年产1万吨pvc糊树脂聚合工艺设计

年产1万吨pvc糊树脂聚合工艺设计内容摘要：

间。 要顺利实现聚合釜密闭技术，必须解决聚合釜自动防粘釜喷涂技术，选用高效防粘釜剂，解决聚合釜自动水洗技术及聚合釜下料不完全的技术问题。 密闭技术聚合釜放料最好采用泵输送，在聚合釜放料结束时可以通过泵压力或电流得出，这样可避免放料不净造成水洗废料单耗高的问题。 年产 1 万吨 PVC 糊树脂聚合工艺设计 11 此设计中聚合釜的密闭技术 采用双位防黏釜喷涂设备和双位自动高压水设备，可以防止聚合釜存在喷涂和水洗不到的死区而造成的 PVC 糊树脂下一批料的质量下降。 （ 2）高温热脱盐水技术 对于脱盐水部分采用采用高温热脱盐水技术，此技术在 VCM 聚合时不需升温时间，缩短了聚合反应辅助时间，同时由于脱盐水温度高，使得脱盐水中氧气含量减少，有助于缩短聚合时间。 采用高温热脱盐水技术时，引发剂必须使用水乳型引发体系，而且引发剂必须在最后加入，否则会导致PVC 树脂 “鱼眼 ”数增加，此设计中的引发剂由釜底加入，这样加入比由釜顶加入更有利于引发剂在聚合体系的分散， 避免局部过热聚合，减少 “鱼眼 ”数。 （ 3）二次 注 水技术 VCM 聚合随着反应时间的进行，聚合釜内物料体积不断收缩，物料黏度不断增大，在聚合末期体积比反应前收缩 1/6。 因此本设计采用二次 注 水 技术，这样做能提高反应前加入 VCM/H2O 的比例，提高聚合釜生产强度；降低反应过程中物料的黏度，提高聚合釜移热能力。 2． 2． 4 脱气 工序 脱气工序中主要设备是卸料槽，从聚合釜中过来的乳浆含有杂质，必须要经过卸料槽进行排气剥离，除去未反应单体和杂质。 经排气剥离的乳浆固含量约为40%，被送到乳浆贮槽中进行储存；而未反应单体则 从槽上面消泡器出口进入回收工序，先后经过乳浆回收槽、 VCM 气体回收槽， 除 去单体上所带的杂质后，由回收 VCM 气体真空泵输送到回收 VCM 气体密封水槽中进行处理，之后送到气柜重新利用。 VCM 回收系统工艺流程见图 聚合釜排气 ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ─────→┤ │ │水│ │ │ 混合槽排气 │气│压缩机│ │气│液│ ─────→┤ ├──→┤分├→┤ ├→───→ 气 提 汽 │柜│ │ │ │化│ (N VCM) ─────→┤ │ │离│ │ │ └─┘ └┬┘ └┬┘ │ │液 ↓ ↓ ┌┴┐ VCM 贮槽 │水│ └─┘ 气提 图 VCM 回收系统工艺流程图 安徽建筑工业学院本科生 课程 设计 12 2． 2． 4． 1 压缩冷凝法回收 VCM 气体 脱除 PVC 浆料中 VCM 的方法 可用 直接回收 的 法 ，就 是将未反应的 VCM 气体直接回收至气柜， PVC 浆料在回收槽中用压缩空气对浆料中残留的大量 VCM进行脱除，气体直接放空，污染环境。 本设计采用压缩冷凝法回收未反应的 VCM 气体。 压缩冷 凝方法是将未反应的 VCM 气体直接送入压缩机，压缩后的气体经冷凝器， VCM 气体压力高于冷凝器入口压力时，直接进入冷凝器冷凝，冷凝后液体 VCM 靠液位差直接流入回收 至 单体贮槽备用 ， 冷凝器中不凝性气体直接排放，排放的尾气中大约含 VCM 15%。 浆料经汽提脱除的未反应 VCM 后直接回收至气柜，经汽提后 PVC 浆料中残留的 VCM质量分数由 4001000μg/g降至 10μg/g，这样使 PVC树脂中的 VCM含量大大降低。 回收贮槽中的废水定期排放于废水贮槽中，经单独汽提处理后再排放。 聚合釜入料时，回收的 VCM 与新 VCM 按规 定比例混合使用。 该回收装置可同时回收浆料汽提塔顶的 VCM 气体。 此种技术可以缩短工艺路线、减少设备和回收时间。 2． 2． 5 干燥 工序 本设计中 由汽提工序来的 PVC 浆料连续送入离心机进行干燥。 干燥工段主要有糊树脂干燥和 干料研磨 两个阶段。 首先，胶乳通过胶乳过滤器和胶乳安全过滤器过滤，在雾化器中形成雾状后进入干燥室，同时经过滤后的空气由泵打入空气加热器加热后与蒸汽会合，进入干燥室，将胶乳汽化干燥。 之后，纯产品直接进入旋风分离器，而带杂质的胶乳经过袋滤器后也进入旋风分离器。 在旋风分离器中，气体被排出，而固体通过振动筛 后，不合格的产品流入粗料贮槽，合格的产品流入研磨料仓，进入研磨工序。 产品进入研磨工序后，打开加料旋转阀，胶乳干料进入研磨机，先分选后研磨，研磨成粉末状固体颗粒后进入第二袋滤器，过滤后进入成品料仓储备，经旋转加料器进入小料筒，然后用包装机进行包装成袋装产品。 目前，国内 PVC 生产主要采用气流加旋风干燥技术和高效组合旋流干燥技术。 高效组合旋流干燥技术在节能方面比气流加旋风干燥技术又有进一步的提高，节能达 25%，空气用量减少约 20%，产生的尾气量和粉尘量也相应减少。 年产 1 万吨 PVC 糊树脂聚合工艺设计 13 2． 3 主要物料 2． 3． 1 主要物料介绍 (1) 水 要求聚合体系中用的水为去离子水，因为离子特别是钠离子会影响保护胶体等添加剂的作用，并影响最终聚合物性能，使体积电导率下降 ； (2) 保护胶体（分散剂） 在悬浮聚合中使用的保护胶体有两大类：主分散剂和辅助分散剂。 主分散剂的主要作用是控制产品粒径，同时也会影响空隙率和其他形态学性能。 对 PVC 的要求是残余 VCM 尽量低，同时尽量容易吸收增塑剂，这就要求 PVC 粒子具有更高且更均一的孔隙率，在加入主分散剂的同时，配入辅助分散剂，可以满足这样的要求 ； (3) 稳定剂 其作用主要是在 PVC 树脂热加工过程吸收分解 产生的 HCl，以避免 HCl进一步催化树脂分解；消除反应生成的自由基或与生成的双键加成，从而消除共轭双键体系。 其次是聚氯乙烯塑料制品使用过程中防止或延缓老化过程。 在热加工过程中产生稳定作用的称为热稳定剂 ； (4) 增塑剂 是难以挥发的小分子化合物。 用于聚氯乙烯的增塑剂必须能够扩散进入聚氯乙烯大分子之间，并且可与聚氯乙烯混溶。 所以对聚氯乙烯增塑剂的分子结构要求是：含有极性集团，但极性不能过强；含有可极化的集团如苯基；还含有适当敛长的非极性集团 ； (5) 填充料 在 PVC 中加入某些无机填料作为增量剂，以降低成 本，同时提高某些物理机械性能（如硬度、热变形温度、尺寸稳定性与降低收缩率），增加电绝缘性和耐燃性。 2． 3． 2 影响 PVC树脂质量的主要因素 种子胶乳的质量直接影响着 PVC的反应，继而影响树脂质量。 种子粒径过大或过小都会影响聚合反应的平稳进行，造成反应波动大，难于控制，严重时会出现破乳，有时在使用某批种子的生产过程中未出现上述不良现象，但生产出的树脂的 B型黏度偏高 (或个别超标 )，这主要是由于本批种子的内在质量稍差，造成胶乳中大小粒匹配不合理，使树脂的糊黏度升高。 2． 3． 3 胶乳粒子的分布对 PVC树脂质量的影响 种子乳液法生产的成品胶乳的粒径是呈双峰分布的，大小粒子的粒径分布是否合理是评价成品胶乳内在质量的一项重要指标，所以在使用品质较好的种子的安徽建筑工业学院本科生 课程 设计 14 前提下，还要严格控制好初始乳化剂的加入量，只有两者的使用量合理匹配，才能生产出质量较好的 PVC树脂。 前期不反应或反应极弱对 PVC树脂质量的影响 聚合反应前期不反应或反应极弱现象在以往也曾出现过，但属于极个别的现象，没对生产造成较大的影响，可自 2020年下半年以来，不反应现象十分严重，表现为人孔投入所需助剂及种子后，再加入单体 0． 8～ 1． 2 m3后，开始加入催化剂，当加入 40 L催化剂后反应釜仍没出现反应热，甚至为负值 (正常时加入 30 L催化剂就开始反应 )，然后采用补加 Cu剂的方法促使反应进行，这样使聚合反应后期温度波动很大，反应温度不好控制，峰温偏低，吹除压力高，个别釜次还出现破乳现象，回收过程中带料严重，胶乳黏稠，打料困难，干燥的树脂 B型黏度超标。 瞬时乳化剂加入量对 PVC树脂质量的影响 在乳液聚合中乳液体系的稳定性是非常重要的，乳化剂的加入量是否适宜将直接影响整个反应体系的稳定性。 当乳化剂加入量过低时，仅部分胶乳粒子表面被乳化 剂分子覆盖保护，易造成大部分胶乳凝聚，甚至出现破乳情况；而乳化剂加入量过多又会造成反应剧烈，不易控制，使小粒子数增多，粒径分布不合理，同样会影响树脂质量。 干燥器出口温度对 PVC树脂质量的影响 胶乳在喷雾干燥过程中，若干燥器出口温度过高，则形成的二次粒子凝集很牢固，从而造成树脂在调糊过程中不易崩解为一次粒子或崩解速度较慢，从而导致糊性能差。 2． 3． 4 相应措施及对策 对种子品质的控制 ： 在配方不改变的情况下，生产过程中时常出现种子粒径重复性差及含固量不稳定的现象，制定了如下措施： (1) 固定种子聚合釜 避免由于变换聚合釜而造成种子粒径重复性差 ； (2) 生产种子时由专人负责操作控制，避免由于操作人员控制手法不同而造成种子粒径重复性差。 2． 4 质量指标和分析 所有的 PVC 生产商都要对每一批产品测定一些列参数，这是常规质量控制的一部分。 这些参数包括 K 值、平均粒径及其分布、表观密度、空隙率、杂质、年产 1 万吨 PVC 糊树脂聚合工艺设计 15 分散性、颜色、热稳定性和 VCM 的残留量。 由于不同的生产厂家生产批量大小不同，浆料混合设备的复杂程度有差异 ， 干燥车间料仓容积也有差别 ， 所以很难给出典型的测试规范。 采用大型压力釜的现代生产厂 ， 要对每一釜聚合物进行测试，另 外还要测定干燥和混合后的产品 ， 以作比较。 安徽建筑工业学院本科生 课程 设计 16 第 三 章 工艺计算 3． 1 聚合物料衡算示意图 聚合釜沉析釜气流干燥沸腾干燥筛分包装PVC水离心机水PVC明胶等空气PVC水热风PVC空气PVC水PVC水热风水蒸气N a OH 溶液损失 PVC损失 PVC去母液池明胶N a OH水PVC 等VC水分散剂等VC水分散剂P P V C 等R V C M 图 聚合物料衡算示意图 年产 1 万吨 PVC 糊树脂聚合工艺设计 17 3． 2 聚合 物料计算 3． 2． 1 反应各步骤损失量 聚合部分 粘壁、泄露、泡末夹等损失占 1%； 沉析部分 破坏低聚物及吹风降温损失占 1%； 离心部分 母液中带走损失占 %； 干燥部分 飞扬、旋风分离及不合格物损失 2%； 提气 VCM 回收率 95%。