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1、2011 级高分子材料课程设计题目：年产 5 千吨糊状聚氯乙烯树脂合成工艺设计学院名称：材料工程学院专业：高分子材料班级：11材料1学号：11342125姓名：H 亠 a r. r. 朱益林指导教师姓名r:吴忠联二零一四 年 六 月目录第一章 绪论 211 聚氯乙烯简介 212 产品用途 313 市场现状和前景展望 4第二章 设计工艺说明 521 悬浮聚合工艺 522 生产工艺描述 523 主要物料 924 质量指标和分析 11第三章 工艺计算 1231 聚合物料衡算示意图 1232 聚合物料计算 1333 反应釜设计 1734 聚合工段管道计算 20错误！未定义书签。2323第四章 材料性能
2、测试 第五章 结 论 参考文献第一章 绪论11 聚氯乙烯简介聚氯乙烯（PVC）是有氯乙烯单体（VCM）聚合得到的聚合物，一般聚合度n = 700 1500 ,在当今聚合物产品中具有极其重要的地位。Cl2I 1C* HnPVC 应用极其广泛, 并且价格相对低廉, 适用性几乎不受限制.然而如果 PVC 在今天被发现, 很可能会因为其热稳定性差, 难于加工而被束之高阁。悬浮聚合和本体聚合产品是粒径为100180卩m的颗粒，而乳液聚合产物的 粒径只有0.10.3卩m。但干燥后的乳液产品是易碎的颗粒,粒径为550卩m。PVC不溶于其单体，在聚合过程中，当PVC增长链长到10个单位单元后，就 要从VCM单
3、体中沉淀出来，属于典型的沉淀悬浮聚合。然而，PVC在其单体中可 较好的溶胀,其单体溶解量可达到 27%（质量分数）以上，这一特性对聚合物本身 以及PVC最后的性能和应用均有重大的影响。因此，聚合物从单体中沉淀出来的 方式，聚合物分子链的增长机理以及单体对聚合物的溶胀程度等因素非常重要。在工业上，K值和黏度值用于代表PVC的分子量，生产商将这些参数作为品 种代号，用以给不同的产品命名。K值为6668的PVC较硬，主要用于生产管、导管、板和塑钢窗；K值为 6571的树脂柔韧性较好，可制备柔性板、地板革、壁纸、电缆绝缘层、软管 试管和医疗用品；K值较低的（5560 ）PVC主要用于注塑成型，制备管，
4、导管接 头，整体或电源接头，并可用于吹瓶和其他容器。在目前工业生产的聚合物材料中，PVC能占有独特的地位，原因在于大量的 氯原子赋予PVC聚合物链强极性，同时重复单元在分子链中相间排布，使分子链 结晶水平极大降低这样的结构给PVC带来一系列优良性能，包括：力学性能好， 特别是薄膜韧性好，相对较低的分子量就可拥有较高的熔体黏度，并且即使在高 度增塑后，仍可保持较好的力学性能。可以在PVC中加入大量增塑剂和抗冲改性 剂，来改善其性能,使其应用领域大幅扩宽。12 产品用途聚氯乙烯糊树脂是由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂，是氯乙 烯的均聚物，属于聚氯乙烯树脂的一个产品分支。聚氯乙烯糊树脂具有
5、较大的多 分散性，分子量一般在512万。由于其成糊性优良以及分散性能良好，PVC糊 树脂的应用非常广泛，主要有以下几大方面：（1 ）一般软制品：利用挤出机辅助相应模具设备生产聚氯乙烯糊树脂片、管、 垫、块；可制成塑料鞋底、鞋面、鞋衬材料等；在饮料行业中可用作啤酒、碳酸 饮料瓶盖的密封材料；（2）涂层制品：将糊树脂涂敷于布或纸张等其他基材上，然后在 1 00摄式度 以上塑化而成。也可以先将PVC与助剂压延成薄膜再与衬底基材加垫压合而成。 聚氯乙烯糊树脂人造革可以用来制作皮相、皮包、书的封面、沙发及汽车的坐垫、 壁纸等建筑装饰材料；（3）泡沫制品：在聚氯乙烯糊树脂中加入大量的发泡剂作成片材，经发泡
6、成 型为泡沫塑料，可作为抗冲材料、保护性安全制品及填充材料，还可以作为泡沫 高级凉鞋、坐垫、高级消音等的材料；（4）黏合剂与密封胶：聚氯乙烯糊树脂及改性树脂与其他化工原料相结合， 制成的黏合材料经化学处理后可用于制造汽车上的密封胶；（5）涂层与涂料：聚氯乙烯糊树脂及改性树脂可以作为钢板、硬质塑料的表 面涂层。这种涂料具有抗冲击性、耐老性、耐侯性良好、附着力强等优点，广泛 应用于汽车底盘涂料、车内涂料于装饰，还用于其他钢铁工业及钢铁表面装饰与 材料防腐。由于聚氯乙烯糊树脂具有良好的分散性和稳定的流动性，还可用于高 品质彩色印刷；（6）糊制品：将聚氯乙烯糊树脂分散在液体增塑剂中，使其溶胀塑化而成增
7、 塑溶胶，假如稳定剂、填料、着色剂等，经充分搅拌、脱气泡后配成糊，再用浸 渍、浇铸等加入成各种制品，还可以将聚氯乙烯糊树脂加热中，再加入其他辅助 材料，制成一次性用手套等医疗器材，以及其他材料的垫衬材料；（7）板材：在聚氯乙烯糊树脂中加入改性材料或表面强化材料，经混合塑化 压延可制成性能优良的板材、运输带和高级胶塑材料。除普通型的聚氯乙烯糊状树脂外，其他相关改性产品如掺混树脂、氯醋酸树 脂等，由于其具有的独特的性能而在汽车塑溶胶、PVC方块地毯、印花油墨、人 造革底糊和边糊、壁纸、人造革、浸渍制品中，其用量将随着应用开发力度的不 断加大而增加，大量取代进口。我国绝大多数企业主要采用电石原料路线
8、，成本较低。虽然我国PVC糊树脂 年进口量不断增加，但由于原油价格高位盘整，加之国外生产原料成本较高，进 口糊树脂的价格居高不下，无形中削弱了进口货源与国内资源的相比竞争力。因 此，目前国产PVC糊树脂的主流价格保持在10000-10400元/吨之间。13 市场现状和前景展望世界聚氯乙烯糊树脂年产量为200万余吨，生产工艺主要采用微悬浮法、种 子乳液法和微悬浮种子法，产品主要集中于欧美和亚洲。国外发达国家聚氯乙烯 生产主要采用的是乙烯工艺路线，我国主要采用的主要是电石法生产工艺路线。我国PVC糊树脂生产工艺以种子乳液聚合为主，其他生产工艺路线还有微悬 浮种子法、悬浮聚合法等，绝大多数采用电石原
9、料路线。20世纪50年代我国PVC 糊树脂工业开始生产，在5070年代共建有8个生产厂，生产规模为100500吨/ 年，生产工艺主要以种子乳液法为主，只能生产8个型号的PVC糊状树脂。进入80 年代，我国PVC糊树脂的生产厂家先后引进了国外7家PVC糊树脂生产技术。目前，我国PVC糊树脂的生产厂家有近20家，总生产能力为30万余吨，产量 也近30万吨，进口量约为15万吨。至2005年以来，国内PVC糊树脂行业发展十分 迅猛，现有企业生产能力不断增加。其中，沈阳化工股份有限公司糊树脂生产能 力扩产之后已经达到12万吨/年，生产能力居亚洲第一，世界前三位。 2007年， 我国PVC糊树脂下游消费约
10、增长10%,特别是在汽车、建筑、电子和涂料的方面的 需求显著增加。据统计，国内PVC糊树脂产能与产量虽然得到了快速增长，但我过PVC糊树脂 进口量每年仍在13万15万吨上下浮动，进口最高年份甚至接近了16万吨，这说 明国内PVC糊树脂发展仍有较大空间。从应用领域看，近几年我国汽车、建筑、玩具、电子及涂料都发展很快。以 汽车应用领域为例。PVC糊树脂仅汽车胶一个品种，就在底盘防石击涂料、车身 焊封密封胶、点焊胶、滤芯胶、缓冲胶等多处应用。从产品结构看，我国在PVC糊树脂生产的大都是均聚物，共聚物极少。均聚 物是单体聚合技术，因在应用中要求依附材料耐温好，起应用发展受到限制。而 我国在前期引进的3
11、5种牌号中都是通用型均聚物，却无共聚牌号。共聚物可以加 入第二单体的先进技术，目前国内掌握共聚技术并能生产高端产品的很少，并且 在共聚物技术基础上开发出的专用料也只有区区几个牌号。总之，目前我国PVC糊树脂行业整体发展较为平稳，我国应该不断扩大产品 的应用领域，增加产品型号，形成差异竞争、错位竞争的良性竞争格局；加强企 业之间的技术交流，加速提高行业整体技术水平。第二章 设计工艺说明21悬浮聚合工艺悬浮聚合是通过搅拌器不断进行搅拌，使单体液滴在水中保持悬浮状态，聚 合反应在单体小液滴中进行，通常悬浮聚合反应为间歇聚合。悬浮聚合过程可以 看作是在数以百万计的小 “反应器” （单体珠滴） 中进行的
12、本体聚合。反应釜 容积为25 150cm3，氯乙烯在其饱和蒸气压之上被压缩为液态，在高速搅拌下 分散于水中，通过夹套或回流冷凝器排出反应热，用挡板调节搅拌效果；加入保 护胶体（分散剂）来防止液滴聚并，这样形成的稳定分散体系，液滴平均直径为 3040 m ；另一个重要成分为油溶性自由基引发剂。向反应器中加入的物料组成通常称为配方。悬浮聚合的基本配方有水，VCM， 引发剂和分散剂组成，如下：VCM100份保护胶体0.050.15份水90130份引发剂0.030.08份22生产工艺描述生产工艺为采用悬浮法生产PVC糊树脂。其生产过程由单体氯乙烯（VCM）、聚合、汽提、脱水干燥、包装等部分组成。同时还
13、包括原料、辅料供给系统,VCM回收系统，及环保治理系统等。221 种子制备工序由种子聚合釜（A）釜出来的乳浆经过种子过滤器过滤后，被送往种子乳浆 槽中储存。从种子乳浆槽中出来的种子乳浆经过种子计量泵过滤器过滤后，由种 子计量泵输送到种子计量槽中，通过计量槽输送到各聚合釜。222 配料工序主要是指氨盐（引发剂）、催化剂、乳化剂和后混合剂的制备。从市场上购 买来的浓度为 20%的氨水储存在氨剂贮槽中，以氮气作为保护气体。贮槽中的氨 水经氨剂输送泵送到盐溶解器、乳化剂溶解槽配制引发剂和乳化剂；另外，氨水 的另一条线被输送到卸料槽进行脱气。从溶解器中出来的盐溶液被输送到聚合 釜；催化剂溶解槽主要是用于
14、配制催化剂，通过催化剂过滤器过滤后由催化剂加 料泵送往聚合釜；由氨水贮槽过来的氨水进入乳化剂溶解槽，在饱和蒸汽预热下 配制乳化剂，经乳化剂过滤器过滤后由乳化剂加料泵输送到聚合釜；另外一部分 乳化剂被送到后混合剂加料槽中，与粗后混合剂及NaOH溶液混合配制成后混合 剂，经过滤器过滤后由泵分别输送至聚合釜和卸料槽。223 PVC 聚合工序聚合生产为分批作业方式，首先向聚合反应釜中加入水、引发剂、分散剂、加热到预定温度后加入VCM,在搅拌条件下进行聚合反应，控制反应时间和反应 温度，达到预设的终止条件时加入抑制剂使反应终止，反应生成物称为浆料；将PVC 浆料转入下道工序，并放空聚合反应釜，用水清洗反
15、应釜后在密闭条件下进 行涂壁操作， 然后重新投料生产。反应后的 PVC 浆料由聚合釜送至浆料槽，再 由汽提塔加料泵送至汽提工序。蒸汽总管来的蒸汽经蒸汽过滤后，对浆料中的VCM 进行汽提， VCM 随气提汽从浆料中带出。气提汽冷凝后，经含氧分析，合格 后排入气柜或去聚合工序回收压缩机，含氧不合格时排空。冷凝水送至聚合工序 废水汽提塔。其生产流程请见图 2.2图 2.2 PVC 生产流程示意框图2231 聚合反应中技术对于聚合反应工段中提高聚合质量、对聚合反应进行优化、提高聚合反应能 力采取了聚合釜密闭技术、高温热脱盐水技术和二次加水技术。（1）聚合釜密闭技术 是指周期性聚合生产中不需要开人孔清釜的技术，它能 降低操作人员的劳动强度，减少 VCM 单耗和对环境的污染，在下一批次聚合生产 时不需要抽真空脱除聚合釜内空气中的氧气，减少了聚合辅助时间。要顺利实现 聚合釜密闭技术，必须解决聚合釜自动防粘釜喷涂技术，选用高效防粘釜剂，解 决聚合釜自动水洗技术及聚合釜下料不完全的技术问题。密闭技术聚合釜放料最 好采用泵输送，在聚合釜放料结束时可以通过泵压力或电流得出，这样可避免放 料不净造成水洗
