20万吨每年聚氯乙烯聚合及干燥包装工艺设计(编辑修改稿)

20万吨每年聚氯乙烯聚合及干燥包装工艺设计(编辑修改稿)内容摘要：

板 XJ3 SG4 薄膜（农膜、雨衣、战备物资及工业包装）、软管、鞋料、人造革底层 XJ4 SG5 硬管、硬片、透明瓶、包装硬软片及塑料印花纸 XJ5 SG6 硬板、唱片、管件、焊条、纱管、玩具、透明硬件 XJ6 SG7 过氯乙烯树 脂及注塑加工制品 SG8 唱片、型材、家电壳体、食品包装及替代有机玻璃制品 另外，塑料加工行业在生产高质量制品时，往往选择疏松型树脂为原料，如高绝缘级电缆料【体积电阻率ρ V 可达到（ ~3） 1014  cm 以上】，高透明性输液袋、瓶料、包装透明片材、“鱼眼”杂质少的透明唱片以及白色制品等。 由于疏松型树脂具有较好的塑化性能，也广泛地用于粉料直接挤塑等过程，以满足加工工艺的特殊需要。 武汉工程大学 本科 毕业设计 4 随着树脂型号增大，分子量及黏度减小，产品机械强度也随之下降；但玻璃化温度 （ Tg）有所降低，则使成型加工温度低，流动性好而易于加工。 有如此多种类的树脂，选型的时候也有些基本原则： ① 一般对强度及电性能要求高的制品，宜选用 SG SG2 型； ② 对于强度要求不高，为便于加工（如薄膜、凉鞋）宜选用 SG3 型； ③ 一般硬制品（如硬板和硬管）类，由于不加或少加增塑剂，成型温度较高，宜选用 SG SG6 型，以降低加工温度；而 SG SG6 型分子量低，易发生热分解，在加工配方中常需加较多的热稳定剂，以提高其热加工的稳定性； ④ 对白色制品或透明制品，宜选用 SG 型； ⑤ 制糊用工艺如搪塑及人造革底 层之类产品，宜选用 吸 增塑剂 小的 XJ 型树脂，以保证糊的流动性。 聚氯乙烯树脂的包装与贮运方法 （ 1） PVC 树 脂可采用 内衬 塑料薄膜的 纸 袋、布袋、人造革袋或聚丙烯 编织 袋 包装。 袋的封口 应 保 证产 品在 运输贮 存 时 不被污染。 包装 袋要能防 尘 、防潮。 每袋 净 重 25Kg。 （ 2） 包装 袋上 应 注明商 标、产 品名 称、净 重、型 号 、批 号 、 产 品等 级 和生 产 厂名。 产 品型 号标 志要醒目。 （ 3） 树 脂 应 放存放在干燥、通 风 良好的 仓库内 ， 应 以批 为单 位分 开 存放。 防止批条 混 杂。 不得露天堆放、防止 阳 光照射。 （ 4） 运输时 必 须 使用洁 净 、有蓬的 运输 工具，防止雨淋。 PVC树脂工业技术 进展 世界 PVC 树脂工业技术进展 ⑴ 世界 VCM 生产技术进展 VCM 是生产 PVC 树脂的主要原料，对 PVC 树脂的质量及成本影响极大。 国外 VCM生产工艺绝大部分已用乙烯路线取代了老式的电石乙炔法路线，近十年来在简化生产工艺、减少设备投资的新工艺、新技术等方面有了新的进展。 ① 以乙烯为基础的 VCM 生产工艺 孟山都公司和凯洛格公司（ ￡ Kellog）合作开发了 Partec 工艺，解决了平衡氧氯化工艺副产大量水和腐蚀设备的问题。 新工艺采用直接氯 化乙烯生产二氯乙烷，在二氯乙烷裂解生产氯乙烯过程中副产品氯化氢经氧化武汉工程大学 本科 毕业设计 5 生成氯，再返回到直接氯化段使用，去掉了氧氯化单元，节约了大量的工艺操作和维护费用。 VinTel 公司贫氧氯化生产 EDC、 VCM 工艺，该工艺采用乙烯、无水 HCl 和氧气为原料，用现代化 Vinnolit 氧氯化工艺生产 EDC 具有生产操作 易于控制、生产安全、费用低、利于环保等优点。 ② 以乙烷为基础的 VCM 生产工艺 欧洲、俄罗斯、美国等天然气资源丰富的国家和地区对乙烷氧氯化制 VCM的研发工作十分活跃。 如 EVC公司开发的乙烷直接氧氯化法生产 VCM技术使 VCM 生产成本大大降低，该工艺的关键是研制开发了一种在较低温度下仍具有较高活性的催化剂，使反应温度降低，设备的腐蚀及副产物的生成少，且副产物氯代烃可转化成 VCM，提高了乙烷的转化率。 另外，该工艺是将乙烷和氯气一步转化为 VCM 仅使用一个反应器。 孟山都公司采用气相流化床氧氯化工艺，以氯化铜和磷酸钾为催化剂。 EDC 循环返回反应器或送去裂解，单程转化率可达 97%。 ⑵ 世界 PVC 生产技术进展 PVC 行业经过 60 多年的发展，虽然受环境生态保护、石油危机的影响以及其他塑料品种的激烈竞争，但由于 PVC 生产新技术不断推出 ，品种不断更新，其市场需求仍持续增长。 ① PVC 生产装置设备进展 聚合釜是 PVC 生产的最关键设备，聚合釜的研发经历从追求大型化到讲究高效合理化的过程。 日本 20世纪 60～ 70年代开始发展大型釜，一般为 60～80m3，目前其聚合釜的容积大多为 70～ 135m3，最大的为 200m3的多用途的聚合釜，设备大型化、高效化发展实现了规模化经营，提升了产品质量，增强了市场的竞争力。 ② VCM 聚合工艺进展 国外 PVC 生产厂家普遍采用大釜技术和高效的防粘釜工艺，实现密闭加出料，除此之外，还对 VCM 悬浮工艺进行改进，实施“倒加料”（即无离子水→全部 VCM→ 无离子水）；“热水加料”等工艺；改变搅拌工艺；变温聚合等手段提高产能及树脂质量。 ⑶ 改性 PVC 树脂技术进展 ①超高聚合度 PVC 树脂； ②超低聚合度 PVC 树脂； ③高抗冲改性 PVC 树脂； ④增韧改性的 PVC 树脂； 武汉工程大学 本科 毕业设计 6 ⑤纳米材料增强改性 PVC 数字； ⑥耐热改性 PVC 树脂； ⑦消光 PVC 树脂； ⑧耐辐射改性的 PVC 树脂； ⑨高性能辐射交联 PVC 树脂。 PVC 生产工艺技术的进展 近 10 年来我国聚氯乙烯生产通过技术改造、技术攻关和消化吸收引进技 术，使行业技术水准有了较大提高。 不仅开发和推广应用脱出氯乙烯单体技术、防粘釜技术和干燥技术，而且聚合釜大型化和生产控制自动化程度均有了极大的提高。 但是与国外先进水平相比还存在很大差距，主要表现在生产技术落后，规模小，产品质量差，品种少，树脂加工应用不协调等方面。 因此，我国聚氯乙烯的发展应以引进国外先进技术、选择我国市场前景广阔的硬制品和特殊牌号为主，这样既能满足化工建材的市场需求，又可替代进口，使我国聚氯乙烯工业得到健康发展。 ⑴ 国产化大型 PVC 成套工艺技术在消化吸收国外先进技术的基础上已经形成独特的技术 体系，成套技术的优势是工艺成熟先进、采用 DCS 控制，自动化程度高，产能大、能耗低、产品质量稳定。 ⑵汽提塔设备继真空塔汽提技术和溢流堰板塔汽提技术后，出现了有有溢流堰筛板塔和无溢流堰筛板塔。 另外，国内引进的七层塔盘汽提塔尽管工艺和操作较为复杂，但其结构简单，也得到了广泛的应用。 ⑶ 新技术新工艺正逐渐取代或完善了传统工艺。 如乙炔的干式发生，精馏尾气的变压吸附及膜吸附、旋流干燥技术，汽提技术、哈工大博士的自动包装线等。 ⑷ 实现清洁生产和循环经济 PVC 生产厂必须始终注意环境保护和资源利用，按照“节能降耗、减少排 放、回收再利用、资源化”的原则，进行产业循环组合、资源循环利用和清洁文明生产。 通过产业循环组合，提供 资源高效利用的平台，形成发展的集效应；通过资源的综合利用，最大限度地利用各种废弃物和再生资源，减少对自然资源的消耗，通过清洁文明生产、发展绿色化工，从源头上减少污染物的排放，保护环境，大力发展循环经济，走可持续发展的道路。 ⑸ PVC 产品要精细化、要开发新产品 随着国内产能的迅速扩大，今后产品成本的降低、产品质量和品牌的竞争是未来的必然趋势。 PVC 的发展方向是产品精细化、专业化，通过调整反应体系及工艺武汉工程大学 本科 毕业设计 7 条件开发出 产品性能好、易于加工的 PVC 树脂和专用树脂。 PVC树脂的典型聚合工艺 聚氯乙烯工业化生产方法有四种：悬浮法、乳液法、本体法、微悬浮法。 悬浮聚合 氯乙烯悬浮聚合是指液态 VCM 在搅拌作用下分成液滴，悬浮于水介质中的聚合过程。 采用 悬浮法 生产 PVC 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 势 ：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、无武汉工程大学 本科 毕业设计 8 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。 本体聚合 本体聚合工艺不以水为介质，也不加入分散剂等各种助剂，只有单体和引发剂生产聚氯乙烯，革除了悬浮法的离心干燥过程。 ⑴ 本体聚合法的简介 采用本体聚合方法生产聚氯乙烯，是由法国罗纳 普朗克公司于 1963 年开发两段本体聚合发后实现工业化的，该公司于 1974 年投产的 30～ 50m3 釜的年产 10 万吨大型装置，使本体法在世界聚氯乙烯生产中创立了重要的低位。 所谓两段法，是对聚合反 应过程而言的，就是单体在两种不同的控制条件下完成树脂颗粒的成形即： ①预聚合 — 在立式釜（与悬浮法相似）内，加入占总量一半的单体，及高效引发剂（如ACSP），控制反应温度在 60～ 70℃，当转化率达到 8%～ 12%时，作为反应结束，其总周期约 1～ ； ②后聚合 — 在带有满转速的螺带形搅拌之卧式釜或立式釜内，加入上述预聚合釜排除的流体（作为聚合的种子），以及其余一半的单体和高、低效复合引发剂，按产品聚合度控制反应温度，其反应热系由搅拌、夹套及釜顶回流冷凝器内通入冷却水移除，当两段总转化率达 75%～ 80%时，作为 反应结束，未聚合单体借自压排气回收，其树脂内残留单体借过热蒸气及抽真空进行脱除，总周期约 ～ 9h。 ⑵本体聚合法的特点 本体法与悬浮等法比较，具有生产效率高、工艺操作简单、产品颗粒无“皮膜”、表观密度高、电性能及透明度好等优点，此外，装置投资及生产成本降低，使近年来采用该技术者日趋增多，成为世界上主要的聚氯乙烯的生产技术之一。 乳液聚合 乳液聚合也是以水作分散介质，但所用的乳化剂和引发剂均为水溶性的。 通常采用水溶性引发剂（ H2O2 或 K2S2O8 等）把氯乙烯单体、水溶性物质、水、乳化剂及非离 子型表面活性剂加入集合釜中进行聚合反应。 ⑴乳液法聚氯乙烯的生产方法 武汉工程大学 本科 毕业设计 9 目前乳液法聚氯乙烯的工业生产有连续法和间歇法两种，间歇法又称种子聚合法。 通常以颗粒较细的一代种子与较粗的二代种子按比例混合，使聚合在预先制备的种子乳胶粒子上进行生长，以制取粒径较大并有一定粒度分布的产品。 ⑵乳液聚合法与悬浮等法进行比较具有以下几个特点： ①可在反应温度较低的情况下进行反应，传热及操作容易控制； ②采用水溶性的引发剂，能在较快的聚合速率下获得高分子量的聚合物 ③乳化剂用量不仅影响到乳胶的粒径大小，还会影响聚合反应的速率和产 品的聚合度等性能，其用量也比悬浮法的分散剂要多好几倍； ④聚合反应的搅拌转速较低； ⑤聚合后的胶乳粒径很细，并具有表面光滑内部紧密的颗粒形态。 此外，由于所加的助剂数量多，又无离心水洗处理，故产品的热稳定性及电性能都不及悬浮树脂。 微悬浮聚合 微悬浮聚合将氯乙烯单体，无离子水、乳化剂、油溶性引发剂以及其它助剂按比例混合均化，将均化料通入聚合反应。