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年产5万吨PVC糊树脂工艺流程设计.doc
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1、课程设计(论文)任务书 学院 教研室学号学生姓名专业(班级)设计题目年产5万吨PVC糊树脂工艺流程设计设计技术参数1、PVC年产量5万吨;2、采用乳液种子聚合方法制备;3、聚合工艺采用间歇操作过程;4、总转化率97%99%。设计要求1、 设计说明书以A4纸输出,字数600010000。2、 工艺流程图采用1号图纸手工绘制,包括主要工艺流程、主要控制点及主要设备。思路新颖,布置合理,设备选择正确,绘制规范以国标为准。工作量1、设计说明书一份(流程设计和物料衡算为主)。字迹工整、格式规范、内容完整、有理有据的课程设计说明书,将自己的设计过程和结果充分表达出来。2、带控制点的PVC糊树脂生产工艺流程
2、图一张。工作计划12.20课程设计动员,指导教师下达课程设计任务书。指导教师介绍课程设计的基本思路和方法。12.211.5学生查阅有关资料,制定设计进度计划。设计计算、论证、绘图。编写设计说明书初稿,审核、校对、编写设计说明书。1.6 学生上交设计说明书和图纸,指导教师批阅,评定成绩,写出设计总结。参考资料1、陈昀 聚合物合成工艺设计 北京 化学工业出版社 20042、张洋 聚合物合成工艺设计基础 北京 化学工业出版社 19813、赵德仁等.高聚物合成工艺学M.北京:化学工业出版社.4、倪进方等.化工设计M.华东理工大学出版社.指导老师签字教研室主任签字 2012 年 1 月 4 日年产5万吨
3、PVC糊树脂工艺流程设计摘要本文是关于年产5万吨PVC糊树脂工艺流程设计,首先讲述了PVC的发展进程和目前状况,以及PVC糊树脂制备方法、配方、设备原料等;然后分析了物料平衡示意图;然后讲述了种子乳液聚合生产聚氯乙烯糊树脂的原理,并指出了工艺过程中需要注意的问题,包括质量影响因素,工艺条件及合成工艺中的各种助剂选择。本文其中主要讲述了物料衡算,对设备选型也做了简要的介绍。最后根据计算结果绘制物料平衡表并画出流程图。关键词: PVC ,糊树脂 ,物料衡算 ,种子聚合 目录摘要I1 绪论11.1 概述11.2 PVC糊树脂制备方法21.2.1 微悬浮法21.2.2 乳液法21.2.3 混合法21.
4、3 配方21.4 设备选择31.5 原料及产品性能42 物料平衡关系示意图43 种子乳液聚合生产聚氯乙烯糊树脂的原理53.1 氯乙烯聚合反应机理53.2 氯乙烯种子乳液聚合成粒机理64 相关数据资料65 投料流量76 物料衡算(仅考虑参与反应物质,催化剂以及杂质计算忽略)87 编写物料平衡表,绘制物料流程图118设备选型128.1设备的选择128.2主要设备选择13总结14参考文献151 绪论1.1 概述近半个世纪来,全球PVC糊树脂工业发展较快,特别是近十年来,产能与产量呈跳跃式增长,在亚洲地区增长尤为显著。目前全球PVC糊树脂总产能约374.2万吨/年,亚洲总产能约91.8万吨,占总产能的
5、24.5%。中国是PVC糊树脂工业发展最快的地区,2010年产能59.2-60万吨/年,约占全球总产能的13.4%,占亚洲总产能约57.6%,是亚洲地区最大的生产国。 2008年,全球PVC糊树脂总产量约309万吨,中国产量38万吨,约占全球总产量12.3%。产能与产量位居世界第三位。全球PVC糊树脂产能约占普通聚氯乙烯(简称PVC)总产能4500万吨/年的8.7%。2008年,中国PVC糊树脂销量约35万吨,进口6.3万吨,出口0.73万吨,表观消费量40.57万吨。中国PVC糊树脂年消耗量的40%经加工后出口,进口绝大部分经加工后复出口。中国PVC糊树脂高端产品目前尚不能完全满足国内市场需
6、求,需要进口予以补充。普通型PVC糊树脂市场则总体呈饱和状态,市场供大于求。与传统的悬浮树脂相比,PVC糊树脂具有以下优点: (1)加工设备价廉; (2)模具简单便宜; (3)可制成特别形状; (4)发泡容易;(5)制品受热次数少,并可以少量、多品种进行生产。PVC糊树脂(PVC)是聚氯乙烯树脂中的一大类,与悬浮法树脂相比是高分散性粉状物,粒度范围一般在0.12.0m (悬浮法树脂粒度分布一般在20200m)。PVC糊树脂是1931年在德国的法本(IG Farben)工厂开始研究,并于1937年实现了工业化生产。 我国PVC糊状树脂的生产厂家有近20家,总生产能力约为18万吨/年,约占PVC树
7、脂总生产能力的10%,实际产量约为11万吨/年,约占PVC总产量的7%。其中生产能力在2万吨/年的生产厂家有4家,即:沈阳化工、湖南郴州化湘化工厂、天津化工厂、上海氯碱化工股份有限公司、安徽合肥化工厂。中国PVC糊树脂产品总体分为三类,第一类:普通型PVC糊树脂,主要用于制造人造革、水田靴、工具把手、壁纸、地板卷材等相对低档产品。由于生产工艺较易掌握,为国内大多数生产企业所生产。目前全世界PVC糊树脂总生产能力约200万t/a。其中,西欧是PVC糊树脂生产厂家最多、产量最大的地区,西欧各国的PVC糊树脂生产能力已达到70万75万t/a。国外发达国家PVC糊树脂生产企业绝大多数采用乙烯法路线,且
8、规模较大。从生产方法来看,已开发了乳液种子聚台法、乳液连续聚台法、乳液无种子聚合法,微悬浮聚合法、种子微悬浮法、乳液微混合法等。1.2 PVC糊树脂制备方法中国糊PVC树脂生产工艺路线有两种:一是采用电石为原料工艺路线,约占总产量的65%;二是采用VCM、EDC为原料工艺路线,约占总产量的35%。世界糊PVC树脂生产基本采用VCM、EDC为原料工艺路线。糊PVC树脂工艺路线主要有微悬浮聚合法、乳液聚合法和混合聚合法三种方法。1.2.1 微悬浮法微悬浮聚合是制得PVC糊树脂较新的一种方法,早在20世纪60年代中期已工业化。其流程是:先将部分VCM(5%)用机械均化的方法制成稳定的乳状(粒径在1.
9、0m左右),然后进行聚合(必须选用油溶性的引发剂)。用这种方法生产的PVC糊树脂的流动性优良,乳化剂用量少,树脂的热稳定性和抗水性均得到了改善。该生产工艺需特别注意以下几个影响因素:选用合适的复合乳化剂和颗粒改良剂体系;聚合体系组分的均化;搅拌速度;水与单体之比恰当。1.2.2 乳液法乳液聚合配方主要有VCM、水、水溶性引发剂和乳化剂。乳液聚合对搅拌要求很严格,引发作用是在水相中进行的,通常使用的引发剂是水溶性过硫酸盐。一般情况下,乳液聚合得到的乳胶粒径小于0.2m,为了达到增大乳胶粒径的目的,开发了乳液种子聚合法,使乳胶粒径增大到1.0m左右。在乳液聚合中,如果有已生成的高聚合物乳胶存在,控
10、制物料配比和条件,原则上VCM仅在已生成的乳胶粒子上聚合,而不再形成新的粒子;这种已生成的高聚物乳胶就好像晶种,因此称为乳液种子聚合。乳液聚合中乳化剂很重要,所用数量决定了引发剂的粒子数,且对最终的胶乳粒子的大小起了主要作用。特别在进行种子生成时,采用高引发速率和低浓度乳化剂进行生产,能使胶乳微粒尺寸分布变窄。 1.2.3 混合法混合法PVC糊树脂生产工艺主要是集乳液聚合和微悬浮聚合于一体,在整个反应过程中要加入经过乳液聚合后的种子和其他乳化剂、引发剂、各种助剂及VCM一起参与反应。混合法用C16和C18混合直链醇与十二烷基硫酸钠或月桂酸胺组成乳化剂形成微小乳液,聚合反应主要在微滴中进行。乳液
11、聚合后加入种子使整个粒径成为双峰分布。本设计采用乳液种子聚合法制备PVC糊树脂。1.3 配方溶剂:水单体:氯乙烯纯度99.98%以上乳化剂:乳化剂是可使互不相容的油与水转变成难以分层的乳液的一类物质。乳化剂通常是一些亲水的极性基团和疏水(亲油)的非极性基团两者性质兼有的表面活性剂。引发体系:引发体系主要是油溶性或水溶性引发剂。油溶性引发剂主要有偶氮引发剂和过氧类引发剂,偶氮类引发剂有偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、偶氮二环己基甲腈、偶氮二异丁酸二甲酯引发剂等,水溶性引发剂主要有过硫酸盐、氧化还原引发体系、偶氮二异丁脒盐酸盐(V-50引发剂)、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(VA-044引发剂
12、)、偶氮二异丁咪唑啉(VA061引发剂)、偶氮二氰基戊酸引发剂等。 1.4 设备选择聚合釜容积:工业化大生产使用问歇悬浮法聚合釜容量一般为60107立方米。我国已开发出70立方米聚合釜,样机已在锦西化工机械厂研制成功。本设计采用76立聚合釜。采用微机控制,提高了批次之间树脂质量的稳定性,且消耗定额低。传热方式:传热能力直接影响着聚合反应的速度和生成物的质量,也影响着产量。在大型聚合釜上,国外采用了体外回流冷凝器,体内增设内冷管等除热手段。近几年,美国古德里奇公司又研制出一种薄不锈钢衬里聚合釜,以便提高釜壁的传热能力,为使薄壁能承受反应压力,在不锈钢衬里与聚合釜套之间安装了支撑内衬套的加强筋,这
13、种釜的结构大大提高了聚合釜传热效率,且有较好的承压能力9。搅拌方式:搅拌能力是聚合釜的关键技术指标之一,搅拌能力直接影响着传质、传热及树脂的粒态分布,最终影响产品的质量,而不同的工艺方法对搅拌的要求又不尽相同。过去,PVC聚合釜大都采用平桨和折叶桨,搅拌效果不甚理想。随着搅拌技术的不断进步及搅拌试验手段的不断提高,使我们有条件为PVC釜配备更理想的搅拌器。大量的搅拌实验研究证明,三叶后掠式搅拌器的传质效果好,循环和剪切性能均适合于PVC生产的需要,因此,本设计在PVC生产中采用三叶后掠式搅拌器。干燥机:干燥器发展迅速,主要有2种方式,即气流干燥和流态化干燥。我国PVC工业化生产最初主要用的是气
14、流干燥器,但是随着聚合工艺技术的发展, 聚合生产能力提高, 树脂产品也朝着疏松型发展, 气流干燥器从生产能力和干燥效果等方面已经不能满足生产的需要,后来发展到气流干燥器, 沸腾床干燥器和冷风冷却3段干燥技术。但这样动力消耗大, 产品质量不是很好。目前主要用的是旋风干燥器和卧式内加热流化床。旋风干燥器结构简单, 投资较少, 目前很多装置都在用。卧式内加热流化床综合能耗比旋风干燥器要低, 主要有多室沸腾床和两段沸腾床2 种。但在生产中发现多室沸腾床的花板容易漏料, 不同牌号切换时比较麻烦, 且生产能力有限。两段流化床改进了, 操作稳定性好, 易于产品牌号的切换, 生床的花板产能力较大。 本设计中采
15、用卧式内加热流化床。离心机:对浆料进行离心脱水,得到含水量25%的聚氯乙烯。PVC生产过程中需要大量的逻辑判断和离散控制,因此本设计采用二位式控制组件,如通/断式二位开关阀控制各种物料的传输,和二位控制的电机和泵机。气体塔:汽提技术及设备也有改进汽提塔朝着节能、高效的方向发展。现在常用的汽提塔主要有溢流堰筛板塔和无堰筛板塔, 有堰筛板塔传质传热仅在筛板上进行, 在板间移动时只有传热没有传质, 而无堰筛板塔在塔内一直都在传质, 目前传热。因此无堰筛板塔效率高于有溢流堰的塔,无堰筛板塔的塔盘设计也逐渐合理科学化, 塔盘的厚度, 开孔率在实践中逐渐优化, 并被纳入设计体系中。很多无堰筛板塔塔盘是整体
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