年产5万吨PVC生产车间的工艺设计

2.产品的基本性能
• 聚氯乙烯是无定形线型、非结晶的聚合物，基本无支链，链节排列规整。 聚合度n的数目一般为500～20000。聚氯乙烯树脂为白色粉末，相对密 度约1.4。有较高的机械性能。 • 分子中含有大量的氯，使其具有较大的极性，同时具有很好的耐燃性。 • 有优良的耐酸碱、耐磨、耐燃烧和绝缘性能。但是对光和热的稳定性差。 解决的办法是在加工过程中加入稳定剂，如硬脂酸或其他脂肪酸的镉、 钡、锌盐。 • 的抗冲击性能差,耐寒性不理想，硬质聚氯乙烯塑料的使用温度下限为15℃，软质聚氯乙烯塑料为-30℃。 • 透水汽率很低。硬聚氯乙烯长期浸入水中的吸水率小于0.5%，浸24小 时为0.05%，选用适当增塑剂的软聚氯乙烯吸水率不大于0.5%。聚氯乙 烯室温下的耐磨性超过普通橡胶。聚氯乙烯的电性能取决于聚合物中残 留物的数量和各种添加剂。聚氯乙烯的电性能还与受热情况有关，当聚 氯乙烯受热分解时，由于氯离子的存在而降低其电绝缘性。
物料升温所需热量衡算表
又因为单体的扩散能为：（2.92-0.128）/62.5×10-3×71=3169.44 kj/h 故所需的总热量： Q总=915600+49.52+229073.1+3169.44=1147892 kj/h 设汽的流量为V，则 Q总=2.31（142-86）V+0.35V×2293.9=1147892 kj/h 故得V=1219.26 kg/h 计算结果整理成表得：
• • • • 绝干PVC损失量为： 6294/0.95×0.005=33.13 kg/h 则包装入库的绝干PVC树脂量为：6327.61-33.13=6294.48 kg/h 随着PVC树脂损失的相应的水的量为：33.13×0.003/0.997=0.10kg/h 整理计算结果得：
5.8物料衡算总平衡
• • • • • • • • • • •
计算如下： Q1:去离子水（分散剂等）升温消耗热量 Q1=qm1Cp1△t=86640×4.2×（55-25）=1.092×107kj/B Q2:单体升温消耗的热量 Q2= qm2Cp2△t=12997×0.848×（55-25）=3.306×106kj/B Q3:聚合壶升温消耗热量 Q3= qm3Cp3△t=51660×0.504×(55-25)=7.811×105kj/B Q4:蒸汽所提供能量 Q4=Q1+Q2+Q3=1.50*107 kj/B 由于改聚合反应为恒温聚合，而反应为放热反应，因此需要通循环冷却水冷却，聚合反应的聚合热 查文献可得为2.29*104千卡/kg，因此可求出每批的反应热为Q=86640*22900*4.18=8.293*109 kj/B。 假设进口处冷却水的温度为5，出口处水的温度为10，则循环冷却水用量为W= kg/B
3.产品的应用状况
• PVC树脂可以采用多种方法加工成制品，悬浮聚合的PVC树脂可 以挤出成型、压延成型、注塑成型、吹塑成型、粉末成型或压塑 成型。分散型树脂或糊树脂通常只采用糊料涂布成型，用于织物 的涂布和生产地板革。糊树脂也可以用于搪塑成型、滚塑成型、 蘸塑成型和热喷成型。 • 发达国家PVC树脂的消费结构中主要是硬制品， • 在全世界范围内一半以上的PVC树脂用于与建筑有关的市场，使 PVC行业容易受到经济的波动影响。增长最快的用途是管材、板 壁、和门窗等。 • 我国聚氯乙烯硬制品应用份额也呈增长趋势，管材、型材和瓶类 所占份额由1996年25%增长到1998年的40%，但至今我国聚氯 乙烯的应用还是软制品的份额较多。1998年软制品占PVC总用 量的51%（其中薄膜为20%，塑料鞋10%，电缆料5%，革制品 11%，泡沫和单板等5%），硬制品占40%（其中板材16%，管 材9%，异型材8%，瓶3%，其它4%），地板墙纸等占9%。 • 聚氯乙烯塑料一般可分为硬质和软衡算较为繁琐，因此此处只选择聚合釜做热量衡算。 • 反应前的原料和釜的升温阶段是物料由25℃加热至55℃，升温时间是 0.5小时此阶段加热介质为饱和蒸汽，压力为0.4MPa，温度为142℃。 • 此阶段升温所需总热量是壶体及壶内物料升温达到聚合条件所消耗的 热量。 • 即Q1+Q2+Q3=Q4 • 其中Q1——水升温数所需的热量（由于分散剂等含量甚微，故并入 水中一起计算）； • Q2——VC单体升温所需的热量；Q3——釜体升温所需的热量； • Q4——蒸汽所提供的热量。 • 已知条件如下表：
• • • • • 气流干燥损失的PVC量为：6294/0.95×0.005=33.13 kg/h 则出料PVC量为：6393.87-33.13=6360.74 kg/h 已只气流干燥后的含水量为5%，则含水量为： 16360.74×0.05/0.95=334.78 kg/h 整理计算结果得：
5.6沸腾干燥部分物料衡算
计算结果整理成表
5.3汽提塔物料衡算
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• • • • • • • • • • • • • • •
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从这一步开始到筛分包装为连续过程，因此，计算标准相应的转换为千克/小时。根据 全年的生产任务和生产时间可以求出： 每小时生产的PVC量为：5×107/(330×24)=6313 kg/h 产品中的含水量为0.3%，折合绝干树脂含量为： 6313×0.997=6294 kg/h 考虑到聚合釜内PVC的损失，则进入汽提塔内绝干树脂量为： 6294/0.95×0.98=6493 kg/h 以6493 kg/h为基准求出汽提塔进料中其他各组分相应的量： 因此进入汽提塔内的水量为：131180×6493/78120=10900 kg/h 进入汽提塔内的分散剂等为：178.49×6493/78120=14.84 kg/h 进入汽提塔内的VC单体为：35.15×6493/78120=2.92 kg/h 损失的PVC的量为：6294/0.95×0.01=66.25 kg/h 故出料中含PVC量为：6493-66.25=6427kg/h 已知出料中VCM含量为20ppm，故出料中含PVC的量为： 6427×20×10-6=0.128kg/h 求蒸汽冷凝量 条件：进入汽提塔内的物料初始温度为60℃，汽提塔内压强为0.06MPa，在此压强下 水的沸点为86℃，潜热为2293.9kj/kg，水蒸气的比热容Δ向蒸汽的扩散能由蒸汽的潜热 和显热提供，而且单体的扩散能为71kj/mol,假定在塔内有35%蒸汽冷凝，其余在塔顶 冷凝。 则物料升温所需热量衡算表如下：
5.物料衡算
• • • • • 本工艺的配方如下（以单体质量为参考标准）： 去离子水 150 单体 100 引发剂 0.04 分散剂 0.08 PH缓冲剂 0.06 终止剂 0.02 反应调节剂 0.0015 缓蚀阻垢剂 0.002 消泡剂 0.002 采用顺流程的计算顺序进行物料衡算，先求出VC单体的 每批投料量。该工艺为年产5万吨，开工330天，计划每天 生产2批。后处理损失为5%。 • 每批应生产聚合物的量=50000000/（330*2*0.95） =7.94*104 Kg/B • 假设引发剂（0.04%单体质量）全部结合到聚合物中，并 且单体92%转化为聚合物。则VCM单体的投料量= Kg/B
4离心部分物料衡算 离心操作中PVC的损失量为：6294/0.95×0.005=33.13 kg/h 离心脱水后的湿物料中仍含有20%的水分，则含水量为： （6427-33.13）×0.2/0.8=1598.47 kg/h 假设此阶段将所有助剂都离心脱除了。 计算结果整理成表得：
5.5气流干燥部分物料衡算
物料流程图如下
5.1聚合釜物料衡算
• • • • • • • • • • • • • • 进入聚合釜内VCM单体 M1=8.664*104 Kg/B 去离子水的质量 M2=1.5* M1=129970 kg/B 引发剂的质量 M3=0.0004 M1=34.66 kg/B 终止剂的质量 M4=0.002 M1=17.33 kg/B 分散剂的质量 M5=0.0008M1=69.32 kg/B PH缓冲剂用量 M60.0006 M1=51.99 kg/B 调节剂的质量M7=0.000015M1=1.30 kg/B 防粘釜剂的质量M8=0.00002M1=1.73 kg/B 二次用水的质量M9=400 kg/B M1+M2+M3+…+M8=53099.47 kg/B 所生成的聚合物质量：8.664*104×92%×99%=78920 kg/B 损失PVC的质量：M损=8.664*104×92%×1%=797.13 kg/B 对聚合釜作全物料衡算得：计算结果是正确的。 计算结果整理成表得：
4.有关设计参数
• • • • • • 1.生产周期 300天,7800-8000h/Y 2.反应温度 55℃ 3.反应时间 9h 4.转化率 92% 5.消耗定额 VC 1.015-1.064t/T PVC 6.原辅材料: 去离子水,单体氯乙烯(VCM),分散剂 KH-21(聚乙烯醇),PH调节剂,反应调节剂(-巯基乙 醇),引发剂(偶氮二异庚腈),防粘釜剂,终止剂(丙酮 缩氨基巯脲),缓释阻垢剂(H-9),碱液(42%)等。
• (1)聚合釜及出料槽属于间歇操作，计算标准为kg/B，由前面计算结果可知： 投入VCM单体的量为86640 kg/B，经过聚合釜及出料槽减压后的量为6392 kg/B，出料为35.15 kg/B，PVC的总损失为1594.26 kg/B. 由以上结果可得间歇部分物料总平衡表如下：
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(2)从气提开始一直到筛分包装都是连续操作，计算基准为kg/h。由前面的计 算结果可知，进入气提塔的VC的量为2.92kg/h，进过气提后VC单体的量降为 0.128kg/h，气提塔内冷凝的水的总量为10900+1219.26=12119.26kg/h，离心 后母液含水总量为10500kg/h，PVC损失总量为198.75kg/h。 整理可得连续操作部分总物料平衡表如下：
年产5万吨PVC生产车间的工 艺设计
1生产方法简介及设计方法的确定 2产品的基本性能 3产品的应用状况 4有关设计参数 5物料衡算 6热量衡算 7关键设备的选型 8车间设备布置设计 9公用工程