年产5万吨pvc的聚合工段工艺设计论文

年产5万吨pvc的聚合工段工艺设计论文内容摘要：

:PVC 的 是 3(3字在三个循还再用箭号中心 ) 塑料本体底部或包装上须列明 ,以便消费者及回收商能适当地分类。 聚氯乙烯的危害 聚氯乙烯也是经常使用的一种塑料，它是由聚氯乙烯树脂、增塑剂和防老剂组成的树脂，本身并无毒性。 但所添加的增塑剂、防老剂等主要辅料有毒性，日用聚氯乙烯塑料中的增塑剂，主要使用对苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等，这些化学品都有毒性，聚氯乙烯的防老剂硬脂酸铅盐 也是有毒的。 含铅盐防老剂的聚氯乙烯 (PVC)制品和乙醇、乙醚及其他溶剂接触会析出铅。 含铅盐的聚氯乙烯用作食品包装与油条、炸糕、炸鱼、熟肉类制品、蛋糕点心类食品相遇，就会使铅分子扩散到油脂中去，所以不能使用聚氯乙烯塑料袋盛装食品，尤其不能盛装含油类的 食品。 另外，聚氯乙烯塑料制品在较高温度下，如 50度左右就会慢慢地分解出氯化氢气体，这种气体对人体有害，因此聚氯乙烯制品不宜作为食品的包装物。 电木 (酚醛塑料 )含有游离苯酚和甲醛，对人体有一定毒性，不适合存放食品和作食品包装。 电玉 (尿醛塑料 )虽然无嗅无味，但在 100 度沸水中或用作盛放醋类食品时，会有游离甲醛析出，对人体有害，所以也不适于作为食具或食品包装。 废旧塑料 (有的可能添加少许新料 )的更新品，因其成分复杂，很难保证不带有毒性，故一般也不可用来作为食品盛具和包装物。 聚氯乙烯的污染 常规的 PVC 等材料的电线电缆是相当严重的污染源。 在制造、使用及废弃处理时，都会产生大量的二恶英、卤氢酸、铅等有害物质； PVC 材料燃烧时会发生很大的浓烟，并产生有害的 HCl 气体；而且大部分 PVC 材料中含有Pb（铅）、 Cd（镉）等（用作电缆稳定剂）多种有害重金属， 会对人体健康造成一定的危害；焚烧或掩埋后，会造成对土壤和水源的污染。 由于一次性医疗器械产品大多采用医用级聚氯乙烯（ PVC）或聚碳酸酯（ PC），而 PVC加工过程中的热分解物对钢材有较强的腐蚀性， PC 则硬度高，济源职业技术学院毕业设计（论文） 6 粘性大，因而对塑化部分的零部件材质要求必须是能抗腐蚀、抗磨损而且有较高的抛光性能。 目前大多数医用注塑机采用机筒螺杆镀硬铬的办法或者采用不锈钢为材料制作机简螺杆以达到上述特殊要求。 另外，为了防止 PVC加工过程中热分解产生气体，要求对动定模板表面进行镀铝处理，而且对外围板金也进行镀铝处理或者采用不锈 钢板制作板金，板金拼缝采用无毒硅胶进行密封，以防塑料加工过程中产生的气体跑到外面（塑料加工过程中产生的气体可通过专用设备进行集中收集再经过净化处理方可排入大气中）。 氯乙烯工业的 应用 聚氯乙烯 PVC 是世界上实现工业化时间最早，应用范围最广范的通用型热塑性塑料。 在三四十年代开始实际应用以来 ，其产量一直稳居塑料工业之首，后来由于聚氯乙烯发展速度更快， 1996 年才退居第二位。 在美国 1990年底密度聚氯乙烯的产量超过了 PVC， 1992 年高密度聚氯乙烯的产量及销售量已以 PVC 大致相当，他们交替位于第二或第三 之间。 在日本 PVC 产量和消费量居第二位。 在中国 PVC塑料制品产量一直位居第一， PVC树脂产量从 1988年开始退居第二，消费量低于聚乙烯和聚丙烯而名列第三位。 尽管如此聚氯乙烯在其综合性能、品种的多样性、用途的广泛性、性能价格比及资源利用和对生态环境的影像方面 ，仍然任何一种塑料。 60多年来 PVC 工业一直保持着最富活力的技术革新和持续稳定的发展状态。 中国聚氯乙烯的发展 聚氯乙烯（ PVC）是世界第二大通用树脂， 1998 年世界 PVC 树脂生产能力约为2980 万吨，产量大约为 2350 万吨，次于聚乙烯树脂（生产能 力 5680 万吨，产量4370 万吨），与聚丙烯树脂（生产能力 2994 万吨，产量 2550 万吨）相差不多。 PVC是由液态的氯乙烯单体（ VCM）经悬浮、乳液、本体或溶液法工艺聚合而成，其中悬浮工艺在世界 PVC 生产装置中大约占 90％的比例。 在世界 PVC 总产量中均聚物也占大约 90％的比例。 PVC 是应用最广泛的热塑性树脂，可以制造强度和硬度很大的硬质制品如管材和管件、门窗和包装片材，也可以加入增塑剂制造非常济源职业技术学院毕业设计（论文） 7 柔软的制品如薄膜、片材、电线电缆、地板、合成革、涂层和其它消费性产品。 硬质制品目前占 PVC 总消费量的 65～ 70％，今后 PVC 消费量进一步增长的机会主要是在硬质制品应用领域。 目前 PVC在建筑领域中的消费量占总消费量的一半以上。 应用状况 PVC 树脂可以采用多种方法加工成制品，悬浮聚合的 PVC 树脂可以挤出成型、压延成型、注塑成型、吹塑成型、粉末成型或压塑成型。 分散型树脂或糊树脂通常只采用糊料涂布成型，用于织物的涂布和生产地板革。 糊树脂也可以用于搪塑成型、滚塑成型、蘸塑成型和热喷成型。 发达国家 PVC树脂的消费结构中主要是硬制品，美国和西欧硬质品占大约 2/3的比例，日本占 55％；硬质品中主要是管材和型材，占大约 70～ 80%。 PVC 软制品市场大约占全部 PVC 市场的 30％，软制品主要包括织物的压延和涂层、电线电缆、薄膜片材、地面材料等。 硬质品 PVC树脂近年来增长比软制品快。 济源职业技术学院毕业设计（论文） 8 第 二 章 聚氯乙烯生产工艺 原 料乙炔的制备 乙炔概述 HC≡CH 纯品为无色略带芳香气味的气体，工业品（俗称电石气）则具轻微大蒜臭。 常压下不能液化，升华点 ℃。 易燃、易爆。 是有机合成工业的重要原料，也是有特定用途的优质高热值燃料。 生产方法 工业上有许多种生产乙炔的方法，按原料来源可分为两大 类： 碳化钙法 又名电石法，是最古老且迄今仍在工业上普遍应用的乙炔生产方法。 它是使电石与水在乙炔发生器中作用而制得乙炔： CaC2 +2H2O→ Ca (OH)2+C2H2电石（含碳化钙 80％）可得乙炔约 310l（常温、常压）。 工业上应用的乙炔发生器分干式和湿式两种。 由于反应放热大，乙炔发生器结构的设计应能使反应热迅速移出，并防止局部过热与超温超压；电石分解应尽量完全 ,并避免乙炔在 150℃ 以上发生聚合等副反应。 小型发生器多用湿式 ,用水量为化学计量值的若干倍（ 1kg 碳化钙加水 8～ 20kg） ,排出稀石灰乳同时 移出反应热。 大型装置多用干式发生器，类型甚多。 较多的为卧式螺旋推进型或立式塔板型。 干式发生器用水量大大减少（约与所用碳化钙等重），排出的石灰渣含水 ≤4 ％ ,污染大为减轻，有些工厂也用大型的湿式发生器 ,操作较安全 ,但稀石灰灰浆的处理较麻烦。 电石为固体物料 ,运输方便，制得乙炔浓度很高 ,只需简单精制即可使用。 故碳化钙法应用比较普遍，既可大规模生产，也可少量发生以用于焊接或切割。 但生产电石能耗太高，发展受到限制。 碳化钙法乙炔浓度为 96～ ％，含有硫化物、磷化氢、砷化氢、氨和乙炔衍生物等杂质，此等物质能使催化 剂中毒或腐蚀金属，在作为化工原料使用前常用稀硫酸、次氯酸钠溶液（氯通入稀氢氧化钠溶液）分别洗涤净化。 少量的乙炔也可用干法净化，采用重铬酸盐净化剂、三氯化铁净化剂均可达到净化要求。 烃类热裂解法 从天然气、轻油、原油等烃类经高温裂解都可得到乙炔。 从乙济源职业技术学院毕业设计（论文） 9 炔与低碳烷烃的生成自由焓与温度的关系曲线可见在高温 (930～ 1230℃ )下始能从烃类制得乙炔；其次，从反应 CaC2 +2H2O→ Ca (OH)2+C2H2377kJ 可见生成乙炔需要大量热能；另外 ,从热力学观点看 ,所有不饱和烃中乙炔在高温下最容易分解成碳和氢。 这就 要求工业上必须迅速给物料供热以达到高温 (930℃ )，原料或反应产物在高温反应区停留时间要非常短，乙炔分压要低，裂解气需急冷。 工业上已开发了很多种生产方法。 其主要区别是高温热能的产生与传导方式不同，可大致分为直接传热的外热法、部分原料燃烧的自供热法、通过热载体间接传热的外热法。 目前，工业生产使用的方法主要是电弧法和部分氧化法。 生产方法 （ 1）： 电石制备： CaO+3C→ CaC2+CO↑ （ 2） 乙炔制备： ① 主反应 CaC2+2H2O→ Ca(OH)2+C2H2 ② 副反应 CaO+H2O→ Ca(OH)2 CaS+2H2O→ Ca(OH)2 +H2S Ca3P2+6H2O→ 3Ca(OH)2+2PH3 Ca3N2+6H2O→ 3Ca (OH)2+2NH3 Ca2Si+4H2O→ 3Ca(OH)2+SiH4 Ca3As2+6H2O→ 3Ca(OH)2 +2AsH3 从上述反应可以看出在生成乙炔的同时还存在喜多杂质气体。 这种含有众多杂质气体的乙炔称为粗乙炔，用粗乙炔生产氯乙烯不适宜，容易造成合成工段触媒中毒，还会影响氯乙烯质量，为此必须进行清净处理。 常用的清净剂是次氯酸钠 ，利用次氯酸钠的氧化性，将粗乙炔中的硫化氢、磷化氢等杂质气体氧化呈酸性物质而除去。 其反应方程式如下： 济源职业技术学院毕业设计（论文） 10 4NaClO+H2S→ H2SO4+4NaCl 4NaClO+PH3→ H3PO4+4NaCl 4NaClO+SiH4→ SiO2+2H2O+4NaCl 4NaClO+AsH3→ H3AsO3+4NaCl 上述清净化应可以看出清净过程称重产生了酸性物质，需用 NaOH 中和。 （ 1） CH4 → C2H2+3H2 （ 2） CH4+2O2→ CO2 +2H2O 上面两个反应方程式构成甲烷氧化裂解 过程，与此同时还发生如下几种反应 ： （ 1） 甲烷不完全氧化反应 : CH4+1/2O2 → CO+2H2 （ 2） 一氧化碳变换反应： CO+H2O→ CO2+H2 （ 3） 乙炔分解反应： C2H2→ 2C+H2 工艺路线的选择 电石法是生产乙炔较为古老的方法。 这种方法耗电量大、成本高、但技术成熟、乙炔含量较高、生产工艺流程简单、应用较为普遍，随着石油工业的飞速发展，以天然气为原料通过裂解生产乙炔已成为主要方法，这种方法生产成本较低，同时还副产有用的副产物。 但在石油资源贫乏而水 资源丰富的地区，一旦水电资源得到充分开发，电价大幅度降低。 此电石乙炔路线可以与石油乙烯路线竞争。 这就是电石乙炔厂家赖以生存的原因。 从长远分析地球的石油资源有限，而水电资源是大量的，因此，乙炔路线还是有一定的生命力。 反应原理 CaO+3C→ CaC2+CO2 CaC2+H2O→ Ca(OH)2+C2H2 工艺条件 粒度 电石粒度不宜过小，否则水解速度太快，是反应放出的热量不能及时移走易发生局部过热而引起乙炔分解和热聚，进而使温度剧升而发生爆炸。 粒度过大，则水解反应缓慢发生器底部间 歇排出渣浆中容易夹带未水解的电石。 造成电石额定济源职业技术学院毕业设计（论文） 11 消耗上升。 因此，根据目前发生器结构及电石破碎损耗等因素考虑。 粒度控制在80mm 以下，对于 4～ 5 层挡板可选用 80mm 以下，对于 2～ 3 层挡板者宜选用 50mm以下。 温度对于电石水解反应的速度的影响是显著的，相同粒度下测定温度在 2～80℃范围内的影响关系，发现在 50℃以下每升高 1℃使水解速度加快 1%；而在 ～35℃以下的寒冷地区，电石在盐水中的反应速度是非常缓慢的。 理论上，每吨电石水解需要 吨的水，在绝热反应下，水解反应会使系统温度剧升到几百度以上。 因此在湿式发生器中，都采用过量水移出反应热，并稀释副产的氢氧化钙以利益管道排放。 总加水量与电石投料量之比即称作水比。 因此，在湿式反应器中温度和水比是相对应的，工业生产上就是借减少加水量来提高反应温度。 反应温度越高则乙炔总损失越少，而发生器排出的电石渣浆含固量也相应上升。 过高反应温度将导致排渣困难，另外，粗乙炔气中水真气含量相应增加，冷却负荷加大，以及从安全等方面考虑，不宜使反应温度控制过高，一般根据已有生产经验以 80～ 90℃为宜。 工艺流程图 乙炔工艺流程 见图 21 流程简述 生岗位 加料贮斗 1 里面的电石经底部的螺旋加料器加入发生器 2 电石遇到发生器里大量的水迅速分解，产生的乙炔气从发生器顶部溢出电石分解时放出大量的热，借不断往发生器里加入新鲜水来维持温度并 补充消耗的水分。 电石分解后的稀电石渣浆从溢流管 4不断流出，浓渣浆 由发生器底部排渣阀门间断排出。 由发生器顶部逸出的乙炔气经正水封 5至冷却塔 7进入清净系统。 冷却后的乙炔气进入清净塔 8 与次氯 酸钠接触以除硫磷等杂质，然后进入中和塔 9被碱中和。 经中和的乙炔 少量入气柜⑾大部分经水封 10 后水环式压缩机 12。 压缩后的乙炔气经气液 分离器 13 后至列管式冷却器 14 初步除水，再 进入四个共串的干燥塔 15 脱水，是含水量小于 %后送出进行氯乙烯合成。 济源职业技术学院毕业设计（论文） 12 图 2－ 1 乙炔工艺流程图 1－ 电石贮槽； 2－ 发生器； 3－ 高位槽； 4－ 溢流管； 5－ 正水封； 6－ 逆水封； 7— 冷却器； 8— 清净塔； 9— 中和塔； 10— 水封； 11— 气柜； 12— 水环式压缩机；。