年产12万吨聚氯乙烯聚合工段的工艺设计样本.doc

毕业设计

题 目 名 称：年产12万吨聚氯乙烯聚合工段工艺设计
函 授 站： 甘 肃 函 授 站
专 业： 应 用 化 工 技 术
班 级： 甘 化 专 131
学 生： 郭 亚 伟
指导老师（职称）司 文 琴

目 录
摘要 1
关键词 1
第一章 设计说明书 2
1.1 设计项目 2
1.2 设计依据、生产规模、设计标准 2
1.2.1设计内容 2
1.2.2生产规模 2
1.2.3设计依据 2
1.2.4设计标准 2
1.3厂址选择及建厂地域自然条件 2
1.3.1地理位置及环境 2
1.3.2工厂用水情况 3
1.3.3供电 3
1.3.4原料供给 3
1.3.5工厂所处自然条件 3
第二章 聚氯乙烯工业发展概况 3
2.1 聚氯乙烯工业发展概况 4
2.2聚氯乙烯工业在国民经济中作用 4
2.3聚氯乙烯系列聚合物性质 5
2.4聚氯乙烯制品开发和应用技术 5
第三章 生产方法介绍及设计方法确实定 7
3.1聚合方法简述 7
3.1.1本体聚合 7
3.1.2溶液聚合 7
3.1.3悬浮聚合 8
3.1.4乳液聚合 9
3.3产品基础性能 11
3.4相关设计参数 12
3.5产品规格和质量指标 12
第四章 物料衡算 14
4.1聚合釜物料衡算 14
4.2出料槽物料衡算 15
4.3汽提塔物料衡算 16
4.4离心部分物料衡算 18
4.5气流干燥部分物料衡算 18
4.6沸腾干燥部分物料衡算 19
4.7筛分包装部分物料衡算 19
4.8物料衡算总平衡 20
4.9概念配方 22
第五章 热量衡算. 23
5.1反应体系升温过程热量衡算 23
5.2气提塔热量衡算 26
5.3列管式换热器热量衡算 27
5.4气流干燥塔热量衡算 27
第六章 聚合反应釜选型 31
6.1聚合过程影响原因 31
6.2反应釜选型结果 32
第七章 废水处理 33
7.1废水处理 33
7.2 废水排放标准 33
7.3废水处理方法 33
7.4其它三废处理 34
第八章 生产工艺过程说明 35
8.1工艺过程介绍 35
8.2设备一览表 36
总结 38
参考文件 39
致谢 40

摘 要
本设计是一个年产12万吨聚氯乙烯(PVC)反应工程中聚合反应工段设计。其中包含到物料衡算,热量衡算，聚合反应釜选型。并绘制聚合反应工段基础工艺步骤图和主体聚合反应釜装配图。

关键词：聚氯乙烯；悬浮聚合；反应釜选型

第一章 设计说明书
1.1 设计项目
年产12万吨聚氯乙烯聚合工段工艺设计。
1.2 设计依据、生产规模、设计标准
1.2.1设计内容：
年产12万吨聚氯乙烯聚合工段工艺设计
1.2.2生产规模：
年产十二万吨聚氯乙烯
年生产日330天；
日生产能力10/330=363.64吨/天
1.2.3设计依据：
依据吉首大学化学化工学院毕业设计任务书所要求课题“年产12万吨聚氯乙烯聚合工段工艺设计”进行设计。
1.2.4 设计标准：
1) 以传统聚合工艺步骤为基础，保留原有工艺步骤优点，剔除原有不合理工艺。
2) 采取多年来新技术，完善传统聚合工艺，使其含有良好可操作性和稳定性。
3) 做好能源综合利用，消除能源利用不合理现象，使其含有良好经济效益。
4) 在工艺设计合理同时，做好环境保护，首先利用好物料，降低物料损失；其次降低环境污染，做好环境保护。
5) 在工艺计算时，以各关键设备进出物料、热量改变显著点进行物料和热量平衡计算。
1.3 厂址选择及建厂地域自然条件
1.3.1地理位置及环境
厂址选择在湘西州吉首市吉凤经济开发区内。开发区于筹建，计划面积6.44平方公里。园区对外交通十分便捷。距离吉首市火车客运站11公里，火车货运站4公里；距离贵州省大兴机场80公里；距离张家界荷花机场148公里。319、209国道、1828省道贯通园区，园区东接长（沙）渝（重庆）高速公路，园区内客运货运可通达全国各大城市关键航空和水运港口。
1.3.2工厂用水情况
采取工厂周围万溶江水源。
1.3.3供电
由吉首市电业局供给工业用电。
1.3.4原料供给
原料电石采取泸溪产，由汽车运输到吉首。氯化氢由配套氯碱工厂得到或由其它地方采购汽车运输到吉首，其它原料由厂家采购，由汽车运输到吉首。
1.3.5工厂所处自然条件
1) 工厂地址情况：地基为二类厂地土，土质很好，土层厚，稳定，无软弱下卧层，地质许可承载力（fk）为150kpa.。
2）当地气象条件：
年平均气温度17.3℃
年最高气温 40.8℃；
年最低气温 -3.8℃；
年平均相对湿度 78%；
年平均气压 0.0867Mpa；
年无霜期 210天；
年平均日照时数 2079.2hr；
年平均蒸发水量 1950mm；
年平均降雨量 978.6mm；
年平均风速 2.9m/s；
年最大风速 22m/s。

第二章 聚氯乙烯工业发展概况
2.1聚氯乙烯工业发展概况
20世纪30年代50年代是塑料工业快速发展时期。在此期间有很多合成塑料如聚氯乙烯、聚苯乙烯等形成工业化。
自1835年法国化学家V.Regnault首先发觉了氯乙烯，于1838年她又观察到聚合体，这就是最早聚氯乙烯。1920年，德国研究聚氯乙烯已相当活跃，这时美国联碳化学企业和杜邦企业对氯乙烯聚合物制备发表了专利。这标志着氯乙烯及其聚合物制造已进入实用技术阶段。1920年，在美国柏寨森 (BURGHAUSAN)瓦克(WACKER)企业制取聚醋酸乙烯，用它和氯乙烯共聚制得一个新材料。该材料易加工，且不再发生分解因它含有内增塑性，可用作涂料和硬模塑制品，开辟了以内增塑措施处理了聚氯乙烯加工。其次也为聚氯乙烯从共聚改性作出了开拓性工作。对聚氯乙烯发展起到主动推进作用。又于1932年发觉聚氯乙烯低分子增塑剂。英国帝国化学企业于1937年采取高沸点液体如磷酸酯类增塑聚氯乙烯，得到了类似橡胶物质，从而第一次打破了传统橡胶市场，成为橡胶材料代用具。
聚氯乙烯自工业化问世至今，六十多年来仍处不衰之势。占现在塑料消费总量29%以上。因为石油化工发展，为聚氯乙烯工业提供廉价乙烯资源，引发了大家极大注意，所以促进氯乙烯合成原料路线转换和新制法和聚合技术不停地更新，使聚氯乙烯工业取得迅猛发展。
2.2 聚氯乙烯工业在国民经济中作用
合成树脂是塑料工业基础原料，在一定条件下塑制成一定形状材料，在常温下它形状不变，是材料工业关键组成部分。
作为热塑性塑料原料之一聚氯乙烯树脂，在世界各国合成树脂生产、品种及消费上均处领先地位。中国也是如此，聚氯乙烯塑料制品居于各树脂及加工制品之主。这关键因为以下原因：
（1） 聚氯乙烯材料制品性能优良。有独特使用功效。
（2） 以聚氯乙烯制取合成材料可替换钢铁和木材使用，而且节能显著，每生产１立方米。通用塑料，其能耗为148.6千焦，而生产1立方米钢材能耗为356.7×10６千焦。
（3） 聚氯乙烯塑料不仅在建筑、农业及包装工业上有着广泛用途，在电子器件、交通运输、机械和人民生活等各方面，也均得到重用。
2.3 聚氯乙烯系列聚合物性质
聚氯乙烯在常温下为白色粉末，比重为1.392～1.4不溶于水，汽油，酒精，氯乙烯，可溶于酮类和氯烃类溶剂，无毒无臭。含有很高化学稳定性和良好介电性能。
表1 质量标准 GB5761-93
型号
平均聚合温度/℃
粘数
/（ml/g）
K值
聚合度/P
参考用途
SG-1
482
154～144
77～75
1800～1650
高级电绝缘材料
SG-2
505
143～136
74～73
1650～1500
电绝缘材料，通常软制品
SG-2
530
135～127
72～71
1500～1350
电绝缘材料，农膜，塑料鞋
SG-4
565
126～119
70～69
1250～1150
通常薄膜，软管，人造革，高强度硬管
SG-5
580
118～107
68～66
1100～1000
透明硬制品，硬管，型材
SG-6
618
106～96
64～63
950～850
唱片，透明片，硬板，焊条，纤维
SG-7
655
95～87
62～60
850～750
吹塑瓶，透明片，管件
SG-8
685
86～73
59～55
750～650
过氯乙烯树脂
2.4聚氯乙烯应用情况
PVC树脂能够采取多个方法加工成制品，悬浮聚合PVC树脂能够挤出成型、压延成型、注塑成型、吹塑成型、粉末成型或压塑成型。分散型树脂或糊树脂通常只采取糊料涂布成型，用于织物涂布和生产地板革。糊树脂也能够用于搪塑成型、滚塑成型、蘸塑成型和热喷成型。
发达国家PVC树脂消费结构中关键是硬制品，美国和西欧硬质品占大约2/3百分比，日本占55%；硬质品中关键是管材和型材，占大约70～80%。PVC软制品市场大约占全部PVC市场30%，软制品关键包含织物压延和涂层、电线电缆、薄膜片材、地面材料等。硬质品PVC树脂多年来增加比软制品快。
近几年中国聚氯乙烯硬制品应用份额也有增加趋势，管材、型材和瓶类所占份额由1996年25%增加到1998年40%，但至今中国聚氯乙烯应用还是软制品份额较多。1998年软制品占PVC总用量51%（其中薄膜为20%，塑料鞋10%，电缆料5%，革制品11%，泡沫和单板等5%），硬制品占40%（其中板材16%，管材9%，异型材8%，瓶3%，其它4%），地板墙纸等占9%。
聚氯乙烯塑料通常可分为硬质和软质两大类。硬制品加工中不添加增塑剂，而软制品则在加工时加入大量增塑剂。聚氯乙烯原来是一个硬性塑料，它玻璃化温度为80～85℃。加入增塑剂以后，可使玻璃化温度降低，便于在较低温度下加工，使分子链柔性和可塑性增大，并可做成在常温下有弹性软制品。常见增塑剂有邻苯二甲酸二辛酯、邻酯。通常软质聚氯乙烯塑料所加增塑剂量为聚氯乙烯30%～70%。聚氯乙烯在加工时添加了增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、填料以后，可加工成多种型材和制品。
[1]通常软塑料制品。利用挤出机能够挤成软管、塑料线、电缆和电线包皮。利用注射成型方法并配合多种模具，可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋等。
[2]薄膜。利用压延机可将聚氯乙烯制成要求厚度透明或着色薄膜，用这种方法生产薄膜称为压延薄膜。也能够将聚氯乙烯粒状原料利用吹塑成型机吹制成薄膜，用这种方法生产薄膜称为吹塑薄膜。薄膜用途很大，能够经过剪裁、热合方法加工成包装袋、雨衣、充气玩具等。
[3]涂层制品。将聚氯乙烯糊状涂料涂敷在布或纸上，然后在100℃以上将它们塑化，就可制成有衬底人造革。假如将聚氯乙烯软片用压延机直接压延成有一定厚度时，就制成无衬底人造革，可压出多种花纹。人造革用于制造皮包、皮箱、沙发和汽车座垫、地板革和书封面等。
[5]泡沫塑料。软质聚氯乙烯在混炼时加入适量发泡剂，经发泡成型法可制成泡沫塑料，也能够用挤出机制成低发泡硬质板材，可替换木材作为建筑材料等。

第三章 生产方法介绍及设计方法确实定
3.1聚合方法简述
传统自由基聚合方法有本体、溶液、悬浮、乳液聚合四种聚合方法【1】。溶液聚合则是单体和引发剂溶于合适溶剂中聚合，能够包含淤浆聚合，溶剂能够是有机溶剂或水。悬浮聚合通常是单体以液滴状悬浮在水中聚合，体系关键由单体、水、油溶性引发剂、分散剂四部分组成，反应机理和本体聚合相同。乳液聚合则是单体在水中分散或成乳液状聚合，通常体系由单体、水、水溶性引发剂、水溶性乳化剂组成，机理独特。
3.1.1本体聚合
本体聚合是单体加有（或不加）少许引发剂聚合，能够包含熔融聚合和气相聚合。其产物纯净，后处理简单，是比较经济聚合方法，多用于试验室研究，如单体聚合能力初步评价、少许聚合物试制、动力学研究，竞聚率测定等，所用仪器有简单试管、封管、膨胀剂、特制模板等。
苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、氯乙烯、乙稀等气、液态单体均可进行本体聚合。不一样单体聚合活性、聚合物-单体溶解情况、凝胶效应等各不相同，即使全部以本体聚合为名，但其动力学行为、传输特征和聚合工艺能够差异很大。
工业上本体聚合可采取间歇法和连续法，关键问题是聚合热排除。烯类单体聚合热为55-95KJ/mol。聚合早期，转化率不高，体系黏度不大，散热当无困难，但转化率提升后，体系黏度增大，产生凝胶效应，自动加速，如不立即散热，轻则造成局部过热，使分子量分布变宽，影响到聚合物强度；重则温度失控，引发爆聚。这一缺点使本体聚合发展受到限制，但经反应器搅拌、传热改善和工艺调整后，得到了克服，通常多采取两段聚合：第一阶段保持转化率较低，10%-35%不等，黏度较低，可在一般聚合釜中进行；第二阶段转化率较高，则在特殊设计反应器内聚合。氯乙烯间歇本体沉淀聚合以下：
本体法聚氯乙烯颗粒特习惯和悬浮法树脂相同，疏松但无皮膜，更洁净。本体聚合除散热、防粘外，更需要处理颗粒疏松结构保持问题，多采取两端聚合来处理。
3.1.2溶液聚合
溶液聚合体系黏度较低，混合和传热较易，温度轻易控制，减弱凝胶效应，可避免局部过热。不过溶液聚合也有缺点：（1）单体浓度较低，聚合速率较慢，设备生产能力较低：（2）单体浓度低和向溶剂链转移结果，使聚合物分子量降低；（3）溶剂分离回收费用高，难以除净聚合物中残留溶剂。所以，工业上溶液聚合多用于聚合物溶液直接使用场所，如涂料、胶黏剂、合成纤维纺丝液、继续化学反应等。
另外，溶液聚合有可能消除凝胶效应，有利于动力学试验研究。
自由基溶液聚合选择溶剂使，需注意下列两方面内容：(1)溶剂对聚合物活性影响 溶剂往往并非绝对惰性，对引发剂有诱导分解作用，链自由基对溶剂有链转移反应。这两方面全部可能影响到聚合速率和分子量。(2)溶剂对凝胶效应影响 选择聚合物良溶剂时，为均相聚合，如浓度不高，可不出现凝胶效应，靠近正常动力学规律。选择沉淀剂时，则成为沉淀聚合，凝胶效应显著。不良溶剂影响则介于二者之间。有凝胶效应时，反应自动加速，分子量也增大。
3.1.3悬浮聚合
悬浮聚合是单体以小液滴状悬浮在水中聚合方法。单体中溶有引发剂，一个小液滴就相当于一个小本体聚合单元。从单体液体转变为聚合物固体粒子，中间经过聚合物-单体粘性粒子阶段，为了预防粒子粘并，需加分散剂，在粒子表面形成保护层。所以，悬浮聚合体系通常由单体、油溶性引发剂、水、分散剂四个基础组分组成，实际配方则较复杂。
悬浮聚合反应机理和本体聚合相同。苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯悬浮聚合初始体系属于非均相，其中液滴小单元则属于均相，最终形成透明小珠粒，故有珠状聚合之称。其次，在氯乙烯悬浮聚合中，聚氯乙烯将从单体液滴中沉析出来，形成不透明粉状产物，故可称作沉淀聚合或粉状聚合。
悬浮聚合粒径为0.05-2mm，关键受搅拌和分散剂控制。聚合结束后，回收未聚合单体，聚合物经分离、洗涤、干燥，即得粒状或粉状树脂产品。
悬浮聚合有以下优点：(1)体系黏度低，传热和温度轻易控制，产品分子量及其分布比较稳定；（2）产品分子量比溶液聚合高，杂质含量比乳液聚合少；（3）后处理工序比乳液聚合和溶液聚合简单，生产成本也低，粒状树脂可直接成型。悬浮聚合关键缺点是产物中多少带有少许分散剂残留物，药生产透明和绝缘性能好产品，需除净这些残留物。
综合悬浮聚合优缺点，其工业应用还比较广泛。80%聚氯乙烯、全部苯乙烯型粒子交换树脂和可发性聚苯乙烯、部分和苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯用悬浮法生产。有些单体所谓“悬浮聚合”，如合成聚四氟乙烯、丁基橡胶和乙丙橡胶“悬浮聚合”，实质上全部是沉淀聚合，只因为产物悬浮在介质中而得名。悬浮聚合多采取间歇法，连续法尚在研究之中。
悬浮聚合反应机理和动力学和本体聚合相同，需要研究式成粒机理和颗粒控制。
氯乙烯悬浮聚合过程大致以下：将水、分散剂、其它助剂、引发剂前后加入聚合釜中，抽真空和冲氮气牌氧气，然后加单体，升温至预定温度聚合。在聚合过程中温度压力保持恒定。后期压力下降0.1-0.2MPa，相当于80-85%转化率，结束聚合，如降压过多，将使树脂致密。聚合结束后，回收单体，出料，经后处理工序，即得聚氯乙烯树脂成品。
3.1.4乳液聚合
简单地说，单体在水中分散成乳液状态聚合，称作乳液聚合。传统或经典乳液聚合基础配方又单体、水、水溶性引发剂和水溶性乳化剂四部分组成。
乳液聚合有很多优点：（1）以水作介质，环境保护安全，胶乳粘度低，便于混合传热、管道输送和连续生产；（2）聚合速率快，可在较低温度下聚合，同时产物分子量高；（3）乳胶可直接使用，如水乳漆、粘结剂，纸张、织物、皮革处理剂等。
乳液聚合也有若干缺点：（1）需要固体产品时，乳胶需经凝聚、洗涤、脱水、干燥等多道工序，成本较高；（2）产品留有乳化剂杂质，难以完全除净，有损电性能等。
乳液聚合关键组分：传统或经典乳液聚合体系由四大组分组成，以单体100份为基准，水150~250，乳化剂2~5，引发剂0.3~0.5。工业配方则要复杂得多，这是因为：乳液聚合多半是主单体和第二、第三单体共聚合；多数乳液聚合采取氧化-还原体系，往往主还原剂、副还原剂甚至络合剂并用；乳化剂多由阴离子乳化剂和非离子表面活性剂混合使用；水相中还肯能有分子量调整剂,pH调整剂等。
乳液聚合机理遵照自由基聚合机理，大聚合速率和聚合度却可同时增加，可见存在独特反应机理和成粒机理。可将其聚合过程分为三个阶段：成核期或增速期、胶粒数恒定时或恒速期、降速期。
经过对比以上四种聚合方法，各自特点如表1所表示：

表2 四种聚合方法对比

本体聚合
溶液聚合
悬浮聚合
乳液聚合
配方组成
单体、引发剂
单体、引发剂
单体、引发剂、分散剂、水
单体、引发剂、乳化剂、水
聚合场所
本体内
溶液内
单体液滴内
胶束和乳胶粒内
温度控制
困难
轻易
轻易
轻易
聚合速率
中等
小
较大
大
分子量控制
困难
轻易
较困难
轻易
生产特征
不易散热,连续操作要确保传热混合,间歇操作生产板材,型材设备简单.
散热轻易,可连续生产,不易取得干燥粉末或颗粒状固体
散热轻易,间歇生产,有分离,洗涤,干燥等工序
散热轻易,可连续生产制粉状树脂时需凝聚,洗涤,干燥
产物特征
聚合物纯净,分子量分布宽
糊状
较纯净,可能含有少许分散剂
留有部分乳化剂
和其它助剂
关键用途
浅色,硬质注塑品
涂料、粘合剂
适合于注塑或挤塑树脂
涂料、粘结剂
从表中可发觉悬浮聚合有以下优势：(1)体系黏度低，传热和温度轻易控制，产品分子量及其分布比较稳定；2)产品分子量比溶液聚合高，杂质含量比乳液聚合少；(3)后处理工序比乳液聚合和溶液聚合简单，生产成本也低，粒状树脂可直接成型。
据统计，全世界80%PVC树脂全部是用悬浮聚合方法生产，所以本课题采取悬浮聚合方法。
反应原理：在光,热或辐射能作用下,烯类单体有可能形成自由基而聚合.但因为C-C键能大(3.48x〖10〗^2KJ/mol),须在300~400℃高温下才能开始均裂形成自由基.这么高温度远超出了通常聚合温度.所以,氯乙烯聚合体系采取过氧化物或偶氮化合物作引发剂,在聚合温度下,均裂成自由基,然后引发聚合反应.整个聚合过程分为链引发,链增加,链转移和链终止四个步骤.
链引发.
引发剂受热时,链能较小-o-o-键或-N=N-断裂而分解产生初级游离基:如偶氮二异丁腈(ABIN).
初级游离基一旦生成,很快作用于VC分子激发其双键π电子使之分离为二个独电子和其中一个独电子结合生成单体游离基.
链增加.
在链引发阶段形成单体自由基,活性很高,如无阻聚物质和之作用,就能进攻第二个VC分子π键,重新杂化结合,形成新自由基,如此循环下去,产生大量-(CH_2-CHCl-)-单元链自由基,这个过程叫链增加反应,这实际上是一个加成反应.
这一链增加过程直到链终止,活性全部不减弱,在瞬间(如0.1秒~几分钟)即可达成分子量为十万高聚物分子.
在PVC链增加反应中,结构单元VC间结合可能以”头-尾”和”头-头”两种形式存在.
经试验证实,关键以”头-尾”形式连接.原因是有电子效应和位阻效应两个方面：
从空间位阻方面看,- CH_2-较-CHCl-空间位阻小,所以有利于头尾连接.
链转移.
在自由基聚合过程中,链自由基有可能从单体,溶剂,引发剂或大分子上夺取一个原子(氢或氯)而终止,使这些失去原子分子成为新自由基,继续新链增加.
1,向单体VC链转移--形成端基双键PVC.
2,向高聚物链转移--形成支链或交联PVC.
此种链转移在转化率较高时(此时VC浓度较低)比较多.
链终止.
1,偶合链终止—形成”尾尾”相连PVC.
2,歧化终止—形成端基双键PVC.
3.3产品基础性能
聚氯乙烯是无定形线型、非结晶聚合物，基础无支链，链节排列规整。聚合度n数目通常为500～0。聚氯乙烯树脂为白色粉末，相对密度约1.4。聚氯乙烯塑料有较高机械强度，良好化学稳定性。
聚氯乙烯分子中含有大量氯，使其含有较大极性，同时含有很好耐燃性。
聚氯乙烯塑料有优良耐酸碱、耐磨、耐燃烧和绝缘性能。不过对光和热稳定性差。在不加热稳定剂情况下，聚氯乙烯100℃时开始分解，130℃以上分解愈加快。受热分解出氯化氢气体，使其变色，由白色→浅黄色→红色→褐色→黑色。阳光中紧外线和氧会使聚氯乙烯发生光氧化分解，所以使聚氯乙烯柔性下降，最终发脆。同时，上述良好力学和化学性能快速下降。处理措施是在加工过程中加入稳定剂，如硬脂酸或其它脂肪酸镉、钡、锌盐。
聚氯乙烯抗冲击性能差,耐寒性不理想，硬质聚氯乙烯塑料使用温度下限为-15℃，软质聚氯乙烯塑料为-30℃。
聚氯乙烯透水汽率很低。硬聚氯乙烯长久浸入水中吸水率小于0.5%，浸二十四小时为0.05%，选择合适增塑剂软聚氯乙烯吸水率小于0.5%。聚氯乙烯室温下耐磨性超出一般橡胶。聚氯乙烯电性能取决于聚合物中残留物数量和多种添加剂。聚氯乙烯电性能还和受热情况相关，当聚氯乙烯受热分解时，因为氯离子存在而降低其电绝缘性。
3.4相关设计参数
1.生产周期 300天,7200-7000h/Y
2.反应温度 56℃(或按实习搜集数据)
3.反应时间 4.5h
4.转化率 85-90%(或按实习搜集数据)
5.消耗定额 VC 1.015-1.064t/T PVC
6.原辅材料: 去离子水,单体氯乙烯(VC),分散剂KH-21(聚乙烯醇),分散剂(羟丙基甲基纤维素HPMC),反应调整剂(巯基乙醇),引发剂(偶氮二异庚腈),引发剂[EHP,过氧化二碳酸(2-乙基)己酯],终止剂(丙酮缩氨基巯脲),缓释阻垢剂(H-9),其它助剂,碱液(30%),盐酸,碳酸氢铵,液氨等.
3.5产品规格和质量指标
此次设计产品质量标准根据GB5761-93悬浮法生产通用聚氯乙烯树脂标准生产聚氯乙烯树脂属SG—5型，其关键技术标准要求：

表3 关键技术标准要求
等级

优等品

粘数ml/g
杂质粒子数/个
挥发物含量%
表观密度g/m
鱼眼数/个
白度
残留氯乙烯含量ppm
SG—5

118-107
16
0.4
0.45
20
74
8
一等品
118-107
30
0.4
0.42
40
—
10
合格品
118-107
90
0.5
0.4
-—
—
—

第四章 物料衡算
4.1聚合釜物料衡算
M4
聚合釜物料平衡关系图以下：
M2
M8
M7
M6
M9
M1
M5
M3
聚合釜
M2

图1 聚合釜物料平衡关系图
进入聚合釜内VC单体M1=19641.46kg
去离子水质量M2=19641.46×1.4/0.9017×1.06=32325.53kg/B
引发剂质量M3=19.64kg/B
终止剂质量M4=1.96kg/B
调整剂质量M5=1.96kg/B
防粘釜剂质量M6=19.64 kg/B
分散剂质量M7=39.28 kg/B
二次用水质量M8=1050 kg/B
M1+M2+M3+…+M8=53099.47 kg/B
所生成聚合物质量：19641.46×90%×99%=17500.54 kg/B
损失PVC质量：M损=19641.46×90%×1%=176.77kg/B
聚合物混合溶液M9=M(未转化PVC)+M2+M3+…+M8+17500.54=53099.47 kg/B
对聚合釜作全物料衡算得：
M1+M2+M3+…+M8= M9+ M损
说明计算结果是正确。
计算结果整理成表得：
表4 计算结果整理
物料名称
进料kg/B
出料kg/B
VC
19641.46
1964.15
分散剂
39.28
39.28
引发剂
19.64
19.64
调整剂
1.96
1.96
终止剂
1.96
1.96
防粘釜剂
19.64
19.64
水
32325.53
33375.53
二次用水
1050

PVC

17500.54
损失PVC

176.77
累计
53099.47
53099.47
4.2出料槽物料衡算

图2 出料槽物料
出料槽中损失PVC量为M损=19641.46×90%×1%=176.77 kg/B
所以出料槽中含PVC量为17500.54-176.77=17323.77 kg/B
因为出料槽中VCM含量为456.3ppm，过出料中VCM量为：
17323.77×456.3×10-6=7.90kg/B
所以回收VCM量M10=1964.15-7.90=1956.25 kg/B
聚合物混合溶液M11包含
分散剂等：82.48kg 水：33375.53kg VC单体：7.90kg PVC:17323.77kg
累计M11=50789.68kg
对出料槽做总物料衡算：
M9=M10+M11+M损=52922.70kg
说明物料衡算结果是正确。
计算结果整理成表得：
表5 计算结果整理
物料名称
进料kg/B
出料kg/B
VC
1964.15
7.90
水
33375.53
33375.53
分散剂等
82.48
82.48
PVC
17500.54
17323.77
回收PVC

1956.25
损失PVC

176.77
累计
52922.70
52922.70
4.3汽提塔物料衡算
从这一步开始到筛分包装为连续过程，所以，计算标准对应转换为千克/小时。依据整年生产任务和生产时间能够求出：
每小时生产PVC量为：
12×107/(300×24)=16666.67kg/h
产品中含水量为0.3%，折合绝干树脂含量为：
16666.67×0.997=16616.67kg/h
考虑到聚合釜内PVC损失，则进入汽提塔内绝干树脂量为：
16616.67/0.94×0.98=17323.76kg/h
以17323.76kg/h为基准求出汽提塔进料中其它各组分对应量：
所以进入汽提塔内水量为：
33375.53×17323.76/17323.77=33375.51kg/h
进入汽提塔内分散剂等为：
82.48×17323.76/17323.77=82.48kg/h
进入汽提塔内VC单体为：
7.90×17323.76/17323.77=7.90kg/h
损失PVC量为：16616.67/0.94×0.01=176.77kg/h
故出料中含PVC量为：17323.76-176.77=5001.2kg/h
已知出料中VCM含量为13.6ppm，故出料中含PVC量为：
17146.99×13.6×10-6=0.23320kg/h
求蒸汽冷凝量M13
条件：进入汽提塔内物料初始温度为66℃，汽提塔内压强为0.06MPa，在此压强下水沸点为86℃，潜热为2293.9kj/kg，水蒸气比热容Δ向蒸汽扩散能由蒸汽潜热和显热提供，而且单体扩散能为71kj/mol,假定在塔内有35%蒸汽冷凝，其它在塔顶冷凝。
则物料升温所需热量衡算表以下：
表6 物料升温所需热量衡算

重量kg/h
t初
t末
Δt
CP kj/(kg.℃)
吸热kj/h
水
33375.51
66
80
14
4.2
1962479.99
VC
7.90
66
80
14
0.848
93.79
PVC
17323.76
66
80
14
1.764
427827.58
吸收热量：水：33375.51×4.2×14=1962479.99kj/h
VC:7.90×0.848×14=93.79kj/h
PVC:17323.76×1.764×14=427827.58kj/h
又因为单体扩散能为：（7.90-0.23320）/62.5×10-3×71=8709.48kj/h
故所需总热量：
Q总=1962479.99+93.79+427827.58+8709.48=2399110.84kj/h
设汽流量为V，则
Q总=2.31（142-86）V+0.35V×2293.9=2399110.84kj/h
故得V=2573.53kg/h
计算结果整理成表得：
表7 计算结果整理
物料名称
进料kg/h
出料kg/h
PVC
17323.76
17146.99
水
33375.51
35949.04
蒸汽冷凝
2573.53

分散剂等
82.48
82.48
未反应VC
7.90
0.23320
回收VC

7.67
损失PVC

176.77
累计
53363.18
53363.18
4.4离心部分物料衡算
离心操作中PVC损失量为：16616.67/0.94×0.01=176.77kg/h
离心脱水后湿物料中仍含有20%水分，则含水量为：
（17146.77-176.77）×0.2/0.8=4242.56kg/h
计算结果整理成表得：
表8 结果整理
物料名称
进料kg/h
出料kg/h
PVC
17146.99
16970.22
湿物料含水

4242.56
母液含水
35949.04
31706.48
分散剂等
82.48
82.48
PVC损失

176.77
累计
53178.51
53178.51
4.5气流干燥部分物料衡算
气流干燥损失PVC量为：16616.67/0.94×0.005=88.39kg/h
则出料PVC量为：16970.22-88.39=16881.83kg/h
已只气流干燥后含水量为5%，则含水量为：16881.83×0.05/0.95=888.52kg/h
整理计算结果得：
表9 计算结果
物料名称
进料kg/h
出料kg/h
PVC
16970.22
16881.83
水
4242.56
888.52
PVC损失

88.39
脱走水分

3354.04
累计
21212.78
21212.78
4.6 沸腾干燥部分物料衡算
PVC损失量为：16616.67/0.94×0.005=88.39kg/h
所以出料PVC量为：16881.83-88.39=16793.44kg/h
出料物料中含水量为：16793.44×0.003/0.997=50.53kg/h
整理计算结果得：
表10 沸腾干燥部分物料衡算
物料名称
进料 kg/h
出料kg/h
PVC
16881.83
16793.44
水
888.52
50.53
PVC损失

88.39
脱走水分

837.99
累计
17770.35
17770.35
4.7 筛分包装部分物料衡算
绝干PVC损失量为：
16616.67/0.94×0.01=176.77kg/h
则包装入库绝干PVC树脂量为：16793.44-176.77=16616.67kg/h
伴随PVC树脂损失对应水量为：176.77×0.003/0.997=0.5319kg/h
整理计算结果得：

表11筛分包装部分物料衡算
物料名称
进料 kg/h
出料kg/h
PVC
16793.44
16616.67
水
50.53
50.00
PVC损失

176.77
损失水分

0.5317
累计
16843.97
16843.97
4.8 物料衡算总平衡
(1) 聚合釜及出料槽属于间歇操作，计算标准为kg/B，由前面计算结果可知：投入VC单体量为19641.46kg/B，经过聚合釜及出料槽减压后量为1964.15kg/B，出料为7.90kg/B，PVC总损失为353.54kg/B.
由以上结果可得间歇部分物料总平衡表以下：
表12物料衡算总平衡
物料名称
进料kg/h
出料kg/h
VC
19641.46
7.90
水
32325.53
33375.53
二次进水
1050

分散剂等
82.48
82.48
PVC

17323.77
损失PVC

353.54
回收PVC

1956.25
累计
53099.47
530