3000t懸浮PVC樹脂生產(chǎn)工藝設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計 3000t/a懸浮PVC樹脂生產(chǎn)工藝設(shè)計混料槽的設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專業(yè)班級 高分子材料與工程08-1班 指導(dǎo)教師 劉春華、楊文、宋秋生 2012年2月23日設(shè)計任務(wù)書專業(yè) 高分子材料與工程 班級 08-1班 姓名 設(shè)計題目：混料槽的設(shè)計設(shè)計時間：指導(dǎo)老師：劉春華、楊文、宋秋生（一）設(shè)計任務(wù): 設(shè)計兩套混料槽，用于混合沉析槽工段PVC樹脂，要求年產(chǎn)量為3000t。（二）設(shè)計要求：一天工作8小時，完成聚合段5批料的混合，且在此混合過程中物料損耗1%，年工作日為300天，分為2套設(shè)備混合。（三）操作條件：從沉析槽出來的固液混合物的5批料經(jīng)混料槽混合之后使不同組分之間混合均勻，使

2、得從混料槽中出來的各批料性狀穩(wěn)定。年工作日 300天，連續(xù)生產(chǎn)PVC聚合周期 10h40min（四） 設(shè)計內(nèi)容：1、物料衡算、熱量衡算、計算空氣量、蒸汽用量，確定混料槽的主要尺寸和技術(shù)參數(shù)。2、帶控制點(diǎn)工藝流程圖一張（2#圖紙）； 廠區(qū)設(shè)備布置圖一張（2#圖紙）。摘要本設(shè)計是年產(chǎn)3000噸聚氯乙烯（PVC）車間混料槽工段的初步設(shè)計。初步介紹了我國聚氯乙烯工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程和目前狀況，包括原料路線、工藝設(shè)備、聚合方法、混料槽的設(shè)計與選擇等。本設(shè)計采用懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯，介紹了采用懸浮法生產(chǎn)PVC樹脂工聚合機(jī)理，工藝過程中需要注意的問題，包括質(zhì)量影響因素，工藝條件及合成工藝中的各種助劑選擇，對

3、混合工藝過程進(jìn)行詳細(xì)的敘述。并且從物料衡算、熱量衡算和設(shè)備計算和選型三個方面進(jìn)行準(zhǔn)確的工藝計算，對廠址進(jìn)行了選擇，畫出了整個工藝的流程圖關(guān)鍵詞：聚氯乙烯（PVC） 氯乙烯 物料衡算 熱量衡算 聚合反應(yīng)Abstract The process design of synthesis section of twenty thousand tons Polyvinyl chloride polymer in workshop was designed. In this paper, firstly, synthesis method of Polyvinyl chloride polymer, pr

4、oduction and application were outlined. Its effect and status was introducted in chemical industry. Secondly, process of Polyvinyl chloride polymer was selected in the design. Mass balance and heat balance were finished, and the size and type of key equipments were selected. And methods of treating

5、“Three Wastes”, electrical power supply, feedwater supply, heating were discussed. Ventilation Control in public works was accounted. Keywords: Polyvinyl chloride polymer（PVC） Polyvinyl chloride Mass balance heat balance condensation reaction 第1章 總論1. 1 概述意義與作用聚氯乙烯（PVC）是國內(nèi)外高速發(fā)展的合成材料中5大熱塑性合成樹脂之一，以其價廉

6、物美的特點(diǎn)，占合成樹脂消費(fèi)量的29%左右，僅次于聚乙烯（PE），居第二位。由于它具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性、電絕緣性、陰燃性、物理及機(jī)械性能、抗化學(xué)藥品性能、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且易加工、成本低，可通過模壓、層合、注塑、擠塑、壓延、吹塑中空等方式進(jìn)行加工，是一種能耗少、生產(chǎn)成本低的產(chǎn)品。因而聚氯乙烯（PVC）制品廣泛用二工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、電子電氣、交通運(yùn)輸、電力、電訊和包裝及人們生活中的各個領(lǐng)域。聚氯乙烯（PVC）硬質(zhì)制品可代替金屬制成各種工業(yè)行材、門窗、管道、閥門絕緣板及防腐材料等，還可以做收音機(jī)、電話、電視機(jī)、蓄電池外殼及家具、玩具等。其輕質(zhì)品可制成薄膜用以制作雨披、臺布、包裝材料以及農(nóng)膜，還可制成人

7、造革、電線、電纜等的絕緣層。序號純度單體含量其它雜質(zhì)H2OPH備注精聚氯乙烯99%0.10.60.3優(yōu)級品精聚氯乙烯98%0.11.00.9一等品精聚氯乙烯97%0.21.51.3合格精聚氯乙烯87%2.53.51.5氯乙烯單體的制備方法的選取氯乙烯單體可由電石乙炔法和乙烯氧氯化法制備，國內(nèi)主要采用乙炔電石路線。原料為來自電石水解產(chǎn)生的乙炔和氯化氫氣體，在催化劑氧化汞的作用下反應(yīng)生成氯乙烯。具體工藝為：從乙炔發(fā)生器來的乙炔氣經(jīng)水洗一塔溫度降至35以下，在保證乙炔氣柜至一定高度時，進(jìn)入升壓機(jī)組加壓至80kpa·G左右，加壓后的乙炔氣先進(jìn)入水洗二塔深度降溫至10以下，再進(jìn)入硫酸清凈塔中除

8、去粗乙炔氣中的S、P等雜質(zhì)。 最后進(jìn)入中和塔中和過多的酸性氣體，處理后的乙炔氣經(jīng)塔頂除霧器除去飽和水分，制得純度達(dá)98.5%以上，不含S、P的合格精制乙炔氣送氯乙烯合成工序。1.2聚合工藝的選擇聚氯乙烯聚合方法的選取聚氯乙烯按聚合方法分四大類：懸浮法聚氯乙烯，乳液法聚氯乙烯、本體法聚氯乙烯、溶液法聚氯乙烯。本工藝設(shè)計采用懸浮發(fā)生產(chǎn)聚乙烯。懸浮法(主要是水相懸浮法)生產(chǎn)的氯化聚氯乙烯為非均質(zhì)產(chǎn)品,溶解度相對于溶液法產(chǎn)品低,但熱穩(wěn)定性高,主要用于制造管材、管件、板材等5懸浮聚合反應(yīng)機(jī)理和動力學(xué)與本體聚合相同，需要研究的式成粒機(jī)理和顆?？刂?。聚氯乙烯懸浮聚合工藝簡介PVC是一種重要的熱塑性樹脂，它通

9、過成型加工改性，可以制成軟硬質(zhì)、泡沫、纖維等塑料制品，它性能優(yōu)良，用途廣泛。PVC生產(chǎn)方法主要有：懸浮聚合、乳液聚合、本體聚合和溶液聚合。本次課程設(shè)計選擇的方法是懸浮聚合。因采用懸浮法PVC生產(chǎn)技術(shù)易于調(diào)節(jié)品種，生產(chǎn)過程易于控制，設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用低，易于大規(guī)模組織生產(chǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，成為諸多生產(chǎn)工藝中最主要的生產(chǎn)方法。工藝特點(diǎn)：懸浮聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂的一般工藝過程是在清理后的聚合釜中加入水和懸浮劑、抗氧劑,然后加入氯乙烯單體,在去離子水中攪拌,將單體分散成小液滴,這些小液滴由保護(hù)膠加以穩(wěn)定,并加入可溶于單體的引發(fā)劑或引發(fā)劑乳液,保持反應(yīng)過程中的反應(yīng)速度平穩(wěn),然后升溫聚合,一般聚合溫度在45

10、70之間。使用低溫聚合時(如4245),可生產(chǎn)高分子質(zhì)量的聚氯乙烯樹脂；使用高溫聚合時(一般在6271)可生產(chǎn)出低分子質(zhì)量(或超低分子質(zhì)量)的聚氯乙烯樹脂。近年來,為了提高聚合速度和生產(chǎn)效率,國外還研究成功兩步懸浮聚合工藝,一般是第一步聚合度控制在600左右,在第二步聚合前加入部分新單體繼續(xù)聚合。采用兩步法聚合的優(yōu)點(diǎn)是顯著縮短了聚合周期,生產(chǎn)出的樹脂具有良好的凝膠性能、模塑性能和機(jī)械強(qiáng)度?，F(xiàn)在懸浮法聚氯乙烯品種日益廣泛,應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣,除了通用型的樹脂外,特殊用途的專用樹脂的開發(fā)越來越引起PVC廠家的關(guān)注,球形樹脂、高表觀密度建材專用樹脂、消光樹脂、超高(或超低)分子質(zhì)量樹脂等已成為開發(fā)的熱

11、點(diǎn)7。懸浮法PVC的發(fā)展趨：在工業(yè)化生產(chǎn)PVC時,以懸浮法產(chǎn)量最大,懸浮法生產(chǎn)具有設(shè)備投資少和產(chǎn)品成本低等優(yōu)點(diǎn)。各種聚合方法的發(fā)展方向是逐步向懸浮法聚合生產(chǎn)路線傾斜,一些過去采用其它方法生產(chǎn)的樹脂品種已開始采用懸浮聚合工藝生產(chǎn)。自從乳液聚合法工業(yè)化以后,歐洲、日本在連續(xù)懸浮聚合工藝方面開展了大量的研究工作,目前尚未工業(yè)化生產(chǎn),但連續(xù)法設(shè)備費(fèi)用低,生產(chǎn)效率高,工藝難題少,已引起了各國科研院所和生產(chǎn)廠家的重視。另外,為進(jìn)一步提高懸浮法生產(chǎn)的通用樹脂和專用樹脂的質(zhì)量,提高產(chǎn)品的專用化、市場化水平,國外廠家在聚合工藝的工藝條件及配料體系等方面做了大量的研究工作,進(jìn)一步提高了聚合轉(zhuǎn)化率,縮短了聚合周期,

12、提高了生產(chǎn)效率,同時也開發(fā)出一系列性能好、易于加工的PVC專用樹脂如:超高(或超低)聚合度樹脂、高表觀密度樹脂、無皮樹脂、耐輻射樹脂、醫(yī)用樹脂、耐熱樹脂等?？梢?各種專用料的開發(fā)是懸浮聚合樹脂發(fā)展的標(biāo)志,是提高產(chǎn)品使用性能、開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域的重要手段8。本設(shè)計采用懸浮法PVC生產(chǎn)技術(shù)。整個PVC生產(chǎn)過程如下：（1）準(zhǔn)備工作：將去離子水經(jīng)計量后加入釜中，開動攪拌，加入備好的物料。（2）聚合工段：溫度升至規(guī)定值，加入引發(fā)劑開始聚合。夾套通低溫水進(jìn)行冷卻，嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，直至反應(yīng)結(jié)束。（3）分離：加入鏈終止劑，同時迅速減壓脫除未反應(yīng)的單體。（4）混合：從沉析槽中出來的各批料之間性能比不均一需要通過

13、混料槽混合均勻，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。（5）聚合物后處理：剝離單體后的漿料經(jīng)過熱交換器冷卻后，送至離心分離工段，經(jīng)氣流干燥器干燥后含水量約為5%，再送入臥室流化床干燥器進(jìn)行干燥，干燥后的PVC樹脂含水量約為0.3%。其他聚合工藝簡介 本體聚合生產(chǎn)工藝，其主要特點(diǎn)是反應(yīng)過程中不需要加水和分散劑。聚合分2步進(jìn)行，第1步在預(yù)聚釜中加人定量的VCM單體、引發(fā)劑和添加劑，經(jīng)加熱后在強(qiáng)攪拌(相對第2步聚合過程)的作用下，釜內(nèi)保持恒定的壓力和溫度進(jìn)行預(yù)聚合。當(dāng)VCM的轉(zhuǎn)化率達(dá)到8%-12%停止反應(yīng)，將生成的“種子”送人聚合釜內(nèi)進(jìn)行第2步反應(yīng)。聚合釜在接收到預(yù)聚合的“種子”后，再加人一定量的VCM單體、添加劑和引

14、發(fā)劑，在這些“種子”的基礎(chǔ)上繼續(xù)聚合，使“種子”逐漸長大到一定的程度，在低速攪拌的作用下，保持恒定壓力進(jìn)行聚合反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到60%一85%(根據(jù)配方而定)時終止反應(yīng)，并在聚合釜中脫氣、回收未反應(yīng)的單體，而后在釜內(nèi)汽提，進(jìn)一步脫除殘留在PVC粉料中的VCM，最后經(jīng)風(fēng)送系統(tǒng)將釜內(nèi)PVC粉料送往分級、均化和包裝工序。 氯乙烯乳液聚合方法的最終產(chǎn)品為制造聚氯乙烯增塑糊所用的的聚氯乙烯糊樹脂（E-PVC），工業(yè)生產(chǎn)分兩個階段：第一階段氯乙烯單體經(jīng)乳液聚合反應(yīng)生成聚氯乙烯膠乳，它是直徑0.13微米聚氯乙烯初級粒子在水中的懸浮乳狀液。第二階段將聚氯乙烯膠乳，經(jīng)噴霧干燥得到產(chǎn)品聚氯乙烯糊樹脂，它是初級

15、粒子聚集而成得的直徑為1100微米，主要是2040微米的聚氯乙烯次級粒子。這種次級粒子與增塑劑混合后，經(jīng)剪切作用崩解為直徑更小的顆粒而形成不沉降的聚氯乙烯增塑糊，工業(yè)上稱之為聚氯乙烯糊。 1.3產(chǎn)品的應(yīng)用情況PVC樹脂可以采用多種方法加工成制品，懸浮聚合的PVC樹脂可以擠出成型、壓延成型、注塑成型、吹塑成型、粉末成型或壓塑成型。分散型樹脂或糊樹脂通常只采用糊料涂布成型，用于織物的涂布和生產(chǎn)地板革。糊樹脂也可以用于搪塑成型、滾塑成型、蘸塑成型和熱噴成型。發(fā)達(dá)國家PVC樹脂的消費(fèi)結(jié)構(gòu)中主要是硬制品，美國和西歐硬質(zhì)品占大約2/3的比例，日本占55%；硬質(zhì)品中主要是管材和型材，占大約7080%。PVC

16、軟制品市場大約占全部PVC市場的30%，軟制品主要包括織物的壓延和涂層、電線電纜、薄膜片材、地面材料等。硬質(zhì)品PVC樹脂近年來增長比軟制品快。在全世界范圍內(nèi)一半以上的PVC樹脂用于與建筑有關(guān)的市場，使PVC行業(yè)容易受到經(jīng)濟(jì)的波動影響。建筑領(lǐng)域是PVC樹脂增長最快的市場，在其它市場中的增長率僅為1.4%/年。增長最快的用途是管材、板壁、和門窗等。我國聚氯乙烯硬制品應(yīng)用份額也呈增長趨勢，管材、型材和瓶類所占份額由1996年25%增長到1998年的40%，但至今我國聚氯乙烯的應(yīng)用還是軟制品的份額較多。1998年軟制品占PVC總用量的51%（其中薄膜為20%，塑料鞋10%，電纜料5%，革制品11%，泡

17、沫和單板等5%），硬制品占40%（其中板材16%，管材9%，異型材8%，瓶3%，其它4%），地板墻紙等占9%。聚氯乙烯塑料一般可分為硬質(zhì)和軟質(zhì)兩大類。硬制品加工中不添加增塑劑，而軟制品則在加工時加入大量增塑劑。聚氯乙烯本來是一種硬性塑料，它的玻璃化溫度為8085。加入增塑劑以后，可使玻璃化溫度降低，便于在較低的溫度下加工，使分子鏈的柔性和可塑性增大，并可做成在常溫下有彈性的軟制品。常用的增塑劑有鄰苯二甲酸二辛酯、鄰酯。一般軟質(zhì)聚氯乙烯塑料所加增塑劑的量為聚氯乙烯的30%70%。聚氯乙烯在加工時添加了增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑、填料之后，可加工成各種型材和制品。第2章 混料槽的設(shè)計與選型2.

18、1沉析槽中物料參數(shù)2.2干燥器選形時考慮的因素（1）物料性能及混合特性 包括物料形態(tài)(片狀、纖維狀、粒狀、液態(tài)、膏狀等)、物理性質(zhì)(密度、粒度分布、粘附性）、混合特性（熱敏性、變形、開裂等)、物料與水分的結(jié)合方式等因素。（2）對混合產(chǎn)品質(zhì)量的要求及生產(chǎn)能力 要求混料槽能夠?qū)⒊廖霾鄢鰜淼牟煌蔚奈迮匣旌暇鶆颍沟脧幕炝喜壑谐鰜淼母髋现g性狀穩(wěn)定23選型時相應(yīng)的計算查在得知選用。型的混料槽，查。選用長徑比為1.3的槽。根據(jù)。公式計算出直徑和高度。再由物料總體積計算出液面高度。查。根據(jù)高粘度物料混合的特點(diǎn)，選用。型的攪拌器。查計算混料槽的功率的公式為。經(jīng)計算的出混料槽的功率為。第3章 混料槽的

19、裝備圖3.混料槽的裝備圖。3.2混合過程工藝說明第4章 車間設(shè)備布置設(shè)計4.1 車間設(shè)備布置的原則 車間設(shè)備布置的原則1 從經(jīng)濟(jì)和壓降觀點(diǎn)出發(fā)，設(shè)備布置應(yīng)順從工藝流程，但若與安全、維修和施工有矛盾時，允許有所調(diào)整。2 根據(jù)地形、主導(dǎo)風(fēng)向等條件進(jìn)行設(shè)備布置，有效的利用車間建筑面積（包括空間）和土地（盡量采用露天布置及建筑物能合并者盡量合并）。3 明火設(shè)備必須布置在處理可燃液體或氣體設(shè)備的全年最小頻率風(fēng)向的下側(cè)，并集中布置在裝置（車間）邊緣。4控制室和配電室應(yīng)布置在生產(chǎn)區(qū)域的中心部位，并在危險區(qū)外。5 充分考慮本裝置（車間）與其他部門在總平面布置圖上的位置，力求緊湊、聯(lián)系方便，縮短輸送管線，達(dá)到節(jié)

20、省管材費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用的目的。6 留有發(fā)展的余地7 所采取的勞動保護(hù)、防火要求、防腐蝕措施要符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求。8 有毒、有腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備應(yīng)分別集中布置，并設(shè)圍堰，以便集中處理。9 設(shè)備安全通道、人流、物流方向應(yīng)錯開。10 設(shè)備布置應(yīng)整齊，盡量使主要管道走向一致13。 車間設(shè)備平面布置的原則車間平面布置首先必須適合全廠總平面布置的要求，應(yīng)盡可能使個車間的平面布置在總體上達(dá)到協(xié)調(diào)、整齊、緊湊、美觀，相互融合，渾成一體。其次，必須從生產(chǎn)需要出發(fā)，最大限度的滿足生產(chǎn)包括設(shè)備維修的要求。即要符合流程、滿足生產(chǎn)、便于管理、便于運(yùn)輸、利于設(shè)備安裝和維修。第三，生產(chǎn)要安全。即要全面妥善的解決防火、防爆

21、、防毒、防腐、衛(wèi)生等方面的問題，符合國家的各項有關(guān)規(guī)定。第四，要考慮將來擴(kuò)建及增建的余地，為今后生產(chǎn)發(fā)展、品種改革、技術(shù)改造提供方便。但這些一定要最有效的利用車間的建筑面積（包括空間）和土地（設(shè)備裝置能露天布置的盡量露天布置，建筑物能合并的應(yīng)盡量合并）。 車間設(shè)立面布置的原則廠房的立面形式有單層、多層和單層與多層相結(jié)合的形式。多層廠房占地少但造價高，而單層廠房占地多但造價低。采用單層還是多層主要應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)的需要。例如制堿車間的碳化塔，根據(jù)工藝要求須放在廠房內(nèi)，但塔有比較高，且操作崗位安排在塔的中部以便觀察塔內(nèi)情況，這樣就需要設(shè)計多層廠房；另一種情況是：設(shè)備大部分露天布置，廠房內(nèi)只需要安置泵

22、或風(fēng)機(jī)，這種情況可設(shè)計成單層廠房。對于為新產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)而設(shè)計的廠房，由于生產(chǎn)過程中對工藝流程和設(shè)備需要不斷改進(jìn)和完善，一般都設(shè)計一個較高的單層廠房，利用便于移動、拆裝、改建的鋼制操作平臺代替鋼筋混凝土操作臺，以適應(yīng)工藝流程和設(shè)備變化的需要。4.2 車間設(shè)備布置車間設(shè)備平面布置車間平面布置按其外形一般分為長方形、L形、T形和形等。長方形便于總平面圖的布置，節(jié)約用地，有利于設(shè)備排列，縮短管線，易于安排交通出入口，有較多可供自然采光和通風(fēng)的墻面；但有時由于廠房總長度較長，在總圖布置有困難時，為了適應(yīng)地形的要求或者生產(chǎn)的需要，也有采用L形、T形和形的，此時應(yīng)充分考慮采光、通風(fēng)和立面等各方面的因素。車

23、間設(shè)備立面布置化工廠廠房可根據(jù)工藝流程的需要設(shè)計成單層、多層或單層與多層相結(jié)合的形式。一般來說單層廠房建設(shè)費(fèi)用較低，因此除了由于工藝流程的需要必須設(shè)計成多層外，工程設(shè)計中一般多采用單層。有時因受建設(shè)場地的限制或者為了節(jié)約用地，也有設(shè)計成多層的。對于為新產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)而設(shè)計的廠房，由于在生產(chǎn)過程中對于工藝路線還需不斷改進(jìn)和完善，所以一般都設(shè)計成一個高單層廠房，利用便于移動、拆裝、改建的鋼操作臺代替鋼筋混凝土操作臺或多層廠房的樓板，以適應(yīng)工藝流程改變的需要。第五章 設(shè)計評述此次設(shè)計的重點(diǎn)是在其主體設(shè)備的計算和輔助設(shè)備的選擇。由于在主體設(shè)備的計算和輔助設(shè)備的選擇中，有許多的不確定因素，我們在設(shè)計時對其進(jìn)行了以下的假設(shè)：混料槽中的固液混合物粘度很大，而部分