年产3万吨PVC基本工艺与设备设计.doc

《工艺与设备设计》课程设计阐明书

设计题目： 年产3万吨PVC工艺与设备设计

学 校：
@ @ 大 学
姓 名：
张 超
专 业：
化学工程与工艺
完毕日期：
月 日

设计任务书
（一） 设计题目
设计年产3万吨PVC装置。
（二） 操作条件
1. 油水比 1：1.8 ， 装料系数 0.9。
2. 反映时间：6hr。
3. 聚合温度：60 oC
（三） 工作日
生产时间:8000小时/a.
（四） 厂址
无锡地区
（五） 设计内容
1.聚合配方计算
2 消耗定额拟定
3 操作周期拟定
4 全车间重要物料衡算
5重要设备物料衡算
6、设备构造设计和选型
7、其她设备设计计算
8、绘制生产工艺流程图
目 录

1、年产3万吨PVC车间工艺设计方案简介 3
2、工艺计算及重要设备设计 3
2.1聚合配方计算 3
2.2引起剂用量计算 4
2.3 分散剂用量 4
2.4 其她助剂用量 4
2.5 配方计算汇总表 5
2.6消耗定额拟定 5
2.7 操作周期拟定 7
2.8 全车间重要物料衡算 7
3、设备构造设计和选型 8
3.1 聚合釜选型和搅拌装置设立 8
3.2干燥器选型 9
3.3辅助设备选型 9
4.生产工艺流程图 11
5、参照文献 13

1、年产3万吨PVC车间工艺设计方案简介
聚氯乙烯树脂（PVC）是国内重要有机合成材料。其产品具备良好物理性能和化学性能，广泛用于工业、建筑、农业、日用生活、包装、电力、公用事业等领域。本设计阐述了PVC车间设计生产工艺流程、发展及其应用，对PVC树脂悬浮聚合生产工艺、干燥以及后解决进行了进行了探讨，从聚合车间工艺设计、设备构造和选型等方面进行初步设计。

2、工艺计算及重要设备设计

2.1聚合配方计算
无锡地区平均气温是14.8℃，本设计选用温度为15℃。聚合温度为60℃，聚合时间6小时。
选用国产33m3聚合釜，材质是碳钢和不锈钢复合材料。
水油比为1:1.8 装料系数0.9
查得： 15℃时 ρ水=0.9913g/cm3
60℃时 ρ水=0.9832 g/cm3
2.2物料量计算
d=0.9471－0.001746t－0.00000324t2
15℃时dvcm=0.9471－0.001746×15－0.00000324×152=0.9202 g/cm2
60℃时dvcm=0.9471－0.001746×60－0.00000324×602=0.8307 g/cm2
设60℃时，需要V1体积VCM，V2体积水则：
V1×0.8307/（V2×0.9832）=1：1.8
V2＋V1=33×0.9=29.7
V1=11.78 V2=17.92
实际15℃需要VC及水体积为：
V1=11.78×0.8307／0.9202=10.6m3
V2=17.92×0.9832／0.9913=17.8m3
质量：Gvc=10.6×0.8307=8.805427T
油水比为1：1.8 总重：G=Gvc+G水=26.4502T

2.2引起剂用量计算
由InKp=B-A/T(其中A=4101.90,B=15.34)
InKp=15.34-4101.90/(273.15+60)=3.0275
Kp=20.65
InKd=C-A/T(其中A=14615,C=43.00)
=43.00-14615/(273.15+60)=-0.8691
Kd=0.4193
引起剂用量计算式：100n=Kp[τ0] ×[te+1/Kd(e-Kdte-1) ]
其中n—转化率 [τ0]—引起剂浓度mol/TPVC te—聚合用周期hr
n=85%则85=20.65×[τ0] [6+1/0.4193（e-0.4193×6-1）]
总重量：G﹙τ0﹚=[τ0] ×8.805427×248.2×10﹣3=2.45Kg

2.3 分散剂用量
分散剂用量为单体0.06%，用复合分散体系HPMC、PVA其中配方比为3:2
助分散剂LL—02为单体重量0.019%
分散剂总重量G=8.805427×0.06%×103=5.44㎏
其中HPMC重量=5.44×3/（2+3）=3.264㎏
PVA重量=5.44×2/﹙2＋3﹚=0.96
助分散剂LL—02重量=8.805427×0.019%×103=1.72㎏
2.4 其她助剂用量
疏基乙醇 8.805427×103×0.075%=0.66㎏
十六醇 8.805427×103×0.013%=1.14㎏
双酚A 8.805427×103×0.025%=2.20㎏
有机锡 8.805427×103×0.05%=8.30㎏
G7-9酸锌 8.805427×103×0.0055%=0.48㎏
Na2S 8.805427×103×0.021%=4.84㎏
CaABS 8.805427×103×0.056%=4.93㎏
NH4HCO3 8.805427×103×0.22 %=19.37㎏

2.5 配方计算汇总表
表2-1 33m3聚合釜生产SG-5型树脂配方(15℃)
物料
用量
物料
用量
VCM
10.6 m3
双酚A
2.2㎏
软水
17.92 m3
有机锡
8.3㎏
HPMC
3.264㎏
G7-9酸锌
0.48㎏
PVA
2.176㎏
Na2S
4.84㎏
LL—02
1.72㎏
CaABS
4.93㎏
疏基乙醇
0.66㎏
NH4HCO3
19.73㎏
十六醇
1.14㎏
ZnPS
0.34㎏
注：CaABS在转化率为75%时。

2.6消耗定额拟定
（1）聚合釜单位损失计算(以每釜计)
单体投料量：8.805427T 聚合温度：60℃ 反映时间：6hr
拟定在转化率为85%时料 60℃ ρH2O=0.9832T/ m3
ρVCM=0.8307 T/ m3
ρPVC=1.391T/ m3
据天原厂经验，反映结束后余压压料至出料槽内，余压力为2㎏/ cm3
此时釜内剩余单体量为
（1+2×0.9672）×13.5×103=0.082×n×(273.15+60) n=1.461×103mol
G剩=1.461×6.25×103/103=91.3㎏/釜
设其她泄露及回收后精制等损失后回收量7%，
则VCM损失量为91.3×7%=6.4㎏/釜
实际回收VCM量91.6-6.4=84.9㎏/釜
（2）出料槽单体损失计算（以每釜计）
依照杭州电化厂数据，出料槽汽提后，浆料中含VCM量如下
（11.1934×10 m3 -91.3+300）×210×10-6=2.3㎏/釜
进入出料槽单体量为：3.9569×103×（1-85%）－91.3=502.2㎏/釜
回收单体量为502.2-2.3=499.9㎏/釜
设其她泄露及回收精制等共损失7%，则其损失量为：499.9×7%=35.0㎏/釜
实际回收VCM量为499.9-35=464.9㎏/釜
聚合釜和出料两某些VCM总损失量为：6.4+35.0+2.3=43.7㎏/釜
（3）干燥岗位树脂损失计算（以成品绝干PVC为基准）
已知：旋风分离器回收尘效率为99%级，则损失量为：
1015×（1-0.99）/0.992=0.104㎏/TPVC
加上其她泄露拟定冷风管损失PVC为1.3㎏/TPVC
旋风分离器进入震动筛树脂较少，约30%，但扣去其她泄露后，还要扣清床料，也定为1.1㎏/TPVC,则干燥岗位PVC损失总量为1.3+1.1=2.4㎏/TPVC.
（4）其她设备PVC树脂损耗分派
表3-2 其她设备PVC树脂损耗分派
设备釜
损失因素
损失量（㎏/TPVC）
聚合釜
粘釜，泡沫夹带
1.5
出料槽
泡沫夹带，塑化片等
1.2
混合槽
泡沫夹带
0.7
离心机
母液夹带
2.0
筛分
废次品
14.0
称量
偏差
1.0
总计

20.4
全车间PVC总损失为：2.4 +20.4=22.8㎏/TPVC
聚合总效率为1/(1+22.8×10-3)=97.77%
每釜可生产绝干树脂：8.805427×0.85×97.77%=7.318T
以成品绝干PVC为基准，聚合单体损失为：43.7/7.318=6.0㎏/TPVC
其中聚合釜损失为6.4/7.318=0.875㎏/TPVC
出料槽：464.9/7.318=63.53㎏/TPVC
单体消耗定额为：1000+5.7+22.8=1028.5㎏/TPVC=1.029TVC/TPVC

2.7 操作周期拟定
表3-3 操作周期拟定
反映操作
时间（min）
反映操作
时间（min）
加水助剂
15
N2试压
15
加VC
10
冷搅拌
30
升温
20
反映
6hr
降温
20
出料
10
回收VCM
20
清釜
10
涂布等
15
小计
8hr45min
取整：操作周期为9hr

2.8 全车间重要物料衡算
已知：生产能力：30000T 生产时间：8000小时
操作周期：9小时 树脂含水量及挥发率：0.5%
则：每釜可生产树脂7.318/（1-0.5%）=7.36T/釜
每年可生产釜数8000/9=889釜
年产力7.36×889=6543.04T/Y
完毕年产30000TPVC所需釜数：30000/6543.04=4.59台（圆整取5台）
全年投入聚合釜中VCM量8.805427×5×889=39140.12 T/Y
全年回收VCM量（84.9+464.9）×10-3×5×899=2443,86 T/Y
全年VCM损失量43.7×10-3×5×889=194.25T/Y
原料消耗量计算
单体VCM 39140.12-2443.86=36696.26T/Y
聚合用软水 17.92×0.9913×5×889=789614.41T/Y
引起剂ABVN 2.45×5×889×10-3=10.89T/Y
分散剂总量 5.44×5×889×10-3=24.175T/Y
其中HPMC 11.604 T/Y PVA 7.716 T/Y
助分散剂LL-02 1.72×5×889×10-3=7.65T/Y
疏基乙醇 0.66×5×889×10-3=2.94/Y
十六醇 1.14×5×889×10-3=5.06/Y
双酚A 2.2×5×889×10-3=9.78/Y
有机锡 8.3×5×889×10-3=36.89T/Y
G7-9酸锌 0.48×5×889×10-3=2.14T/Y
ZnPS 0.34×5×889×10-3=1.5T/Y
Na2S 4.84×5×889×10-3=21.51T/Y
CaABS 4.93×5×889×10-3=21.91T/Y
NH4HCO3 19.37×5×889×10-3=86.1T/Y
3、设备构造设计和选型
3.1 聚合釜选型和搅拌装置设立
选用国内33m3И聚合釜，材质是复合钢板，牌号16MnR+0Cr18Ni9，筒体厚度14+3（3为不锈钢板）。长径比为2.08，内设可拆卸管/式冷却管，共四根，外有Φ114×638圈半管冷却夹套。传动方式为上传动，电机同平行轴渐开线齿轮减速机组合驱动，转速120r/min
表3-1 釜参数
V/m3
F/m2
F/V
m2/m3
L直线
mm
D-min
L/D
33
51
1.55
5400
2600
2.08

3.2干燥器选型
（1）气流干燥管
气流干燥速度：15m/s 物料停留时间：1.2s
（2）MST 旋风干燥器
物料停留时间：30 min 进料速度：500kg/h
气流速度：5000m³/h 引风机入口风压：2 Kpa
床夹套温度：75℃ 旋风床内温度：46～70℃
气流管进口风压：4～6 Kpa

3.3辅助设备选型
3.3.1.料槽、混料槽选型
出料槽体积为150m³，混料槽200m³
搅拌转速为50r/min
3.3.2离心机选型
WG-800 卧式刮刀卸料离心机，脱水后PVC树脂含水量20％～25％
3.3.3旋风分离器选型
冷风管用旋风分离器 二台
3.3.4风机选取
气流干燥器用风机 一台 冷风管用风机 一台
3.3.5槽类选取
去离子水贮槽 一种 热水贮槽 一种
助剂计量槽 一种 去离子水计量槽 一种
单位计量槽 一种 单位贮槽 一种
3.3.6泵类选取
热水泵 一台 软水泵 一台
出料泵 一台 浆料泵 两台
进塔泵、出塔泵 各一台 汽提热水喷淋泵 一台
脱单体真空泵 一台 循环水泵 一台
3.3.7过滤器选取
单体过滤器 两台 软水过滤器 一台
树脂过滤器 两台 空气过滤器 一台
3.3.8其她设备选取
加料小罐 两个 浆料换热器 一台
气提热水喷淋罐 一种 水气分离器 两台
螺旋输送器 一台 鼓风机 一台
一级、二级冷却器 各一台 沉淀槽 一种
引风机 一台 振动筛 一台
泡沫捕集器 一台 压缩机 一台

4.生产工艺流程图

图4-1 车间生产工艺流程图
工艺流程图图解：
1、 脱盐水 17、悬浮剂罐 33、旋转干燥器
2、 稳定剂 18、进料料斗 34、空气加热器
3、 抗氧剂 19、浆料罐 35、袋式过滤器
4、 高压反映釜 20、汽提塔进料泵 36、空气过滤器
5、 稳定剂罐 21、汽提塔 37、鼓风机
6、 稳定剂泵 22、冷凝器 38、旋风分离器
7、 催化剂罐 23、真空罐 39、粉料料仓
8、 回流冷凝器 24、真空泵 40、聚氯乙烯产品
9、 催化剂 25、传播泵 41、去回收气柜
10、催化剂泵 26、旋转阀 42、放空
11、冷冻水 27、搅拌器 43、空气
12、冷冻水回水 28、离心进料罐 44、氯乙烯单体
13、浆料输送泵 29、离心进料泵 45、悬浮剂
14、反映器搅拌釜 30、离心分离器 46、悬浮剂泵
15、废水泵 31、废水泵
16、料仓 32、螺旋给料器

5、参照文献
[1] 严福英 等主编《聚氯乙烯工艺学》[M] 中华人民共和国氯碱工业协会组织编写化学工业出版社
[2] 侯文顺 主编《高聚物生产技术》[M] 化学工业出版社
[3] 王久芬 主编《高聚物合成工艺》[M] 国防工艺出版社
[4] 张宏丽 周长丽 等主编 《化工原理》[M] 化学工业出版社
[5] 卢风军 《防粘釜技术在聚合上应用》[G] 中华人民共和国氯碱 5月
[6] 陈延益 刘金彦 曹建新《悬浮法PVC生产中粘釜物成因研究》[J] 聚氯乙烯 8月
[7] 史悠彰著《聚氯乙烯高分子化学理论与实践》[M] 浙江科学出版社
[8] 卢凤军《防粘釜技术在聚合中应用》[J] 中华人民共和国氯碱 5月
[9]《聚物合成工艺》 1981.7 化学工艺出版社
[10]《化工原理》 1985 化学工艺出版社
[11]《聚氯乙烯》 1985年第1期 锦西化工研究院
[12]《聚氯乙烯岗位操作规程》 天原化工厂
[13]《聚氯乙烯》 1984年第3期 锦西化工研究院
[14]《聚合过程及设备》 1981年 化工工艺出版社
[15]《化工工艺设计手册》 1986年 国家医药管理所
[16]《化工工艺设计手册》 .10 化工工艺出版社
[17]《有机化工工艺》 化学工业出版社