吨PVC生产车间工艺流程设计方案

摘要Abstract第一章概述………………………………………………………………61.1原料的选择……………………………………………………………61.2原料的配比……………………………………………………………71.3主要工艺参数…………………………………………………………71.4设计所用物料的物理性质……………………………………………91.5聚合反应过程工艺流程叙述…………………………………………10第二章物料衡算………………………………………………………122.1年投料的物料衡算…………………………………………………122.2车间物料的衡算……………………………………………………132.3釡数及投料系数的台数的确定……………………………………13附录1………………………………………………………………………14第三章热量衡算………………………………………………………15附录2………………………………………………………………………15第四章设备工艺设计…………………………………………………154.180m3不锈钢聚合釡………………………………………………154.2汽提塔………………………………………………………………164.3混料槽………………………………………………………………164.4离心机………………………………………………………………164.5干燥器………………………………………………………………17附录3………………………………………………………………………17参考文献……………………………………………………………………18摘要Abstract（略）第一章概述1.1原料的选择1、单体表1.1单体指标纯度,%水,μg/g铁,μg/g醛,μg/g低沸物,μg/g高沸物,μg/g≥99.98≤100≤0.5≤3≤10≤502、去离子水表1.2去离子水指标控制工程导电率PH二氧化硅指标＜10μs/cm5～8.5＜0.2mg/L3、引发剂、分散剂以EHP、CPN为引发剂；分散剂为450gVCM、315gPVA（平均聚合度2600，醇解度80%），225gPVA（平均聚合度300，醇解度45%），4、链终止剂选用HEO。国内常用的终止剂ATSC终止效果优于双酚A，ATSC使产品分子量更均匀，白度也明显改善。双酚A加入后仍有反应温度渐渐升高的过程，除此还在精馏系统中出现自聚现象，说明终止效果不彻底，尚有少部分引发剂未被破坏，反应继续进行。而HEO与ATSC相比，由于HEO是复合配方，不仅终止效果好，而且其中有优良的热稳定配方，能大幅度提高产品白度。实验表明，同样的配方和工艺条件，用ATSC最终产品白度在74%-76%，而用HEO产品白度可达85%。5、分子量调节剂最常见的调节剂是三氯乙烯，投加用量在较高范围（0.5%～1%，对单体），还对降低产品树脂分子量有显著效果。近年来，已见有巯基乙醇作为分子量调节剂，当投加用量在100μg/g～200μg/g范围时，可降低反应温度2℃～3℃左右。依据发展趋势，选用巯基乙醇作为分子量调节剂。1.2原料的配比表1.3原料配方原料VCM水引发剂分散剂其他助剂重量，份1001800.040.08适量1.3主要工艺参数1、产品类型：选用疏松型。2、聚合反应时间：5h3、聚合温度：57OC4、操作周期：9h表1.4乙烯悬浮聚合操作周期工序设计值min1、水相加料302、抽真空153、加VCM154、加热到570C305、恒温聚合时间3006、回收单体607、出料308、清釡60聚合周期540（9h）5、年平均操作时数：8000小时6、转化率：90%。根据要求生产的树脂牌号，氯乙烯单体的转化率选定在70%—95%范围。工业上生产硬质PVC塑料制品用树脂，转化率要求大约为90%。7、PVC粉体特性：聚合度1000，表观密度0.55g/ml，平均粒径149μm，孔隙率0.185ml/g。8、系统损失率表3系统损失率部位损失率（kg/kg聚合物）回收损失0.25%放空损失0.51%浆料损失0.05%气提损失0.1%离心、干燥损失0.38%精馏损失3.5%包装0.21%总计5%1．4设计所用物料的物理性质表1.5水的物理性质温度℃密度kg/m3比热容KJ/(kg.℃)导热系λ×102w/(m.℃)粘度×105/Pa.s普兰德数Pr10999.74.19157.45130.779.5230995.74.17461.7680.0740992.24.17463.3865.604.3257986.64.17565.1349.3表3.2VCM物理性质温度℃密度kg/m3比热容KJ/(kg.℃)201.352501.53578371.57701.63表1.6PVC的物理性能性能指标结晶数据/mm工业PVC单晶结晶度/%聚合后熔体密度（未复配）（g/㎝3）总体晶体泊松比（硬PVC）折射率玻璃化温度/℃线膨胀系数（未增塑）/℃-1比热容/（J/g·℃）硬PVC23℃50℃80℃120℃增塑的PVC（50份DOP）23℃正交晶系，每个晶胞两个单体abc1.060.540.511.0240.5240.5081.94.91.391.530.411.54837×10-30.921.051.451.631.881.5452℃80℃120℃热导率（未增塑）/[J/(㎝·s·℃)]介电强度/（kv/mm）溶解度参数/(J/㎝3)0.51.671.751.8817.5×10-42040.7（平均）1．5聚合反应过程工艺流程叙述：工艺流程方框图：工艺流程叙述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（57℃）。当氯乙烯开始聚合反应并释放出热量时，夹套内改通冷却水以及时移除反应热，并使反应温度控制在57±0.2℃，直至反应结束。当釜内单体转化率达到85%以上，这时釜内聚合压力为0.5MPa，由计量泵向釜内加入一定量的终止剂，未反应的氯乙烯单体经自压回收后，当压力降至2.9Kpa时，将釜内浆料升温至70℃左右，进行真空回收，真空度为500mmHg～550mmHg，最后浆料中的氯乙烯含量在700μg/g。然后进入放料操作。2、汽提、干燥工序由聚合釜排出的浆料，为降低残留在其中的氯乙烯和减少氯乙烯对环境的污染，用泵打入出料槽除去其中的大块物料，再将其送入汽提塔，在塔内与由塔底上升的蒸汽在塔板上进行逆流传质过程。该塔为真空操作，用真空泵维持塔顶的真空度，并以此来保证塔顶的温度。塔顶逸出的含氯乙烯气经冷凝，未凝的氯乙烯含氧量在1%以下时，经真空泵送至氯乙烯气柜备用。塔釜之浆料含氯乙烯约400μg/g，经热交换器冷却后进入混料槽，再送往离心机进行离心分离。离心分离后PVC滤饼含水量为23%～27%，经滤饼分散器机械分散并均匀地加入干燥器中进行干燥。干燥器内带有内加热和内冷却。第1～5室为干燥室，用热水盘管和热风干燥，第6室为冷却室。干燥后的氯乙烯树脂含水量为0.3%～0.4%。经过筛除去大颗粒，再由气流输送至贮料仓，最后由包装单元进行包装。[12]3、VC回收工序VC回收工序包括VC气体回收至气柜、VC气体压缩、精馏等部分。自压回收的氯乙烯，经VC气体洗涤塔以除去气体飞沫中夹带的PVC，然后经气体冷却器进入气柜，真空回收的VCM，用回收风机抽至气柜。由气柜出来的VC气体送至脱湿塔，用5℃的冷冻盐水进一步冷凝，两个冷凝器所冷凝的VC送至精馏塔进行精馏，所得的精氯乙烯经过滤后，按比例送入氯乙烯计量槽与新鲜氯乙烯混合供聚合使用，未凝的气体送至焚烧炉处理，塔釜的高沸物排放至塔底液罐中，加热以进一步回收部分氯乙烯。第二章物料衡算2．1年投料的物料衡算表3系统损失率部位损失率（kg/kg聚合物）回收损失0.25%放空损失0.51%浆料损失0.05%气提损失0.1%离心、干燥损失0.38%精馏损失3.5%包装0.21%总计5%因为产品的最后产量为26000吨,由表3系统损失率可以计算出系统年初始投料量：筛分损失率为0.21%则筛分时产量为：26000×（1+0.21%）=26054.6吨干燥时损失率为0.13%则干燥时产量为：26054.6×（1+0.13%）=26088.5吨离心时损失率为0.25%则离心时产量为：26088.5×（1+0.25%）=26153.7吨混料时损失率为0.01%则混料时产量为：26153.7×（1+0.01%）=26156.3吨汽提时损失率为0.1%则汽提时产量为：26156.3×（1+0.1%）=26182.5吨出料时损失率为0.01%则出料量的产量为：26182.5×（1+0.01%）=26185.1吨聚合时损失率为0.03%+0.25%+0.51%则聚合时VCM投料量为：26185.1×（1+0.03%+0.25%+0.51%）=26392..0吨因为聚合时的转化率为90%则聚合时共投料量为：26392.0/90%=29324.4吨2.2车间物料的衡算投入单体的计算：投料系数为0.82、釡的体积为100m3、在20摄氏度时，ρVCM=911kg/m3ρH2O=997.7kg/m3设每次投入单体的质量为X则X/911+1.8X/997.7=100×0.82以100m3釡为例，每次投入单体28473.8kg。因转化率为90%,则反应得到树脂G1=28473.8×90%=25626.4kg,回收时损失的VCM为0.25%则G2=25626.4×0.25%=64.1kg放空时损失为0.51%，则G3=28473.8×0.51%=145.2kg浆料损失为0.05%，则G4=28473.8×0.05%=14.2kg汽提损失为0.1%，则G5=28473.8×0.1%=28.5kg离心干燥损失为0.38%，则G6=28473.8×0.38%=108.2kg精馏时损失为3.5%，则G7=28473.8×3.5%=996.6kg包装时损失为0.21%，则G8=28473.8×0.21%=59.8kg未测定其损失为G9=1322.9kg反应前物料G=22054.9kg，根据物料平衡原理：G=G1+G2+···+G9=25626.4+64.1+145.2+28.5+22.1+108.2+996.6+59.8+1322.9=22054.9kg2.3釡数及投料系数的台数的确定因为每台釡年平均要工作9000小时，而每生产一次的周期为9小时，年投料量（VCM）为29324.4吨，每釡的出料量为19.9吨，选择投料系数为0.8，先用100m3的标准釡，VVCM=29324.4×1000/837=35035.1m3V水=1.8×40602.9×1000/997.7=63063.2m3所需要釡的台数为(35035.1+63063.2)/(80×0.8×(9000/9))=1.53台，取整数为2台。调整后的投料系数为0.76实际的投料系数计算：(35035.1+63063.2)/(80×2×1000)=0.76可取0.68每个釡所需的VCM的体积为：35035.1/(2×(9000/9))=21.7m3每釡所需的水的体积为：63063.2/(2×(9000/9))=31.5m3根据表1.3原料的配方得：表2.1原料VCM水引发剂分散剂其他助剂重量，kg22054.939698.88.817.6适量以100m3釡生产为例，分述如下：（1）投料投料温度为20℃，单体21.7m3，水31.5m3，投料体积21.7+31.5=53.2m3；空余（气相）体积=80-53.2=26.8m3（2）升温升温到期60℃，单体重度d依温度t变化d=0.