年产5万吨聚氯乙烯聚合干燥工序初步工艺设计Word下载.doc
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1.2PVC概述 8
1.3国内外PVC生产技术概况 9
1.4国内需求量和年均增长率 9
1.5PVC工业生产技术的改进过程 10
1.5.1原料的变换 10
1.5.2聚合方式的改进 10
1.6聚氯乙烯的工业生产意义 11
1.7聚氯乙烯发展前景 11
1.8产品的包装、贮运方法：
12
2产品及原料说明 12
3PVC生产的典型聚合工艺 15
3.1悬浮聚合 15
3.2本体聚合 15
3.3乳液聚合 15
3.4微悬浮聚合 16
3.5四种主要聚合工艺的特性比较 16
3.6工艺方案选择依据 17
3.6.1工艺流程方面 17
3.6.2反应速率控制方面 17
3.6.3经济方面 17
3.6.4悬浮聚合优点 17
3.7聚氯乙烯悬浮聚合工艺流程：
17
3.7.1聚合原理 17
3.7.2链引发 17
3.7.3链增长 18
3.7.4链转移 19
3.7.5向单体VC链转移——形成端基双键PVC 19
3.7.6向高聚物转移——形成支链或交联PVC 19
3.7.7链终止 20
3.7.8对聚合度的影响 21
3.7.9对（视）比重和吸油量的影响 22
3.7.10原料中杂质的影响 22
3.7.11乙炔对聚合反应的影响 22
3.8聚氯乙烯生产工艺（悬浮聚合）流程简述 22
3.8.1聚氯乙烯生产工艺流程（悬浮聚合）操作步骤 23
4工艺计算 23
4.1生产规模 23
4.2生产时间 23
4.3聚氯乙烯配方 23
4.4聚氯乙烯悬浮聚合操作周期 24
4.5相关技术指标 24
4.6相关控制指标 24
4.7工艺计算 25
4.7.1计算依 25
4.7.2低沸塔 25
4.7.3高沸塔 28
4.7.4聚合釜物料衡算 30
4.7.5热量衡算 34
5聚合釜的设计 36
5.1生产周期或生产批数 36
5.2根据年产量确定每批进料量 36
5.3选择反应器装料系数 36
5.4计算反应器体积 36
5.5聚合釜壁厚的计算 37
5.5.1计算厚度 37
5.5.2校核水压实验强度 37
5.6夹套的设计 38
5.6.1夹套直径和高度的确定 38
5.6.2夹套的材料和壁厚 38
5.6.3校核水压实验强度：
38
5.6.4搅拌装置[10]的设计 39
5.7传热装置的校核 40
5.7.1釜侧的给热系数 40
5.7.2夹套侧的传热系数的计算 41
5.7.3已知聚合釜的壁厚 42
5.7.4忽略污垢的热阻 42
5.8底座的选择 43
5.9聚合釜技术参数 43
5.10人孔的设计 43
6干燥装置的设计 44
6.1干燥流程的确定 44
6.2干燥器的物料衡算和热量衡算 45
6.2.1物料衡算 45
6.2.2气流干燥段空气和物料出口温度的确定：
47
6.2.3气流干燥段热量衡算：
6.2.4预热器的热负荷和加热蒸汽消耗量 49
6.3气流干燥器的设计 49
6.3.1气流干燥管直径的计算 49
6.3.2气流干燥管高度的计算 50
6.4沸腾床干燥器的设计 51
6..5卧式流化床干燥器的设计 53
6.5.1流化速度的确定 53
6.5.2颗粒带出速度的计算 56
6.5.3操作流化速度的u计算 57
6.6流化床层截面积的计算 57
6.6.1体积给热系数a的计算 57
6.6.2表面汽化控制阶段干燥器底面积A1的计算：
58
6.7干燥器的宽度和长度 58
6.7.1干燥器的高度 59
6.8溢流堰 59
7附属设备的设计及选型 61
7.1离心机的选型 61
7.1.1风机和排风机的选型 61
7.1.2送风机 61
7.1.3排风机 61
7.2预热器的设计 62
7.2.1气流段预热器的设计 62
7.2.2流化段预热器的设计 62
7.3气流干燥段旋风分离器的选择设计 63
7.3.1选择条件 63
7.3.2旋风分离器直径D的计算 63
7.4沸腾床干燥段旋风分离器的选择设计 64
7.4.1选择条件 64
7.4.2旋风分离器直径的计算 64
7.5主要管道管径计算和选型 65
7.5.1聚合工艺管道计算 65
7.5.2氯乙烯输料管的计算与选型 65
7.5.3无离子水输料管的计算与选型 66
7.5.4助剂输料总管的计算与选型 66
7.5.5出料管的计算与选型 66
7.5.6热水输料管的计算与选型 67
7.5.7冷却水输料管的计算与选型 67
8厂址选择及车间布置 68
8.1厂址选择的依据及原则 68
8.2车间布置要考虑的问题 68
8.3厂房布置 69
8.4设备布置的安全距离 69
8.5车间内辅助室和生活室布置 69
9安全防火设计 69
9.1综合安全防护 70
9.2防毒 71
9.3中毒后应采取急救措施 72
9.4安全防护 72
10环境保护 72
10.1废水的治理 72
10.2废渣的治理 73
10.3氯乙烯外逸 73
11经济核算 73
11.1技术经济分析概述 73
11.2主要技术经济指：
74
11.3投资估算 74
附表
前言
聚氯乙烯（PVC）是由氯乙烯单体（VC）均聚或与其他多种单体共聚而制得的合成树脂，聚氯乙烯再配以增塑剂、稳定剂、高分子改性剂、填料、偶联剂和加工助剂，经过提炼、塑化、成型加工成各种材料。
在现代工业生产和人类生活中起着举足轻重的作用，因此PVC的生产和技术的改进越来越受到现代人的关注！
当前，PVC生产面临着严重的挑战。
比如：
生态环境的保护，潜在替代品的市场竞争，资源的进一步优化配置，能量的合理充分利用，生产过程的优化和高效率化，生产和使用效率的提高，应用技术和市场开拓等，都在不同程度上影响着PVC的进一步发展，在上述问题上仍有大量工作要做，对生态环境安全的配套助剂，环境保护技术（包括PVC废弃物的回收，再利用和处理）等方面，更需要花大力气加以研究。
本设计是以氯乙烯单体为原料，对年产能力为5万吨的PVC聚合干燥工序的初步设计，以株化集团PVC厂为理论资料，并收集有关的化工设计资料作参考，按毕业设计大纲和设计任务书的要求进行设计。
本设计的内容是在简要介绍聚氯乙烯发展状况及其性质，用途，工艺方法选择的基础上，重点介绍了采用悬浮聚合法生产PVC及其干燥的工艺过程，产量为年产5万吨。
设计的主要内容有：
1.产品及原材料说明；
2.生产方案的比较与选择；
3.物料衡算与热量衡算；
4.主要设备的计算与选型；
5.附属设备的设计及选型；
6.厂址选择及厂房布置；
7.安全防火设计；
8环境保护；
9.经济效益分析。
设计图纸包括1张带控制点的物料流程图；
1张聚合釜设备图；
1张厂房平面布置图。
本设计旨在理论学习的基础上，结合生产实践，熟悉工艺流程、生产方案的选择、设备的选型等，掌握工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备的计算、选型，对参考文献的查阅与学习等的方法。
由于设计者的理论知识有限，设计经验的缺乏，在设计的过程中难免会有一些不足和错误之处，敬请各位老师指评指正。
设计者：
陈英
2008年6月1日
1绪论
1.1PVC的发展史
上世纪的30年代到50年代是塑料工业迅速发展的时期，在此期间有许多塑料如聚氯乙烯、聚苯乙烯等形成工业化。
自1835年法国化学家V.Regnault首先发现了聚氯乙烯，于1838年他观察到聚合体，这就是最早的聚氯乙烯。
1872年包曼报道了氯乙烯的制备，并观察到在强烈阳光照射后氯乙烯逐渐变成一种无定形的白色固体物。
1910年德国与美国研究了氯乙烯在紫外线和过氧化物存在下的聚合反应。
1916年，Ostromislensky在进行氯乙烯研究时，也获得氯乙烯聚合体。
1920年，德国研究聚氯乙烯已经相当活跃。
这时美国联碳化学公司与杜邦公司对氯乙烯聚合物的制备发表了专利。
在美国的格侯森的瓦克公司制取聚醋酸乙烯，用它与氯乙烯共聚制得一种新材料，该种材料易加工且不再发生分解，因它具有内增塑性，可用作涂料和硬模制品，开辟了以内增塑的办法来解决聚氯乙烯的加工；
另一方面也为聚氯乙烯的共聚改性做出了开拓性的工作，对聚氯乙烯的发展起到积极的推动作用。
此外，英国帝国化学公司于1937年采用高沸点液体得到类似橡胶的物质，从而第一次打破了传统的橡胶市场，成为橡胶材料的代用品。
1.2PVC概述
聚氯乙烯（PVC）是世界第二大通用树脂，1998年世界PVC树脂生产能力约为2980万吨，产量大约为2350万吨，次于聚乙烯树脂（生产能力5680万吨，产量4370万吨），与聚丙烯树脂（生产能力2994万吨，产量2550万吨）相差不多。
PVC是由液态的氯乙烯单体（VCM）经悬浮、乳液、本体或溶液法工艺聚合而成，其中悬浮工艺在世界PVC生产装置中大约占90％的比例。
在世界PVC总产量中均聚物也占大约90％的比例。
PVC
是应用最广泛的热塑性树脂，可以制造强度和硬度很大的硬质制品如管材和管件、门窗和包装片材，也可以加入增塑剂制造非常柔软的制品如薄膜、片材、电线电缆、地板、合成革、涂层和其它消费性产品。
硬质制品目前占PVC总消费量的65～70％，今后PVC消费量进一步增长的机会主要是在硬质制品应用领域。
目前PVC在建筑领域中的消费量占总消费量的一半以上。
1.3国内外PVC生产技术概况
聚氯乙烯自工业化问世至今，七十多年来仍处不衰之势，占目前塑料消费总量的29％以上。
到上世纪末，聚氯乙烯树脂大约以3％的速度增长。
这首先是由于新技术革命不断发展，产品性能也得到不断改进，促进用途市场的拓宽；
其次是制造原料来源广，制造工艺简单，产品质量好。
在耐燃、透明性及耐化学药品性能方面均较其它塑料优异。
从目前世界主要聚氯乙烯生产国来说，一般耗用占其总量的20～30％。
特别是60年代以来，由于石油化工的发展为聚氯乙烯工业提供廉价的乙烯资源，引起人们极大的注意，因而促进氯乙烯合成原料路线的转换和新制法以及聚合技术不断地更新，是聚氯乙烯工业获得迅速的发展。
1998年我国PVC产量和表观需求量分别为160万吨和317万吨。
在世界上产量仅次于美国（639万吨）、日本（263万吨）居第三位。
2000年前后，计划新建和扩建PVC能力至少为88万吨/年，估计此期间大量没有竞争能力的电石法小厂将闲置，所以总产能有可能达220万吨/年水平，其中乙烯法将达134.6万吨/年，从目前占31%上升到61%。
报道的项目有万县市6万吨/年本体法PVC装置，天津渤海公司同韩国乐喜公司、美国西方化学公司合资的10万吨/年
PVC装置，（其中引进的8万吨/年乙烯法VCM装置于1997年建成、投产），上海天原化工厂同伊滕忠商事、旭硝子公司合资的24万吨/年VCM和20万吨/年
PVC装置，泰国正大集团在宁波的12万吨/年
PVC装置，辽河集团与乐喜金星公司合资的8万吨/年
PVC装置，上海氯碱化学公司已使VCM产能增大到30万吨/年，计划到40万吨/年，这意味PVC产能将由目前的22万吨/年增加到36万吨/年，北京化工二厂将增加PVC能力7.6万吨/年，齐鲁公司将增加PVC能力10万吨/年，广州化工厂8万吨/年乙烯法VCM/PVC项目已通过评审。
近10年来我国聚氯乙烯生产通过技术改造、技术攻关和消化吸收引进技术，使行业技术水准有了较大提高。
不仅开发和推广应用脱出氯乙烯单体技术、防粘釜技术和干燥技术，而且聚合釜大型化和生产控制自动化程度均有了极大的提高。
但是与国外先进水平相比还存在很大差距，主要表现在生产技术落后，规模小，产品质量差，品种少，树脂加工应用不协调等方面。
因此，我国聚氯乙烯的发展应以引进国外先进技术、选择我国市场前景广阔的硬制品和特殊牌号为主，这样既能满足化工建材的市场需求，又可替代进口，使我国聚氯乙烯工业得到健康发展。
1.4国内需求量和年均增长率
我国1998年聚氯乙烯产量为160万吨，净进口量约157万吨，表观需求量为317万吨。
考虑到进口产品中有相当部分不属于一般贸易方式（如1998年来料加工、进料加工、保税仓库等方式进口占总进口量的89.7%）,但由于来、进料加工等贸易方式进口的树脂并未能全部复出口，粗估国内的需求大约为248万吨。
15年来我国聚氯乙烯树脂的表观满足率和满足率分别为80.6%和87.5%，高于其它通用树脂。
需求的年均增长率为9.8%，是同期GDP年均增长率（10.3%）的0.95倍,低于其它通用树脂。
然而，从1983-1998年我国聚氯乙烯树脂需求增长趋势看，90年代的需求增长率明显高于80年代，90年代国内需求满足率明显低于80年代。
1.5PVC工业生产技术的改进过程
聚氯乙烯生产的发展，除了有利的客观因素的促进外，各种先进技术的开发和应用起着巨大的作用。
1.5.1原料的变换20世纪50年代以前，聚氯乙烯的原料主要是电石乙炔，战后20年，电石产量有很大的产量，到1965年全世界产量达到了760万吨，以后由于PVC原料的转换，产量降到400余万吨。
用电石生产聚氯乙烯，由于电力和焦碳提价，电石价格也大幅度提高，这严重影响了PVC的增产。
原料变换的初期，曾出现了联合法和烯炔法。
联合法以1，2-二氯乙烷﹝EDC﹞裂解制取聚氯乙烯，并副产氯化氢，然后以氯化氢与电石乙炔再合成氯乙烯。
两种粗氯乙烯经精制得单体。
此法优点是能利用已有的电石资源和乙炔以及合成装置，缺点是需要大量高价电石，因此不能持久。
烯炔法投资较大，工艺复杂，成本也较高，存在也不久。
此后出现了以纯氧为原料的氧氯化法，继尔得到快速发展。
几种不同方法的原料及成本比较如图1所示﹕
表1生产VC所用原料及成本
（原料单位：
磅/磅-VC，价格单位：
美分/磅-VC）
主要原料消耗
生产方法
乙炔法
聚合法
乙烯氧氯化法
乙烷氧氯化法
乙炔
0.44
0.21
乙烯
0.23
0.49
乙烷
0.60
氯化氢
0.59
氯气
0.67
0.58
原料成本
4.7
4.1
3.3
2.3
1.5.2聚合方式的改进氯乙烯聚合方法，仍然氯乙烯聚合方法仍然为传统的溶液聚合，本体聚合，乳液聚合和悬浮聚合。
每种聚合方法由于其本身技术改进和客观需要的变动，应用范围常有不同。
本体聚合不用水和分散剂，聚合后处理简单，产品纯度较好，应当有个美好的前景，由于聚合过程中搅拌和传热的难题，一直到70年代才有法国ATO公司的成就得到解决，本体聚合的装置才在欧美建立，其生产能力约占总产量的10%以下。
乳液聚合创建较早，产品的聚合及后处理过程较为复杂，生产成本较高，所以发展不快。
近年来，由于人们生活急需的某些领域，如壁纸，地板革，化学防水布，以及汽车内体等需求量迅速增加，对于糊树脂的需求量也有所增加，其产量约占总产量的10%。
溶液聚合，其产品用于金属涂料及非多孔性涂料，用量不大。
悬浮聚合以其生产过程简易，便于控制，便于大规模生产、产品的适应性较强，因此还是聚氯乙烯的主要的生产方式，生产约占总量的80%。
综合分析，悬浮聚合应用较广，本设计选用悬浮聚合。
1.5.3工业卫生的影响长期以来从事和接触氯乙烯的工作人员存在氯乙烯中毒现象，已为全世界所公认。
因此，对于工业卫生化的问题也开始给予重视，多数国家重新规定了操作环境的卫生标准。
一般均在1—5ppm，对VC排放源的排放量也作了规定。
[4]
1.6聚氯乙烯的工业生产意义
合成树脂是塑料工业的基本原料，在一定条件下塑制成一定形状的材料，在常温下它的形状不变，是材料工业的重要组成部分。
作为热塑性塑料的原料之一的聚氯乙烯树脂，在世界各国合成树脂的生产、品种及消费上均处于领先地位。
这是因为它具有自身的许多优点。
聚氯乙烯塑料不仅在建材、农业及包装工业上有着广泛的用途，在电子器件、交通运输、机械和人民生活等各方面。
它们的主要生产制品及用途如表2﹕[2]
表2聚氯乙烯主要制品及用途
型号
平均聚合温度/℃
粘数
/（mL/g）
K值
聚合度P
参考用途
SG-1
SG-2
SG-3
SG-4
SG-5
SG-6
482
505
530
565
580
618
154-144
143-136
135-127
126-119
118-107
106-96
77-75
74-73
72-71
70-69
68-66
64-63
1800-1650
1650-1500
1500-1350
1250-1150
1100-1000
950-850
高级电绝缘材料
电绝缘材料，一般软制品
电绝缘材料，农膜，塑料鞋
一般薄膜，软管，人造革，高强度硬管
透明硬制品，硬管，型材
唱片，透明片，硬板，纤维，焊条
SG-7
SG-8
655
685
95-87
86-73
62-60
59-55
850-750
750-650
吹塑瓶，透明片，管件
过氯乙烯树脂
1.7聚氯乙烯发展前景
近十年以来，我国聚氯乙烯生产通过技术改造、技术攻关和消化吸收引进技术，使行业技术水平有了很大的提高。
不仅开发和推广应用脱出氯乙烯单体技术、防粘釜技术和干燥技术，而且聚合釜大型化和生产控制自动化程度均有了极大提高。
但是与国外先进水平相比还存在很大差距，主要表现在生产技术落后，规模小，产品质量不高，品种少，树脂加工应用不协调等方面。
因此，我国聚氯乙烯的发展应以引进外国先进技术、选择我国市场前景广阔的硬制品和特殊牌号为主，这样既能满足化工建材的市场需求，又可替代进口，使我国聚氯乙烯工业得到健康发展
（1）PVC树脂可采用内衬塑料薄膜的纸袋、布袋、人造革袋或聚丙烯编织袋包装。
袋的封口应保证产品在运输贮存时不被污染。
包装袋要能防尘、防潮。
每袋净重25Kg。
（2）包装袋上应注明商标、产品名称、净重、型号、批号、产品等级和生产厂名。
产品型号标志要醒目。
（3）树脂应放存放在干燥、通风良好的仓库内，应以批为单位分开存放。
防止批条混杂。
不得露天堆放、防止阳光照射。
（4）运输时必须使用洁净、有蓬的运输工具，防止雨淋。
2产品及原料说明
2.1产品性质及质量标准
2.1.1名称及其结构
⑴名称
悬浮法聚氯乙烯树脂简
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