聚氯乙烯反应釜设计说明.docx

1、聚氯乙烯反应釜设计说明聚氯乙烯反应釜设计说明第一章 绪论 31.1. 聚氯乙烯发展史及其地位 31.1.1. 氯乙烯生产状况 31.1.2. 聚氯乙烯基本性质 61.1.3. 聚氯乙烯生产过程 71.2. 13.5m3聚氯乙烯反应釜技术特性 81.2.1. 聚合釜的作用，结构特点，及参数改进内容 81.2.2. 设备的技术特性，试验，检验要求 91.2.3. 设备安装的技术要求 111.2.4. 试车技术要求 111.2.5. 设备的操作要求，岗位安全要求 111.3. 原始数据 15第二章 釜体的机械设计及校核 162.1. 釜体的机械设计及其校核 162.1.1. 长径比的选择 162.1

2、.2. 封头的选择 162.1.3. 釜体圆筒的机械设计 172.1.4. 釜体封头的机械设计 182.1.5. 釜体的开孔补强 192.2. 夹套的计算 212.2.1. 夹套的选用 212.2.2. 夹套圆筒的机械计算 222.2.3. 夹套封头部分的设计 222.2.4. 夹套的补强计算 23第三章 搅拌轴的机械设计及强度校核 253.1. 功率的计算 253.1.1. 搅拌桨选形 253.1.2. 功率计算 253.2. 桨式搅拌器强度计算 263.3. 轴的设计 273.4轴径的校核 283.4.1. 底轴承 283.4.2. 根据临界转速核算搅拌轴轴径 303.4.3. 按强度计算

3、搅拌轴的轴径d2 323.4.4. 轴的刚度校核 353.4.5. 提高搅拌轴疲劳强度的措施 35第四章 热量核算 374.1. 热量计算 374.2. 反应放出的热量 38第五章 釜体其它附件的计算 415.1. 安全阀的选择 415.2. 轴封的选择 415.3. 螺旋导流板的选择 425.4. 工艺接管的计算及选择 425.4.1. 进出料管径及长度 425.4.2. 放料口 435.4.3. 夹套的进出水管管径 435.5. 支座的选择 44总 结 47参考文献 48致 谢 49第一章 绪论1.1. 聚氯乙烯发展史及其地位1.1.1. 氯乙烯生产状况（1）在乙烯工业的发展中，一个国家的

4、乙烯原料结构不仅与其拥有的资源或可从国外易于获得的资源有关，也和一定时期原料的价格和产品需求有关，但最重要的还是资源因素。本文拟结合国外乙烯原料结构情况，对我国乙烯原料结构做一分析，从中展望我国乙烯原料结构的发展趋势和今后乙烯原料路线发展的方向。构成来看，脑油呈上升趋势，乙烷略呈下降趋势，LPG是波浪形发展。这种原料构成产生的原因主要是，石脑油目前还是比较理想的乙烯原料。不单裂解性从世界原材料能好，联产品也较多，运输贮存都比较方便。因此，一般情况下人们大多采用石脑油作乙烯原料;乙烷也是很好的乙烯原料，乙烯收率高，能耗低，装置投资省。在美国和中东等地都有大量丰富的天然气(乙烷)资源，因此作为乙烯

5、原料的用量也比较大。但乙烷不便运输，其他联产品很少，因而使其应用受到限制。LPG和市场贸易量有关，同时运输贮存也比石脑油麻烦，其他联产品也较少，所以也影响其广泛应用。长期以来我国乙烯原料以AGO为主.1985年AGO乙烯原料占乙烯产量的比例高达73.3 %，虽然以后逐年有所下降，但到1992年仍占乙烯产量近一半，并仍居各种原料之首，这和世界各国乙烯原料情况大不相同。主要原因是我国原油的特点:一是重，所产石脑油数量比较少，而其中还有不少原油的石脑油裂解性能差，不适合作乙烯原料。二是占我国原油数量最大的大庆油，其AGO馏分的裂解性能不错，是比较好的乙烯原料。胜利油的AGO虽然裂解性能不太好，但与胜

6、利油的石脑油相比也不算差。因此，在我国AGO的数量不仅比石脑油大得多，而且总的来看还是不错的乙烯原料。因而在立足国内油的情况下AGO很自然成为我国乙烯原料的主要成分。在国外，大量中东原油的AGO并不是好的乙烯原料，而且贸易市场AGO的数量也很少，作为乙烯原料一般主要在炼油化工联合企业中利用。因此，除美国和西欧少量利用一部分AGO外，其他地区很少采用。 (2)我国乙烯原料结构的展望目前已批准的在建项目和扩建项目包括:新建的茂名、吉林、天津、独山子、中原、北京、广州乙烯装置;老乙烯装置如燕山、扬子、齐鲁、金山、大庆、兰化等的扩建;再加上原来的乙烯厂，其总生产能力可达395万吨。大庆VGO此原料结构

7、可作为相当于我国接近2000年时的乙烯原料结构。它与1992年乙烯原料结构相比，又有了较大的变化。比较明显的是石脑油的比例继续上升，由原来的34.8%上升至39.9 % 。AGO所占的比例继续下降，由原来的49.8%下降为38.2%;加氢裂化尾油的比例有较大幅度的上升，由原来的1.53%上升为11.1;轻烃原料所占的比例略有下降，由原来的13.86%下降为10.80%在上述原料结构中，还有一比较明显的变化，即石脑油原料所占的比例已超过AGO而居于各种原料之首。根据今后我国资源情况的变化，即两个市场两种资源，要大量利用进口资源首先是进口大量原油的情况，可以对将来我国乙烯原料结构的发展趋势作一分析

8、。 轻烃随着国内原油增长速度减慢，一些老油田产量还会逐步下降。因此，国内油田轻烃的数量不会增加太多，能作为乙烯原料利用的增加量更有限，炼厂回收的轻烃增加也不会太多。因此，按国内轻烃资源估算，轻烃原料在乙烯产量中的比例不会增大，至于进口LPG作乙烯原料是存在这种可能的。但由于LPG运输和贮存费用均较大，而我国进口LPG的关税还比较高(优惠税率经两次下调后仍为9%),高于石脑油和原油的税率。虽然在国际市场上LPG货源和价格在一段时间内还具有吸引力，但看来我国要大量进口LPG作乙烯原料是不大可能的，少量进口是有可能的.因此，从这种趋势看:我国轻烃原料在乙烯产量中的比例估计在今后较长一段时间内基本不会

9、上升，甚至还有可能下降。 石脑油由于今后进口原油增多，到2000年预计乙烯工业进口原油将达到5000万吨。而进口原油中的品种，根据货源情况，预计80%以上将进口中东油，包括含硫高的沙特、伊朗、科威特原油，这些原油的石脑油裂解性能均不错，适宜作乙烯原料。特别是如果与乙烯厂相配合的炼厂是较大的炼厂时，石脑油的用量还会增多。另外还有可能直接进口部分石脑油或外购其他炼厂可用的石脑油。因此，从发展看，我国用石脑油作乙烯原料的比例还会继续增加，并将保持在各种原料中居于首位。 AGO从发展看，AGO作为乙烯原料在我国有两种制约因素。一是国内柴汽比的变化，柴油的需求将越来越大，不可能再拿出很多的柴油供作乙烯原

10、料用。二是进口的大量中东原油中，其AGO的裂解性能都较差，不是好的乙烯原料。因此，从发展看，AGO原料在乙烯产量中的比例还会继续下降，但还能保持一定的份量。 加氢裂化尾油国内外的工业实践证明，加氢裂化尾油确是较好的乙烯原料。特别是高压加氢裂化尾油，转化率在60-70%以上的尾油，其裂解性能是不错的，乙烯收率这种情况是不容易达到的。如直接大量进口石脑油，长远看市场货源和价格的前景均不乐观。因此，考虑少用原油，利用炼厂也需要建设的加氢裂化装置，提供部分加氢裂化尾油作乙烯原料是比较合理的。如新建的茂名和吉林30万吨/年大乙烯厂均采用了部分加氢裂化尾油作乙烯原料(在乙烯原料中的比例约15-28%。惠州

11、45万吨/年乙烯厂也规划采用了较多的加氢裂化尾油作乙烯原料。按这种趋势，加氢裂化尾油原料在乙烯产量中的比例会有所上升，但综合考虑上升幅度不会太大。可接近优质石脑油，但由于其馏分温度比较高，清焦周期一般要较石脑油短，而且产汽量也较低。因此，就综合裂解性能而言，加氢裂化尾油无论如何也比不上石脑油。因而，如果石脑油资源充足，优先考虑的自然还是石脑油作乙烯原料。在这种情况下，加氢裂化尾油在乙烯产量中的比例有可能减少。但是，估计在我国使用大量进口油的情况下，石脑油资源也不会充足，因为一般中东原油中石脑油的馏分也只有15-24%。因此，对于一个40万吨/年乙烯厂而言，如乙烯原料全部用石脑油，包括少量轻烃也

12、至少需要一个600万吨/年的炼厂相配合，而且全部直馏石脑油均需供给作乙烯原料，以预料我国乙烯原料结构的发展，石脑油在乙烯产量中的比例会继续上升，并位居各种乙烯原料之首,AGO在乙烯产量中的比例会继续下降，但仍可以保持一定量的水平。轻烃在乙烯产量中的比例估计变化不大，可能略有下降也可能略有上升;加氢裂化尾油在乙烯产量中的比例会有所上升，但幅度也综上所述，可不会大。根据以上分析，结合我国今后资源情况(包括国内外两种资源)可以明显看出，我国乙烯原料路线的发展应该是多样化、优质化、轻质化。所谓优质化，是指多样化原料的范围比较广，包括轻烃、石脑油、AGO、加氢裂化尾油，只要是优质原料就可以选择。因此，在

13、我国乙烯原料结构中，AGO和加氢裂化尾油都会占有一定比例。所谓轻质化，是指有轻质原料(包括石脑油)可供选择时首先应考虑轻质原料。这有利于降低能耗，节省投资和提高乙烯装置的经济效益。在我国PVC共聚物的主要产地有北京二化，上海天原及天津近代化学厂的氯乙烯醋酸乙烯共聚；天化，衡化锦化以及上海天原，南通树脂厂等氯乙烯二乙烯共聚物；徐州电化厂的氯乙烯乙烯/醋酸乙烯接枝共聚；天化等氯乙烯聚丙烯脂接枝共聚；天化，无锡电化厂由氯乙烯马来酸双辛脂共聚等。聚氯乙烯是有氯乙烯单体经氯合反应而生成的热塑树脂。在本世纪三十年代就实现了工业规模的生产，大规模的生产解决了增塑加工方法之后，便成为一种用途广泛的树脂。如今聚

14、氯乙烯已成为世界五大塑料之一。根据七十年代的统计，已占当时世界塑料总产量的四分之一。1.1.2. 聚氯乙烯基本性质 聚氯乙烯树脂 （简称PVC）的型号： polyving /chloride 分子式为：（C2H3Cl）n, n=550-1500 物理性质：比重 1.35-1.45g/cm3(25)；外观 白色不定型粉末；机械性能 在常温下，抗冲击强度100kgf/cm2。 化学性质：常温下可耐任何浓度的盐酸，可耐90%以下的硫酸，5060%的硝酸，20%以下的碱溶液。此外，对于盐类也相当稳定。 热学性能：没有明显的熔点，80-85时开始软化，130以上变成皮革状，同时发生变色，180时开始流动

15、，200以上全部分解。溶解性： 溶解于水，汽油，酒精和氯乙酸。光学性能：纯PVC在紫外线的照射下显示弱蓝荧光，长期光照下颜色变暗，发生老化。电学性能：PVC是良好的绝缘材料，他的制品的介电性与温度，增塑剂，稳定剂等因素有关。聚氯乙烯的用途：（见表1-1）表1-1型号主要用途XJ，XS-1高级电缆的绝缘保护层XJ，XS-2电缆，电线绝缘层，氯纶纤维等XJ，XS-3薄膜（雨衣，战备物资，工艺包装等）XJ，XS-4硬管，硬片，蓄电池，隔板XJ，XS-5硬板，唱片，管件，焊条XJ，XS-6过氯乙烯树脂此外，还可以制成塑料口袋，饮料瓶，塑料家具等。在国民经济中的位置：聚氯乙烯塑料占我国塑料总产量的40%

16、，PVC分子量的一半是制碱工业的必然副产品氯，因而来源丰富，且是氯碱平衡中的主要杠杆。聚氯乙烯的性质，用途，决定了它在经济中的地位，具有远大的发展前途。1.1.3. 聚氯乙烯生产过程 生产原理，方法：氯乙烯悬浮聚合是以AIBN，ADVN或DCPD为引发剂的自由基链锁反应。明胶或PVC等为分散剂，无离子水为分散剂和导热介质，借助搅拌作用，使液体氯乙烯以微球形状悬浮与水介质中，对于每个微球而言，其反应和本体聚合相同，反应式如下：nCH2=CHCl-CH-CHClnn 为聚合度（即分子数目），一般为500-1500范围内。 简单的生成过程：（见图1-1）图1-11.2. 13.5m3聚氯乙烯反应釜技

17、术特性1.2.1. 聚合釜的作用，结构特点，及参数改进内容1.2.1.1 PVC聚合釜的作用PVC是促使聚合釜内的氯乙烯弹体，在引发剂，分散剂和终止剂的作用下，在有一定的压力和温度通过搅拌装置的搅动，使固体或液体滴在液体中，保持悬浮状态，发生聚合反应，从而得到最终产品聚氯乙烯。1.2.1.2 聚合釜的特点1）本设备有釜体，传动装置，搅拌器，轴安全阀，放料阀等构成，用四根支柱，制成固定在地面上。2）釜体及附属装置：釜体采用16MnR+0Cr18Ni9Ti复合钢板的焊接结构，设计壁厚21+3mm，封头为标准椭圆形封头。釜体及下封头的外部有冷却水夹套。并设有螺距为76mm的螺旋导流板，以增加传热效果

18、。釜体上，下设有温度计接口，釜顶盖开有Dg=450mm得快开人孔一个，人孔盖的开关是有人力摇动丝杠，托动长环，与法兰契紧。釜顶设有Dg=50mm的全启式弹性安全阀一个，安全法的封面采用聚氯四氟乙烯塑料，放料阀为上展式。3）传动装置：LC型两级齿轮减速机试行，减速机与电机是由生产厂家仪器生产的组合件。搅拌轴分为上轴，下轴两段，通过接盘用螺栓连接。上轴为两部分组成，芯轴为45#钢，外套为0Cr18Ni9Ti。搅拌轴上不由轴承箱支撑，下部有滑动轴承，滑动轴承的直径配合间隙为0.5-1mm4)搅拌器：搅拌器有一层上翻45的平面折叶桨和一层平桨组成，每层有两只桨叶，相邻桨叶相位差为905）轴封轴封是搅拌

19、设备的一个重要组成部分。轴封密封的形式很多，最常用的有填料密封，机械密封，迷宫密封，浮动环密封等。虽然搅拌轴轴封也属于转轴密封的范畴，但由于搅拌轴封的任务是保证搅拌设备内处于一定的正压或真空以及防止反应物料溢出和杂质的渗入，故不是所有的转轴密封形式都能用于搅拌设备填料密封 填料密封是搅拌器最早采用的一种转轴密封结构，因其结构简单且易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用。近几年来由于机械密封的发展和机械密封具有一系列的优点，填料密封有被取代的趋势，但在低压和低转速的场合，仍然是一种适宜的密封结构。1.2.2. 设备的技术特性，试验，检验要求1）技术特性（见表1-2）表1-2釜体设计压力1.4MPa

20、搅拌桨形式折叶桨设计容积13.5m3层数2内径2500mm直径1250mm筒节高度3500mm动力装置型号B LC 125-3 总传热面积39.8m2搅拌桨转数120rpm夹套设计压力0.4 MPa电机功率7.5kw工作温度90外径2700mm设备重量12181kg2）水压的试验，检验要求本设备系属带夹套的压力容器，应分别对釜体和夹套做水压试验。试验顺序为：先对釜体进行水压试验，合格后再对夹套连接，然后进行夹套的水压试验。水压试验压力值：釜体 Pt=1.75MPa , 夹套Pt=0.5 MPa。实验要求和步骤：a 进行气密性试验应在水压试验合格后进行，设备安装安全装置，阀门，压力表，安全阀及附

21、件后方可进行。b 气密性应以干燥的清洁氧气为加压介质。c 介质的温度应不低于15（常温状态即可）。d 试验压力应缓慢升压，试验压力保持24小时压力不得下降1个大气压。e 检查时，在其设备焊缝及连接部件涂肥皂水检查，如有渗漏，则返修后重新进行水压试验及气密性试验。3）设备的检查要求类压力容器设备的制造应遵循的标准条件：1）压力容器的设计应遵守国家有关法令，法规，并接受劳动人事部门颁发的有关监督法规的检查。2）JB41-86钢制焊接压力容器技术条件3）ZB7403-88压力容器用钢板超声波探伤4）JB1152-81锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声波探伤5）JB928-67焊缝射线探伤标准6）GB33

22、23-87钢焊缝射线照相底片分类法7）JB755-85压力容器锻件技术条件8）ZB/T105-85钢制压力容器焊接规程9）JB2536-88压力容器油漆，包装，运输1.2.3. 设备安装的技术要求1聚合釜的安装应符合图纸技术要求。2安全阀，LC两级齿轮减速机（包括电机）机械密封，防料阀在出厂时应该试验合格，若保管运输符合要求，可不用拆卸清洗，安全阀重锤不宜更换。3釜体竖立后，应防止夹套压扁。4釜体安装时，以釜顶机架支撑面为正基准，支柱下接盘上有预留螺孔用螺钉调节校正，楔紧然后固定好地脚螺栓。5安装好机械密封，机架，减速机，电机后进行盘车检查上轴接盘的摆动情况，摆动量不应大于0.5mm，再安装中

23、轴，下轴时应检查下端摆动量不大于1mm。6以下轴为基准，矫正（同心，水平），底部轴承架并焊接三个支腿，焊后焊缝修磨光滑。7安装时，抛光零部件表面，应严格加以保护。8浆叶安装必须对称，螺栓必须紧固浆叶位置，使用厂家可进行调整。9釜上所有接管均由现场安装，配管。1.2.4. 试车技术要求反应釜安装合格后，可先用水进行试运转，检查其振动情况，从而保证设备的安全可靠运行，切勿在设备内无水情况下进行运转试验，以防止由于转轴受力不均而产生弯曲变形。由于搅拌轴的振动对机械密封性能有较大影响，因此搅拌轴运转时不能有杂音，为改善工业卫生条件，按国家标准总杂音不得超过85分贝。底轴承的轴套，轴瓦经过试运转后，不得

24、有明显划痕，接触面应均匀。1.2.5. 设备的操作要求，岗位安全要求1）开车前的准备工作 检查电机，搅拌器，机械密封，温度计，压力表及其它仪器，仪表必须正常，安全，可靠，好使。 检查管线上全部阀门，要处于常开或闭状态。 检查设备内无维护人员，无其他杂物并冲洗净。 设备经检修后，必须按规定进行系统试压，并调整安全阀定压，且做好记录。 每次检查和清釜后，必须用N2彻底置换方可入料。2）氯乙烯压料 必须根据调度指令决定VC单位型号 压料工序必须指令专人完成 压料工序结束后必须复核VC液面，严禁未经复核进行入料操作，确保计量准确，并保证配料无误3）釜内入料操作 当开车前准备工作完成后，具备入料条件方可

25、入料。 打开釜上送料管，总阀，平衡阀，关闭管。 打开冷却水旁通管阀，使夹套充满水后关闭旁通阀。 入完VC后，即打开夹套放水阀，待放闭后，升温。 料进入情况要向详细记录并签字。4）聚合釜控制操作 入料完毕后，应严格检查液面，电流并确认全部阀门无误，逐渐打开升温水面阀门进行升温。 升至控制温度差4时，立即关闭升温阀和夹套送水阀，打开冷却水旁通阀。 反应温度稳定后，可用仪表进行自动控制。5）出料操作 当聚合反应终止前，打开终止剂加入阀，向釜内通入规定的终止剂量，反应完毕，待釜内压力降至出料压力时，方可出料。 出料时，用铜棒敲击出料管，判断出料情况。 待釜内压力下降低于二次加压管压力时，打开二次加压管

26、和釜上总阀。 出料完毕，停止搅拌，启动高压水阀，用高压水冲刷釜壁后，进行二次出料。 二次出料后，立即关闭水阀和停止高压泵，关闭釜下出料阀，并通知碱处理岗位，出料完毕。6)岗位安全要求 严格遵守车间安全技术规程和操作法的各项规定，操作人员须经三级安全教育考核合格。 严禁任何违反设备操作法的范围内进行超压操作，设备带压，严格拆装及零部件。转动部件在运转情况下严格检修。 设备运转过程中，必须按操作法规定的时间严格记录和巡回检查。 凡人员进设备必须进行VC和含量分析，合格后方可进入。 清釜操作应严格按清釜操作法规定的安全技术内容执行。 严禁在厂房内用铁器敲打和穿钉子鞋及携带引火物进入岗位。 3m以上高

27、度作必须系好安全带。 事故性大量排放VC时，必须有人看好路口，严禁行人通行，并消除任何火源。各公用系统总阀不经调度，工段长允许严禁私自开关。 紧急情况需紧急处理时，须先行处理时后详细向工段报告处理事后原因及其经过。 禁止将过氧化物引发剂与碱类，其他氧化物混放在一起，引发剂在操作现场不准超过10分钟，用后立即将包装物送回室内。非操作法规定的操作，必须经技术人员或车间调度，车间主任批准和执行。7) 维修注意事项 检修周期大修36日；中修12日。 检修内容中修:a 检查修理设备支撑结构，更换密封垫圈。b 检查，补充，紧固各部位的螺栓。c 安全阀检修，定压。d 清理釜壁，检查釜壁腐蚀情况，测量壁厚。e

28、 做气密性试验或按规定做水压试验。大修 大修除包括中修内容外，还包括：a 全部拆除，检查，修理或更换搅拌器，传动装置，机械密封等零部件。b 釜设备的整体清理，检查，测量壁厚。c 检查釜设备基础又无裂痕，下沉。d 检查，找正釜体的垂直度，紧固地脚螺栓。e 釜设备除锈，刷漆，保温。8釜设备的验收a 检查各附件是否安装齐全。b必须有完整的检查，鉴定和检修纪录。c 人孔封闭前检查内部结构的检修质量。d 水压试验和气密性试验记录。e安全法的额定压按照HGJ1072-79管道，阀门维护检修规程的规定进行。f 验收应有厂油关部门组织检修单位和使用单位一起进行全面检修，符合质量要求后，办理验收和移交手续。8）

29、设备存在的问题 存在的问题：粘壁的危害，特别是对传热系数和产品质量的影响相当严重，它是PVC生产中的难题。 改进意见：a 再加工能力许可下，应使釜壁面愈光华愈好，同时也兼顾抛光工作量和劳动条件优劣。b 再有条件的情况下，是用涂壁液清洗釜壁。c就粘壁问题而言，塘玻釜有较大优越性，不存在粘壁问题，但这种釜制造，维修困难。附录：参考文献1聚氯乙烯生产原理邓云祥等编，科学出版社，1982年。2聚氯乙烯生产问答邓石子等编，化学工业出版社，1986年。3化工设备机构图册上海科学技术出版社，1979年。4机械设计手册中册第二版化学工业出版社，1985年。5 最新压力容器规范标准汇编上海化工设计院，1984年

30、。6钢制石油化工压力容器设计规范第一版，全国压力容器标准化设计委员会编，1985年。1.3. 原始数据已知：1）产品型号 SG-6型疏松型树脂2）反应压力 0.75MPa3）设计压力 1.4MPa4）反应温度 510.55）水油比 1.2：1(质量比)6）引发剂用量 0.12%VC7）分散剂用量 0.12%8）聚合时间 11小时9）辅助时间 3小时10）单体VC纯度 99.9%11）聚合率 98%12）釜内装料系数 0.8513）回收率 98%14）热负荷指数 R=215）热水进口温度 9016）热水出口温度 8017）进料口温度 2018）冷却水进口温度 2819）冷却水出口温度 3220）聚合热 1533.54kJ21）水垢及粘釜物厚度 VC=0.1mm 水=0.3mm22）搅拌热 Q搅=20%N轴功率23）全年工作时间 330天 计8000小时第二章 釜体的机械设计及校核2.1. 釜体的机械设计及其校核2.1.1. 长径比的选择由于一般反应釜长径比1-2，所以选取该釜的长径比H/D=1.5。因为设备容积V与操作容积V0有如下关系V0=v （2.1）所以 V=13.5/0.85=15.88m3 （2.2）圆整到 16m3由V及选定的长径比估算筒