年产2万吨聚氯乙烯聚合反应釜设计设计

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1、 年产2万吨聚氯乙烯聚合反映釜设计 前言随着计算机技术的发展, 微型计算机越来越广泛地用于化工生产过程的控制。过去, 衙化公司电化厂的聚合釜控制由人工操作, 不仅劳动强度大, 并且控制精度低, 往往发生树脂转型。从1 9 8 9 年开始, 衡化公司电化厂和衙化公司开发处对电化厂聚合釜的微机控制进行了开发研制工作, 总共投资了万元。其控制对象重要是聚合釜下层温度和夹套水温。采用一台单板针算机( 下位机)控制5 只聚合釜温度, 并且通过R S 一2 32 C口向IB M一P C ( 上位机) 传递现场信息以实现数据的存储、图形显示、打印制表等多种功能。该系统自1 9 9 0 .09 月投运以来,

2、不仅安全可靠, 并且各项经济技术指标均符合设计规定。聚氯乙烯是五大通用树脂之一，由于具有良好的性能，应用领域最宽，在全世界得到了广泛应用。国内是世界上PVC生产和消费发展最快的国家。本设计基于对PVC四种合成措施的比较，选用悬浮法聚合工艺。同步简介了国内聚氯乙烯生产的常用技术，通过对悬浮法进行进一步分析，提出聚氯乙烯生产技术的新方向。拟定悬浮法聚氯乙烯生产工艺的基本上进行了物料衡算，热量衡算，设备选型等。在此基本上,绘制聚合反映工段的基本工艺流程图和主体聚合反映釜的装配图。通过本次设计,理解了化工工艺生产的各个环节和实行环节, 掌握了化工设计的基本程序和措施,结识到理论实验到工厂大规模生产的转

3、变过程.目录前言I目录II第一章 综述11.1 国内外PVC发展状况及趋势11.1.1PVC简介11.1.2国内聚氯乙烯发展动态及趋势11.1.3国外聚氯乙烯发展动态及趋势11.2聚合工艺措施21.2.1悬浮聚合31.3悬浮聚合工艺流程论述31.3.1 加料系统41.3.2 聚合系统41.3.3 回收系统51.3.4 干燥系统51.4原料及其她重要组分61.5 原料及产品性能6第二章 影响聚合产品质量的因素7第三章 工艺计算83.1 物料衡算83.1.1 聚合釜83.1.2 出料槽103.1.3 汽提塔10第四章 化工设备的选型和设计计算134.1 聚合釜的选型134.1.1 验算2045参照

4、文献31 第一章 综述1.1 国内外PVC发展状况及趋势1.1.1PVC简介聚氯乙烯(PVC)是五大通用合成树脂之一，其制品具有质轻柔软、机械强度高、耐腐蚀、绝缘透明等性能，广泛应用于工业、农业、建筑、包装等领域。1.1.2国内聚氯乙烯发展动态及趋势 国内PVC发展的现状。产能迅速增长，构造调节势在必行，截至国内PVC总产量达97家，产能40万吨以上的公司目前已有17家了，产能的比重达到了45%以上，总体来看从到国内聚氯乙烯的产能和产量也在迅速增长，我们可以看出产能方面从产能达到664万吨，到2200万吨。从产量上可以看到，达到了503万吨，到1295万吨，增幅达到了231%。从市场的需求数据

5、来分析，中国的聚氯乙烯的体现需求量已经突破了1000万吨，受到金融危机的影响，体现的需求量下降到了923万吨，随着国内经济政策刺激的显现，体现突破了1000万吨，估计在市场需求量将达到1416万吨左右，与相比将有4.1%的增长。 变化国内聚氯乙烯公司的规模构造、提高装置国产化水平，改善国内聚氯乙烯行业经济效益、提高竞争能力。 开发新品种，开拓新领域是国内聚氯乙烯行业的发展重点。目前，在这方面与国外的差距较大，也是进口量增长的一种因素。此后国内PVC行业应注重PVC专用品种的开发与生产，通过多种改性技术增长PVC专用料比例，进一步拓宽应用领域，扩大市场份额，提高产品的附加值116J。如导电(抗静

6、电)PVC；低发泡挤出管材专用科：超高超低聚合度PVC；耐高温食品瓶用混合料；超高流动性科；弹性料等。1.1.3国外聚氯乙烯发展动态及趋势世界PVC的生产以乙烯为原料的占90以上，其他的是以乙炔为原料。国外PVC的发展趋势重要在改善工艺路线、提高产品性能、减少环境污染等方面(1)PVC的生产发展趋势是装置大型化。聚合釜单台容积已达135m3左右，多数为70110 m3。单套装置能力最大已达50万吨年。(2)采用高活性引起剂、复合分散剂、迅速终结剂，缩短聚合反映周期，提高聚合釜的生产强度，可提高到200tm3a以上，有的甚至达到500tm3.a。(3)优化工艺，节能降耗。如采用高效催化剂，减少设

7、备尺寸，减少投资，提高收率，减少消耗，简化净化流程；粘釜技术不断发展，形成喷涂防粘釜和改善釜壁材料两种体系；开发节能型干燥器等。(4)开发新的原料路线，以乙烷为原料，替代价格相对较贵的乙烯，减少PVC的生产成本。(5)使用将氯化氢转化为氯来替代原平衡氧氯化工艺的氧氯化单元，以简化生产工艺、减少投资。1.2聚合工艺措施目前，PVC的聚合措施重要有四种：本体法、乳液法、溶液法、悬浮法。其中以悬浮法生产的PVC占总量近80%，在PVC生产中占重要地位。近年来，该技术已获得突破性进展。1.2.1悬浮聚合借助机械搅拌和分散剂的作用，使VCM单体以小液滴悬浮在水中，形成稳定的悬浮体进行聚合。因采用悬浮法聚

8、合PVC生成技术易于调节品种，生成过程易于控制，设备和运营费用低，易于大规模组织生产而得到广泛的应用。悬浮法聚氯乙烯生产技术日新月异，并在工艺和工程两方面都获得了突破性进展。在工艺技术方面，重要表目前：产品牌号多，质量稳定，用途日益广泛，聚合反映和产品后解决技术日趋完善，能耗物耗减少等。在聚合工程技术方面，重要表目前：聚合釜大型化，聚合生产控制技术先进，聚合釜传热能力大，单釜生产强度高。国内PVC工业起步于1958年，生产工艺技术近十几年来获得了长足的进展。如复合分散剂和引起剂、链转移剂、热稳定剂和终结剂等的广泛应用：防粘釜技术得到提高；在后解决工序中普遍采用持续汽提工艺；干燥多采用气流或流化

9、床干燥器等。但是长期以来，高消耗、低效率始终制约着国内聚氯乙烯行业的技术进步和整体水平的提高，其中聚合过程是重要影响环节。液态氯乙烯单体以水为分散介质，并加入合适的分散剂和不溶于水而溶于单体的引起剂，在一定温度下，借助搅拌作用，使其呈珠粒状悬浮于水相中进行聚合。聚合完毕后，经碱洗、汽提、离心、干燥得到白色粉末状PVC树脂。选用不同的悬浮分散剂，可得到颗粒构造和形态不同的两类树脂。国产牌号分为SG-疏松型（“棉花球”型）树脂；XJ-紧密型（“乒乓球”型）树脂。疏松型树脂吸油性好，干流动性佳，易塑化，成型时间短，加工操作以便，合用于粉料直接成型，因而一般选用悬浮法聚合的疏松型树脂，作为PVC制品成

10、型的基本原料。目前各树脂厂所生产的悬浮法PVC树脂，基本上都是疏松型的。 结合本次设计的基本规定可以得出：采用悬浮聚合。1.3悬浮聚合工艺流程论述1.3.1 加料系统加料系统涉及：VCM贮存与进料，脱盐水的贮存与加料，注入水与冲洗水的加料，助剂的配制及加料（缓冲剂、调节剂、引起剂、终结剂）。进料方式重要有冷态非同步进料和热水同步进料。先加入常温的VCM和水,同步加入多种助剂,然后升温开始聚合,被称为冷态非同步进料。升温需要4060min/釜,升温使釜壁附近过热,会分解引起剂产生自由基引起聚合反映,在釜壁左右高温区生成小分子产物;自由基远离釜壁,在低温区反映生成大分子量PVC,对质量均产生不利影

11、响。热水同步进料即同步加入VCM和热水,使釜内温度基本保持在反映温度。加入引起剂后反映立即开始,可以省去釜的升温时间,消除小分子PVC、大分子PVC,对提高产量和质量均有益。在防粘釜技术比较好的状况下,水溶性的引起剂用于热水同步进料,避免了高温下引起剂初始分布不均匀导致局部反映过热而使鱼眼数目增长。从釜底加入,不容易堵塞加料管入口。保证了树脂产品鱼眼不增长而反映时间缩短。1.3.2 聚合系统本工段涉及聚合、汽提及压缩冷凝回收等岗位。本工段的重要任务就是将氯乙烯通过悬浮聚合成为聚氯乙烯，同步回收未反映的单体。具体工艺流程论述如下：将软水经软水过滤器送至软水计量槽，经流量计计量后加入清理好的聚合釜

12、中，同步将分散剂、热稳定剂、消泡剂、PH缓冲剂、引起剂等助剂加入；单体(精氯乙烯)则经单体过滤器过滤，由单体流量计计量后，经封闭的进料系统加入聚合釜中，在规定的温度和压力下使单体聚合，聚合完毕后加入终结剂，回收未反映单体，将物料用出料泵打入出料槽中。由聚合釜压入出料槽中的悬浮液，用加料泵通过滤器、热互换器送到汽提塔顶部，经蒸汽加温、汽提，用塔顶冷凝器回收未反映单体，汽提塔底物料用出料泵经热互换器回收热量后，打入中间槽，再经离心机脱去大部分水后，将湿物料送干燥系统干燥。1.3.3 回收系统1.单体气提系统在国内，脱除PVC浆料中VCM的措施重要有：直接回收和压缩冷凝与汽提结合两种措施。直接回收法

13、是将未反映的VCM气体直接回收至气柜，PVC浆料在回收槽中用压缩空气对浆料中残留的大量VCM进行脱除，气体直接放空，污染环境。压缩冷凝与汽提结合的措施是将未反映的VCM气体直接送入压缩机，压缩后的气体经二级冷凝后送至聚合釜，浆料经蒸汽汽提,脱除的部分未反映的VCM直接回收至气柜，经汽提后出塔的PVC浆料中残留VCM质量分数由4001 000g/ g 减少至10g/ g【3】，这样使 PVC树脂中的VCM含量大大降【4】。日本窒素公司是将PVC浆料经初步闪蒸后，再持续送入汽提塔，有效地回收未反映的VCM，未反映的VCM在后序装置中液化，回用于聚合。采用此措施生产的PVC树脂中含VCM质量分数可不

14、不小于1g/ g ，甚至可达0.1g/ g。2.浆料气提系统由汽提塔浆料槽底部来的浆料，经块料破碎机破碎后，用汽提塔供应泵经板式换热器与汽提完毕的浆料换热，一部分从塔顶加入汽提塔，另一部分回流到浆料槽，同步蒸汽由汽提塔底部进入； VCM由蒸汽汽提带走。塔釜浆料由塔底浆料泵送出，并与浆料槽来的浆料换热后，一部分送到浆料混料槽，另一部分返回塔釜液位同步避免浆料中PVC沉降，汽提完毕的浆料中，VCM残留量在30PPm左右，塔顶出来的含VCM的蒸汽，用冷凝器冷凝，由分离器分离，冷凝液从分离器底经泵送至废水贮槽，未凝的汽提通过滤器过滤，送至VCM回收工序，浆料送至干燥工序。1.3.4 干燥系统干燥重要有

15、2种方式,即气流干燥和流态化干燥。国内PVC工业化生产最初重要用的是气流干燥器,但是随着聚合工艺技术的发展,聚合生产能力提高,树脂产品也朝着疏松型发展,气流干燥器从生产能力和干燥效果等方面已经不能满足生产的需要,后来发展到气流干燥器,沸腾床干燥器和冷风冷却3段干燥技术。但这样动力消耗大,产品质量不是较好。目前重要用的是旋风干燥和卧式内加热流化床。旋风干燥器构造简朴,投资较少,目前诸多装置都在用。卧式内加热流化床综合能耗比旋风干燥器要低,重要有多室沸腾床和两段沸腾床2种。但在生产中发现多室沸腾床的花板容易漏料,不同牌号切换时比较麻烦,且生产能力有限。两段流化床改善了床的花板,操作稳定性好,易于产

16、品牌号的切换,生产能力较大,具有良好的市场前景。本设计采用沸腾床进行干燥。1.4 原料及其她重要组分单体：氯乙烯纯度99.98%分散剂【6】：PVC生产中所用的分散剂分为主分散剂和辅助分散剂7。本设计采用88%的聚乙烯醇和75%的聚乙烯醇。引起剂:由于聚乙烯悬浮聚合温度在5060上下，根据反映温度选择合适的引起剂，其原则为在在反映温度条件下引起剂的半衰期约为2小时最佳。常用过氧化乙酰环己烷硫酰、过氧化二月桂酰、过碳酸二环己酯等。本设计采用过氧化二碳酸（2乙基己基）酯。终结剂：反映结束后残存的自由基和引起剂残留在树脂中，为了保证质量要加入终结剂消除。目前,许多厂家选用二乙基羟胺 (DEHA)作为

17、终结剂,其重要因素是DEHA终结效果好,并且无毒。本设计的终结剂是丙酮羧氨基硫脲(ATSC)。当反映浮现紧急事故时，采用紧急终结剂NO终结反映。阻聚剂：本设计采用壬基苯酚作为阻聚剂。聚合反映终结后，PVC浆液中具有未反映的VCM。未反映的VCM既可以持续回收，也可以间歇回收。未反映的VCM有自由基引起剂，在回收系统的罐和管线中引起聚合，最后导致堵塞。因此要加壬基苯酚作为阻聚剂。缓冲剂：碳酸钠、三聚磷酸钠、磷酸钠、氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸铵等。本设计采用磷酸三钙，磷酸三钙是一种粒状固体，与水混合后加入聚合釜。磷酸三钙不溶于水，因此需要进行不断地搅拌。1.5 原料及产品性能氯乙烯 ： CH2=CH

18、Cl分子量62.50，无色易液化的气体。液体的密度0912lgcm3。沸点-139。凝固点-160。自燃点472。临界温度142。临界压力55.2Pa。难溶于水、易聚合。能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限36%-264。遇明火、高温有燃烧爆炸的危险。VCM浓度为8%12%时有麻醉左右，高浓度会引起死亡。在PVC制品中VCM的含量上限为1.010-6。无空气和水分的纯氯乙烯很稳定，对碳钢无腐蚀作用。有氧存在时，氯乙烯过氧化物，它可与水生成盐酸从而腐蚀设备，过氧化物还可以使氯乙烯产生自聚作用。长距离运送时应加入阻聚剂氢醌。磷酸钙：别名磷酸三钙，化学式Ca3(PO4)2，分子量310.18。白色无定

19、形粉末。溶于稀盐酸、硝酸、磷酸、乙酸、亚硫酸，生成可溶性酸式磷酸盐，也能溶于铵盐溶液。不溶于水、乙醇和乙醚。熔点1670，密度3.14g/cm3。聚乙烯醇：是一种高分子聚合物，无臭、无毒，外观为白色或微黄色絮状、片状或粉末状固体。分子式为（C2H4O）n，絮状PVA的假比重为（0.21 0.30）g/cm3，片状PVA的假比重为（0.470.06）g/cm3。聚乙烯醇有较好的化学稳定性及良好的绝缘性、成膜性。具有多元醇的典型化学性质，能进行酯化、醚化及缩醛化等反映。过氧化二碳酸（2乙基己基）酯：本品为无色透明液体，EHP活性氧2.70%，NaCl含量0.20%；相对密度0.964。商品为50%

20、65%的甲苯、二甲苯、矿物油溶液；理论活性氧含量4.62%。含量为46%的EHP溶液的半衰期为40，10.33h；50，1.5h；受热或见光易分解，储运温度15，时间少于3个月。丙酮缩氨基硫脲(ATSC)：为白色片状结晶,熔点179-180。溶于酸,微溶于水和乙醇。对壬基苯酚：淡黄色粘稠液体。略有苯酚气味。相对密度0.94-0.95（20/20）。沸点（95%）283-302。不溶于水，略溶于石油醚，溶于丙酮、四氯化碳、乙醇和氯仿。用于制备合成洗涤剂、增湿剂、润滑油添加剂、增塑剂等。由壬烯与苯酚在酸性催化剂存在下缩合而成。第二章 工艺条件影响因素聚氯乙烯聚合时重要影响因素讨论如下:(1) 聚合

21、温度 聚合速度随着温度的升高而加快，但温度升高链转移速度加快会减少聚合度。在PVC生产中，聚合温度由需要的聚合度拟定。聚合温度越高，生产的PVC聚合度越低。(2)聚合釜的传热能力反映的热量是靠冷却水移走的，如不能保证移热能力，反映温度就会失控，产生爆聚，不仅影响PVC质量，还会发生安全事故。有效地移走反映热量的措施如下：提高冷却水流速，增大换热系数。上海氯碱化工股份有限公司在扩产改造中提高聚合釜冷却水循环泵的流量和扬程使聚合釜生产强度提高了10。减少冷却水温度，增大温差。目前，国内多数公司采用7冷冻水替代冷却水来提高聚合釜的移热能力，但需要重新整定聚合釜控制参数PID。釜内设内冷管和挡板，通入

22、冷却水，加大换热面积和移热能力。设立釜顶回流冷凝器，采用冷凝VCM蒸气的措施移走反映热。改善聚合釜夹套构造，提高换热系数，新型聚合釜一般采用半管式夹套，夹套移热能力可提高15以上。加强釜内粘釜物的清除，减少污垢热阻目前国外较先进的防粘釜技术能达到1000釜以上才需清釜国内先进的PVC公司已经能达到500釜以上才需清釜。采用后注水工艺。 第三章 工艺计算3.1 物料衡算3.1.1 聚合釜聚合釜由锅体、锅盖、搅拌器、支承及传动装置、轴封装置等构成，夹套外壁焊接支座，聚合反映釜下部开有放料口。1.物料平衡图 图2-1 合釜物料平衡图2.已知数据在本次设计中为年产2万吨的PVC聚合。年生产时间为300

23、天,。悬浮法聚氯乙烯聚合反映是一种间歇反映，每循环% 个周期反映称之为% 个批次过程。聚合过程中的配方设计：名称单体去离子水引起剂其他助剂用量（份）1001300.050.23.计算按已知配方可得出如下：（1）VC用量M1设单体的转化率为85%，则每批投入的VCM量为：0103/（30020.85）=39215.7kg/B聚合后解决过程中，会损失部分PVC。故设VCM的量： M1=40000 kg/B（2）水的用量M2 设水油比为1.3:1，则M2= M11.3=5kg/B（3）各助剂用量M3引起剂用量m1m1= M10.05%=26kg/B助剂的量m2m2= M10.2%= 104kg/B出

24、料（以釜为原则）设损失的PVC量为420 kg 则，出料中PVC的量：400000.85+26420=33606 kg/B未反映VCM：400000.15=6000 kg/B设85%未反映的单体回收，则回收VCM：60000.85=5100 kg/B剩余VCM：60005100=900 kg/B4物料平衡表表2-1 聚合釜物料衡算表序号 品名 进料量（kg） 出料量（kg）1 VCM 40000 900 回收51002 引起剂 26 03 助剂 104 1044 水 5 55 PVC 33606 损失420合计 92130 921303.1.2 出料槽1.物料平衡图图2-2 料槽的物料平衡图2

25、.计算 设出料槽中PVC损失为1%。则出出料槽的PVC为：33606336.06=33269.94 kg3.物料平衡表表2-2 出料槽物料平衡表序号 品名 进料量（kg） 出料量（kg）1 VCM 900 9002 助剂 104 1043 水 5 54 PVC 33606 33269.94 (损失336.06) 合计 43290 432903.1.3 汽提塔汽提塔，就是根据气液相的挥发度的不同或溶解度随温度的变化有明显变化而进行分离的设备。本设计用水蒸气进行气提。1.物料平衡图图2-3. 汽提塔的物料平衡图2. 已知数据浆料进口温度t=80；蒸汽进口温度 ：t底=110，压强为3atm出汽提塔

26、的VCM为50ppm，蒸汽出口温度110，压强为1atm收率：99.5%；PVC产品含水量：0.3%3.计算从这一步开始到筛分包装为持续过程，因此，计算原则相应的转换为公斤/小时。则每小时生产的PVC量为：2107/(30024)=2777.8kg/h由PVC产品含水量为0.3%，得绝干树脂含量为：2777.899.7%=2769.5kg/h考虑各步收率，汽提塔：99.5%；离心机：99%；干燥：99%；包装：98.5%故汽提塔进料中PVC量为2769.5/（0.9950.990.990.985）=2883.2kg/h（1） 各物质进入汽提塔的量水量为：5(2883.2/33269.94)=4

27、506.4kg/h助剂量为：104(2883.2/33269.94)=6.9 kg/hVC的量为：900(2883.2/33269.94)=78 kg/h（2） 各物质出汽提塔的量出口PVC量为： 2883.20.995=2868.8kg/h；损失的PVC量为：14.4kg/hA.、取塔顶温度为80，塔底温度为110对于VCM t平均=（80+110）/2=95VCM的比热：Cp90=26.602cal/克分子；Cp100=27.19cal/克分子用内插法求得，Cp95=26.605cal/克分子=0.4257kcal/kg110VCM汽化热HVCM=3034cal/克分子=48.5kcal/

28、kg水的比热Cp90=4.22 KJ/kg；Cp100=4.208KJ/kg则，Cp95=4.214KJ/kg=1.007kcal/kg.同理可计算出：CpPVC=1.8422KJ/kg=0.44kcal/kgB、3atm大气压下求水蒸气的焓及温度（3atm=304Pa）水蒸气的焓：H300kPa=2728.5KJ/kg=651.84kcal/kg水蒸气的温度t300kPa=133.3C、1atm大气压下，110水的焓=461.34KJ/kg=110.21kcal/kg设蒸汽冷凝放热量为Q放，通入蒸汽量为ykg/hQ放=y（651.84-110.21）=541.63y设物料吸取热量为Q1，部分

29、VCM气化吸热为Q2Q吸=Q1+Q2=Q放Q1=CpPVCWPVCt+CpVCMWVCMt+CpH2OWH2Ot=0.442883.2（110-80）+0.425777.6（110-80）+1.0074482.3（110-80）=174459.6kcal/h设从塔顶回收xkg/hVCMQ2=48.5xQ吸=Q1+Q2=174459.6+48.5x=541.63y 汽提塔出料中VCM含量为50ppm(77.6-x)/2883.2+6.9+4482.3+(77.6-x)+y=5010-6 联立、，解得： x=77.2 kg/hy= 329kg/h出料中VCM：77.677.2=0.4kg/h4.物

30、料平衡表表2-3 汽提塔物料平衡表序号 品名 进料量（kg/h） 出料量（kg/h）1 PVC 2883.2 26469.5 损失14.4 2 VCM 77.6 0.4 回收77.23 水 4482.3 4482.34 助剂 6.9 6.95 蒸汽 180.9 180.9 合计 7630.9 7630.9 第四章 化工设备的选型和设计计算20时，查表得VCM的密度为910 kg/ m3，则每批解决VCM体积为：VVCM=40000/910=43.96m3 水油比为1.3，则忽视引起剂和助剂的体积，则每批解决总体积为：V总= VVCM+ VH2O=43.96+5/1000=95.96 m3取装料

31、系数=0.9，故聚合釜的容积至少为95.96m3/0.9=106.6m3据此选30m3.聚合釜4台1 技术特性釜体全容积31.7m3. 釜体设计压力1.55MPa 釜体设计温度100搅拌器型式三叶后掠式、三层 搅拌转数 l.20r/min电机功率: 55kw 釜体高径比:1.93 传动方式: 上传动减速机: 平行轴线开线齿轮传动(输出轴为空心轴)轴封: 双端面平衡型机械密封, 轴径D=125安全阀: 主体材料16Mn R + OCrl8Ni9(板厚14 + 3 和1 6 + 3 )2 顾客相匹配的工艺设计条件冷却水流量 :1.7 0 一2 0 0 t/h冷却水进口水温:32 底轴承注水泵：流量

32、0.1m3小时 压力3. 2MPa密封油站调节工作压力:1.2 Mpa 一l. 6MPa喷淋阀气源压力0. 4 一1.6 MPa釜上电动机YB 280 M 6 V1, 隔爆dIIBT4 , 5 5kw , 380 V, 50Hz人孔密封水压l.6 MPa设计构造特点.1 4.1.2 验算式中，釜内壁给热系数；釜外壁给热系数；壁厚；釜壁传热系数（1） 釡内壁给热系数1的计算式中，D：釡内径（1600）；d：搅拌桨叶直径；n：搅拌器转数；：釜内物料的导热系数；：釜内物料的密度；c：釜内物料的比热；：釜内物料的黏度；w：壁温下流体的粘度。(nd2/)为搅拌雷诺数NRe ，(3600c/)为普兰特准数

33、Pr，常数C随聚合釜构造和搅拌浆型式等而变。此操作下无挡板，选C=0.36。 悬浮液的密度悬浮体系各组分体积如下：（转化率为70%）脱盐水：26 m3VCM量：43.9630%=13.2m3PVC量：43.9670%842.3/1400=18.5m3则悬浮体系总体积： 26+13.2+18.5=57.7m3各组分体积分率：水：x1=26/57.7=0.451； 1=984.7 kg/ m3VCM：x2=13.2/57.7=0.229；2=842.3 kg/ m3PVC：x3=18.5/57.7=0.321；3=1400 kg/ m3=xii=0.451984.7+0.229842.3+0.32

34、11400=1086.4kg/ m3 浮液导热系数的计算=c2c+d-2d(c-d)/ 2c+d+d(c-d)式中：c，d分别为持续相和分散相的导热系数；d为分散相体积分率。转化率达70%的VCM悬浮聚合体系，有机粒子自身可看作聚氯乙烯分散在氯乙烯中的悬浮体系，再由有机粒子在水中构成总的悬浮体系。aPVC分散在VCM中的悬浮体系有机粒子的PVC-VCMPVC=18.5/（18.5+13.2）=0.584液态VCM导热系数公式VCM=AVCMC VCM（VCM/M）1/3其中，VCM=0.8423g/3；C VCM=0.38 Kcal/ kg ；M=62.5；A=1.52PVC连=1.520.8

35、4230.38（0.8423/62.5）1/3=0.1158 Kcal/ hr mPVC分=0.14 Kcal/ hr m=0.115820.1158+0.14-20.584(0.1158-0.14)/20.1158+0.14+0.584(0.1158-0.14)=0.1295 Kcal/ hr mb.有机粒子分散于水中的m水50=64.7810-2W/M 水60=65.9410-2W/M内差法得水55=0.6536 W/M=0.5621 Kcal/ hr m=0.562120.5621+0.1295-2(0.158+0.229)(0.5621-0.1295)/20.5621+0.1295+(

36、0.158+0.229) (0.5621 -0.1295)=0.653 Kcal/ hr m 悬浮液的比热c55时：Cvcm=0.38 Kcal/ kg；Cpvc=0.44 Kcal/ kg查表C水50=4.174kJ/kg；C水60=4.178 kJ/kg内差法得：C水55=4.176 kJ/kg=0.997 Kcal/ kg悬浮液各组分的质量分率：VCM质量=13.2842.3=11118.4 kgH2O质量=26984.7=25602.2 kgPVC质量=18.51400=29500kg总质量=11118.4+25602.2+29500=66220.6kg各组分的质量分率：xvcm=11

37、118.4/66220.6=0.168xH2O =25602.2/66220.6=0.39xpvc =12964/66220.6=0.196c =xici=0.380.168+0.440.39+0.9980.196=0.431 Kcal/ kg 悬浮液的平均粘度和w=（1+0.5s）水/（1-s）4式中：s为分散相体积分率；水为反映温度下水的粘度。水50=0.549410-3mPas ；水60=0.468810-3mPas内差法得水55=0.509110-3mPas=（1+0.5s）/（1-s）4=1+0.5(0.158+0.229)0.509110-3/1-(0.158+0.229)4=4.

38、310-3mPas近似觉得釡内壁温度为夹套冷却水温度。t进=5，t出=7 t平均=6 水0=1.792110-3mPas ；水10=1.307710-3mPas内差法得：水6=1.501510-3mPasw=（1+0.5s）/（1-s）4=1+0.5(0.158+0.229) 1.501510-3/1-(0.158+0.229)4=12.69110-3mPas 其他参数的拟定搅拌转数：n=120r/min釡内径： D=1700mm=1.7m取桨叶直径：d=0.5T=0.51.7=0.85m釡内壁给热系数i=（0.360.653/1.7）（1200.8521086.4/604.310-6）0.6

39、7（36000.5964.310-6/0.653）0。33（4.310-3/12.07310-3）0.14=19802.9Kcal/ hr m(2) 釡外壁给热系数0的计算夹套按一般方式进水。即釜夹套不设导流板，冷却水自夹套下口进入，经夹套环隙直升而上由上口溢出。在夹套进口处水流速度虽很大，因夹套环隙面积大，使得水流速度很低，0很小，只有582698W/(m2 K)的限度。此时水流按自然对流方式进行传热。式中，Gr格拉肖夫数Pr普兰克常数其中， ，为膨胀系数6下，水=0.5672W/(m )；Cp =4.2 kJ/(kg.)；=150.1710-5Pa s计算得，0=582 W/(m2 )=5

40、01 Kcal/ hr m(3) 釡壁热阻的计算碳钢层厚：1=24mm 1=45 Kcal/ hr m不锈钢层：2=3mm 2=15 Kcal/ hr m粘釡物：3=0.05mm 3=0.14 Kcal/ hr m水垢厚：40.2 4=1.5 Kcal/ hr m/=（24/45+3/15+0.05/0.14+0.2/1.5）10-3=1.5810-3 hr m2/ Kcal(4) 夹套传热系数K=0.003627hr m2/ Kcal解得：K=275.8Kcal/ hr m2=320.7W/( m2 )Q夹=K夹S夹tm式中，t1,t2传热介质进、出口温度，。T反映液温度，。设恒温聚合时间为

41、300min。热负荷Q=23523653103/(30060)=1306869.6 W由于聚合反映不是匀速放热反映，因此在聚合釜传热设计时，要懂得最大放热速率，即最大热负荷，聚合釜的最大传热能力要不小于最大热负荷。令最大热负荷Qmax与平均热负荷之比等于热负荷分布指数R，则R=Qmax /本设计中R选1.3。Qmax=1.7Q=2221678.32 WS= Qmax /( Ktm) =2221678.32/(320.748.6)= 142.5 m2170m2考虑到聚合釜备用状况，应在原有基本上再多加一台。故应选5台13.5 m3的聚合釜。4.3.1 搅拌系统搅拌系统的性能是聚合釜的核心指标之一

42、, 它关系到反映过程中的传质、传热与否均匀的问题, 搅拌器制造质量的好坏, 将直接影响聚合釜整机的性能。为保证搅拌器的制造精度, 我厂制造了桨叶专用压制胎具, 搅拌器组对工装、静平衡装置, 保证了搅拌器的制造质量符合满足设计图纸的规定。4.3.2传热系统 传热能力是聚合釜的另一种核心指标, 为提高传热能力, 新型釜的传热系统设计上采用了半圆管式夹套和套管式内冷挡板的构造形式。过去,国内加工半圆管的措施始终是采用小块压制、组对时拼接的工艺路线, 外观质量较差, 为保证新型釜半圆管夹套的质量, 最佳设计制造压制半圆管夹套的专用工装, 该工装可压制长度不小于等于一半圆周的半圆管,并保证其形状一致,

43、外型美观,新型釜内冷挡板采用套管式构造, 该构造有助于提高传热系数。为保证内冷管的精度, 组焊时采用专用胎具控制, 保证了组焊后的形位精度。4.3.3 传动与密封传动系统运转与否平稳, 输出转速与否精确, 直接影响到搅拌器性能的发挥; 机械密封性能的好坏, 同步也许污染物料及工人的劳动环境; 减速机、电机综合噪音的高下, 也关系到操作工人的身心健康。为提高传动及密封系统的综合性能, 新型釜配套用减速机及机械密封。减速机的齿轮副采用氮化硬齿面磨齿; 机械密封采用双端面平衡型机封, 并在构造上做了相应的改善。为保证新型釜机械密封的性能稳定、可靠, 机械密封制造完毕后,一方面在实验台上进行实验, 考

44、核其性能指标。新型30 m 3 聚合釜底轴承采用整体加工构造, 这就规定用于安装底轴承下凸缘孔, 必须同用于安装机架及机封的上凸缘定位止口同心，为保证这一技术指标的实现, 可以设计专用胎具, 保证了聚合釜釜体在6 m 落地车床上一次装卡完毕车削。参照文献1 邴涓林，金永利，李承志，100 m3聚氯乙烯反映釜核心设备和成套工艺技术的研制与开发，中国氯碱，3：第3期2戴文权，张纯德，张学刚，新型30m3聚氯乙烯聚合釜设计开发及应用，中国化工装备，1999，3石景春氯乙烯悬浮法聚合生产聚氯乙烯工艺流程解析，科技论坛 ，第1期： 4 年产2万吨PVC聚合车间工艺设计，百度优秀毕业论文，5 Lyle.F.Albright, Yogendra Soni ,锦西化工厂李桂兰译,， 聚氯乙烯聚合釜设计与操作的最佳化 6 史子谨，聚合反映工程基本，化学工业出版社，5月第11次印刷材料科学与工程学院课程 设 计专 业 高分子材料与工程 班 级 10高分子（2）班 学生姓名 学 号 课 题 年产2万吨聚氯乙烯聚合反映釜设计 05 月 21 日