聚乙烯生产工艺设计

专业课程设计题目：年产30万吨聚氯乙烯的生产工艺设计院部：化学化工学院专业：材料化学班级：1101 学号：************ 学生姓名：***导师姓名：李谷才完成日期：2014年7月5日课程设计任务书院部：化学化工学院专业：材料化学班级：1101姓名：王礼银同组人员姓名：指导教师：李谷才教研室主任：黄先威院教学院长：2014年6月21日目录1 引言 (1)2年产30万吨聚氯乙烯生产工艺设计 (2)2.1氯乙烯单体的合成路线 (2)2.1.1联合法................................................................................... 错误!未定义书签。

2.2聚氯乙烯工艺设计 (5)2.2.1乙炔工段.............................................................................. 错误!未定义书签。

2.2.2氯化氢工段 (2)2.2.3氯乙烯工序 (3)2.2.4聚合工序............................................................................... 错误!未定义书签。

2.2.5压缩冷凝回收 (5)2.2.6离心干燥及包装................................................................... 错误!未定义书签。

2.3 物料衡算及设备选择 (5)2.3.1物料衡算 (5)2.3.2生产设备 (6)2.4生产过程要求与措施 (7)2.4.1厂内的防火防爆 (7)2.4.2厂内的照明及保暖 (7)2.4.3防静电防雷措施 (8)2.5三废的处理 (8)3 总结 (10)参考文献 (11)1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70~75万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[1]。

本设计为年产量30万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。

2年产30万吨聚氯乙烯生产工艺设计2.1 氯乙烯单体的合成路线2.1.1联合法以乙烯和氯化氢和乙炔反应,相比乙烯和氯气反应来说,提高了氯乙烯的生产能力,而且减少了氯资源的浪费和减少了坏境的污染。

物料平衡式为: CH2=CH2 +CH≡CH+Cl2 2CH2=CH2Cl2.2聚氯乙烯工艺设计2.2.1乙炔工段(1)发生。

经破碎好的电石装进电石吊斗，推到提升口，由电动葫芦吊到三楼，送到发生器加料贮存，用N2置换其中的乙炔气后，电石在继续通N2的情况下，经第一贮斗碟伐放入第二贮斗，第二贮斗电石经过电磁振动加料器加入发生器内。

电石在发生器内遇水产生乙炔气，从发生器顶部逸出，电石水解时放出大量的热，可借连续加入发生器内的水来维持发生器温度，电石水解之后电石渣浆从溢流管不断排除，以维持发生器液面，渣浆从排泄口排到地沟，流到沉淀池集中处理，顶部逸出的乙炔气体经喷淋冷却后，分别进入气柜或水环压缩机。

(2)清净。

由发生器送来并经冷却的乙炔气，经水环压缩机加压到0.05~0.1Mpa 左右，进入第一、第二清净塔，NaOCl溶液由泵打到第二清净塔顶，从塔底流出再由泵打至第一清净塔顶。

器塔底流出的废NaOCl溶液与冷却塔出来的废水回至废水贮槽，用泵打到发生器作为补充用水。

经清净后的乙炔气带有酸性[2]，进入中和塔用碱液除去，中和塔出来的乙炔气进入二台串联的列管冷凝器除去大量水分后，送氯乙烯工序。

2.2.2氯化氢工段原料氢气由电解装置输氢泵送来，经过氢气气柜缓冲及阻火器，进入钢制合成炉底部的燃烧器点火燃烧。

原料氯气由电解装置氯干燥送来经缓冲器后按一定的摩尔比[H2:Cl2=(1.05～1.1):1]进入合成炉灯头的内管，由下二上经石英灯头上的斜孔均匀地和外套管的氢气混合燃烧。

燃烧时火焰温度达到2000℃左右，并发出热和光，正常火焰呈青白色。

合成后的氯化氢气体，借炉身和夹套冷却水或散热翅片散热，到炉顶出口，温度降到100～150℃，再进入上盖带冷却水箱的石墨冷却器，用冷却水将氯化氢气体冷却到40～50℃左右，由下底盖排出，经阀门控制进入缓冲器，再送人串联的石墨冷却器，用-25℃左右的冷冻盐水，将气体冷却到-12℃～-18℃后，进入酸雾分离器，气体中夹带的40%盐酸雾沫由分离器内的有机硅玻璃棉捕集，冷凝酸排入酸贮槽。

分离器出口的干燥氯化氢气体经缓冲器进入纳氏泵压缩，借泵内浓度93%以上的硫酸作液封和润滑。

硫酸随氯化氢排至气液分离器，自下部流入盘管冷却器，经水冷却后循环吸入纳氏泵[3]；分离器出口的干燥氯化氢经缓冲器送至氯乙烯合成装置。

2.2.3氯乙烯工序(1)混合脱水工序。

由乙炔工段送来的粗乙炔气经砂封与来自HCL工序的HCL经缓冲罐通过孔板流量计调节配比在混合器内充分混合，进入石墨冷却器内在﹣35℃盐水下进行冷却到﹣14℃±2℃，C2H2、HCL混合气体在此温度下，部分水份以40%左右的酸雾析出，部分酸雾夹带于气相中进入多筒过滤器，由含氟硅油棉捕集分离。

然后，经二台石墨预热器预热后进入转化器[4]。

(2)合成转化。

干燥、预热后的混合气从转化器上部进入，通过列管中装填的吸附于活性炭上的HgCl2触媒转化为粗氯乙烯，转化过程反应放热则通过热水循环泵循环的热水移去。

粗氯乙烯在高温下带逸的HgCl2升华物在填装活性炭的吸附器中脱除，然后进入精馏系统。

(3)水洗、碱洗、氯乙烯压缩。

除贡后的粗氯乙烯进入三合一水洗组合塔，经碱洗塔，出去残余的微量HCL后进入VC气柜或经机前冷却器，出去部分夹带液，经螺杆压缩机加压到0.5~0.6MPa（表压），经机后冷却器除去夹带水和油后，送精馏。

(4) 精馏。

由单压缩机出来的粗氯乙烯气体进入全凝器，使大部分冷凝液化经低沸加料贮槽，进入低沸塔，未凝聚气体进入尾气冷凝器，其冷凝液全部进入低沸塔。

低沸塔釜加热器将冷凝液中低沸物蒸出，经塔顶冷凝器用7℃水或者5℃水控制回流比后，由塔顶汇入尾气冷凝器处理，塔釜粗氯乙烯进入高沸塔，尾气冷凝器未冷凝的气体经变压吸附回收大部分氯乙烯和乙炔后，惰性气体排空。

由低沸塔进入高沸塔的氯乙烯，经调节阀控制流量，减压后进入高沸塔。

高沸加热器将氯乙烯逸出，经塔板分离成氯乙烯，经塔顶控制部分回流，大部分氯乙烯进入成品冷凝器，然后进入单体贮槽，按需送聚合工序，在高塔釜分离收集到的1，1二氯乙烷（EDC）为主的高沸物进入残液槽，定期压送废液处理塔，将残液中的二氯乙烷精制，包装外销，未凝VC其他回到气柜[5]。

(5) 冷冻站+5℃水系统。

从液氨槽出来的液氨经过5℃水分配台流入蒸发器，液氨变成气态氨带走蒸发器外工业水热，合格的5℃水由5℃水泵送往乙炔、合成、聚合。

蒸发器内汽化的氨背螺杆氨压机抽走，经压缩到1.5Mpa（表压）左右的过热气态氨进入油分离器[6]，分离后的气态氨进入蒸发式冷凝管列管内，被外管水冷却成液氨，进入热虹吸氨贮液器，溢流到液氨贮槽完成制冷循环。

﹣35℃盐水系统。

从液氨贮槽出来的液氨首先进入经济冷却器过冷后，获得的低温液氨经盐水分配台节流膨胀进入蒸发器盘管，吸收管外盐水的热量而气化，是管外盐水温度降低，合格的﹣35℃盐水由泵送往合成、聚合使用。

气态氨自蒸发器吸入螺杆压缩机内，经压缩后的过热气态氨进入油分离器，分离后的油后进入蒸发式冷凝器，被水间接冷凝为液氨，流入热虹吸氨贮液器，再溢流到液态氨贮槽，完成制冷循环。

在池内加工业水，再加氯化钙，将盐水比重调制1.28～1.29，按需送盐水蒸发器。

（6）溴化锂系统溴化锂制冷是以蒸汽为动力，利用“溴化锂与水”组成的二元溶液为工质对，在真空状态下，水蒸发作为制冷剂，从而吸收载冷剂（冷媒水）热负荷，达到所需的合格7℃水送到合成工序。

溴化锂水溶液作为吸收剂，常设和低温下强烈地吸收水蒸汽，通过高温（蒸汽）将水份释放和循环水冷却吸收，周而复始实现制冷循环[7]。

2.2.4聚合工序本工艺流程全过程控制采用DSC集散控制。

首先将合格的脱离子水、VCM单体、分散剂、引发剂及其他助剂按配方要求精确计量后，由泵加入到经闪蒸真空防粘釜处理后的聚合釜中，用循环热水升温至制定温度后进行恒温反应，在最短反应时间、压力降达到配方要求后加入种植剂终止反应。

浆料由泵送至料浆贮槽，为反应的单体经回收单体真空泵回收至VC气柜，去回收装置进行加压冷凝回收。

2.2.5压缩冷凝回收因聚合反应的收率≤85%，故釜内有未参加聚合反应的氯乙烯单体，经过聚合釜及排放槽泄压后仍有0.3～0.5MPA的余压，可直接用5℃水和﹣35℃盐水经过一级、二级冷凝器进行冷凝，当其压力处于5KPa～0.3 Mpa时再进行加压冷凝，成为回收单体备聚合使用，不凝性气体则从排空管排向大气。

2.2.6离心干燥及包装由气提塔出来的PVC料浆，以离心机分离大部分水份后得到约含水20%~25%的湿PVC树脂，之后由螺旋输送器送到干燥系统进行干燥。

树脂干燥器采用脉冲气流干燥塔及旋风干燥床，热风为干燥热源，干燥好的PVC从圆盘振动筛筛选后被罗茨鼓风机抽如料仓[8]。

料仓里的PVC成品经全自动缝包、称重、码垛、分析合格后入库。

2.3 物料衡算及设备选择2.3.1 物料衡算（1）生产能力年产30万吨的聚氯乙烯年工作日：以300天计算日产量：30×104×103/300=106 kg/d小时产量：30×104×103/300×24=4.17×104kg/h聚合物一般进行到转化率为85%～90%，再加上在洗涤树脂、包装工段的损失，这里取转化率为88%。