懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯流程設(shè)計(jì)

1、洛陽(yáng)理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) I 3000噸/年聚氯乙烯懸浮聚合工藝設(shè)計(jì) 摘要 本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)3000噸聚氯乙烯聚合工藝設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)文件由設(shè)計(jì)說(shuō)明書和 設(shè)計(jì)圖紙兩部分組成。在設(shè)計(jì)說(shuō)明書中，簡(jiǎn)單介紹了聚氯乙烯的生產(chǎn)現(xiàn)狀、發(fā)展 趨勢(shì)、性能和主要用途，著重介紹以懸浮聚合法作為聚合的工藝生產(chǎn)方法。在設(shè) 計(jì)過(guò)程中，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，進(jìn)行了較為詳細(xì)的物料衡算和熱量衡算和聚 合釜計(jì)算，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了工藝計(jì)算和選型，同時(shí)對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行了簡(jiǎn)單的技術(shù)經(jīng) 濟(jì)評(píng)價(jià)。繪制了相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙，設(shè)計(jì)圖紙包括工藝流程圖、聚合釜裝配圖。 關(guān)鍵詞：聚氯乙烯，懸浮聚合工藝，干燥， 單體，生產(chǎn)工藝洛陽(yáng)理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 2 Abstract

2、The design for the 3,000 tons of PVC polymerization processdesign throughout the design file is composed by two parts of the design specification and design drawings. In the design manual, a brief introduction of PVC production status, development trends, performance, and the main purposes highlight

3、ed by suspension polymerization as the polymerization process production methods. In the design process, according to the requirements of the design task book to conduct a more detailed material balance and heat balance and the the polymerizer calculation process calculation and selection of equipme

4、nt, a simple techno-economic evaluation of the entire device . Drawing of the design drawings, design drawings including process flow diagram of the polymerization reactor assembly drawing. Keywords: PVC ,suspension polymerization process, dry, monomer ,production process洛陽(yáng)理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) III 目 錄 前 言 . 1 第

5、1章產(chǎn)品及原料說(shuō)明 . 2 1.1產(chǎn)品性質(zhì)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) . 2 1.1.1名稱及其結(jié)構(gòu) . 2 1.1.2產(chǎn)品性能 . 2 1.1.3產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) . 3 1.2單體氯乙烯（VCM ）的性質(zhì) . 5 1.3聚氯乙烯配方 . 6 第2章 聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì) . 7 2.1聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述 . 7 2.2聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程操作步驟 . 7 2.2.1聚合單元 . 7 2.2.2汽提、干燥工序 . 8 2.2.3 VC回收工序 . 8 第3章物料衡算 . 10 3.1車間物料衡算 . 10 3.1.1主要工藝參數(shù) . 10 3.1.2生產(chǎn)任務(wù)的計(jì)算 . 10 3.1.3投入單體的計(jì)算

6、. 11 3.2聚合釜的物料衡算 . 12 3.2.2聚合釜的生產(chǎn)計(jì)算 . 12 第4章熱量衡算 . 14 4.1聚合釜熱量衡算 . 14 4.1.1參數(shù)設(shè)定 . 14 4.1.2混合熱和攪拌熱的考慮 . 15 4.2回流冷凝器熱負(fù)荷的考慮 . 15 4.3物料帶入聚合釜的熱量 . 15 洛陽(yáng)理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) III 4.4聚合反應(yīng)放出的熱量 . 164.5物料帶出聚合釜的熱量 .16 4.6反應(yīng)過(guò)程需要加入的熱量 .16 4.7加熱水的用量： .16 4.8冷卻水的用量: 16 4.9傳熱面積 .17 第5章設(shè)備工藝設(shè)計(jì) .19 5.1聚合釜的設(shè)計(jì) .19 5.1.1生產(chǎn)周期或生產(chǎn)批數(shù) .1

7、9 5.1.2根據(jù)年產(chǎn)量確定每批進(jìn)料量 .19 5.1.3選擇反應(yīng)器裝料系數(shù) .19 5.1.4計(jì)算反應(yīng)器體積 .19 5.1.5聚合釜壁厚的計(jì)算 .20 5.2汽提塔 .20 5.3混料槽 .20 5.4離心機(jī) .21 5.5干燥器 .21 參考文獻(xiàn) .22洛陽(yáng)理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 1 前言 聚氯乙烯（PVQ是由氯乙烯單體（VCM均聚或與其他多種單體共聚 而制得的合成樹脂，聚氯乙烯再配以增塑劑、穩(wěn)定劑、高分子改性劑、填 料、偶聯(lián)劑和加工助劑，經(jīng)過(guò)提煉、塑化、成型加工成各種材料。在現(xiàn)代 工業(yè)生產(chǎn)和人類生活中起著舉足輕重的作用，因此 PVC的生產(chǎn)和技術(shù)的改 進(jìn)越來(lái)越受到現(xiàn)代人的關(guān)注！ 本設(shè)計(jì)是以氯乙

8、烯單體為原料， 對(duì)年產(chǎn)能力為 3000噸的PVC聚合工藝 設(shè)計(jì)，以株化集團(tuán)PVC廠為理論資料，并收集有關(guān)的化工設(shè)計(jì)資料作參考， 按課程設(shè)計(jì)大綱和設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是在簡(jiǎn)要介紹聚氯乙烯發(fā)展?fàn)顩r及其性質(zhì)、用途，工藝 方法選擇的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了采用懸浮聚合法生產(chǎn) PVC的工藝過(guò)程，產(chǎn) 量為年產(chǎn)3000噸。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：1.產(chǎn)品及原材料說(shuō)明；2.生產(chǎn)方案 的比較與選擇；3.物料衡算與熱量衡算； 4.聚合釜計(jì)算；5.附屆設(shè)備的 設(shè)計(jì)及選型；5.經(jīng)濟(jì)效益分析。設(shè)計(jì)圖紙包括 1張工藝流程圖；1張聚合 釜裝配圖。 本設(shè)計(jì)旨在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，熟悉工藝流程、生產(chǎn) 方案的

9、選擇、設(shè)備的選型等，掌握工藝設(shè)計(jì)中的物料衡算、能量衡算、設(shè) 備的計(jì)算、選型，對(duì)參考文獻(xiàn)的查閱與學(xué)習(xí)等的方法。 由丁設(shè)計(jì)者的理論知識(shí)有限，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的缺乏，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中難免 會(huì)有一些不足和錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)各位老師指評(píng)指正。洛陽(yáng)理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 2 第1章產(chǎn)品及原料說(shuō)明 1.1產(chǎn)品性質(zhì)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 1.1.1名稱及其結(jié)構(gòu) 名稱 懸浮法聚氯乙烯樹脂 簡(jiǎn)稱PVC (Polyiny Chloride ) 分子式和結(jié)構(gòu)式： 分子式： 十CH?CHCl 結(jié)構(gòu)式為： H H 一 C-J H Cl 其中n為平均聚合度，一般為 分子量 30000100000 1.1.2產(chǎn)品性能 典型的物理性質(zhì) 外觀 ：白色粉末 密度

10、 ：1.35 1.45g/cm3 表觀密 度：0.40.65 g/cm3 比熱容：1.045 1.463J/ (g.C) 熱導(dǎo)率：2.1kW/ (m.K) 顆粒大?。簯腋【酆?60-150pm 本體聚合：30-80叩 糊樹脂 3508000 洛陽(yáng)理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 3 :0.1-2 H m 摻混:20-80 叩 熱性能 無(wú)明顯熔點(diǎn) 85C以下呈玻璃態(tài)，85-175 C呈彈態(tài)，175-190 C為熔融 狀態(tài)，190-200 C屆粘流態(tài)，軟化點(diǎn)：75-85 C，加熱到130 C以上時(shí)變成皮 革狀，同時(shí)分解變色，長(zhǎng)期加熱后分解脫出氯化氫。 燃燒性能 PVC在火焰上能燃燒，并降解釋放出 HCl , CO

11、和苯等低分子量化 合物，離火自熄。 電性能 PVC耐電擊穿，它對(duì)丁交流電和直流電的絕緣能力可與硬橡膠媲美， 其介電性能與溫度，增塑性，穩(wěn)定性等因素有關(guān)。 老化性能 較耐老化，但在光照（尤其光波長(zhǎng)為 270-310nm時(shí)）和氧化作用下會(huì) 緩慢分解，釋放出 HCl ,形成球基，共軸雙鍵而變色。 化學(xué)穩(wěn)定性 在酸，堿和鹽類溶液中較穩(wěn)定。 耐溶劑性 除了芳輕 （苯，二甲苯） ，苯胺，二甲基酰胺，四氫吠喃，含氯輕 （二 氯甲烷，四氯化碳，氯化烯）酮，酯類以外，對(duì)水，汽油和灑精均穩(wěn)定。 機(jī)械性能 聚氯乙烯抗沖擊強(qiáng)度較高，常溫常壓下可達(dá) 10MPa。 1 1.1.3產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) PVC生產(chǎn)中所需主要原料的規(guī)

12、格洛陽(yáng)理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 4 表1-1 PVC的物理性能 性能 指標(biāo) 洛陽(yáng)理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 5 結(jié)晶數(shù)據(jù)/mm 工業(yè)PVC 單晶 結(jié)晶度/% 聚合后 熔體 密度（未復(fù)配） （g/ cm 3） 總體 晶體 泊松比（硬 PVC） 折射率 玻璃化溫度/C 線膨脹系數(shù)（未增塑） /C -1 比熱容/ （J/g C） 硬PVC 23 C 50 C 80 C 120 C 增塑的 PVC （ 50份DOP ） 23 C 52 C 80 C 120 C 熱導(dǎo)率（未增塑） /J/（ cm s C ） 介電強(qiáng)度/ （ kv/mm ） 溶解度參數(shù)/（J/ cm 3）0.5 正交晶系，每個(gè)晶胞兩個(gè)單體 a b c 1.

13、06 0.54 0.51 1.024 0.524 0.508 1.9 4.9 1.39 1.53 0.41 1.54 83 7 X 10-3 0.92 1.05 1.45 1.63 1.88 1.54 1.67 1.75 1.88 17.5 X 10-4 20 洛陽(yáng)理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 表1-3水的物理性質(zhì) 6 1.2單體氯乙烯(VCM )的性質(zhì) (1) 純度 ： 99.98% (wt) HCL 含量： 1 ppm (wt) (3)鐵含量： 1 ppm (wt) 水含量：書0 ppm (wt) 醛含量：5.0 ppm ( wt) (6)壓力為0.6MPa,溫度為常溫。 VCM主要性質(zhì) 氯乙烯分子式

14、為 C2H3C1，分子量62.51 ,常溫常壓下為無(wú)色，帶有甜 香味氣體，易燃易爆，遇到空氣可形成燃燒爆炸，在空氣中爆炸范圍 為4 22% ,有蠹，性質(zhì)活潑，能起加成反應(yīng)和易起聚合反應(yīng)。 沸點(diǎn)(0.1MPa)為-139 C，熔點(diǎn)為-159.7 C。 聚合放熱量1554KJ/kg.m，聚合時(shí)的體積收縮率為 35%。 導(dǎo)熱系數(shù)：0.17956J/ (nf.S.K )。 液體導(dǎo)熱系數(shù)：(20C) 0.142J/ (m2 .S.K)。1 表1-2 VCM物理性質(zhì) 溫度 密度 比熱容 C kg/m 3 KJ/(kg. C) 20 1.352 50 1.53 57 837 1.57 70 1.63 洛陽(yáng)理

15、工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 7 溫度 C 密度 kg/m 3 比熱容 KJ/(kg. C) 導(dǎo)熱系 _ 2 入 X 102 w/(m. C ) 粘度 x 105/Pa.s 普蘭德數(shù) Pr 10 999.7 4.191 57.45 130.77 9.52 30 995.7 4.174 61.76 80.07 40 992.2 4.174 63.38 65.60 4.32 57 986.6 4.175 65.13 49.3 1.3聚氯乙烯配方 表1-4 聚氯乙烯生產(chǎn)配方 3 原料名稱 相對(duì)分子質(zhì)里 摩爾比 質(zhì)量/kg 投料量/kg 氯乙烯 62.50 1.0 62.5 100 軟水 18.02 6.9 125

16、.0 200 聚乙烯醇 0.75 1.2 IPP （引發(fā)劑） 206.19 -3 1.21 X0 0.25 0.4 抗魚眼劑 防粘釜?jiǎng)?由于用量較少， 故可忽略不計(jì) 丙酮縮氨基硫 服（終止劑） 洛陽(yáng)理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 8 第2章聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì) 2.1聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述 懸浮聚合過(guò)程是向聚合釜中加入無(wú)離子水和懸浮劑，加入引發(fā)劑后密 封聚合釜， 真 空脫除釜內(nèi)空氣和溶丁物料中的氧， 然后加入單體氯乙烯之 后開(kāi)始升溫、攪拌、反應(yīng)開(kāi)始后維持溫度在 50C左右，壓力0.881.22MPa , 當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到 70%左右開(kāi)始降壓，在壓力降至0.130.48MPa時(shí)即可停止反 應(yīng)。聚合完畢后抽出

17、未反應(yīng)單體、漿料進(jìn)行氣提，回收氯乙烯單體。抽出 氣體后的漿料進(jìn)行離心分離，使氯乙烯含水 25%再進(jìn)入干燥器干燥至含 水0.3%0.4%,過(guò)篩后即得產(chǎn)品。 聚合釜中，使用表面張力和用量均較小的分散劑，聚合的中后期采用 高速攪拌，有利丁生成體積較大、表面膨脹、表皮多孔、內(nèi)部疏松的樹脂 顆粒疏松型樹脂。反之，則生成緊密型樹脂。 2.2聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程操作步驟 2.2.1聚合單元 首先將加熱到48 C左右的去離子水由泵計(jì)量后加入到聚合釜中，分散劑 配成一定濃度溶液，在攪拌下由泵經(jīng)計(jì)量后加入聚合釜內(nèi)（也可由人孔直接 投入），其他助劑配制成溶液通常由人孔投加，然后關(guān)閉人孔蓋，通入氮?dú)?試壓及排除系統(tǒng)中

18、氧氣，或借抽真空及充入氯乙烯方法。最后將新鮮氯乙烯 與回收后經(jīng)處理的氯乙烯依一定比例（回收的 VCM占總量的10%）,送入計(jì) 量槽內(nèi)計(jì)量，再經(jīng)單體過(guò)濾器過(guò)濾后加入釜內(nèi)，開(kāi)啟多級(jí)往復(fù)泵將引發(fā)劑計(jì) 量后加入釜中。加料完畢后，丁釜夾套內(nèi)通入熱水將釜內(nèi)物料升溫至規(guī)定的 溫度（57C）。當(dāng)氯乙烯開(kāi)始聚合反應(yīng)并釋放出熱量時(shí)，夾套內(nèi)改通冷卻水 以及時(shí)移除反應(yīng)熱，并使反應(yīng)溫度控制在 57 0.2 C,直至反應(yīng)結(jié)束。當(dāng)釜內(nèi) 單體轉(zhuǎn)化率達(dá)到85%以上，這時(shí)釜內(nèi)聚合壓力為 0.5 MPa,由計(jì)量泵向釜內(nèi)加 入一定量的終洛陽(yáng)理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 9 止劑，未反應(yīng)的氯乙烯單體經(jīng)自壓回收后，當(dāng)壓力降至 2.9 Kpa 時(shí)，將

19、釜內(nèi)漿料升溫至 70C左右，進(jìn)行真空回收，真空度為 500 mmHg 550mmHg，最后漿料中的氯乙烯含量在 700 g/g。然后進(jìn)入放料操作。 2.2.2汽提、干燥工序 由聚合釜排出的漿料，為降低殘留在其中的氯乙烯和減少氯乙烯對(duì)環(huán)境 的污染，用泵打入出料槽除去其中的大塊物料，再將其送入汽提塔，在塔內(nèi) 與由塔底上升的蒸汽在塔板上進(jìn)行逆流傳質(zhì)過(guò)程。該塔為真空操作，用真空 泵維持塔頂?shù)恼婵斩?，并以此?lái)保證塔頂?shù)臏囟?。塔頂逸出的含氯乙烯氣?jīng) 冷凝，未凝的氯乙烯含氧量在 1%以下時(shí)，經(jīng)真空泵送至氯乙烯氣柜備用。塔 釜之漿料含氯乙烯約 400 V g/g經(jīng)熱交換器冷卻后進(jìn)入混料槽，再送往離心 機(jī)進(jìn)行離

20、心分離。離心分離后 PVC濾餅含水量為23% 27%,經(jīng)濾餅分散器 機(jī)械分散并均勻地加入干燥器中進(jìn)行干燥。干燥器內(nèi)帶有內(nèi)加熱和內(nèi)冷卻。 第1 5室為干燥室，用熱水盤管和熱風(fēng)干燥，第 6室為冷卻室。干燥后的氯 乙烯樹脂含水量為 0.3% 0.4%。經(jīng)過(guò)篩除去大顆粒， 再由氣流輸送至貯料倉(cāng)， 最后由包裝單元進(jìn)行包裝。 12 2.2.3 VC回收工序 VC回收工序包括VC氣體回收至氣柜、 VC氣體壓縮、精僻等部分。 自壓回收的氯乙烯，經(jīng) VC氣體洗滌塔以除去氣體飛沫中火帶的 PVC,然 后經(jīng)氣體冷卻器進(jìn)入氣柜，真空回收的 VCM ,用回收風(fēng)機(jī)抽至氣柜。 由氣柜出來(lái)的VC氣體送至脫濕塔，用 5C的冷凍

21、鹽水進(jìn)一步冷凝，兩個(gè) 冷凝器所冷凝的 VC送至精僻塔進(jìn)行精僻， 所得的精氯乙烯經(jīng)過(guò)濾后， 按比例 送入氯乙烯計(jì)量槽與新鮮氯乙烯混合供聚合使用，未凝的氣體送至焚燒爐處 理，塔釜的高沸物排放至塔底液罐中，加熱以進(jìn)一步回收部分氯乙烯。洛陽(yáng)理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 10 產(chǎn)品口 圖2-1聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第3章物料衡算 3.1車間物料衡算 3.1.1主要工藝參數(shù) 產(chǎn)品類型：選用疏松型。 聚合反應(yīng)時(shí)間：5h 聚合溫度：57 OC 操作周期：9h 3.1.2生產(chǎn)任務(wù)的計(jì)算 年產(chǎn)3000噸聚氯乙烯，以 300個(gè)工作日計(jì)，每年工作 8000小時(shí)，假 設(shè)各單元操作都連續(xù)進(jìn)行， 采

22、用倒推法根據(jù)收率或損失率計(jì)算出原料投料， 然后按單元操作順序?qū)Ω鲉卧僮鬟M(jìn)行物料衡算。 聚氯乙烯小時(shí)生產(chǎn)量(8000h )計(jì)：8000 X 0.998 - 0.96 X 100 士 08000=72.3287(kg/h)( 以1小時(shí)為計(jì)算基準(zhǔn)，以下計(jì)算中不再寫 h_1) 聚合物轉(zhuǎn)化率為 83% 83%x=72.3287 x=86.9864(kg) 即每小時(shí)要生產(chǎn)純 VCM 86.9864kg 產(chǎn)物氣冷凝，精僻等收率為 96.6% 進(jìn)入精僻系統(tǒng)的 VCM的量： 86.9864 - 96.6%=90.1267(kg) 90.1267 士 62.5=1.44 (kmol) 表2-1乙烯懸浮聚合操作周

23、期 工序 設(shè)計(jì)值/min 1、水相加料 30 2、抽真空 15 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 12 3、加 VCM 15 4、加熱到 570C 30 5、恒溫聚合時(shí)間 300 6、回收單體 60 7、出料 30 8、清釜 60 聚合周期 540 ( 9h) 3.1.3投入單體的計(jì)算 投入單體的計(jì)算： 投料系數(shù)為0.80、金的體積為20m3、在20攝氏度 時(shí)，p VCM =911 kg/m 3 p H2O= 997.7kg/m 3 設(shè)每次投入單體的質(zhì)量為 X 貝U X/911+ 1.8X/997.7=20 X 0.80 以20m3釜為例，每次投入單體 5513.7kg。因轉(zhuǎn)化率為90%,則反 應(yīng)

24、得到樹脂 GI=5513.7 X 90%=4962.4kg,回收時(shí)損失的 VCM為0.25% 則 G2=4962.4 X 0.25%=12.4kg 放空時(shí)損失為 0.51%，貝U G3=4962.4 X 0.51%=25.3kg 漿料損失為 0.05%，貝U G4=4962.4 X 0.05%=2.5kg 汽提損失為 0.1%，則 G5=4962.4 x 0.1%=0.5kg 離心干燥損失為 0.38%，貝U G6=4962.4 X 0.38%=18.9kg 精僻時(shí)損失為 3.5%，貝U G7=4962.4 X 3.5%=173.7kg 包裝時(shí)損失為 0.21%，貝U G8=4962.4 X

25、0.21%=10.4kg 反應(yīng)前物料 G=5513.7kg，根據(jù)物料平衡原理： G=G 1+G2+ , , +G9 =4962.4+12.4+25.3+2.5+0.5+18.9+173.7+10.4+307.6=5513.7kg洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 3.2聚合釜的物料衡算 3.2.1金數(shù)及投料系數(shù)的臺(tái)數(shù)的確定 因?yàn)槊颗_(tái)金年平均要工作 8000小時(shí)，而每生產(chǎn)一次的周期為 9小時(shí)，年 投料量(VCM )為40602.9噸，每金的出料量為 19.9噸，選擇投料系數(shù)為 0.8, 先用 80 m3的標(biāo)準(zhǔn)金， VVCM =40602.9 X 1000/837=48510.0 m 3 V水=1

26、.8 X 40602.9 X 1000/997.7=73253.7 m 3 所需要釜的臺(tái)數(shù)為 (48510.0 +73253.7 )/(80 X 0.8 X (8000/9) = 2.378 臺(tái)，取整數(shù)為3臺(tái)。調(diào)整后的投料系數(shù)為 0.63 實(shí)際的投料系數(shù)計(jì)算： (48510.0 +73253.7 )/( 80 X 3 X 800)=0.63 可 取 0.63 每個(gè)金所需的 VCM 的體積為： 48510.0/(3 X (8000/9) )=20.2 m3 每金所需的水的體積為： 73253.7/(3 X (8000/9) )=30.5 m3 根據(jù)表1-2原料的配方得 投料體積 4.53+6.9

27、7=11.5m 3 空余(氣相)體積 =20-11.5=8.5m 3 升溫到期60 C，單體重度 d依溫度t變化 2 d=0.9471-0.001746t-0.00000324t 表3-2原料配方 VCM 水 引發(fā)劑 分散劑 其他助劑 重重， kg 5513.7 9924.6 220.548 441.096 3.2.2聚合釜的生產(chǎn)計(jì)算 以20 m3釜生產(chǎn)為例，分述如下： 投料溫度為20 C，單體4.53m3,水6.97m3, (1)投料 (2)升溫 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 14 57 C 時(shí) d=0.83 單體在 57C時(shí)體積增加到： 4.53 X 0.91/0.83=4.97m 3 物

28、料總體積：4.97+6.97=11.94 m 3 空余(氣相)體積： 20- 11.94=8.06m 3 (3)反應(yīng)結(jié)束：轉(zhuǎn)化率為 90%，樹脂真實(shí)密度為 1.4 kg/m 3 則此時(shí)樹脂體積： 4.53 X 90% X 0.83/1.4=2.417m 3得：20 C 時(shí) d=0.910 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 未聚合單體體積： 4.53 X 0.1=0.453m 3 物料總體積： 6.97+2.417+0.453=9.840m 3 空余（氣相）體積： 20-9.840=10.160m 3 表3-3物料衡算匯總表 損失 損失率/ % 損失前的重量 / t 篩分 0.21 3006.

29、3 干燥 0.13 3010.2 離心 0.25 3017.7 混料 0.01 3018.0 汽提 0.1 3021.0 出料 0.001 3021.3 聚合 0.79 3045.2 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 4.1聚合釜熱量衡算 4.1.1參數(shù)設(shè)定 QT設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)物料與外界交換熱量之和 （傳入熱量為正，傳出熱 量為負(fù)）,KJ; QI由丁物料溫度變化，系統(tǒng)與外界交換的熱量（升溫為正，降溫 為負(fù)），KJ; Q2由丁物料發(fā)生各種變化， 系統(tǒng)與外界的交換的熱量 （吸熱為正， 放熱為負(fù)）,KJ; Q3由丁設(shè)備溫度改變，系統(tǒng)與外界交換的熱量（設(shè)備升溫為正， 設(shè)備降溫為負(fù)），KJ; Q4設(shè)備向

30、外界環(huán)境散失的熱量（操作溫度高丁環(huán)境溫度為正，操 作溫度低丁環(huán)境溫度為負(fù)），KJ。 根據(jù)熱量守包定律，得 QT=QI + Q2 + Q3 + Q4 其中 八 T2 QI=W .T CdT Q2= W?Hr?x/M Q3=2 Wi CPi ?Tm Q4=3.6 X2 Ai a i （Ti - TO）淀 固體和液體熱容可以采用柯普定律 5計(jì)算 C（KJ/Kg. C ）=4.184）CaXn/M 式中 Ca基團(tuán)的比熱容, KJ/（Kg. C ） n分子中同一元素的原子數(shù) M - 化合物的分子量， Kg/Kmol 單體的熱容可以采用 Missenard法基團(tuán)貢獻(xiàn)值6計(jì)算 表4-1 Missenard

31、法基團(tuán)貢獻(xiàn)值 基團(tuán) CH3 -qn 一 O O=C O -C=O 貢獻(xiàn)J/mol K 9.55 5.7 7.0 13.8 10.2 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 則IPP的比熱為： Ci=4.184 X 9.55 4+5.7 2+7.0+13.8 2+10.2 2) /206.19=2.12 KJ/(Kg. C ) 經(jīng)查有關(guān)資料知： 氯乙烯的比熱為： C3=1.59KJ/(Kg. C ) 水的比熱為： C4=4.18 KJ/(Kg. C ) 聚乙烯醇比熱為： C5=1.67 KJ/(Kg. C) 聚氯乙烯的比熱為： C6=0.9675 KJ/(Kg. C ) 表4-2 物料比熱表( KJ

32、/(Kg. C ) 物料種類 比熱KJ/(Kg. C) IPP 2.12 氯乙烯 1.59 水 4.18 聚乙烯醇 1.67 聚氯乙烯 0.9675 氯乙烯的聚合熱為： 95.88KJ/mol=1534KJ/kg 4.1.2混合熱和攪拌熱的考慮 由丁溶質(zhì)的量很少，混合熱可忽略不計(jì)。 攪拌設(shè)備中的物料為低黏度流體，攪拌熱也可忽略不計(jì)。 4.2回流冷凝器熱負(fù)荷的考慮 由丁反應(yīng)中嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度包定，冷凝器中的回流量極少，所以對(duì) 冷凝器熱負(fù)荷不予考慮。 4.3物料帶入聚合釜的熱量 以0 C的一批物料為基準(zhǔn)，設(shè)進(jìn)料溫度為 20 C ,則物料帶入聚合釜的 熱量為：Ql=2.12 31.3128 X20+

33、1.59 X04375.957 20+4.18 X46126.34 X20+1.67 22.9627 X 20 =1.5537 X07KJ 4.4聚合反應(yīng)放出的熱量 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 18 以一批物料為基準(zhǔn)，則聚合反應(yīng)放出的熱量為： Q2=24.64 86632.0443=2.135 X06KJ 4.5物料帶出聚合釜的熱量 以一批物料0C為基準(zhǔn)，物料流出的溫度為 60C,則物料升溫所需要 的熱量為： Q3= (2.12 31.3+0.9675 86632.0443+4.18 X 146126.34+1.67 X22.9627+1.59 X1774 3.9127) X (60-0)

34、=4.34 X07KJ 4.6反應(yīng)過(guò)程需要加入的熱量 根據(jù)熱量衡算進(jìn)入系統(tǒng)的熱量 =出系統(tǒng)的熱量，則反應(yīng)過(guò)程所需加入 的熱量為(設(shè)熱損失為 10%): ?Q= ( Q3+ Q2-Q1) / (1-10% ) = ( 4.34 X107+2.135 X06-1.5537 107) /90%=3.318 X 107kJ 4.7加熱水的用量： 根據(jù)式：Q=mCP T得 m=Q/ C PAT 熱水進(jìn)口溫度為 99 C，出口溫度為 60 C。水 Cp=4.22kJ/kg.K m=3.318X 107/4.22 39 =2.02 X05kg 4.8冷卻水的用量： 根據(jù)式：Q= mC P T得 m=Q/ C

35、 PAT 冷卻水進(jìn)口溫度為 29C，出口溫度為 26C。水 Cp=4.22kJ/kg.K m=2.14X 106/4.22 3 =1.69 X05kg洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 19 表4-3整套裝置的熱量衡算表： 5 傳入熱量(x 10 KJ ) 5 傳出熱量(X10 KJ) 物料帶入聚合釜的熱 155 量Q1 聚合反應(yīng)放出的熱量 19.6 Q2 物料帶出的熱量 Q3 434 反應(yīng)過(guò)程需要加入的 331.778 熱量Q4 損失熱量 Q5 33.1778 486.778 486.778 加熱水用量 2.02kg 冷卻水用量 1.69kg 4.9傳熱面積 最高熱負(fù)荷 Qmax Qmax=330

36、GR/t 57 C時(shí)Ti/2(EHP)=2h 查表得熱負(fù)荷分布指數(shù) R=1.4 Qmax=330 X 52.5 X 1000 X 1.05 X 1.4/4.5=7835.7KW 平均溫差* t=(47-17)/In(47/17)=30 C 總傳熱面積 F F=Q/K t=7835.7 X 1000/(200 X 30)= 1305.95m 2洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 20 表4-4熱量衡算匯總表 物料帶入熱量 Qi/ ( KJ/h ) 5 1.03 X 10 聚合熱 Q2水/ ( KJ/h ) 5.3 X 106 攪拌熱 H/ ( KJ/h ) 586800 物料升溫吸熱 Q3/ (KJ/

37、h) 1.64 X 105 物料帶出熱 Q4/ (KJ/h) 3.4 X 105 釜表面散熱 Q5/ ( KJ/h ) 2.65 X 106 冷卻水帶走熱 Q6/ ( KJ/h ) 2.84 X 106 循環(huán)水用量 W/ ( KJ/h ) 2.3 X 104 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 第5章設(shè)備工藝設(shè)計(jì) 5.1聚合釜的設(shè)計(jì) 5.1.1生產(chǎn)周期或生產(chǎn)批數(shù) _ -1 2P d1 5.1.2根據(jù)年產(chǎn)量確定每批進(jìn)料量 W=250556.5725kg/P 5.1.3選擇反應(yīng)器裝料系數(shù) 4 =V/VT7 ( 4 取 0.85) VR - 反應(yīng)液體積， m3 VT - 反應(yīng)器實(shí)際體積， m3 5.

38、1.4計(jì)算反應(yīng)器體積 氯乙烯密度12伊=0.831 X03kg/ m3 過(guò)氧化二碳酸二異丙酯密度 12律=1.08 X03kg/ m3 聚乙烯醇密度12 3=1.0002 X03kg/ m3 水密度12伊=1.00 X03kg/ m3 算得 pm=0.9393 X103kg/ m3 pm - 反應(yīng)液混合密度， kg m-3 VR=W/p m=250556.5725/0.9393 103=266.748 m 3 3 VT=266.748/0.85=313.821m VTi= VT/nT 3 VTi=313.821/10=31.38 m 取聚合釜VN=32 m 3 取 D=2650mm，則直邊高

39、H=5000mm 每一米圓筒容積 Vt=32/5=6.4m 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 釜體實(shí)際高度 H i=H+ 2 X D/4=5+2 X 2.65/4=6.4 m 5.1.5聚合釜壁厚的計(jì)算 由公式15 S= 一D得： 2司Pc 式中：Pc一計(jì)算壓力，取 Pc=1.1MPa ; Di=2650mm ;巾=09;設(shè)計(jì)溫度 為 150 C 查8得 16MnR 在 150 C 的b 畢170MPa S=1.1 2650/ （ 2刈70X0.9 -1.1 ） =9.58mm 取腐蝕余量 C2=1.1mm，鋼板厚度負(fù)偏差 C=0.8mm, 貝U Sn=S+C1+C2=9.58+0.8+1.1=11.48mm 圓整后取 Sn=12mm。復(fù)驗(yàn) Sn6%=1次 0.06=0.72 mm 0.8mm,故不能 取 C1=0.8，取 C1=0.7 重新計(jì)算：Sn=S+