1、 可修改 歡迎下載 精品 Word 可修改 歡迎下載 精品 Word 可修改 歡迎下載 精品 Word誠信申明本人申明：我所呈交的本科畢業設計論文是本人在導師指導下對四年專業知識而進行的研究工作及全面的總結。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內容以外，論文中創新處不包含其他人已經發表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京化工大學北方學院或其它教育機構的學位或證書而已經使用過的材料。與我一同完成畢業設計論文的同學對本課題所做的任何奉獻均已在文中做了明確的說明并表示了謝意。假設有不實之處，本人承擔一切相關責任。本人簽名： 年 月 日 年產7萬噸聚氯乙生產工藝設計 閆朋龍 高分子材料與工

2、程專業 化材1104班 學號110120215指導教師 劉艷霞老師摘 要該設計為年產7萬噸聚氯乙烯聚合工藝設計。首先介紹了設計依據生產方案、生產規模、廠址的選擇、設計廠址的自然環境、制造聚氯乙烯的原材料以及聚氯乙烯的特征。工藝路線論證包括典型工藝的介紹、工藝流程的選定及其具體的操作。物料衡算涵蓋了該設計的主要設備：聚合釜、汽提塔、離心機和沸騰枯燥工段和氣流枯燥工段的物料衡算。然后對聚合釜、換熱器等主要設備進行了熱量衡算，并計算了設備選型，由計算得出該設計需采用70不銹鋼聚合釜3個并聯操作，1臺70出料槽，9臺WL-630型離心機，設計的最后說明了聚氯乙烯聚合過程中的本錢核算、平安本卷須知及三廢

3、處理問題。繪制了帶控制點的PVC聚合工藝流程圖、車間布置圖。關鍵詞：聚氯乙烯 懸浮聚合法 生產工藝Annual output of 70000 tons of polyvinyl chloride PVC production process designAbstractThe design for an annual output of 70，000 tons of PVC dry polymerization processes of the preliminary design， the design documents from design specification and des

4、ign drawings composed of two parts. In the design of brochures， a brief introduction of the PVC production status， trends， performance and the main purpose of the current PVC also introduced the four common industrial polymer production methods. And a comparison， final Determined to suspension polym

5、erization as a polymerization technology production methods. In the design process， in accordance with the requirements of the mission design， a more detailed material balance and energy balance， the equipment was calculated and the selection process， while the production of PVC in the process of at

6、tention to safety issues and Three wastes governance made note of the entire device to a simple technical. Drawing the corresponding design drawings， including process maps， equipment layout plans.Key words: polyvinyl chloride suspension polymerization Productive technology 目 錄TOC o 1-2 h u HYPERLIN

7、K l _Toc6173 第1章 緒論 PAGEREF _Toc6173 1 HYPERLINK l _Toc25290 第1.1節 設計依據 PAGEREF _Toc25290 1 HYPERLINK l _Toc27270 第1.2節 生產方案及生產規模 PAGEREF _Toc27270 1 HYPERLINK l _Toc12599 第1.3節 廠址的選擇及設計的自然條件 PAGEREF _Toc12599 2 HYPERLINK l _Toc17380 第1.4節 主要原材料和聚氯乙烯的特征 PAGEREF _Toc17380 3 HYPERLINK l _Toc5709 第2章 工

8、藝路線論證 PAGEREF _Toc5709 6 HYPERLINK l _Toc945 第2.1節 PVC樹脂的典型聚合工藝 PAGEREF _Toc945 6 HYPERLINK l _Toc16856 第2.2節 PVC樹脂的工藝流程的選定 PAGEREF _Toc16856 8 HYPERLINK l _Toc14863 第2.3節 懸浮聚合的具體操作 PAGEREF _Toc14863 12 HYPERLINK l _Toc9634 第3章 物料衡算 PAGEREF _Toc9634 13 HYPERLINK l _Toc28580 第3.1節 物料衡算依據 PAGEREF _Toc

9、28580 13 HYPERLINK l _Toc8669 第3.2節 各個設備物料衡算 PAGEREF _Toc8669 16 HYPERLINK l _Toc30501 第3.3節 物料衡算總平衡 PAGEREF _Toc30501 22 HYPERLINK l _Toc7527 第4章 熱量衡算 PAGEREF _Toc7527 26 HYPERLINK l _Toc14977 第4.1節 聚合釜的熱量衡算 PAGEREF _Toc14977 26 HYPERLINK l _Toc27908 第4.2節 列管式換熱器熱量衡算 PAGEREF _Toc27908 29 HYPERLINK

10、l _Toc19383 第4.3節 氣流枯燥塔熱量衡算 PAGEREF _Toc19383 31 HYPERLINK l _Toc20952 第4.4節 空氣加熱器熱量衡算 PAGEREF _Toc20952 34 HYPERLINK l _Toc2551 第5章 設備工藝計算及選型 PAGEREF _Toc2551 36 HYPERLINK l _Toc11913 第5.1節 聚合釜的設計 PAGEREF _Toc11913 36 HYPERLINK l _Toc5300 第5.2節 料漿排放槽的選型 PAGEREF _Toc5300 38 HYPERLINK l _Toc30330 第5.

11、3節 離心機的設計 PAGEREF _Toc30330 38 HYPERLINK l _Toc9350 第6章 本錢核算 PAGEREF _Toc9350 40 HYPERLINK l _Toc12218 第6.1節 生產本錢 PAGEREF _Toc12218 40 HYPERLINK l _Toc24516 第6.2節 盈虧平衡 PAGEREF _Toc24516 41 HYPERLINK l _Toc26019 第7章 平安與環保 PAGEREF _Toc26019 42 HYPERLINK l _Toc12605 第7.1節 平安防火設計 PAGEREF _Toc12605 42 HY

12、PERLINK l _Toc6462 第7.2節 環境保護 PAGEREF _Toc6462 45 HYPERLINK l _Toc6527 結 論 PAGEREF _Toc6527 47 HYPERLINK l _Toc26079 參考文獻 PAGEREF _Toc26079 48 HYPERLINK l _Toc30600 致 謝 PAGEREF _Toc30600 49第1章 緒論第1.1節 設計依據設計所參考和依據：1以學校發布的發布的?畢業設計任務書?作為主要依據。2以?聚氯乙烯生產與操作?，?化工設計?，?聚合物合成工藝設計?，?聚氯乙烯工藝學?等作為輔助。第1.2節 生產方案及生

13、產規模廠址選定之后進行工廠總平面設計。結合建廠地區的自然、氣候、地形、地質、水文資料、以及廠內外運輸、公共設備、廠區協作等條件設計總圖，整個生產工藝過程按照原料進廠到成品出廠的順序，經濟合理地布置廠區內的建筑物，廠內外的交通運輸要通常等。所有的過程應該嚴格遵照國家的有關方針政策，結合廠區地形、地質情況，按照廠區的衛生、防火的技術要求等因素，充分利用廠區周圍的自然資源、運輸、動力和水源等條件，在充分做好調查研究的根底上進行分析綜合，并須進行總平面設計方案的比較，以到達工藝流程合理、總體布置緊湊、投資節省、用地節約、建成后較快投產的目的1。建廠投資、生產管理、平安生產、降低本錢要求總平面布置合理，

14、不僅與直接相關，而且也會嚴重影響工廠實施科學管理和文明生產，所以工廠平面設計需遵循以下原那么：按照生產工藝流程的要求合理進行平面布置，就禁不止有聯系或者和有關的的車間，盡量防止迂回交叉、往返。注意噪聲污染、風向和粉塵的相互關系。廠區內的道路徑直短捷，布局緊湊，用地節約，廠容整齊。廠區布置應嚴格遵守防火，衛生等平安標準、標準和有關規定。產生明火的車間盡量遠離可燃性氣體的車間；有腐蝕性介質散發、可能有酸霧產生的車間、有粉塵飄散的車間、有污水排放的車間應有防護措施。常用標準與標準有：建筑設計防火標準GB-50016-20*；工業企業總平面設計標準GB-50187-93；化工企業總圖運輸設計標準HG/

15、T-20649-1998工業企業衛生防護距離標準GB-18083-20002.應盡可能的使管線取直線，管線集中設施應鋪設在建筑物和道路直接。建筑物應盡可能坐北向南，防止日光直射，充分利用自然光和自然通風。人流、貨流通道分開，防止交叉；同時考慮門的不同作用。總平面設計包括平面設計、豎向布置設計、運輸設計管線綜合設計、綠化設計等，平面設計中車間平面布置、車間設備布置都在總圖紙中表達。第1.3節 廠址的選擇及設計的自然條件廠址的地理位置茌平縣位于山東省魯西平原本工程擬建在濟邯鐵路以南，位于茌平縣城西，該地區擁有開闊平坦的地勢、拆遷量小，三通一平工作量較小，交通、供水、供電條件好。水文 大氣降水及地表

16、徑流為場地地下水提供主要補給，地表蒸發及工農業用水為其主要排泄方式，2.6-4.4m為地下水的埋深，地下水類型屬第四系孔隙潛水。氣候 該地區春季枯燥、少雨，夏季炎熱、降雨集中，秋季涼爽，冬季寒冷枯燥，屬大陸性氣候。地形 廠址周圍地勢平坦，地貌單元單一，位于黃河下游，屬沖洪積平原。地質 擬建場地為第四系沉積地層50m 深度范圍內土層，土層主要構成為粘土、粉土、粉砂土。根據其巖性及物理力學性質自上而下分為16層。場地穩定，適宜建筑。建筑場地類別為III類，土為中軟型。第1.4節 主要原材料和聚氯乙烯的特征本設計采用懸浮聚合法。所以采用的原材料是VCM以及其他助劑。懸浮聚合法的原理：烯類單體在光和熱

17、或輻射能的作用下，有可能發生自由基而聚合。由于碳碳鍵具有較大的鍵能，所以烯類單體均裂成自由基須在300400高溫作用下才能開始。一般的聚合達不到這樣高的溫度。因此，氯乙烯懸浮聚合的引發劑采用過氧化物或偶氮化合物，連同液態氯乙烯單體在水中經過攪拌，氯乙烯單體分散成小液滴、懸浮于水介質中發生聚合反響。在聚合溫度4565下，溶于單體中的引發劑分解成自由基，從而引發氯乙烯聚合，在水中溶于分散劑，以防止VCM液滴的并聚和防止到達一定轉化率后PVC-VCM溶脹粒子的粒并。氯乙烯聚合反響熱約為95.9KJ/mol，因此該氯乙烯的聚合反響為放熱反響，聚合釜夾套中冷卻水帶走放出的熱量，用來恒定聚合溫度。1VCM

18、名稱：氯乙烯分子式：CH2CHCl分子量：62.50溶解性：溶于多數有機溶劑乙醇、乙醚、丙酮等，在水中微涼溶解2分散劑名稱聚乙烯醇PVA分子結構式聚合度為m+l分子量為2600揮發份 5% 灰分1%溶解性PVA在不同的聚合度和醇解度下對水的溶解度也會不同。在常溫下，完全不溶于有機溶劑。3引發劑名稱偶氮二異庚腈，又稱之為ABVN化學結構式：分子量為248.37 分子式：C14H24N4性質：受熱分解，易燃易爆，白色結晶或粉末。不溶于水，溶于有機溶劑醇、醚等。毒性：低毒產品規格標準：Q/45071769-0.2-1998主要指標如下：熔點范圍：4070，在甲醇中不溶物小于0.1%純度：98%含水量

19、：1%4反響調節劑名稱巰基乙酸2-乙基己脂化學結構式外觀性狀液體，色或淡黃色，有的巰醇臭味。分子量204.3分子量204.35反響終止劑名稱RS-1 一種苛性鈉水溶液配方無離子水84.6%氫氧化鈉4.4% 雙酚-A 11.0%結構式 分子量223.36防粘釜劑的性質性質RS-1是與酚類化合物的混合物，一種名為環戊二烯基樹脂的石油樹脂。配方聚醅酚 100kg 石油樹脂 700kg 對甲基磺酸 0.15 kg反響溫度 160-1704第2章 工藝路線論證第2.1節 PVC樹脂的典型聚合工藝有四種典型的聚氯乙烯工業化生產方法：懸浮法、乳液法、本體法、微懸浮法。氯乙烯懸浮聚合 液態氯乙烯懸浮于水介質中

20、在攪拌作用下分成液滴發生的聚合過程。懸浮聚合法是最主要的生產方法，生產過程易于控制，設備和運行費用低，易于調節品種，易于組織大規模生產才得到的廣泛應用。工藝特點：懸浮聚合法生產PVC樹脂的一般工藝過程是在聚合釜被清理干凈以后，在釜中參加水、懸浮劑、抗氧劑、VCM單體， 攪拌混合漿液，VCM單體在水中呈小液滴狀分散開， 由保護膠對這些混合漿液中的小液滴加以穩定，隨后在混合漿料中參加可溶于水的引發劑，反響速度在反響過程中應該保持平穩，隨后升溫聚合，局和溫度應該穩定在45-70。42-45低溫聚合時，生產的聚氯乙烯樹脂的分子質量較高；62-71高溫聚合時會生產出的聚氯乙烯樹脂分子質量低或超低。國外近

21、年來還研究成功了兩步懸浮聚合工藝，該工藝提高了聚合速度和生產效率，兩步法第一步是將聚合度控制在600左右，然后參加局部新單體繼續聚合。聚合周期在兩步法聚合中明顯短了， 凝膠性能、機械強度和模塑性能較其他的方法有所提升。隨著現代科技的開展懸浮法聚氯乙烯應用領域隨著聚氯乙烯品種日益廣泛而越來越廣，現在的PVC廠家越來越對特殊的PVC專用樹脂感興趣，興趣已經不局限在通用型的樹脂上了，其中開發的熱點集中于高表觀密度建材專用樹脂、球形樹脂、消光樹脂、超高或超低分子質量樹脂等 3。懸浮法PVC的開展趨勢：懸浮聚合法在工業生產時產量最大，更加具有設備投資少和產品本錢低等優點。現在聚氯乙烯的其他聚合方法都在逐

22、步向懸浮法聚合生產路線傾斜，懸浮聚合工藝生產方法已經在其他樹脂品種的生產中被逐漸采用。目前雖然PVC乳液聚合法已經工業化，但是歐美和日本在連續懸浮聚合工藝的研究工作依然被他們看重，即使距離工業化生產尚有距離，但是連續法的諸多優點已引起了生產廠家和各國科研院所的高度重視。國外廠家大量研究了懸浮聚合的聚合工藝以及聚合過程的配料體系，使得聚合轉化率得到進一步的提升。專用樹脂在生產周期明顯縮產率提高的情況下，其性能也得到了提升。與此同時通用樹脂的專用化、市場化水平隨著產品質量的提升而逐漸提高。近年來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、耐熱樹脂等的廣泛應用就是很好的例證

23、。聚氯乙烯專用樹脂的使用性能的提高和新的應用領域的開發是懸浮法聚合樹脂開展的標志。 本體聚合工藝只有單體和引發劑發生反響生產聚氯乙烯，不同于懸浮聚合法以水為介質，也不參加分散劑等各種助劑，懸浮法的離心枯燥過程也被刪除了。 本體聚合法的簡介PVC的本體聚合方法生產，在1963年由法國羅納-普朗克公司開發出來，該公司創造了兩段本體聚合法并實現了該法的工業化，從而使得聚氯乙烯生產采用的本體聚合法在聚氯乙烯生產中確立了很重要的地位。并于1974年在世界上率先投產了年產十萬噸大型裝置。顧名思義兩段法就是在兩種不同的控制條件下單體完成樹脂顆粒的成形即：首先在反響釜里參加一半兒的單體和引發劑進行預聚合，控制

24、好預聚合的反響溫度6070，到達一定的轉化率8%12%時，作為反響結束，其總周期約11.5h；后聚合是將預聚合釜排除的流體作為聚合的種子參加到聚合釜內，隨后另一半單體和引發劑參加到反響釜中，穩定控制產品的聚合反響溫度使反響穩定進行，反響產生的熱量與夾套和流冷凝器移除的熱量持平，7.59h后總體的轉化率到達75%80%時結束反響，將未反響的單體進行回收。本體聚合法的特點本體法與懸浮等法比較，成為世界上主要的聚氯乙烯的生產技術之一，具有生產效率高、工藝操作簡單、產品顆粒無“皮膜、表觀密度高、電性能及透明度好等優點，生產本錢降低，該技術的使用也很多。 與懸浮聚合類似乳液聚合采用了與其相同的分散介質水

25、，但是與之不同的是乳化劑和引發劑均為水溶性的。把水溶性引發劑H2O2或K2S2O8等、氯乙烯單體以及其他助劑參加聚合釜中進行聚合反響是常用的做法。乳液法聚氯乙烯的生產方法乳液法目前分為連續法和間歇法，在PVC的工業生產中種子聚合法又稱為間歇法。種子聚合法的具體原理為：將顆粒較細的一代種子連同較粗的二代種子按比例混合，為制取具有一定粒度并且較大粒徑的產品，需要使其在種子乳膠粒子提前生長。乳液聚合法的特點：乳液聚合的反響溫度較低，因此更好控制傳熱及反響的操作；H2O2或K2S2O8為水溶性，因此反響速率較快；乳膠的粒徑、聚合反響的速率和產品的聚合度等性能與乳化劑的使用量有關，分散劑的使用量也較多；

26、反響完成后的膠乳粒徑很細。乳液聚合由于所加的助劑數量較多，并且沒有離心和水洗，所以整體工藝比不上懸浮聚合。在聚合釜中通入VCM單體以及助劑，連同去離子水、油溶性乳化劑、引發劑按比例混合均化后進行聚合。第2.2節 PVC樹脂的工藝流程的選定本設計采用懸浮聚合。常溫下，氯乙烯加壓后轉變為液體。氯乙烯和其他助劑的混合漿料在通入聚合釜后經過攪拌，氯乙烯在分散劑中分散成液滴，然后發生聚合產生聚氯乙烯。引發劑在45-65時分解為自由基引發氯乙烯聚合。分散劑能使聚氯乙烯和氯乙烯到達一定轉化率后不發生粘并。聚氯乙烯微溶于氯乙烯，但VCM能大量溶解于PVC中，讓VCM的體積變大。PVC:VCM70:30重。由于

27、在轉換率為零點一到百分之七十的工段里，VCM和PVC兩種組分都是有的。只是VCM和PVC的各自質量分數不發生變化，而是其各自的相持續縮小，但是共聚物卻持續進行反響；反響容器內的壓強就是聚乙烯的飽和蒸汽壓強。接著，共聚物中的VCM繼續發生反響，反響釜內的壓力就比剛剛降低。制造稀疏型PVC的時候，壓力下降的范圍是零點一到零點一五Mpa，此時就參加反響終止劑，讓反響終止。壓力下降的太大，將使反響的產率變低。而制造緊湊型PVC時，可以讓壓力下降零點二到零點二五左右MPa的時候停止。此時產品的轉化率約為百分之九十。如果聚乙烯的轉化率為百分之百，此時在實際生產中經濟效益不高，產品的質量也不高。所以未反響的

28、VCM應該再次利用，做法是將聚乙烯放入氣柜里，在處理過后二次利用。聚氯乙烯料漿通過各種離心，洗滌，枯燥處理之后，就可以成為聚氯乙烯成品了。該設計年產7萬噸聚氯乙生產工藝設計，該設計主要工段工藝包括聚合工藝、汽提工藝和離心枯燥工藝，以下主要論述各工段過程。氯乙烯懸浮聚合過程大致如下。先將無離子水參加聚合釜內，在攪拌下繼續參加分散劑水溶液和其他助劑，后加引發劑，密閉抽真空，必要時以氮排除釜內的空氣。最后參加單體，升溫至預定溫度進行聚合。為了縮短聚合時間，也可以將排氧后的釜內物料加熱至預定溫度，而后引入單體聚合。采用這一加料方案易使引發劑分散不均勻，局部過濃局部易形成透明塑化粒子，加工時產生魚眼，為

29、了克服這一缺點，可將引發劑配成溶液或乳液，在VCM參加后，再參加釜內。當釜內單體轉化率大到達87%時，根據釜內壓力下降的情況進行出料操作，釜內懸浮液借余壓壓2入出料槽，并于出料槽通入蒸汽升溫到75左右，脫除的未聚合的單體借槽內壓力排入氣柜回收。經脫氣后的料漿至出料槽底部排出，經樹脂過濾器及料漿泵進入汽提階段4。該聚乙烯聚合系統屬于放熱反響，聚合熱約為1540kJ/kg。放出的熱量由夾套中冷卻水帶走。放熱速度與傳熱速度應該相等，以保證聚合溫度恒定。氯乙烯聚合機理上的特點是向單體鏈轉移顯著，PVC的聚合度僅決定于溫度，而于引發劑濃度、轉發率無關。因此，聚合溫度要求控制得十分嚴格如0.2。這就要求引

30、發體系有平緩的聚合放熱速度，要求聚合釜有良好的傳熱性能，保證及時散熱。表2.2 聚合過程的工藝指標如下表：序號工程代號條件備注溫度壓力MPa1低壓純水LDW室溫0.35低壓無離子水2高壓純水HDW室溫1.5高壓無離子水3循環水CW320.34低溫冷卻水2-50.35水5置換壓縮空氣室溫0.556儀表用壓縮空氣CA室溫0.57蒸汽STM1510.48氮氣LN室溫0.59一般用水RW室溫0.3自來工業水10低溫冷凍水CHW-320.5鹽水11低溫純水2-50.3低溫無離子水12升溫熱水850.35來自出料槽的料漿，經樹脂過濾器有料漿泵送經熱交換器，與汽體塔排出的高溫料漿進行熱交換并被升溫后，進入汽

31、提塔頂部，料漿經塔內篩板小孔流下，與塔底的直接蒸汽逆流接觸，進行傳熱傳質過程，樹脂及水相中殘留的單體即被上升的蒸汽汽提帶逸，其中的水分在塔頂冷凝器冷凝，借管間通入冷卻水冷凝后回流至塔內。塔頂排出不冷凝的氯乙烯氣體借塔頂真空泵抽送至氣柜回收。汽提后VCM的含量為13.6ppm，塔底經汽提脫除大局部殘留單體后的料漿，由料漿泵抽出經熱交換器降溫后，送入混料槽，待離心枯燥處理。表2.3 料漿汽提崗位工藝指標如下表：序號控制工程控制指標控制點控制者紀錄1汽提頂溫80-85指示主操紀錄表2汽提底溫93-97指示主操紀錄表3壓力-0.035-0.040mPa指示主操紀錄表4差壓0.015-0.035mPa指

32、示主操紀錄表5料漿含固量25-30%分析工紀錄表6液位30-50%指示主操紀錄表7流量7-14/h指示主操紀錄表8蒸汽壓力0.04MPa指示主操紀錄表枯燥工藝過程包括兩個階段：氣流枯燥和沸騰枯燥。本工藝采用氣流和沸騰兩段枯燥裝置來完成樹脂的枯燥過程。氣提后的料液有進料泵參加離心機進行別離，得到含水量為20%左右的PVC濾餅，并有螺旋輸送器送入枯燥器對樹脂進行枯燥，經篩分后得到含揮發物為0.3%-0.4%的PVC樹脂旋風枯燥器是有一個帶夾套的圓柱行桶體組成，內有一定角度的多層環形擋板。將枯燥器分成假設干室，擋板中間是導流板。高速的氣流帶著濕的PVC顆粒，從枯燥器的切線方向進入最下一個枯燥室，熱氣

33、流和樹脂顆粒在床中高速盤旋，離心力將固體顆粒與氣體分開，經過在床內進行傳質、傳熱，樹脂顆粒再次作旋轉運動，離心力和重力作用在不同粒徑的顆粒上，造成氣體和顆粒之間的速度出現差異，小離子滯留時間短，大顆粒滯留時間長，這樣不同粒徑的都能得到很良好的枯燥。沸騰枯燥器是有多孔花板把枯燥器分隔成上下兩個局部。熱氣流通過多孔花板把物料吹沸騰，不斷向前移動，然后吹冷風，離心后的濾餅經機械分散器均勻進入枯燥器，物料中的水分不斷蒸發，被熱風連續的帶入大氣中，從而到達枯燥的目的，最后進行冷卻以便過篩包裝。表2.4 離心枯燥崗位工藝指標控制如下表：序號控制工程控制指標控制者紀錄1風機進口風壓4-8kPa操作工紀錄表2

34、風機出口風壓0-3.5kPa操作工紀錄表3蒸汽壓力0.4-0.8mPa操作工紀錄表4壓縮空氣壓力0.5mPa操作工紀錄表5出口風溫100-155操作工紀錄表6底部風溫70-100操作工紀錄表7物料入口溫度60-80操作工紀錄表8物料出口溫度50-65操作工9離心機電流100-289A操作工10離心機油泵壓力0.06-0.08mPa操作工紀錄表第2.3節 懸浮聚合的具體操作在清洗好的不銹鋼聚合釜中，打入軟水、聚乙烯醇、氯乙烯單體和引發劑偶氮二異庚腈ABVN，抗魚眼劑，防粘釜劑，夾套通入蒸汽，使聚合釜內升溫至50-60進行聚合反響。反響放熱開始后于夾套中通入工業水及5水以調節聚合溫度。反響6-9h

35、后即有85%-90%單體氯乙烯聚合，借釜內壓力壓至沉析槽，釜內剩余氯乙烯以灌水排氣法回收至氣柜。樹脂懸浮液進入沉析槽后，回收單體氯乙烯。該懸浮液經離心機脫水，得到含水10%15%的濕樹脂，經過螺旋加料器送入氣流枯燥管內，以150-160熱風吹送至旋風別離器組別離，樹脂含水降至1%左右。經料柱閥參加沸騰枯燥器在100-120下進一步枯燥至含水0.3%，溢流物料再經文氏加料器吸入冷風管冷卻至40-50，經旋風別離器別離，參加滾筒篩篩去粗料，進行包裝。第3章 物料衡算第3.1節 物料衡算依據 畫出物料平衡關系示意圖M1氯乙烯單體 M2去離子水 M3二次用水 M4終止劑 M5調節劑 M6防粘釜劑 M7

36、分散劑 M8引發劑 M9助劑溶液 M10聚合物混合溶液1 M11回收VCM單體1 M12聚合物混合溶液2 M13回收VCM單體2 M14蒸汽 M15聚合物混合溶液3 M16母液 M17濕物料1 M18脫去水分1 M19濕物料2 M20脫去水分2 M21成品1 M22成品2V101助劑儲槽 R101聚合釜 V102出料槽 T101汽提塔 C101離心機 X101氣流枯燥 X102沸騰枯燥 X103包裝 圖3.1 物料平衡關系圖 注明變化過程在V101中是單純的物料混合配制，無相變與化學變化。在R101中引發劑引發單體進行自由基聚合，其反響方程式如下：收集數據資料生產規模。設計任務書規定的年產量年

37、產能力：7萬噸年生產時間。年工作日：300天年24小時天確定生產周期或每天生產批數，式中為一個生產周期時間；為反響所需的時間；為投料、出料、升溫等輔助操作時間。對于本反響，所以，式中每天生產批數，聚合局部屬于間歇操作，每天生產3批。汽提、離心、枯燥及包裝局部屬于連續操作。相關技術指標表3.1 聚合分配以SG-5型為準，按70m3計量技術指標工程內容技術指標工程內容技術指標聚合物后處理損失率6%聚合物生成的量聚合中損失量2%的聚合物生成量去離子水體積1.4單位體積沉析的損失量1%的聚合物生成量引發劑用量0.1%的單體質量汽提中的損失1%的聚合物生成量分散劑用量0.2%的單體質量離心中的損失1%的

38、聚合物生成量調節劑用量0.01%的單體質量氣流枯燥損失0.5%的聚合物生成量終止劑用量0.01%的單體質量沸騰枯燥損失0.5%的聚合物生成量防粘釜劑用量0.1%的單體質量包裝損失量1%的聚合物生成量表3.2 操作周期-時間平衡操作進水進VCM攪拌升溫反響出料清釜置換共計時間/min151520302702020390操作條件和控制指標 聚合階段聚合溫度：560.2；加料壓力：0.8mPa；出料壓力：0.45mPa；反響轉化率：90%；二次用水量：700m。 出料階段出料中VCM的含量為456.3ppm。 汽提階段汽提頂溫：95105；汽提底溫：110120；壓力：-0.035-0.040mPa

39、；汽提后VCM的含量為13.6ppm。 離心階段離心后濕物料的含水量約為21%。 枯燥階段氣流枯燥后出口含水量為5%，沸騰枯燥器出口物料含水0.3%。 選擇計算基準與計算單位對于間歇生產過程，物料是一批批參加生產裝置進行加工處理的，屬于非定態操作過程。物料衡算基準為“批，以KgB-1為計算單位。對于連續生產過程，物料是連續不斷地參加生產裝置，同時連續不斷地流出，屬于定態操作，作物料衡算時應選擇時間為計算基準，工藝設計計算用Kgh-1為計算單位。 確定計算順序由于產物與原料之間的化學計量關系比較簡單，且整個工藝過程比較簡單，容易得到產量與單體原料投料量之間的比例關系，所以采用順流程的計算順序。第

40、3.2節 各個設備物料衡算此聚合及枯燥包裝過程屬于較復雜的生產過程，先將生產過程分解到工序，對各工序的各個設備進行物料衡算。M1氯乙烯單體 M2去離子水 M3二次用水 M4終止劑 M5調節劑 M6防粘釜劑 M7分散劑 M8引發劑 M9助劑溶液 M10聚合物混合溶液圖3.2 聚合釜物料平衡關系圖計算主要原料投料數量用順流程的計算順序進行物料衡算必須先求出主要原料每批投料量。該生產裝置年產量7萬噸，年開工300天，每天生產3批，后處理中聚合物損失率6%。計算主要原料投料量每批應生產的聚合物數量采用3釜并聯，那么每釜每批投料量為： 反響的轉化率為90%，那么應投入的VCM單體的質量為：25時VCM單

41、體的密度為0.9017，水密度為0.997。 V101助劑儲槽中助劑量終止劑：調節劑：防粘釜劑：分散劑：引發劑：合計：用水量去離子水：二次用水：合計：R101聚合釜物料衡算VCM氯乙烯單體：進料量：聚合過程轉化率為90%，水及助劑均不發生反響。那么生成的PVC量：未反響的單體質量：出料中的PVC：損失的PVC：聚合物混合溶液1：對聚合釜做全物料衡算那么有：說明聚合釜的物料衡算過程是正確的。M10聚合物混合溶液1 M11回收VCM單體1 M12聚合物混合溶液2圖3.3 出料槽物料平衡關系圖出料槽中損失的PVC量：出料槽出去的PVC量：由于過出料槽的VCM含量為456.4ppm即456.4，過出料

42、中VCM的量為：回收的VCM量：樹脂懸浮液包括：助劑、 水、 VCM 單體、 PVC聚合物混合溶液2：對出料槽作物料衡算： 說明出料槽的物料衡算過程是正確的。M12聚合物混合溶液2 M13回收VCM單體2 M14蒸汽 M15聚合物混合溶液3圖3.4 汽提塔的物料平衡關系圖 由全年任務可得每小時PVC產量為：產品中含水0.3%，折合成絕干樹脂量應為：進入汽提塔內的絕干樹脂量為：按出料槽的出料組成，以28872.9314kg/h為基準求出汽提塔進料中其它各組分相應的量：用水量：助劑量：VCM單體量： PVC損失量：出料中含PVC量：汽提后VCM 含量為13.5ppm，故出料中含VCM量為：出料中含

43、VCM量：回收的VCM單體2：那么進入汽提塔的聚合物混合溶液2： 求冷凝蒸汽量條件：進入汽提塔內的物料初始溫度為66，汽提塔內壓強為0.06mPa，在此壓強下水的沸點為86，潛熱為2293.9kJ/kg，水蒸氣的比熱容Cp=2.31kJ/kg。 進入汽提塔蒸汽的初始溫度為142，物料的升溫以及VCM向蒸汽的擴散能由蒸汽的潛熱和顯熱提供，而且單體的擴散能為71kJ/mol，假定在塔內有36%蒸汽冷凝，其余在塔頂冷凝，那么物料升溫所需熱量如下：查資料得各物料的比熱容如下表表3.3 各物料的比熱容物料名稱kJ/水6680144.2VCM6680140.848PVC6680141.764VCM單體的擴

44、散能：加熱水所需的熱量：加熱單體所需的熱量：加熱PVC所需的熱量：合計總熱量：設蒸汽的流量為M14，加熱各物料所需的總熱量是由蒸氣提供的，那么由上式得：那么混合液中含水量：聚合物混合溶液3：進料量：出料量：說明汽提塔的物料衡算過程是正確的。M15聚合物混合溶液3 M16母液 M17濕物料1圖3.5 離心機的物料平衡關系圖離心操作PVC損失量：離心脫水后濕物料約含20%的水分離心后PVC量：濕物料含水量：濕物料量1：離心后的清液中還含有水分、助劑，一起被脫除掉水：母液量：合計：進料：說明離心機的物料衡算過程是正確的。M17濕物料1 M18脫去水分1 M19濕物料2圖3.6 氣流枯燥的物料平衡關系

45、圖氣流枯燥中PVC損失量：枯燥后的絕干樹脂量：由于氣流枯燥后的含水量為5%，那么濕物料2含水量：濕物料2的量：脫去水分1的量：出料量：由此說明氣流枯燥的衡算過程是正確的。M19濕物料2 M20脫去水分2 M21成品1圖3.7 沸騰枯燥的物料平衡關系圖沸騰枯燥中PVC損失量：沸騰枯燥后的絕干樹脂量：沸騰枯燥后物料含水量為0.3%，那么成品含水量：成品1的量：沸騰枯燥過程脫去的水分2：出料量：進料量：由此說明沸騰枯燥的物料衡算過程是正確的。第3.3節 物料衡算總平衡由篩分包裝出來的成品2的量為9722.2222 ，由設計任務書生產時間為300天每天24小時，那么可得出年生產能力：由上述計算可得能滿

46、足生產任務的要求。1聚合釜及出料槽屬于間歇操作，計算基準為M1氯乙烯單體 M2去離子水 M3二次用水 M4終止劑 M5調節劑 M6防粘釜劑 M7分散劑 M8引發劑 M9助劑溶液 M10聚合物混合溶液1 M11回收VCM單體1 M12聚合物混合溶液2圖3.8 間歇操作總的物料衡算關系圖投入VCM單體的量為30645.3205， PVC的總損失為30645.32050.882%=525.3480表3.4 間歇操作物料衡算表物料名稱進料/B出料/BVCM單體M130645.3025去離子水M238802.4242二次用水M3697.9助劑M9128.71021聚合物混合液M1266670.5274損

47、失PVC551.6154回收VCMM113052.1942合計70274.336970274.33702從汽提塔到篩分包裝為連續操作，計算基準為M12聚合物混合溶液2 M13回收VCM單體2 M14蒸汽 M15聚合物混合溶液3 M16母液 M17濕物料1 M18脫去水分1 M19濕物料2 M20脫去水分2 M21成品1 M22成品2圖3.9 連續操作的物料平衡關系圖進入汽提塔的PVC漿料量為，經過汽提后回收大量單體，再進入離心別離除去母液，再經氣流枯燥和沸騰枯燥過程，最后篩分包裝損失的量有PVC及其所帶的少量水分。總共損失的量有：表3.5 連續操作物料表汽提塔物料名稱出料/h進料/hPVC損失

48、M損3294.6217回收VCM單體M134.4772聚合物混合溶液3M1525991.9765蒸汽M141173.1279聚合物混合溶液M1224926.4434合計26099.571326099.5713離心機物料名稱出料/h進料/hPVC損失M損4103.1176濕物料M1712374.1135母液M1613514.7454聚合物混合溶液M1525991.9765合計25991.976525991.9765氣流枯燥物料名稱出料/h進料/h脫水1 M181956.521濕物料M1910366.0337PVC損M損551.5588濕物料 = 1 * ROMAN I12374.1135合計12

49、374.113512374.1135沸騰枯燥器物料名稱出料/h進料/h脫水2 M20488.8247成品1M219826.6502PVC損M損651.5588濕物料 = 2 * ROMAN II10366.0337合計10366.033710366.0337第4章 熱量衡算熱平衡方程：QT設備或系統內物料與外界交換熱量之和傳入熱量為正、傳出熱量為負，kJ；Q1由于物料溫度變化，系統與外界交換的熱量當有相變時，應分段計算，升溫為正、降溫為負，kJ；Q2由于物料發生各種變化化學反響、相變、溶解、混合等，系統與外界的交換的熱量吸熱為正、放熱為負，kJ；Q3由于設備溫度改變，系統與外界交換的熱量設備升

50、溫為正、設備降溫為負，kJ；Q4設備向外界環境散失的熱量操作溫度高于環境溫度為正、操作溫度低于環境溫度為負，kJ。其中：第4.1節 聚合釜的熱量衡算聚合釜的操作控制，主要是升溫和反響操作。由于聚合反響中鏈的引發階段是吸熱過程，需要從釜外供給所需熱量。在鏈的增長階段那么是放熱過程，需要將釜內的熱量及時移除，將反響溫度平穩的控制在規定值選用偶氮二異庚腈為引發劑，聚合反響在57左右時發生。這兩個過程可分別向夾套中通入加熱蒸汽和冷卻水來完成。 = 1 * GB3 升溫階段升溫階段是物料由25加熱至56.2，升溫時間是0.5小時此階段加熱介質為飽和蒸汽，壓力為0.4mPa，溫度為142。也即此階段所需的

51、總熱量是釜體及釜內物料升溫到達聚合條件所消耗的熱量。即升溫過程中，釜內物料主要是去離子水分散劑含量甚微，可并入水中一起計算，VCM單體。條件如下表：表4.1 物料熱量表名稱重量t kJ/水38802.42422557324.2單體30645.30252557320.848釜體66002557320.504去離子水助劑等升溫所需消耗的熱量：VCM單體升溫消耗的熱量：釜體升溫消耗的熱量：消耗的熱量都是由加熱介質飽和蒸汽提供的。當到達聚合條件溫度升到57，進入恒溫反響階段。 = 2 * GB3 恒溫反響階段 = 1 * roman i. 求總傳熱系數K 總傳熱系數K的倒數稱為總熱阻，與分熱阻有如下關

52、系： 41式41中釜內壁和釜外壁給熱系數，W/k釜壁導熱局部的熱阻，其中為厚度，為熱導率對于攪拌內壁給熱系數可用以下準數方程計算： 42式42中D為釜內徑，d為攪拌葉直徑，為密度，為粘度，為攪拌雷諾數，為熱導率，c為比熱容，g為重力因子，為普蘭特準數，為近壁處粘度，系數C為常數。 國產70m釜經實驗標核C=0.5，將D=4m，d=1212，=0.6 W/k，=998/， ，n=95r/min，流體冷卻時，=0.95。將以上數據代入公式42得：對于釜外壁給熱系數，采用夾套內裝設螺旋導流板。 43式43中為螺距的當量直徑，R為彎曲直徑，因釜徑較大，一般較正因子的數值不大，因此可以取1.05，又因為

53、水的導熱系數 W/k， 螺距=0.55m，水的普蘭特數，水的流速u=2m/s，故代入以上數據于式43得： 由于縫隙泄露一般的實測值約為計算值的79%，因此 對于國產70m不銹鋼聚合釜而言，其釜壁熱阻一般為，故由式41知總傳熱系數為： = 2 * roman ii.求總傳熱面積A由物料衡算可知：VCM的每批投投量，總轉化率x=90%，反響時間，頂峰時反響速率是平均反響速率的1.5倍，聚合反響熱，反響溫度T=57，總傳熱系數k=650.8899 W/k，冷卻水進口溫度為5，冷卻水進出口溫度差為5，氯乙烯的相對分子質量M=62.5g/mol。一釜料的總聚合熱取決于氯乙烯投料量W單和最終轉化率。平均熱

54、負荷：令最大熱負荷與平均熱負荷之比等于熱負荷分布指數，對于本聚合反響R=1.5，故最高熱負荷：對數平均溫差為： 又因為，那么總傳熱面積為：冷卻水是用來移除聚合放出的熱量，故：對于70不銹鋼聚合釜，其夾套傳熱面積A=80116.17，此傳熱面積不滿足要求，故需要增加內冷管。第4.2節 列管式換熱器熱量衡算料漿從汽提塔上部進入，下部通入蒸汽進行汽提，VCM通過擴散的方式進入蒸汽，并與蒸汽逸出，蒸汽在塔頂冷凝，VCM那么進入回收系統。進入汽提塔內的物料初始溫度為66，汽提塔內壓強為0.06mPa，在此壓強下水的沸點為86，潛熱為2293.9kJ/kg，水蒸氣的比熱容Cp=2.31kJ/kg。進入汽提

55、塔蒸汽的初始溫度為142，物料的升溫以及VCM向蒸汽的擴散能由蒸汽的潛熱和顯熱提供，而且單體的擴散能為71kJ/mol，假定在塔內有36%蒸汽冷凝，其余在塔頂冷凝。汽提塔的熱量衡算已與前面物料衡算中算出。加熱蒸汽的用量已由前面汽提塔的物料衡算過程算出，為1173.1279。在0.06MPa下冷凝水蒸氣的冷凝量：冷凝溫度T=86，冷凝潛熱kJ/kg，用冷水進行冷凝，冷卻水入口溫度為20，出口溫度為28。熱負荷： 冷卻水用量： 對數平均溫差： 選擇換熱器型號 對于列管式換熱器中總傳熱系數的K的經驗值，當氣流體為水，熱流體為蒸汽時，K在范圍內取，估算傳熱面積為 從腐蝕性、傳熱面積和價格三方面考慮后，

56、選用無縫鋼管，此管的內徑，綜合考慮管內、管程壓降及單程管數三方面的因素，取水的流速為u=1.2m/s，故：單程管數： 取 根單程管長：，選定換熱器管長為m那么管程數：，取，那么總管數 根核算總傳熱系數：傳熱面積：總傳熱系數：，那么初選的換熱器適宜。第4.3節 氣流枯燥塔熱量衡算1設計條件 生產能力：枯燥器每小時枯燥濕物料9899.2908kg。空氣狀況：進預熱器溫度，離開預熱器，離開枯燥器。 物料狀況：初始物料濕基含水量，終了物料濕基含水量，物料進枯燥器溫度，物料出枯燥器時溫度，物料密度絕干物料比熱，顆粒平均直徑d=0.125mm。2設計計算水分汽化量W進、出枯燥器的含水量為： 絕干物料的處理

57、量為： 那么水分汽化量為： 空氣用量V汽化水分耗熱： 物料升溫耗熱：，其中因此廢氣帶走熱量： 式中因此由熱量衡算式得空氣在預熱器中獲得的熱量：式中I1，I0為氣體進、出預熱器的焓。即得出口氣體濕度由物料衡算式得：枯燥塔直徑D采用等直徑枯燥塔根據經驗取枯燥管入口的空氣速度u=20m/s，枯燥塔直徑 式中VH為濕空氣的比體積。 那么枯燥塔高度Z枯燥塔高度，現分別求出參數、。 = 1 * roman i.沉降速度m/s，可用試差法求得。 設，即屬于過渡流區，那么空氣的物性按絕干空氣在平均溫度下查的：。故：校核，可知范圍正確。即=m/s為所求。 = 2 * roman ii. 空氣流速，應為平均溫度下

58、的速度。 那么 = 3 * roman iii. 停留時間，物料在此時間內完成熱量傳遞。 故 其中每秒進料具有的總外表積： 又 所以即枯燥管高度為第4.4節 空氣加熱器熱量衡算本設計采用翅片式空氣加熱器，由氣流枯燥塔熱量衡算中的數據可知絕干空氣的流量為，空氣進加熱器空氣溫度為15，空氣加熱器溫度為100，空氣濕度為0.0075kg水/kg干氣。 設計步驟如下： = 1 * GB3 翅片式空氣加熱器中加熱蒸汽的飽和溫度為滿足傳熱要求，取=155. = 2 * GB3 計算參數F 由F值查的3R型和4R型排管均適合，它們分別有3個排管和4個排管，外表風速為2.7m/s和5.5m/s，以上兩種型式的

59、排管中3R型外表風速過低，傳熱效果差，應選用4R型排管。 = 3 * GB3 根據翅片式空氣加熱器中空氣在標準狀況下的體積流量，由以下計算排管受風面積 式中排管受風面積，標準狀況下濕空氣的比體積流量，即76449.15 外表風速，m/s因標準狀況下的濕空氣的比體積為4R型外表風速 =5.5m/s故 根據受風面積及排管型式表由表選擇適宜的翅片式空氣加熱器查的，用S-4R-24-78，單排管數位2，散熱面積為58.5，通風凈截面積為0.936。計算翅片式空氣加熱器加熱濕空氣所需的熱量 計算翅片式空氣加熱器的傳熱系數 對于S型翅片式空氣加熱器，采用蒸汽加熱空氣的情況，其總傳熱系數計算式為式中K總傳熱

60、系數， G濕空氣質量流速， 總傳熱系數修正系數， 通風凈截面積，其中通風凈截面積=0.936，查的4R型排管的傳熱系數修正系數=0.94，故那么計算傳熱推動力核算傳熱面積是否滿足要求 濕空氣在翅片式空氣加熱器中從15預熱到100，所需的傳熱面積，而三臺S-4R-24-78型的翅片式空氣加熱器的總傳熱面積，那么，所以該換熱器能滿足工藝要求。第5章 設備工藝計算及選型第5.1節 聚合釜的設計 反響器體積的計算氯乙烯的聚合屬于間歇操作根據年產量確定日產量Wd，確定生產周期或每天生產批數，式中為一個生產周期時間；為反響所需的時間；為投料、出料、升溫等輔助操作時間。對于本反響，所以，式中每天生產批數，選