年产3万吨PVC基本工艺与设备设计.doc

工艺与设备设计课程设计阐明书设计题目： 年产3万吨PVC工艺与设备设计 学 校： 大 学姓 名：张 超专 业：化学工程与工艺完毕日期： 月 日设计任务书（一） 设计题目设计年产3万吨PVC装置。（二） 操作条件1. 油水比 1：1.8 ， 装料系数 0.9。2. 反映时间：6hr。3. 聚合温度：60 oC （三） 工作日生产时间:8000小时/a.（四） 厂址无锡地区（五） 设计内容1.聚合配方计算2 消耗定额拟定3 操作周期拟定4 全车间重要物料衡算5重要设备物料衡算6、设备构造设计和选型7、其她设备设计计算8、绘制生产工艺流程图目 录1、年产3万吨PVC车间工艺设计方案简介32、工艺计算及重要设备设计32.1聚合配方计算32.2引起剂用量计算42.3 分散剂用量42.4 其她助剂用量42.5 配方计算汇总表52.6消耗定额拟定52.7 操作周期拟定72.8 全车间重要物料衡算73、设备构造设计和选型83.1 聚合釜选型和搅拌装置设立83.2干燥器选型93.3辅助设备选型94.生产工艺流程图115、参照文献131、年产3万吨PVC车间工艺设计方案简介聚氯乙烯树脂（PVC）是国内重要有机合成材料。其产品具备良好物理性能和化学性能，广泛用于工业、建筑、农业、日用生活、包装、电力、公用事业等领域。本设计阐述了PVC车间设计生产工艺流程、发展及其应用，对PVC树脂悬浮聚合生产工艺、干燥以及后解决进行了进行了探讨，从聚合车间工艺设计、设备构造和选型等方面进行初步设计。2、工艺计算及重要设备设计2.1聚合配方计算无锡地区平均气温是14.8，本设计选用温度为15。聚合温度为60，聚合时间6小时。 选用国产33m3聚合釜，材质是碳钢和不锈钢复合材料。水油比为1:1.8 装料系数0.9查得： 15时 水=0.9913g/cm3 60时 水=0.9832 g/cm32.2物料量计算d=0.94710.001746t0.00000324t215时dvcm=0.94710.001746150.00000324152=0.9202 g/cm260时dvcm=0.94710.001746600.00000324602=0.8307 g/cm2设60时，需要V1体积VCM，V2体积水则：V10.8307/（V20.9832）=1：1.8V2V1=330.9=29.7V1=11.78 V2=17.92实际15需要VC及水体积为：V1=11.780.83070.9202=10.6m3V2=17.920.98320.9913=17.8m3质量：Gvc=10.60.8307=8.805427T油水比为1：1.8 总重：G=Gvc+G水=26.4502T2.2引起剂用量计算由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引起剂用量计算式：100n=Kp0 te+1/Kd(e-Kdte-1) 其中n转化率 0引起剂浓度mol/TPVC te聚合用周期hrn=85%则85=20.650 6+1/0.4193（e-0.41936-1）总重量：G0=0 8.805427248.2103=2.45Kg2.3 分散剂用量分散剂用量为单体0.06%，用复合分散体系HPMC、PVA其中配方比为3:2助分散剂LL02为单体重量0.019%分散剂总重量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助分散剂LL02重量=8.8054270.019%103=1.722.4 其她助剂用量疏基乙醇 8.8054271030.075%=0.66十六醇 8.8054271030.013%=1.14双酚A 8.8054271030.025%=2.20有机锡 8.8054271030.05%=8.30G7-9酸锌 8.8054271030.0055%=0.48Na2S 8.8054271030.021%=4.84CaABS 8.8054271030.056%=4.93NH4HCO3 8.8054271030.22 %=19.372.5 配方计算汇总表表2-1 33m3聚合釜生产SG-5型树脂配方(15)物料用量物料用量VCM10.6 m3双酚A2.2软水17.92 m3有机锡8.3HPMC3.264G7-9酸锌0.48PVA2.176Na2S4.84LL021.72CaABS4.93疏基乙醇0.66NH4HCO319.73十六醇1.14ZnPS0.34注：CaABS在转化率为75%时。2.6消耗定额拟定（1）聚合釜单位损失计算(以每釜计)单体投料量：8.805427T 聚合温度：60 反映时间：6hr拟定在转化率为85%时料 60 H2O=0.9832T/ m3VCM=0.8307 T/ m3 PVC=1.391T/ m3据天原厂经验，反映结束后余压压料至出料槽内，余压力为2/ cm3此时釜内剩余单体量为（1+20.9672）13.5103=0.082n(273.15+60) n=1.461103molG剩=1.4616.25103/103=91.3/釜设其她泄露及回收后精制等损失后回收量7%，则VCM损失量为91.37%=6.4/釜实际回收VCM量91.6-6.4=84.9/釜（2）出料槽单体损失计算（以每釜计）依照杭州电化厂数据，出料槽汽提后，浆料中含VCM量如下（11.193410 m3 -91.3+300）21010-6=2.3/釜进入出料槽单体量为：3.9569103（1-85%）91.3=502.2/釜回收单体量为502.2-2.3=499.9/釜设其她泄露及回收精制等共损失7%，则其损失量为：499.97%=35.0/釜实际回收VCM量为499.9-35=464.9/釜聚合釜和出料两某些VCM总损失量为：6.4+35.0+2.3=43.7/釜（3）干燥岗位树脂损失计算（以成品绝干PVC为基准）已知：旋风分离器回收尘效率为99%级，则损失量为：1015（1-0.99）/0.992=0.104/TPVC加上其她泄露拟定冷风管损失PVC为1.3/TPVC旋风分离器进入震动筛树脂较少，约30%，但扣去其她泄露后，还要扣清床料，也定为1.1/TPVC,则干燥岗位PVC损失总量为1.3+1.1=2.4/TPVC.（4）其她设备PVC树脂损耗分派表3-2 其她设备PVC树脂损耗分派设备釜损失因素损失量（/TPVC）聚合釜粘釜，泡沫夹带1.5出料槽泡沫夹带，塑化片等1.2混合槽泡沫夹带0.7离心机母液夹带2.0筛分废次品14.0称量偏差1.0总计20.4全车间PVC总损失为：2.4 +20.4=22.8/TPVC聚合总效率为1/(1+22.810-3)=97.77%每釜可生产绝干树脂：8.8054270.8597.77%=7.318T以成品绝干PVC为基准，聚合单体损失为：43.7/7.318=6.0/TPVC其中聚合釜损失为6.4/7.318=0.875/TPVC出料槽：464.9/7.318=63.53/TPVC单体消耗定额为：1000+5.7+22.8=1028.5/TPVC=1.029TVC/TPVC2.7 操作周期拟定表3-3 操作周期拟定反映操作时间（min）反映操作时间（min）加水助剂15N2试压15加VC10冷搅拌30升温20反映6hr降温20出料10回收VCM20清釜10涂布等15小计8hr45min取整：操作周期为9hr2.8 全车间重要物料衡算已知：生产能力：30000T 生产时间：8000小时操作周期：9小时 树脂含水量及挥发率：0.5%则：每釜可生产树脂7.318/（1-0.5%）=7.36T/釜每年可生产釜数8000/9=889釜年产力7.36889=6543.04T/Y完毕年产30000TPVC所需釜数：30000/6543.04=4.59台（圆整取5台）全年投入聚合釜中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损失量43.710-35889=194.25T/Y原料消耗量计算单体VCM 39140.12-2443.86=36696.26T/Y聚合用软水 17.920.99135889=789614.41T/Y引起剂ABVN 2.45588910-3=10.89T/Y分散剂总量 5.44588910-3=24.175T/Y其中HPMC 11.604 T/Y PVA 7.716 T/Y 助分散剂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 双酚A 2.2588910-3=9.78/Y有机锡 8.3588910-3=36.89T/YG7-9酸锌 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、设备构造设计和选型3.1 聚合釜选型和搅拌装置设立选用国内33m3聚合釜，材质是复合钢板，牌号16MnR+0Cr18Ni9，筒体厚度14+3（3为不锈钢板）。长径比为2.08，内设可拆卸管/式冷却管，共四根，外有114638圈半管冷却夹套。传动方式为上传动，电机同平行轴渐开线齿轮减速机组合驱动，转速120r/min表3-1 釜参数V/m3F/m2F/Vm2/m3L直线mmD-minL/D33511.55540026002.083.2干燥器选型（1）气流干燥管气流干燥速度：15m/s 物料停留时间：1.2s（2）MST 旋风干燥器物料停留时间：30 min 进料速度：500kg/h气流速度：5000m/h 引风机入口风压：2 Kpa床夹套温度：75 旋风床内温度：4670气流管进口风压：46 Kpa3.3辅助设备选型3.3.1.料槽、混料槽选型 出料槽体积为150m，混料槽200m搅拌转速为50r/min 3.3.2离心机选型WG-800 卧式刮刀卸料离心机，脱水后PVC树脂含水量20253.3.3旋风分离器选型冷风管用旋风分离器 二台3.3.4风机选取气流干燥器用风机 一台 冷风管用风机 一台3.3.5槽类选取去离子水贮槽 一种 热水贮槽 一种助剂计量槽 一种 去离子水计量槽 一种单位计量槽 一种 单位贮槽 一种3.3.6泵类选取热水泵 一台 软水泵 一台出料泵 一台 浆料泵 两台进塔泵、出塔泵 各一台 汽提热水喷淋泵 一台脱单体真空泵 一台 循环水泵 一台3.3.7过滤器选取单体过滤器 两台 软水过滤器 一台树脂过滤器 两台 空气过滤器 一台3.3.8其她设备选取加料小罐 两个 浆料换热器 一台气提热水喷淋罐 一种 水气分离器 两台螺旋输送器 一台 鼓风机 一台一级、二级冷却器 各一台 沉淀槽 一种引风机 一台 振动筛 一台泡沫捕集器 一台 压缩机 一台4.生产工艺流程图图4-1 车间生产工艺流程图工艺流程图图解：1、 脱盐水 17、悬浮剂罐 33、旋转干燥器2、 稳定剂 18、进料料斗 34、空气加热器3、 抗氧剂 19、浆料罐 35、袋式过滤器4、 高压反映釜 20、汽提塔进料泵 36、空气过滤器5、 稳定剂罐 21、汽提塔 37、鼓风机6、 稳定剂泵 22、冷凝器 38、旋风分离器7、 催化剂罐 23、真空罐 39、粉料料仓8、 回流冷凝器 24、真空泵 40、聚氯乙烯产品9、 催化剂 25、传播泵 41、去回收气柜10、催化剂泵 26、旋转阀 42、放空11、冷冻水 27、搅拌器 43、空气12、冷冻水回水 28、离心进料罐 44、氯乙烯单体13、浆料输送泵 29、离心进料泵 45、悬浮剂14、反映器搅拌釜 30、离心分离器 46、悬浮剂泵15、废水泵 31、废水泵16、料仓 32、螺旋给料器5、参照文献1 严福英 等主编聚氯乙烯工艺学M 中华人民共和国氯碱工业协会组织编写化学工业出版社2 侯文顺 主编高聚物生产技术M 化学工业出版社3 王久芬 主编高聚物合成工艺M 国防工艺出版社4 张宏丽 周长丽 等主编 化工原理M 化学工业出版社5 卢风军 防粘釜技术在聚合上应用G 中华人民共和国氯碱 5月6 陈延益 刘金彦 曹建新悬浮法PVC生产中粘釜物成因研究J 聚氯乙烯 8月7 史悠彰著聚氯乙烯高分子化学理论与实践M 浙江科学出版社8 卢凤军防粘釜技术在聚合中应用J 中华人民共和国氯碱 5月9聚物合成工艺 1981.7 化学工艺出版社10化工原理 1985 化学工艺出版社11聚氯乙烯 1985年第1期 锦西化工研究院12聚氯乙烯岗位操作规程 天原化工厂13聚氯乙烯 1984年第3期 锦西化工研究院14聚合过程及设备 1981年 化工工艺出版社15化工工艺设计手册 1986年 国家医药管理所16化工工艺设计手册 .10 化工工艺出版社17有机化工工艺 化学工业出版社