、PVC、VC、设计。The Preliminary Design about the Sy

5、nthesis Construction Section of PVC 200000 tons per yearAbstractThe primary design for synthesis construction section of PVC 300000 tons per year was complete according to the information of Zhuzhou Chemical Industry Group scene practice and its relative dates. The equilibrium of material and equili

6、brium of heat quantity were calculated and the main equipments and pipelines were chosen. The design included a instruction booklet and four diagrams.The main contention of the instruction booklet included: 1 the development history and trendency of producing PVC and VC, 2 the production principle a

7、nd process of synthesis construction section, 3 the calculation of the balance of material and calculation of heat quantity, 4 the design and choice about the main equipments. 5 the design and choice about the main pipelines, 6 the disposal of three wastes processing security and fire protection tec

8、hnology.The diagrams comprised of 1 the technique flow chart with controlled point, 2 the factory floor-plan diagram,3 the main equipment installing picture and the Site planKey Words: synthesis、PVC、VC、design.前言本设计是根据设计任务书的要求，以株州化工集团的PVC生产工艺流程为参考并通过查阅相关的化工生产设计资料对年产30万吨PVC的氯乙烯聚合合成工段进行了初步的设计。本设计针对PVC生

9、产工艺在国内外的发展状况、工艺选择、产品性质、工艺流程及合成原理，相关的物料性质、物料衡算、能量衡算、设备选型、管道设计、经济分析以及尾气和三废的处理作了较为详细的阐述，以理论设计为基础，查阅了大量资料和书籍，力求与实际符合。在此次的设计过程当中，自始至终都得到了曾祥成老师的耐心指导和同组同学的热心帮助，在此表示衷心的感谢。由于经验不足，水平有限，设计中难免存在纰漏和不足之处，敬请各位老师和同学批评指正。谢谢！ 学生：杨修桥 2010年6月1日中文摘要 i英文摘要 ii前言 iii一、pvc概括 11 pvc简介 12 pvc性质 23我国pvc生产消费现状 34 建设一个30万吨/年规模的p

10、vc厂的可行性 4二、pvc产品及原辅材料说明 41 电石 42 氯化氢 63 氯乙烯 64 去离子水 75分散剂 76 引发剂 77其它助剂 7三、工艺路线的选择和介绍 81 工艺路线的选择 82 工艺流程介绍 9四、物料衡算 121 合成段计算 122 聚合段计算 21五、热量衡算 251 衡算方法 252 计算 26六、主要设备的设计和选型 341合成车间的设备计算 342 聚合车间的设备计算 38七、主要管道管径计算和选型 481合成段 482循环水管 513聚合段 51八、经济分析 531基本计算 532产品成本及部分厂家的成品价格 54九、三废的产生及处理 551氯化汞触媒的产生中

11、毒机理及处理 552尾排氯乙烯外逸的产生中毒机理及处理 553废水的处理 564其它三废的处理 58X 结论 58参考文献 59第一章 概 论1.1 PVC简介1.1.1 PVC的发展史聚氯乙烯（Polyvinylchloride，PVC）是一种无毒、无臭的白色粉末。主要成份为聚氯乙烯聚氢乙烯，是由氯乙烯（Vinyl Chloride）单体聚合而成的热塑性高聚物，其分子结构式：（CH2-CH-）n，其中n为聚合度。PVC为无定形聚合物，含结晶度5%10%的微晶体，熔点为175，目前商品化的PVC树脂的平均相对分子质量范围在1.91055.0106之间，国产通用型悬浮PVCSG1SG8型平均相对

12、分子质量则在41051106之间。早在1835年，法国人Regnauk n就发现了氯乙烯（vinyl chloride），1838年观察到其在光作用下能形成无定形粉状高聚物。直到19121913年，德国化学家F.Klate和E.Zacharia才发现了氯乙烯和聚氯乙烯(polyvinyl chloride,简称PVC)的工业生产方法，较大规模的乳液聚合则到1935年才由Bitterfeld实现。1940年，美国的古德里奇公司创建了悬浮聚合，从此以后，聚乙烯工业开始发展，1940年全世界产量为1.1万吨，1950年为22万吨，1960年达145万吨，1970年为600万吨，1980年1000万吨

13、，1990年为1500万吨，近期估计在2800 万吨左右。我国聚氯乙烯工业起步于20世纪50年代末，第一套聚氯乙烯装置在锦西化工厂于1958年建成投产，生产能力在3000吨年。1959年，国内建成4个生产能力6000吨年的聚氯乙烯厂，即北京化工二厂、上海天原化工厂、天津化工厂、天津大沽化工厂，1970年国内聚氯乙烯树脂厂增加到20家，但规模都叫小，1978年从日本东洋工程公司引进了两套20万吨年聚氯乙烯厂，分别在齐鲁石化公司和上海吴泾建厂。进入20世纪90年代北京化工二厂、上海氯碱、天津大沽化工厂、锦西化工厂等纷纷改进，生产能力提高很大。1.1.2 PVC的分类及用途PVC可分为软PVC和硬P

14、VC。其中硬PVC大约占市场的2/3，软PVC占1/3。软PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表层，但由于软PVC中含有柔软剂(这也是软PVC与硬PVC的区别)，容易变脆,不易保存，所以其使用范围受到了局限。硬PVC不含柔软剂，因此柔韧性好，易成型，不易脆，无毒无污染，保存时间长，因此具有很大的 开发应用价值。软质PVC多用来做成真空吸塑薄膜，用于各类面板的表层包装，所以又被称为装饰膜、附胶膜，应用于建材、包装、医药电线电缆、薄膜和片材、传送带、日用品（鞋、玩具、门帘、密封条）人造革及箱包等诸多行业。其中建材行业占的比重最大，为60%，其次是包装行业，还有其他若干小范围应用的行业。硬制品主要包

15、括各种型材、管材、硬片、瓶类、汽车配件、异型材等PVC材料用途极广， 主要用于制作：pvc卡片；pvc贴牌；pvc铁丝；pvc窗帘；pvc涂塑电焊网；pvc发泡板、pvc吊顶、pvc水管、pvc踢脚线等以及穿线管、电缆绝缘、塑料门窗、塑料袋 等方面。在我们的日常生活领域中处处可见到PVC产品。PVC被用来制作各种仿皮革，用于行李包，运动制品，如篮球、足球和橄榄球等。1.2 PVC的性质1.2.1 物理性质（1） 外观 聚氯乙烯树脂尾白色粉末微粒，但工业产品夹带分解产物或机械杂质，使树脂发黄或有黑色的杂质，统称为黑黄点。（2） 密度和表观密度 PVC平均密度为1.4gcm3,实际上它很分散。密度

16、分布窄的，其结构不均匀，易被增塑剂或其他液态助剂渗透；密度分布宽的，树脂有的使开孔的，有的则使不能渗透的孔，影响增塑剂等的吸收和渗透。（3） 水分 PVC是极性聚合物，因而有一定的吸水性。水分影响过筛，水分可使成型时产生气泡而影响产品质量。通常要求在0.1%-0.3%。（4） 机械性质 PVC抗冲击强度很高，常温下可达到10MPa.（5） 溶解性质 可溶于氯化苯、二氯乙烷、酯类等，不溶于水、汽油、酒精、氯乙烯中。1.2.2 化学性质（1） 化学稳定性 化学稳定性很高，除若干有机溶剂外，常温下可耐任何浓度的盐酸、90%以下的硫酸、50%60%的硝酸及20%以下的烧碱。这是由于PVC分子沿主链存在

17、有许多极性键，大分子与大分子之间的结合力强，可以耐酸、碱和非极性溶剂的作用，因此，耐化学腐蚀性能优良。（2） 热性能 通常的PVC玻璃化温度Tg在7580，结晶PVC的熔点为175，因而通常加工温度在160220。PVC加热到130以上时变为皮革状，呈现弹性，长期加热则分解脱出氯化氢，同时使PVC变色。随着温度的升高，树脂由白色变为淡黄色深黄色棕色黑色。在200以上开始分解并失去化学稳定性与优良的物理性质。聚氯乙烯只是在火焰上才能燃烧并分解，放出氯化氢，离开火焰立即熄灭。（3）光性能 纯聚氯乙烯在紫外线单色光的照射下显示蓝绿荧光色，在长期光线照射下发生老化并使之色泽变暗。（4） 电性能 PVC

18、具有特别好的介电性能，使属于介电功耗最小的材料之一，它对于交流电和直流电的绝缘能力可与硬橡胶媲美。PVC的介电性能与温度有关，温度升高，介电性能变差。1.3 我国PVC生产消费现状1.3.1 生产现状近年来，中国聚氯乙烯（PVC）发展速度惊人，市场需求将呈现迅猛增长的态势，特别是在建材方面，近年来正处于高速增长期，随着中国市场国际化的步伐加大，聚氯乙烯树脂包装材料和管材在水泥、化肥、粮食、食品、饮料、药品、洗涤剂、化妆品等领域都将有广阔的发展空间，其需求量相应大幅度增长；另外，汽车、通讯、交通领域对聚氯乙烯树脂的需求也呈高速增长，中国聚氯乙烯树脂工业仍有较大的发展空间。 因此新建、扩建项目纷纷

19、上马，产能迅速扩大，产量大幅提高。1997-2006年，中国PVC产能、产量年均增长率分别高达22.2%和20.0%。2006年全国聚氯乙烯树酯累计产量为823.86万吨；2007年全国聚氯乙烯树酯累计产量达到971.67万吨；由于受世界金融危机及原材料等因素的影响，国内消费市场的疲软，2008年全国聚氯乙烯树酯累计产量为 881.6万吨，同比下降9.27%，装置开工率仅为57.8%。2009年有所回升。1.3.2 消费现状 20世纪90年代中期以来, 随着我国城镇化基础建设、包装材料、电子电器制品等方面的快速发展，国内PVC的需求增长迅速,成为全球PVC消费增长最快的国家,高速增长的消费市场

20、引发了PVC的生产投资热潮。特别是2000年以来,受国家加大基础建设投资、扩大内需、启动居民住房消费市场等宏观政策影响,市场对管材、型材和化学建材等硬制品存在着强劲的需求,极大地推动PVC树脂工业及其加工业的发展。2004年人均消费量3 kg左右, 2007年达到7 kg左右,而发达国家年人均消费量则接近20 kg,国内PVC消费市场发展潜力巨大。从2005年开始国内PVC产量和需求量已经超过美国,从而成为世界最大PVC 消费国和生产国。自1996到2007年12 年翻了4番,远远高于国内同期的GDP增长率，与此同时，由于产能和产量的大幅度增长，净进口量大幅度减少，自给率不断增加。2001年我

21、国PVC树脂的表观消费量只有534.40万吨，2005年达到约820.05万吨，2006年进一步增加到约918.09 万吨，同比增长约11.9，2001-2006年表观消费量的年均增长率约为11. 4 。2007 年的表观消费量达到1026.76 万吨，同比增长约11。8。产品自给率相应从2001年的54.6增加到2005年81.5,2006年的89.7，2007 年的94.6，2008年受国际金融危机的影响，表观消费量急剧下降。2009年，在国家4万亿经济投入刺激下，国家加大基础设施建设，PVC消费量有所回升。目前，我国PVC 消费主要集中在华南和华东地区，广东、浙江、福建、山东和江苏等省份

22、的消费合计约占全国总消费量的70%，其中，广东和福建省市场需求量最大，但产能不足，进口PVC 所占比例较高；华东地区的江苏、山东和浙江省PVC 加工工业比较发达， 三省的消费量约占国内总消费量的34%；华北地区产销基本平衡。今后，随着中西部地区开发力度的加强以及大规模基础设施的兴建，中西部PVC 的消费量将会逐渐增加。我国PVC 树脂的消费主要分为两大类，一是软制品，约占总消费量的37%，主要包括电线电缆、各种用途的膜（根据厚度不同可分为压延膜、防水卷材、可折叠门等）、铺地材料、织物涂层、人造革、各类软管、手套、玩具、塑料鞋以及一些专用涂料和密封件等。二是硬制品，约占总消费量的63%，主要包括

23、各种型材、管材、板材、硬片和瓶等。预计今后几年，我国PVC 树脂的需求量将以年均约7%的速度增长，到2012年总消费量将达到约1350万t，其中，硬制品的年均增长速度将达到约7%，而在硬制品中，异型材和管材的发展速度增长最快， 年均增长率将达到约10%。未来我国PVC 树脂消费将继续以硬制品为主要发展方向。1.4 建设一个30万吨/年规模PVC厂的可行性对以上可能影响我国PVC行业发展的因素及其生产消费现状和发展前景，在今后的发展中，一方面要严格控制无市场竞争力的项目建设，按国家产业政策、环保等有关规定关停和按市场运行规律自然淘汰一些能耗高、工艺路线落后、污染大、成本高的小型PVC生产装置，一

24、方面也应鼓励在资源合理配置的基础上实行跨行业和部门的合作，同时加快我国大型PVC项目的建设努力提高我国现有生产装置规模和产品市场竞争力。虽然2008年受世界金融危机的影响，整个PVC行业受到很大冲击，但随着国家基础设施的大力建设和全球经济的回升，对PVC的需求量越来越大，整体PVC行业会迎来一个快速发展的道路，为了更好的抓住机遇，因此建设一个20万吨年规模的PVC生产装置既响应国家的相关规定，有符合市场的需要，生产能力和竞争力都非常稳定、灵活，非常具有可行性。 第二章 PVC原辅材料说明2.1电石电石是由碳和氧化钙（生石灰）在电阻电弧炉内于高温条件下化合而成的，所以它的化学名叫碳化钙，分子式，

25、分子量64.10kg/mol。2.1.1 性质（1）化学纯的碳化钙几乎是无色透明的结晶体，通常所说的电石是指工业碳化钙，即除了含有大部分碳化钙外，还有少部分杂质。工业用电石的颜色则随所含的碳化钙纯度不同而不同，有呈灰色，棕黄色或黑色。（2）18时的比重为2.22，电石比重随着含量的减少而增加。（3）不溶于所有有机溶剂中，熔点2300（纯电石），含80%时熔点为2000。（4）电石与水作用生成乙炔和氢氧化钙。2.1.2 规格大多数企业电石具有以下的组成：（重量） 75%83% 7%14% 0.4%3%SiO2、Fe-Si、SiC 0.6%3%Fe2O3 0.2%3%CaS 0.2%2%CaSO4

26、 0.2%0.4%CaCN2 0.2%1%Al、Al4C3、Al2O3 1.5%4%MgO、Ca、Ca3N2、Ca3P2、Ca3As2 少量2.1.3 电石的标准 原料电石的技术条件、检验规则、检验方法和包装等都必须负荷国家标准GB 106652004的要求。（1）技术要求 国家标准有关技术条件见表3.1 表2.1 电石国家标准的技术条件项目指标优等品一等品合格品发气量（20、101.3kpa/）/(L/kg) 300280260乙炔中磷化氢的体积分数/% 0.060.08乙炔中硫化氢的体积分数 /% 0.10粒度（580mm）质量分数/% 85筛下物（2.5mm以下）质量分数/% 5（2）检

27、验规则 电石批次划分和采样桶数百分比按表3.2进行。 表3.2 电石批次划分和采样桶数百分比批次/t5 515152525353550桶口处取样/%2012876测粒度取样/%1065432.2氯化氢2.2.1氯化氢的分子式 HCl ,分子量 36.5kg/mol。2.2.2氯化氢的性质（1)氯化氢在常温常压下是无色有刺激性气味的气体。(2)氯化氢极易溶于水而变成盐酸，病强烈放热。极易与潮湿的空气中的水分结合生成白色烟雾。（3）在干燥状态下几乎不与金属作用，但在含水或溶于水时，表现盐酸的性能，腐蚀性很强，能与大多数金属反应。(4)氯化氢是制造合成材料的重要原料，可用它来制造PVC等合成材料。2

28、.3 氯乙烯2.3.1 氯乙烯的分子式，分子量62.51kg/mol。2.3.2 氯乙烯的性质（1）常温常压下为无色气体。带有芳香气味（2）属易燃易爆物质，遇火焰即可燃烧爆炸，在空气中爆炸范围为3.829.3%，故在有氯乙烯存在的地方都要严禁烟火及撞击火花的产生。（3）有毒，对人体有麻醉作用，长时间接触VC气体可使人致癌。（4）在氯乙烯系统若有氧气存在则生成过氧化物，给后处理造成困难。与氯乙烯开始反应生成单质体，它溶解于氯乙烯单体中，以后分解和重排，生成对碰撞很敏感的过氧化聚合物，并会变成醛和酸。它们对聚合过程有很大的影响，氯乙烯系统中存在微量的水和酸，会加速单体生成过氧化聚合物，造成设备管道

29、的腐蚀。（5）氯乙烯性质活泼，它能起加成反应，易起聚合反应，它能与丁二烯、乙烯、丙稀腈、醋酸乙烯、丙烯酸酯等共聚物。（6）氯乙烯难溶于水，溶于醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷。2.4 去离子水所用反应介质水，应经过离子交换树脂或磺化煤进行脱盐处理。处理后的水pH应在58.5范围，硅胶含量0.2mg/L。2.5 分散剂悬浮聚合生产的聚氯乙烯颗粒的大小与形态，主要取决于所用的分散剂，可分为两类：主分散剂和辅助分散剂。主分散剂的作用是控制所得颗粒的大小，但也会影响聚氯乙烯的孔隙率和某些形态。辅助分散剂的作用是提高颗粒中的孔隙率，并使之均与以改进聚氯乙烯树脂吸收增塑剂的性能。主分散剂主要是纤维素醚和部分水解的

30、聚乙烯醇。辅助分散剂主要是小分子表面活性剂和低水解度聚乙烯醇。2.6 引发剂由于氯乙烯悬浮聚合温度为5060上下，应根据反应温度选择合适的引发剂，其原则为在反应温度条件下引发剂的半衰期大约为2h者，反应时间为最佳。由于反应后期单体浓度降低，为了使反应后期具有适当的反应，所以反应前期与反应后期应当使用不同半衰期的引发剂。因此聚氯乙烯树脂生产工厂目前多数使用复合引发剂，即两种引发剂的混合物。2.7 其他助剂2.7.1 链终止剂为了保证聚氯乙烯树脂质量，使聚合反应在设定的转化率终止或防止发生意外停电事故，必须临时终止反应时使用，工业生产中使用聚合级双酚A、叔丁基邻苯二酚等。2.7.2 链转移剂为了控

31、制聚氯乙烯平均分子量，除严格控制反应温度外，必要时添加链转移剂，特别时生产分子量较低的树脂牌号时。常用的链转移剂为硫醇等。2.7.3 抗鱼眼剂为了减少聚氯乙烯树脂中所含结实的圆球状树脂，可加入抗鱼眼剂，主要时苯甲醚的叔丁基、羟基衍生物。2.7.4 防粘釜剂在生产聚氯乙烯过程中，树脂粘结于反应釜壁上形成釜垢时悬浮法生产聚氯乙烯树脂必须解决的工艺问题之一，较先进的方法时加入防釜剂。防釜剂种类很多，而且生产工厂技术保密，但主要是苯胺染料等的混合溶液或与某些有机酸的络合物。第三章 工艺路线的选择和介绍3.1工艺路线的选择3.1.1PVC工艺简介聚氯乙烯(PVC) 是由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂，