聚氯乙烯生產(chǎn)工藝

1、聚氯乙烯生產(chǎn)工藝學(xué)院：材料與化工專業(yè)：材料科學(xué)與工程姓名：劉逾學(xué) 號(hào)： 20090413310045任課老師：陳永引言聚氯乙烯（PVC）是5大通用塑料之一，具有耐腐蝕、電絕緣、阻燃性和機(jī)械強(qiáng)度 高等優(yōu)異性能，廣泛用于工農(nóng)業(yè)及日常生活等各個(gè)領(lǐng)域 ，尤其是近年來(lái)建筑市場(chǎng)對(duì) PVC產(chǎn)品的巨大需求，使其成為具備相當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)塑料品種。PVC 主要成份為聚氯乙烯， 色澤鮮艷、耐腐蝕、牢固耐用，由于在制造過(guò)程中 增加了增塑劑、抗老化劑等一些有毒輔助材料來(lái)增強(qiáng)其耐熱性，韌性，延展性等，故 其產(chǎn)品一般不存放食品和藥品。它是當(dāng)今世界上深受喜愛(ài)、頗為流行并且也被廣泛應(yīng) 用的一種合成材料。它的全球使用量在各種合成

2、材料中高居第二。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅僅1995 年一年，PVC在歐洲的生產(chǎn)量就有五百萬(wàn)噸左右，而其消費(fèi)量則為五百三十萬(wàn)噸。在德國(guó)，PVC的生產(chǎn)量和消費(fèi)量平土§為一百四十萬(wàn)噸。 PVC正以4%勺增長(zhǎng)速度在全世 界范圍內(nèi)得到生產(chǎn)和應(yīng)用。近年來(lái) PVC在東南亞的增長(zhǎng)速度尤為顯著，這要?dú)w功于 東南亞各國(guó)都有進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迫切需求。 我國(guó)聚氯乙烯工業(yè)起步于于 50年代， 僅次于酚醛樹(shù)脂是最早工業(yè)化生產(chǎn)的熱塑性樹(shù)脂，第一個(gè)PVC裝置于1958年在錦西化工廠建成投產(chǎn)，生產(chǎn)能力為3000噸/年。此后全國(guó)各地的PVC裝置相繼建成投產(chǎn)， 到目前為止，我國(guó)有PVC樹(shù)脂生產(chǎn)企業(yè)80余家，遍布全國(guó)29個(gè)省、市、自

3、治區(qū)，總 生產(chǎn)能力達(dá)220萬(wàn)噸/年7075萬(wàn)t/a 。 PVCW脂在我國(guó)塑料工業(yè)中具有舉足輕重的 地位，同時(shí)PVC乍為氯堿工業(yè)中最大的有機(jī)耗氯產(chǎn)品， 對(duì)維持氯堿工業(yè)的氯堿平衡具 有極其重要的作用。本設(shè)計(jì)為聚氯乙烯車間聚合工段工藝。本次設(shè)計(jì)采用了氯乙烯單體懸浮聚合工 藝。介紹了 PVC勺聚合工藝，建廠的有關(guān)事項(xiàng)及合成聚氯乙烯的流程和設(shè)備，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝做出了詳細(xì)的敘述。目錄引言I第 1 章 總論41 . 1 概述41 .1.1意義與作用41.1.2國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀以發(fā)展前景41.1.3產(chǎn)品的性質(zhì)與特點(diǎn)51.1.4產(chǎn)品的主要用途61 . 1 . 5 產(chǎn)品的生產(chǎn)方法概述61. 1. 6產(chǎn)品的原料與規(guī)格

4、91 . 6 . 1 主要原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo) 91.6.2 產(chǎn)品規(guī)格1 0第2章 工藝設(shè)計(jì)原理與工藝流程圖說(shuō)明 102 . 1 工藝原理112 . 2工藝條件影響因素112 . 3工藝路線選擇132 . 3 . 1 工藝路線選擇原則 132.3.2 具體工藝路線 142.3.2工藝流程示意圖152 . 4工藝參數(shù)16第3章物料衡算物料衡算163 . 1物料衡算的意義與作用173 . 2物料衡算的方法與步驟173 . 3物料衡算18第4章熱量衡算194 . 1 能量衡算的意義與作用194 . 2熱量衡算以所需熱質(zhì)的量20第 5章 設(shè)備選型235 . 1 選型原則235 . 2關(guān)鍵設(shè)備選擇235.

5、2.1 塔（釜）的計(jì)算235.2.2 塔（釜）的高度與直徑的計(jì)算265.2.3 塔（釜）的壁厚計(jì)算 275.2.4 . 2 . 4 傳熱元件的計(jì)算285.2.5 . 2 . 5攪拌器的選擇295 . 3其他設(shè)備的選擇34第6章車間布置設(shè)計(jì)的原則346 . 1 車間布置設(shè)計(jì)的原則356 .1.1車間設(shè)備布置的原則356 .1.2車間設(shè)備平面布置的原則 356 .1.3車間設(shè)備立面布置的原則 356 . 2車間設(shè)備布置366 .2.1車間設(shè)備平面布置366 .2.2車間設(shè)備立面布置36第7章環(huán)境保護(hù)與安全措施 367.1 廠內(nèi)的防火防爆措施 367.2 車間照明及采暖措施 377.3 防靜電，防雷

6、措施 377.4 三廢處理情況 38參考文獻(xiàn)39第1章總論1. 1 概述1.1.1 意義與作用聚氯乙烯（PVC是國(guó)內(nèi)外高速發(fā)展的合成材料中 5大熱塑性合成樹(shù)脂之一，以 其價(jià)廉物美的特點(diǎn)，占合成樹(shù)脂消費(fèi)量的 29批右，僅次于聚乙烯（P6,居第二位。 由于它具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性、電絕緣性、陰燃性、物理及機(jī)械性能、抗化學(xué)藥品 性能、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且易加工、成本低，可通過(guò)模壓、層合、注塑、擠塑、壓延、吹 塑中空等方式進(jìn)行加工，是一種能耗少、生產(chǎn)成本低的產(chǎn)品。因而聚氯乙烯（ PVC 制品廣泛用二工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、電子電氣、交通運(yùn)輸、電力、電訊和包裝及人們生 活中的各個(gè)領(lǐng)域。聚氯乙烯（PVC硬質(zhì)制品可代替

7、金屬制成各種工業(yè)行材、門窗、管道、閥門絕 緣板及防腐材料等，還可以做收音機(jī)、電話、電視機(jī)、蓄電池外殼及家具、玩具等。 其輕質(zhì)品可制成薄膜用以制作雨披、臺(tái)布、包裝材料以及農(nóng)膜，還可制成人造革、電 線、電纜等的絕緣層1。1.1.2 國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展前景聚氯乙烯（pvc廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、交通運(yùn)輸、電力電訊和包裝等 各領(lǐng)域。2006年我國(guó)PVC生產(chǎn)能力約為972萬(wàn)噸，產(chǎn)量為920萬(wàn)噸，凈進(jìn)口量達(dá)151 萬(wàn)噸，消費(fèi)年增長(zhǎng)率在9.5 %左右。隨著節(jié)水灌溉、建筑化學(xué)建材、包裝、電子電氣、 汽車等下游行業(yè)對(duì)PVC需求的快速增長(zhǎng)，未來(lái)幾年我國(guó)對(duì)聚氯乙烯（PVC）的需求仍將 保持較高的增長(zhǎng)速度。200

8、7年全球PVa肖費(fèi)量約為3100萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)到2010年我國(guó) PVCW脂的需求量將達(dá)1100萬(wàn)噸，2020年將達(dá)到2160萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)到2010年全球PVC 的需求量將達(dá)到 3490萬(wàn)噸，2020年將達(dá)到4600萬(wàn)噸。聚氯乙烯按聚合方法分四大類：懸浮法聚氯乙烯，乳液法聚氯乙烯、本體法聚氯 乙烯、溶液法聚氯乙烯。1.1.3 產(chǎn)品性質(zhì)與特點(diǎn)中文名稱：聚氯乙烯英文名稱：Polyvinyl chloride polymer簡(jiǎn)稱： PVC玻璃轉(zhuǎn)變溫度：87 C熔點(diǎn)：212C導(dǎo)熱率（入）：0.16 W/m - K熱膨脹系數(shù)（a）: 810-5 /K熱容（c）:0.9 kJ/（kg - K）吸水率（ASTM）:

9、 0.04-0.4%聚氯乙稀是一種無(wú)毒、無(wú)臭的白色粉末。電絕緣性優(yōu)良，一般不會(huì)燃燒，在火 焰上能燃燒并放出HCl,但離開(kāi)火焰即自熄，是一種“自熄性”、“難燃性”物質(zhì)。主 要用于生產(chǎn)透明片、管件、金卡、輸血器材、軟、硬管、板材、門窗、異型材、薄膜、 電絕緣材料、電纜護(hù)套、輸血料等3 o聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值為40以上）、耐化學(xué)藥品性高（耐濃鹽酸、濃度為90%的硫酸、濃度為 60%的硝酸和濃度 20%的氫氧化鈉）、機(jī)械強(qiáng)度及電 絕緣性良好的優(yōu)點(diǎn)。但其耐熱性較差，軟化點(diǎn)為80C,于130c開(kāi)始分解變色,并析出HCI3。聚氯乙烯由氯乙烯單體通過(guò)自由基聚合而成， 聚合度n一般在50020000范圍內(nèi),

10、 其分子結(jié)構(gòu)式如下:一（CH）-CH-）-nCl從產(chǎn)品分類看，PVCH于三大合成材料（合成樹(shù)脂、合成纖維、合成橡膠）中的合 成樹(shù)脂類，其中包括五大通用樹(shù)脂，聚乙烯 PE聚氯乙烯PVC聚丙烯PR聚苯乙 烯 PS ABSW脂。1.1.4 聚氯乙烯的主要用途1 .PVC一般軟制品利用擠出機(jī)可以擠成軟管、電纜、電線等；利用注射成型機(jī)配合各種模具，可制 成塑料涼鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽車配件等。2 .PVC薄膜PVCt添加劑混合、塑化后，利用三輾或四輾壓延機(jī)制成規(guī)定厚度的透明或著色 薄膜，用這種方法加工薄膜，成為壓延薄膜。也可以通過(guò)剪裁，熱合加工包裝袋、雨 衣、桌布、窗簾、充氣玩具等。寬幅的透明薄膜可以

11、供溫室、塑料大棚及地膜之用。 經(jīng)雙向拉伸的薄膜，所受熱收縮的特性，可用于收縮包裝。3 .PVC涂層制品有襯底的人造革是將PVCffl涂敷于布上或紙上，然后在100攝氏度以上塑化而成。 也可以先將PVCf助劑壓延成薄膜，再與襯底壓合而成。無(wú)襯底的人造革則是直接由 壓延機(jī)壓延成一定厚度的軟制薄片，再壓上花紋即可。人造革可以用來(lái)制作皮箱、皮 包、書(shū)的封面、沙發(fā)及汽車的坐墊等，還有地板革，用作建筑物的鋪地材料。4 .PVC泡沫制品軟質(zhì)PVC昆煉時(shí)，加入適量的發(fā)泡劑做成片材，經(jīng)發(fā)泡成型為泡沫塑料，可作泡 沫拖鞋、涼鞋、鞋墊、及防震緩沖包裝材料。也可用擠出機(jī)基礎(chǔ)成低發(fā)泡硬 PVC®材 和異型材，

12、可替代木材試用，是一種新型的建筑才材料。5 .PVC透明片材PVC中加沖擊改性劑和有機(jī)錫穩(wěn)定劑，經(jīng)混合、塑化、壓延而成為透明的片材。 利用熱成型可以做成薄壁透明容器或用于真空吸塑包裝，是優(yōu)良的包裝材料和裝飾材料一如月餅包裝盒。6 . PVC糊樹(shù)脂將PVS散在液體增塑劑中，使其溶脹塑化而成增塑溶膠，通常用乳液或微懸浮 樹(shù)脂，還需加穩(wěn)定劑、填料、著色劑等，經(jīng)充分?jǐn)嚢?，脫氣泡后，配?PVCffl,再用 進(jìn)、浸漬、澆鑄或搪塑等加工成各種制品。如衣架、工具手柄、圣誕樹(shù)等。7 .PVC硬板和板材PVC中加入穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑和填料，經(jīng)混煉后，用擠出機(jī)可擠出各種口徑的硬管、 異型管、波紋管，用作下水管、飲水管

13、、電線套管或樓梯扶手。將壓延好的薄片重疊 熱壓，可制成各種厚度的硬質(zhì)板材。板材可以切割成所需的形狀，然后利用PVC焊條 用熱空氣焊接成各種耐化學(xué)腐蝕的貯槽、風(fēng)道及容器等。8 .PVC其他門窗有硬質(zhì)異型材料組裝而成。在有些國(guó)家已與木門窗鋁窗等共同占據(jù)門窗的市 場(chǎng)；仿木材料、代鋼建材（北方、海邊）；中空容器4。1.1.5產(chǎn)品的生產(chǎn)方法概述聚氯乙烯由氯乙烯單體通過(guò)自由基聚合而成，聚合度 n一般在500-20000范圍 內(nèi)，其分子結(jié)構(gòu)式如下：一（CHl CH）-nCl聚氯乙烯按聚合方法分四大類：懸浮法聚氯乙烯，乳液法聚氯乙烯、本體法聚氯 乙烯、溶液法聚氯乙烯。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用懸浮發(fā)生產(chǎn)聚乙烯。懸浮法 （

14、主要是水相懸 浮法）生產(chǎn)的氯化聚氯乙烯為非均質(zhì)產(chǎn)品，溶解度相對(duì)于溶液法產(chǎn)品低，但熱穩(wěn)定性高， 主要用于制造管材、管件、板材等5 01.5.1 本體法聚合生產(chǎn)工藝本體聚合生產(chǎn)工藝，其主要特點(diǎn)是反應(yīng)過(guò)程中不需要加水和分散劑。聚合分 2步進(jìn)行，第1步在預(yù)聚釜中加人定量的 VCM單體、引發(fā)劑和添加劑，經(jīng)加熱后在 強(qiáng)攪拌（相對(duì)第2步聚合過(guò)程）的作用下，釜內(nèi)保持恒定的壓力和溫度進(jìn)行預(yù)聚合。當(dāng) VCM的轉(zhuǎn)化率達(dá)到8%-12%停止反應(yīng)，將生成的“種子”送人聚合釜內(nèi)進(jìn)行第2步反應(yīng)。聚合釜在接收到預(yù)聚合的“種子”后，再加人一定量的VCM單體、添加劑和引發(fā)劑，在這些“種子”的基礎(chǔ)上繼續(xù)聚合，使“種子”逐漸長(zhǎng)大到一定

15、的程度，在 低速攪拌的作用下，保持恒定壓力進(jìn)行聚合反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到60% 85%（根據(jù)配方而定）時(shí)終止反應(yīng)，并在聚合釜中脫氣、回收未反應(yīng)的單體，而后在釜內(nèi)汽提， 進(jìn)一步脫除殘留在PVC粉料中的VCM ,最后經(jīng)風(fēng)送系統(tǒng)將釜內(nèi)PVC粉料送往分級(jí)、 均化和包裝工序。1.5.2 乳液聚合生產(chǎn)工藝氯乙烯乳液聚合方法的最終產(chǎn)品為制造聚氯乙烯增塑糊所用的的聚氯乙烯 糊樹(shù)脂（E-PVC）,工業(yè)生產(chǎn)分兩個(gè)階段：第一階段氯乙烯單體經(jīng)乳液聚合反應(yīng)生成 聚氯乙烯膠乳，它是直徑0.13微米聚氯乙烯初級(jí)粒子在水中的懸浮乳狀液。第二階段將聚氯乙烯膠乳，經(jīng)噴霧干燥得到產(chǎn)品聚氯乙烯糊樹(shù)脂，它是初級(jí)粒子聚集而成得的直徑為1

16、100微米，主要是2040微米的聚氯乙烯次級(jí)粒子。這種次級(jí)粒子與增 塑劑混合后，經(jīng)剪切作用崩解為直徑更小的顆粒而形成不沉降的聚氯乙烯增塑糊，二業(yè)上稱之為聚氯乙烯糊。1.5.3 懸浮聚合生產(chǎn)工藝因采用懸浮法PVC生產(chǎn)技術(shù)易于調(diào)節(jié)品種，生產(chǎn)過(guò)程易于控制，設(shè)備和運(yùn) 行費(fèi)用低，易于大規(guī)模組織生產(chǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，成為諸多生產(chǎn)工藝中最主要的生 產(chǎn)方法。工藝特點(diǎn)：懸浮聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯樹(shù)脂的一般工藝過(guò)程是在清理后的聚合 釜中加入水和懸浮劑、抗氧劑，然后加入氯乙烯單體，在去離子水中攪拌，將單體分散成 小液滴，這些小液滴由保護(hù)膠加以穩(wěn)定，并加入可溶于單體的引發(fā)劑或引發(fā)劑乳液，保持反應(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)速度平穩(wěn)，然后

17、升溫聚合，一般聚合溫度在4570 c之間。使用低 溫聚合時(shí)（如4245C）,可生產(chǎn)高分子質(zhì)量的聚氯乙烯樹(shù)脂；使用高溫聚合時(shí)（一般在6271 C）可生產(chǎn)出低分子質(zhì)量（或超低分子質(zhì)量）的聚氯乙烯樹(shù)脂。近年來(lái)，為了提高聚 合速度和生產(chǎn)效率，國(guó)外還研究成功兩步懸浮聚合工藝 ，一般是第一步聚合度控制在 600左右，在第二步聚合前加入部分新單體繼續(xù)聚合。采用兩步法聚合的優(yōu)點(diǎn)是顯著 縮短了聚合周期，生產(chǎn)出的樹(shù)脂具有良好的凝膠性能、模塑性能和機(jī)械強(qiáng)度?，F(xiàn)在懸 浮法聚氯乙烯品種日益廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，除了通用型的樹(shù)脂外，特殊用途的專 用樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)越來(lái)越引起PVC廠家的關(guān)注，球形樹(shù)脂、高表觀密度建材專用樹(shù)脂、

18、消 光樹(shù)脂、超高（或超低）分子質(zhì)量樹(shù)脂等已成為開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)7。懸浮法PVC的發(fā)展趨：在工業(yè)化生產(chǎn)PVC時(shí)，以懸浮法產(chǎn)量最大，懸浮法生 產(chǎn)具有設(shè)備投資少和產(chǎn)品成本低等優(yōu)點(diǎn)。各種聚合方法的發(fā)展方向是逐步向懸浮法聚 合生產(chǎn)路線傾斜，一些過(guò)去采用其它方法生產(chǎn)的樹(shù)脂品種已開(kāi)始采用懸浮聚合工藝生 產(chǎn)。自從乳液聚合法工業(yè)化以后，歐洲、日本在連續(xù)懸浮聚合工藝方面開(kāi)展了大量的 研究工作，目前尚未工業(yè)化生產(chǎn)，但連續(xù)法設(shè)備費(fèi)用低，生產(chǎn)效率高，工藝難題少，已引起 了各國(guó)科研院所和生產(chǎn)廠家的重視。另外，為進(jìn)一步提高懸浮法生產(chǎn)的通用樹(shù)脂和專 用樹(shù)脂的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的專用化、市場(chǎng)化水平，國(guó)外廠家在聚合工藝的工藝條件及配 料體

19、系等方面做了大量的研究工作，進(jìn)一步提高了聚合轉(zhuǎn)化率，縮短了聚合周期，提高 了生產(chǎn)效率，同時(shí)也開(kāi)發(fā)出一系列性能好、易于加工的PVC專用樹(shù)脂如：超高（或超低） 聚合度樹(shù)脂、高表觀密度樹(shù)脂、無(wú)皮樹(shù)脂、耐輻射樹(shù)脂、醫(yī)用樹(shù)脂、耐熱樹(shù)脂等。可 見(jiàn)，各種專用料的開(kāi)發(fā)是懸浮聚合樹(shù)脂發(fā)展的標(biāo)志，是提高產(chǎn)品使用性能、開(kāi)發(fā)新的應(yīng) 用領(lǐng)域的重要手段81.4原料與產(chǎn)品規(guī)格1.4.1 主要原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)用于懸浮聚合的氯乙烯單體純度在99砌上，其他雜質(zhì)的含量如表 1-3所示。表1-3原輔材料規(guī)格廳P名稱含量%1乙烯0.00022丙烯0.00023乙快0.00024丁二烯0.000251 -丁烯-3-快06二氧化合物0.

20、00017水0.058HCl0去離子水規(guī)格如表1-4所示表1-4去離子水的規(guī)格項(xiàng)目數(shù)值1導(dǎo)電率/0.52pH值7.03氧含量，%0.000014硬度05SiO2, %06SO, %0.000017氯,08蒸發(fā)殘留物01.4.2 產(chǎn)品規(guī)格產(chǎn)品及副產(chǎn)品規(guī)格見(jiàn)表1-5表1-5產(chǎn)品規(guī)格純度單體含量其它雜質(zhì)H2OPH精聚氯乙烯>99%<0.1<0.6<0.32.7-3.7優(yōu)級(jí)品精聚氯乙烯>98%<0.1<1.0<0.92.5-3.8一等品精聚氯乙烯>97%<0.2<1.5<1.32.5-3.8合格精聚氯乙烯>87%<2.

21、5<3.5<1.52.5-3.8第2章工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1 工藝原理氯乙烯的聚合屬于自由基型聚合反應(yīng)。聚合時(shí)采用的引發(fā)劑為油溶性的偶 氮類、有機(jī)過(guò)氧化物類和氧化還原引發(fā)體系。反應(yīng)迅速，同時(shí)放出大量的反應(yīng) 熱。鏈增長(zhǎng)的方工為頭尾相連。聚合反應(yīng)過(guò)程存在著嚴(yán)重的增長(zhǎng)鏈向單體的轉(zhuǎn) 移，是影響產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量的主要因素，這種鏈轉(zhuǎn)移隨溫度的升高而加快。聚氯乙烯由氯乙烯單體通過(guò)自由基聚合而成，聚合度n一般在500-20000范圍內(nèi)，其分子結(jié)構(gòu)式如下：一(CHa一'CH-) nCl氯乙烯的懸浮聚合是生產(chǎn)聚氯乙烯的主要方法。具有操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質(zhì)量好，經(jīng)濟(jì)效益好，用途廣泛等特點(diǎn)，適

22、于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。在樹(shù)脂質(zhì)量上，用懸浮聚合生產(chǎn)的P VC樹(shù)脂的孔隙率提高了300%以上,經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理的樹(shù)脂其單體氯乙烯的殘留量由原來(lái)的0.1%降到0.0005%以下。同時(shí)設(shè)備結(jié)構(gòu)改進(jìn)，大型化和采用計(jì)算機(jī)數(shù)控聯(lián)機(jī)質(zhì)量控制，使批次之間樹(shù)脂 質(zhì)量更加穩(wěn)定。另外，清釜技術(shù)和殘留單體回收技術(shù)的發(fā)展，減少了開(kāi)釜次數(shù)，進(jìn)而減少了 氯乙烯單體的釋放量；采用燒結(jié)，冷凝或吸收方法汽提品和處理廢氣，進(jìn)一步 減少了氯乙烯單體的消耗。2.2工藝條件影響因素聚氯乙烯聚合時(shí)主要影響因素討論如下：PH值要近1 .單體純度用于懸浮聚合的氯乙烯單體純度在99.9%以上。生產(chǎn)原料對(duì)聚氯乙烯質(zhì)量很重要。氯乙烯雜質(zhì)含量應(yīng)盡可能低一些

23、，其中脫鹽水 乎中性，為6.5-7.5 ,導(dǎo)率應(yīng)小于2um/cm。乙快參與聚合后，形成不飽和鍵使產(chǎn)物 熱穩(wěn)定性變壞。不飽和多氯化物存在，不但降低聚合速率、降低產(chǎn)物聚合度還容易產(chǎn) 生支鏈，使產(chǎn)品性能變壞。2 .引發(fā)劑 多用有機(jī)過(guò)氧化物和偶氮類引發(fā)劑，其中有機(jī)過(guò)氧化物為過(guò)氧化二 碳酸酯、過(guò)氧化酯類。它們可以單獨(dú)使用，也可以兩種或兩種以上引發(fā)活性不同的引 發(fā)劑復(fù)合使用，復(fù)合使用的效果比單獨(dú)使用好，其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度均勻，操作更加穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量好，同時(shí)使生產(chǎn)安全。引發(fā)劑的用量可以采用下式進(jìn)行估算，再通過(guò)少量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，即可確定，其 計(jì)算公式如下：I （%） =NMX 10-71-exp（-0.693t

24、/t1/2）式中：I 工業(yè)上引發(fā)劑用量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） ，%；Nr引發(fā)劑理論消耗量，等于（1加減慢0.1 ） mol/t.）；用AIBN時(shí)，取0.9;用DCPD EHP等過(guò)氧化二碳酯時(shí)，取 1.1;M引發(fā)劑的相對(duì)分子質(zhì)量；t 聚合時(shí)間/h;t1/2 引發(fā)劑分解半衰期/ho工業(yè)生產(chǎn)中聚合時(shí)間一般控制在 510h,應(yīng)用選擇11/2為23h的引發(fā)劑。如果 采用復(fù)合型引發(fā)劑，最好是一種引發(fā)劑的 11/2為46h。3 .分散劑工業(yè)常用主要有明膠、聚乙烯醇、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、苯乙烯-順丁烯二酸酊等。工業(yè)上常以纖維素類（如羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素等）和醇解度75%90% 的聚乙烯醇為主分散劑，以

25、非離子山梨糖醇，如一月桂酸酯、一硬脂酸酯、三硬脂酸 酯等為助分散劑，兩者進(jìn)行復(fù)合使用效果也很好。4 .水質(zhì)與水量氯乙烯懸浮聚合用水應(yīng)是去離子，其規(guī)格要求如表去離子的規(guī)格所示。尤其水中的氯離子、鐵和氧等的含量要嚴(yán)格控制，其中氯離子超過(guò)一定含量 會(huì)造成樹(shù)脂顆粒不均；水中的鐵會(huì)降低樹(shù)脂的熱穩(wěn)定性，并能終止反應(yīng)。水的用量與樹(shù)脂內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，緊密型樹(shù)脂（以吸膠為分散劑）的生產(chǎn)，單體與 水的質(zhì)量比為1: 1.11:1.3;疏松型樹(shù)脂（以聚乙烯醇為分散劑）的生產(chǎn)，單體與 水的質(zhì)量比為1: 11: 2.0。5 .系統(tǒng)中的氧因?yàn)檠鯇?duì)聚合有緩聚和阻聚作用，在單體自由基存在下，氧能與單體作用生成過(guò)氧化高聚物-CH2

26、-CHCL-O-O-n,該物質(zhì)易水解成酸類，破壞懸浮液 和產(chǎn)品的穩(wěn)定性。所以，無(wú)論從聚合的角度還是從安全的角度都應(yīng)將各各原料中的氧 和系統(tǒng)中的氧徹底清除干凈。6 .其他助劑：a. pH調(diào)節(jié)劑 氯乙烯懸浮聚合的pH值控制在78,即在偏堿性的條件下進(jìn)行 聚合。這樣可確保引發(fā)劑良好的分解速率， 分散劑的穩(wěn)定性防止因產(chǎn)物裂解時(shí)產(chǎn)生的 HCL造成懸浮液的不穩(wěn)定，進(jìn)而造成黏釜、清釜、傳熱的困難，并影響產(chǎn)品質(zhì)量。為此需要加入水溶性碳酸鹽、磷酸鹽、醋酸鈉等起緩沖作用的pH調(diào)節(jié)劑。b.防止黏釜?jiǎng)?在氯乙烯的懸浮聚合中，存在著黏釜現(xiàn)象，它不但影響聚合的 傳熱，也影響產(chǎn)品的質(zhì)量。另外，人工清釜?jiǎng)趧?dòng)強(qiáng)度大，條件惡劣，

27、影響工人健康。 常用的防止黏釜的方法有選擇合適的引發(fā)劑；在水相中加入水相阻聚劑如次甲基藍(lán)、 硫化鈉等；在釜民壁、攪拌器等設(shè)備上噴涂一定量的防黏釜?jiǎng)?常見(jiàn)的防黏釜?jiǎng)┤缢?浴黑、亞硝基P鹽，還有多元酚的縮合物等。一旦發(fā)現(xiàn)有黏釜現(xiàn)象，采用高壓（14.7 39.2Mpa）水沖洗法清洗。c.泡沫抑制（消泡劑）鄰苯二甲酸二丁酯、（未）飽和的GG?？⑺岣视王サ?。還有熱穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑等。7 .聚合溫度與壓力a.聚合溫度氯乙烯懸浮聚合溫度的高低決定著聚合產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量大 小，因此，當(dāng)配方確定以后必須嚴(yán)格控制聚合的溫度。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般控制在指 定溫度的正負(fù)0.5 C范圍內(nèi)，最好是控制在正負(fù) 0.2 C范

28、圍內(nèi)。并且，要確保溫度控 制平穩(wěn)，要有降溫處理手段，防止出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，一般采用大流量低溫差循環(huán)方式。 最好采用計(jì)算機(jī)數(shù)控聯(lián)機(jī)質(zhì)量控制系統(tǒng)。b.聚合壓力 在聚合溫度下，氯乙烯有相應(yīng)的蒸汽壓力，只有在聚合末期，大 最單體聚合后，壓力才明顯下降7。2.3 工藝路線的選擇1 .3.1工藝路線選擇原則工藝路線的選擇即生產(chǎn)方法的選擇。輕化工產(chǎn)品生產(chǎn)的特點(diǎn)之一就是生產(chǎn)方法的 多樣化。如果，一種產(chǎn)品的生產(chǎn)只有一種定型的生產(chǎn)方法，那么在工藝路線上就無(wú)須選擇；如果，一種產(chǎn)品的生產(chǎn)有幾種不同的生產(chǎn)方法， 這就要對(duì)不同的工藝路線逐個(gè) 進(jìn)行分析研究，通過(guò)比較分析，從中找出一條符合實(shí)際的最好的工藝路線。工藝路線一經(jīng)確定，

29、即可進(jìn)行工藝流程的設(shè)計(jì)，因此，工藝路線是工藝流程設(shè)計(jì)的依據(jù)。1 .先進(jìn)性2 .可靠性3 .結(jié)合國(guó)情，因地制宜綜上所述，本設(shè)計(jì)采用乳液懸浮法在引發(fā)劑作用下發(fā)生加成反應(yīng)制取聚氯乙烯樹(shù) 脂。2 .3.2聚氯乙烯懸浮法具體工藝路線如下：3 .聚合 懸浮聚合的過(guò)程是先將去離子水用泵打入聚合釜中啟動(dòng)攪拌器，依次將分散劑溶液、引發(fā)劑及其他助劑加入聚合釜內(nèi)。 然后，對(duì)聚合釜夾套內(nèi)通入蒸汽和 熱水，當(dāng)聚合釜內(nèi)溫度升高至聚合溫度（5058 C）后，改通冷卻水，控制聚合溫度不超過(guò)規(guī)定溫度的正負(fù)0.5 C。當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)6070%,有自加速現(xiàn)象發(fā)生，反應(yīng)加快， 放熱現(xiàn)象激烈，應(yīng)加大冷卻水量。待釜內(nèi)壓力從最高0.6870.

30、981Mpa時(shí)，可泄壓出料，使聚合物膨脹。因?yàn)榫勐纫蚁┝５氖杷沙潭扰c泄壓膨脹的壓力有關(guān)，所以要根據(jù) 不同要求控制泄壓壓力。未聚合的氯乙烯單體經(jīng)泡沫捕集器排入氯乙烯氣柜，循環(huán)使用。被氯乙烯氣體帶 出的少量樹(shù)脂在泡沫捕集器捕集下來(lái)，流至沉降池中，作為次品處理。4 .堿處理 聚合物懸浮液送堿處理釜，用濃度為 36%42%的NaOH容液處理， 加入量為懸浮液的0.05%0.2%,用蒸汽直接加熱至7080c，維持1.52.0h,然后 用氮?dú)膺M(jìn)行吹氣降溫至65c雙下時(shí)，再送去過(guò)濾和洗滌。堿處理的目的：破壞殘存的引發(fā)劑、分散劑、低聚物和揮發(fā)性物質(zhì)，使其變成能溶于熱水的物質(zhì)，便于水洗清除。5 .樹(shù)脂的干燥方法

31、聚氯乙烯樹(shù)脂的干燥方法多是采用二段干燥法，即氣流干燥 管與沸騰床干燥器結(jié)合使用，其中氣流干燥管脫除的是樹(shù)脂上的表面非結(jié)合水，沸騰 床干燥器脫除的是樹(shù)脂內(nèi)部結(jié)合水。 這里的第二段干燥過(guò)程由于物料停留時(shí)間長(zhǎng)， 投 資較大，熱效率較差，費(fèi)用較高，因此，國(guó)內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)改進(jìn)較大，如赫司特公司采 用的MS頂風(fēng)干燥器，具有停留時(shí)間適用、熱效率利用好的特點(diǎn)。MS碩風(fēng)干燥器在旋轉(zhuǎn)流動(dòng)中使熱氣體和固體樹(shù)脂接觸干燥樹(shù)脂。干燥器為一個(gè) 垂直的圓柱形塔，其中用環(huán)形擋板分成若干個(gè)干燥室。將熱氣和濕樹(shù)脂切向高速進(jìn)入 最下面的室A,在A室利用離心力將固體樹(shù)脂顆粒與氣體分離開(kāi)來(lái)。粉粒在室A中旋轉(zhuǎn)流動(dòng)中通過(guò)擋板的中心開(kāi)口流入上層

32、 B室。同時(shí)，親的樹(shù)脂進(jìn)入室 A,過(guò)一段時(shí)間 后，這個(gè)室開(kāi)始充滿樹(shù)脂，這時(shí)，樹(shù)脂粒子開(kāi)始經(jīng)擋板的中心開(kāi)口逸入室B,先是最細(xì)顆粒，最后是最粗的顆粒進(jìn)入室 Bo返回錐形擋板的中心開(kāi)口時(shí)，旋轉(zhuǎn)的粉粒受離 心力作用和固體粒子受室壁壓力散開(kāi)， 在這里它們停止運(yùn)動(dòng)，返回錐形擋板的中心開(kāi) 口，這樣進(jìn)入下一個(gè)室。這時(shí)再次用旋轉(zhuǎn)氣流輸送這些樹(shù)脂顆粒。用這樣的方法使樹(shù) 脂充滿每一個(gè)干燥室。攜帶著樹(shù)脂粉粒的氣體離開(kāi)干燥室的頂部輸送到氣固分離器。利用這種旋風(fēng)分離干燥器干燥的高度疏松聚氯乙烯樹(shù)脂，干燥前含水量為30%干燥后的含苞欲放水量下降到0.2%以下。6 .脫水與成品：在臥式刮刀自動(dòng)離心機(jī)或螺旋沉降式離心機(jī)中，先進(jìn)

33、行過(guò)濾， 再用7080c熱水洗滌二次。經(jīng)脫水后的樹(shù)脂具有一定含水量，經(jīng)螺旋輸送器送入 氣流干燥管，以140150c熱風(fēng)為載體進(jìn)行第一段干燥，出口樹(shù)脂含水量小于4%得到含水量小于0.3%再送入以120c熱風(fēng)為載體的沸騰床干燥器中進(jìn)行第二段干燥, 的聚氯乙烯樹(shù)脂。再經(jīng)篩分、包裝后入庫(kù)8 o7 .3.3工藝流程示意圖去離子水 聚乙烯 引發(fā)劑 助劑漿 料 排 放 槽堿處理釜離心分離槽成品儲(chǔ)存與包裝旋 風(fēng) 干 燥 床2.4 工藝配方和工藝參數(shù)2.4.1 工藝配方（質(zhì)量份）去離子水100氯乙烯5070懸浮劑（聚乙烯醇）0.050.5引發(fā)劑（過(guò)氧化二碳酸二異丙醇）0. 020.3EHP&氧化二碳酸二

34、（2-乙基己酯）緩沖劑（磷酸氫二鈉）00.1消泡劑（鄰苯二甲酸二丁酯）00.0022.4.2 工藝參數(shù):聚合聚合溫度5058c （依PVCS號(hào)而定）聚合壓力初始0.6870.981Mpa結(jié)束 0.249 0.196Mpa聚合時(shí)間812h轉(zhuǎn)化率 90%堿處理NaOHft 度36%-42%加入量聚合漿液的0.05 %0.2 %溫度 7080%時(shí)間 1.52.0h脫水緊密型樹(shù)脂含水率8%15%疏松型樹(shù)脂含水率15%20%干燥第一段氣流干燥管干燥干燥溫度 140150c風(fēng)速15m/s物料停留時(shí)間1.2s含水率<4%第二段沸騰床干燥干燥溫度計(jì)120 C物料停留時(shí)間12min含水率<0.3%第

35、三章 物料衡算3.1 物料衡算的意義和作用物料衡算是化工計(jì)算中最基本， 最重要的內(nèi)容之一，是進(jìn)行化工計(jì)算的基礎(chǔ)。在 化學(xué)工程中，為了導(dǎo)出某一過(guò)程的基本方程式和建立數(shù)學(xué)模型， 設(shè)計(jì)或改造工藝流程 和設(shè)備，了解和控制生產(chǎn)操作過(guò)程，核算生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益等都要進(jìn)行物料衡算。物料衡算在生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中都得到廣泛的應(yīng)用。在工廠設(shè)計(jì)中，物料衡算是在工藝流程 及工藝參數(shù)確定后即開(kāi)始的一項(xiàng)化工計(jì)算工作。由此，設(shè)計(jì)工作從定性分析轉(zhuǎn)入定量計(jì)算。物料衡算是通過(guò)每一道工序的物料變化情況進(jìn)行平衡計(jì)算，從而得到在正常生產(chǎn)情況下各種物料的量。通過(guò)物料平衡，在已知產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)情況下，算出所需原材 料，生成的副產(chǎn)品及廢物等的生成量

36、； 或者在已知原材料投放的情況下算出產(chǎn)品， 副 產(chǎn)品及廢物量。止匕外，通過(guò)物料衡算，不僅可算出原材料消耗定額，算出生產(chǎn)過(guò)程所 需的熱量或冷量，同時(shí)為設(shè)備選型和計(jì)算提供依據(jù)，物料衡算的結(jié)果直接關(guān)系到生產(chǎn) 成本和車間運(yùn)輸量，對(duì)工廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有舉足輕重的影響。3.2 物料衡算的方法與步驟1.收集計(jì)算數(shù)據(jù)(1)原料，輔料，中間產(chǎn)物及產(chǎn)品的規(guī)格(2)過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)的物流量(3)有關(guān)消耗定額(4)有關(guān)轉(zhuǎn)化率，選擇性，單程收率(5)有關(guān)物理化學(xué)常數(shù)2 .畫(huà)物料流程圖根據(jù)計(jì)算任務(wù)畫(huà)物料流程圖或物料衡算方框圖。 畫(huà)圖的目的是為了物料衡算時(shí)分 析問(wèn)題，便于展開(kāi)計(jì)算以及為建立方程式作好準(zhǔn)備。因此，這種圖要畫(huà)得相

37、當(dāng)詳盡， 不但所有已知數(shù)據(jù)要標(biāo)明在圖上， 那些待求的未知數(shù)據(jù)(以恰當(dāng)?shù)姆?hào)表示)也應(yīng)一 并標(biāo)明在圖上，還應(yīng)畫(huà)出所有物料線，并包括每股物料的名稱，數(shù)量，組成及流向， 以及與計(jì)算有關(guān)的工藝條件(如溫度，壓力，流量，配比等) 。3 .確定衡算范圍在物料衡算中，會(huì)遇到較復(fù)雜的計(jì)算。為了便于計(jì)算，常采用劃定衡算范圍的方 法。衡算范圍一經(jīng)劃定，便可假想成為一個(gè)獨(dú)立的體系，凡是通過(guò)邊界進(jìn)入體系的物 料屬于輸入項(xiàng)，凡是穿越邊界離開(kāi)體系的物料屬于輸出項(xiàng)。4 .選定計(jì)算基準(zhǔn)若作為計(jì)算基準(zhǔn)的數(shù)量在流程中是已知的， 如已知單位時(shí)間內(nèi)原料投放量，則以 此數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，采用“順?biāo)惴ā?，就能方便的?jì)算出單位時(shí)間的產(chǎn)品，中間產(chǎn)

38、品以及三廢的各股物料量。若已知產(chǎn)品量，而中間的計(jì)算步驟很多，很難一下子算出原料量， 此時(shí)可采取“倒推法”，即由已知產(chǎn)品量從后往前反算出其他各股物料量。倘若年產(chǎn) 量在數(shù)值上太大，計(jì)算起來(lái)不方便，則可先按100千克或100摩爾原料（也可按任何 別的方便的數(shù)量）出發(fā)進(jìn)行計(jì)算。算出產(chǎn)品產(chǎn)量后，與實(shí)際產(chǎn)量進(jìn)行比較，求出相差 的系數(shù)，以此系數(shù)分別乘以原假設(shè)量，即可得到各股物料的實(shí)際量。5 .列出輸入-輸出物料平衡表此表用來(lái)描述和識(shí)別所有進(jìn)入體系和離開(kāi)體系的物料。表中列出了已知量和要求 解的未知量，有時(shí)還列出經(jīng)過(guò)導(dǎo)出和計(jì)算的有關(guān)數(shù)據(jù)。6 .5.3物料衡算生產(chǎn)任務(wù)：1天10千克每天生產(chǎn)量：10千克每小時(shí)生產(chǎn)量

39、：10/24=0.417千克/小時(shí)1聚合釜物料衡算去離子水純度100%氯乙烯純度99%懸浮劑（聚乙烯醇）97%引發(fā)劑（過(guò)氧化二碳酸二異丙醇）97%緩沖劑（磷酸氫二鈉）99%消泡劑（鄰苯二甲酸二丁酯）99%轉(zhuǎn)化率：93%（1）進(jìn)料去離子水:0.717氯乙烯: 引發(fā)劑: 懸浮劑 緩沖劑0.4480.000150.000350.00075千克/小時(shí)千克/小時(shí)千克/小時(shí) 千克/小時(shí) 千克/小時(shí)（2）出料去離子水：0.68千克/小時(shí)聚氯乙烯：0.427千克/小時(shí)氯乙烯：0.0084千克/小時(shí)引發(fā)劑：0.0017克/小時(shí)懸浮劑0.00035千克/小時(shí)緩沖劑0.00075千克/小時(shí)2堿中和釜物料衡算NaOH

40、§液濃度：36%NaOH§液：聚氯乙烯0.2: 100溶劑水：0.0067千克/小時(shí)聚氯乙烯：0.4236千克/小時(shí)轉(zhuǎn)化率為99.9%(1)進(jìn)料NaOH§ 液：0.0017克/小時(shí)溶劑水：0.0067千克/小時(shí)聚氯乙烯：0.4236千克/小時(shí)(2)出料NaOH§ 液：0.0017克/小時(shí)溶劑水：0.0067千克/小時(shí)聚氯乙烯：0.4236千克/小時(shí)2.6熱量衡算2.6.1 熱量衡算的意義和作用精細(xì)化工生產(chǎn)一般在規(guī)定的壓力，溫度和時(shí)間等溫度等工藝條件下進(jìn)行，生產(chǎn)過(guò) 程中包括有化學(xué)過(guò)程和物理過(guò)程，往往伴隨著能量變化。因此，必須進(jìn)行能量衡算。 生產(chǎn)中一般無(wú)軸功

41、或軸功相對(duì)較小，可以忽略不計(jì)。因此，能量衡算實(shí)質(zhì)上是熱量衡算。生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的化學(xué)熱效應(yīng)與物理變化熱效應(yīng)會(huì)使物料溫度上升或下降，為了保證生產(chǎn)過(guò)程在一定溫度條件下進(jìn)行則需要環(huán)境對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)有熱量的加入或放出， 對(duì)于新車間設(shè)計(jì)，熱量衡算是在物料衡算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。 通過(guò)熱量衡算，可以確定 傳熱設(shè)備的熱負(fù)荷，即在規(guī)定時(shí)間中加入和移出的熱量，從而確定傳熱劑的消耗量， 選擇合適的傳熱方式，計(jì)算傳熱面積。熱量衡算和物料衡算相結(jié)合，通過(guò)工藝計(jì)算， 可以確定設(shè)備的工藝尺寸，如設(shè)備的臺(tái)數(shù)，容積，傳熱面積等參數(shù)。2.6.2 熱量衡算及所需的熱質(zhì)的量在解決實(shí)際問(wèn)題中，熱平衡方程為:Ql+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6

42、式中：Qi各股物料帶入的熱量Q2加熱劑(或冷卻劑)傳給設(shè)備和物料的熱量Q3各種熱效應(yīng)，如反應(yīng)熱，溶解熱等Q4各股物料帶走的熱量Q5消耗在加熱設(shè)備上的熱量Q6熱損失水的比熱為4.2KJ/ (Kg C )乙烯的比熱為2.3KJ/ (Kg C)引發(fā)劑和助劑的平均的比熱為 2.7KJ/ (Kg C)總熱損失(Q5+ Q6)為反應(yīng)熱的10%1 .聚合釜的熱量衡算氯乙烯水”25 c 水 聚18 c 合引發(fā)劑和助劑J釜 聚乙烯1rCp1 =4.2X ( 100/146.3) +2.3X ( 46.3/146.3) =2.71 KJ/ (Kg C)Cp2 =2.7 X (124.4/146.3) +2.9 X

43、 (15/146.3) +2.3 X (6.9/146.3) =2.7 KJ/ (Kg C)Q3=911.46KJQ1 = Cp1 x mxt1Q4=Cp2 x mxt2Q5+ Q6= Q2X10%利用Qi+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 (Q2符號(hào)為負(fù))可求得:Q2=829.4KJ2 .堿中和的熱量衡算聚乙烯聚乙烯18 cNaOH§液水雜質(zhì)25 CCp1=2.7X ( 124.4/146.3) +2.9X (15/146.3) +2.3X (6.9/146.3) =2.7 KJ/ (Kg c)(4.63/146.3) =2.67 KJ/ ( Kg c )Cp2 =2.7X (131.

44、7/146.3) +2.9X (10/146.3) +2.3XQ3=10.5X4.3868X73=0.5347KJQi= Cp1 x m x t1Q4= Cp2 x m x t2Q5+ Q6= Q2X 10%利用Ql+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 （Q2符號(hào)為負(fù)）可求得:Q2=0.495KJ 2 旋風(fēng)干燥床熱量衡算聚乙烯聚乙烯25 c 水易揮發(fā)雜質(zhì)雜質(zhì)Cp1=2.7X (131.7/146.3) +2.9X (10/146.3) +2.3X (4.63/146.3) =2.67KJ/(Kg - c)Cp2=2.7X (136.4/146.3) +2.9X (7/146.3) +2.3X (3.

45、24/146.3) =2.69 KJ/ (Kg - c)Q3=34.43KJQ1= Cp1 x m x t1Q4= Cp2 x m x t2Q5+ Q6= Q2X10%利用Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 (Q2符號(hào)為負(fù))可求得：Q2=31.6KJ第5章設(shè)備選型5.1選型原則1 .滿足工藝要求設(shè)備的選擇和計(jì)算必須充分考慮工藝上的要求，力求做到技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，亦即選用的設(shè)備能與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)， 并應(yīng)獲得最大的單位產(chǎn)量；能適應(yīng)產(chǎn)品品 種變化的要求，并確保產(chǎn)品的質(zhì)量；能降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；能降低原材 料及相應(yīng)的公用工程（水，電，氣）的單耗；能改善環(huán)境保護(hù)，設(shè)備制造較易，材料 易得

46、，操作及維修保養(yǎng)方便。設(shè)備選擇時(shí)，要能完全滿足上述方面的條件是相當(dāng)困難的， 但一定要參照上述幾 個(gè)方面對(duì)擬采用個(gè)設(shè)備進(jìn)行詳盡地比較，并拿出最佳的方案來(lái)。2 .設(shè)備成熟可靠作為工業(yè)生產(chǎn)，不允許把不成熟或未經(jīng)生產(chǎn)考驗(yàn)的設(shè)備用于設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中所選用 的設(shè)備不但技術(shù)性能要可靠，設(shè)備材質(zhì)也要可靠。對(duì)從國(guó)外引進(jìn)的設(shè)備，同樣必須強(qiáng) 調(diào)設(shè)備及其所采用材質(zhì)的可靠性， 特別對(duì)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，一定要在充分調(diào)查研究 和對(duì)比的基礎(chǔ)上，作出科學(xué)的選定。3 .盡量采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備在設(shè)備選型時(shí)應(yīng)盡量采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備， 這樣不僅可以節(jié)約外匯，而且可以促進(jìn)我國(guó) 機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展。當(dāng)然根據(jù)條件和可能，引進(jìn)少量進(jìn)口裝置或關(guān)鍵設(shè)備也是不要

47、的，但同樣必須堅(jiān)持設(shè)備先進(jìn)可靠，經(jīng)濟(jì)合理，并應(yīng)考慮在引進(jìn)的基礎(chǔ)上如何消化吸 收以及仿制工作6。5.2 關(guān)鍵設(shè)備選擇5.2.1 釜的計(jì)算對(duì)于連續(xù)反應(yīng)釜(3-1)V t Vh n 6 m ；式中： V h每小時(shí)處理的物料量T 反應(yīng)所需的時(shí)間n設(shè)備備用系數(shù):裝料系數(shù)(1)聚合釜的主要參數(shù) 氯乙烯懸浮聚合采用的是釜式聚合反應(yīng)器。聚合釜的 材質(zhì)有復(fù)合鋼板、全不銹鋼和搪瓷三種。聚合釜的趨勢(shì)是大型化，國(guó)內(nèi)普遍采用的是33m復(fù)合鋼板釜。國(guó)外采用的聚合釜 容積更大，如日本采用127m聚合釜。(2)聚合釜的傳熱聚合的傳熱能力在相當(dāng)程度上意味著釜的生產(chǎn)能力。聚合釜的傳熱能力可以用下式表示：Q=KA Atm式中Q 傳

48、熱能力或傳熱速度/ (kJ h);A 傳熱面積/ m2;K傳熱系數(shù) /W/ (m2 - K) tm 傳熱溫差/ C提高傳熱能力的途徑有三個(gè)：一是增大傳熱面積；二是提高傳熱系數(shù)；三是增大 傳熱溫度差。傳熱面積影響聚合釜傳熱面積的因素有聚合釜的高徑和容積高徑比 高徑比(aspect ratio )等于L/D。高徑比越大(瘦長(zhǎng)型)，則釜的傳 熱面積越大；L/D=1時(shí)，釜的傳熱面積最小。高徑比的大小不僅影響釜的傳熱面積，還影響攪拌器的安裝。按日本日立公司的觀點(diǎn)是，當(dāng)釜的容積小于 30褶時(shí)，傳熱面積是主要矛盾，因此 L/D應(yīng)大些；當(dāng)釜 的容積大于30 1tf時(shí)，攪拌器是主要矛盾，因此L/D應(yīng)小些。按神鋼

49、法德拉的觀點(diǎn)是， 無(wú)論多大的釜，攪拌器是主要矛盾，因此， L/D要小些。我國(guó)的觀點(diǎn)與日立公司的觀 點(diǎn)基本相同，一般 L/D在1.54左右。比傳熱面積 聚合釜的傳熱面積大小，隨釜容積的增加而減小。一般用單位體積 的傳熱面積，即比傳熱面積 A/V(m/m3)表示。如當(dāng)L/D=1.2時(shí)，存在A=4.77V.65關(guān) 系，若將容積為14m的釜放大到50 m3,后者的比傳熱面積將下降為前者的 37%為此，當(dāng)聚合釜的容積增大以后，但熱面積不夠時(shí)可采用釜內(nèi)加冷管或D型擋板或釜頂冷凝器等來(lái)增加傳熱面積。如國(guó)內(nèi)80m聚合釜即有4組內(nèi)冷管又有釜頂冷凝器，德國(guó)200m聚合釜無(wú)內(nèi)冷管而是加入少量擋板和釜頂冷凝器。注意加

50、內(nèi)冷管后對(duì) 攪拌和黏釜都有一定影響，因此，能不加還是不加，或盡量少加。傳熱系數(shù) 傳熱性能好的聚合釜彳熱系數(shù)姨般可達(dá) 465582W/(褶 K),甚至 在689 W/ (m2 - K)以上，搪瓷釜可以達(dá)349W/ ( m2 - K)以上。當(dāng)彳熱系數(shù)在 233 W/ (m2 - K)以下時(shí)，則認(rèn)為傳熱不能好應(yīng)該強(qiáng)化。影響傳熱系數(shù)的因素如下式所示。1/K=1/ai+Z2 ai , a2 (修改)式中：K 分別為釜內(nèi)和外給熱系數(shù)，W/(itf-K)；ai為釜壁黏釜物層、不銹鋼層、碳鋼層、搪瓷層、水垢層各層的厚度，m;a2為釜壁黏釜物層、不銹鋼層、碳鋼層、搪瓷層、水垢層各層的熱導(dǎo)率，W/釜內(nèi)壁給熱系數(shù)

51、ai值愈大。(itf K)；ai 體系黏度愈小，攪拌強(qiáng)度愈大，則內(nèi)壁液膜愈薄，熱阻愈小,釜外壁給熱系數(shù)a2 釜外夾套內(nèi)通有冷卻水，以散除聚合熱。釜外壁給熱系數(shù)一 般波動(dòng)在5825820W/(nf K)之間，主要由水流動(dòng)狀況而定。傳熱性能良好的聚 合釜一般要求 &在23263489W/(m2 - K)以上。1對(duì)于聚合釜去離子水：0.717千克/小時(shí)氯乙烯：0.448千克/小時(shí)引發(fā)劑： 0.00015千克/小時(shí)懸浮劑0.00035千克/小時(shí)緩沖劑0.00075千克/小時(shí)Vh=Vi+V2+V3=86.7 cm3Vh . n3V =i20 cm2.堿中和釜克/小時(shí)千克/小時(shí)NaOH§

52、 液：0.00i7溶劑水：0.00670.4236千克/小時(shí)聚氯乙烯：Vh=Vl+V2+V3+V4 =55cm3一一 3=138cm3.2.2塔（釜）的高度與直徑的計(jì)算1.對(duì)于聚合釜設(shè)釜內(nèi)徑為Do,筒高為H,高徑比r=1V Vo = ： Do2 H 8Vo 封頭容積4 1.1 一 =1.12m3.14查壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)P256表2-2-6橢圓形封頭尺寸與質(zhì)量取3Do=1100mm,則封頭直邊局度 ho=25mm,曲邊圖度h1=275mm,谷積Vo=0.198m=0.95m一 4(V -Vo)4 (1.1-0.198)二 Do23.14 1.1 1.1HDo0.951.1= 0.862

53、對(duì)于堿中和釜設(shè)釜內(nèi)徑為Do,筒高為H,高徑比r=1V -Vo = - Do2 H4Vo 封頭容積=1.31m4V 4 1.76Do= 33,.二 1 3.14查壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)P256表2-2-6橢圓形封頭尺寸與質(zhì)量3取Do=1300mm,則封頭直邊局度 h0=25mm,曲邊圖度h1=325mm,谷積Vo=0.321m一 4(V -Vo)4 (1.76 -0.321)一一一 1.08m二 Do23.14 1.3 1.3HDoJ.081.3=0.833.2.3釜壁厚計(jì)算根據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)選用鋼號(hào)0Cr18Ni9鋼板標(biāo)準(zhǔn)GB 4237參考鋼板許用應(yīng)力 計(jì)算厚度二(3-2)_ PDi 8'2:PC = C1 C2式中:Ci壁厚附加量一鋼板負(fù)偏差C2腐蝕裕量1.對(duì)于聚合釜PDi2二；- PPDi2二：- P0.1 13002 114 0.85-0.1=0.67 mm0.1 1100 =0.57 mm 2 114 0.85-0.1殼體加工成形后(不包括腐蝕裕量)的最批小壁厚按下列條件確定:(1