采用电石法生产聚氯乙烯.docx

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采用电石法生产聚氯乙烯

目录

1、聚氯乙烯的有关背景

1．1、聚氯乙烯的简介

1．2、聚氯乙烯的应用范围

1．3、PVC的危害

2、聚氯乙烯的设计思路与合成原理

2．1、聚氯乙烯合成的设计思路

2．2、聚氯乙烯的合成原理

3、本设计所涉及的原材料简介

3．1、氯乙烯的性质

3．1、氯乙烯的危害

4、聚合物合成工艺过程介绍

4．1、聚合工艺

4．2、后处理过程

4．3、主要单元设备介绍

5、聚合物合成流程图

6、聚合物合成工艺的关键工艺条件分析

（1）、原料生产发生器温度

（2）、原料生产发生器压力

（3）、清净单体纯度

（4）、分馏温度

（5）、尾气中氯化氢含量

（6）、汞回收率

7、设计总结

8、参考文献

一、聚氯乙烯的有关背景

1．1、聚氯乙烯的简介

聚氯乙烯简称PVC，由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂。

是氯乙烯的均聚物。

氯乙烯均聚物和氯乙烯共聚物统称为氯乙烯树脂。

PVC为无定形结构的白色粉末，支化度较小。

工业生产的PVC分子量一般在5万～12万范围内，具有较大的多分散性，分子量随聚合温度的降低而增加；

无固定熔点。

5℃开始软化,130℃变为粘弹态，160～180℃开始转变为粘流态；有较好的机械性能，抗张强度60MPa左右，冲击强度5～10kJ／m2；有优异的介电性能。

但对光和热的稳定性差，在100℃以上或经长时间阳光曝晒，就会分解而产生氯化氢，并进一步自动催化分解，引起变色，物理机械性能也迅速下降，在实际应用中必须加入稳定剂以提高对热和光的稳定性。

PVC很坚硬，溶解性也很差，只能溶于环己酮、二氯乙烷和四氢呋喃等少数溶剂中，对有机和无机酸、碱、盐均稳定，化学稳定性随使用温度的升高而降低。

PVC溶解在丙酮-二硫化碳或丙酮－苯混合溶剂中，用于干法纺丝或湿法纺丝而成纤维，称氯纶。

具有难燃、耐酸碱、抗微生物、耐磨并具有较好的保暖性和弹性。

聚氯乙烯的最大特点是阻燃，因此被广泛用于防火应用。

但是聚氯乙烯在燃烧过程中会释放出氯化氢和其他有毒气体，例如二恶英。

1．2、聚氯乙烯的应用范围

正是由于其防火耐热作用,聚氯乙烯被广泛用于电线外皮和光纤外皮。

此外也常被制成手套、某些食物的保鲜纸。

　　聚氯乙烯可由乙烯、氯和催化剂制成。

回收及循还再用资源回收再利用:

国际塑料回收代码:

PVC的是3（3字在三个循环再用箭号中心）塑料本体底部或包装上须列明,以便消费者及回收商能适当地分类。

　　聚乙烯是塑料中产量最大、用途极广的热塑性塑料，它是由乙烯聚合而成，是部分结晶材料，可用一般热塑性塑料的成型方法加工。

聚乙烯可分为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯三大类。

聚氯乙烯历史上曾经是使用量最大的塑料，现在某些领域上以被聚乙烯、PET所代替，但仍然在大量使用，其消耗量仅次于聚乙烯和聚丙烯。

聚氯乙烯制品形式十分丰富，可分为硬聚氯乙烯、软聚氯乙烯、聚氯乙烯糊三大类。

硬聚氯乙烯主要用于管材、门窗型材、片材等挤出产品，以及管接头、电气零件等注塑件和挤出吹型的瓶类产品，它们约占聚氯乙烯65%以上的消耗。

软聚氯乙烯主要用于压延片、汽车内饰品、手袋、薄膜、标签、电线电缆、医用制品等。

聚氯乙烯糊约占聚氯乙烯制品的10%，主要用产品有搪塑制品等。

1．3、PVC的危害

聚氯乙烯也是经常使用的一种塑料，它是由聚氯乙烯树脂、增塑剂和防老剂组成的树脂，本身并无毒性。

但所添加的增塑剂、防老剂等主要辅料有毒性，日用聚氯乙烯塑料中的增塑剂，主要使用对苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等，这些化学品都有毒性，聚氯乙烯的防老剂硬脂酸铅盐也是有毒的。

含铅盐防老剂的聚氯乙烯（PVC）制品和乙醇、乙醚及其他溶剂接触会析出铅。

含铅盐的聚氯乙烯用作食品包装与油条、炸糕、炸鱼、熟肉类制品、蛋糕点心类食品相遇，就会使铅分子扩散到油脂中去，所以不能使用聚氯乙烯塑料袋盛装食品，尤其不能盛装含油类的食品。

　　另外，聚氯乙烯塑料制品在较高温度下，如50℃左右就会慢慢地分解出氯化氢气体，这种气体对人体有害，因此聚氯乙烯制品不宜作为食品的包装物。

电木（酚醛塑料）含有游离苯酚和甲醛，对人体有一定毒性，不适合存放食品和作食品包装。

电玉（尿醛塑料）虽然无嗅无味，但在100℃沸水中或用作盛放醋类食品时，会有游离甲醛析出，对人体有害，所以也不适于作为食具或食品包装。

废旧塑料（有的可能添加少许新料）的更新品，因其成分复杂，很难保证不带有毒性，故一般也不可用来作为食品盛具和包装物。

二、聚氯乙烯设计思路与合成原理

2．1、聚氯乙烯合成的合成方法

①、悬浮聚合法　使单体呈微滴状悬浮分散于水相中，选用的油溶性引发剂则溶于单体中，聚合反应就在这些微滴中进行，聚合反应热及时被水吸收，为了保证这些微滴在水中呈珠状分散，需要加入悬浮稳定剂，如明胶、聚乙烯醇、甲基纤维素、羟乙基纤维素等。

引发剂多采用有机过氧化物和偶氮化合物，如过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化二碳酸二乙基己酯和偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈等。

聚合是在带有搅拌器的聚合釜中进行的。

　　②、乳液聚合法　最早的工业生产PVC的一种方法。

在乳液聚合中，除水和氯乙烯单体外，还要加入烷基磺酸钠等表面活性剂作乳化剂，使单体分散于水相中而成乳液状，以水溶性过硫酸钾或过硫酸铵为引发剂，还可以采用“氧化-还原”引发体系,聚合历程和悬浮法不同。

③、本体聚合法　聚合装置比较特殊，主要由立式预聚合釜和带框式搅拌器的卧式聚合釜构成。

聚合分两段进行。

单体和引发剂先在预聚合釜中预聚1h，生成种子粒子，这时转化率达8％～10％，然后流入第二段聚合釜中，补加与预聚物等量的单体，继续聚合。

待转化率达85％～90％，排出残余单体，再经粉碎、过筛即得成品。

2．2、聚氯乙烯合成原理

①、合成反应式：

　②、合成原理

利用外购的电石和水在乙炔发生器中发生反应生成乙炔气体，乙炔气体经过压缩、清静、干燥后得到纯净的乙炔气体。

利用电解分厂生产的副产品氯气和氢气反应合成HCL，或者是由废盐酸和蒸汽通过脱析、脱水工序生成干燥HCL，进一步净化后供给VCM转化，部分HCL由氯乙烯分厂提供。

纯净的乙炔气体和HCL经过混合预热后发生反应转化为VCM单体，VCM再经过水洗碱洗、压缩、精馏后就送进VCM储罐等待参加聚合反应。

乙炔工段利用外购的电石和水在乙炔发生器中发生反应生成乙炔气体，乙炔气体经过压缩、清静、干燥后得到纯净的乙炔气体。

聚合工段使VCM和其他的各种辅剂发生聚合反应，反应产物经过汽提、干燥后成为产品包装出厂。

三、本设计所涉及的原材料简介

3．1、氯乙烯的性质

氯乙烯又名乙烯基氯（Vinylchloride）是一种应用于高分子化工的重要的单体，可由乙烯或乙炔制得。

为无色、易液化气体，沸点-13.9℃，临界温度142℃，临界压力5.22MPa。

氯乙烯是有毒物质，肝癌与长期吸入和接触氯乙烯有关。

它与空气形成爆炸混合物，爆炸极限4％～22％（体积），在压力下更易爆炸，贮运时必须注意容器的密闭及氮封，并应添加少量阻聚剂。

主要成分：

含量:

纯度≥99.99％。

外观与性状：

无色、有醚样气味的气体。

　　熔点（℃）：

-160.0。

　　沸点（℃）：

-13.9。

　　相对密度（水=1）：

0.91。

　　相对蒸气密度（空气=1）：

2.15。

　　蒸气压（kPa）：

346.53（25℃）。

　　燃烧热（kJ/mol）：

　　闪点（℃）：

稳定性和反应活性：

禁配物：

强氧化剂。

避免受热。

3．1、氯乙烯的危害

易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物。

遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。

燃烧或无抑制剂时可发生剧烈聚合。

其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。

应急措施：

皮肤接触：

立即脱去被污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。

就医。

　　眼睛接触：

提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。

就医。

　　吸入：

迅速脱离现场至空气新鲜处。

保持呼吸道通畅。

如呼吸困难，给予输氧。

如呼吸停止，立即进行人工呼吸。

就医。

　　呼吸系统防护：

空气中浓度超标时，佩戴过滤式防毒面具（半面罩）。

紧急事态抢救或撤离时，建议佩戴空气呼吸器。

　　眼睛防护：

戴化学安全防护眼镜。

　　身体防护：

穿防静电工作服。

　　手防护：

戴防化学品手套。

　　其他防护：

工作现场严禁吸烟。

实行就业前和定期的体检。

进入罐、限制性空间或其他高浓度区作业，须有人监护。

泄漏应急处理：

迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。

切断火源。

建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防静电工作服。

尽可能切断泄漏源。

用工业覆盖层或吸附/吸收剂盖住泄漏点附近的下水道等地方，防止气体进入。

合理通风，加速扩散。

喷雾状水稀释、溶解。

构筑围堤或挖坑以收容产生的大量废水。

如有可能，将残余气或漏出气用排风机送至水洗塔或与塔相连的通风橱内。

漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。

四、聚合物合成工艺过程介绍

4．1、PVC合成工艺

乙炔的制作:

桶装或袋装电石经过破碎机破碎后，由皮带机送到电石大贮斗内，再从电石大贮斗放入加料斗，经计量后借电石吊斗、电动葫芦、电磁振动器连续加入乙炔发生器。

电石水解产生的粗乙炔气由乙炔发生器顶部逸出，经喷淋预冷器、正水封进入冷却塔和乙炔气柜。

来自发生器经冷却后的乙炔气，进入乙炔压缩机加压，然后经清净塔除去粗乙炔气中的PH3、H2S等杂质，再经中和塔、冷凝器等除去酸和水分。

精制后的精乙炔气送往氯乙烯合成转化工序。

氯乙烯的合成:

HCL—→HCL缓冲罐—→HCL预冷器+乙炔沙封—→混合器—→石墨冷却器—→多孔过滤器—→预热器—→转化器→除汞器—→冷却器—→水洗组合塔—→碱洗塔—→汽水分离器—→机前冷却器—→单压机—→机后冷却器—→全凝器——→水分离器—→低塔加料槽—→低沸塔—→高沸塔—→成品冷却器—→单体贮槽

PVC聚合

C2H3CL+H2O+引发剂+其他—→聚合釜—→料浆排放槽—→料浆槽—→料浆贮槽—→料浆进料泵—→节能器—→气提塔—→出料泵—→节能器—→干燥器—→离心料浆槽—→进料泵—→离心机—→上下搅拢—→气液干燥铜—→旋风干燥床—→一级旋风分离器—→①二级旋风分离器—→抽风机②旋振筛—→中间料仓—→大料仓—→自动包装线—→外卖

4．2、后处理过程

解决汞污染措施：

气相汞的净化去除1.高锰酸钾法高锰酸钾湿法净化汞蒸气原理:

2KMnO_4+3Hg+H_2O（?

）2MnO_2+2KOH+3HgO↓MnO_2+2Hg（?

）Hg_2MnO_2↓。

采用本法净化含汞氢气,效率高达99.9％以上,尾气含汞可回收90％。

4．3、主要单元设备介绍

单体气提塔图解：

五、聚合物合成流程图

六、聚合物合成工艺的关键工艺条件分析

（1）、原料生产发生器温度：

75℃～85℃

（2）、原料生产发生器压力：

1000Pa

（3）、清净单体纯度：

99.9％以上

（4）、分馏温度：

85℃～95℃

（5）、尾气中氯化氢含量：

小于5×10-6（5ppm）

（6）、汞回收率：

90％以上

七、设计总结

到2012年，我国电石法聚氯乙烯行业低汞触媒普及率要达到50%，平均每吨聚氯乙烯氯化汞使用量下降25%，全行业全部实现合理回收废汞触媒。

到2015年，全行业全部使用低汞触媒，每吨聚氯乙烯氯化汞使用量下降50%，废低汞触媒回收率达到100%；高效汞回收技术普及率达到50%。

实现这一目标任务，电石法聚氯乙烯行业面临形势十分严峻和紧迫。

但处理好汞污染，电石法拥有广阔市场。

PVC性脆,热稳定性差，不易加工。

为了改善其性能，增加品种，需进行改性，改性的品种有氯乙烯共聚物、聚氯乙烯共混物和氯化聚氯乙烯等。

改性的聚氯乙烯品种也占据了高分子聚合物市场的一席之地。

八、参考文献.

1.赵德仁，张慰盛.《高聚物合成工艺》，化学工业出版社，2006.

2.李克友，张菊华.《高分子合成原理及工艺学》，科学出版社，2001.

3.张武最，罗益锋.《合成树脂与塑料.合成纤维》，化学工业出版社，2000.

4.王延吉，赵新强.《化工产品手册》，化学工业出版社，2008.

5.张连敏,李祥.高聚丙烯腈纤维的生产技术及其应用综述[1]，非织造布，2007