聚乙烯生产工艺设计

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1、 专专 业业 课课 程程 设设 计计 题 目： 年产 30 万吨聚氯乙烯的生产工艺设计 院 部： 化学化工学院 专 业： 材料化学 班级： 1101 学号： 201106200129 学生姓名： 王 礼 银 导师姓名： 李 谷 才 完成日期： 2014 年 7 月 5 日 课 程 设 计 任 务 书 院部： 化学化工学院 专业： 材料化学 班级： 1101 姓名： 王礼银 同组人员姓名： 一课程设计题目： 聚氯乙烯的生产工艺设计 二课程设计内容及设计要求： 1、对目标设备进行综述； 2、目标设备生产原料选择； 3、设计合理的技术参数； 4、绘制目标设备结构示意图； 5、编制设计说明书。 三课程

2、设计时间安排： 6 月 22 日至 7 月 5 日 第 18 周：查阅文献、拟定设计方案。 第 19 周：制定设计方案，编制设计说明书。 四主要参考资料： 1 米镇涛.化学工艺学M. 北京: 化学工业出版社,2005 年. 2 韩冬冰.化工工艺学M. 中国石化出版社，1997 年. 3 周志华尹华杰化工设备设计基础M化学工业出版社,1996 年. 4 张濂许志美化学反映器分析M 化学工业出版社,2005 年. 指导教师： 李谷才 教研室主任： 黄先威 院教学院长： 2014 年 6 月 21 日 材料化学专业课程设计 2 目目 录录 1 引言1 2 年产 30 万吨聚氯乙烯生产工艺设计.2 2

3、.1 氯乙烯单体的合成路线2 2.1.1 联合法.2 2.2 聚氯乙烯工艺设计2 2.2.1 乙炔工段 2 2.2.2 氯化氢工段.2 2.2.3 氯乙烯工序.3 2.2.4 聚合工序.4 2.2.5 压缩冷凝回收 5 2.2.6 离心干燥及包装.5 2.3 物料衡算及设备选择.5 2.3.1 物料衡算.5 2.3.2 生产设备.6 2.4 生产过程要求与措施7 2.4.1 厂内的防火防爆.7 2.4.2 厂内的照明及保暖.7 2.4.3 防静电防雷措施.8 2.5 三废的处理8 3 总结10 参考文献11 材料化学专业课程设计 1 1 引言 聚氯乙烯(PVC)是5大通用塑料之一,具有耐腐蚀、

4、电绝缘、阻燃性和机械强 度高等优异性能,广泛用于工农业及日常生活等各个领域,尤其是近年来建筑市场 对PVC产品的巨大需求,使其成为具备相当竞争力的一个塑料品种。 PVC糊树脂自20世纪30年代开发以来,已有近70年的历史。目前全世界PVC 糊树脂总生产能力约200万t/a,其中,西欧是PVC糊树脂生产厂家最多、产量最大 的地区。我国聚氯乙烯工业起步于于50年代，仅次于酚醛树脂是最早工业化生 产的热塑性树脂，第一个PVC装置于1958年在锦西化工厂建成投产，生产能力 为3000吨年。此后全国各地的PVC装置相继建成投产，到目前为止，我国有 PVC树脂生产企业80余家，遍布全国29个省、市、自治区

5、，总生产能力达220万 吨年7075万t/a。PVC树脂在我国塑料工业中具有举足轻重的地位，同时PVC 作为氯碱工业中最大的有机耗氯产品，对维持氯碱工业的氯碱平衡具有极其重 要的作1。 本设计为年产量30万吨聚氯乙烯车间聚合工段工艺。本次设计采用 了氯乙烯单体悬浮聚合工艺。介绍了PVC的聚合工艺，建厂的有关事项及合成 聚氯乙烯的流程和设备，对整个生产工艺做出了详细的叙述。 材料化学专业课程设计 2 2 年产 30 万吨聚氯乙烯生产工艺设计 2.1 氯乙烯单体的合成路线 2.1.1 联合法 以乙烯和氯化氢和乙炔反应,相比乙烯和氯气反应来说,提高了氯乙烯的生产 能力,而且减少了氯资源的浪费和减少了

6、坏境的污染。物料平衡式为: CH2=CH2 +CHCH+Cl22CH2=CH2Cl 2.2聚氯乙烯工艺设计 2.2.1乙炔工段 (1)发生。经破碎好的电石装进电石吊斗，推到提升口，由电动葫芦吊到三楼， 送到发生器加料贮存，用N2置换其中的乙炔气后，电石在继续通N2的情况下， 经第一贮斗碟伐放入第二贮斗，第二贮斗电石经过电磁振动加料器加入发生器 内。电石在发生器内遇水产生乙炔气，从发生器顶部逸出，电石水解时放出大 量的热，可借连续加入发生器内的水来维持发生器温度，电石水解之后电石渣 浆从溢流管不断排除，以维持发生器液面，渣浆从排泄口排到地沟，流到沉淀 池集中处理，顶部逸出的乙炔气体经喷淋冷却后，

7、分别进入气柜或水环压缩机。 (2)清净。由发生器送来并经冷却的乙炔气，经水环压缩机加压到0.050.1Mpa 左右，进入第一、第二清净塔，NaOCl溶液由泵打到第二清净塔顶，从塔底流 出再由泵打至第一清净塔顶。器塔底流出的废NaOCl溶液与冷却塔出来的废水 回至废水贮槽，用泵打到发生器作为补充用水。经清净后的乙炔气带有酸性2， 进入中和塔用碱液除去，中和塔出来的乙炔气进入二台串联的列管冷凝器除去 大量水分后，送氯乙烯工序。 2.2.2氯化氢工段 原料氢气由电解装置输氢泵送来，经过氢气气柜缓冲及阻火器，进入钢制合 成炉底部的燃烧器点火燃烧。原料氯气由电解装置氯干燥送来经缓冲器后按一 定的摩尔比H

8、2:Cl2=(1.051.1):1进入合成炉灯头的内管，由下二上经石英灯头 上的斜孔均匀地和外套管的氢气混合燃烧。燃烧时火焰温度达到2000左右， 并发出热和光，正常火焰呈青白色。合成后的氯化氢气体，借炉身和夹套冷却 材料化学专业课程设计 3 水或散热翅片散热，到炉顶出口，温度降到100150，再进入上盖带冷却水 箱的石墨冷却器，用冷却水将氯化氢气体冷却到4050左右，由下底盖排出， 经阀门控制进入缓冲器，再送人串联的石墨冷却器，用-25左右的冷冻盐水， 将气体冷却到-12-18后，进入酸雾分离器，气体中夹带的40%盐酸雾沫由 分离器内的有机硅玻璃棉捕集，冷凝酸排入酸贮槽。分离器出口的干燥氯化

9、氢 气体经缓冲器进入纳氏泵压缩，借泵内浓度93%以上的硫酸作液封和润滑。硫 酸随氯化氢排至气液分离器，自下部流入盘管冷却器，经水冷却后循环吸入纳 氏泵3；分离器出口的干燥氯化氢经缓冲器送至氯乙烯合成装置。 2.2.3氯乙烯工序 (1)混合脱水工序。由乙炔工段送来的粗乙炔气经砂封与来自HCL工序的HCL 经缓冲罐通过孔板流量计调节配比在混合器内充分混合，进入石墨冷却器内在 35盐水下进行冷却到142，C2H2、HCL混合气体在此温度下，部分 水份以40%左右的酸雾析出，部分酸雾夹带于气相中进入多筒过滤器，由含氟 硅油棉捕集分离。然后，经二台石墨预热器预热后进入转化器4。 (2)合成转化。干燥、预

10、热后的混合气从转化器上部进入，通过列管中装填的 吸附于活性炭上的HgCl2触媒转化为粗氯乙烯，转化过程反应放热则通过热水循 环泵循环的热水移去。粗氯乙烯在高温下带逸的HgCl2升华物在填装活性炭的吸 附器中脱除，然后进入精馏系统。 (3)水洗、碱洗、氯乙烯压缩。除贡后的粗氯乙烯进入三合一水洗组合塔，经碱 洗塔，出去残余的微量HCL后进入VC气柜或经机前冷却器，出去部分夹带液，经 螺杆压缩机加压到0.50.6MPa（表压），经机后冷却器除去夹带水和油后，送精馏。 (4) 精馏。由单压缩机出来的粗氯乙烯气体进入全凝器，使大部分冷凝液化经低 沸加料贮槽，进入低沸塔，未凝聚气体进入尾气冷凝器，其冷凝液

11、全部进入低沸塔。 低沸塔釜加热器将冷凝液中低沸物蒸出，经塔顶冷凝器用7水或者5水控制回流 比后，由塔顶汇入尾气冷凝器处理，塔釜粗氯乙烯进入高沸塔，尾气冷凝器未冷凝 的气体经变压吸附回收大部分氯乙烯和乙炔后，惰性气体排空。由低沸塔进入高沸 塔的氯乙烯，经调节阀控制流量，减压后进入高沸塔。高沸加热器将氯乙烯逸出， 经塔板分离成氯乙烯，经塔顶控制部分回流，大部分氯乙烯进入成品冷凝器，然后 进入单体贮槽，按需送聚合工序，在高塔釜分离收集到的1，1二氯乙烷（EDC）为 主的高沸物进入残液槽，定期压送废液处理塔，将残液中的二氯乙烷精制，包装外 销，未凝VC其他回到气柜5。 材料化学专业课程设计 4 (5)

12、 冷冻站 +5水系统。从液氨槽出来的液氨经过5水分配台流入蒸发器，液氨变成气 态氨带走蒸发器外工业水热，合格的5水由5水泵送往乙炔、合成、聚合。 蒸发器内汽化的氨背螺杆氨压机抽走，经压缩到1.5Mpa（表压）左右的过热气 态氨进入油分离器6，分离后的气态氨进入蒸发式冷凝管列管内，被外管水冷 却成液氨，进入热虹吸氨贮液器，溢流到液氨贮槽完成制冷循环。 35盐水系统。从液氨贮槽出来的液氨首先进入经济冷却器过冷后，获得 的低温液氨经盐水分配台节流膨胀进入蒸发器盘管，吸收管外盐水的热量而气 化，是管外盐水温度降低，合格的35盐水由泵送往合成、聚合使用。气态 氨自蒸发器吸入螺杆压缩机内，经压缩后的过热气

13、态氨进入油分离器，分离后 的油后进入蒸发式冷凝器，被水间接冷凝为液氨，流入热虹吸氨贮液器，再溢 流到液态氨贮槽，完成制冷循环。 在池内加工业水，再加氯化钙，将盐水比重调制1.281.29，按需送盐水蒸发 器。 （6）溴化锂系统 溴化锂制冷是以蒸汽为动力，利用“溴化锂与水”组成的二元溶液为工质对， 在真空状态下，水蒸发作为制冷剂，从而吸收载冷剂（冷媒水）热负荷，达到 所需的合格7水送到合成工序。溴化锂水溶液作为吸收剂，常设和低温下强烈 地吸收水蒸汽，通过高温（蒸汽）将水份释放和循环水冷却吸收，周而复始实 现制冷循环7。 2.2.4聚合工序 本工艺流程全过程控制采用DSC集散控制。首先将合格的脱离

14、子水、VCM 单体、分散剂、引发剂及其他助剂按配方要求精确计量后，由泵加入到经闪蒸 真空防粘釜处理后的聚合釜中，用循环热水升温至制定温度后进行恒温反应， 在最短反应时间、压力降达到配方要求后加入种植剂终止反应。浆料由泵送至 料浆贮槽，为反应的单体经回收单体真空泵回收至VC气柜，去回收装置进行加 压冷凝回收。 材料化学专业课程设计 5 2.2.5压缩冷凝回收 因聚合反应的收率85%，故釜内有未参加聚合反应的氯乙烯单体，经过聚 合釜及排放槽泄压后仍有0.30.5MPA的余压，可直接用5水和35盐水经 过一级、二级冷凝器进行冷凝，当其压力处于5KPa0.3 Mpa时再进行加压冷凝， 成为回收单体备聚

15、合使用，不凝性气体则从排空管排向大气。 2.2.6离心干燥及包装 由气提塔出来的PVC料浆，以离心机分离大部分水份后得到约含水20%25% 的湿PVC树脂，之后由螺旋输送器送到干燥系统进行干燥。树脂干燥器采用脉 冲气流干燥塔及旋风干燥床，热风为干燥热源，干燥好的PVC从圆盘振动筛筛 选后被罗茨鼓风机抽如料仓8。料仓里的PVC成品经全自动缝包、称重、码垛、 分析合格后入库。 2.3 物料衡算及设备选择 2.3.1 物料衡算 （1）生产能力 年产 30 万吨的聚氯乙烯 年工作日：以 300 天计算 日产量：30104103/300=106 kg/d 小时产量：30104103/30024=4.17104kg/h 聚合物一般进行到转化率为 85%90%，再加上在洗涤树脂、包装工段的损失， 这里取转化率为 88%。 x=4.17104/88%=4.74104 kg 材料化学专业课程设计 6 每小时要合成氯乙烯 4.74104 kg。 2.3.2 生产设备生产设备 见表 1: 表 1 主要设备及其生产能力 序号 设备 规格 /型号 数量 1 乙炔砂封 1200300 1 2 HCl 缓冲罐 V=30 m2