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1、万吨每年PVGft浮 聚合初步工艺设计化工设计基础 课程设计题 目:2万吨/年PVC悬浮聚合初步工艺设计专业班级：学号：姓名：学院：指导教师：课程设计任务书聚合物合成工艺设计一、设计分组化工方向学生共分12组6-7人一组，设计分工：概述、工艺流程设计 1人,物料衡算及热量衡算 2人, 聚合釜及其它设备设计与选型1-2人，安全与环保1人，绘图1人二、设计题目2万吨/年PVC悬浮聚合初步工艺设计3反应釜（33m31型小釜）三、设计条件1 年生产天 330天/年24小时/天2 产品、原料及主要工艺条件设计产品树脂的型号为 SG-5原料VCM技术指标项目内容聚合物后处理损失率水油比引发剂用量分散剂用量
2、调节剂用量技术指标6%聚合物生成量1.40.1%的单体质量0.2%的单体质量0.01%的单体质量终止剂用量防粘釜剂用量反应的转化率聚合中损失量0.01%的单体质量0.1%的单体质量88%1%聚合物生成量操作周期分配操作清釜进水进VCM冷搅拌升温反应出料总计时间/min2015152030270203903 其它有关条件和要求1)与物料衡算有关的条件a) 出料阶段i. 出料中VCM的含量(VCM与PVC的质量比)为2%b) 汽提阶段i. 塔顶温度62C塔底温度102C，压强为0.03MPaii. 蒸汽全部在塔内冷凝。iii. 汽提后VCM的含量为13.6ppm。c) 离心阶段i. 离心后湿物料的
3、含水量约为20%。0.20kgH 2O/kg干料d) 气流干燥阶段干燥后湿物料的含水量为0.04kg H 2O/kg 干料四、设计任务编制设计说明书、绘制工艺流程图。1. 概述聚氯乙烯简介、氯乙烯聚合反应原理、典型工艺及工业进展。2. 工艺流程设计聚合工艺路线的选择、工艺流程设计、工艺条件的确定等。3. 工艺计算1）聚合工段（聚合釜、出料槽、汽提塔、离心机）的物料衡算和（聚合釜、汽提塔及其换热器）热量衡算，绘制物料流程图2）设备的工艺计算a聚合釜的设计与选型I釜体的设计i反应器体积的计算ii釜体外形尺寸选型II传热装置的设计i传热面积的计算III搅拌装置的设计b出料槽c汽提塔设计计算d离心机选
4、型类型:卧式螺旋卸料沉降离心机五、绘制工艺流程图按照设计规定绘制全工段（聚合、干燥、包装）工艺流程图，3号图纸聚合釜:聚合釜外形尺寸的设计421. 确定封头的外形与本设采用的聚合釜配套的封头为标准椭圆封头，由相关文献查知，应取得封头直边高度为:hi=50 mm,封头高度为:h=0.25D= 0.25 4200=1050 mm, 封头侧面积为:S侧=1.083 D2=19.10 m2,封头体积为:V封=0.131 D3=9.71。2. 封头与筒体的连接本聚合釜的封头与筒体的连接方式拟采用焊接连接，由于其在简单、造价低、密封性能好。3. 长径比和釜体内径由135 m3的聚合釜的相关参数知:H/D
5、=2.03,釜体内径:D=4200 mm。4. 釜体直边高度釜体直边高度为：h=H 2Xh封(5.2)由135 m3的聚合釜的相关参数知：反应器釜体总高度为 H=8510mm，则 h=8510 2 刈050=6410 mm。5.1.4搅拌装置的设计42由135 m3的聚合釜的相关参数知，本设计的搅拌装置采用的是三层两叶平浆搅拌器。浆式搅拌器直径Dj=(1/43/4) D (5.3),则可设 Dj = 1/2D=2100 mm。叶片厚度 b=(0.10.25) Dj (5.4),则可设 b=0.15Dj=315 mm。叶片下侧离封头底端的距离 h=(0.21) Dj (5.5)，则可设h=0.5
6、Dj=1050 mm。搅拌轴总长为 10600mm。拌拌转速 n=91 r/min。5.1.5工艺管口的设计31,42,431. 氯乙烯进料管口经过查阅相关文献，设定原料进口的速度为U1= 1m/s,可知进料管直径的计算公式为:d12= 0.239Vr/( nTX70 60 U1)(5.6)代入相关数据可得进料口的直径为 ：d1=76.2 mm,选用热轧无缝钢管，圆 整为102mm 11mm。配用突面板式平焊管法兰 :HG20593法兰PL80-0.6 RF Q235-A。2. 去离子水进料管口经过查阅相关文献，设定原料进口的速度为ui= 2m/s,可知进料管直径的计算公式为:d12= 0.2
7、39Vr/( nTX70 60 Ui)(5.7)代入相关数据可得进料口的直径为 ：d=53.8 mm,选用热轧无缝钢管，圆 整为76mm 5.5mm。配用突面板式平焊管法兰 :HG20593 法兰 PL65-0.6 RF Q235-A。3. 聚合后的物料出料管口经过查阅相关文献，设定原料进口的速度为U2=0.8 m/s,可知出料管直径的计算公式为：d22= 0.239Vr/( nT2560XU2)(5.8)Vr =889.87+ M i(0.84/1400+(1 0.84)/846.4)=1384.2 mm,则知：d2=131.3 mm选用黄铜管，圆整为146m涛3mm 。配用突面板式平焊管法
8、兰:HG20593 法兰 PL140-0.6 RF Q235-A。4. 压缩空气进管口经过查阅相关文献，可设定压缩空气管口为 25mr 0.5mm，材质为冷 拔无缝钢管。配用突面板式平焊管法兰:HG20593 法兰 PL20-0.6 RF20R。5. 仪表测量口经过查阅相关文献,可设定温度测量口和压力测压口的管径为 45mn 2.5mm，材质为冷拔无缝钢管。配用突面板式平焊管法兰:HG20593法兰 PL40-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。其中测温口 3个,测压口 2个，均匀分布于 釜体上。6. 安全装置口查阅相关文献知，对于D3000mm以上的PVC聚合釜，一般采用锦西化 工机械（集
9、团）公司生产的DN300的大口径弹簧式安全阀。接口采用89mW 4.5mm无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20593 法兰 PL80-1.0 RF 0Cr18Ni10Ti。7. 观测口（视镜）本设计拟采用用不带颈的视镜，视镜尺寸为DN100mm,工称压力为1.57MPa,D=200mm, D1=165mm,b1=40mm,b2=28mm,H = 105mm,螺柱数量 n=6, 直径d=M12。采用108mn 4mm无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用 突面板式平焊管法兰:HG20593 法兰 PL100-1.0 RF 0Cr18Ni10Ti。视镜图如图5.18. 人
10、孔由135 m3的聚合釜的相关参数知，本釜有两个人孔，分别位于上段和中段,由聚合釜直径3000mm，按照相关标准，应选用的人孔为 DN600mm。目录第一章概述.1.1.1聚氯乙烯简介1.1.2 聚氯乙烯的发展状况 1.1.3国内外聚氯乙烯悬浮聚合的工艺进展 21.3.1国内聚氯乙烯悬浮聚合的工艺进展 21.3.2国外聚氯乙烯悬浮聚合的工艺进展 .41.4聚合工艺实践方法 7.1.4.1本体聚合生产工艺7.1.4.2乳液聚合生产工艺.8.1.4.3悬浮聚合生产工艺 8.1.5悬浮聚合生产工艺的两种操作方法的比较 101.5.1连续式操作101.5.2间歇式操作101.6氯乙烯悬浮聚合生成聚氯乙
11、烯过程中的影响因素 1 11.6.1纯水的影响111.6.2乙烘的影响1.11.6.3高沸物的影响 121.6.4聚合体系中氧的影响121.6.5聚合体系中铁的影响121.6.6分散剂的影响131.6.7引发剂的影响131.6.8涂釜剂的影响 141.6.9调节剂的影响141.6.10聚合温度的影响 141.6.11无机添加剂的影响 15第二章设计工艺流程1.72.1本设计拟采用的方法 172.1.1生产方法1.72.1.2反应机理172.2本设计拟采用的工艺条件 182.2.1聚合釜的选择182.2.2氯乙烯单体回收冷凝系统212.2.3气提系统222.2.4离心系统232.2.5 PVC树
12、脂的十燥系统242.3工况温度的选择252.4本设计拟采用的生产工艺路线和工艺参数 2 52.4.1生产工艺路线 252.4.2主要工艺参数262.4.3工艺流程图27第三章物料衡算 293.1物料衡算步骤293.1.1聚合流程 293.1.2选择计算基准 303.1.3计算主要原料投料数量 .303.2各个设备物料衡算303.2.1聚合釜（R101）的物料衡算.303.2.2出料槽（V102）的物料衡算 323.2.3汽提塔（T101）的物料衡算 333.2.4离心机（C101）的物料衡算 .343.2.5气流十燥（X101）的物料衡算 353.3全过程的物料衡算 363.3.1间歇阶段36
13、3.3.2连续阶段37第四章热量衡算394.1聚合釜的操作控制 .3.94.1.1升温期的热量衡算 394.1.2恒温反应阶段的热量衡算 404.2求总传热系数K4.14.2.1物料平均密度 424.2.2物料的平均比热容Cm424.2.3物料的平均导热率入m434.2.4计算聚合釜与夹套系统的给热系数 444.2.5计算聚合釜的总传热系数K464.2.6求总传热面积.46第五章汽提塔设计475.1操作条件475.2汽提塔设计计算475.2.1水蒸气流通量 475.2.2水蒸气的体积流量485.2.3汽液量比（体积比）485.2.4蒸气消耗定额（以每 kg PVC计）485.2.5回收单体最大
14、量 485.2.6塔顶蒸气通量 495.2.7塔径，开孔率，孔径，孔间距的计算 .4 95.3小孔气速.525.4塔操作弹性计算525.5附届设备与管道设计535.5.1水蒸气通入管 535.5.2悬浮液进料管 535.5.3塔顶单体出料管545.6汽提塔热量衡算545.6.1进入汽提塔的热量 Q进545.6.2汽提塔带走的热量Q出555.7汽提塔技术特性56第六章气流十燥器设计576.1物料的基本参数576.2空气的基本参数576.3气流十燥器所需风量586.4气流十燥器的直径计算596.5气流十燥管长度的计算6.16.6计算Ki准数6.1第七章安全与环保647.1安全设计的重要性647.2氯乙烯聚合环节 657.3氯乙烯生产环节657.4防火防爆677.5安全防护697.6废水的治理707.7废渣的治理7.17.8氯乙烯外逸7.17.9结语72参考文献73致谢7.4.第一章概述1.1聚氯乙烯简介聚氯乙烯(Poly Vinyl Chlor
