聚氯乙烯生产基本工艺.doc
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1、 聚 氯 乙 烯 生 产 工 艺学 院: 材料与化工专 业: 材料科学与工程 姓 名: 刘逾 学 号: 任课教师:陈永引言 聚氯乙烯(PVC)是5大通用塑料之一,具备耐腐蚀、电绝缘、阻燃性和机械强度高等优秀性能,广泛用于工农业及寻常生活等各个领域,特别是近年来建筑市场对PVC产品巨大需求,使其成为具备相称竞争力一种塑料品种。 PVC重要成分为聚氯乙烯, 色泽鲜艳、耐腐蚀、牢固耐用,由于在制造过程中增长了增塑剂、抗老化剂等某些有毒辅助材料来增强其耐热性,韧性,延展性等,故其产品普通不存储食品和药物。它是当今世界上深受爱慕、颇为流行并且也被广泛应用一种合成材料。它全球使用量在各种合成材料中高居第二
2、。据记录,仅仅1995年一年, PVC在欧洲生产量就有五百万吨左右,而其消费量则为五百三十万 吨。在德国,PVC生产量和消费量平均为一百四十万吨。PVC正以4%增长速度在全世界范畴内得到生产和应用。近年来PVC 在东南亚增长速度尤为明显,这要归功于东南亚各国均有进行基本设施建设迫切需求。国内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热塑性树脂,第一种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PVC装置相继建成投产,到当前为止,国内有PVC树脂生产公司80余家,遍及全国29个省、市、自治区,总生产能力达220万吨年7075万t/a。PVC树
3、脂在国内塑料工业中具备举足轻重地位,同步PVC作为氯碱工业中最大有机耗氯产品,对维持氯碱工业氯碱平衡具备极其重要作用。 本设计为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。简介了PVC聚合工艺,建厂关于事项及合成聚氯乙烯流程和设备,对整个生产工艺做出了详细论述。目录引言第1章 总论41.1概述41.1.1意义与作用41.1.2国内外现状以发展前景41.1.3产品性质与特点51.1.4产品重要用途61.1.5 产品生产办法概述61.1.6产品原料与规格 91.6.1重要原料规格及技术指标91.6.2产品规格10第2章 工艺设计原理与工艺流程图阐明102.1工艺原理112.2工
4、艺条件影响因素112.3工艺路线选取132.3.1工艺路线选取原则132.3.2详细工艺路线 142.3.2工艺流程示意图 152.4工艺参数16第3章 物料衡算物料衡算163.1物料衡算意义与作用173.2物料衡算办法与环节173.3物料衡算18第4章 热量衡算194.1能量衡算意义与作用194.2热量衡算以所需热质量20第5章 设备选型235.1选型原则235.2核心设备选取235.2.1塔(釜)计算235.2.2塔(釜)高度与直径计算265.2.3塔(釜)壁厚计算275.2.4传热元件计算285.2.5搅拌器选取295.3其她设备选取34第6章 车间布置设计原则346.1车间布置设计原则
5、356.1.1车间设备布置原则356.1.2车间设备平面布置原则356.1.3车间设备立面布置原则356.2车间设备布置366.2.1车间设备平面布置366.2.2车间设备立面布置36第7章 环 境 保 护 与 安 全 措 施 367.1厂 内 防 火 防 爆 措 施367.2 车 间 照 明 及 采 暖 措 施377.3防 静 电,防 雷 措 施 377.4三 废 处 理 情 况 38参照文献39第1章 总论1. 1 概述1.1.1意义与作用聚氯乙烯(PVC)是国内外高速发展合成材料中5大热塑性合成树脂之一,以其价廉物美特点,占合成树脂消费量29%左右,仅次于聚乙烯(PE),居第二位。由于它
6、具备优良耐化学腐蚀性、电绝缘性、阴燃性、物理及机械性能、抗化学药物性能、质轻、强度高且易加工、成本低,可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工,是一种能耗少、生产成本低产品。因而聚氯乙烯(PVC)制品广泛用二工业、农业、建筑、电子电气、交通运送、电力、电讯和包装及人们生活中各个领域。聚氯乙烯(PVC)硬质制品可代替金属制成各种工业行材、门窗、管道、阀门绝缘板及防腐材料等,还可以做收音机、电话、电视机、蓄电池外壳及家具、玩具等。其轻质品可制成薄膜用以制作雨披、台布、包装材料以及农膜,还可制成人造革、电线、电缆等绝缘层1。1.1.2国内外现状及发展前景聚氯乙烯(PVC)广泛应用于
7、工业、农业、建筑、交通运送、电力电讯和包装等各领域。国内PVC生产能力约为972万吨,产量为920万吨,净进口量达151万吨,消费年增长率在9.5左右。随着节水灌溉、建筑化学建材、包装、电子电气、汽车等下游行业对PVC需求迅速增长,将来几年国内对聚氯乙烯(PVC)需求仍将保持较高增长速度。全球PVC消费量约为3100万吨,预测到国内PVC树脂需求量将达1100万吨,将达到2160万吨。预测到全球PVC需求量将达到3490万吨,将达到4600万吨。聚氯乙烯按聚合办法分四大类:悬浮法聚氯乙烯,乳液法聚氯乙烯、本体法聚氯乙烯、溶液法聚氯乙烯2。1.1.3产品性质与特点中文名称: 聚氯乙烯英文名称:
8、Polyvinyl chloride polymer 简称: PVC玻璃转变温度: 87 熔点: 212导热率(): 0.16 W/mK 热膨胀系数(): 810-5 /K 热容(c): 0.9 kJ/(kgK) 吸水率 (ASTM): 0.04-0.4% 聚氯乙稀是一种无毒、无臭白色粉末。电绝缘性优良,普通不会燃烧,在火焰上能燃烧并放出HCl,但离开火焰即自熄,是一种“自熄性”、“难燃性”物质。重要用于生产透明片、管件、金卡、输血器材、软、硬管、板材、门窗、异型材、薄膜、电绝缘材料、电缆护套、输血料等3。聚氯乙稀具备阻燃(阻燃值为40以上)、耐化学药物性高(耐浓盐酸、浓度为90硫酸、浓度为6
9、0硝酸和浓度20氢氧化钠)、机械强度及电绝缘性良好长处。但其耐热性较差,软化点为80,于130开始分解变色,并析出HCI3。 聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成,聚合度n普通在5000范畴内,其分子构造式如下:从产品分类看,PVC属于三大合成材料(合成树脂、合成纤维、合成橡胶)中合成树脂类,其中涉及五大通用树脂,聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、ABS树脂。1.1.4聚氯乙烯重要用途1.PVC普通软制品运用挤出机可以挤成软管、电缆、电线等;运用注射成型机配合各种模具,可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽车配件等。2.PVC薄膜PVC与添加剂混合、塑化后,运用三辊或四辊压
10、延机制成规定厚度透明或着色薄膜,用这种办法加工薄膜,成为压延薄膜。也可以通过剪裁,热合加工包装袋、雨衣、桌布、窗帘、充气玩具等。宽幅透明薄膜可以供温室、塑料大棚及地膜之用。经双向拉伸薄膜,所受热收缩特性,可用于收缩包装。3.PVC涂层制品有衬底人造革是将PVC糊涂敷于布上或纸上,然后在100摄氏度以上塑化而成。也可以先将PVC与助剂压延成薄膜,再与衬底压合而成。无衬底人造革则是直接由压延机压延成一定厚度软制薄片,再压上花纹即可。人造革可以用来制作皮箱、皮包、书封面、沙发及汽车坐垫等,尚有地板革,用作建筑物铺地材料。4.PVC泡沫制品软质PVC混炼时,加入适量发泡剂做成片材,经发泡成型为泡沫塑料
11、,可作泡沫拖鞋、凉鞋、鞋垫、及防震缓冲包装材料。也可用挤出机基本成低发泡硬PVC板材和异型材,可代替木材试用,是一种新型建筑才材料。5.PVC透明片材PVC中加冲击改性剂和有机锡稳定剂,经混合、塑化、压延而成为透明片材。运用热成型可以做成薄壁透明容器或用于真空吸塑包装,是优良包装材料和装饰材料如月饼包装盒。6. PVC糊树脂将PVC分散在液体增塑剂中,使其溶胀塑化而成增塑溶胶,通惯用乳液或微悬浮树脂,还需加稳定剂、填料、着色剂等,经充分搅拌,脱气泡后,配成PVC糊,再用进、浸渍、浇铸或搪塑等加工成各种制品。如衣架、工具手柄、圣诞树等。7.PVC硬板和板材PVC中加入稳定剂、润滑剂和填料,经混炼
12、后,用挤出机可挤出各种口径硬管、异型管、波纹管,用作下水管、饮水管、电线套管或楼梯扶手。将压延好薄片重叠热压,可制成各种厚度硬质板材。板材可以切割成所需形状,然后运用PVC焊条用热空气焊接成各种耐化学腐蚀贮槽、风道及容器等。8.PVC其她门窗有硬质异型材料组装而成。在有些国家已与木门窗铝窗等共同占据门窗市场;仿木材料、代钢建材(北方、海边);中空容器4。1.1.5产品生产办法概述聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成,聚合度n普通在500-0范畴内,其分子构造式如下:聚氯乙烯按聚合办法分四大类:悬浮法聚氯乙烯,乳液法聚氯乙烯、本体法聚氯乙烯、溶液法聚氯乙烯。本实验设计采用悬浮发生产聚乙烯。悬浮
13、法(重要是水相悬浮法)生产氯化聚氯乙烯为非均质产品,溶解度相对于溶液法产品低,但热稳定性高,重要用于制造管材、管件、板材等5。1.5.1本体法聚合生产工艺 本体聚合生产工艺,其重要特点是反映过程中不需要加水和分散剂。聚合分2步进行,第1步在预聚釜中加人定量VCM单体、引起剂和添加剂,经加热后在强搅拌(相对第2步聚合过程)作用下,釜内保持恒定压力和温度进行预聚合。当VCM转化率达到8%-12%停止反映,将生成“种子”送人聚合釜内进行第2步反映。聚合釜在接受到预聚合“种子”后,再加人一定量VCM单体、添加剂和引起剂,在这些“种子”基本上继续聚合,使“种子”逐渐长大到一定限度,在低速搅拌作用下,保持
14、恒定压力进行聚合反映。当反映转化率达到60%一85%(依照配方而定)时终结反映,并在聚合釜中脱气、回收未反映单体,而后在釜内汽提,进一步脱除残留在PVC粉料中VCM,最后经风送系统将釜内PVC粉料送往分级、均化和包装工序。1.5.2乳液聚合生产工艺 氯乙烯乳液聚合办法最后产品为制造聚氯乙烯增塑糊所用聚氯乙烯糊树脂(E-PVC),工业生产分两个阶段:第一阶段氯乙烯单体经乳液聚合反映生成聚氯乙烯胶乳,它是直径0.13微米聚氯乙烯初级粒子在水中悬浮乳状液。第二阶段将聚氯乙烯胶乳,经喷雾干燥得到产品聚氯乙烯糊树脂,它是初级粒子汇集而成得直径为1100微米,重要是2040微米聚氯乙烯次级粒子。这种次级粒
15、子与增塑剂混合后,经剪切作用崩解为直径更小颗粒而形成不沉降聚氯乙烯增塑糊,工业上称之为聚氯乙烯糊。1.5.3悬浮聚合生产工艺 因采用悬浮法PVC生产技术易于调节品种,生产过程易于控制,设备和运营费用低,易于大规模组织生产而得到广泛应用,成为诸多生产工艺中最重要生产办法。 工艺特点:悬浮聚合法生产聚氯乙烯树脂普通工艺过程是在清理后聚合釜中加入水和悬浮剂、抗氧剂,然后加入氯乙烯单体,在去离子水中搅拌,将单体分散成小液滴,这些小液滴由保护胶加以稳定,并加入可溶于单体引起剂或引起剂乳液,保持反映过程中反映速度平稳,然后升温聚合,普通聚合温度在4570之间。使用低温聚合时(如4245),可生产高分子质量
16、聚氯乙烯树脂;使用高温聚合时(普通在6271)可生产出低分子质量(或超低分子质量)聚氯乙烯树脂。近年来,为了提高聚合速度和生产效率,国外还研究成功两步悬浮聚合工艺,普通是第一步聚合度控制在600左右,在第二步聚合前加入某些新单体继续聚合。采用两步法聚合长处是明显缩短了聚合周期,生产出树脂具备良好凝胶性能、模塑性能和机械强度。当前悬浮法聚氯乙烯品种日益广泛,应用领域越来越广,除了通用型树脂外,特殊用途专用树脂开发越来越引起PVC厂家关注,球形树脂、高表观密度建材专用树脂、消光树脂、超高(或超低)分子质量树脂等已成为开发热点7。 悬浮法PVC发展趋:在工业化生产PVC时,以悬浮法产量最大,悬浮法生
17、产具备设备投资少和产品成本低等长处。各种聚合办法发展方向是逐渐向悬浮法聚合生产路线倾斜,某些过去采用其他办法生产树脂品种已开始采用悬浮聚合工艺生产。自从乳液聚合法工业化后来,欧洲、日本在持续悬浮聚合工艺方面开展了大量研究工作,当前尚未工业化生产,但持续法设备费用低,生产效率高,工艺难题少,已引起了各国科研院所和生产厂家注重。此外,为进一步提高悬浮法生产通用树脂和专用树脂质量,提高产品专用化、市场化水平,国外厂家在聚合工艺工艺条件及配料体系等方面做了大量研究工作,进一步提高了聚合转化率,缩短了聚合周期,提高了生产效率,同步也开发出一系列性能好、易于加工PVC专用树脂如:超高(或超低)聚合度树脂、
18、高表观密度树脂、无皮树脂、耐辐射树脂、医用树脂、耐热树脂等。可见,各种专用料开发是悬浮聚合树脂发展标志,是提高产品使用性能、开发新应用领域重要手段81.4 原料与产品规格1.4.1重要原料规格及技术指标 单体纯度用于悬浮聚合氯乙烯单体纯度在99%以上,其她杂质含量如表1-3所示。表1-3 原辅材料规格序号名称含量1乙烯0.00022丙烯0.00023乙炔0.00024丁二烯0.00025-丁烯-炔06二氧化合物0.00017水0.058HCl0去离子水规格如表1-4所示。表1-4 去离子水规格序号项目数值1导电率/0.52pH值7.03氧含量,0.000014硬度05SiO2,06SO3,0.
19、000017氯,08蒸发残留物01.4.2产品规格产品及副产品规格见表1-5。表1-5 产品规格序号纯度单体含量其他杂质H2OPH备注精聚氯乙烯99%0.10.60.32.7-3.7优级品精聚氯乙烯98%0.11.00.92.5-3.8一等品精聚氯乙烯97%0.21.51.32.5-3.8合格精聚氯乙烯87%2.53.51.52.5-3.8第2章 工艺设计与计算2.1 工艺原理氯乙烯聚合属于自由基型聚合反映。聚合时采用引起剂为油溶性偶氮类、有机过氧化物类和氧化还原引起体系。反映迅速,同步放出大量反映热。链增长方工为头尾相连。聚合反映过程存在着严重增长链向单体转移,是影响产物相对分子质量重要因素
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