年產(chǎn)2萬噸聚氯乙烯聚合反應(yīng)釜設(shè)計

1、 年產(chǎn)2萬噸聚氯乙烯聚合反應(yīng)釜設(shè)計 前言隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 微型計算機(jī)越來越廣泛地用于化工生產(chǎn)過程的控制。過去, 衙化公司電化廠的聚合釜控制由人工操作, 不但勞動強(qiáng)度大, 而且控制精度低, 往往發(fā)生樹脂轉(zhuǎn)型。從1 9 8 9 年開始, 衡化公司電化廠和衙化公司開發(fā)處對電化廠聚合釜的微機(jī)控制進(jìn)行了開發(fā)研制工作, 總共投資了萬元。其控制對象主要是聚合釜下層溫度和夾套水溫。采用一臺單板針?biāo)銠C(jī)( 下位機(jī))控制5 只聚合釜溫度, 并且通過R S 一2 32 C口向IB M一P C ( 上位機(jī)) 傳遞現(xiàn)場信息以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、圖形顯示、打印制表等多種功能。該系統(tǒng)自1 9 9 0 .09 月投運以來,

2、不但安全可靠, 而且各項經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均符合設(shè)計要求。聚氯乙烯是五大通用樹脂之一，由于具有良好的性能，應(yīng)用領(lǐng)域最寬，在全世界得到了廣泛應(yīng)用。我國是世界上PVC生產(chǎn)和消費發(fā)展最快的國家。本設(shè)計基于對PVC四種合成方法的比較，選用懸浮法聚合工藝。同時介紹了國內(nèi)聚氯乙烯生產(chǎn)的常用技術(shù)，通過對懸浮法進(jìn)行深入分析，提出聚氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)的新方向。確定懸浮法聚氯乙烯生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了物料衡算，熱量衡算，設(shè)備選型等。在此基礎(chǔ)上,繪制聚合反應(yīng)工段的基本工藝流程圖和主體聚合反應(yīng)釜的裝配圖。經(jīng)過本次設(shè)計,了解了化工工藝生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)和實施步驟, 掌握了化工設(shè)計的基本程序和方法,認(rèn)識到理論實驗到工廠大規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變

3、過程.II目錄前言I目錄II第一章 綜述11.1 國內(nèi)外PVC發(fā)展?fàn)顩r及趨勢11.1.1PVC簡介11.1.2國內(nèi)聚氯乙烯發(fā)展動態(tài)及趨勢11.1.3國外聚氯乙烯發(fā)展動態(tài)及趨勢11.2聚合工藝方法21.2.1懸浮聚合31.3懸浮聚合工藝流程敘述31.3.1 加料系統(tǒng)41.3.2 聚合系統(tǒng)41.3.3 回收系統(tǒng)51.3.4 干燥系統(tǒng)51.4原料及其他主要組分61.5 原料及產(chǎn)品性能6第二章 影響聚合產(chǎn)品質(zhì)量的因素7第三章 工藝計算83.1 物料衡算83.1.1 聚合釜83.1.2 出料槽103.1.3 汽提塔10第四章 化工設(shè)備的選型和設(shè)計計算134.1 聚合釜的選型134.1.1 驗算2045參

4、考文獻(xiàn)3129 第一章 綜述1.1 國內(nèi)外PVC發(fā)展?fàn)顩r及趨勢1.1.1PVC簡介聚氯乙烯(PVC)是五大通用合成樹脂之一，其制品具有質(zhì)輕柔軟、機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕、絕緣透明等性能，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、包裝等領(lǐng)域。1.1.2國內(nèi)聚氯乙烯發(fā)展動態(tài)及趨勢 我國PVC發(fā)展的現(xiàn)狀。產(chǎn)能快速增長，結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行，截至2011年國內(nèi)PVC總產(chǎn)量達(dá)97家，產(chǎn)能40萬噸以上的企業(yè)目前已經(jīng)有17家了，產(chǎn)能的比重達(dá)到了45%以上，總體來看從2004年到2011年國內(nèi)聚氯乙烯的產(chǎn)能和產(chǎn)量也在快速增長，我們可以看出產(chǎn)能方面從2004年產(chǎn)能達(dá)到664萬噸，到2011年2200萬噸。從產(chǎn)量上可以看到，2004年達(dá)

5、到了503萬噸，到2011年1295萬噸，增幅達(dá)到了231%。從市場的需求數(shù)據(jù)來分析，2007年中國的聚氯乙烯的表現(xiàn)需求量已經(jīng)突破了1000萬噸，受到金融危機(jī)的影響，2008年表現(xiàn)的需求量下降到了923萬噸，隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)政策刺激的顯現(xiàn)，2009年表現(xiàn)突破了1000萬噸，預(yù)計在2012年市場需求量將達(dá)到1416萬噸左右，與2011年相比將有4.1%的增長。 改變我國聚氯乙烯企業(yè)的規(guī)模結(jié)構(gòu)、提高裝置國產(chǎn)化水平，改善我國聚氯乙烯行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、提高競爭能力。 開發(fā)新品種，開拓新領(lǐng)域是我國聚氯乙烯行業(yè)的發(fā)展重點。目前，在這方面與國外的差距較大，也是進(jìn)口量增加的一個因素。今后國內(nèi)PVC行業(yè)應(yīng)注重PVC專用

6、品種的開發(fā)與生產(chǎn)，通過各種改性技術(shù)增加PVC專用料比例，進(jìn)一步拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)大市場份額，提高產(chǎn)品的附加值116J。如導(dǎo)電(抗靜電)PVC；低發(fā)泡擠出管材專用科：超高超低聚合度PVC；耐高溫食品瓶用混合料；超高流動性科；彈性料等。1.1.3國外聚氯乙烯發(fā)展動態(tài)及趨勢世界PVC的生產(chǎn)以乙烯為原料的占90以上，其余的是以乙炔為原料。國外PVC的發(fā)展趨勢主要在改進(jìn)工藝路線、提高產(chǎn)品性能、減少環(huán)境污染等方面(1)PVC的生產(chǎn)發(fā)展趨勢是裝置大型化。聚合釜單臺容積已達(dá)135m3左右，多數(shù)為70110 m3。單套裝置能力最大已達(dá)50萬噸年。(2)采用高活性引發(fā)劑、復(fù)合分散劑、快速終止劑，縮短聚合反應(yīng)周期，提

7、高聚合釜的生產(chǎn)強(qiáng)度，可提高到200tm3a以上，有的甚至達(dá)到500tm3.a。(3)優(yōu)化工藝，節(jié)能降耗。如采用高效催化劑，減少設(shè)備尺寸，降低投資，提高收率，降低消耗，簡化凈化流程；粘釜技術(shù)不斷發(fā)展，形成噴涂防粘釜和改進(jìn)釜壁材料兩種體系；開發(fā)節(jié)能型干燥器等。(4)開發(fā)新的原料路線，以乙烷為原料，替代價格相對較貴的乙烯，降低PVC的生產(chǎn)成本。(5)使用將氯化氫轉(zhuǎn)化為氯來替代原平衡氧氯化工藝的氧氯化單元，以簡化生產(chǎn)工藝、降低投資。1.2聚合工藝方法目前，PVC的聚合方法主要有四種：本體法、乳液法、溶液法、懸浮法。其中以懸浮法生產(chǎn)的PVC占總量近80%，在PVC生產(chǎn)中占重要地位。近年來，該技術(shù)已取得突

8、破性進(jìn)展。1.2.1懸浮聚合借助機(jī)械攪拌和分散劑的作用，使VCM單體以小液滴懸浮在水中，形成穩(wěn)定的懸浮體進(jìn)行聚合。因采用懸浮法聚合PVC生成技術(shù)易于調(diào)節(jié)品種，生成過程易于控制，設(shè)備和運行費用低，易于大規(guī)模組織生產(chǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。懸浮法聚氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)日新月異，并在工藝和工程兩方面都取得了突破性進(jìn)展。在工藝技術(shù)方面，主要表現(xiàn)在：產(chǎn)品牌號多，質(zhì)量穩(wěn)定，用途日益廣泛，聚合反應(yīng)和產(chǎn)品后處理技術(shù)日趨完善，能耗物耗降低等。在聚合工程技術(shù)方面，主要表現(xiàn)在：聚合釜大型化，聚合生產(chǎn)控制技術(shù)先進(jìn)，聚合釜傳熱能力大，單釜生產(chǎn)強(qiáng)度高。我國PVC工業(yè)起步于1958年，生產(chǎn)工藝技術(shù)近十幾年來取得了長足的進(jìn)展。如復(fù)合分散

9、劑和引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、熱穩(wěn)定劑和終止劑等的廣泛應(yīng)用：防粘釜技術(shù)得到提高；在后處理工序中普遍采用連續(xù)汽提工藝；干燥多采用氣流或流化床干燥器等。但是長期以來，高消耗、低效率一直制約著我國聚氯乙烯行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和整體水平的提高，其中聚合過程是主要影響環(huán)節(jié)。液態(tài)氯乙烯單體以水為分散介質(zhì)，并加入適當(dāng)?shù)姆稚┖筒蝗苡谒苡趩误w的引發(fā)劑，在一定溫度下，借助攪拌作用，使其呈珠粒狀懸浮于水相中進(jìn)行聚合。聚合完成后，經(jīng)堿洗、汽提、離心、干燥得到白色粉末狀PVC樹脂。選取不同的懸浮分散劑，可得到顆粒結(jié)構(gòu)和形態(tài)不同的兩類樹脂。國產(chǎn)牌號分為SG-疏松型（“棉花球”型）樹脂；XJ-緊密型（“乒乓球”型）樹脂。疏松型樹脂

10、吸油性好，干流動性佳，易塑化，成型時間短，加工操作方便，適用于粉料直接成型，因而一般選用懸浮法聚合的疏松型樹脂，作為PVC制品成型的基礎(chǔ)原料。目前各樹脂廠所生產(chǎn)的懸浮法PVC樹脂，基本上都是疏松型的。 結(jié)合此次設(shè)計的基本要求可以得出：采用懸浮聚合。1.3懸浮聚合工藝流程敘述1.3.1 加料系統(tǒng)加料系統(tǒng)包括：VCM貯存與進(jìn)料，脫鹽水的貯存與加料，注入水與沖洗水的加料，助劑的配制及加料（緩沖劑、調(diào)節(jié)劑、引發(fā)劑、終止劑）。進(jìn)料方式主要有冷態(tài)非同步進(jìn)料和熱水同步進(jìn)料。先加入常溫的VCM和水,同時加入各種助劑,然后升溫開始聚合,被稱為冷態(tài)非同步進(jìn)料。升溫需要4060min/釜,升溫使釜壁附近過熱,會分解

11、引發(fā)劑產(chǎn)生自由基引發(fā)聚合反應(yīng),在釜壁左右高溫區(qū)生成小分子產(chǎn)物;自由基遠(yuǎn)離釜壁,在低溫區(qū)反應(yīng)生成大分子量PVC,對質(zhì)量均產(chǎn)生不利影響。熱水同步進(jìn)料即同時加入VCM和熱水,使釜內(nèi)溫度基本保持在反應(yīng)溫度。加入引發(fā)劑后反應(yīng)立即開始,可以省去釜的升溫時間,消除小分子PVC、大分子PVC,對提高產(chǎn)量和質(zhì)量均有益。在防粘釜技術(shù)比較好的情況下,水溶性的引發(fā)劑用于熱水同步進(jìn)料,避免了高溫下引發(fā)劑初始分布不均勻?qū)е戮植糠磻?yīng)過熱而使魚眼數(shù)目增加。從釜底加入,不容易堵塞加料管入口。保證了樹脂產(chǎn)品魚眼不增加而反應(yīng)時間縮短。1.3.2 聚合系統(tǒng)本工段包括聚合、汽提及壓縮冷凝回收等崗位。本工段的主要任務(wù)就是將氯乙烯經(jīng)過懸浮

12、聚合成為聚氯乙烯，同時回收未反應(yīng)的單體。具體工藝流程敘述如下：將軟水經(jīng)軟水過濾器送至軟水計量槽，經(jīng)流量計計量后加入清理好的聚合釜中，同時將分散劑、熱穩(wěn)定劑、消泡劑、PH緩沖劑、引發(fā)劑等助劑加入；單體(精氯乙烯)則經(jīng)單體過濾器過濾，由單體流量計計量后，經(jīng)封閉的進(jìn)料系統(tǒng)加入聚合釜中，在規(guī)定的溫度和壓力下使單體聚合，聚合完畢后加入終止劑，回收未反應(yīng)單體，將物料用出料泵打入出料槽中。由聚合釜壓入出料槽中的懸浮液，用加料泵經(jīng)過濾器、熱交換器送到汽提塔頂部，經(jīng)蒸汽加溫、汽提，用塔頂冷凝器回收未反應(yīng)單體，汽提塔底物料用出料泵經(jīng)熱交換器回收熱量后，打入中間槽，再經(jīng)離心機(jī)脫去大部分水后，將濕物料送干燥系統(tǒng)干燥。

13、1.3.3 回收系統(tǒng)1.單體氣提系統(tǒng)在國內(nèi)，脫除PVC漿料中VCM的方法主要有：直接回收和壓縮冷凝與汽提結(jié)合兩種方法。直接回收法是將未反應(yīng)的VCM氣體直接回收至氣柜，PVC漿料在回收槽中用壓縮空氣對漿料中殘留的大量VCM進(jìn)行脫除，氣體直接放空，污染環(huán)境。壓縮冷凝與汽提結(jié)合的方法是將未反應(yīng)的VCM氣體直接送入壓縮機(jī)，壓縮后的氣體經(jīng)二級冷凝后送至聚合釜，漿料經(jīng)蒸汽汽提,脫除的部分未反應(yīng)的VCM直接回收至氣柜，經(jīng)汽提后出塔的PVC漿料中殘留VCM質(zhì)量分?jǐn)?shù)由4001 000g/ g 降低至10g/ g【3】，這樣使 PVC樹脂中的VCM含量大大降【4】。日本窒素公司是將PVC漿料經(jīng)初步閃蒸后，再連續(xù)送

14、入汽提塔，有效地回收未反應(yīng)的VCM，未反應(yīng)的VCM在后序裝置中液化，回用于聚合。采用此方法生產(chǎn)的PVC樹脂中含VCM質(zhì)量分?jǐn)?shù)可小于1g/ g ，甚至可達(dá)0.1g/ g。2.漿料氣提系統(tǒng)由汽提塔漿料槽底部來的漿料，經(jīng)塊料破碎機(jī)破碎后，用汽提塔供給泵經(jīng)板式換熱器與汽提完畢的漿料換熱，一部分從塔頂加入汽提塔，另一部分回流到漿料槽，同時蒸汽由汽提塔底部進(jìn)入； VCM由蒸汽汽提帶走。塔釜漿料由塔底漿料泵送出，并與漿料槽來的漿料換熱后，一部分送到漿料混料槽，另一部分返回塔釜液位同時防止?jié){料中PVC沉降，汽提完畢的漿料中，VCM殘留量在30PPm左右，塔頂出來的含VCM的蒸汽，用冷凝器冷凝，由分離器分離，冷

15、凝液從分離器底經(jīng)泵送至廢水貯槽，未凝的汽提經(jīng)過濾器過濾，送至VCM回收工序，漿料送至干燥工序。1.3.4 干燥系統(tǒng)干燥主要有2種方式,即氣流干燥和流態(tài)化干燥。我國PVC工業(yè)化生產(chǎn)最初主要用的是氣流干燥器,但是隨著聚合工藝技術(shù)的發(fā)展,聚合生產(chǎn)能力提高,樹脂產(chǎn)品也朝著疏松型發(fā)展,氣流干燥器從生產(chǎn)能力和干燥效果等方面已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需要,后來發(fā)展到氣流干燥器,沸騰床干燥器和冷風(fēng)冷卻3段干燥技術(shù)。但這樣動力消耗大,產(chǎn)品質(zhì)量不是很好。目前主要用的是旋風(fēng)干燥和臥式內(nèi)加熱流化床。旋風(fēng)干燥器結(jié)構(gòu)簡單,投資較少,目前很多裝置都在用。臥式內(nèi)加熱流化床綜合能耗比旋風(fēng)干燥器要低,主要有多室沸騰床和兩段沸騰床2種。但

16、在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)多室沸騰床的花板容易漏料,不同牌號切換時比較麻煩,且生產(chǎn)能力有限。兩段流化床改進(jìn)了床的花板,操作穩(wěn)定性好,易于產(chǎn)品牌號的切換,生產(chǎn)能力較大,具有良好的市場前景。本設(shè)計采用沸騰床進(jìn)行干燥。1.4 原料及其他主要組分單體：氯乙烯純度99.98%分散劑【6】：PVC生產(chǎn)中所用的分散劑分為主分散劑和輔助分散劑7。本設(shè)計采用88%的聚乙烯醇和75%的聚乙烯醇。引發(fā)劑:由于聚乙烯懸浮聚合溫度在5060上下，根據(jù)反應(yīng)溫度選擇合適的引發(fā)劑，其原則為在在反應(yīng)溫度條件下引發(fā)劑的半衰期約為2小時最佳。常用過氧化乙酰環(huán)己烷硫酰、過氧化二月桂酰、過碳酸二環(huán)己酯等。本設(shè)計采用過氧化二碳酸（2乙基己基）酯。終止

17、劑：反應(yīng)結(jié)束后殘余的自由基和引發(fā)劑殘留在樹脂中，為了保證質(zhì)量要加入終止劑消除。當(dāng)前,許多廠家選用二乙基羥胺 (DEHA)作為終止劑,其主要原因是DEHA終止效果好,而且無毒。本設(shè)計的終止劑是丙酮羧氨基硫脲(ATSC)。當(dāng)反應(yīng)出現(xiàn)緊急事故時，采用緊急終止劑NO終止反應(yīng)。阻聚劑：本設(shè)計采用壬基苯酚作為阻聚劑。聚合反應(yīng)終止后，PVC漿液中含有未反應(yīng)的VCM。未反應(yīng)的VCM既可以連續(xù)回收，也可以間歇回收。未反應(yīng)的VCM有自由基引發(fā)劑，在回收系統(tǒng)的罐和管線中引發(fā)聚合，最終造成堵塞。因此要加壬基苯酚作為阻聚劑。緩沖劑：碳酸鈉、三聚磷酸鈉、磷酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鈣、碳酸銨等。本設(shè)計采用磷酸三鈣，磷酸三鈣是

18、一種粒狀固體，與水混合后加入聚合釜。磷酸三鈣不溶于水，所以需要進(jìn)行不斷地攪拌。1.5 原料及產(chǎn)品性能氯乙烯 ： CH2=CHCl分子量62.50，無色易液化的氣體。液體的密度0912lgcm3。沸點-139。凝固點-160。自燃點472。臨界溫度142。臨界壓力55.2Pa。難溶于水、易聚合。能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限36%-264。遇明火、高溫有燃燒爆炸的危險。VCM濃度為8%12%時有麻醉左右，高濃度會引起死亡。在PVC制品中VCM的含量上限為1.0×10-6。無空氣和水分的純氯乙烯很穩(wěn)定，對碳鋼無腐蝕作用。有氧存在時，氯乙烯過氧化物，它可與水生成鹽酸從而腐蝕設(shè)備，過氧化

19、物還可以使氯乙烯產(chǎn)生自聚作用。長距離運輸時應(yīng)加入阻聚劑氫醌。磷酸鈣：別名磷酸三鈣，化學(xué)式Ca3(PO4)2，分子量310.18。白色無定形粉末。溶于稀鹽酸、硝酸、磷酸、乙酸、亞硫酸，生成可溶性酸式磷酸鹽，也能溶于銨鹽溶液。不溶于水、乙醇和乙醚。熔點1670，密度3.14g/cm3。聚乙烯醇：是一種高分子聚合物，無臭、無毒，外觀為白色或微黃色絮狀、片狀或粉末狀固體。分子式為（C2H4O）n，絮狀PVA的假比重為（0.21 0.30）g/cm3，片狀PVA的假比重為（0.47±0.06）g/cm3。聚乙烯醇有較好的化學(xué)穩(wěn)定性及良好的絕緣性、成膜性。具有多元醇的典型化學(xué)性質(zhì)，能進(jìn)行酯化、醚

20、化及縮醛化等反應(yīng)。過氧化二碳酸（2乙基己基）酯：本品為無色透明液體，EHP活性氧2.70%，NaCl含量0.20%；相對密度0.964。商品為50%65%的甲苯、二甲苯、礦物油溶液；理論活性氧含量4.62%。含量為46%的EHP溶液的半衰期為40，10.33h；50，1.5h；受熱或見光易分解，儲運溫度15，時間少于3個月。丙酮縮氨基硫脲(ATSC)：為白色片狀結(jié)晶,熔點179-180。溶于酸,微溶于水和乙醇。對壬基苯酚：淡黃色粘稠液體。略有苯酚氣味。相對密度0.94-0.95（20/20）。沸點（95%）283-302。不溶于水，略溶于石油醚，溶于丙酮、四氯化碳、乙醇和氯仿。用于制備合成洗滌

21、劑、增濕劑、潤滑油添加劑、增塑劑等。由壬烯與苯酚在酸性催化劑存在下縮合而成。第二章 工藝條件影響因素聚氯乙烯聚合時主要影響因素討論如下:(1) 聚合溫度 聚合速度隨著溫度的升高而加快，但溫度升高鏈轉(zhuǎn)移速度加快會降低聚合度。在PVC生產(chǎn)中，聚合溫度由需要的聚合度確定。聚合溫度越高，生產(chǎn)的PVC聚合度越低。(2)聚合釜的傳熱能力反應(yīng)的熱量是靠冷卻水移走的，如不能保證移熱能力，反應(yīng)溫度就會失控，產(chǎn)生爆聚，不僅影響PVC質(zhì)量，還會發(fā)生安全事故。有效地移走反應(yīng)熱量的措施如下：提高冷卻水流速，增大換熱系數(shù)。上海氯堿化工股份有限公司在擴(kuò)產(chǎn)改造中提高聚合釜冷卻水循環(huán)泵的流量和揚程使聚合釜生產(chǎn)強(qiáng)度提高了10。降

22、低冷卻水溫度，增大溫差。目前，國內(nèi)多數(shù)企業(yè)采用7冷凍水替代冷卻水來提高聚合釜的移熱能力，但需要重新整定聚合釜控制參數(shù)PID。釜內(nèi)設(shè)內(nèi)冷管和擋板，通入冷卻水，加大換熱面積和移熱能力。設(shè)置釜頂回流冷凝器，采用冷凝VCM蒸氣的方法移走反應(yīng)熱。改進(jìn)聚合釜夾套結(jié)構(gòu)，提高換熱系數(shù)，新型聚合釜一般采用半管式夾套，夾套移熱能力可提高15以上。加強(qiáng)釜內(nèi)粘釜物的清除，減少污垢熱阻目前國外較先進(jìn)的防粘釜技術(shù)能達(dá)到1000釜以上才需清釜國內(nèi)先進(jìn)的PVC企業(yè)已經(jīng)能達(dá)到500釜以上才需清釜。采用后注水工藝。 第三章 工藝計算3.1 物料衡算3.1.1 聚合釜聚合釜由鍋體、鍋蓋、攪拌器、支承及傳動裝置、軸封裝置等組成，夾套

23、外壁焊接支座，聚合反應(yīng)釜下部開有放料口。1.物料平衡圖 圖2-1 合釜物料平衡圖2.已知數(shù)據(jù)在本次設(shè)計中為年產(chǎn)2萬噸的PVC聚合。年生產(chǎn)時間為300天,。懸浮法聚氯乙烯聚合反應(yīng)是一個間歇反應(yīng)，每循環(huán)% 個周期反應(yīng)稱之為% 個批次過程。聚合過程中的配方設(shè)計：名稱單體去離子水引發(fā)劑其它助劑用量（份）1001300.050.23.計算按已知配方可得出以下：（1）VC用量M1設(shè)單體的轉(zhuǎn)化率為85%，則每批投入的VCM量為：20000×103/（300×2×0.85）=39215.7kg/B聚合后處理過程中，會損失部分PVC。故設(shè)VCM的量： M1=40000 kg/B（2

24、）水的用量M2 設(shè)水油比為1.3:1，則M2= M1×1.3=52000kg/B（3）各助劑用量M3引發(fā)劑用量m1m1= M1×0.05%=26kg/B助劑的量m2m2= M1×0.2%= 104kg/B出料（以釜為標(biāo)準(zhǔn)）設(shè)損失的PVC量為420 kg 則，出料中PVC的量：40000×0.85+26420=33606 kg/B未反應(yīng)VCM：40000×0.15=6000 kg/B設(shè)85%未反應(yīng)的單體回收，則回收VCM：6000×0.85=5100 kg/B剩余VCM：60005100=900 kg/B4物料平衡表表2-1 聚合釜物料

25、衡算表序號 品名 進(jìn)料量（kg） 出料量（kg）1 VCM 40000 900 回收51002 引發(fā)劑 26 03 助劑 104 1044 水 52000 520005 PVC 33606 損失420合計 92130 921303.1.2 出料槽1.物料平衡圖圖2-2 料槽的物料平衡圖2.計算 設(shè)出料槽中PVC損失為1%。則出出料槽的PVC為：33606336.06=33269.94 kg3.物料平衡表表2-2 出料槽物料平衡表序號 品名 進(jìn)料量（kg） 出料量（kg）1 VCM 900 9002 助劑 104 1043 水 52000 520004 PVC 33606 33269.94 (損

26、失336.06) 合計 43290 432903.1.3 汽提塔汽提塔，就是依據(jù)氣液相的揮發(fā)度的不同或溶解度隨溫度的變化有明顯變化而進(jìn)行分離的設(shè)備。本設(shè)計用水蒸氣進(jìn)行氣提。1.物料平衡圖圖2-3. 汽提塔的物料平衡圖2. 已知數(shù)據(jù)漿料進(jìn)口溫度t=80；蒸汽進(jìn)口溫度 ：t底=110，壓強(qiáng)為3atm出汽提塔的VCM為50ppm，蒸汽出口溫度110，壓強(qiáng)為1atm收率：99.5%；PVC產(chǎn)品含水量：0.3%3.計算從這一步開始到篩分包裝為連續(xù)過程，因此，計算標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換為千克/小時。則每小時生產(chǎn)的PVC量為：2×107/(300×24)=2777.8kg/h由PVC產(chǎn)品含水量為

27、0.3%，得絕干樹脂含量為：2777.8×99.7%=2769.5kg/h考慮各步收率，汽提塔：99.5%；離心機(jī)：99%；干燥：99%；包裝：98.5%故汽提塔進(jìn)料中PVC量為2769.5/（0.995×0.99×0.99×0.985）=2883.2kg/h（1） 各物質(zhì)進(jìn)入汽提塔的量水量為：52000×(2883.2/33269.94)=4506.4kg/h助劑量為：104×(2883.2/33269.94)=6.9 kg/hVC的量為：900×(2883.2/33269.94)=78 kg/h（2） 各物質(zhì)出汽提塔的量

28、出口PVC量為： 2883.2×0.995=2868.8kg/h；損失的PVC量為：14.4kg/hA.、取塔頂溫度為80，塔底溫度為110對于VCM t平均=（80+110）/2=95VCM的比熱：Cp90=26.602cal/克分子；Cp100=27.19cal/克分子用內(nèi)插法求得，Cp95=26.605cal/克分子=0.4257kcal/kg110VCM汽化熱HVCM=3034cal/克分子=48.5kcal/kg水的比熱Cp90=4.22 KJ/kg·；Cp100=4.208KJ/kg·則，Cp95=4.214KJ/kg·=1.007kcal/

29、kg·.同理可計算出：CpPVC=1.8422KJ/kg=0.44kcal/kgB、3atm大氣壓下求水蒸氣的焓及溫度（3atm=304Pa）水蒸氣的焓：H300kPa=2728.5KJ/kg=651.84kcal/kg水蒸氣的溫度t300kPa=133.3C、1atm大氣壓下，110水的焓=461.34KJ/kg=110.21kcal/kg設(shè)蒸汽冷凝放熱量為Q放，通入蒸汽量為ykg/hQ放=y（651.84-110.21）=541.63y設(shè)物料吸收熱量為Q1，部分VCM氣化吸熱為Q2Q吸=Q1+Q2=Q放Q1=CpPVCWPVCt+CpVCMWVCMt+CpH2OWH2Ot=0.4

30、4×2883.2×（110-80）+0.4257×77.6×（110-80）+1.007×4482.3×（110-80）=174459.6kcal/h設(shè)從塔頂回收xkg/hVCMQ2=48.5xQ吸=Q1+Q2=174459.6+48.5x=541.63y 汽提塔出料中VCM含量為50ppm(77.6-x)/2883.2+6.9+4482.3+(77.6-x)+y=50×10-6 聯(lián)立、，解得： x=77.2 kg/hy= 329kg/h出料中VCM：77.677.2=0.4kg/h4.物料平衡表表2-3 汽提塔物料平衡表序

31、號 品名 進(jìn)料量（kg/h） 出料量（kg/h）1 PVC 2883.2 26469.5 損失14.4 2 VCM 77.6 0.4 回收77.23 水 4482.3 4482.34 助劑 6.9 6.95 蒸汽 180.9 180.9 合計 7630.9 7630.9 第四章 化工設(shè)備的選型和設(shè)計計算20時，查表得VCM的密度為910 kg/ m3，則每批處理VCM體積為：VVCM=40000/910=43.96m3 水油比為1.3，則忽略引發(fā)劑和助劑的體積，則每批處理總體積為：V總= VVCM+ VH2O=43.96+52000/1000=95.96 m3取裝料系數(shù)=0.9，故聚合釜的容積

32、至少為95.96m3/0.9=106.6m3據(jù)此選30m3.聚合釜4臺1 技術(shù)特性釜體全容積31.7m3. 釜體設(shè)計壓力1.55MPa 釜體設(shè)計溫度100攪拌器型式三葉后掠式、三層 攪拌轉(zhuǎn)數(shù) l.20r/min電機(jī)功率: 55kw 釜體高徑比:1.93 傳動方式: 上傳動減速機(jī): 平行軸線開線齒輪傳動(輸出軸為空心軸)軸封: 雙端面平衡型機(jī)械密封, 軸徑D=125安全閥: 主體材料16Mn R + OCrl8Ni9(板厚14 + 3 和1 6 + 3 )2 用戶相匹配的工藝設(shè)計條件冷卻水流量 :1.7 0 一2 0 0 t/h冷卻水進(jìn)口水溫:32 底軸承注水泵：流量0.1m3小時 壓力3. 2

33、MPa密封油站調(diào)整工作壓力:1.2 Mpa 一l. 6MPa噴淋閥氣源壓力0. 4 一1.6 MPa釜上電動機(jī)YB 280 M 6 V1, 隔爆dIIBT4 , 5 5kw , 380 V, 50Hz人孔密封水壓l.6 MPa設(shè)計結(jié)構(gòu)特點.1 4.1.2 驗算式中，釜內(nèi)壁給熱系數(shù)；釜外壁給熱系數(shù)；壁厚；釜壁傳熱系數(shù)（1） 釡內(nèi)壁給熱系數(shù)1的計算式中，D：釡內(nèi)徑（1600）；d：攪拌槳葉直徑；n：攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)；：釜內(nèi)物料的導(dǎo)熱系數(shù)；：釜內(nèi)物料的密度；c：釜內(nèi)物料的比熱；：釜內(nèi)物料的黏度；w：壁溫下流體的粘度。(nd2/)為攪拌雷諾數(shù)NRe ，(3600c/)為普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr，常數(shù)C隨聚合釜結(jié)構(gòu)和攪

34、拌漿型式等而變。此操作下無擋板，選C=0.36。 懸浮液的密度懸浮體系各組分體積如下：（轉(zhuǎn)化率為70%）脫鹽水：26 m3VCM量：43.96×30%=13.2m3PVC量：43.96×70%×842.3/1400=18.5m3則懸浮體系總體積： 26+13.2+18.5=57.7m3各組分體積分率：水：x1=26/57.7=0.451； 1=984.7 kg/ m3VCM：x2=13.2/57.7=0.229；2=842.3 kg/ m3PVC：x3=18.5/57.7=0.321；3=1400 kg/ m3=xii=0.451×984.7+0.229

35、×842.3+0.321×1400=1086.4kg/ m3 浮液導(dǎo)熱系數(shù)的計算=c·2c+d-2d(c-d)/ 2c+d+d(c-d)式中：c，d分別為連續(xù)相和分散相的導(dǎo)熱系數(shù)；d為分散相體積分率。轉(zhuǎn)化率達(dá)70%的VCM懸浮聚合體系，有機(jī)粒子本身可看作聚氯乙烯分散在氯乙烯中的懸浮體系，再由有機(jī)粒子在水中構(gòu)成總的懸浮體系。aPVC分散在VCM中的懸浮體系有機(jī)粒子的PVC-VCMPVC=18.5/（18.5+13.2）=0.584液態(tài)VCM導(dǎo)熱系數(shù)公式VCM=A·VCM·C VCM·（VCM/M）1/3其中，VCM=0.8423g/3；

36、C VCM=0.38 Kcal/ kg· ；M=62.5；A=1.52PVC連=1.52×0.8423×0.38×（0.8423/62.5）1/3=0.1158 Kcal/ hr mPVC分=0.14 Kcal/ hr m=0.1158×2×0.1158+0.14-2×0.584×(0.1158-0.14)/2×0.1158+0.14+0.584×(0.1158-0.14)=0.1295 Kcal/ hr mb.有機(jī)粒子分散于水中的m水50=64.78×10-2W/M 水60=65.9

37、4×10-2W/M內(nèi)差法得水55=0.6536 W/M=0.5621 Kcal/ hr m=0.5621×2×0.5621+0.1295-2×(0.158+0.229)×(0.5621-0.1295)/2×0.5621+0.1295+(0.158+0.229) ×(0.5621 -0.1295)=0.653 Kcal/ hr m 懸浮液的比熱c55時：Cvcm=0.38 Kcal/ kg·；Cpvc=0.44 Kcal/ kg·查表C水50=4.174kJ/kg·；C水60=4.178 kJ/k

38、g·內(nèi)差法得：C水55=4.176 kJ/kg·=0.997 Kcal/ kg·懸浮液各組分的質(zhì)量分率：VCM質(zhì)量=13.2×842.3=11118.4 kgH2O質(zhì)量=26×984.7=25602.2 kgPVC質(zhì)量=18.5×1400=29500kg總質(zhì)量=11118.4+25602.2+29500=66220.6kg各組分的質(zhì)量分率：xvcm=11118.4/66220.6=0.168xH2O =25602.2/66220.6=0.39xpvc =12964/66220.6=0.196c =xici=0.38×0.16

39、8+0.44×0.39+0.998×0.196=0.431 Kcal/ kg· 懸浮液的平均粘度和w=（1+0.5s）水/（1-s）4式中：s為分散相體積分率；水為反應(yīng)溫度下水的粘度。水50=0.5494×10-3mPa·s ；水60=0.4688×10-3mPa·s內(nèi)差法得水55=0.5091×10-3mPa·s=（1+0.5s）/（1-s）4=1+0.5(0.158+0.229)×0.5091×10-3/1-(0.158+0.229)4=4.3×10-3mPa·

40、s近似認(rèn)為釡內(nèi)壁溫度為夾套冷卻水溫度。t進(jìn)=5，t出=7 t平均=6 水0=1.7921×10-3mPa·s ；水10=1.3077×10-3mPa·s內(nèi)差法得：水6=1.5015×10-3mPa·sw=（1+0.5s）/（1-s）4=1+0.5(0.158+0.229) ×1.5015×10-3/1-(0.158+0.229)4=12.691×10-3mPa·s 其它參數(shù)的確定攪拌轉(zhuǎn)數(shù)：n=120r/min釡內(nèi)徑： D=1700mm=1.7m取槳葉直徑：d=0.5T=0.5×1.7=

41、0.85m釡內(nèi)壁給熱系數(shù)i=（0.36×0.653/1.7）（120×0.852×1086.4/60×4.3×10-6）0.67（3600×0.596×4.3×10-6/0.653）0。33（4.3×10-3/12.073×10-3）0.14=19802.9Kcal/ hr m(2) 釡外壁給熱系數(shù)0的計算夾套按普通方式進(jìn)水。即釜夾套不設(shè)導(dǎo)流板，冷卻水自夾套下口進(jìn)入，經(jīng)夾套環(huán)隙直升而上由上口溢出。在夾套進(jìn)口處水流速度雖很大，因夾套環(huán)隙面積大，使得水流速度很低，0很小，只有582698W/(m2

42、K)的程度。此時水流按自然對流方式進(jìn)行傳熱。式中，Gr格拉肖夫數(shù)Pr普蘭克常數(shù)其中， ，為膨脹系數(shù)6下，水=0.5672W/(m )；Cp =4.2 kJ/(kg.)；=150.17×10-5Pa s計算得，0=582 W/(m2 )=501 Kcal/ hr m(3) 釡壁熱阻的計算碳鋼層厚：1=24mm 1=45 Kcal/ hr m不銹鋼層：2=3mm 2=15 Kcal/ hr m粘釡物：3=0.05mm 3=0.14 Kcal/ hr m水垢厚：40.2 4=1.5 Kcal/ hr m/=（24/45+3/15+0.05/0.14+0.2/1.5）×10-3=1.58×10-3 hr m2/ Kcal(4) 夾套傳熱系數(shù)K=0.003627hr m2/ Kcal解得：K=275.8Kcal/ hr m2=320.7W/( m2 )Q夾=K夾·S夾·tm式中，t1,t2傳熱介質(zhì)進(jìn)、出口溫度，。T反應(yīng)液溫度，。設(shè)恒溫聚合時