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1、9500吨/年聚氯乙烯悬浮聚合工艺设计摘 要本设计为年产9500吨聚氯乙烯聚合工艺设计，整个设计文件由设计说明书和设计图纸两部分组成。在设计说明书中，简单介绍了聚氯乙烯的生产现状、发展趋势、性能和主要用途，着重介绍以悬浮聚合法作为聚合的工艺生产方法。在设计过程中，根据设计任务书的要求，进行了较为详细的物料衡算和热量衡算和聚合釜计算，对设备进行了工艺计算和选型，同时对整个装置进行了简单的技术经济评价。绘制了相应的设计图纸，设计图纸包括工艺流程图、聚合釜装配图。关键词：聚氯乙烯；悬浮聚合工艺；干燥； 单体；生产工艺AbstractThe design for the 9,500 tons of P
2、VC polymerization process design throughout the design file is composed by two parts of the design specification and design drawings. In the design manual, a brief introduction of PVC production status, development trends, performance, and the main purposes highlighted by suspension polymerization a
3、s the polymerization process production methods. In the design process, according to the requirements of the design task book to conduct a more detailed material balance and heat balance and the the polymerizer calculation process calculation and selection of equipment, a simple techno-economic eval
4、uation of the entire device . Drawing of the design drawings, design drawings including process flow diagram of the polymerization reactor assembly drawing.Keywords: PVC , suspension polymerization process, dry, monomer , production process21目录前言1第1章 概述21.1聚氯乙烯简介21.1.1 聚氯乙烯的理化性能21.1.2聚氯乙烯树脂的用途31.2聚氯
5、乙烯配方4第2章 聚氯乙烯生产工艺流程设计52.1 聚氯乙烯生产工艺流程简述52.2 聚氯乙烯生产工艺流程操作步骤52.2.1 聚合单元52.2.2 VC回收工序62.2.3 汽提、干燥工序6第3章 物料衡算83.1 车间物料衡算83.1.1主要工艺参数83.1.2 生产任务的计算83.1.3投入单体的计算93.2 聚合釜的物料衡算103.2.2 聚合釜的生产计算10第4章 热量衡算124.1 聚合釜热量衡算124.1.1 参数设定124.1.2 混合热和搅拌热的考虑134.2 回流冷凝器热负荷的考虑134.3 物料带入聚合釜的热量134.4 聚合反应放出的热量144.5 物料带出聚合釜的热量
6、144.6 反应过程需要加入的热量144.7 加热水的用量:144.8 冷却水的用量：144.9传热面积15第5章 设备工艺设计165.1 聚合釜的设计165.1.1 生产周期或生产批数165.1.2 根据年产量确定每批进料量165.1.3 选择反应器装料系数165.1.4 计算反应器体积165.1.5 聚合釜壁厚的计算175.2 汽提塔175.3 混料槽175.4 离心机185.5 干燥器18第6章 环境保护196. 1废水的治理196. 2废渣的治理196. 3废渣的治理20参考文献21前言聚氯乙烯（PVC）是由氯乙烯单体（VCM）均聚或与其他多种单体共聚而制得的合成树脂，聚氯乙烯再配以增
7、塑剂、稳定剂、高分子改性剂、填料、偶联剂和加工助剂，经过提炼、塑化、成型加工成各种材料。在现代工业生产和人类生活中起着举足轻重的作用，因此PVC的生产和技术的改进越来越受到现代人的关注！本设计是以氯乙烯单体为原料，对年产能力为9500吨的PVC聚合工艺设计，以有关化工设计资料作参考，按课程设计大纲和设计任务书的要求进行设计。本设计的内容是在简要介绍聚氯乙烯发展状况及其性质、用途，工艺方法选择的基础上，重点介绍了采用悬浮聚合法生产PVC的工艺过程，产量为年产9500吨。设计的主要内容有：1、生产能力计算；2、原料及制备；3、物料衡算、热量衡算；4、工艺参数确定；5、聚合反应釜计算；6、产物后处理
8、工序。设计图纸包括1张工艺流程图；1张聚合釜装配图。本设计旨在理论学习的基础上，结合生产实践，熟悉工艺流程、生产方案的选择、设备的选型等，掌握工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备的计算、选型，对参考文献的查阅与学习等的方法。由于设计者的理论知识有限，设计经验的缺乏，在设计的过程中难免会有一些不足和错误之处，敬请各位老师指评指正。 第1章 概述1.1聚氯乙烯简介1.1.1 聚氯乙烯的理化性能 典型的物理性质外观 白色粉末 密度 1.351.45g/cm3 表观密度0.40.65 g/cm3比热容1.0451.463J/（g.） 热导率2.1kW/（m.K）颗粒大小悬浮聚合60-150m 本体聚合
9、3080m 糊树脂0.1-2m 掺混20-80m 热 性 能无明显熔点 85以下呈玻璃态，85-175呈弹态，175-190为熔融状态，190-200属粘流态，软化点75-85，加热到130以上时变成皮革状，同时分解变色，长期加热后分解脱出氯化氢。燃烧性能PVC在火焰上能燃烧，并降解释放出HCl，CO和苯等低分子量化合物，离火自熄。电性能PVC耐电击穿，它对于交流电和直流电的绝缘能力可与硬橡胶媲美，其介电性能与温度，增塑性，稳定性等因素有关。老化性能较耐老化，但在光照（尤其光波长为270-310nm时）和氧化作用下会缓慢分解，释放出HCl，形成羰基，共轭双键而变色。化学稳定性聚氯乙烯塑化加工制
10、品的化学稳定性较高，常温下，能耐任何浓度的盐酸，能耐90%的硫酸，能耐50%60%的硝酸。能耐25%以下的烧碱，对盐类也相当稳定。 耐溶剂性除了芳烃（苯，二甲苯），苯胺，二甲基酰胺，四氢呋喃，含氯烃（二氯甲烷，四氯化碳，氯化烯）酮，酯类以外，对水，汽油和酒精均稳定。机械性能聚氯乙烯抗冲击强度较高，常温常压下可达10MPa。11.1.2聚氯乙烯树脂的用途聚氯乙烯树脂系属于力学性能、电气性能及耐化学腐蚀性能较好的热塑性塑料之一。根据不同规格的聚氯乙烯高聚物，采用不同塑化配方和加工方法可制成硬质和软质制品。一般各型号的用途如表1.1 所示：表1-1 各型号聚氯乙烯树脂的用途型号 用途XJ-1 SG-
11、1 高级电缆绝缘层、保护层 SG-2 SG-3 电缆、电线绝缘层、保护层等软制品、蓄电池隔板 XJ-3 SG-4 薄膜农膜、雨衣、战备物资及工业包装、软管、鞋料、人造革底层 XJ-4 SG-5 硬管、硬片、透明瓶、包装硬软片及塑料印花纸 XJ-5 SG-6 硬板、唱片、管件、焊条、纱管、玩具、透明硬件 XJ-6 SG-7 过氯乙烯树脂及注塑加工制品 SG-8 唱片、型材、家电壳体、食品包装及替代有机玻璃制品另外，塑料加工行业在生产高质量制品时，往往选择疏松型树脂为原料，如高绝缘级电缆料【体积电阻率V可达到（1.53）1014cm以上】，高透明性输液袋、瓶料、包装透明片材、“鱼眼”杂质少的透明唱
12、片以及白色制品等。由于疏松型树脂具有较好的塑化性能，也广泛地用于粉料直接挤塑等过程，以满足加工工艺的特殊需要。随着树脂型号增大，分子量及黏度减小，产品机械强度也随之下降；但玻璃化温度（Tg）有所降低，则使成型加工温度低，流动性好而易于加工。有如此多种类的树脂，选型的时候也有些基本原则： 一般对强度及电性能要求高的制品，宜选用SG-1、SG-2型； 对于强度要求不高，为便于加工，如薄膜、凉鞋，宜选用SG-3型； 一般硬制品（如硬板和硬管）类，由于不加或少加增塑剂，成型温度较高，宜选用SG-5、SG-6型，以降低加工温度；而SG-5、SG-6型分子量低，易发生热分解，在加工配方中常需加较多的热稳定
13、剂，以提高其热加工的稳定性； 对白色制品或透明制品，宜选用SG型； 制糊用工艺如搪塑及人造革底层之类产品，宜选用吸增塑剂小的XJ型树脂，以保证糊的流动性。1.2聚氯乙烯配方表1-2 聚氯乙烯生产配方3原 料 名 称相对分子质量摩 尔 比质 量/kg投 料 量/kg氯乙烯62.501.062.5100软水18.026.9125.0200聚乙烯醇0.751.2IPP（引发剂）206.191.2110-30.250.4抗鱼眼剂由于用量较少，故可忽略不计防粘釜剂丙酮缩氨基硫脲（终止剂）第2章 聚氯乙烯生产工艺流程设计2.1 聚氯乙烯生产工艺流程简述悬浮聚合过程是向聚合釜中加入无离子水和悬浮剂，加入引发
14、剂后密封聚合釜， 真空脱除釜内空气和溶于物料中的氧，然后加入单体氯乙烯之后开始升温、搅拌、反应开始后维持温度在50左右，压力0.881.22MPa，当转化率达到70%左右开始降压，在压力降至0.130.48MPa时即可停止反应。聚合完毕后抽出未反应单体、浆料进行气提，回收氯乙烯单体。抽出气体后的浆料进行离心分离，使氯乙烯含水25%，再进入干燥器干燥至含水0.3%0.4%，过筛后即得产品。聚合釜中，使用表面张力和用量均较小的分散剂，聚合的中后期采用高速搅拌，有利于生成体积较大、表面膨胀、表皮多孔、内部疏松的树脂颗粒疏松型树脂。反之，则生成紧密型树脂。2.2 聚氯乙烯生产工艺流程操作步骤2.2.1 聚合单元首先将加热到48左右的去离子水由泵计量后加入到聚合釜中，分散剂配成一定浓度溶液，在搅拌下由泵经计量后加入聚合釜内（也可由人孔直接投入），其他助剂配制成溶液通常由人孔投加，然后关闭人孔盖，通入氮气试压及排除系统中氧气，或借抽真空及充入氯乙烯方法。最后将新鲜氯乙烯与回收后经处理的氯乙烯依一定比例（回收的VCM占总量的10%），送入计量槽内计量，再经单体过滤器过滤后加入釜内，开启多级往复泵将引发剂计量后加入釜中。加料完毕后，于釜夹套内通入热水将釜内物料升温至规定的温度（
