年产2万吨PVC糊树脂聚合工艺设计样本.doc

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第一章概述 1.1 背景介绍 1.1.1 PVC糊树脂介绍 PVC树脂是应用广泛通用合成树脂品种之一，其产量跃居世界合成树脂首位。和PE、PP树脂不一样，它必需加入增塑剂才能得到热塑性塑料。因增塑剂数量不一样而得到性能坚硬或柔软塑料。PVC性能是多样化，用不一样成型方法能够得到不一样形态塑料制品。比如：模塑制品、薄膜、人造革、和泡沫塑料等。在模塑制品中有一个性能很柔软制品是用搪塑成型方法制成，它是用PVC糊浇入模具中，受热塑化而成型。调制PVC糊必需要用高分散PVC树脂作为原料，那就是PVC糊树脂。 PVC糊树脂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，属于聚氯乙烯树脂一个产品分枝。聚氯乙烯糊树脂含有较大多分散性，分子量通常在5~12万，含有良好成糊性和分散性。 1.1.2 PVC糊树脂生产工艺介绍现在，工业上PVC糊树脂生产方法关键有乳液种子聚正当、乳液连续聚正当和微悬浮聚正当3种方法。 1 乳液种子聚正当将配方要求软水加入到聚合釜中，然后按次序向反应釜中加入起始乳化剂，用氢氧化钠溶液调整水相pH值为9.5~10.5，加入引发剂。将反应釜内压力抽至0.057MPa，开启单体加料阀，按配方加入起始单体，升温反应约1小时，回收单体，然后将反应釜内放空阀打开使釜内达成常压，向反应釜内加入要求量乳化剂和聚氧乙烯蓖麻油，搅拌15分钟即得到PVC糊树脂。 2 微悬浮聚正当微悬浮聚正当就是使用油溶性引发剂，在乳化剂中分散，稳定细小氯乙烯单体液滴引发聚合，生成合适粒径聚氯乙烯乳胶方法。用氮气置换釜内空气，将经由过滤器过滤无离子水用泵打入聚合釜中，将溶解好聚乙烯溶液经过滤用泵打入反应釜策中，同时将引发剂及单体氯乙烯经计量加入釜中，开启搅拌，升温至聚合温度50℃~60℃然后用5℃水冷却，压力由0.7~1.0MPa下降至0.3~0.45MPa出料。未反应氯乙烯经泡沫捕集器回收分离，聚合物和悬浮液送至碱处理。离心机过滤，再经洗涤可得含水量15%左右聚氯乙烯糊树脂。 3 乳液连续聚正当乳液连续聚正当是在聚乙烯增溶胶束存在下，单体在乳化水溶液中经过引发形成活性基团而聚合，在生成胚乳颗粒中，只要增加链未终止或有活性基团存在，聚合反应就一直会进行下去。在连续聚合反应过程中，聚合需要氯乙烯来自活性基团，已生成胶乳微粒被大量拥有亲水基团乳化剂包围，处于很稳定状态。 4 连续法和间歇法比较间歇聚正当为一次或分批加料，一次出料，而连续聚正当为连续等量加料，连续出料。连续聚正当含有劳动生产率高、聚合釜时空收率高、产品质量稳定和能耗低等特点，尤其是劳动生产率高，这是包含微悬浮聚正当在内一切间歇式工艺路线全部无法和之相比优点。不管是间歇聚合方法或连续聚合方法，全部能生产出含有良好糊性能产品，全部能够用于氯乙烯糊树脂各个领域，只不过工艺各有特点，产品各有专门用途而已。 1.1.3 PVC糊树脂性能和应用氯乙烯单体聚合时关键是头尾相联结，平均每一个大分子由1000个单体组成。假如单体排列错位或结合有少许杂质全部将形成缺点。所以影响所得树脂颜色、热稳定性、结晶度、加工性和最终制品机械性能等。合格PVC糊树脂外观表现为白色粉末状。PVC糊树脂加入增塑剂中，形成糊状分散体系——PVC糊。因为其成糊性优良和分散性能良好，PVC糊树脂应用很广泛，关键有以下几大方面：（1）通常软制品：利用挤出机辅助对应模具设备生产聚氯乙烯糊树脂片、管、垫、块，可制成塑料鞋底、鞋面、鞋衬材料等，在饮料行业中可用作啤酒、碳酸饮料瓶盖密封材料。（2）涂层制品：将糊树脂涂敷于布或纸张等其它基材上，然后在100℃以上塑化而成。也能够先将PVC和助剂压延成薄膜再和衬底基材加垫压合而成。聚氯乙烯糊树脂人造革能够用来制作皮箱、皮包、书封面、沙发及汽车坐垫、壁纸等建筑装饰材料。（3）泡沫制品：在聚氯乙烯糊树脂中加入大量发泡剂作成片材，经发泡成型为泡沫塑料，可作为抗冲材料、保护性安全制品及填充材料，还可作为泡沫高级凉鞋、坐垫、高级消音等材料。（4）粘合剂和密封胶：聚氯乙烯糊树脂及改性树脂和其它化工原料相结合，制成粘合材料经化学处理后可用于制造汽车上密封胶。（5）涂层和涂料：聚氯乙烯糊树脂及改性树脂能够作为钢板、硬质塑料表面涂层。这种涂料含有抗冲击性强、耐老化、耐侯性良好、附着力强等优点，广泛应用于汽车底盘涂料、车内涂料和装饰，还用于其它钢铁工业及钢铁表面装饰和材料防腐。因为聚氯乙烯糊树脂含有良好分散性和稳定流动性，还可用于高品质彩色印刷。（6）糊制品：将聚氯乙烯糊树脂分散在液体增塑剂中，使其溶胀塑化而成增塑溶胶，加入稳定剂、填料、着色剂等，经充足搅拌、脱气泡后配成糊，再用浸渍、浇铸等加工成多种制品，还能够将聚氯乙烯糊树脂加热后，再加入其它辅助材料，制成一次性用手套等医疗器材，和其它材料垫衬材料。（7）板材：在聚氯乙烯糊树脂中加人改性材料或表面强化材料，经混合塑化压延可制成性能优良板材、运输带和高级胶塑材料。 1.1.4 PVC糊树脂发展现实状况 PVC糊树脂自20世纪30年代开发以来，已经有近70年历史。现在全世界PVC糊树脂总生产能力以超出200万t/a，其中，西欧是PVC糊树脂生产厂家最多、产量最大地域，西欧各国PVC糊树脂生产能力已达成70~75万t/a；美国PVC糊树脂产量约为30万t/a。因为各国加工和应用情况不一样，PVC糊树脂生产量占PVC总量也各不相同。其中，美国约占10% 、日本占7.5%、法国占12% 、德国占25%。国外发达国家PVC糊树脂生产企业绝大多数采取乙烯法路线，且规模较大。以下是世界关键国家聚氯乙烯糊树脂产能统计情况，图1.1[1] 。图1.1 世界PVC糊树脂产能分布情况从生产方法来看，已开发了乳液种子聚正当、乳液连续聚正当、乳液无种子聚正当、微悬浮聚正当、种子微悬浮法、乳液徽混正当等等。PVC糊树脂按聚合方法分类，其生产能力：乳液种子法占40% ，乳液连续法占30% ，其它占30%。因为PVC糊树脂成型加工和悬浮树脂相比．含有加工设备价廉．模具简单廉价，可制成特殊形状。发泡轻易，制品受热次数少，并能够少许、多品种地生产等优点，所以在人造革、地板革、玩具、壁纸、汽车内饰材料等硬制品中取得广泛应用。伴随PVC糊树脂应用开发不停深人，市场对PVC糊树脂需求量也大大增加，反过来也促进了PVC糊树脂生产发展。以下是国外现在关键PVC糊树脂生产企业及生产能力[2]，如表1.1。表1.1 国外现在关键PVC糊树脂生产企业及生产能力企业名称产能企业名称产能苏威企业 21 德国Vestolit企业 10.5 维纳利特企业 20.9 吉昂企业 10 欧洲乙烯企业 16 LG化学企业 9 阿托菲纳企业 12 Norsk Hydro 企业 7 台塑企业 11 西方化学企业 7 在国外，各生产企业大多拥有自己专有生产技术和产品牌号，为填补因为生产方法而造成产品应用上不足，大多同时建有多个工艺路线生产装置，所以在市场中极具竞争力。国外企业除生产通用具种、牌号PVC糊树脂外，几乎全部PVC糊树脂生产企业全部在生产PVC掺混树脂、氯醋糊树脂等专用树脂。掺混树脂生产方法不尽相同，有悬浮法、本体聚正当、乳液法等，所得掺混树脂大多掺混到PVC糊树脂中一同出售，即能改善产品性能，又能降低成本。现在，在PVC糊树脂生产中，国外不停开发出新技术、新设备，继续对现有生产工艺进行改造，经过调整工艺配料和聚台条件，生产出含有良好糊性能树脂；同时做到深入降低均化物料量，提升单釜固含量，提升生产效率，降低能耗。为提升生产胶乳稳定性，对树脂生产后处理工艺也进行了改善，这些工作值得中国PVC糊树脂生产厂家借鉴，也应作为中国生产厂家进行技术改造和发展方向。中国PVC糊树脂工业起始于20 世纪50年代。在20世纪50~70年代共建有8个生产厂，生产规模为100~500 t/a，生产工艺以种子乳液法为主，只可生产三个型号PVC糊树脂。进人20世纪80年代，中国IWC糊树脂生产厂家前后引进了国外七家PVC糊树脂生产技术。现在中国PVC糊树脂生产企业近20家，总生产能力约为17.65万t/a ，约占PVC树脂总生产能力9.6% ，实际产量约11万t/a，占PVC总产量7%。其中2万t/a以上有4家，l万t/a为7家，其它大多为2 000 t/a或更小规模。生产工艺以种子乳液聚合为主，其它还有连续乳液、微悬浮法等，绝大多数为电石原料路线。以下是中国PVC糊树脂生产厂家，如表1.2[2]。表1.2 中国聚氯乙烯糊树脂关键企业产能情况（万吨/年）企业产能生产工艺技术起源沈阳化工 5.0 微悬浮法日本钟渊企业上海天原 2.5 种子乳液法三菱孟山全部企业天津化工 3.0 种子乳液法三菱孟山全部企业上海氯碱 2.5 混正当美国西方化学合肥化工 2.0 MSP-3法法国阿托企业西安化工 1.0 连续乳液法德国布纳企业武汉葛化 2.0 乳液法美国波文企业彬州电化厂 1.0 微悬浮法沈阳化工中国PVC糊树脂发展速度极快，据统计，~间，中国PVC糊树脂产能分别为16.2万吨、17.7万吨、20万吨，分别增加1.8%、9.2%、12.9%。另外，据资料报道，沈阳化工股份糊树脂生产能力扩产以后已经达成12万t/a，生产能力居亚洲第一，世界第三；其它老牌糊树脂生产企业，如上海氯碱、上海天原、天津化工、郴州华湘等也全部已经完成或正在进行糊树脂扩产计划[3]。中国PVC糊树脂产能和产量即使得到了快速增加，但中国PVC糊树脂进口量每十二个月仍在13万~15万吨上下浮动，进口量最高年份甚至靠近了16万吨。中国改性聚氯乙烯树脂产品关键从美国、欧洲和日本等国家和地域进口，一般型关键从俄罗斯、韩国、日本和马未西亚等国家进口，其中俄罗斯产品尽管质量水平不高，但因为价格低廉，在中国市场占有相当份额，对中国聚氯乙烯糊树脂市场价格影响较大。 1.1.5 PVC糊树脂发展前景在中国，聚氯乙烯糊状树脂已经广泛用于制造人造革、浸渍手套、纱窗、水田靴、工具把手、壁纸、地板卷材、蓄电池隔板和玩具等。伴随中国经济稳步发展和人民生活水平不停提升，加之聚氯乙烯糊状树脂应用开发不停深入，中国市场对聚氯乙烯糊状树脂需求仍含有较大发展空间，尤其是在汽车、建筑、电子和涂料等方面，对于拓宽聚氯乙烯糊状树脂消费、开发大宗专用树脂，促进聚氯乙烯糊状树脂生产含有主动而现实意义。除一般型聚氯乙烯糊状树脂外，其它相关改性产品如掺混树脂、氯醋酸树脂等，因为其含有独特征能而在汽车塑溶胶、PVC方快地毯、印花油墨、人造革底糊和边糊、壁纸、人造革、浸渍制品中，其用量将伴随应用开发力度不停加大而增加，大量替换进口。另外，本世纪初，中国顺利加入WTO，“入世”后将带给PVC糊树脂行业发展带来机遇。第一、有利于加紧产业结构调整。“入世”后，中国PVC糊树脂工业和世界化工工业关系将愈加亲密；伴随参与国际分工程度深入加深，竞争带来生存压力，要求PVC糊树脂生产必需适应国际市场需求改变，和国际分工相配套；促进中国企业增强提升创新能力紧迫感，不停调整产业结构、企业结构和产品结构，利用国外资金、技术进行技术改造，淘汰落后设备和工艺，降低成本，提升产业技术含量，加紧产品更新换代；加紧PVC糊树脂产业发展，提升整体水，推进现代企业制度建立。第二、有利于加速企业管理和国际接轨。伴随合资、合作步伐加紧和扩大，中国企业出现投资主体多元化、政企分开，企业管理方法立即和国际接轨。如劳动用工制度、分配制度、新产品开发和研制、全球采购、全方面质量管理、PDCA循环、5S管理和统一销售策略等现代化管理方法会快速得到应用和推广。第三、有利于更多地利用国外原料和设备。氯乙烯单体（VCM）作为大宗化工产品在全球流通，总贸易量已达成173.5万t/a。其中，美国和日本向外供给较多（美国VCM净出口110万t/a，日本VCM净出口33万t/a）。中国VCM作为商品流通数量很少。“入世”后，国外质量稳定、价格低VCM将得到分销权，有在中国直接销售权利，中国PVC糊树脂企业能够愈加便利地取得进口VCM。不仅VCM如此，电石、盐、化学助剂、EDC和部分关键设备也将如此，有利于企业实施全球采购策略。总而言之，综合分析中国外PVC糊树脂生产和消费现实状况，我们认为，以后中国PVC糊树脂应在引进技术基础上，经过调整工艺配料和聚合条件，做好通用具种牌号生产，努力争取达成产品质量高、生产消耗定额低等；同时，针对人造革、运输带、装饰体、汽车胶粘剂、建筑涂料、专用手套等专有用途开发部分专用树脂品种，形成各企业含有自己特色产品来满足中国外用户需求；各生产厂家在现有生产基础上，在力所能及情况下，尽可能地增加多个PVC糊树脂生产技术装置，以满足不一样用户对PVC糊树脂需求，同时提升本身产品在市场中拥有率；不停加大应用开发力度，拓宽PVC糊树脂应用范围，以PVC糊树脂应用来促进PVC糊树脂生产，把中国PVC糊树脂生产向系列化、高品质、大规模、低成本方向发展．及早赶上国外优异水平，以迎接加入WTO后挑战。 1.1.6 市场分析 PVC糊树脂中国价格多年来总趋势是稳步上升，1991年7800元/吨左右，1995年已涨至10000~11000元/吨。现在国产货源主流价格在10000~10400元/吨之间。以下是3月份中国PVC糊树脂价格[4]，如表1.3：表1.3 3月中国PVC糊树脂价格产品起源规格市场价格（元/吨）沈阳化工手套料 10100～10200 皮革料 10200 安徽氯碱 1702货源 9900 1152货源 10000 1311货源 13000 德国进口 C69CQ,E70CQ,E74CC,E72CF 1～13000(上海) LG 1120/1752 12600(上海) 天津化工各类袋装料 10200～10300 上海氯碱各类袋装料 11000 西安化工各类袋装料 9700 今年2月份，因为PVC糊树脂下游加工企业受到春节假期影响基础处于停工状态，供需关系改变使得生产企业销售面临一定压力，部分企业在库存压力偏大情况下对关键用户出货价格有一定优惠，部分企业部分型号价格已经在10000元/吨以下。 3月初，开始进入PVC糊树脂行业传统加工旺季。伴随天气转暖，下游企业开工率不停提升，库存深入消耗，会逐步加大采购数量。华南地域糊树脂消费量在全国位列前茅，该地域开工率下降对需求影响较大，而且对全国价格走势有决定性影响。每十二个月春节过后，作为外出务工人员较多华南地域全部要面临招工困难问题，但现在该地域工厂招工问题已经处理，下游加工企业开工率将不停提升，糊树脂市场逐步进入需求旺季。伴随加工旺季来临，糊树脂市场需求逐步复苏，现在国产货源主流价格在10000~10400元/吨之间。所以，市场人士普遍看好后市，估计近期市场将仍然保持稳中小涨局面。然而，不利原因仍然不可忽略。中国企业近几年扩产扩能快速，今年二季度上海氯碱新增4万吨项目将投入生产，天津渤天化工新增6万吨项目三季度投产，另外东北高新将有1.5万吨糊树脂装置二季度投入生产，今年总计新增产能将在10万吨以上，市场竞争猛烈。　　另外，人民币升值对糊树脂出口外销影响较大。因为中国糊树脂增产快速，所以走出国门出口外销是肯定之路，不过近期受到人民币走势强劲、升值快速影响，出口货物竞争力减小。另外，中国下游生产企业糊树脂产品成品也有相当一部分出口外销，人民币升值和欧盟部分地域对中国相关产品反倾销也对出口造成不利影响。总体分析，现在市场是利空利好消息交织，即使市场需求整体向好，但也不能盲目乐观。所以提议企业对新增产能消化要及早做出相关准备，加强中国生产企业相互交流，促进全行业协调发展。同时各生产企业要继续开发特种树脂品种，深入到下游不一样制品领域，以期深入形成差异竞争、错位竞争良好竞争格局，逐步避免生产企业之间同类产品恶性竞争。 1.2设计意义 PVC糊树脂是氯乙烯在引发剂作用下聚合而成热塑性树脂，分子量通常为5~12万。因为PVC糊树脂含有很好分散性而且成糊性优良所以用途很广泛。中国PVC糊树脂关键用于制造人造革、浸渍手套、纱窗、水田靴、工具把手、壁纸、地板卷材、蓄电池隔板和玩具等。伴随中国经济稳步发展和人民生活水平不停提升，加之PVC糊树脂应用开发不停深入，中国市场对PVC糊树脂需求仍含有较大发展空间，尤其是在汽车、建筑、电子和涂料等方面，对于拓宽PVC糊树脂消费，促进PVC糊树脂生产含有主动而现实意义。此次课程设计课题是年产0吨PVC糊树脂聚合工艺设计，此次设计目标关键是在课程设计中锻炼自己综合应用所学知识能力，从而提升制图、运算、计算机应用、查阅文件资料、编写说明书等技能。经过该路径，使自己含有一定发觉问题、分析问题、处理问题和对工厂关键车间初步设计能力。现在，世界聚氯乙烯糊树脂年产量为200万余吨，生产工艺关键采取微悬浮法、种子乳液法和微悬浮种子法，产品关键集中于欧美和亚洲。上个世纪末，亚洲PVC糊树脂生产规模和技术水平得到快速发展。国外发达国家聚氯乙烯生产关键采取是乙烯工艺路线，中国关键采取关键是电石法生产工艺路线。伴随世界科技水平逐步提升，各国不停开发新技术、新设备，并对现有生产工艺进行改造，经过调整工艺配料和聚合条件，生产出更含有针对性和良好糊性能树脂，深入降低均化物料量、提升单釜含固量、提升生产效率、降低能耗、改善树脂生产后处理工艺、提升生产胶乳稳定性等。我在这次设计中所采取生产方法是种子乳液聚正当，选择电石和水反应生成乙炔进而和氯化氢气体加成制氯乙烯单体原料路线。乳液聚合生产原理为在有种子存在条件下，假如乳化剂用量及加料量控制合适，不在生成新粒子时单体聚合生成新聚合物，全部在种子上增加。所以所得胶乳中初级粒子粒径加大，而其数目没有增加。此次设计关键分为四个工序：原料配制工序、种子制备工序、聚合工序、脱气工序。所需要处理问题有：（1）、原料配制：关键包含氨水、盐、催化剂和乳化剂配制工艺设计；（2）、种子制备：种子制备工艺条件、种子聚合釜确实定、种子贮存和计量系统设计；（3）、聚合：聚合反应条件确实定、系统控制和优化和冷却系统设计；（4）、脱气：出料系统、回收未反应VCM单体工艺设计。第二章生产方法和工艺步骤 2.1 设计标准 2.1.1 设计依据 1月15日，材料和化学工程学院下达《安徽建筑工业学院课程设计任务书》 2.1.2车间概况该车间设计规模为年产2万吨PVC糊树脂。关键原料：单体——氯乙烯；生产原理：采取种子乳液聚正当。在有种子存在条件下，假如乳化剂用量及加料量控制合适，不在生成新粒子时，单体聚合生成新聚合物全部在种子上增加。所以所得胶乳中初级粒子粒径加大，而其数目没有增加。 2.1.3工艺路线确实定 A、聚合方法确实定：PVC糊树脂生产方法关键有：种子乳液聚正当、微悬浮聚正当、乳液连续聚正当。从物料起源和技术发展成熟情况等方面进行综合考虑，选择种子乳液聚正当，不仅原料供给方便，而且在技术上也能够得到保障。操作方法为间歇操作。 B、单体原料路线确实定：经过比较乙烯法和电石法优缺点，因为中国电石资源较为丰富，选择电石法成本较低。所以，综合考虑选择电石和水反应生成乙炔进而和氯化氢气体加成制氯乙烯单体原料路线。 C、引发剂选择：依据资料得乳液聚合多选择氧化还原引发体系，所以，此次设计选择过硫酸铵-硫酸氢钠-铜为引发剂。 D、乳化剂选择：在氯乙烯乳液聚合中，乳化剂很关键。它不仅决定了胶乳性质，而且决定了最终产品性能。乳化剂性质和浓度、搅拌是控制聚合和后处理过程中乳液稳定性关键参数，同时也是反应釜壁挂胶是否关键参数。所以，在聚合过程中，采取阴离子型乳化剂，而聚合结束后再加入非离子型乳化剂，使用十二醇硫酸钠和十二醇复合乳化剂体系作为乳化剂。 2.1.4聚合反应机理及影响反应原因 A、聚合反应机理：氯乙烯聚合反应属于连锁聚合反应，其总反应式为： B、影响反应因数：在氯乙烯聚合中，严格控制聚合条件，以降低生成新粒子几率。种子乳液粒径用量和乳化剂用量及加入方法对乳液粒径分布影响极为关键。所以控制种子粒径为0.1～0.15，其中一代种子为1%单体用量，二代种子为2%单体用量。乳化剂用量为0.05%～1.0%单体，采取复合乳化剂体系，在聚合过程中先加入二分之一乳化剂，聚合结束再加入另二分之一。因为聚合过程中，采取铜作为催化剂，但铜离子只适适用于碱性条件下氯乙烯乳液聚合，所以，需控制PH值为9.5～10.5。理论上说，聚合温度升高，会使反应速率加紧，产物分子量下降，但过高温度会影响乳胶质量。所以，通常控制温度在55℃左右。 2.1.5车间组成该车间关键为聚合工段车间，关键由原料配制、罐区、计量、聚合等岗位组成。车间设备采取露天和产房相结合标准。其中罐区采取露天部署，其它采取产房内部署。 2.1.6生产制度采取年开工时间为330天，全装置采取间歇操作方法 2.2工艺步骤介绍 2.2.1脱吸工段脱吸工段关键是制备HCl气体，利用浓酸泵将浓酸槽中32%浓盐酸输入解吸塔中，途经调整浓酸流量转子流量计，用回流阀来控制其液位，盐酸经解吸塔喷成雾状，冷却后落到底层浓盐酸再经再沸器后，反复和酸雾充足混合后形成HCl气体（夹有酸雾）。从解吸塔中出来气体（约85±5℃），经过一冷（〈40℃）和二冷（-35℃冷盐水）后，冷却至-14±2℃，再经过复档除雾器和酸雾过滤器后，进入氯乙烯合成工段。而一冷、二冷、复档除雾器和酸雾过滤器中残余酸因为重力作用流入冷凝酸贮槽中，经处理后送入浓酸槽重新利用。再沸器作用有两个：一个是提供大量蒸汽；第二个是将剩下酸蒸汽经过四个石墨冷却器，冷却至低于45℃，然后送入稀酸槽中。 2.2.2乙炔工段乙炔发生工段关键有两个工序：乙炔发生工序和乙炔清净工序。乙炔发生工序：电石由吊头送到葫芦提升井口，经电动葫芦吊至加料口加入。通入氮气置换出发生器中空气，以预防爆炸。经密封处理，经过振动筛将电石加入发生器中。电石碰到发生器内大量水而快速反应产生乙炔气体，由发生器顶部溢出，经过泥浆分离器、冷却塔气液分离器进入气柜。而电石分解后稀电石浆，从溢流管流出，电石渣由发生器内耙齿耙至渣至渣箱排渣。清净工序：由冷却塔出来乙炔气体进入气柜，经压缩机进入气液分离器，然后由气液分离器顶部出来进入两串联清净塔，和塔中次氯酸钠溶液相接触，气体中硫、磷等杂质被氧化成为酸性物质，其后通入中和塔，利用5%NaOH碱液来中和体系中含有酸性物质，再送入欲冷器，以5℃冷冻水除去乙炔中水分后，送往氯乙烯合成工段。 2.2.3氯乙烯合成工段氯乙烯合成工艺关键分为四个系统，即Vc转化系统、Vc水洗系统、Vc精馏系统和Vc贮槽系统。HCl气体和乙炔气体经混合塔充足混合后，进入转化器进行反应生成氯乙烯气体，以后进入除汞器中除去催化剂汞，再分别进入水洗塔和碱洗塔，除去气体中未反应氯化氢气体和部分酸性物质。随即通入Vc气柜，经压缩机压缩后送入冷凝器，再通入低沸塔和高沸塔，除去气体杂质，经冷凝器冷凝后送入贮槽中进行贮存，利用单体泵输送到聚合工段。 2.2.4聚合工段 PVC糊树脂聚合工段是此次设计关键内容，它关键分为四个工序：配料工序、种子制备工序、聚合工序、脱气工序。配料工序：关键是指氨盐（引发剂）、催化剂、乳化剂和后混合剂制备。从市场上购置来浓度为20%氨水储存在氨剂贮槽中，以氮气作为保护气体。贮槽中氨水经氨剂输送泵送到盐溶解器、乳化剂溶解槽配制引发剂和乳化剂；另外，氨水另一条线被输送到卸料槽进行脱气。从溶解器中出来盐溶液被输送到聚合釜；催化剂溶解槽关键是用于配制催化剂，经催化剂过滤器过滤后由催化剂加料泵送往聚合釜；由氨水贮槽过来氨水进入乳化剂溶解槽，在饱和蒸汽预热下配制乳化剂，经乳化剂过滤器过滤后由乳化剂加料泵输送到聚合釜；另外，一部分乳化剂被送到后混合剂加料槽中，和粗后混合剂及NaOH溶液混合配制出后混合剂，经过滤器过滤后由泵分别输送聚合釜和卸料槽。种子制备工序：由种子聚合釜（A）釜出来乳浆经过种子过滤器过滤后，被送往种子乳浆槽中储存。从种子乳浆槽中出来种子乳浆经过种子计量泵过滤器过滤后，由种子计量泵输送到种子计量槽中，经过计量槽输送到各聚合釜。聚合工序：单体VCM经过VCM过滤器过滤后，进入聚合釜，同时催化剂、引发剂、乳化剂、后混合剂及水也从各进料口进入聚合釜。当聚合到一定程度或必需立即停止反应时，则能够从终止剂加料槽中加入终止剂，反应立即停止。反应停止后，乳浆由下面出料口进入卸料槽；而未反应单体VCM经聚合釜冷凝器冷却后送往卸料槽进行回收。脱气工序：脱气工序中关键设备是卸料槽，从聚合釜中过来乳浆含有杂质，必需要经过卸料槽进行排气剥离，除去未反应单体和杂质。经排气剥离乳浆固含量约为35%，被送到乳浆贮槽中进行储存；而未反应单体则从槽上面消泡器出口进入回收工序，前后经过乳浆回收槽、VCM气体回收槽，除去单体上所带杂质后，由回收VCM气体真空泵输送到回收VCM气体密封水槽中进行处理，以后送到气柜重新利用。 2.2.5糊干燥工段糊干燥工段关键有两部分：糊树脂干燥和研磨。首先，胶乳经过胶乳过滤器和胶乳安全过滤器过滤，在雾化器中形成雾状后进入干燥室，同时经过滤后空气由泵打入空气加热器加热后和蒸汽会合，进入干燥室，将胶乳汽化干燥。以后，纯产品直接进入旋风分离器，而带杂质胶乳经过袋滤器后也进入旋风分离器。在旋风分离器中，气体被排出，而固体经过振动筛后，不合格产品流入粗料贮槽，合格产品流入研磨料仓，进入研磨工序。产品进入研磨工序后，打开加料旋转阀，胶乳干料进入研磨机，先分选后研磨，研磨成粉末状固体颗粒后进入第二袋滤器，过滤后进入成品料仓贮备，经旋转加料器进入小料筒，然后用包装机进行包装成袋装产品。 2.3安全防护方法该工段使用氯乙烯单体（VCM）沸点为-13℃，必需加压才能液化。因为VCM蒸汽密度比空气大，所以在设计时要预防在封闭空间内存在VCM。在设计建造PVC生产厂中含有VCM多种容器时，必需有多种预防方法，在反应釜上要有卸放阀和防爆板，在VCM管线中要设有双阀门。VCM蒸汽和3.6%~25%空气混合，遇明火时会发生爆炸。所以工作环境必需满足这一系列工作条件。在开始生产前要对管线、泵、阀门等进行仔细吹扫。生产设备在使用前必需有严格手续，以确保多种文件齐全。整个生产区全部处于“红色警戒”范围，生产区内不许吸烟，多种电器设备也要采取密封和防打火结构。在生产中应注意以下问题： ① 车间内严禁使用明火；严禁穿带钉子鞋进入装置现场；严禁吸烟；严禁随意用铁器碰击设备；机动车不经许可不得进入生产区。 ② 生产人员必需熟悉相关岗位消防方法种类及存放位置，并能熟练正确使用，了解现场物料性质。 ③ 生产人员在生产过程中要立即检验，消除漏点。 2.4影响PVC糊树脂质量原因及其对策 2.4.1影响PVC树脂质量关键原因一、使用种子胶乳品质对PVC树脂质量影响在种子乳液聚合中，种子胶乳质量直接影响着EPVC反应，继而影响树脂质量。种子粒径过大或过小全部会影响聚合反应平稳进行，造成反应波动大，难于控制，严重时会出现破乳，有时在使用某批种子生产过程中未出现上述不良现象，但生产出树脂B型黏度偏高(或部分超标)，这关键是因为种子内在质量稍差，造成胶乳中大小粒子匹配不合理，使树脂糊黏度升高。二、胶乳粒子分布对PVC树脂质量影响种子乳液法生产成品胶乳粒径是呈双峰分布，大小粒子粒径分布是否合理是评价成品胶乳内在质量一项关键指标，所以在使用具质很好种子前提下，还要严格控制好初始乳化剂加入量，只有二者使用量合理匹配，才能生产出质量很好PVC树脂。三、前期不反应或反应极弱对PVC树脂质量影响聚合反应前期不反应或反应极弱现象，关键表现为投入所需助剂及种子、单体、催化剂后反应釜开始没出现反应热，甚至为负值。假如采取补加Cu剂方法促进反应进行，这么使聚合反应后期温度波动很大，反应温度不好控制，峰温偏低，吹除压力高，甚至还出现破乳现象，回收过程中带料严重，胶乳黏稠，打料困难，干燥树脂B型黏度超标。四、瞬时乳化剂加入量对PVC树脂质量影响在乳液聚合中乳液体系稳定性是很关键，乳化剂加入量是否适宜将直接影响整个反应体系稳定性。当乳化剂加入量过低时，仅部分胶乳粒子表面被乳化剂分子覆盖保护，易造成大部分胶乳凝聚，甚至出现破乳情况；而乳化剂加入量过多又会造成反应猛烈，不易控制，使小粒子数增多，粒径分布不合理，一样会影响树脂质量。五、干燥器出口温度对PVC树脂质量影响胶乳在喷雾干燥过程中，若干燥器出口温度过高，则形成二次粒子凝集很牢靠，从而造成树脂在调糊过程中不易崩解为一次粒子或崩解速度较慢，从而造成糊性能差。 2.4.2对应方法及对策一、对种子品质控制在配方不改变情况下，生产过程中时常出现种子粒径反复性差及固含量不稳定现象，基于此，能够采取以下方法： (1)固定种子聚合釜(A釜) 避免因为变换聚合釜而造成种子粒径反复性差。 (2)生产种子时由专员负责操作控制，避免因为操作人员控制手法不一样而造成种子粒径反复性差。 (3)影响种子粒径大小相当显著Cu剂由工艺人员专门配制，而且配制种子Cu剂只用在种子生产中，使每批种子使用Cu剂浓度保持一致。 (4)依据实际生产情况适时适量增减Cu剂使用量。二、对树脂颗粒粒径分布合理控制通常情况下胶乳中小粒子和大粒子数量比为15~30倍为好；胶乳中大粒子占总粒子质量百分数为50%~70%较佳。大粒子粒径在1.2~1.5，小粒子粒径在0.3~0.5。三、对前期不反应或反应极弱现象采取方法 (1)确保单体质量满足入料要求。 (2)严格控制助剂质量(尤其是Cu剂)。 (3)确保去离子水质量，使其pH值在6.5~7.5。 (4)依据实际反应情况立即调整Cu剂加入量，确保反应正常。四、对乳化剂瞬时加入量进行调整乳化剂用量为0.05%~1.0%单体，采取复合乳化剂体系，在聚合过程中先加入二分之一乳化剂，聚合结束再加入另二分之一。五、干燥器出口温度控制在冬季时通常控制在60~62℃ ，夏季通常控制在54~58℃ ，同时严格控制干燥器开停车次数并立即调整干燥器加水时出口温度。第三章物料衡算 3.1物料平衡关系配料聚合脱气干燥水单体种子 0tpvc 糊树脂 RVCM 图3.1 物料平衡关系图 3.2基础数据（1）生产规模：年产量0t/a （2）生产时间：年开工日330d/a（24h/d）（3）相关技术指标（以下表3.1）[5]：表3.1 相关技术指标表单体纯度 99.9% 单体转化率 85% 引发剂质量分数 15% 引发剂密度 1200 催化剂质量分数 0.2% 催化剂密度 1050 乳化剂质量分数 1% 乳化剂密度 1100 后混合剂质量分数 2.5% 后混合剂密度 1100 PVC糊密度 1400 乳浆固含量 35% 产品纯度 99.8% 水密度 1000 （4）各步骤损失分配 a、聚合部分：粘壁、泄露、泡沫夹带等损失约占1% b、干燥部分：飞扬旋风分离损失约占2% c、筛分包装部分：飞扬旋风分离及不合格产品损失约占1.5% 3.3计算基准和计算单位因为是间歇操作过程，所以采取“批”为计算基准，“kg/B”为计算单位。 3.4确定计算次序因为产物和原料之间化学计量关系比较简单，且整个聚合过程不是很复杂，轻易得到产物和单体原料投料量之间百分比关系，故采取顺步骤计算次序。 3.5聚合配方[6] 表3.2 聚合配方列表原料用量氯乙烯单体 100 介质（水） 110～140 引发剂 0.2 催化剂 0.01 乳化剂 0.05 后混合剂 0.05 种子一代 1 二代 2 3.6操作周期（1）聚合操作时间估量表3.3 聚合釜操作时间统计表加水及配料 15分加单体 15分搅拌 10分升温 30分反应 8小时出料 20分清釜置换 50分累计 10小时20分（2）出料系统沉析时间估量表3.4 出料系统操作时间统计表排气、加料、回收 1小时升温 1小时保温 0.5小时冷却 0.5小时出料 6小时累计 9小时（3）干燥时间估量干燥约3小时经过上述数据计算可得，整个PVC糊树脂生产周期约为22小时20分，但在实际生产过程中，在聚协议时能够进行脱气和干燥，所以每生产一批料约需要12小时，取天天生产2批。 3.7计算关键物料投料量 3.7.1氯乙烯单体计算该生产装置年产量为0吨，年开工时间为330天，天天生产两批，聚合后处理损失率约为3.5% 每批应生产聚合物数量为：式（2.1）聚合物中含有因引发剂而引发约0.2%杂质，令单体100%转化为聚合物，则氯乙烯单体投料量为：式（2.2）由配方可知实际单体转化氯为85%，则氯乙烯单体投料量为：式（2.3）因为聚合时约有1%氯乙烯单体因泄露损失，则氯乙烯单体投料量为：式（2.4）单体损失量为：式（2.5）回收未反应单体量为：式（2.6）此次设计采取是种子乳液生产方法，在配方中应加入3%单体种子，所以聚合产品中也包含种子量，则种子量为：式（2.7）实际加入聚合釜纯单体量为：式（2.8）单体纯度为99.9%，则实际加入单体和杂质总量为：式（2.9）随单体而引入杂质为：式（2.10） 3.7.2各配料用量计算依据配方得：催化剂=0.01%倍单体；引发剂=0.2%倍单体；乳化剂=0.05%倍单体；后混合剂=0.05%倍单体各配料质量分数为：催化剂：0.02%；引发剂：15%；乳化剂：1%；后混合剂：2.5% 各配料用量为：催化剂：式（2.11）引发剂：式（2.12）乳化剂：

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