1、課 程 設 計 3000t/a懸浮PVC樹脂生產工藝設計混料槽的設計 學生姓名 學 號 專業班級 高分子材料與工程08-1班 指導教師 劉春華、楊文、宋秋生 2012年2月23日設計任務書專業 高分子材料與工程 班級 08-1班 姓名 設計題目：混料槽的設計設計時間：指導老師：劉春華、楊文、宋秋生（一）設計任務: 設計兩套混料槽，用于混合沉析槽工段PVC樹脂，要求年產量為3000t。（二）設計要求：一天工作8小時，完成聚合段5批料的混合，且在此混合過程中物料損耗1%，年工作日為300天，分為2套設備混合。（三）操作條件：從沉析槽出來的固液混合物的5批料經混料槽混合之后使不同組分之間混合均勻，使

2、得從混料槽中出來的各批料性狀穩定。年工作日 300天，連續生產PVC聚合周期 10h40min（四） 設計內容：1、物料衡算、熱量衡算、計算空氣量、蒸汽用量，確定混料槽的主要尺寸和技術參數。2、帶控制點工藝流程圖一張（2#圖紙）； 廠區設備布置圖一張（2#圖紙）。摘要本設計是年產3000噸聚氯乙烯（PVC）車間混料槽工段的初步設計。初步介紹了我國聚氯乙烯工業生產技術的發展進程和目前狀況，包括原料路線、工藝設備、聚合方法、混料槽的設計與選擇等。本設計采用懸浮法生產聚氯乙烯，介紹了采用懸浮法生產PVC樹脂工聚合機理，工藝過程中需要注意的問題，包括質量影響因素，工藝條件及合成工藝中的各種助劑選擇，對

3、混合工藝過程進行詳細的敘述。并且從物料衡算、熱量衡算和設備計算和選型三個方面進行準確的工藝計算，對廠址進行了選擇，畫出了整個工藝的流程圖關鍵詞：聚氯乙烯（PVC） 氯乙烯 物料衡算 熱量衡算 聚合反應Abstract The process design of synthesis section of twenty thousand tons Polyvinyl chloride polymer in workshop was designed. In this paper, firstly, synthesis method of Polyvinyl chloride polymer, pr

4、oduction and application were outlined. Its effect and status was introducted in chemical industry. Secondly, process of Polyvinyl chloride polymer was selected in the design. Mass balance and heat balance were finished, and the size and type of key equipments were selected. And methods of treating

5、“Three Wastes”, electrical power supply, feedwater supply, heating were discussed. Ventilation Control in public works was accounted. Keywords: Polyvinyl chloride polymer（PVC） Polyvinyl chloride Mass balance heat balance condensation reaction 第1章 總論1. 1 概述意義與作用聚氯乙烯（PVC）是國內外高速發展的合成材料中5大熱塑性合成樹脂之一，以其價廉

6、物美的特點，占合成樹脂消費量的29%左右，僅次于聚乙烯（PE），居第二位。由于它具有優良的耐化學腐蝕性、電絕緣性、陰燃性、物理及機械性能、抗化學藥品性能、質輕、強度高且易加工、成本低，可通過模壓、層合、注塑、擠塑、壓延、吹塑中空等方式進行加工，是一種能耗少、生產成本低的產品。因而聚氯乙烯（PVC）制品廣泛用二工業、農業、建筑、電子電氣、交通運輸、電力、電訊和包裝及人們生活中的各個領域。聚氯乙烯（PVC）硬質制品可代替金屬制成各種工業行材、門窗、管道、閥門絕緣板及防腐材料等，還可以做收音機、電話、電視機、蓄電池外殼及家具、玩具等。其輕質品可制成薄膜用以制作雨披、臺布、包裝材料以及農膜，還可制成人

7、造革、電線、電纜等的絕緣層。序號純度單體含量其它雜質H2OPH備注精聚氯乙烯99%0.10.60.3優級品精聚氯乙烯98%0.11.00.9一等品精聚氯乙烯97%0.21.51.3合格精聚氯乙烯87%2.53.51.5氯乙烯單體的制備方法的選取氯乙烯單體可由電石乙炔法和乙烯氧氯化法制備，國內主要采用乙炔電石路線。原料為來自電石水解產生的乙炔和氯化氫氣體，在催化劑氧化汞的作用下反應生成氯乙烯。具體工藝為：從乙炔發生器來的乙炔氣經水洗一塔溫度降至35以下，在保證乙炔氣柜至一定高度時，進入升壓機組加壓至80kpa·G左右，加壓后的乙炔氣先進入水洗二塔深度降溫至10以下，再進入硫酸清凈塔中除

8、去粗乙炔氣中的S、P等雜質。 最后進入中和塔中和過多的酸性氣體，處理后的乙炔氣經塔頂除霧器除去飽和水分，制得純度達98.5%以上，不含S、P的合格精制乙炔氣送氯乙烯合成工序。1.2聚合工藝的選擇聚氯乙烯聚合方法的選取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。本工藝設計采用懸浮發生產聚乙烯。懸浮法(主要是水相懸浮法)生產的氯化聚氯乙烯為非均質產品,溶解度相對于溶液法產品低,但熱穩定性高,主要用于制造管材、管件、板材等5懸浮聚合反應機理和動力學與本體聚合相同，需要研究的式成粒機理和顆粒控制。聚氯乙烯懸浮聚合工藝簡介PVC是一種重要的熱塑性樹脂，它通

9、過成型加工改性，可以制成軟硬質、泡沫、纖維等塑料制品，它性能優良，用途廣泛。PVC生產方法主要有：懸浮聚合、乳液聚合、本體聚合和溶液聚合。本次課程設計選擇的方法是懸浮聚合。因采用懸浮法PVC生產技術易于調節品種，生產過程易于控制，設備和運行費用低，易于大規模組織生產而得到廣泛的應用，成為諸多生產工藝中最主要的生產方法。工藝特點：懸浮聚合法生產聚氯乙烯樹脂的一般工藝過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,這些小液滴由保護膠加以穩定,并加入可溶于單體的引發劑或引發劑乳液,保持反應過程中的反應速度平穩,然后升溫聚合,一般聚合溫度在45

10、70之間。使用低溫聚合時(如4245),可生產高分子質量的聚氯乙烯樹脂；使用高溫聚合時(一般在6271)可生產出低分子質量(或超低分子質量)的聚氯乙烯樹脂。近年來,為了提高聚合速度和生產效率,國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聚合。采用兩步法聚合的優點是顯著縮短了聚合周期,生產出的樹脂具有良好的凝膠性能、模塑性能和機械強度。現在懸浮法聚氯乙烯品種日益廣泛,應用領域越來越廣,除了通用型的樹脂外,特殊用途的專用樹脂的開發越來越引起PVC廠家的關注,球形樹脂、高表觀密度建材專用樹脂、消光樹脂、超高(或超低)分子質量樹脂等已成為開發的熱

11、點7。懸浮法PVC的發展趨：在工業化生產PVC時,以懸浮法產量最大,懸浮法生產具有設備投資少和產品成本低等優點。各種聚合方法的發展方向是逐步向懸浮法聚合生產路線傾斜,一些過去采用其它方法生產的樹脂品種已開始采用懸浮聚合工藝生產。自從乳液聚合法工業化以后,歐洲、日本在連續懸浮聚合工藝方面開展了大量的研究工作,目前尚未工業化生產,但連續法設備費用低,生產效率高,工藝難題少,已引起了各國科研院所和生產廠家的重視。另外,為進一步提高懸浮法生產的通用樹脂和專用樹脂的質量,提高產品的專用化、市場化水平,國外廠家在聚合工藝的工藝條件及配料體系等方面做了大量的研究工作,進一步提高了聚合轉化率,縮短了聚合周期,

12、提高了生產效率,同時也開發出一系列性能好、易于加工的PVC專用樹脂如:超高(或超低)聚合度樹脂、高表觀密度樹脂、無皮樹脂、耐輻射樹脂、醫用樹脂、耐熱樹脂等。可見,各種專用料的開發是懸浮聚合樹脂發展的標志,是提高產品使用性能、開發新的應用領域的重要手段8。本設計采用懸浮法PVC生產技術。整個PVC生產過程如下：（1）準備工作：將去離子水經計量后加入釜中，開動攪拌，加入備好的物料。（2）聚合工段：溫度升至規定值，加入引發劑開始聚合。夾套通低溫水進行冷卻，嚴格控制反應溫度，直至反應結束。（3）分離：加入鏈終止劑，同時迅速減壓脫除未反應的單體。（4）混合：從沉析槽中出來的各批料之間性能比不均一需要通過

13、混料槽混合均勻，提高產品的穩定性。（5）聚合物后處理：剝離單體后的漿料經過熱交換器冷卻后，送至離心分離工段，經氣流干燥器干燥后含水量約為5%，再送入臥室流化床干燥器進行干燥，干燥后的PVC樹脂含水量約為0.3%。其他聚合工藝簡介 本體聚合生產工藝，其主要特點是反應過程中不需要加水和分散劑。聚合分2步進行，第1步在預聚釜中加人定量的VCM單體、引發劑和添加劑，經加熱后在強攪拌(相對第2步聚合過程)的作用下，釜內保持恒定的壓力和溫度進行預聚合。當VCM的轉化率達到8%-12%停止反應，將生成的“種子”送人聚合釜內進行第2步反應。聚合釜在接收到預聚合的“種子”后，再加人一定量的VCM單體、添加劑和引

14、發劑，在這些“種子”的基礎上繼續聚合，使“種子”逐漸長大到一定的程度，在低速攪拌的作用下，保持恒定壓力進行聚合反應。當反應轉化率達到60%一85%(根據配方而定)時終止反應，并在聚合釜中脫氣、回收未反應的單體，而后在釜內汽提，進一步脫除殘留在PVC粉料中的VCM，最后經風送系統將釜內PVC粉料送往分級、均化和包裝工序。 氯乙烯乳液聚合方法的最終產品為制造聚氯乙烯增塑糊所用的的聚氯乙烯糊樹脂（E-PVC），工業生產分兩個階段：第一階段氯乙烯單體經乳液聚合反應生成聚氯乙烯膠乳，它是直徑0.13微米聚氯乙烯初級粒子在水中的懸浮乳狀液。第二階段將聚氯乙烯膠乳，經噴霧干燥得到產品聚氯乙烯糊樹脂，它是初級

15、粒子聚集而成得的直徑為1100微米，主要是2040微米的聚氯乙烯次級粒子。這種次級粒子與增塑劑混合后，經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，工業上稱之為聚氯乙烯糊。 1.3產品的應用情況PVC樹脂可以采用多種方法加工成制品，懸浮聚合的PVC樹脂可以擠出成型、壓延成型、注塑成型、吹塑成型、粉末成型或壓塑成型。分散型樹脂或糊樹脂通常只采用糊料涂布成型，用于織物的涂布和生產地板革。糊樹脂也可以用于搪塑成型、滾塑成型、蘸塑成型和熱噴成型。發達國家PVC樹脂的消費結構中主要是硬制品，美國和西歐硬質品占大約2/3的比例，日本占55%；硬質品中主要是管材和型材，占大約7080%。PVC

16、軟制品市場大約占全部PVC市場的30%，軟制品主要包括織物的壓延和涂層、電線電纜、薄膜片材、地面材料等。硬質品PVC樹脂近年來增長比軟制品快。在全世界范圍內一半以上的PVC樹脂用于與建筑有關的市場，使PVC行業容易受到經濟的波動影響。建筑領域是PVC樹脂增長最快的市場，在其它市場中的增長率僅為1.4%/年。增長最快的用途是管材、板壁、和門窗等。我國聚氯乙烯硬制品應用份額也呈增長趨勢，管材、型材和瓶類所占份額由1996年25%增長到1998年的40%，但至今我國聚氯乙烯的應用還是軟制品的份額較多。1998年軟制品占PVC總用量的51%（其中薄膜為20%，塑料鞋10%，電纜料5%，革制品11%，泡

17、沫和單板等5%），硬制品占40%（其中板材16%，管材9%，異型材8%，瓶3%，其它4%），地板墻紙等占9%。聚氯乙烯塑料一般可分為硬質和軟質兩大類。硬制品加工中不添加增塑劑，而軟制品則在加工時加入大量增塑劑。聚氯乙烯本來是一種硬性塑料，它的玻璃化溫度為8085。加入增塑劑以后，可使玻璃化溫度降低，便于在較低的溫度下加工，使分子鏈的柔性和可塑性增大，并可做成在常溫下有彈性的軟制品。常用的增塑劑有鄰苯二甲酸二辛酯、鄰酯。一般軟質聚氯乙烯塑料所加增塑劑的量為聚氯乙烯的30%70%。聚氯乙烯在加工時添加了增塑劑、穩定劑、潤滑劑、著色劑、填料之后，可加工成各種型材和制品。第2章 混料槽的設計與選型2.

18、1沉析槽中物料參數2.2干燥器選形時考慮的因素（1）物料性能及混合特性 包括物料形態(片狀、纖維狀、粒狀、液態、膏狀等)、物理性質(密度、粒度分布、粘附性）、混合特性（熱敏性、變形、開裂等)、物料與水分的結合方式等因素。（2）對混合產品質量的要求及生產能力 要求混料槽能夠將沉析槽出來的不同批次的五批料混合均勻，使得從混料槽中出來的各批料之間性狀穩定23選型時相應的計算查在得知選用。型的混料槽，查。選用長徑比為1.3的槽。根據。公式計算出直徑和高度。再由物料總體積計算出液面高度。查。根據高粘度物料混合的特點，選用。型的攪拌器。查計算混料槽的功率的公式為。經計算的出混料槽的功率為。第3章 混料槽的

19、裝備圖3.混料槽的裝備圖。3.2混合過程工藝說明第4章 車間設備布置設計4.1 車間設備布置的原則 車間設備布置的原則1 從經濟和壓降觀點出發，設備布置應順從工藝流程，但若與安全、維修和施工有矛盾時，允許有所調整。2 根據地形、主導風向等條件進行設備布置，有效的利用車間建筑面積（包括空間）和土地（盡量采用露天布置及建筑物能合并者盡量合并）。3 明火設備必須布置在處理可燃液體或氣體設備的全年最小頻率風向的下側，并集中布置在裝置（車間）邊緣。4控制室和配電室應布置在生產區域的中心部位，并在危險區外。5 充分考慮本裝置（車間）與其他部門在總平面布置圖上的位置，力求緊湊、聯系方便，縮短輸送管線，達到節

20、省管材費用及運行費用的目的。6 留有發展的余地7 所采取的勞動保護、防火要求、防腐蝕措施要符合有關標準、規范的要求。8 有毒、有腐蝕性介質的設備應分別集中布置，并設圍堰，以便集中處理。9 設備安全通道、人流、物流方向應錯開。10 設備布置應整齊，盡量使主要管道走向一致13。 車間設備平面布置的原則車間平面布置首先必須適合全廠總平面布置的要求，應盡可能使個車間的平面布置在總體上達到協調、整齊、緊湊、美觀，相互融合，渾成一體。其次，必須從生產需要出發，最大限度的滿足生產包括設備維修的要求。即要符合流程、滿足生產、便于管理、便于運輸、利于設備安裝和維修。第三，生產要安全。即要全面妥善的解決防火、防爆

21、、防毒、防腐、衛生等方面的問題，符合國家的各項有關規定。第四，要考慮將來擴建及增建的余地，為今后生產發展、品種改革、技術改造提供方便。但這些一定要最有效的利用車間的建筑面積（包括空間）和土地（設備裝置能露天布置的盡量露天布置，建筑物能合并的應盡量合并）。 車間設立面布置的原則廠房的立面形式有單層、多層和單層與多層相結合的形式。多層廠房占地少但造價高，而單層廠房占地多但造價低。采用單層還是多層主要應根據工藝生產的需要。例如制堿車間的碳化塔，根據工藝要求須放在廠房內，但塔有比較高，且操作崗位安排在塔的中部以便觀察塔內情況，這樣就需要設計多層廠房；另一種情況是：設備大部分露天布置，廠房內只需要安置泵

22、或風機，這種情況可設計成單層廠房。對于為新產品工業化生產而設計的廠房，由于生產過程中對工藝流程和設備需要不斷改進和完善，一般都設計一個較高的單層廠房，利用便于移動、拆裝、改建的鋼制操作平臺代替鋼筋混凝土操作臺，以適應工藝流程和設備變化的需要。4.2 車間設備布置車間設備平面布置車間平面布置按其外形一般分為長方形、L形、T形和形等。長方形便于總平面圖的布置，節約用地，有利于設備排列，縮短管線，易于安排交通出入口，有較多可供自然采光和通風的墻面；但有時由于廠房總長度較長，在總圖布置有困難時，為了適應地形的要求或者生產的需要，也有采用L形、T形和形的，此時應充分考慮采光、通風和立面等各方面的因素。車

23、間設備立面布置化工廠廠房可根據工藝流程的需要設計成單層、多層或單層與多層相結合的形式。一般來說單層廠房建設費用較低，因此除了由于工藝流程的需要必須設計成多層外，工程設計中一般多采用單層。有時因受建設場地的限制或者為了節約用地，也有設計成多層的。對于為新產品工業化生產而設計的廠房，由于在生產過程中對于工藝路線還需不斷改進和完善，所以一般都設計成一個高單層廠房，利用便于移動、拆裝、改建的鋼操作臺代替鋼筋混凝土操作臺或多層廠房的樓板，以適應工藝流程改變的需要。第五章 設計評述此次設計的重點是在其主體設備的計算和輔助設備的選擇。由于在主體設備的計算和輔助設備的選擇中，有許多的不確定因素，我們在設計時對其進行了以下的假設：混料槽中的固液混合物粘度很大，而部分