聚氯乙烯生产车间工段毕业设计(编辑修改稿)

聚氯乙烯生产车间工段毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

第一章 总论 3 聚合代。 目前，生产 PVC 树脂主要采用悬浮法，少量采用乳液法及本体法。 现在，国内引进 PVC 生产技术及设备的项目有二十项左右，其中生产能力最大的两套设备是上海氯碱股份有限公司和齐鲁石化总公司的年产 20 万吨悬浮法 PVC树脂装置 ， 采用日本信越公司技术。 北京化工二厂、锦西化工厂、福州化工二厂引进美国 B． F 古德里奇公司悬浮法 PVC 树脂生产技术，生产高型号树脂，其它还有引进美国 西方化学公司的高型号树脂和釜式汽提技术及设备，法国阿托公司、前德国布纳公司、日本吉昂公司、日本钟渊公司、日本三菱公司的糊树脂生产装置和技术、法国本体聚合技术和设备等，这些技术和设备的引进，使我国 PVC 树脂的生产技术和水平有了很大提高，产品品种有所增加，带动了我国 PVC 工业的发展 [2]。 我国 PVC 树脂的消费主要分为两大类，一是软制品，约占总消费量的 ％，主要包括电线电缆、各种用途的膜 (根据厚度不同可分为压延膜、防水卷材、可折叠门等 )、铺地材料、织物涂层、人造革、各类软管、手套、玩具、塑料鞋以及一些专用 涂料和密封件等。 二是硬制品，约占总消费量的 ％，主要包括各种型材、管材、板材、硬片和瓶等。 预计今后几年我国 PVC 树脂的需求量将以年均约 ％的速度增长，到 2020 年总消费量将达到约 1250 万吨，其中硬制品的年均增长速度将达到约 ％，而在硬制品中异型材和管材的发展速度增长最快，年均增长率将达到约 ％。 未来我国 PVC 树脂消费将继续以硬制品为主的方向发展 [3]。 中国聚氯乙烯工业有着广阔的发展前景 ,中国地大物博、人口众多 ,为聚氯乙烯产品提供了广大的市场。 在进入 21 世纪以后 ,我们要学习和借鉴国外 的先进技术和发展模式 ,结合我国的具体情况 ,发展我国的聚氯乙烯工业。 我们要发挥全行业的力量 ,克服前进过程中的各种困难 ,一定能够在较短的时间内赶上世界聚氯乙烯工业的先进水 平 [4]。 单体合成工艺路线 乙炔路线 原料为来自电石水解产生的乙炔和氯化氢气体，在催化剂氧化汞的作用下反应生成氯乙烯。 具体工艺为：从乙炔发生器来的乙炔气经水洗一塔温度降至 35℃ 以下，在保证 沈阳化工大学毕业设计说明书 第一章 总论 4 乙炔气柜至一定高度时，进入升压机组加压至 80kpaG 左右，加压后的乙炔气先进入水洗二塔深度降温至 10℃ 以下，再进入硫酸 清净塔中除去粗乙炔气中的 S、 P 等杂质。 最后进入中和塔中和过多的酸性气体，处理后的乙炔气经塔顶除雾器除去饱和水分，制得纯度达 %以上，不含 S、 P 的合格精制乙炔气送氯乙烯合成工序。 乙炔法路线 VCM 工业化方法，设备工艺简单，但耗电量大，对环境污染严重。 目前，该方法在国外基本上已经被淘汰，由于我国具有丰富廉价的煤炭资源，因此用煤炭和石灰石生成碳化钙电石、然后电石加水生成乙炔的生产路线具有明显的成本优势，我国的 VCM 生产目前仍以乙炔法工艺路线为主。 乙炔与氯化氢反应生成 可采用气相或液 VCM 相工艺，其中 气相工艺使用较多 [5]。 乙烯路线 乙烯氧氯化法由美国公司 Goodrich 首先实现工业化生产，该工艺原料来源广泛，生产工艺合理，目前世界上采用本工艺生产的产能 VCM约占总产能的 VCM 95%以上。 乙烯氧氯化法的反应工艺分为乙烯直接氯化制二氯乙烷（ EDC）、乙烯氧氯化制EDC 和 EDC 裂解 3 个部分，生产装置主要由直接氯化单元、氧氯化单元、 EDC 裂解单元、 EDC 精制单元和 VCM 单元精制等工艺单元组成。 乙烯和氯气在直接氯化单元反应生成 EDC。 乙烯、氧气以及循环的 HCl 在氧氯化单元生成 EDC。 生成的粗EDC 在 EDC 精制单元精制、提纯。 然后在精 EDC 裂解单元裂解生成的产物进入VCM 单元， VCM 精制后得到纯 VCM 产品，未裂解的 EDC 返回 EDC 精制单元回收，而 HCl 则返回氧氯化反应单元循环使用。 直接氯化有低温氯化法和高温氯化法； 氧氯化按反应器型式的不同有流化床法和固定床法， 按所用氧源种类分有空气法和纯氧法； EDC 裂解按进料状态分有液相进料工艺和气相进料工艺等。 具有代表性的 司的 Inovyl 工艺是将乙烯氧氯化法提纯的循环 EDC和 VCM直接氯化的 EDC在裂解炉中进行裂解生产 VCM。 HCl 经急冷 和能量回收后，将产品分离出 HCl（循环用于氧氯化）、高纯度 VCM 和未反应的 EDC（循环用于氯化和提纯）。 来自 VCM 装置的含水物流被汽提，并送至界外处理，以减少废水的生化耗氧量（ BOD）。 采用该生产工艺，乙烯和氯的转化率超过 98%，目前世界上已经有 50 多套装置采用该工艺 沈阳化工大学毕业设计说明书 第一章 总论 5 技术，总生产能力已经超过 470 万吨 /年 [6]。 本设计采用乙烯路线生产氯乙烯单体。 聚合工艺实践方法 目前 ,世界上 PVC 的主要生产方法有 4 种 :悬浮法、本体法、乳液法和微悬浮法。 其中以悬浮法生产的 PVC 占 PVC 总产量的近 90%,在 PVC 生产中占重要地位 ,近年来 ,该技术已取得突破性进展。 本体法聚合生产工艺 本体聚合生产工艺，其主要特点是反应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的 VCM 单体、引发剂和添加剂，经加热后在强搅拌 (相对第 2 步聚合过程 )的作用下，釜内保持恒定的压力和温度进行预聚合。 当VCM 的转化率达到 8%12%停止反应，将生成的 ―种子 ‖送人聚合釜内进行第 2 步反应。 聚合釜在接收到预聚合的 ―种子 ‖后，再加人一定量的 VCM 单体、添加剂和引发剂，在这些 ―种子 ‖的基础上继续聚合， 使 ―种子 ‖逐渐长大到一定的程度，在低速搅拌的作用下，保持恒定压力进行聚合反应。 当反应转化率达到 60%一 85%(根据配方而定 )时终止反应，并在聚合釜中脱气、回收未反应的单体，而后在釜内汽提，进一步脱除残留在 PVC 粉料中的 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。 乳液聚合生产工艺 氯乙烯乳液聚合方法的最终产品为制造聚氯乙烯增塑糊所用的的聚氯乙烯糊树脂（ EPVC），工业生产分两个阶段：第一阶段氯乙烯单体经乳液聚合反应生成聚氯乙烯胶乳，它是直径 ~3 微米聚氯乙烯初级粒 子在水中的悬浮乳状液。 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，它是初级粒子聚集而成得的直径为 1~100 微米，主要是 20~40 微米的聚氯乙烯次级粒子。 这种次级粒子与增塑剂混合后，经剪切作用崩解为直径更小的颗粒而形成不沉降的聚氯乙烯增塑糊，工业上称之为聚氯乙烯糊。 沈阳化工大学毕业设计说明书 第一章 总论 6 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，设备和运行费用低，易于大规模组织生产而得到广泛的应用，成为诸多生产工艺中最主要的生产方法。 工艺特点：悬浮聚合法生产聚氯乙烯树脂的 一般工艺过程是在清理后的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 ,并加入可溶于单体的引发剂或引发剂乳液 ,保 持反应过程中的反应速度平稳 ,然后升温聚合 ,一 般聚合温度在 45~70℃ 之间。 使用低温聚合时 (如 42~45℃ ),可生 产高分子质量的聚氯乙烯树脂 ； 使 用高温聚合时 (一般在 62~71℃ )可生产出低分子质量 (或超低分子质量 )的聚氯乙烯树脂。 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 ,一般是第一步聚合度控制在 600 左 右 ,在 第二步聚合前加入部分新单体继续聚合。 采用两步法聚合的优点是显著缩短了聚合周 期 ,生产出的树脂具有良好的凝胶性能、模塑性能和机械强度。 现在悬浮法聚氯乙烯品种日益广泛 ,应用领域越来越广 ,除了通用型的树脂外 ,特殊用途的专用树脂的开发越来越引起 PVC 厂家的关 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的热点 [7]。 悬浮法 PVC 的发展趋：在工业化生产 PVC 时 ,以悬浮法产量最 大 ,悬浮 法生产具有设备投资少和产品成本低等优点。 各种聚合方法的发展方向是逐步向悬浮法聚合生产 路线倾 斜 ,一 些过去采用其它方法生产的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以后 ,欧洲、日本在连续悬浮聚合工艺方面开展了大量的研究工 作 ,目前尚未工业化生产 ,但连续法设备费用低 ,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的重视。 另外 ,为进一步提高悬浮法生产的通用树脂和专用树脂的质量 ,提高产品的专用化、市场化水平 ,国外厂家在聚合工艺的工艺条件及配料体系等方面做了大量的研究工作 ,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 ,同时也开发出一系列性能好、 易于加工的 PVC 专用树脂 如 :超高 (或超低 )聚合度树脂、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 种专用料的开发是悬浮聚合树脂发展的标 志 ,是 提高产品使用性能、开发新的应用领域的重要手段 [8]。 沈阳化工大学毕业设计说明书 第一章 总论 7 本设计采用悬浮法 PVC 生产技术。 最佳的配方、后处理设备的选择 配方的选择 ① 单体： 氯乙烯纯度 %以上。 ② 分散剂： 主分散剂主要是纤维素醚和部分水解的聚乙烯醇。 纤维素应为水溶性衍生物，如甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素等，聚乙烯醇应由聚醋酸乙烯酯经碱性水解得到，影响其 分散效果的因素为其聚合度和水解度，而且 OH 基团为嵌段分布时效果最好；副分散剂主要是小分子表面活性剂和地水解度聚乙烯醇。 常用非离子型的脱水山梨醇单月硅酸酯。 本设计采用 88%聚乙烯醇和 %的聚乙烯醇。 ③ 引发剂： 由于聚乙烯悬浮聚合温度 50~60 度上下，应根据反应温度选择合适的引发剂，其原则为在反应温度条件下引发剂的半衰期约为 2 小时最佳。 常用过氧化乙酰环己烷硫酰、过氧化二月桂酰、过碳酸二环己酯等。 本设计采用过氧化二碳酸 2乙基己酯。 ④ 终止剂： 反应结束后残余的自由基和引发剂残留在树脂内 , 为了保证产品 质量 , 需要消除它们 , 故而加入终止剂。 本设计的终止剂为丙酮缩氨基硫脲。 当反应出现紧急事故时，采用紧急终止剂 ON 终止反应。 ⑤ 阻聚剂：本设计采用壬基苯酚作为阻聚剂。 ⑥ 缓冲剂： 碳酸钠、三聚磷酸钠、磷酸钠、氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸铵。 本设计采用磷酸三钙。 后处理设备侧选择 ① 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 60~107 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。 ② 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。 沈阳化工大学毕业设计说明书 第一章 总论 8 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]。 ③ 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。 ④ 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 中采用卧式内加热流化床。 ⑤ 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。 ⑥ 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 , 沈阳化工大学毕业设计说明书 第一章 总论 9 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装卸的 , 随着生产能力的提高 , 设备 整体装卸很不方便 , 目前 , 生产能力较大的的增大汽提塔的塔盘 , 可以采用可拆卸式的塔盘。 汽提塔的塔顶操作压力也逐渐从微正压操作向微负压操作发展 , 使得塔顶物料沸腾温度低 , 节约了蒸汽却提高了单体脱出效率。 为了强化汽提效果 , 浆料经过汽提后利用重力作用进入闪蒸罐 , 进一步汽提 , 降温 [10]。 因此，本设计采用无堰筛板塔。 防 粘釜技术 聚合釜的防粘釜是聚合生产中最重要的工序之一。 防粘釜效果好的釜 , 能有较好的传热系数 , 能减少因此产生的塑化片。 防粘釜一直是聚合生产的重要工作 , 这方面得到了很大的发展。 首先 , 聚合釜的表面抛光质量有了很大的提高且内件简单化、圆滑化。 其次 , 通过专用的设备使用高效的防粘釜剂 , 实行聚合釜自动喷涂防粘釜液和自动水冲洗釜。 釜涂布与水洗设备分开 , 釜内设置双伸缩头自动喷洗高压水枪 , 设定双固定或者可伸缩涂布设备 (如费阀 ,喷吐环等 )。 目前 , 先进的防粘釜技术是冲洗、喷涂与高效防粘釜剂的结合体。 整个防粘技术过 程全部采用 DCS 自动操作。 首先打开蒸汽进料阀喷入适量的蒸汽 , 用泵将已配制成规定浓度的涂壁剂注入蒸汽管路 , 借助蒸汽流速使其雾化进釜 , 在釜壁形成一层均匀的疏油亲水膜 , 在聚合过程中此膜有效地防止有机相与釜壁接触 , 从而起到防粘釜的作用。 为了达到较好的涂壁效果 , 对于喷涂的蒸汽 , 防粘釜剂的压力逐步优化 , 对于防粘釜剂的量也根据釜的特点而定。 涂壁完成后 , 冷却一段时间使防粘釜剂更好地粘在釜上 ,之后用清洗水冲釜以彻底冲掉多余的防粘剂 [11]。 目前国内生产用的防粘釜剂主要有意大利黄 , 美 PVC国红 , 英国蓝。 经 过实践 , 意大利黄在防粘釜效果和对产品白度的影响方面有利于生产 , 但价格较高。 为了生产更高质量的聚乙烯，产品本设计采用意大利黄防粘釜剂。 原料及产品性能 ① 氯乙烯 ： CH2=CHCl 分子量 ，无色易液化的气体。 液体的密度 0． 912lg／ cm3。 沸点 13． 9℃。 凝固点 160℃。 自燃点 472℃。 临界温度 142℃。 临界压力 沈阳化工大学毕业设计说明书 第一章 总论 10。 难溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷。 易聚合，能与丁二烯、乙烯、丙烯、内烯腈、醋酸乙烯、两烯酸酯和马来酸酯等共聚。 能与空气形成爆炸性混合物，爆炸 极限 3． 626． 4％。 遇明火、高温有燃烧爆炸的危险。 无。