年产20万吨聚氯乙烯生产工艺设计

年产20万吨聚氯乙烯生产工艺设计内容摘要：

0天 ,日生产能力为 606 吨。 主要原料规格及技术指标单体 纯度 用于悬浮聚合的氯乙烯单体纯度在 99%以上 ,其他杂质的含量如表 13所示。 表 13 原辅材料规格 序号 名称 含量 % 1 乙烯 2 丙烯 3 乙炔 4 丁二烯 5 1丁烯 3炔 0 6 二氧化合物 7 水 8 HCl 0 去离子水规格如表 14 所示。 表 14 去离子水的规格 序号 项目 数值 1 导电率 / 2 pH 值 3 氧含量 ,% 4 硬度 0 5 SiO2,% 0 6 SO3,% 7 氯 ,% 0 8 蒸发残留物 % 0 产品规格 产品及副产品规格见表 15。 表 15 产品规格 序号 纯度 单体含量 其它杂质 H2O PH 备注 精聚氯乙烯 ≥ 99% ≤ ≤ ≤ 优级品 精聚氯乙烯 ≥ 98% ≤ ≤ ≤ 一等品 精聚氯乙烯 ≥ 97% ≤ ≤ ≤ 合格 精聚氯乙烯 ≥ 87% ≤ ≤ ≤ 第 2 章 工艺设计与计算 工艺原理 氯乙烯的聚合属于自由基型聚合反应。 聚合时采用的引发剂为油溶性的偶氮类、有机过氧化物类和氧化还原引发体系。 反应迅速 ,同时放出大量的反应热。 链增长的方工为头尾相连。 聚合反应过程存在着严重的增长链向单体的转移 ,是影响产物相对分子质量的主要因素 ,这种链转移随温度的升高而加快。 聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成 ,聚合度 n 一般在50020200 范围内 ,其分子结构式如下 : 氯乙烯的悬浮聚合是生产聚氯乙烯的主要方 法。 具有操作简单 ,生产成本低 ,产品质量好 ,经济效益好 ,用途广泛等特点 ,适于大规模的工业生产。 在树脂质量上 ,用悬浮聚合生产的 PVC树脂的孔隙率提高了 300%以上 ,经过适当处理的树脂其单体氯乙烯的残留量由原来的 %降到 %以下。 同时设备结构改进 ,大型化和采用计算机数控联机质量控制 ,使批次之间树脂质量更加稳定。 另外 ,清釜技术和残留单体回收技术的发展 ,减少了开釜次数 ,进而减少了氯乙烯单体的释放量。 采用烧结 ,冷凝或吸收方法汽提品和处理废气 ,进一步减少了氯乙烯单体的消耗。 工艺条件影 响因素 聚氯乙烯聚合时主要影响因素讨论如下 : 用于悬浮聚合的氯乙烯单体纯度在 %以上。 生产原料对聚氯乙烯质量很重要。 氯乙烯杂质含量应尽可能低一些 ,其中脱盐水 PH 值要近乎中性 ,为 ,导率应小于 2um/cm。 乙炔参与聚合后 ,形成不饱和键使产物热稳定性变坏。 不饱和多氯化物存在 ,不但降低聚合速率、降低产物聚合度还容易产生支链 ,使产品性能变坏。 多用有机过氧化物和偶氮类引发剂 ,其中有机过氧化物为过氧化二碳酸酯、过氧化酯类。 它们可以单独使用 ,也可以两种或两种 以上引发活性不同的引发剂复合使用 ,复合使用的效果比单独使用好 ,其优点是反应速度均匀 ,操作更加稳定 ,产品质量好 ,同时使生产安全。 引发剂的用量可以采用下式进行估算 ,再通过少量实验进行调整 ,即可确定 ,其计算公式如下 : I(%)NrM10 4/[ 式中 : I??工业上引发剂用量 (质量分数 ),%。 Nr??引发剂理论消耗量 ,等于 (1 加减慢 )mol/tpvc。 用 AIBN 时 ,取。 用 DCPD、 EHP 等过氧化二碳酯时 ,取。 M??引发 剂的相对分子质量。 t??聚合时间 /h。 t1/2??引发剂分解半衰期 /h。 工业生产中聚合时间一般控制在 5~10h,应用选择 t1/2为 2~3h 的引发剂。 如果采用复合型引发剂 ,最好是一种引发剂的 t1/2 为 4~6h。 、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、苯乙烯 顺丁烯二酸酐等。 工业上常以纤维素类 (如羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素等 )和醇解度75%~90%的聚乙烯醇为主分散剂 ,以非离子山梨糖醇 ,如一月桂酸酯、一硬脂酸酯、三硬脂酸酯等 为助分散剂 ,两者进行复合使用效果也很好。 ,其规格要求如表去离子的规格所示。 尤其水中的氯离子、铁和氧等的含量要严格控制 ,其中氯离子超过一定含量会造成树脂颗粒不均。 水中的铁会降低树脂的热稳定性 ,并能终止反应。 水的用量与树脂内部结构有关 ,紧密型树脂 (以吸胶为分散剂 )的生产 ,单体与水的质量比为 1:~1:。 疏松型树脂 (以聚乙烯醇为分散剂 )的生产 ,单体与水的质量比为 1:1~1:。 ,在单体自由基存在下 ,氧能与单体作用生成过氧化高聚物 [CH2CHCLOO]n,该物质易水解成酸类 ,破坏悬浮液和产品的稳定性。 所以 ,无论从聚合的角度还是从安全的角度都应将各各原料中的氧和系统中的氧彻底清除干净。 : apH 调节剂 氯乙烯悬浮聚合的 pH 值控制在 7~8,即在偏碱性的条件下进行聚合。 这样可确保引发剂良好的分解速率 ,分散剂的稳定性防止因产物裂解时产生的 HCL,造成悬浮液的不稳定 ,进而造成黏釜、清釜、传热的困难 ,并影响产品质量。 为此需要加入水溶性碳酸盐、磷酸盐、醋酸钠等起缓冲作用的 pH 调节剂。 b 防止黏釜剂 在氯乙烯的悬浮聚合中 ,存在着黏釜现象 ,它不但影响聚合的传热 ,也影响产品的质量。 另外 ,人工清釜劳动强度大 ,条件恶劣 ,影响工人健康。 常用的防止黏釜的方法有选择合适的引发剂。 在水相中加入水相阻聚剂如次甲 基蓝、硫化钠等。 在釜民壁、搅拌器等设备上喷涂一定量的防黏釜剂 ,常见的防黏釜剂如水浴黑、亚硝基 P 盐 ,还有多元酚的缩合物等。 一旦发现有黏釜现象 ,采用高压 (~)水冲洗法清洗。 (消泡剂 ) 邻苯二甲酸二丁酯、 (未 )饱和的 C6~C20 羧酸甘油酯等。 还有热稳定剂、润滑剂等。 a. 聚合温度 氯乙烯悬浮聚合温度的高低决定着聚合产物的相对分子质量大小 ,因此 ,当配方确定以后必须严格控制聚合的温度。 在实际生产中 ,一般控制在指定温度的正负 ℃范围内 ,最好是控 制在正负 ℃范围内。 并且 ,要确保温度控制平稳 ,要有降温处理手段 ,防止出现异常现象 ,一般采用大流量低温差循环方式。 最好采用计算机数控联机质量控制系统。 b. 聚合压力 在聚合温度下 ,氯乙烯有相应的蒸汽压力 ,只有在聚合末期 ,大最单体聚合后 ,压力才明显下降 [7]。 工艺路线的选择 工艺路线选择原则 工艺路线的选择即生产方法的选择。 轻化工产品生产的特点之一就是生产方法的多样化。 如果 ,一种产品的生产只有一种定型的生产方法 ,那么在工艺路线上就无须选择。 如果 ,一种产品的生产有几种不同的生 产方法 ,这就要对不同的工艺路线逐个进行分析研究 ,通过比较分析 ,从中找出一条符合实际的最好的工艺路线。 工艺路线一经确定 ,即可进行工艺流程的设计 ,因此 ,工艺路线是工艺流程设计的依据。 ,因地制宜 综上所述 ,本设计采用乳液悬浮法在引发剂作用下发生加成反应制取聚氯乙烯树脂。 聚氯乙烯悬浮法具体工艺路线如下 : ,依次将分散剂溶液、引发剂及其他助剂加入聚合釜内。 然后 ,对聚合釜夹套内 通入蒸汽和热水 ,当聚合釜内温度升高至聚合温度 (50~58℃ )后 ,改通冷却水 ,控制聚合温度不超过规定温度的正负 ℃。 当转化率达 60~70%,有自加速现象发生 ,反应加快 ,放热现象激烈 ,应加大冷却水量。 待釜内压力从最高 ~时 ,可泄压出料 ,使聚合物膨胀。 因为聚氯乙烯粒的疏松程度与泄压膨胀的压力有关 ,所以要根据不同要求控制泄压压力。 未聚合的氯乙烯单体经泡沫捕集器排入氯乙烯气柜 ,循环使用。 被氯乙烯气体带出的少量树脂在泡沫捕集器捕集下来 ,流至沉降池中 ,作为次品处理。 悬浮液送碱处理釜 ,用浓度为 36%~42%的 NaOH 溶液处理 ,加入量为悬浮液的 %~%,用蒸汽直接加热至 70~80℃ ,维持 ~,然后用氮气进行吹气降温至 65℃双下时 ,再送去过滤和洗涤。 碱处理的目的 : 破坏残存的引发剂、分散剂、低聚物和挥发性物质 ,使其变成能溶于热水的物质 ,便于水洗清除。 聚氯乙烯树脂的干燥方法多是采用二段干燥法 ,即气流干燥管与沸腾床干燥器结合使用 ,其中气流干燥管脱除的是树脂上的表面非结合。