5万吨聚氯乙烯生产工艺设计(共42页)

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1、精选优质文档-倾情为你奉上学 号：32Xingtai Polytechnic College课程设计题目： 5万吨聚氯乙烯生产工艺设计学生姓名： 蒋应战专业班级： 化工081院 系：资源与环境工程系指导教师：陈宁 宫惠峰 程永高 2010年6月23日专心-专注-专业目 录摘要 本文讲述了我国聚氯乙烯工业生产技术的发展进程和目前状况，包括原料路线、工艺设备、聚合方法等。本设计采用悬浮法生产聚氯乙烯，介绍了采用悬浮法生产PVC树脂工聚合机理，工艺过程中需要注意的问题，包括质量影响因素，工艺条件及合成工艺中的各种助剂选择，对聚合工艺过程进行详细的叙述。并且从物料衡算、热量衡算和设备计算和选型三个方面

2、进行准确的工艺计算，对厂址进行了选择，采取了防火防爆防雷等重要措施，对三废的处理回收等进行了叙述，画出了整个工艺的流程图。关键词 ：聚氯乙烯； 生产技术； 悬浮法； 乙炔法； 乙烯法； 防粘釜技术；引言 聚氯乙烯(PVC)是5大通用塑料之一,具有耐腐蚀、电绝缘、阻燃性和机械强度高等优异性能,广泛用于工农业及日常生活等各个领域,尤其是近年来建筑市场对PVC产品的巨大需求,使其成为具备相当竞争力的一个塑料品种。 PVC糊树脂自20世纪30年代开发以来,已有近70年的历史。目前全世界PVC糊树脂总生产能力约200万t/a,其中,西欧是PVC糊树脂生产厂家最多、产量最大的地区。我国聚氯乙烯工业起步于于

3、50年代，仅次于酚醛树脂是最早工业化生产的热塑性树脂，第一个PVC装置于1958年在锦西化工厂建成投产，生产能力为3000吨年。此后全国各地的PVC装置相继建成投产，到目前为止，我国有PVC树脂生产企业80余家，遍布全国29个省、市、自治区，总生产能力达220万吨年7075万t/a。PVC树脂在我国塑料工业中具有举足轻重的地位，同时PVC作为氯碱工业中最大的有机耗氯产品，对维持氯碱工业的氯碱平衡具有极其重要的作用。 本设计为年产量5万吨聚氯乙烯车间聚合工段工艺。本次设计采用了氯乙烯单体悬浮聚合工艺。介绍了PVC的聚合工艺，建厂的有关事项及合成聚氯乙烯的流程和设备，对整个生产工艺做出了详细的叙述

4、。1 总论1.1 国内外 pvc发展状况及发展趋势 聚氯乙烯（PVC）广泛应用于工业、农业、建筑、交通运输、电力电讯和包装等各领域。2006年我国PVC生产能力约为972万吨，产量为920万吨，净进口量达151万吨，消费年增长率在9.5左右。随着节水灌溉、建筑化学建材、包装、电子电气、汽车等下游行业对PVC需求的快速增长，未来几年我国对聚氯乙烯(PVC)的需求仍将保持较高的增长速度。2007年全球PVC消费量约为3100万吨，预计到2010年我国PVC树脂的需求量将达1100万吨，2020年将达到2160万吨。预计到2010年全球PVC的需求量将达到3490万吨，2020年将达到4600万吨。

5、1.2 单体合成工艺路线1.2.1 乙烯路线：乙烯氧氯化法的反应工艺分为乙烯直接氯化制二氯乙烷（EDC）、乙烯氧氯化制EDC和EDC裂解3个部分，生产装置主要由直接氯化单元、氧氯化单元、EDC裂解单元、EDC 精制单元和VCM单元精制等工艺单元组成。乙烯和氯气在直接氯化单元反应生成EDC。乙烯、氧气以及循环的HCl在氧氯化单元生成EDC。生成的粗EDC在EDC精制单元精制、提纯。然后在精EDC 裂解单元裂解生成的产物进入VCM单元，VCM精制后得到纯VCM产品，未裂解的EDC返回EDC精制单元回收，而HCl则返回氧氯化反应单元循环使用。直接氯化有低温氯化法和高温氯化法； 氧氯化按反应器型式的不

6、同有流化床法和固定床法， 按所用氧源种类分有空气法和纯氧法；EDC裂解按进料状态分有液相进料工艺和气相进料工艺等。具有代表性的 司的Inovyl工艺是将乙烯氧氯化法提纯的循环 EDC和VCM直接氯化的 EDC在裂解炉中进行裂解生产VCM 。HCl经急冷和能量回收后，将产品分离出 HCl（循环用于氧氯化）、高纯度VCM和未反应的EDC（循环用于氯化和提纯）。来自VCM装置的含水物流被汽提，并送至界外处理，以减少废水的生化耗氧量（BOD）。 本设计采用乙烯路线生产氯乙烯单体。1.3聚合工艺实践方法 目前,世界上PVC的主要生产方法有4种:悬浮法、本体法、乳液法和微悬浮法。其中以悬浮法生产的PVC占

7、PVC总产量的近90%,在PVC生产中占重要地位,近年来,该技术已取得突破性进展。1.3.1本体法聚合生产工艺 本体聚合生产工艺，其主要特点是反应过程中不需要加水和分散剂。聚合分2步进行，第1步在预聚釜中加人定量的VCM单体、引发剂和添加剂，经加热后在强搅拌(相对第2步聚合过程)的作用下，釜内保持恒定的压力和温度进行预聚合。当VCM的转化率达到8%-12%停止反应，将生成的“种子”送人聚合釜内进行第2步反应。聚合釜在接收到预聚合的“种子”后，再加人一定量的VCM单体、添加剂和引发剂，在这些“种子”的基础上继续聚合，使“种子”逐渐长大到一定的程度，在低速搅拌的作用下，保持恒定压力进行聚合反应。当

8、反应转化率达到60%一85%(根据配方而定)时终止反应，并在聚合釜中脱气、回收未反应的单体，而后在釜内汽提，进一步脱除残留在PVC粉料中的VCM，最后经风送系统将釜内PVC粉料送往分级、均化和包装工序。1.3.2乳液聚合生产工艺 氯乙烯乳液聚合方法的最终产品为制造聚氯乙烯增塑糊所用的的聚氯乙烯糊树脂（E-PVC），工业生产分两个阶段：第一阶段氯乙烯单体经乳液聚合反应生成聚氯乙烯胶乳，它是直径0.13微米聚氯乙烯初级粒子在水中的悬浮乳状液。第二阶段将聚氯乙烯胶乳，经喷雾干燥得到产品聚氯乙烯糊树脂，它是初级粒子聚集而成得的直径为1100微米，主要是2040微米的聚氯乙烯次级粒子。这种次级粒子与增塑

9、剂混合后，经剪切作用崩解为直径更小的颗粒而形成不沉降的聚氯乙烯增塑糊，工业上称之为聚氯乙烯糊。1.3.3悬浮聚合生产工艺 因采用悬浮法PVC生产技术易于调节品种，生产过程易于控制，设备和运行费用低，易于大规模组织生产而得到广泛的应用，成为诸多生产工艺中最主要的生产方法。 工艺特点：悬浮聚合法生产聚氯乙烯树脂的一般工艺过程是在清理后的聚合釜中加入水和悬浮剂、抗氧剂,然后加入氯乙烯单体,在去离子水中搅拌,将单体分散成小液滴,这些小液滴由保护胶加以稳定,并加入可溶于单体的引发剂或引发剂乳液,保持反应过程中的反应速度平稳,然后升温聚合,一般聚合温度在4570之间。使用低温聚合时(如4245),可生产高

10、分子质量的聚氯乙烯树脂；使用高温聚合时(一般在6271)可生产出低分子质量(或超低分子质量)的聚氯乙烯树脂。近年来,为了提高聚合速度和生产效率,国外还研究成功两步悬浮聚合工艺,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单体继续聚合。采用两步法聚合的优点是显著缩短了聚合周期,生产出的树脂具有良好的凝胶性能、模塑性能和机械强度。现在悬浮法聚氯乙烯品种日益广泛,应用领域越来越广,除了通用型的树脂外,特殊用途的专用树脂的开发越来越引起PVC厂家的关注,球形树脂、高表观密度建材专用树脂、消光树脂、超高(或超低)分子质量树脂等已成为开发的热点7。 本设计采用悬浮法PVC生产技术。1.4最

11、佳的配方、后处理设备的选择1.4.1配方的选择单体： 氯乙烯纯度99.98%以上。分散剂： 主分散剂主要是纤维素醚和部分水解的聚乙烯醇。纤维素应为水溶性衍生物，如甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素等，聚乙烯醇应由聚醋酸乙烯酯经碱性水解得到，影响其分散效果的因素为其聚合度和水解度，而且-OH基团为嵌段分布时效果最好；副分散剂主要是小分子表面活性剂和地水解度聚乙烯醇。常用非离子型的脱水山梨醇单月硅酸酯。本设计采用88%聚乙烯醇和72.5%的聚乙烯醇。引发剂： 由于聚乙烯悬浮聚合温度5060度上下，应根据反应温度选择合适的引发剂，其原则为在反应温度条件下引发剂的半衰期约为2小时最佳。常用过氧化乙

12、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-乙基己酯。终止剂：反应结束后残余的自由基和引发剂残留在树脂内, 为了保证产品质量, 需要消除它们, 故而加入终止剂。本设计的终止剂为丙酮缩氨基硫脲。当反应出现紧急事故时，采用紧急终止剂ON终止反应。阻聚剂：本设计采用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。本设计采用磷酸三钙。1.4.2后处理设备侧选择 聚合釜容积：工业化大生产使用问歇悬浮法聚合釜容量一般为60107立方米。我国已开发出70立方米聚合釜，样机已在锦西化工机械厂研制成功。本设计采用76立聚合釜。采用微机控制，提

13、高了批次之间树脂质量的稳定性，且消耗定额低。传热方式： 传热能力直接影响着聚合反应的速度和生成物的质量，也影响着产量。在大型聚合釜上，国外采用了体外回流冷凝器，体内增设内冷管等除热手段。近几年，美国古德里奇公司又研制出一种薄不锈钢衬里聚合釜，以便提高釜壁的传热能力，为使薄壁能承受反应压力，在不锈钢衬里与聚合釜套之间安装了支撑内衬套的加强筋，这种釜的结构大大提高了聚合釜传热效率，且有较好的承压能力9。 搅拌方式 ： 搅拌能力是聚合釜的关键技术指标之一，搅拌能力直接影响着传质、传热及树脂的粒态分布，最终影响产品的质量，而不同的工艺方法对搅拌的要求又不尽相同。过去，PVC聚合釜大都采用平桨和折叶桨，

14、搅拌效果不甚理想。随着搅拌技术的不断进步及搅拌试验手段的不断提高，使我们有条件为PVC釜配备更理想的搅拌器。大量的搅拌实验研究证明，三叶后掠式搅拌器的传质效果好，循环和剪切性能均适合于PVC生产的需要，因此，本设计在PVC生产中采用三叶后掠式搅拌器。干燥机： 干燥器发展迅速，主要有2 种方式, 即气流干燥和流态化干燥。我国PVC工业化生产最初主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, 产品质量不是很好

15、。目前主要用的是旋风干燥器和卧式内加热流化床。旋风干燥器结构简单, 投资较少, 目前很多装置都在用。卧式内加热流化床综合能耗比旋风干燥器要低, 主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。两段流化床改进了, 操作稳定性好, 易于产品牌号的切换, 生床的花板产能力较大。 本设计中采用卧式内加热流化床。离心机：对浆料进行离心脱水，得到含水量25%的聚氯乙烯。PVC生产过程中需要大量的逻辑判断和离散控制，因此本设计采用二位式控制组件，如通/断式二位开关阀控制各种物料的传输，和二位控制的电机和泵机。气提塔：汽提技术及设备也有改

16、进汽提塔朝着节能、高效的方向发展。现在常用的汽提塔主要有溢流堰筛板塔和无堰筛板塔, 有堰筛板塔传质传热仅在筛板上进行, 在板间移动时只有传热没有传质, 而无堰筛板塔在塔内一直都在传质, 目前传热。因此无堰筛板塔效率高于有溢流堰的塔，无堰筛板塔的塔盘设计也逐渐合理科学化, 塔盘的厚度, 开孔率在实践中逐渐优化, 并被纳入设计体系中。很多无堰筛板塔塔盘是整体装卸的, 随着生产能力的提高, 设备 整体装卸很不方便, 目前, 生产能力较大的的增大汽提塔的塔盘, 可以采用可拆卸式的塔盘。汽提塔的塔顶操作压力也逐渐从微正压操作向微负压操作发展, 使得塔顶物料沸腾温度低, 节约了蒸汽却提高了单体脱出效率。为

17、了强化汽提效果, 浆料经过汽提后利用重力作用进入闪蒸罐, 进一步汽提, 降温10。因此，本设计采用无堰筛板塔。1.5 防粘釜技术聚合釜的防粘釜是聚合生产中最重要的工序之一。防粘釜效果好的釜, 能有较好的传热系数, 能减少因此产生的塑化片。防粘釜一直是聚合生产的重要工作, 这方面得到了很大的发展。首先, 聚合釜的表面抛光质量有了很大的提高且内件简单化、圆滑化。其次, 通过专用的设备使用高效的防粘釜剂, 实行聚合釜自动喷涂防粘釜液和自动水冲洗釜。釜涂布与水洗设备分开, 釜内设置双伸缩头自动喷洗高压水枪, 设定双固定或者可伸缩涂布设备(如费阀,喷吐环等)。目前, 先进的防粘釜技术是冲洗、喷涂与高效防

18、粘釜剂的结合体。整个防粘技术过程全部采用DCS自动操作。首先打开蒸汽进料阀喷入适量的蒸汽, 用泵将已配制成规定浓度的涂壁剂注入蒸汽管路, 借助蒸汽流速使其雾化进釜, 在釜壁形成一层均匀的疏油亲水膜, 在聚合过程中此膜有效地防止有机相与釜壁接触, 从而起到防粘釜的作用。为了达到较好的涂壁效果, 对于喷涂的蒸汽, 防粘釜剂的压力逐步优化, 对于防粘釜剂的量也根据釜的特点而定。涂壁完成后, 冷却一段时间使防粘釜剂更好地粘在釜上,之后用清洗水冲釜以彻底冲掉多余的防粘剂11。目前国内生产用的防粘釜剂主要有意大利黄, 美PVC国红, 英国蓝。经过实践, 意大利黄在防粘釜效果和对产品白度的影响方面有利于生产

19、, 但价格较高。为了生产更高质量的聚乙烯，产品本设计采用意大利黄防粘釜剂。1.6原料及产品性能氯乙烯 ： CH2=CHCl 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，溶于乙醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷。易聚合，能与丁二烯、乙烯、丙烯、内烯腈、醋酸乙烯、两烯酸酯和马来酸酯等共聚。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。 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

20、乙烯产生自聚作用。长距离 运输时应加入阻聚剂氢醌。PVC树脂：密度1.4；工业品是白色或浅黄色粉末；低分子量的易溶于酮类、酯类和氯代烃类溶剂，高分子量的则难溶；用于制塑料、涂料和合成纤维等。根据所加增塑剂的多少，可制成软质和硬质塑料。前者可用于制透明薄膜（如雨衣、台布、包装材料、农膜等）、人造革、泡沫塑料和电线套层等。后者可用于制板材、管道、阀门和门窗等；具有极好的耐化学腐蚀性，但热稳定性和耐光性较差，在100以上或长时间阳光暴晒开始分解出氯化氢，制造塑料时需加稳定及，电绝缘性优良。不会燃烧。磷酸钙别名磷酸三钙：化学式Ca3(PO4)2，分子量310.18。白色无定形粉末。溶于稀盐酸、硝酸、磷

21、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。用于制乳色玻璃、陶瓷、涂料、媒染剂、药物、肥料、家畜饲料添加剂、糖浆澄清剂、塑料稳定剂等。天然矿物叫磷灰石矿，纯品可用氰化钙和磷钠酸溶液作用或者用氢氧化钙跟磷酸作用制得。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

22、缩醛化等反应。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%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：为白色片状结晶,熔点179-180。溶于酸,微溶于水和乙醇。用途;丙酮缩氨基硫脲主要用于合成2-（2-异亚丙基肼基）-4-取代基噻唑、2-肼基-4-取代基噻唑及2-（2-取代肼基）-4-取代基噻唑系列抗菌素。如2-（2-甲酰肼基）-4-（5-硝基-2-呋喃基

23、）噻唑,即硝呋噻唑。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。1.7影响聚合及产品质量的因素 因素有搅拌、分散剂、聚合温度等,结合树脂的成粒过程等。 搅拌：在悬浮聚合过程中,搅拌对聚氯乙烯树脂颗粒形态的影响主要表现在影响PVC树脂的粒径及分布、孔隙率等,但搅拌的作用与分散剂的性质互相影响、互相补充。增加搅拌度将使悬浮分散体系内液滴变细,PVC树脂平均粒子变小,但搅拌强度过大,又

24、将促使体系内液滴碰撞聚并,使PVC树脂的平均粒径变大。PVC树脂平均粒径与搅拌转速的关系曲线呈马鞍形。随着搅拌转速的增加,能使聚氯乙烯树脂的初级直径变小,孔隙率增加,吸油率增大。 分散剂：在搅拌特性固定的条件下,分散剂种类、性质和用量则成为控制树脂颗粒性的关键因素。在聚合过程中,分散剂影树脂颗粒的宏观微观两层次的成粒。就宏观而言,要求分散剂应具有降低单体和的界面张力,以利于VCM的分散和保护滴或颗粒,减少聚并。单一分散剂较难同时满足上两方面要求,为制得颗粒规整、粒度分布中,既疏松表观密度又适合的聚氯乙烯脂,往往将两种和两种以上分散剂复合用。其中一分散剂以降低界面张力、提高散能力为主,另一则保证

25、有足够的保能力。有时为了满足特殊性能要求,在此础上再添加油溶性辅助分散剂或表面活剂,调节分散剂在VCM中的分配系数,使散剂的作用深入到颗粒的微观层次12。 聚合温度：在VC悬浮聚合中不存在链转移剂时,聚氯乙烯的分子量几乎取决于聚合温度,按照生产树脂牌号的要求,聚合温度一般在4565范围内选择。在较高温度下聚合,树脂粒径增长减慢,最终平均粒径减小。聚合温度对聚氯乙烯树脂颗粒形态的影响主要表现在温度对PVC树脂的孔隙率有影响。聚合温度低,形成的树脂结构较疏松；高温下聚合由于初级粒子熔合成团以及初级粒子聚集体的紧密堆砌排列,从而制得的PVC树脂孔隙率较低,这是因为随着聚合温度的升高,初级粒子变少,熔

26、结程度加深,粒子呈球形,而聚合温较低时,则容易形成不规则的聚结体,从而使孔隙率增加。通过以上的理论了解更加深了对聚合反应的理解。 汽提控制的影响：汽提工艺主要影响聚氯乙烯树脂中单体残留量和杂质粒子数等指标。所谓聚氯乙烯树脂残留VCM的含量是指聚氯乙烯树脂之中所吸附或溶解的未聚合的VCM,由于VCM和聚氯乙烯的大分子结构,导致相互间具有较大的亲和力,这也是残留VCM难以完全脱除的原因。1.8工艺流程叙述1.8.1加料系统 1.8.2聚合系统 聚合： 若聚合釜打开过釡盖，则需抽真空真空度为710mmHg柱，将缓冲剂加到脱盐水总管内，然后用脱盐水把缓冲剂带入到聚合釜。脱盐水启动后，加入VCM、开动搅

27、拌，当脱盐水和VCM加完后，釜内温度应接近聚合温度，继续搅拌一定时间，使VCM液滴在水中形成，然后加入分散剂，继续搅拌一定时间，以保证分散体系形成，最后加入引发剂，使聚合反应开始。 聚合反应开始后，向挡板通入冷却水并达到最大流量，然后向夹套中通入冷却水，并保持反应温度，冷却水流量由计算机根据聚合釜上、中、下温度控制，同时计算机计算出反应放出的热量，并与聚氯乙烯聚合动力浮模型的理论计算值比较，计算出VCM到PVC的转化率。 聚合反应开始后，两股注入水应加入聚合釜，以保证釡内容积恒定，一股注入水来自聚合釜搅拌器的轴封衬套、另一股由釡顶注入。 聚合反应终点，可依据反应时温度或测定单体转化率及根据压力

28、降来确定，通常按压力降来确定，当聚合反应到达终点时，定量的终止剂将自动加入到聚合釜内以终止聚合反应。出料结束后，用1.4Mpa的水冲洗后即可即可进行涂壁操作准备。1.8.3回收系统1.8.4干燥系统 2 工艺计算2.1物料衡算2.1.1聚合釜（1）物料平衡图 图1 聚合釜物料平衡图（2）已知数据：釡有效容积V有效=68m3装料系数=0.874转化率x%=85%水油比1.31收率=99%热负荷分布指数 R=1.21.4(R取1.3)夹套传热系数K夹套=510Kcal/ m2 hr挡板传热系数K挡板=946Kcal/ m2 hr夹套进出口水温：t进=7 t出=12挡板进出口水温：t进=7 t出=1

29、5夹套传热面积：F夹套=80 m2挡板传热面积：F挡板=18 m2注入水温度t=20 聚合温度t=57假定聚合釡回收的VCM占未反应单体的85%（3）计算： 单体及水加入量计算单体密度60=0.8363g/cm3 50=0.8564g/cm3 根据内差法求出57时单体的密度： 57=(57-60) /(50-60)(0.8564-0.8363)+0.8363=842.3kg/ m3水的密度60=988.1kg/ m3 50=983.2kg/ m3用内差法求出57时水的密度：57=986.6kg/ m3设单体加入量为x m3/釡 水加入量为y m3/釡：釡有效容积V有效=68m3，装料系数=0.

30、874，水油比1.31列方程组 x+y=680.874 （水57y）/（单体57x）=1.31解得：x=28.14 m3/釡 y=31.29m3/釡 注入水用量：注入水体积 v=cw12（1-2）式中 c: 单体VCM转化率 W：VCM加入量（质量kg） 1 2 分别是单体和PVC树脂密度 v=85%28.14842.3（1400-842.3）（842.31400）=9.53m3/釜由已知注入水温20，此时水20=998.2kg/m3 注入水量为9.53988.2=9512.8kg/釜 聚合反应时间a 夹套传热量=传热面积传热系数tm夹tm夹=(57-7)-(57-12)/ln(57-7)-(

31、57-12)=47.5Q夹=5108047.5=1.938106kcal/hb 同理可计挡板传热量Q挡=F挡K挡tm挡tm挡=(57-7)-(57-15)/ln(57-7)-(57-15)=45.9Q挡=9461845.9=7.816105kcal/hc 注入水流量 Q注=Cpwt注入水温由20升到57平均水温t平均=（20+57）/2=38.5注入水比热容Cp20=4.183KJ/（kg）Cp40=4.174KJ/（kg）其平均比热容Cp平均=4.180KJ/（kg）=0.997kmol/（kg）Q注=0.9979512.8/反37=.679/反最大移热量Qmax=Q夹+Q挡+Q注=.2+.

32、679/反物料总放热量 Q总=GX%H加入总物料量 G=28.14842.3=23702.3kgHx=366kcal/kgVCM x%为转化率取热负荷指数 R=1.3R=(Qmax-反)/Q总反=RQ总/Qmax=1.323702.30.85366/（.2+.679）=3.4h 引发剂用量引发剂用量 Nr=N0(1-I/I0)=N0(1-e-0.693/1/2)N0=Nr/（1-e-0.693/1/2）引发剂的理论消耗量取Nr1.1mol/tvcm引发剂的半衰期 ln1/2=A/T-B式中 A=15108 B=45.484 T=273.15+57=330.154Ln1/2=15108/330.

33、15-45.484=0.2771/2=1.32hN0=Nr/（1-e0.69333.4/1.32）=1.32mol/tvcm实际加入量EHP量（分子量346）：1.32346842.328.14/106=10.83kg/釜 缓冲剂用量缓冲剂=单体3.5/104缓冲剂用量=（3.5/104）28.17842.3=8.30kg/釜 分散剂用量88% PVA 4.8kg72.5% PVA 11.238kg 终止剂（ATSC）ATSC=I/2=10.83/2=5.41kg/釜出料（以釜为标准）出料中的PVC量：28.14842.30.850.99=19945.5kg损失的PVC量：28.14842.3

34、0.850.01=201.5kg未反应VCM：28.14842.30.15=3555.3kg脱盐水：31.29984.7=30811.3kg回收VCM：28.14842.30.150.85=3022kg剩余VCM：3555.3-3022=533.3kg（4）物料平衡表 表一 物料衡算表序号 品名 进料量（kg） 出料量（kg） 1 VCM 23702.3 回收3022 剩余533.3 2 PVC 19945.5 损失201.53 脱盐水 30811.3 30811.34 4 注入水 9512.8 9512.85 EHP 10.83 10.836 ATSC 5.41 5.417 缓冲剂 8.30

35、 8.308 分散剂 16.038 16.038 合计 64066.9783 64066.9782.1.2 混料槽（1）物料平衡图： 图2 混料槽物料平衡图（2）已知数据：进料PVC：19945.5kg 收率 99.5%水、助剂： 30811.3+9512.8+10.83+5.41+8.30+16.038=40364.678kg进料VCM 533.3kg 出混料槽VCM含量为7000ppm（3）计算：出料中的PVC量：19945.50.995=19845.77kg损失的PVC量：19945.50.005=99.73kg设出料中VCM为XkgX/(19845.77+40364.78+X)=700

36、010-6X=422.68kg回收VCM：533.3-422.68=110.62kg（4）物料平衡表：表二 混料槽物料平衡图序号 品名 进料量（kg） 出料量（kg）1 PVC 19945.5 19845.77 损失99.732 VCM 533.3 422.68 回收110.62 3 水、助剂 40364.678 40364.678 合计 60843.478 60843.4782.1.3汽提塔（1）物料平衡图： 图3 汽提塔物料平衡图（2）已知数据：塔顶数据： 75 80 塔底温度 ： t底=110出汽提塔的VCM为50ppm收率：99.5% 产量为5万吨/年年工作时间数：8000h PVC含

37、水量：0.3%（3）计算： PVC的进料量：每小时生产纯干：5107（1-0.003）/8000=6231.25 kg/h考虑以下各步收率：汽提塔：99.5% 离心机：99% 沸腾床：99% 包装：98.5%故汽提塔进料中含PVCGPVC=6231.25/(0.9950.990.990.985)=6487.02 kg以PVC为基准 转化系数6487.02/19845.77 水、助剂的量：水、助剂：（6487.02/19845.77）40364.678=13194.07kg/h VCM的量：VCM：（6487.02/19845.77）422.68=138.17kg/h 热量计算：a.取塔顶温度为

38、80，塔底温度为110对于VCM t平均=（80+100）/2=95VCM比热Cp90=26.602cal/克分子Cp100=27.19cal/克分子用内插法求得Cp95=26.896cal/克分子=0.4257kcal/kg110VCM汽化热HVCM=3034cal/克分子=48.5kcal/kg水的比热Cp90=4.22J/kg Cp100=4.208KJ/kgCp95=4.214KJ/kg=1.007kcal/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 H350kPa=2736.1KJ/kg 水蒸气的温度t300k

39、Pa=133.3 t350kPa=138.8分别用内插法得H3atm=2729.1KJ/kg=651.98kcal/kg t3atm=133.7C、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（651.98-110.21）=541.77y设物料吸收热量为Q1 部分VCM气化吸热为Q2Q吸=Q1+Q2=Q放Q1=CpPVCWPVCt+CpPVCWVCMt+CpH2otCp=1.8422KJ/kg=0.44kcal/kgQ1=0.446487.02（110-80）+0.4257138.17（110-80）+

40、1.00713194.07（110-80）=.09kcal/h设从塔顶回收xkg/hVCMQ2=48.5xQ吸=Q1+Q2=.09+48.5x=541.77y （1）汽提塔出料中VCM含量为50ppm（138.17-x）/6487.020.995+13194.07+(138.17-x)+y=5010-6 （2） 联立（1）（2）解得： x=137.13y=909.31出料中VCM：138.17-137.13=1.04kg/h 出料中PVC:6487.020.995=6454.58kg/h损失PVC:6487.02-6454.58=32.44kg/h（4）物料平衡表：表三 汽提塔物料平衡表序号

41、品名 进料量（kg） 出料量（kg）1 PVC 6487.02 6454.58 损失32.442 VCM 138.17 1.04 回收137.133 水、助剂 13194.07 13194.074 蒸汽 909.31 909.31 合计 20728.57 20728.572.1.4离心机（1）物料平衡图： 图4. 离心机物料平衡图（2）已知数据：收率99% 出料PVC含水量25% 助剂及少量VCM随母液排出，假设在这一步，助剂和少量VCM全部除掉（3）计算出料中PVC量：6454.580.99=6390.03/h损失PVC量:6454.586390.03=64.55kg/h设出料含水x/hx/

42、6390.03x1.04=25% 解得：x=2130.36kg/h排出水、助剂的量：13194.07909.312130.36=11973.02/h（4）物料平衡图表四 离心机物料平衡表序号 品名 进料量（kg） 出料量（kg）1 PVC 6454.58 6390.03 损失64.552 VCM 1.04 1.043 水、助剂 13194.07+909.31 11973.02 2130.36（和PVC结合） 合计 20559 205592.1.5 沸腾床 （1）物料平衡图图5. 沸腾床物料平衡图2已知数据收率99% PVC含水量0.3% 含VCM 5ppm3 计算出料中PVC的量：6390.0

43、30.99=6326.13/h损失PVC的量：6390.036326.13=63.09/h设出料中PVC含水量x/h， VCM y/h 6390.03xy0.003=x y/6326.13xy=5106解得：x=19.23/h y=0.032/h排出水：2130.36-19.23=2111.13/h回收VCM：1.04-0.032=1.008kg/h4物料平衡表表五 沸腾床物料平衡表序号 品名 进料量h 出料量h1 PVC 6390.03 6326.13 损失63.092 VCM 1.04 0.032 回收1.0083 水 2130.36 19.23结合水 2111.13合计 8521.43

44、8521.432.1.6 包装1物料平衡图表6 包装物料平衡图2已知数据： 收率98.5%3计算损失PVC：6326.1310.985=94.89h得到的产品：6326.1394.89=6231.24h核算：6231.248000=4.98万吨4物料平衡表表六 包装物料平衡表序号 品名 进料量（h） 出料量（h）1 PVC 6326.13 6231.24 损失94.892 VCM 0.032 0.0323 水 19.23 19.23合计 6345.392 6345.3922.2热量衡算2.2.1聚合釜 夹套传热系数的校核 已知数据： 釡内径：T=3810 釡内壁厚：3+33 三叶后掠式桨叶直径

45、：D=（0.40.55）T 夹套半管外径：114.3 夹套冷却水温度：t进=7 t出=12 碳钢层：33 不锈钢：3粘釡物：0.1 水垢层：0.2热量衡算取洪峰放热的数据，转化率为70% （1）釡内壁给热系数i的计算i =A(m/T)(NRe)a(NPr)b(Vis)c = A(m/T)(mND2/m)a(Cpmm/m)b(b/w)c 式中: A:悬浮液对壁面的传热膜系数； T：釡内径； D：搅拌桨叶直径； N：搅拌器转数； w：壁温下流体的粘度； m ，Cpm，m，b：分别为悬浮液在反应温度下的导热系数，恒压热容，密度和黏度。式中：A=0.37 a=1.04 b=0.33 c=0.14 悬浮

46、液的密度悬浮体系各组分体积如下：（转化率为70%）脱盐水：31.29 m3注入水量：v=cw/12(1-2)= 70%28.14842.3(842.3-1400) (842.31400)=7.85m3VCM量：28.1430%=8.44 m3PVC量：28.1470%842.3/1400=11.85 m3则悬浮体系总体积：31.29+7.85+8.44+11.85=59.43 m3各组分体积分率： 水：x1=（31.29+7.85）/59.43=0.659 1=984.7 kg/ m3 VCM：x2=8.44/59.43=0.142 2=842.3 kg/ m3 PVC：x3=11.856/5

47、9.43=0.199 3=1400 kg/ m3m=xii=0.659984.7+0.142842.3+0.1991400=1047.1kg/ m3 浮液导热系数m的计算m=c2c+d-2d(c-d)/ 2c+d+d(c-d)式中：c，d分别为连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%的氯乙烯悬浮聚合体系，有机粒子本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=11.86/（11.86+8.45）=0.584液态VCM导热系数公式VCM=AVCMC VCM（VCM/M）1/3其中：

48、VCM=0.8423g/3 C VCM=0.38 Kcal/ kg M=62.5 A=1.52PVC连=1.520.84230.38（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 m b.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57=0.6559 W/M=0.5639 Kcal/ hr mm=0.5639

49、20.5939+0.1295-2(0.142+0.199) (0.5639-0.1295) /20.5639+0.1295+(0.142+0.199) (0.5639-0.1295)=0.3856 Kcal/ hr m 悬浮液的比热Cm57时：Cvcm=0.38 Kcal/ kg Cpvc=0.44 Kcal/ kg C水50=4.174kJ/kg C水60=4.178 kJ/kg内差法得：C水57=4.177 kJ/kg=0.998 Kcal/ kg悬浮液各组分的质量分率： VCM质量=28.1430%842.3=7110.7 kg H2O质量=（31.29+7.85）984.7=38541

50、.2 kg PVC质量=28.1470%1400=27577.2 kg总质量=7110.7+38541.2+27577.2=73229.1 kg各组分的质量分率： xvcm=7110.7/73229.1=0.097 xpvc=27577.2/73229.1=0.377 xH2O=38541.2/73229.1=0.526Cm=xici=0.380.097+0.440.377+0.9980.526=0.728 Kcal/ kg 悬浮液的平均粘度mm=（1+0.5s）/（1-s）4式中：s为分散相体积分率 为反应温度下水的粘度水50=0.549410-3mPas 水60=0.468810-3mPa

51、s内差法得水57=0.493010-3mPasm=（1+0.5s）/（1-s）4=1+0.5(0.142+0.199) 0.493010-3/1-(0.142+0.199)4=3.06010-3mPas近似认为釡内壁温度为夹套冷却水温度 t进=7 t出=12 t平均=9.5 水0=1.792110-3mPas 水10=1.307710-3mPas内差法得：水9.5=1.331910-3mPasm=（1+0.5s）/（1-s）4 =1+0.5(0.142+0.199) 1.331910-3/1-(0.142+0.199)4 =8.26610-3mPas 其它参数的确定搅拌转数：N=97.5rPm

52、釡内径： T=3810mm=3.81m取桨叶直径：D=0.5T=0.53.81=1.905m釡内壁给热系数ii= A(m/T)(mND2/m)a(Cpmm/m)b(b/w)c=0.37（0.3856/3.81）1047.1（97.5/60）1.9052/(3.05910-310-3)0.67(0.7283.05910-310-33600/0.3856)0.33(3.05910-3/8.26610-3)0.14=15919.6 Kcal/ hr m(2) 釡外壁给热系数0的计算 0=0.023（/De）（De/）0.8（Cp3600/）0.4（1+1.77 De/Rj）式中：De：螺槽的当量直径； Rj：夹套的曲率半径； ：冷却水在夹套中的流速 夹套冷却水流速的计算Q夹=K夹F夹tm=5108047.5=1.938106 Kcal/ hrQ夹=W夹Cpt （W夹为冷却水流量）Cp0=4.212 kJ/kg Cp10=4.191 kJ/kg内差法得：Cp9.5=4.192 kJ/kg=1.001 Kcal