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1、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，聚合釜及其他设备设计与选型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（33m3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技术指标项目内容技术指标聚合物后处理损失率6%聚合物生成量水油比1.4引发剂用
2、量0.1%的单体质量分散剂用量0.2%的单体质量调节剂用量0.01%的单体质量终止剂用量0.01%的单体质量防粘釜剂用量0.1%的单体质量反应的转化率88%聚合中损失量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 其他有关条件和要求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62，塔底温度102，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. 离心后湿物料的含水量约为20%。
3、0.20kg H2O/kg干料d) 气流干燥阶段干燥后湿物料的含水量为0.04kg H2O/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：h1=50 mm，封头高度为：h=0.25D=0.254200=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=2
5、.03，釜体内径：D=4200 mm。4. 釜体直边高度釜体直边高度为：h=H2h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=851021050=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=0.5Dj=1050 mm。搅拌
6、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. 氯乙烯进料管口通过查阅相关文献，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/( nT7060u1) (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102mm11mm。配用突面板式平焊管法兰：HG20593 法兰 PL80-0.6 RF Q235-A。2. 去离子水进料管口通过查阅相关文献，设定原料进口的速度为u1= 2m/s，可知进料管直径的计算公式为：d12= 0.239VR/( nT7060u1) (
7、5.7)代入相关数据可得进料口的直径为：d1=53.8 mm，选用热轧无缝钢管，圆整为76mm5.5mm。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通过查阅相关文献，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/( nT2560u2) (5.8) VR=889.87+M1(0.84/1400+(10.84)/846.4)=1384.2 mm，则知：d2=131.3 mm选用黄铜管，圆整为146mm3mm。配用突面板式平焊管法兰：HG20593 法兰 PL140-0.6 RF Q
8、235-A。4. 压缩空气进管口 通过查阅相关文献，可设定压缩空气管口为25mm0.5mm，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 RF 20R。5. 仪表测量口通过查阅相关文献，可设定温度测量口和压力测压口的管径为45mm2.5mm，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(集团)公司生产的DN300的大口径弹簧式安全阀。接口采用89mm4.
9、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108mm4mm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5.1。图5.1 视镜(HGJ 50186) 8. 人孔由135 m3的聚合釜的相关参数知，本釜
10、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11.1 聚氯乙烯简介11.2 聚氯乙烯的发展状况11.3 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31.4 聚合工艺实践方法51.4.1 本体聚合生产工艺51.4.2 乳液聚合生产工艺51.4.3 悬浮聚合生产工艺51.5 悬浮聚合生产工艺的两种操作方法的比较61.5.1 连续式操作71.5.2 间歇式操作71.6 氯乙烯悬浮聚合生成聚氯乙烯过程中的影响因素71.6.1 纯水的影响71.6.2
11、乙炔的影响71.6.3 高沸物的影响81.6.4 聚合体系中氧的影响81.6.5 聚合体系中铁的影响81.6.6 分散剂的影响81.6.7 引发剂的影响91.6.8 涂釜剂的影响91.6.9 调节剂的影响91.6.10 聚合温度的影响101.6.11 无机添加剂的影响10第二章 设计工艺流程112.1 本设计拟采用的方法112.1.1 生产方法112.1.2 反应机理112.2 本设计拟采用的工艺条件112.2.1 聚合釜的选择112.2.2 氯乙烯单体回收冷凝系统132.2.3 气提系统142.2.4 离心系统152.2.5 PVC树脂的干燥系统152.3 工况温度的选择162.4 本设计拟
12、采用的生产工艺路线和工艺参数162.4.1 生产工艺路线162.4.2 主要工艺参数172.4.3 工艺流程图18第三章 物料衡算193.1 物料衡算步骤193.1.1 聚合流程193.1.2 选择计算基准193.1.3 计算主要原料投料数量203.2 各个设备物料衡算203.2.1 聚合釜（R101）的物料衡算203.2.2 出料槽（V102）的物料衡算213.2.3 汽提塔（T101）的物料衡算223.2.4 离心机（C101）的物料衡算233.2.5 气流干燥（X101）的物料衡算243.3 全过程的物料衡算243.3.1 间歇阶段243.3.2 连续阶段25第四章 热量衡算274.1聚
13、合釜的操作控制274.1.1升温期的热量衡算274.1.2恒温反应阶段的热量衡算284.2求总传热系数K294.2.1物料平均密度m294.2.2物料的平均比热容Cm304.2.3物料的平均导热率 m304.2.4计算聚合釜与夹套系统的给热系数314.2.5计算聚合釜的总传热系数K324.2.6求总传热面积32第五章 汽提塔设计345.1 操作条件345.2汽提塔设计计算345.2.1 水蒸气流通量345.2.2水蒸气的体积流量345.2.3 汽液量比（体积比）355.2.4 蒸气消耗定额（以每 kg PVC 计）355.2.5 回收单体最大量355.2.6 塔顶蒸气通量355.2.7 塔径，开孔率，孔径，孔间距的计算355.3 小孔气速375.4 塔操作弹性计算375.5 附属设备与管道设计385.5.1 水蒸气通入管385.5.2 悬浮液进料管395.5.3 塔顶单体出料管395.6 汽提塔热量衡算395.6.1 进入汽提塔的热量 Q进395.6.2 汽提塔带走的热量Q出405.7 汽提塔技术特性41第六章 气流干燥器设计426.1 物料
