年产10万吨聚氯乙烯生产工艺设计方案样本.docx

材料科学和工程学院毕业设计学 生 姓 名 班级 / 学号 专 业 材料科学和工程 设 计 题 目 年产10万吨聚氯乙烯生产工艺设计方案 指 导 教 师 职 称 2 月28日设计总说明聚氯乙烯（PVC）是一个热塑性合成树脂，有优良电绝缘性，难以自燃，关键用于生产透明薄膜、塑料管件、各类板材等。其再加工产品在全球不一样领域全部有着很广泛应用。依据设计任务书，本设计进行了年产10万吨聚氯乙烯（PVC）工艺设计。在查阅、参考大量文件和对以往部分车间设计研究学习下，进行了科学设计和对相关物料衡算。本设计计划采取悬浮聚正当生产聚氯乙烯，原料为氯乙烯单体和混适用有机过氧化物和偶氮类引发剂、明胶分散剂和去离子水。结合所选择生产工艺方案和产品生产实际情况，进行了相关物料和热量平衡计算。安排每日三班次，每班8小时生产强度，设计可达成日产303吨年产达10万吨聚氯乙烯生产车间。本设计也充足考虑到工作人员工作环境和工作安全性，尽可能将车间计划为安全，绿色，在工作人员遵守车间操作规程情况下，工作愈加安全高效。本设计由许春华副教授指导，在反应确定、生产步骤安排等整个设计过程中提出了很多宝贵意见，使得设计能更高效地完成，在此学生表示衷心感谢。鉴于知识和实际经验所限，设计难免存在欠缺，恳请批阅老师批评指正。目录1总论21.1 概述21.1.1 聚氯乙烯（PVC）概述和应用范围21.1.2 聚氯乙烯（PVC）改性品种21.1.3 聚氯乙烯（PVC）生产行业现实状况及发展前景21.2 聚氯乙烯（PVC）产品分类和命名21.2.1 聚氯乙稀（PVC）产品分类21.2.2 聚氯乙稀（PVC）产品命名21.3 聚氯乙烯（PVC）生产方法521.3.1 悬浮聚正当621.3.2 乳液聚正当21.3.3 本体聚正当21.3.4 溶液聚正当21.4 设计规模原料选择和产品规格21.4.1设计规模21.4.2关键原料规格及技术指标21.4.3产品规格22工艺设计和计算22.1 工艺原理22.2 工艺条件影响原因22.2.1 聚氯乙烯（PVC）聚合关键影响原因22.3 工艺路线选择22.3.1 工艺路线选择标准22.3.2 悬浮法聚氯乙烯（PVC）工艺步骤具体工艺路线22.3.3 工艺步骤示意图22.4 工艺配方和工艺参数22.4.1 工艺配方（质量份）：22.4.2 工艺参数：22.5 物料衡算22.5.2 物料衡算方法和步骤22.5.3 物料衡算22.6热量衡算22.6.1 热量衡算意义和作用22.6.2 热量衡算23设备选型23.1 选型标准23.2 关键设备选择和计算23.2.2 传热元件计算23.2.3 搅拌器选择23.3 关键设备选择23.4 其它设备选择23.5 关键设备一览表24车间部署设计24.1 车间设备部署标准24.2 车间设备平面部署标准24.3 车间设备立面部署标准24.4 车间操作人员安排24.5 车间平面布局图25 非工艺设计25.1 环境保护25.2 公用工程25.2.1 供水25.2.2 供电25.2.3 供暖25.2.4 通风2致 谢2参考文件21总论1.1 概述1.1.1 聚氯乙烯（PVC）概述和应用范围聚氯乙烯简称PVC，是由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成热塑性树脂，是氯乙烯均聚物。氯乙烯均（OVC）聚物和氯乙烯（PVC）共聚物统称为氯乙烯树脂。聚氯乙烯（PVC）为无定形结构白色粉末，支化度较小。工业生产聚氯乙烯（PVC）分子量通常在5万12万范围内，含有较大多分散性，分子量随聚合温度降低而增加；聚氯乙烯（PVC）无固定熔点，8085时开始软化，130时转变为粘弹态，160180时则开始转变为粘流态。聚氯乙烯（PVC）有很好机械性能，抗张强度60MPa左右，冲击强度510kJ/m2，有优异介电性能但对光和热稳定性差，在100以上或经长时间阳光曝晒，就会分解而产生氯化氢并深入自动催化分解，引发变色其物理机械性能也快速下降，在实际应用中必需加入稳定剂以提升对热和光稳定性。聚氯乙烯（PVC）很坚硬，溶解性也很差，只能溶于环己酮、二氯乙烷和四氢呋喃等少数溶剂中，对有机和无机酸、碱、盐均稳定，化学稳定性随使用温度升高而降低。聚氯乙烯（PVC）溶解在丙酮-二硫化碳或丙酮苯混合溶剂中可用于干法纺丝或湿法纺丝而成纤维，称氯纶。另外，聚氯乙烯（PVC）含有难燃、耐酸碱、抗微生物、耐磨并含有很好保暖性和弹性。聚氯乙烯（PVC）可经过模压成型、层合成型、注塑成型、挤塑成型、压延成型、吹塑中空成型等方法进行加工，所以聚氯乙烯（PVC）制品广泛用工业、农业、建筑业、电子电气、交通运输、电力、电讯通信业、包装业等各个领域。聚氯乙烯（PVC）硬质制品甚至可替换金属制成多种工业行材，如门窗、管道、阀门绝缘板和防腐材料等，也可用做收音机、电话、电视机、蓄电池等外壳或家俱、玩具等。聚氯乙烯（PVC）轻质品则可制成薄膜，加工制作雨披、桌布、包装材料、农膜等，其再加工产品能够制成人造革、电线、电缆等绝缘层1。1.1.2 聚氯乙烯（PVC）改性品种聚氯乙烯（PVC）性脆，热稳定性差，不易加工。为了改善其性能，增加品种，可进行改性，改性品种有氯乙烯共聚物、聚氯乙烯共混物和氯化聚氯乙烯等。2(1) 氯乙烯共聚物氯乙烯能够和乙烯、丙烯、醋酸乙烯酯、偏二氯乙烯、丙烯腈和丙烯酸酯类等单体共聚，共聚物产量占聚氯乙烯总产量25%以下。(A) 氯乙烯 - 醋酸乙烯酯共聚物采取悬浮共聚法，通常生产醋酸乙烯酯含量3%5%和13%15%两个品级，可用于制造塑料地板、涂料、薄膜、压塑制品、唱片及短纤维等。(B) 氯乙烯 - 偏二氯乙烯共聚物美国陶氏化学企业在30年代就研制成功了偏二氯乙烯含量在50%以上氯乙烯共聚物，商品名莎纶B(Saran B)这种共聚物耐老化，耐臭氧，机械性能好，能溶于四氢呋喃、环己酮及氯苯等有机溶剂，溶液含有很好粘合性和成膜性。用这种共聚物制得薄膜无毒、透明，含有极低透气性和透湿性，是极好食品包装材料。这种共聚物也是一个优良防腐蚀材料。由其制造纤维称偏氯纶，可做渔网、座垫编织物和化工滤布等。(C) 丙烯 - 氯乙烯或乙烯氯乙烯共聚物丙烯含量约10%共聚物，用于吹塑成型和注射成型等。和氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物相比，加工温度较低、且和热分解温度间隔大，熔体流动性好，无毒，透明。乙烯-氯乙烯共聚物，也是用悬浮法在75和压力1.296MPa下共聚而成，乙烯含量为4%43%，含有高耐冲击性，高透明度和优良加工性能，无毒，可制透明度高薄膜、容器等。(D) 氯乙烯接枝共聚物以乙烯醋酸乙烯酯树脂为基材氯乙烯接枝共聚物，含有优良耐冲击性、耐气候性和耐热性，适于作室外用建筑材料。用聚丙烯酸酯和氯乙烯接枝共聚物。在西欧，接枝共聚物已经有逐步替换对应共混物趋势。 (2) 聚氯乙烯共混物聚氯乙烯板材用其它树脂和PVC共混，是一个能多方面改善PVC性能好方法。用机械共混法使PVC和乙烯-醋酸乙烯酯树脂共混，能起到长久有效增塑作用，改善冲击强度、耐寒性及加工性。聚氯乙烯和丁腈橡胶，氯化聚乙烯或 ABS树脂共混，也能够显著改善韧性，耐寒性和加工性。和甲基丙烯酸甲酯丁二烯苯乙烯共聚物（见聚苯乙烯）共混物，不仅冲击强度高，而且能够得到透明制品。聚氯乙烯共混物研究和生产，品种不停增加，使用范围不停扩大。(3) 氯化聚氯乙烯聚氯乙烯（PVC）经氯化而得一个热塑性树脂，由溶液氯化法制得，俗称过氯乙烯，简称CPVC，含氯量6168%，氢原子没有全部被氯替换。白色或淡黄紫色粉末，溶解性比聚氯乙烯好，能溶于丙酮、氯苯、二氯乙烷和四氯乙烷，耐热性比聚氯乙烯高2040，耐寒性比聚氯乙烯约低25，不易燃烧，耐气候、耐化学药品及耐水性均优，能够用挤出法生产管材,关键作热水上水管使用。氯化聚氯乙烯溶液有良好粘合性、成膜性和成纤性，可用于胶粘剂、清漆和纺丝。胶粘剂关键用于粘接聚氯乙烯（PVC）板及其制品。清漆漆膜能耐腐蚀、柔软、耐磨且剥离强度高，用它纺成丝称过氯纶，对酸、碱、盐皆稳定，适于作耐化学腐蚀滤布、工作服、筛网、渔网和运输带等。其生产方法有两种：（A） 溶液氯化法将聚氯乙烯溶于氯苯或四氯乙烷，在衬铝或搪瓷反应釜中，于光或自由基引发下，搅拌并通入氯气，在70下氯化，氯化过氯化聚氯乙烯溶液经水析、水洗、过滤、干燥即得白色絮状颗粒成品。此法操作和设备均较简单，但氯化时间较长。（B） 悬浮氯化法将聚氯乙烯（PVC）悬浮于含二氯甲烷膨润剂水或稀盐酸溶液中，在加压釜内通入氯气，于60下氯化，产物用乙醇沉淀出来。此法氯化时间短，但操作不易掌握，设备要求高，工业上较少采取。加工可分为各组分混合、塑化及成型加工三个步骤。树脂和按配方添加多种助剂配合时，可用捏和机或高速搅拌混合机均匀混合，再经挤出机塑化、切粒，即得到塑化好粒料。这种粒料能够贮存待用或出售。粒料经挤出、吹塑、压延或注射成型加工为多种制品，也能够直接用混好粉料（也称干混料）进行硬制品加工。1.1.3 聚氯乙烯（PVC）生产行业现实状况及发展前景聚氯乙烯（PVC）广泛应用于工业、农业、建筑业、交通运输业、电力电讯、包装业等各个领域。中国聚氯乙烯（PVC）生产能力约为1200万吨，产量为1100万吨，净进口量达近200万吨，消费年增加率在10.5左右。伴随节水浇灌政策、建筑用化学建材、包装业、电子电气业、汽车业等下游行业对聚氯乙烯（PVC）需求急速增加，未来几年中国对聚氯乙烯（PVC）(PVC)需求仍然会保持较高增加速度。全球PVC消费量约为3500万吨，估计到中国聚氯乙烯（PVC）树脂需求量将达成近1500万吨，将达成2160万吨。1.2 聚氯乙烯（PVC）产品分类和命名1.2.1 聚氯乙稀（PVC）产品分类依据生产方法不一样，PVC可分为：通用型PVC树脂、高聚合度PVC树脂、交联PVC树脂。通用型PVC树脂是由氯乙烯单体在引发剂作用下聚合形成；高聚合度PVC树脂是指在氯乙烯单体聚合体系中加入链增加剂聚合而成树脂；交联PVC树脂是在氯乙烯单体聚合体系中加入含有双烯和多烯交联剂聚合而成树脂。依据氯乙烯单体取得方法来区分，可分为电石法、乙烯法和进口（EDC、VCM)单体法（习惯上把乙烯法和进口单体法统称为乙烯法）。依据聚合方法，聚氯乙烯可分为四大类：悬浮法聚氯乙烯，乳液法聚氯乙烯、本体法聚氯乙烯、溶液法聚氯乙烯。悬浮法聚氯乙烯是现在产量最大一个品种，约占PVC总产量80%左右。四种聚氯乙烯基础特征见表1.2.1。3表1-1 不一样合成方法制得聚氯乙烯（PVC）产品特征比较生产方法特征悬浮聚正当不含金属离子，有良好电绝缘性及热稳定性乳液聚正当颗粒较细，含杂质较多，电绝缘性及热稳定性不及悬浮法本体聚正当含杂质极少纯度高。热稳定性和电绝缘性优于悬浮法溶液聚正当含杂质极少纯度高，成本高，价格高。聚合物分子量不高1.2.2 聚氯乙稀（PVC）产品命名悬浮法聚氯乙烯按绝对黏度分六个型号：XS-1、XS-2XS-6；XJ-1、XJ-2、XJ-6。型号中各字母意思：X-悬浮法；S-疏松型；J-紧密型；国产悬浮法聚氯乙烯特征请见表1.2.2 。4表1-2 国产悬浮法聚氯乙烯特征产品型号绝对黏度mPas平均聚合度XS-1 / XJ-1 2.10 1340XS-2 / XJ-21.902.1011101340XS-3 / XJ-31.801.90 9801110XS-4 / XJ-41.701.80 850980XS-5 / XJ-51.601.70 720850XS-6 / XJ-61.501.60 5907201.3 聚氯乙烯（PVC）生产方法5聚氯乙烯（PVC）是由氯乙烯单体经过自由基聚合而成，聚合度n通常在500-0范围内，其分子结构式以下：聚氯乙烯（PVC）按聚合方法分四大类：悬浮法聚氯乙烯（PVC），乳液法聚氯乙烯（PVC）、本体法聚氯乙烯（PVC）、溶液法聚氯乙烯（PVC）。本设计计划采取悬浮法生产聚乙烯。悬浮法(关键是水相悬浮法)生产氯化聚氯乙烯（PVC）为非均质产品,溶解度相对于溶液法产品低,但热稳定性高,关键用于制造管材、管件、板材等4。1.3.1 悬浮聚正当6使单体呈微滴状悬浮分散于水相中，选择油溶性引发剂则溶于单体中，聚合反应就在这些微滴中进行，聚合反应热立即被水吸收，为了确保这些微滴在水中呈珠状分散，需要加入悬浮稳定剂，如明胶、聚乙烯醇、甲基纤维素、羟乙基纤维素等。引发剂多采取有机过氧化物和偶氮化合物，如过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化二碳酸二乙基己酯和偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈等。聚合是在带有搅拌器聚合釜中进行。聚合后，物料流入单体回收罐或汽提塔内回收单体。然后流入混合釜，水洗再离心脱水、干燥即得树脂成品。氯乙烯单体应尽可能从树脂中抽除。聚合时为确保取得要求分子量和分子量分布范围树脂并预防爆聚，必需控制好聚合过程温度和压力。树脂粒度和粒度分布则由搅拌速度和悬浮稳定剂选择和用量控制。树脂质量以粒度和粒度分布、分子量和分子量分布、表观密度、孔隙度、鱼眼、热稳定性、色泽、杂质含量及粉末自由流动性等性能来表征。聚合反应釜是关键设备，由钢制釜体内衬不锈钢或搪瓷制成，装有搅拌器和控制温度传热夹套，或内冷排管、回流冷凝器等。为了降低生产成本，反应釜容积已由几立方米、十几立方米逐步向大型化发展，最大已达成200m。聚合釜经数次使用后要除垢。以聚乙烯醇和纤维素醚类等为悬浮稳定剂制得聚氯乙烯（PVC）通常较疏松，孔隙多，表面积大，轻易吸收增塑剂和塑化。1.3.2 乳液聚正当最早工业生产聚氯乙烯（PVC）一个方法。在乳液聚合中，除水和氯乙烯单体外，还要加入烷基磺酸钠等表面活性剂作乳化剂，使单体分散于水相中而成乳液状，以水溶性过硫酸钾或过硫酸铵为引发剂，还能够采取“氧化-还原”引发体系，聚合历程和悬浮法不一样。也有加入聚乙烯醇作乳化稳定剂，十二烷基硫醇作调整剂，碳酸氢钠作缓冲剂。聚合方法有间歇法、半连续法和连续法三种。聚合产物为乳胶状，乳液粒径0.052m,能够直接应用或经喷雾干燥成粉状树脂。乳液聚正当聚合周期短，较易控制，得到树脂分子量高，聚合度较均匀，适适用于作聚氯乙烯糊，制人造革或浸渍制品。乳液法聚合配方复杂，产品杂质含量较高。1.3.3 本体聚正当聚合装置比较特殊，关键由立式预聚合釜和带框式搅拌器卧式聚合釜组成。聚合分两段进行，单体和引发剂先在预聚合釜中预聚1h，生成种子粒子，这时转化率达8%10%，然后流入第二段聚合釜中，补加和预聚物等量单体，继续聚合。待转化率达85%90%，排出残余单体，再经粉碎、过筛即得成品。树脂粒径和粒形由搅拌速度控制，反应热由单体回流冷凝带出。此法生产过程简单，产品质量好，生产成本也较低。1.3.4 溶液聚正当溶液聚正当和乳液聚正当基础类似，在溶液聚合中，单体溶解在一个有机溶剂（如 n-丁烷或环己烷）中引发聚合，伴随反应进行聚合物沉淀下来。溶液聚合反应专门用于生产特种氯乙烯和醋酸乙烯共聚物（通产醋酸乙烯含量在10-25%）。这种溶液聚合反应生产共聚物纯净、均匀，含有独特溶解性和成膜性。在本设计中，采取传统悬浮聚正当生产聚氯乙烯。1.4 设计规模原料选择和产品规格1.4.1设计规模本设计规模为年产10万吨聚氯乙烯（PVC），年实际工作日为330天，日生产能力为303吨。1.4.2关键原料规格及技术指标 用于悬浮聚合氯乙烯单体纯度在99%以上，其它杂质含量见下表。表1-3 原、辅料规格序号名称含量1乙烯0.00022丙烯0.00023乙炔0.00024丁二烯0.00025-丁烯-炔06二氧化合物0.00017水0.058HCl0去离子水规格见下表。表1-4 去离子水规格序号项目数值1导电率/0.52pH值7.03氧含量,0.000014硬度05SiO2,06SO3,0.000017氯,08蒸发残留物01.4.3产品规格产品及副产品规格见下表。表1-5 产品规格序号纯度单体含量其它杂质H2OPH备注精聚氯乙烯（PVC）99%0.10.60.32.7-3.7优级品精聚氯乙烯（PVC）98%0.11.00.92.5-3.8一等品精聚氯乙烯（PVC）97%0.21.51.32.5-3.8合格品关键原料购置路径见下表。表1-6 关键原料购置路径原料名称购置路径氯乙烯杭州力科化工丙烯杭州力科化工乙炔上海佳杰特种气体丁二烯吉益化工1 丁烯 3 炔吉益化工去离子水上海沈氏环境保护科技HCL爱康尼克企业2工艺设计和计算2.1 工艺原理氯乙烯聚合属于自由基型聚合反应。聚合时所采取引发剂为油溶性偶氮类、有机过氧化物类和氧化还原引发体系。其反应快速而且同时会放出大量反应热。链增加方工为头尾相连。聚合反应过程存在着很大程度增加链向单体转移，是影响产物相对分子质量关键原因，这种链转移会随温度升高而加紧。聚氯乙烯（PVC）由氯乙烯单体经过自由基聚合而成，聚合度n通常在500-0范围内，其分子结构式以下：氯乙烯悬浮聚合是生产聚氯乙烯（PVC）关键方法，这种方法含有操作简单，生产成本低，产品质量好，经济效益好，用途广泛等特点，比较适于大规模工业生产。在树脂质量上，用悬浮聚合生产聚氯乙烯（PVC）树脂孔隙率提升了300%以上，经过合适处理后树脂中单体氯乙烯残留量由原来0.1%降到0.0005%以下。另外，因为清釜技术和残留单体回收技术发展，降低了开釜次数，进而降低了氯乙烯单体释放量；采取烧结，冷凝或吸收方法汽提品和处理废气，从而深入降低了氯乙烯单体消耗。2.2 工艺条件影响原因2.2.1 聚氯乙烯（PVC）聚合关键影响原因（1） 单体纯度用于悬浮聚合氯乙烯单体纯度应在99.9%以上。所以生产原料对聚氯乙烯（PVC）质量很关键。氯乙烯中杂质含量应尽可能低部分，其中脱盐水PH值最好近乎中性，在6.5至7.5之间，导率应小于2um/cm。乙炔参与聚合后,会形成不饱和键使产物热稳定性变坏，因为不饱和多氯化物存在，不仅会降低聚合速率、降低产物聚合度还易产生支链，从而使产品性能变坏。（2） 引发剂反应中引发剂多采取有机过氧化物和偶氮类引发剂，其中有机过氧化物指是过氧化二碳酸酯、过氧化酯类。它们既能够单独使用，也能够两种或两种以上引发活性不一样引发剂复合使用，引发剂复合使用效果比单独使用愈加好，可另反应速度更均匀，操作愈加稳定，产品质量好，同时加强了反应安全性。引发剂用量能够采取下式进行估算后，再经过少许试验进行微量调整，其计算公式以下： I（）=NrM10-4/1-exp(-0.693t/t1/2)式中： I：工业上引发剂用量（质量分数），；Nr：引发剂理论消耗量，等于（1加减慢0.1）mol/tpvc)；用AIBN时,取0.9；用DCPD、EHP等过氧化二碳酯时，取1.1；M：引发剂相对分子质量；t：聚合时间/h；t1/2：引发剂分解半衰期/h。工业生产中聚合时间通常控制在510h，应用选择t1/2为23h引发剂。假如采取复合型引发剂，最好是一个引发剂t1/2为46h。（3） 分散剂 工业常见分散剂关键有明胶、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素和苯乙烯-顺丁烯二酸酐等。工业上常以纤维素类（如羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素等）和醇解度7590聚乙烯醇作为主分散剂，以非离子山梨糖醇（如一月桂酸酯、一硬脂酸酯、三硬脂酸酯等）作为辅助分散剂，也可二者进行复合使用。（4） 水质和水量氯乙烯悬浮聚合应使用去离子水，其规格要求如（表-去离子规格）所表示。尤其水中氯离子、铁和氧等含量应严格控制，其中氯离子若超出一定含量会造成树脂颗粒形成不均；水中铁会降低树脂热稳定性，并可能组织反应继续进行。其水用量和树脂内部结构相关，紧密型树脂（以吸胶为分散剂）单体和水质量比为1：1.11：1.3；疏松型树脂（以聚乙烯醇为分散剂）单体和水质量比为1：11：2.0。（5） 系统中氧因为氧对聚合有缓聚和阻聚作用，在单体自由基存在下，氧能和单体作用生成过氧化高聚物-CH2-CHCL-O-O-n，此物质易水解行成酸类物质破坏悬浮液和产品稳定性，所以从聚合角度和安全角度考虑，应将多种原料中氧和系统中氧完全清除洁净。（6） 其它助剂（A） pH调整剂氯乙烯悬浮聚合时pH值应控制在78，即在偏碱性条件下进行聚合。这么可确保引发剂有良好分解速率，；另分散剂更稳定，预防因产物裂解产生HCL从而造成悬浮液不稳定，进而造成黏釜、清釜和传热困难，最终影响产品质量。所以需要加入水溶性碳酸盐、磷酸盐、醋酸钠等物质作为缓冲来调整pH值。（B） 防黏釜剂 在氯乙烯悬浮聚合中，存在黏釜现象，不仅影响聚合传热，也影响最终产品质量，而且人工清釜劳动强度大，会影响到工人健康，所以应采取一定方法预防黏釜现象产生。在此采取加入防黏釜剂形式处理上述问题。常见防黏釜剂是能够在水相中加入水相阻聚剂如次甲基蓝、硫化钠等；或在釜民壁、搅拌器等设备上均匀喷涂一定量水浴黑、亚硝基P盐或多元酚缩合物等。若仍然发觉有黏釜现象，可采取高压（14.739.2Mpa）水冲洗法清洗。（C） 泡沫抑制（消泡剂） 消泡剂在此选择邻苯二甲酸二丁酯或（未）饱和C6C20羧酸甘油酯。（7） 聚合温度和压力（A） 聚合温度 氯乙烯悬浮聚合温度高低决定了聚合产物相对分子质量大小，所以必需严格控制聚合温度。在实际生产中，通常应控制温度在正常温度正负0.5范围内，而且要确保温度控制平稳，采取合适降温处理手段，预防出现异常现象。在此采取大流量低温差循环方法。（B） 聚合压力 在反应温度下，氯乙烯有一定蒸汽压力，只有在聚合末期，大最单体聚合后，其蒸气压力才会有一定程度下降6。2.3 工艺路线选择2.3.1 工艺路线选择标准工艺路线选择即生产方法选择。很多轻化工产品生产一个特点就是生产方法多样化。所以应对不一样工艺路线逐一进行分析研究，经过比较分析找出一条符合实际最优工艺路线，确定后即可进行工艺步骤设计。工艺步骤设计应注意其可靠性、优异性和可操作性三点。在此本设计计划采取乳液悬浮法在引发剂作用下发生加成反应制取聚氯乙烯（PVC）。2.3.2 悬浮法聚氯乙烯（PVC）工艺步骤具体工艺路线(1) 聚合悬浮聚合过程是先利用水泵将去离子水打入聚合釜中并开启搅拌器,然后依次将分散剂、引发剂及其它助剂溶液加入聚合釜，再在聚合釜夹套内通入蒸汽和热水，当聚合釜内温度升高至聚合所需温度（5058）后，改为通冷却水，控制聚合温度不超出反应温度正负0.5。而当转化率达6070，会有自加速现象发生，此时反应加紧，猛烈放热，此时应大量通入冷却水，待釜内压力达最高0.6870.981Mpa时,即可使聚合物膨胀泄压出料,。因为聚氯乙烯（PVC）粒疏松程度和泄压膨胀压力相关，所以要依据不一样要求控制泄压时压力。少许未聚合氯乙烯单体则经过泡沫捕集器排入氯乙烯气柜，再次循环使用。而氯乙烯气体中带出少许树脂在可在泡沫捕集器中捕集下来，流至沉降池作为次品处理。7(2) 碱处理将聚合物悬浮溶液送至碱处理釜，使用浓度为3642NaOH溶液进行处理,其加入量为悬浮液0.05%0.2%左右,用蒸汽直接加热至7080并维持1.52.0h,然后利用氮气进行吹气降温至65以下时,再进行过滤和洗涤。采取碱处理目标是破坏残余引发剂、分散剂、低聚物等挥发性物质，使其转化为能溶于热水物质，方便于水洗清除。(3) 树脂干燥方法 聚氯乙烯（PVC）树脂干燥方法采取二段干燥法，即结合使用气流干燥管和沸腾床干燥器，其中气流干燥管用来脱除树脂上表面非结合水，沸腾床干燥器用来脱除树脂内部结合水。因为物料再次停留时间很长，存在投资较大、热效率较差、费用较高等缺点，中国外工业生产往往会进行较大改善，比如赫司特企业就采取MST旋风干燥器，其含有停留时间适用、热效率利用高等特点。(4) 脱水和成品产物先在卧式刮刀自动离心机或螺旋沉降式离心机中进行过滤，再使用7080热水洗涤两次。经脱水后树脂含有一定量水，此时再经螺旋输送器送入气流干燥管，以140150热风进行第一段干燥，出口树脂含水量将小于4%；再通入沸腾床干燥器中以120热风进行第二段干燥，得到含水量小于0.3%聚氯乙烯（PVC）树脂。再经筛分、包装后入库。2.3.3 工艺步骤示意图离心分离槽气提塔碱处理釜浆料排放槽聚合釜去离子水 聚乙烯 引发剂 助剂旋风干燥床旋振筛成品储存和包装2.4 工艺配方和工艺参数2.4.1 工艺配方（质量份）： 去离子水 100 氯乙烯 5070悬浮剂（聚乙烯醇） 0.050.5 引发剂（过氧化二碳酸二异丙醇） 0. 020.3EHP过氧化二碳酸二（2-乙基己酯）缓冲剂（磷酸氢二钠） 00.1 消泡剂（邻苯二甲酸二丁酯） 00.0022.4.2 工艺参数：(1) 聚合聚合温度 5058（依PVC型号而定）聚合压力 初始0.6870.981Mpa 结束0.2490.196Mpa聚合时间 812h转化率 90(2) 碱处理NaOH浓度 3642加入量 聚合浆液0.050.2温度 7080时间 1.52.0h(3) 脱水紧密型树脂含水率 815疏松型树脂含水率 1520(4) 干燥第一段气流干燥管干燥 干燥温度 140150风速 15m/s物料停留时间 1.2s含水率 4第二段沸腾床干燥干燥温度计 120物料停留时间 12min含水率 0.32.5 物料衡算2.5.1 物料衡算意义和作用物料衡算在化工计算中是最基础，最关键内容之一，是进行化工计算基础。在化学工程中，为导出某一过程基础方程式建立数学模型，设计或改造工艺步骤及设备，了解和控制生产操作过程，核实生产过程经济效益等全部要进行物料衡算。物料衡算广泛应用于生产和设计。在工厂设计时，物料衡算是在确定工艺步骤及工艺参数后即开始一项化工计算工作，此时设计工作从定性分析转入定量计算。物料衡算是经过每一道工序物料改变情况来进行平衡计算，从而得到在正常生产情况下多种物料数量。经过物料衡算，在已知产品生产任务情况下，可计算出所需原材料、生成副产品、废物等生成量。另外经过物料衡算不仅可算出原材料消耗数额，计算出生产过程所产生热量改变，同时也为设备选型提供了依据，物料衡算结果直接关系到车间运输量和生产成本，对工厂技术经济指标相关键影响。2.5.2 物料衡算方法和步骤一：搜集计算数据；二：原料，辅料，中间产物及产品规格；三：过程中单位时间内物流量；四：相关消耗定额；五：相关转化率，选择性，单程收率；六：相关物理化学常数。（1） 画物料步骤图为了物料衡算时分析问题更简便，便于展开计算和为准备建立方程式，需依据计算任务画出物料步骤图或物料衡算方框图。图应尽可能详尽，表明已知数据和未知数据，还应画出物料线，包含每股物料名称、数量、组成和流向，还有和计算相关工艺条件（如温度，压力，流量，配比等）。（2） 确定衡算范围在物料衡算中，有时会碰到较复杂计算，为便于计算常采取划定衡算范围方法，即衡算范围一经划定，便可假想成为一个独立体系，通常经过边界进入体系量属于输入项，而穿越边界离开体系量属于输出项。（3） 选定计算基准若已知在步骤中作为计算基准数量，则以此数据为基准，采取“顺算法”，就能方便计算出单位时间产品，中间产品和三废产量各股物料量。若已知产品量且中间计算步骤较多则难以一下子算出原料量，此时可采取“倒推法”，即由已知产品量反向计算算出其它各物料量。倘若年产量在数值上太大，不方便进行计算，则可先假设按100千克或100摩尔原料出发进行计算，计算出产品产量后，和实际产量进行比较，求出相差系、倍数，以此系、倍数乘以原假设量，即可得到各股物料实际量。在此设计中，直接采取顺算法进行物料计算。（4） 列出输入-输出物料平衡表列表以描述和识别全部进入体系和离开体系物料量。再表中列出已知量和未知量，和经过导出和计算相关数据。2.5.3 物料衡算生产任务： 年产10万吨吨丙酮氰醇生产时间： 330天/年天天生产量： （100000吨1000）/330天=3.03105千克/天每小时生产量： (3.03105)/24=1.26103千克/小时（1）聚合釜物料衡算去离子水纯度 100%氯乙烯纯度 99%悬浮剂（聚乙烯醇） 97%引发剂（过氧化二碳酸二异丙醇） 97%缓冲剂（磷酸氢二钠） 99%消泡剂（邻苯二甲酸二丁酯） 99%转化率： 93%进料：表2-1 聚合釜进料量名称质量（千克/小时）去离子水：2.17103千克/小时氯乙烯：1.36103千克/小时引发剂：0.48千克/小时悬浮剂1.05千克/小时缓冲剂2.25千克/小时消泡剂0.05千克/小时出料：表2-2 聚合釜出料量名称质量（千克/小时）去离子水：1.96103千克/小时聚氯乙烯（PVC）：1.28103千克/小时氯乙烯：25千克/小时引发剂：0.005千克/小时悬浮剂 1.05千克/小时缓冲剂2.25 千克/小时消泡剂0.05千克/小时（2） 碱中和釜物料衡算NaOH溶液浓度： 36NaOH溶液：聚氯乙烯（PVC） 0.2：100溶剂水： 20千克/小时聚氯乙烯（PVC）： 1.28103千克/小时转化率为 99.9%进料：表2-3 碱中和釜进料量名称质量（千克/小时）NaOH溶液32千克/小时溶剂水20千克/小时聚氯乙烯（PVC）1.28103千克/小时杂质0.02千克/小时出料：表2-4 碱中和釜出料量NaOH溶液0.025千克/小时溶剂水20千克/小时聚氯乙烯（PVC）1.28103千克/小时杂质11.5千克/小时NaOH溶液0.025千克/小时2.6热量衡算2.6.1 热量衡算意义和作用精细化工生产通常应在要求压力、温度和时间等工艺条件下进行，生产过程中包含化学和物理过程，往往伴伴随能量改变，所以必需进行能量衡算。生产中通常无轴功或轴功相对较小，能够忽略不计，所以能量衡算实质上是热量衡算。生产过程中所产生化学热效应和物理改变热效应会使物料温度上升或下降，为确保生产过程在一定温度条件下进行则需要环境和生产系统有热量交换，对于新车间设计，热量衡算是基于物料衡算进行，经过热量衡算，能够确定传热设备热负荷情况，即经过确定在要求时间中摄入或逸出热量，从而确定传热剂消耗量，选择合适传热方法，计算传热面积。经过结合热量和物料衡算，则能够确定设备工艺尺寸，型号参数等。82.6.2 热量衡算在处理实际问题中，热平衡方程为：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6式中：Q1各股物料带入热量Q2加热剂（或冷却剂）传给设备和物料热量Q3多种热效应，如反应热，溶解热等Q4各股物料带走热量Q5消耗在加热设备上热量Q6热损失水比热为4.2KJ/（Kg）乙烯比热为2.3KJ/（Kg）引发剂和助剂平均比热为2.7KJ/（Kg）总热损失（Q5+ Q6）为反应热10%（1） 聚合釜热量衡算聚合釜 氯乙烯 水25 水18 引发剂和助剂 聚乙烯=4.2（100/146.3）+2.3（46.3/146.3）=2.71 KJ/（Kg） =2.7（124.4/146.3）+2.9（15/146.3）+2.3（6.9/146.3）=2.7 KJ/（Kg）Q3=10.54.3868124400=5468798.16KJQ1=mt1 Q4=mt2Q5+ Q6= Q210%利用Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6（Q2符号为负）可求得：Q2=4974148.4KJ（2） 碱中和热量衡算碱中和釜 聚乙烯 聚乙烯18水水25