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1、本体法PVC工艺简介一、本体法PVC工艺开发简介1、早期开发单段式反应工艺该项研究工作于1938年在法国的ProduitsChimiquesStGobain实验室。1939年StGobain就已经研究出了他的第一套VCM本体法聚合工艺。其时，系统包括一台0.8m3的立式高压釜，装有两台搅拌器，一台为叶片式，用于液相搅拌，另一台为锚式搅拌器，用于固态搅拌，用这种方法生产的产品质量很好，但是粘釜问题以及后来因为市场迅速扩大而扩大生产规模引起的热排除等问题，使得该系统被废弃。1956年，StGobain改进了工艺，这种改进了的工艺中包括一个12m3的卧式聚合釜，绕其自己的轴旋转。釜内放了许多罐铅的不
2、锈钢球，帮助搅拌。这种改进后的工艺被后来称为L51工艺，它使产能大大地提高了一步。但改进后的工艺仍存在一个重要的缺陷，那就是聚合釜的旋转速度必须严格限制在一定的范围内，搅拌条件不能改变，因而就限制了颗粒结构的改变。2、两段式工艺的开发1958年，StGobain的主要研究目标是如何控制颗粒形态，这个目的最终得以实现，那就是分两段进行聚合，首先在第一段中生成聚合物种子，当转化率达到712%时将种子连同VCM介质一并送到第二个高压釜，在第二个釜中加入更多的VCM，通过继续反应，使转化率达到7085%。第一阶段种子聚合，研究人员发现了使用立式不锈钢聚合釜，带叶片式搅拌器，在反应过程中进行强搅拌对于形
3、成良好粒子效果最好。第二阶段聚合中仍采用12m3的卧式聚合釜，绕其轴旋转，最初釜内仍放入不锈钢球帮助搅拌，后改为带状搅拌器，转速为9rpm，聚合釜改为静态釜。这种新工艺最初被命名为“改进型L51”。后来又改变了卧式釜搅拌器叶片的形态，搅拌轴改为中空轴以帮助冷却，此时，该工艺被重新命名为“M60”。1962年，这种静态卧式聚合釜在StGobain投入商业化使用。1966年，研究人员对工艺进行了进一步的改进，分别在第一段和第二段反应釜上增加了一台回流冷凝器，然后工艺被更名为“M66”。这样，就改进了反应热的去除，缩短了反应时间，提高了产量。接下来，研究人员又用一台8m3预聚合釜向三台16m3卧式釜
4、提供种子，这种组合使生产能力达到15000吨/年，并可扩大为生产能力30000吨/年。后来又增加卧式釜的大小和数量，由一台预聚合釜向多台聚合釜供给种子。预聚合釜自身大小也增加了，新的组合变成1*17m3预聚合釜配以5*30m3，卧式聚合釜。在此基础上，研究人员又进一步改进了搅拌系统和冷却系统。改进到现在为止，装置名称被叫作N7，产能达到每条生产线60000吨/年。到了二十世纪70年代中期，第一段和第二段反应釜进一步增大，每条生产线新的组合为1*25m3预聚合釜配以5*50m3立式聚合釜，在当时被称为N8工艺，每条生产线年生产能力提高到100000吨/年。最近，法国ATOChimieCo开发了本
5、体法球形釜，这种外形基本为球形的聚合釜，釜内设计有一张弧形搅拌桨叶的搅拌器，搅拌无死角，通过适当调整搅拌的速度可控制树脂的颗粒度及其它需要的树脂参数和质量，细粒树脂减少。此球形釜可用作预聚合釜，而聚合釜采用旧式的竖式聚合釜，也可预聚合采用旧式的立式预聚合釜，聚合采用此球形釜，这可显著减少脱气处理的时间，也可只使用一只球形釜，完成预聚合和聚合两步聚合过程。二、本体工艺两步法技术构成传热、粘釜、树脂质量一直是本体法工艺解决的难题，两步法聚合工艺通过聚合分两段进行，改进釜内的搅拌器，釜顶增加回流冷却器，预聚合添加防粘釜剂，聚合采用高压冲洗装置等成功地解决了上述难题。两步法聚合工艺在预聚合釜内制备种子
6、，在聚合釜内进行后期聚合。预聚合体系中主要是液相VCM，在叶片式搅拌器的强烈搅拌下，体系处于湍流状态，使粒子形成良好的颗粒形态，从而提高树脂质量。预聚合釜顶部安装回流冷却器，增强了传热能力，提高了聚合反应速度，从而缩短反应时间。但是由于在湍流状态下，不适合固体粉料，因此，当聚合转化率达到8%10%时，就须排入搅拌转速慢，适合装粉料的聚合釜进行后期聚合。在后期聚合过程中，反应介质从液相经过粘糊状，然后成为粉末状。为适应这种相变化过程，聚合釜顶部安装了螺旋式搅拌，底部安装了锚式一刮刀搅拌。螺旋式搅拌的作用是推动并维持釜内介质上下循环运动，及时将聚合反应热移到夹套和回流冷却器，同时使整个物系处于一个
7、比较均匀、平稳的状态，锚式一刮刀搅拌的作用是在液相反应时，阻止颗粒沉淀，粉末相反应时，向螺旋搅拌区进料，出料时迅速、彻底地将物料排出。在聚合过程中，由于物系呈粉末状，其传热效果差，单靠夹套是很难及时将反应热移走。聚合釜顶部安装回流冷却器后，改善反应热的去除，提高聚合反应速度，从而缩短反应时间。本体法PVC不用水作分散介质，氯乙烯直接与釜壁接触，其粘釜比悬浮聚合严重。为了防止粘釜和减少开釜次数，在预聚合釜中加入防粘釜剂，聚合釜采用30Mpa的高压水进行清洗，去掉釜壁的粉末及粘釜物。由于两步法解决了传热、粘釜、树脂质量等一系列问题，使得本体法可以与悬浮法媲美。我厂自2000年本体法聚氯乙烯生产装置
8、开车投产以来，已经生产接近6万吨合格的聚氯乙烯，生产能力完全达到设计要求，并且通过公司领导及全厂职工的共同努力，我们已掌握了该套装置的生产配方和生产操作；整个装置处于长周期、高效率、安全、平稳运行态势。今年，通过我们不断调整生产配方、优化操作程序，产量以及产品质量得到了大幅度的提高，在有些方面甚至超过阿托公司的生产指标。1 调整生产配方在掌握阿托公司的生产配方基础上，进行大胆的调整，形成了天原独有的生产配方，使得单釜产量（以本体七型为例）由原来17吨提高到19.8吨，人工清釜频率大大降低，B级品率下降，同时缩短了生产周期，提高了产品质量。2优化操作程序生产运行过程中，在不影响生产的情况下，通过
9、修改和优化操作程序，大大缩短了生产周期，现在我们比阿托公司的生产周期还要短，具体情况如下表：天原化工二厂阿托公司单釜产量19.8吨19吨生产周期7小时7.35小时B级品4.4%5%废品0.8%1%优级品73%三、 原料及物理性质生产M-PVC的主要原料是氯乙烯单体，在常温和常压下是无色气体，具有一醚香味；沸点-13.37,熔点-153.8,饱和蒸气压（20）0.337Mpa,自然点472,密度(20)0.91g/ml;与空气混合形成可爆炸气体,爆炸极限为3.5%33%(体积);氯乙烯是有毒物质.四、M-PVC生产工艺包括三个基本步骤1 预聚合：制备种子2 聚合：生产PVC分料3 粉料处理：分级
10、、均化、包装。五、M-PVC工艺简叙单体泵（PP501）将氯乙烯从日储槽（PT501）打入预聚合釜（PR101），加热至反应压力1.2Mpa，当转化率达到8%12%时,种子制备完成，并送到聚合釜（PR201），然后再加入更多的氯乙烯，加料完毕后，聚合釜夹套以及换热器通入热水加热至反应压力(根据不同型号反应压力在0.681.16Mpa之间)进行后期聚合，反应期间聚合釜夹套、搅拌以及换热器通入冷却水及时移走反应热，当转化率达到53%62.5%时,聚合反应结束。重新对聚合釜加热，将未反应的氯乙烯脱除掉；被脱除的氯乙烯通过冷凝器PH502、PH503、气柜PT401、压缩机PK430和真空泵PK420
11、回收至PT501。VCM回收完毕后，启动PK610将粉料送到受槽PT601进行流化，然后通过分级筛PS601对粉料进行筛分，正品料通过PT602送均化仓PT701、PT901再流化，最后进行包装。粗料通过破粹机PX601破粹、研磨机PX621研磨后，再通过小分级筛PS602分级，然后送至B级品料仓进行包装。六、工艺流程简述1、预聚合釜预聚合主要是生成“种子”，此阶段在预聚合釜中进行，加入定量的VCM和引发剂，控制一定的搅拌速度和反应温度，当转化率达到812%时，预聚合釜停止，并将物料全部放入聚合釜，其批料周期约1.5小时。一台预聚合釜与三台聚合釜匹配。2、聚合釜在此阶段是“种子”生长阶段。聚合
12、釜先真空除氧，然后加入与预集合几乎等量的VCM单体以及更多的引发剂，升温至反应温度，当聚合转化率达到60%左右时，即停止聚合反应。其批料周期为7小时。3、VCM回收未反应的VCM先经自压回收，然后抽真空再回收，当达到规定真空度时，通入蒸汽进行汽提，经汽提后的树脂中残留的VCM低于1ppm。回收单体经压缩、冷凝再返回聚合使用。4、聚合釜水清洗在两个周期之间需要水清洗，以便去掉残留在聚合釜中的粉末，聚合釜清洗采用高压水自动清洗，水压30MPa。5、分级、粉碎、包装装置经气提后的树脂，用空气输送，经过筛子分级后。细料送至“A”级品料仓，粗料经粉碎后，送至“B”级品料仓，产品分别包装入库。七、主要设备
13、聚合和预聚合釜采用立式夹套反应釜，由于聚合釜和预聚合釜的操作条件处理的物料状态不一样，因此预聚合釜仅有一个液体分散搅拌器，而聚合有上下两个结构不同的搅拌器，以适应本体聚合的要求。聚合釜的搅拌密封都采用机械密封，釜内抛光搅拌转速可根据聚合反应的条件进行调节，聚合釜和预聚合釜的釜内温度控制由夹套的水温和釜顶部回流冷凝器的温度来控制，聚合釜和预聚合釜都采用复合钢板制造，预聚合釜为30M3，聚合釜为50M3。八、聚合生产工艺参数项目参数备注预聚合釜体积50M3搅拌转速120rpm预聚合釜操作重量17吨预聚合釜加热温度68预聚合压力1.3Mpa(绝压)预聚合时间17分钟聚合釜体积50M3螺旋搅拌转速25
14、rpm底搅拌转速15rpm操作重量（氯乙烯+种子）2632.5吨根据生产型号而定最大操作重量（氯乙烯+种子）34吨加热温度6080根据生产型号而定聚合压力7.812.6Mpa(绝压)根据生产型号而定聚合时间2.163.25小时根据生产型号而定脱气加热温度85初级、汽提真空值10Kpa(绝压)PVC重量1720吨/批根据生产型号而定PVC密度540620Kg/m3根据生产型号而定PVC流动性25秒PVC平均粒径110u聚合生产周期78.2小时根据生产型号而定九、本体法聚氯乙烯特点本体法聚氯乙烯具有设备少、流程短、能耗低、基本无“三废”、成本低、投资省等优点，在国内市场占有率为100%，有着较好的
15、社会效益，同悬浮法相比，本体法具有以下特点：一、设备少，工艺流程短。无汽提和干燥装置。二、能耗少。由于反应中不加水，聚合释放反应热容易导出，仅用循环水冷却，而且生产用蒸汽消耗量仅为0.01t/tPVC。三、生产成本低。由于原材料消耗低，即原料VCM消耗低又不需要分散剂和其他大部分助剂，配方中不用离子水，能耗低，所以生产成本低。四、易于控制。由于本体法聚氯乙烯聚合使用氯乙烯单体、引发剂和少量助剂，其控制参数少，风险度下降，操作简单，通过相应的程序实现计算机控制，自动化程度高。五、三废排放少。该工艺基本没有流出液，清釜为密闭自动清釜，工艺过程基本无废气排出，因而环境污染少。六、在生产过程中可重复参数多，因此产品质量稳定。因为在生产过程中不加水和其他助剂减少了不可重复参数，产品粘数仅仅取决于搅拌速度和温度，这些参数具有可重复性，因此产品的分子量、粒度等均可稳定，故产品质量稳定。七、产品质量好。用本体法生产的聚氯乙烯颗粒具有以下特点：微孔隙率较高，形状规则四周无多孔表皮，粒子均一性较高，因此产品性能良好，表现在：1、较好地兼顾了密度和孔隙率，因此在相
