年产1万吨PVC糊树脂聚合基本工艺设计.doc
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1、目 录摘 要1第一章 概 述311 聚氯乙烯简介312产品用途413 市场现状和前景展望5第二章 设计工艺阐明821 悬浮聚合工艺822生产工艺描述823重要物料1324 质量指标和分析14第三章 工艺计算1631聚合物料衡算示意图1632 聚合物料计算1733 反映釜设计2134聚合工段管道计算25第四章 车间布置阐明2741 车间平面布置原则2742 车间布置阐明27第五章 环境评估2851 环保2852 污染排放概况28第六章 结 论31致 谢32参照文献33摘 要本课题是在理解聚氯乙烯国内外发展状况基本上,完毕了微悬浮法生产聚氯乙烯糊树脂合成工艺设计。聚合工段以聚合釜密闭技术、高温热脱
2、盐水技术、二次加水技术为主;尾气回收采用压缩冷凝法回收氯乙烯气体。针对过程中各反映损失量、单体转化率等对反映物进行简朴物料衡算;分析了生产对环境影响。核心词 PVC糊树脂;微悬浮聚合法;聚合工艺设计;物料衡算AbstractThis paper introduces the market development trend of PVC at home and abroad. The design is a process of 10kt/a PVC paste resin production in micro-suspension polymerization. The process o
3、f polymerization designed polymerizer confined technology,high temperature thermal water desalination technology,technical secondary water .The method of compression condensation recovers VCM. On the base of the losses in reaction and the monomer conversion rate of reaction,it takes the material bal
4、ance calculation. The process of production impact on the environment is analysed. Key words:PVC paste resin;process of micro-suspension;polymerization process design;material balance calculation第一章 概 述11 聚氯乙烯简介聚氯乙烯(PVC)是有氯乙烯单体(VCM)聚合得到聚合物,普通聚合度,在当今聚合物产品中具备极其重要地位。PVC应用极其广泛,并且价格相对低廉,合用性几乎不受限制.然而如果PVC
5、在今天被发现,很也许会由于其热稳定性差,难于加工而被束之高阁。PVC独特源自三个重要因素:形态学,多样性和分子构造。(1) 形态学PVC一旦被合成出来,其内在性能和外在构造就完全被所采用生产办法决定了.悬浮聚合和本体聚合产品是粒径为颗粒,而乳液聚合产物粒径只有。但干燥后乳液产品是易碎颗粒,粒径为。由于具备独特颗粒构造,在PVC专业词汇中,经惯用到一种次就是形态学.形态构造对于其她聚合物来说远不如对于PVC重要。PVC不溶于其单体,在聚合过程中,当PVC增长链长到10个单位单元后,就要从VCM单体中沉淀出来,属于典型沉淀悬浮聚合。然而,PVC在其单体中可较好溶胀,其单体溶解量可达到27%(质量分
6、数)以上,这一特性对聚合物自身以及PVC最后性能和应用均有重大影响。因而,聚合物从单体中沉淀出来方式,聚合物分子链增长机理以及单体对聚合物溶胀限度等因素非常重要。(2) 多样性聚氯乙烯是一种总称.每个生产商会依照市场需要生产一系列形态,分子量各不相似PVC产品。在工业上,K值和黏度值用于代表PVC分子量,生产商将这些参数作为品种代号,用以给不同产品命名。K值为PVC较硬,重要用于生产管、导管、板和塑钢窗;K值为树脂柔韧性较好,可制备柔性板、地板革、壁纸、电缆绝缘层、软管、试管和医疗用品;K值较低()PVC重要用于注塑成型,制备管,导管接头,整体或电源接头,并可用于吹瓶和其她容器。(3) 分子构
7、造在当前工业生产聚合物材料中,PVC能占有独特地位,因素在于大量氯原子赋予PVC聚合物链强极性,同步重复单元在分子链中相间排布,使分子链结晶水平极大减少.这样构造给PVC带来一系列优良性能,涉及:力学性能好,特别是薄膜韧性好,相对较低分子量就可拥有较高熔体黏度,并且虽然在高度增塑后,仍可保持较好力学性能。可以在PVC中加入大量增塑剂和抗冲改性剂,来改进其性能,使其应用领域大幅扩宽。12产品用途聚氯乙烯糊树脂是由氯乙烯在引起剂作用下聚合而成热塑性树脂,是氯乙烯均聚物,属于聚氯乙烯树脂一种产品分支。聚氯乙烯糊树脂具备较大多分散性,分子量普通在512万。由于其成糊性优良以及分散性能良好,PVC糊树脂
8、应用非常广泛,重要有如下几大方面:(1)普通软制品:运用挤出机辅助相应模具设备生产聚氯乙烯糊树脂片、管、垫、块;可制成塑料鞋底、鞋面、鞋衬材料等;在饮料行业中可用作啤酒、碳酸饮料瓶盖密封材料;(2)涂层制品:将糊树脂涂敷于布或纸张等其她基材上,然后在100摄式度以上塑化而成。也可以先将PVC与助剂压延成薄膜再与衬底基材加垫压合而成。聚氯乙烯糊树脂人造革可以用来制作皮相、皮包、书封面、沙发及汽车坐垫、壁纸等建筑装饰材料; (3)泡沫制品:在聚氯乙烯糊树脂中加入大量发泡剂作成片材,经发泡成型为泡沫塑料,可作为抗冲材料、保护性安全制品及填充材料,还可以作为泡沫高档凉鞋、坐垫、高档消音等材料; (4)
9、黏合剂与密封胶:聚氯乙烯糊树脂及改性树脂与其她化工原料相结合,制成黏合材料经化学解决后可用于制造汽车上密封胶; (5)涂层与涂料:聚氯乙烯糊树脂及改性树脂可以作为钢板、硬质塑料表面涂层。这种涂料具备抗冲击性、耐老性、耐侯性良好、附着力强等长处,广泛应用于汽车底盘涂料、车内涂料于装饰,还用于其她钢铁工业及钢铁表面装饰与材料防腐。由于聚氯乙烯糊树脂具备良好分散性和稳定流动性,还可用于高品质彩色印刷;(6)糊制品:将聚氯乙烯糊树脂分散在液体增塑剂中,使其溶胀塑化而成增塑溶胶,如果稳定剂、填料、着色剂等,经充分搅拌、脱气泡后配成糊,再用浸渍、浇铸等加入成各种制品,还可以将聚氯乙烯糊树脂加热中,再加入其
10、她辅助材料,制成一次性用手套等医疗器材,以及其她材料垫衬材料;(7)板材:在聚氯乙烯糊树脂中加入改性材料或表面强化材料,经混合塑化压延可制成性能优良板材、运送带和高档胶塑材料。除普通型聚氯乙烯糊状树脂外,其她有关改性产品如掺混树脂、氯醋酸树脂等,由于其具备独特性能而在汽车塑溶胶、PVC方块地毯、印花油墨、人造革底糊和边糊、壁纸、人造革、浸渍制品中,其用量将随着应用开发力度不断加大而增长,大量取代进口。国内绝大多数公司重要采用电石原料路线,成本较低。虽然国内PVC糊树脂年进口量不断增长,但由于原油价格高位盘整,加之国外生产原料成本较高,进口糊树脂价格居高不下,无形中削弱了进口货源与国内资源相比竞
11、争力。因而,当前国产PVC糊树脂主流价格保持在10000-10400元/吨之间。总之,当前在国内建立一家PVC糊树脂合成公司依然存在一定利益空间,解决国内PVC糊树脂供需平衡。13 市场现状和前景展望 当前PVC产业在全世界发展迅速,前景辽阔,各国都看好PVC潜力以及其对生态环境好处,PVC正以其 优越、独特性能向世人证明其作用和地位是当前任何其他产品都无法取代,社会发展需要它,环保需 要它,它是咱们人类社会文明进步必然趋势。世界聚氯乙烯糊树脂年产量为200万余吨,生产工艺重要采用微悬浮法、种子乳液法和微悬浮种子法,产品重要集中于欧美和亚洲。上个世纪末,亚洲PVC糊树脂生产规模和技术水平得到迅
12、速发展。国外发达国家聚氯乙烯生产重要采用是乙烯工艺路线,国内重要采用重要是电石法生产工艺路线。随着世界科技水平逐渐提高,各国不断开发新技术、新设备,并对既有生产工艺进行改造,通过调节工艺配料和聚合条件,生产出更具备针对性和良好糊性能树脂,进一步减少均化物料量、提高单釜含固量、提高生产效率、减少能耗、改进树脂生产后解决工艺、提高生产胶乳稳定性等。国内PVC糊树脂生产工艺以种子乳液聚合为主,其她生产工艺路线尚有微悬浮种子法、悬浮聚合法等,绝大多数采用电石原料路线。20世纪50年代国内PVC糊树脂工业开始生产,在5070年代共建有8个生产厂,生产规模为100500吨/年,生产工艺重要以种子乳液法为主
13、,只能生产8个型号PVC糊状树脂。进入80年代,国内PVC糊树脂生产厂家先后引进了国外7家PVC糊树脂生产技术。 当前,国内PVC糊树脂生产厂家有近20家,总生产能力为30万余吨,产量也近30万吨,进口量约为15万吨。至以来,国内PVC糊树脂行业发展十分迅猛,既有公司生产能力不断增长。其中,沈阳化工股份有限公司糊树脂生产能力扩产之后已经达到12万吨/年,生产能力居亚洲第一,世界前三位。,国内PVC糊树脂下游消费约增长10%,特别是在汽车、建筑、电子和涂料方面需求明显增长。据记录,国内PVC糊树脂产能与产量虽然得到了迅速增长,但我过PVC糊树脂进口量每年仍在13万15万吨上下浮动,进口最高年份甚
14、至接近了16万吨,这阐明国内PVC糊树脂发展仍有较大空间。从应用领域看,近几年国内汽车、建筑、玩具、电子及涂料都发展不久,这些行业迅速发展,给国内PVC糊树脂行业发展带来巨大商机。以汽车应用领域为例,虽然汽车行业受到能源等方面冲击,国内汽车仍合计产销507.05万辆和507.11万辆,同比分别增长14.11%和15.50%。PVC糊树脂仅汽车胶一种品种,就在底盘防石击涂料、车身焊封密封胶、点焊胶、滤芯胶、缓冲胶等多处应用。聚记录,仅氯乙烯-醋酸乙烯共聚树脂一种新产品所开发4种专用料年需求量就达5000吨。在许多领域,国内与西方发达国家存在不小差距。如壁纸应用,西欧应用比例占中消费量15%,日本
15、为44%,国内仅为4%;地板材应用,西欧为32%,美国为38%,日本为32%,国内仅为17%;汽车应用,西欧为15%,美国为16%,国内仅为8%。从产品构造看,国内在PVC糊树脂生产大都是均聚物,共聚物很少。均聚物是单体聚合技术,因在应用中规定依附材料耐温好,起应用发展受到限制。而国内在前期引进35种牌号中都是通用型均聚物,却无共聚牌号。共聚物可以加入第二单体先进技术,当前国内掌握共聚技术并能生产高品位产品很少,并且在共聚物技术基本上开发出专用料也只有区区几种牌号。总之,当前国内PVC糊树脂行业整体发展较为平稳,国内应当不断扩大产品应用领域,增长产品型号,形成差别竞争、错位竞争良性竞争格局;加
16、强公司之间技术交流,加速提高行业整体技术水平。随着应用开发力度不断加大,国内PVC糊树脂将会大量取代进口。第二章 设计工艺阐明21 悬浮聚合工艺悬浮聚合是通过搅拌器不断进行搅拌,使单体液滴在水中保持悬浮状态,聚合反映在单体小液滴中进行,普通悬浮聚合反映为间歇聚合。悬浮聚合过程可以看作是在数以百万计小 “反映器” (单体珠滴) 中进行本体聚合。反映釜容积为,氯乙烯在其饱和蒸气压之上被压缩为液态,在高速搅拌下分散于水中,通过夹套或回流冷凝器排出反映热,用挡板调节搅拌效果;加入保护胶体(分散剂)来防止液滴聚并,这样形成稳定分散体系,液滴平均直径为;另一种重要成分为油溶性自由基引起剂。向反映器中加入物
17、料构成普通称为配方。悬浮聚合基本配方有水,VCM,引起剂和分散剂构成,如下:VCM 100份 保护胶体 0.050.15份水 90130份引起剂 0.030.08份22 生产工艺描述生产工艺为采用悬浮法生产PVC糊树脂。其生产过程由单体氯乙烯(VCM)、聚合、汽提、脱水干燥、包装等某些构成。同步还涉及原料、辅料供应系统,VCM回收系统,及环保治理系统等。PVC悬浮聚合典型工艺流程如图2.1 图2.1 PVC糊树脂悬浮聚合工艺流程221 种子制备工序由种子聚合釜(A)釜出来乳浆通过种子过滤器过滤后,被送往种子乳浆槽中储存。从种子乳浆槽中出来种子乳浆通过种子计量泵过滤器过滤后,由种子计量泵输送到种
18、子计量槽中,通过计量槽输送到各聚合釜。222 配料工序重要是指氨盐(引起剂)、催化剂、乳化剂和后混合剂制备。从市场上购买来浓度为20%氨水储存在氨剂贮槽中,以氮气作为保护气体。贮槽中氨水经氨剂输送泵送到盐溶解器、乳化剂溶解槽配制引起剂和乳化剂;此外,氨水另一条线被输送到卸料槽进行脱气。从溶解器中出来盐溶液被输送到聚合釜;催化剂溶解槽重要是用于配制催化剂,通过催化剂过滤器过滤后由催化剂加料泵送往聚合釜;由氨水贮槽过来氨水进入乳化剂溶解槽,在饱和蒸汽预热下配制乳化剂,经乳化剂过滤器过滤后由乳化剂加料泵输送到聚合釜;此外一某些乳化剂被送到后混合剂加料槽中,与粗后混合剂及NaOH溶液混合配制成后混合剂
19、,通过滤器过滤后由泵分别输送至聚合釜和卸料槽。223 PVC聚合工序聚合生产为分批作业方式,一方面向聚合反映釜中加入水、引起剂、分散剂、加热到预定温度后加入VCM,在搅拌条件下进行聚合反映,控制反映时间和反映温度,达到预设终结条件时加入抑制剂使反映终结,反映生成物称为浆料;将PVC浆料转入下道工序,并放空聚合反映釜,用水清洗反映釜后在密闭条件下进行涂壁操作,然后重新投料生产。反映后PVC浆料由聚合釜送至浆料槽,再由汽提塔加料泵送至汽提工序。蒸汽总管来蒸汽经蒸汽过滤后,对浆料中VCM进行汽提,VCM随气提汽从浆料中带出。气提汽冷凝后,经含氧分析,合格后排入气柜或去聚合工序回收压缩机,含氧不合格时
20、排空。冷凝水送至聚合工序废水汽提塔。其生产流程请见图2.2 VCM回收 VCM 成 水 聚 干 汽 品 引起剂 提 燥 包 分散剂 合 装 图2.2 PVC生产流程示意框图2231 聚合反映中技术对于聚合反映工段中提高聚合质量、对聚合反映进行优化、提高聚合反映能力采用了聚合釜密闭技术、高温热脱盐水技术和二次加水技术。(1)聚合釜密闭技术 是指周期性聚合生产中不需要开人孔清釜技术,它能减少操作人员劳动强度,减少VCM单耗和对环境污染,在下一批次聚合生产时不需要抽真空脱除聚合釜内空气中氧气,减少了聚合辅助时间。要顺利实现聚合釜密闭技术,必要解决聚合釜自动防粘釜喷涂技术,选用高效防粘釜剂,解决聚合釜
21、自动水洗技术及聚合釜下料不完全技术问题。密闭技术聚合釜放料最佳采用泵输送,在聚合釜放料结束时可以通过泵压力或电流得出,这样可避免放料不净导致水洗废料单耗高问题。此设计中聚合釜密闭技术采用双位防黏釜喷涂设备和双位自动高压水设备,可以防止聚合釜存在喷涂和水洗不到死区而导致PVC糊树脂下一批料质量下降。(2)高温热脱盐水技术 对于脱盐水某些采用采用高温热脱盐水技术,此技术在VCM聚合时不需升温时间,缩短了聚合反映辅助时间,同步由于脱盐水温度高,使得脱盐水中氧气含量减少,有助于缩短聚合时间。采用高温热脱盐水技术时,引起剂必要使用水乳型引起体系,并且引起剂必要在最后加入,否则会导致PVC树脂“鱼眼”数增
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