年產(chǎn)3萬噸PVC工藝與設(shè)備設(shè)計(jì).doc

工藝與設(shè)備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目： 年產(chǎn)3萬噸PVC工藝與設(shè)備設(shè)計(jì) 學(xué) 校： 大 學(xué)姓 名：張 超專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝完成日期：2012年 月 日設(shè)計(jì)任務(wù)書（一） 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)年產(chǎn)3萬噸PVC裝置。（二） 操作條件1. 油水比 1：1.8 ， 裝料系數(shù) 0.9。2. 反應(yīng)時(shí)間：6hr。3. 聚合溫度：60 oC （三） 工作日生產(chǎn)時(shí)間:8000小時(shí)/a.（四） 廠址無錫地區(qū)（五） 設(shè)計(jì)內(nèi)容1.聚合配方的計(jì)算2 消耗定額的確定3 操作周期的確定4 全車間主要物料衡算5主要設(shè)備物料衡算6、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選型7、其他設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算8、繪制生產(chǎn)工藝流程圖目 錄1、年產(chǎn)3萬噸PVC車間工藝設(shè)計(jì)方案簡介32、工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)32.1聚合配方的計(jì)算32.2引發(fā)劑用量計(jì)算42.3 分散劑用量42.4 其他助劑用量42.5 配方計(jì)算匯總表52.6消耗定額的確定52.7 操作周期的確定72.8 全車間主要物料衡算73、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選型83.1 聚合釜的選型和攪拌裝置的設(shè)置83.2干燥器的選型93.3輔助設(shè)備的選型94.生產(chǎn)工藝流程圖115、參考文獻(xiàn)131、年產(chǎn)3萬噸PVC車間工藝設(shè)計(jì)方案簡介聚氯乙烯樹脂（PVC）是我國重要的有機(jī)合成材料。其產(chǎn)品具有良好的物理性能和化學(xué)性能，廣泛用于工業(yè)、建筑、農(nóng)業(yè)、日用生活、包裝、電力、公用事業(yè)等領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)闡述了PVC的車間設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝流程、發(fā)展及其應(yīng)用，對PVC樹脂懸浮聚合生產(chǎn)工藝、干燥以及后處理進(jìn)行了進(jìn)行了探討，從聚合車間工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)和選型等方面進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。2、工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)2.1聚合配方的計(jì)算無錫地區(qū)平均氣溫是14.8，本設(shè)計(jì)選用的溫度為15。聚合溫度為60，聚合時(shí)間6小時(shí)。 選用國產(chǎn)33m3聚合釜，材質(zhì)是碳鋼和不銹鋼的復(fù)合材料。水油比為1:1.8 裝料系數(shù)0.9查得： 15時(shí) 水=0.9913g/cm3 60時(shí) 水=0.9832 g/cm32.2物料量的計(jì)算d=0.94710.001746t0.00000324t215時(shí)dvcm=0.94710.001746150.00000324152=0.9202 g/cm260時(shí)dvcm=0.94710.001746600.00000324602=0.8307 g/cm2設(shè)60時(shí)，需要V1體積的VCM，V2體積的水則：V10.8307/（V20.9832）=1：1.8V2V1=330.9=29.7V1=11.78 V2=17.92實(shí)際15需要的VC及水的體積為：V1=11.780.83070.9202=10.6m3V2=17.920.98320.9913=17.8m3質(zhì)量：Gvc=10.60.8307=8.805427T油水比為1：1.8 總重：G=Gvc+G水=26.4502T2.2引發(fā)劑用量計(jì)算由InKp=B-A/T(其中A=4101.90,B=15.34)InKp=15.34-4101.90/(273.15+60)=3.0275Kp=20.65InKd=C-A/T(其中A=14615,C=43.00)=43.00-14615/(273.15+60)=-0.8691Kd=0.4193引發(fā)劑用量計(jì)算式：100n=Kp0 te+1/Kd(e-Kdte-1) 其中n轉(zhuǎn)化率 0引發(fā)劑濃度mol/TPVC te聚合用周期hrn=85%則85=20.650 6+1/0.4193（e-0.41936-1）總重量：G0=0 8.805427248.2103=2.45Kg2.3 分散劑用量分散劑用量為單體的0.06%，用復(fù)合分散體系HPMC、PVA其中配方比為3:2助分散劑LL02為單體重量的0.019%分散劑總重量G=8.8054270.06%103=5.44其中HPMC重量=5.443/（2+3）=3.264 PVA重量=5.442/23=0.96助分散劑LL02重量=8.8054270.019%103=1.722.4 其他助劑用量疏基乙醇 8.8054271030.075%=0.66十六醇 8.8054271030.013%=1.14雙酚A 8.8054271030.025%=2.20有機(jī)錫 8.8054271030.05%=8.30G7-9酸鋅 8.8054271030.0055%=0.48Na2S 8.8054271030.021%=4.84CaABS 8.8054271030.056%=4.93NH4HCO3 8.8054271030.22 %=19.372.5 配方計(jì)算匯總表表2-1 33m3聚合釜生產(chǎn)SG-5型樹脂配方(15)物料用量物料用量VCM10.6 m3雙酚A2.2軟水17.92 m3有機(jī)錫8.3HPMC3.264G7-9酸鋅0.48PVA2.176Na2S4.84LL021.72CaABS4.93疏基乙醇0.66NH4HCO319.73十六醇1.14ZnPS0.34注：CaABS在轉(zhuǎn)化率為75%時(shí)。2.6消耗定額的確定（1）聚合釜的單位損失計(jì)算(以每釜計(jì))單體投料量：8.805427T 聚合溫度：60 反應(yīng)時(shí)間：6hr確定在轉(zhuǎn)化率為85%時(shí)料 60 H2O=0.9832T/ m3VCM=0.8307 T/ m3 PVC=1.391T/ m3據(jù)天原廠經(jīng)驗(yàn)，反應(yīng)結(jié)束后余壓壓料至出料槽內(nèi)，余壓力為2/ cm3此時(shí)釜內(nèi)剩余單體量為（1+20.9672）13.5103=0.082n(273.15+60) n=1.461103molG剩=1.4616.25103/103=91.3/釜設(shè)其他泄露及回收后精制等損失后回收量的7%，則VCM損失量為91.37%=6.4/釜實(shí)際回收VCM量91.6-6.4=84.9/釜（2）出料槽單體損失計(jì)算（以每釜計(jì)）根據(jù)杭州電化廠數(shù)據(jù)，出料槽汽提后，漿料中含VCM量如下（11.193410 m3 -91.3+300）21010-6=2.3/釜進(jìn)入出料槽的單體量為：3.9569103（1-85%）91.3=502.2/釜回收單體量為502.2-2.3=499.9/釜設(shè)其他泄露及回收精制等共損失7%，則其損失量為：499.97%=35.0/釜實(shí)際回收VCM量為499.9-35=464.9/釜聚合釜和出料兩部分VCM總損失量為：6.4+35.0+2.3=43.7/釜（3）干燥崗位樹脂損失計(jì)算（以成品絕干PVC為基準(zhǔn)）已知：旋風(fēng)分離器回收塵效率為99%級，則損失量為：1015（1-0.99）/0.992=0.104/TPVC加上其他泄露確定冷風(fēng)管損失PVC為1.3/TPVC旋風(fēng)分離器進(jìn)入震動(dòng)篩的樹脂較少，約30%，但扣去其他泄露后，還要扣清床料，也定為1.1/TPVC,則干燥崗位PVC損失總量為1.3+1.1=2.4/TPVC.（4）其他設(shè)備PVC樹脂損耗分配表3-2 其他設(shè)備PVC樹脂損耗分配設(shè)備釜損失原因損失量（/TPVC）聚合釜粘釜，泡沫夾帶1.5出料槽泡沫夾帶，塑化片等1.2混合槽泡沫夾帶0.7離心機(jī)母液夾帶2.0篩分廢次品14.0稱量偏差1.0總計(jì)20.4全車間PVC總損失為：2.4 +20.4=22.8/TPVC聚合總效率為1/(1+22.810-3)=97.77%每釜可生產(chǎn)絕干樹脂：8.8054270.8597.77%=7.318T以成品絕干PVC為基準(zhǔn)，聚合單體損失為：43.7/7.318=6.0/TPVC其中聚合釜損失為6.4/7.318=0.875/TPVC出料槽：464.9/7.318=63.53/TPVC單體消耗定額為：1000+5.7+22.8=1028.5/TPVC=1.029TVC/TPVC2.7 操作周期的確定表3-3 操作周期的確定反應(yīng)操作時(shí)間（min）反應(yīng)操作時(shí)間（min）加水助劑15N2試壓15加VC10冷攪拌30升溫20反應(yīng)6hr降溫20出料10回收VCM20清釜10涂布等15小計(jì)8hr45min取整：操作周期為9hr2.8 全車間主要物料衡算已知：生產(chǎn)能力：30000T 生產(chǎn)時(shí)間：8000小時(shí)操作周期：9小時(shí) 樹脂含水量及揮發(fā)率：0.5%則：每釜可生產(chǎn)樹脂7.318/（1-0.5%）=7.36T/釜每年可生產(chǎn)的釜數(shù)8000/9=889釜年產(chǎn)力7.36889=6543.04T/Y完成年產(chǎn)30000TPVC所需釜數(shù)：30000/6543.04=4.59臺（圓整取5臺）全年投入聚合釜中的VCM量8.8054275889=39140.12 T/Y全年回收VCM量（84.9+464.9）10-35899=2443,86 T/Y全年VCM損失量43.710-35889=194.25T/Y原料消耗量計(jì)算單體VCM 39140.12-2443.86=36696.26T/Y聚合用軟水 17.920.99135889=789614.41T/Y引發(fā)劑ABVN 2.45588910-3=10.89T/Y分散劑總量 5.44588910-3=24.175T/Y其中HPMC 11.604 T/Y PVA 7.716 T/Y 助分散劑LL-02 1.72588910-3=7.65T/Y疏基乙醇 0.66588910-3=2.94/Y十六醇 1.14588910-3=5.06/Y 雙酚A 2.2588910-3=9.78/Y有機(jī)錫 8.3588910-3=36.89T/YG7-9酸鋅 0.48588910-3=2.14T/YZnPS 0.34588910-3=1.5T/YNa2S 4.84588910-3=21.51T/YCaABS 4.93588910-3=21.91T/YNH4HCO3 19.37588910-3=86.1T/Y3、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選型3.1 聚合釜的選型和攪拌裝置的設(shè)置選用我國33m3聚合釜，材質(zhì)是復(fù)合鋼板，牌號16MnR+0Cr18Ni9，筒體厚度14+3（3為不銹鋼板）。長徑比為2.08，內(nèi)設(shè)可拆卸管/式冷卻管，共四根，外有1146的38圈半管冷卻夾套。傳動(dòng)方式為上傳動(dòng)，電機(jī)同平行軸漸開線齒輪減速機(jī)組合驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速120r/min表3-1 釜的參數(shù)V/m3F/m2F/Vm2/m3L直線mmD-minL/D33511.55540026002.083.2干燥器的選型（1）氣流干燥管氣流干燥速度：15m/s 物料停留時(shí)間：1.2s（2）MST 旋風(fēng)干燥器物料停留時(shí)間：30 min 進(jìn)料速度：500kg/h氣流速度：5000m/h 引風(fēng)機(jī)入口風(fēng)壓：2 Kpa床夾套溫度：75 旋風(fēng)床內(nèi)溫度：4670氣流管進(jìn)口風(fēng)壓：46 Kpa3.3輔助設(shè)備的選型3.3.1.料槽、混料槽選型 出料槽體積為150m，混料槽200m攪拌轉(zhuǎn)速為50r/min 3.3.2離心機(jī)選型WG-800 臥式刮刀卸料離心機(jī)，脫水后PVC樹脂含水量20253.3.3旋風(fēng)分離器選型冷風(fēng)管用旋風(fēng)分離器 二臺3.3.4風(fēng)機(jī)選擇氣流干燥器用風(fēng)機(jī) 一臺 冷風(fēng)管用風(fēng)機(jī) 一臺3.3.5槽類選擇去離子水貯槽 一個(gè) 熱水貯槽 一個(gè)助劑計(jì)量槽 一個(gè) 去離子水計(jì)量槽 一個(gè)單位計(jì)量槽 一個(gè) 單位貯槽 一個(gè)3.3.6泵類選擇熱水泵 一臺 軟水泵 一臺出料泵 一臺 漿料泵 兩臺進(jìn)塔泵、出塔泵 各一臺 汽提熱水噴淋泵 一臺脫單體真空泵 一臺 循環(huán)水泵 一臺3.3.7過濾器選擇單體過濾器 兩臺 軟水過濾器 一臺樹脂過濾器 兩臺 空氣過濾器 一臺3.3.8其他設(shè)備選擇加料小罐 兩個(gè) 漿料換熱器 一臺氣提熱水噴淋罐 一個(gè) 水氣分離器 兩臺螺旋輸送器 一臺 鼓風(fēng)機(jī) 一臺一級、二級冷卻器 各一臺 沉淀槽 一個(gè)引風(fēng)機(jī) 一臺 振動(dòng)篩 一臺泡沫捕集器 一臺 壓縮機(jī) 一臺4.生產(chǎn)工藝流程圖圖4-1 車間生產(chǎn)工藝流程圖工藝流程圖圖解：1、 脫鹽水 17、懸浮劑罐 33、旋轉(zhuǎn)干燥器2、 穩(wěn)定劑 18、進(jìn)料料斗 34、空氣加熱器3、 抗氧劑 19、漿料罐 35、袋式過濾器4、 高壓反應(yīng)釜 20、汽提塔進(jìn)料泵 36、空氣過濾器5、 穩(wěn)定劑罐 21、汽提塔 37、鼓風(fēng)機(jī)6、 穩(wěn)定劑泵 22、冷凝器 38、旋風(fēng)分離器7、 催化劑罐 23、真空罐 39、粉料料倉8、 回流冷凝器 24、真空泵 40、聚氯乙烯產(chǎn)品9、 催化劑 25、傳輸泵 41、去回收氣柜10、催化劑泵 26、旋轉(zhuǎn)閥 42、放空11、冷凍水 27、攪拌器 43、空氣12、冷凍水回水 28、離心進(jìn)料罐 44、氯乙烯單體13、漿料輸送泵 29、離心進(jìn)料泵 45、懸浮劑14、反應(yīng)器攪拌釜 30、離心分離器 46、懸浮劑泵15、廢水泵 31、廢水泵16、料倉 32、螺旋給料器5、參考文獻(xiàn)1 嚴(yán)福英 等主編聚氯乙烯工藝學(xué)M 中國氯堿工業(yè)協(xié)會組織編寫化學(xué)工業(yè)出版社2 侯文順 主編高聚物生產(chǎn)技術(shù)M 化學(xué)工業(yè)出版社3 王久芬 主編高聚物合成工藝M 國防工藝出版社4 張宏麗 周長麗 等主編 化工原理M 化學(xué)工業(yè)出版社5 盧風(fēng)軍 防粘釜技術(shù)在聚合上的應(yīng)用G 中國氯堿 2006年5月6 陳延益 劉金彥 曹建新懸浮法PVC生產(chǎn)中粘釜物的成因