實例36000噸年P(guān)VC生產(chǎn)車間工藝流程

1、目錄設(shè)計任務(wù)書2摘要Abstract第一章概述 61.1原料的選擇61.2原料的配比71.3主要工藝參數(shù) 71.4設(shè)計所用物料的物理性質(zhì) 91.5聚合反應(yīng)過程工藝流程敘述 10第二章物料衡算122. 1年投料的物料衡算122.2 車間物料的衡算 132.3釡數(shù)及投料系數(shù)的臺數(shù)的確定 13附錄1 14第三章熱量衡算15附錄2 15第四章設(shè)備工藝設(shè)計154.1 80m3不銹鋼聚合釡 154.2汽提塔164.3混料槽164.4離心機 164.5干燥器 17附錄3 17參考文 獻 18摘要本設(shè)計為年產(chǎn) 2600 噸聚氯乙烯懸浮聚合工藝設(shè)計，設(shè)計過程分為文字說明設(shè)計說明書）和圖紙說明 設(shè)計圖紙）兩部分。

2、說明書部分主要對原料的選擇，配比 及主要參數(shù)做了詳細介紹；重點放在物料衡算和熱量衡算方面，并對設(shè)備設(shè)計工藝做了說明。在圖紙設(shè)計部分中，主要做出了工藝流程圖和聚合反應(yīng)釜裝配 圖。通過本課題的設(shè)計，旨在加強學生對懸浮聚合的理解， 并培養(yǎng)學生對實際問題的獨立思考能力和處理能力，提高學生自己動手設(shè)計的能力Abstract第一章概述1.1原料的選擇1、單體表1.1單體指標純度,%水，卩g/g鐵，3 g/g醛,3 g/g低沸物3 g/g,高沸物，3 g/g> 99.98< 100< 0.5< 3< 10< 502、去離子水表1.2去離子水扌曰標控制項目導電率PH二氧化硅

3、指標V 10 3s/cm5 8.5V 0.2mg/L3、引發(fā)劑、分散劑以EHP、CPN為引發(fā)劑；分散劑為450gVCM、315gPVA平均聚合度 2600,醇解度80%), 225gPVA平均聚合度300,醇解度45%),4、鏈終止劑選用HEO。國內(nèi)常用的終止劑ATSC終止效果優(yōu)于雙酚A，ATSC使 產(chǎn)品分子量更均勻，白度也明顯改善。雙酚 A加入后仍有反應(yīng)溫度漸漸 升高的過程，除此還在精餾系統(tǒng)中出現(xiàn)自聚現(xiàn)象，說明終止效果不徹 底，尚有少部分引發(fā)劑未被破壞，反應(yīng)繼續(xù)進行。而 HEO與ATSC相比， 因為HEO是復(fù)合配方，不僅終止效果好，而且其中有優(yōu)良的熱穩(wěn)定配 方，能大幅度提高產(chǎn)品白度。實驗表明

4、，同樣的配方和工藝條件，用ATSC最終產(chǎn)品白度在74%-76%,而用HEO產(chǎn)品白度可達85%。5、分子量調(diào)節(jié)劑最常見的調(diào)節(jié)劑是三氯乙烯，投加用量在較高范圍 <0.5%1%,對 單體）,還對降低產(chǎn)品樹脂分子量有顯著效果。近年來,已見有巰基乙 醇作為分子量調(diào)節(jié)劑，當投加用量在100卩g/200卩g/范圍時，可降低反 應(yīng)溫度2C3 C左右。依據(jù)發(fā)展趨勢，選用巰基乙醇作為分子量調(diào)節(jié) 劑。1.2原料的配比表1.3原料配方原料VCM水引發(fā)劑分散劑其他助劑重量，份1001800.040.08適量1.3主要工藝參數(shù)1、產(chǎn)品類型：選用疏松型。2、聚合反應(yīng)時間：5h3、聚合溫度：57 °C4、操作

5、周期：9h表1.4乙烯懸浮聚合操作周期工序設(shè)計值min1、水相加料302、抽真空153、加 VCM154、加熱到570C305、恒溫聚合時間3006、回收單體607、出料308、清釡60聚合周期540<9h)5、年平均操作時數(shù)：7200小時6轉(zhuǎn)化率：90%根據(jù)要求生產(chǎn)的樹脂牌號，氯乙烯單體的轉(zhuǎn)化率選定在70%95%E圍。工業(yè)上生產(chǎn)硬質(zhì)PVC塑料制品用樹脂，轉(zhuǎn)化率要求大約為 90%7、PVC粉體特性：聚合度1000,表觀密度0.55g/ml，平均粒徑149卩m 孔隙率0.185ml/g。8、系統(tǒng)損失率表3系統(tǒng)損失率部位損失率kg/kg聚合物）回收損失0.25%漿料損失0.05%氣提損失0.

6、1%離心、干燥損失0.38%精餾損失3.5%包裝總計5%8371.57570.21%表1.6 PVC的物理性能性能指標結(jié)晶數(shù)據(jù)/mm正交晶系，每個晶胞兩個單體工業(yè)PVCabc單晶1.060.540.51結(jié)晶度/%1.0240.5240.508聚合后1.9701.63熔體4.9密度 未復(fù)配）g/ cm 3）1.39總體1.53晶體0.41泊松比硬 PVC1.54折射率83玻璃化溫度/ C37X 10-線膨脹系數(shù) 未增塑）/ C-10.92比熱容/<J/g C)1.05硬PVC1.4523 C1.6350 C1.8880 C1.54120C1.67增塑的PVC50份DOP1.7523 C1.

7、8852 C17.5 X 10-480 C20120C40.7<平均)熱導率 未增塑）/J/（ cm sC 介電強度/kv/mm）溶解度參數(shù)/（J/ cm 30.51. 5聚合反應(yīng)過程工藝流程敘述:工藝流程方框圖:工藝流程敘述1、聚合單元首先將加熱到48C左右的去離子水由泵計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，通入氮氣試壓及排除系統(tǒng)中氧 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%），送入計量槽內(nèi)計量

8、，再經(jīng)單體過 濾器過濾后加入釜內(nèi)，開啟多級往復(fù)泵將引發(fā)劑計量后加入釜中。加料完畢 后，于釜夾套內(nèi)通入熱水將釜內(nèi)物料升溫至規(guī)定的溫度 57°C）。當氯乙烯開 始聚合反應(yīng)并釋放出熱量時，夾套內(nèi)改通冷卻水以及時移除反應(yīng)熱，并使反應(yīng) 溫度控制在57± 0.2C，直至反應(yīng)結(jié)束。當釜內(nèi)單體轉(zhuǎn)化率達到 85%以上，這時 釜內(nèi)聚合壓力為0.5 MPa,由計量泵向釜內(nèi)加入一定量的終止劑，未反應(yīng)的氯乙 烯單體經(jīng)自壓回收后，當壓力降至2.9 Kpa時，將釜內(nèi)漿料升溫至70C左右，進 行真空回收，真空度為500 mmHg550mmHg，最后漿料中的氯乙烯含量在700 卩g/g。然后進入放料操作。2

9、、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行逆流傳質(zhì)過程。該塔為真空操作，用真空泵維持塔 頂?shù)恼婵斩?，并以此來保證塔頂?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，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卩g/g經(jīng)熱交換器冷卻后進入混料槽，再送往離心機進行離心分 離。離心分離后PVC濾餅含水量為23%27%，經(jīng)濾餅分散器機械分散并均勻 地加入干燥器中進行干燥。干燥器內(nèi)帶有內(nèi)加熱和內(nèi)冷卻。第15室為干燥室，用熱水盤管和熱

10、風干燥，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)過篩除去大顆粒，再由氣流輸送至貯料倉，最后由包裝單元進 行包裝。 123、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、精餾等部分。自壓回收的氯乙烯，經(jīng)VC氣體洗滌塔以除去氣體飛沫中夾帶的PVC，然后 經(jīng)氣體冷卻器進入氣柜，真空回收的 VCM ，用回收風機抽至氣柜。由氣柜出來的VC氣體送至脫濕塔，用5C的冷凍鹽水進一步冷凝，兩個冷 凝器所冷凝的VC送至精餾塔進行精餾，所得的精氯乙烯經(jīng)過濾后，按比例送入氯乙烯計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

11、一步回收部分氯乙烯。第二章物料衡算2. 1年投料的物料衡算表3系統(tǒng)損失率部位損失率vkg/kg聚合物)回收損失0.25%放空損失0.51%漿料損失0.05%氣提損失0.1%離心、干燥損失0.38%精餾損失3.5%包裝0.21%總計5%因為產(chǎn)品的最后產(chǎn)量為36000噸，由表3系統(tǒng)損失率可以計算出系統(tǒng)年初始 投料量：篩分損失率為0.21%則篩分時產(chǎn)量為：36000X <1+0.21%) =36075.6噸干燥時損失率為0.13%則干燥時產(chǎn)量為：36075.6X <1+0.13%) =36122.5噸離心時損失率為0.25%貝U離心時產(chǎn)量為：36122.5X <1+0.25%) =

12、36212.8噸混料時損失率為0.01%則混料時產(chǎn)量為：36212.8X <1+0.01%) =36216.4噸汽提時損失率為0.1%則汽提時產(chǎn)量為：36216.4X <1+0.1%) =36252.6噸出料時損失率為0.01%則出料量的產(chǎn)量為：36252.6X <1+0.01%) =36256.2噸聚合時損失率為0.03%+0.25%+0.51%則聚合時 VCM 投料量為：36256.2X <1+0.03%+0.25%+0.51%) =36542.6 噸因為聚合時的轉(zhuǎn)化率為90%則聚合時共投料量為：36542.6/90%=40602.9噸2.2 車間物料的衡算投入單體

13、的計算：投料系數(shù)為0.8、釡的體積為80m3、在20攝氏度時，pVCM =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UX/911+ 1.8X/997.7=80 X 0.8以80m3釡為例，每次投入單體22054.9 kg。因轉(zhuǎn)化率為90%,則反應(yīng)得到樹脂 G1=22054.9 X 90%=19849.4kg,回收時損失的 VCM 為0.25%則 G2=19849.4X 0.25%=49.6kg放空時損失為 0.51%，則 G3=22054.9 X 0.51%=112.5kg 漿料損失為 0.05%，則 G4=22054.9 X 0.05%=11.0kg

14、 汽提損失為 0.1%，則 G5=22054.9 X 0.1%=22.1kg 離心干燥損失為 0.38%，貝U G6=22054.9 X 0.38%=83.8kg 精餾時損失為 3.5%，貝U G7=22054.9 X 3.5%=771.9kg 包裝時損失為 0.21%，貝U G8=22054.9 X 0.21%=46.3kg 未測定其損失為G9=1108.3kg反應(yīng)前物料G=22054.9 kg，根據(jù)物料平衡原理：G=G+G2+ +G9=19849.4+49.6+112.5+11.0+22.1+83.8+771.9+46.3+108.3 =22054.9 kg2.3 釡數(shù)及投料系數(shù)的臺數(shù)的確

15、定因為每臺釡年平均要工作7200小時，而每生產(chǎn)一次的周期為9小時，年投 料量<VCM )為40602.9噸，每釡的出料量為19.9噸，選擇投料系數(shù)為0.8，先用 80 m3 的標準釡，Vvcm =40602.9X 1000/837=48510.0 n?V 水=1.8 X 40602.9X 1000/997.7=73253.7 n?所需要釡的臺數(shù)為(48510.0 +73253.7>/(80 X 0.8x (7200/9>>=2.378臺，取整數(shù)為3臺。調(diào)整后的投料系數(shù)為0.63實際的投料系數(shù)計算：(48510.0 +73253.7>/( 80 X 3X 800&g

16、t;=0.63 可取0.63每個釡所需的 VCM 的體積為：48510.0/(3X (7200/9>>=20.2 m3 每釡所需的水的體積為：73253.7/(3X (7200/9>>=30.5 m3根據(jù)表1.3原料的配方得：表2.1原料VCM水引發(fā)劑分散劑其他助劑重量，kg22054.939698.888.22176.44適量以80 m3釡生產(chǎn)為例，分述如下:V1)投料投料溫度為20C,單體20.2 m3，水30.5 m3,投料體積 20.2+30.5 =50.7 m3 ；空余 < 氣相)體積=80-50.7=29.3m3<2) 升溫 升溫到期60C，單體

17、重度d依溫度t變化2得：20C 時 d=0.910 ; 57 T 時 d=0.83單體在57r時體積增加到：20.2 X 0.91/0.83=22.150? 物料總體積：22.15+30.5=52.65 m3空余 < 氣相)體積：80-52.65 =27.35m3<3)反應(yīng)結(jié)束：轉(zhuǎn)化率為90%，樹脂真實密度為1.4 kg/m則此時樹脂體積：20.2 X 90%X 0.83/1.4=10.78m3未聚合單體體積：20.2 X 0.1=2m3物料總體積：30.5 +10.78+2=43.28m3空余 < 氣相)體積：80-43.28=36.72m3表2.2物料衡算匯總表損失損失率

18、/ %損失前的重量/ t篩分0.2136075.6干燥0.1336122.5離心0.2536212.8混料0.0136216.4汽提0.136252.6出料0.00136256.2聚合0.7936542.6第二章熱量衡算3.1熱量衡算設(shè)夾套熱水溫度為62 r將聚合釜加熱至50 r ；其熱損失為5% 平均每小時進入聚合釜的VCM量WW=每個釡所需的VCM的體積X 57r下的VCM的密度=20.2 X 837kg=16907.4kgVCW 比熱容 Cp20r=1.352J/(g.K>Cp50 r=1.53J/(g.K> Cp57r=1.57J/(g.K> Cp70r=1.63J/

19、(g.K>VCM 聚合熱 1540 KJ/kg聚合攪拌功率 163KW 轉(zhuǎn)化率 90%設(shè)VCM進料溫度20r聚合溫度57 r基準溫度 0r1、進入聚合釜的熱量Q入A、物料帶入熱量 Qi=WCp20r .ti=16907.4X 1.352X 20=4.57X 105 KJ/hB、聚合熱 Q2=W.90%.1540=16907.4X 0.9X 1540=2.34X 107KJ/hC、攪拌熱：H=163KW=163X 3600KJ/h=586800KJ/hD、物料升溫吸熱5Q3=W. Cp t=16907.4X (1.352+1.57>/2X (57-20>=9.14X 105 K

20、J/h2、從釜帶走的熱量Q出A、物料帶出熱 Q4=WC pt=16907.4X1.57X57=1.5X 106KJ/hB、釜表面散熱 Q5=5%Q2=5%X 2.34X 107=1.2X 107KJ/hC、 冷卻水帶走熱 由Q入=Q出得Q6=Q1+Q2 + H-Q3-Q4-Q5=575674.57X 105+2.34X 107+586800-9.14X 105-1.5X106-1.2X107 =1 X 1073.3.2 循環(huán)水用量設(shè)循環(huán)水從10r升到40 r10r 時 Cp水=4.194KJ/(kg.r >40r 時 Cp水=4.174KJ/(kg.r >Cpm=4.183KJ/(

21、kg.r >74W水=Q6/(Cpt>= 1 X 10 /(4.183X 30>=8X 10 KJ/h3.3.3 傳熱面積 最高熱負荷 QmaxQmax=330GR/t57 r時T1/2(EHP>=2h查表得熱負荷分布指數(shù)R=1.4Qmax=330X 52.5X 1000X 1.05X 1.4/4.5=7835.7KW 平均溫差 t t=(47-17>/l n(47/17>=30 °C 總傳熱面積F2F=Q/K t=7835.7X 1000/(200X 30>=1305.95m表3.-1熱量衡算匯總表物料帶入熱量QvKJ/h)54.57X 1

22、05聚合熱Q2水/<KJ/h)2.34X 107攪拌熱 H/vKJ/h)586800物料升溫吸熱Q3/<KJ/h)9.14X 105物料帶出熱Q4/<KJ/h)1.5X 106釜表面散熱Q5/<KJ/h)1.2X 107冷卻水帶走熱Q6/<KJ/h)1X 107循環(huán)水用量W/vKJ/h)8X 104第四章設(shè)備工藝設(shè)計4.1 80 m3不銹鋼聚合釡80 m3的聚合釡主要工藝參數(shù)如下：體積：80 m3直筒長：5000mm內(nèi)徑：4000mm長徑比：1.25電機功率：2228 kW攪拌轉(zhuǎn)速：197250r/mi n傳熱面積：1305.95m2 加VCM : 1470.33

23、kg/min 加水：1323.30kg/min因為釡比傳熱面積大，不設(shè)內(nèi)冷管和釡頂冷凝器。設(shè)備因為屬瘦長 釡型，為加強上下層物料均勻混合，安裝有 6層攪拌葉漿，采用推進式漿 葉型，這有利于加強沿攪拌軸上下的循環(huán)混合作用。攪拌軸與釡底軸瓦 的安裝間隙要求在0.90mm，使用一段時間后因機械磨損逐漸變大，一般 當間隙達2mm左右更換新軸瓦。4.2 汽提塔選用穿流式 <無溢流管)的篩板的汽提塔。這種處理漿料的篩板 塔，采用無溢流管式大孔徑篩板，篩孔直徑選用20m m,篩板有效開孔率選用11%。為使?jié){料經(jīng)處理后，殘留單體降到 400ppm以下，汽提塔內(nèi)設(shè)置20塊篩板保持板間距離300mm。為保證氣液接觸時篩板上泡沫高度的均勻，空塔氣速在1m/s，篩板孔速10m/s,物料停留時間表48分鐘。4.3 混料槽采用攪拌型式的混料槽，耙齒與壓縮空氣組合因為轉(zhuǎn)速很低，底軸 瓦內(nèi)采用連續(xù)式注水結(jié)構(gòu)。底部的出料小罐中，設(shè)置相對直徑較大的平 漿式攪拌葉，使攪拌速度達到較高值，以防止出料區(qū)因樹脂沉積而堵 塞。該混合槽的主要技術(shù)參數(shù)：轉(zhuǎn) 速： 812 r/min電機功率：7.510 kW4.4 離心機采用三足式離心機，主要特點是對各種產(chǎn)品適應(yīng)性較強。即懸浮液料進 入轉(zhuǎn)鼓后，在離心力的作用下固液分離，