1、 题 目： 年产 12 万吨聚氯乙烯的合成工艺设计 学 院： 化学与材料工程 专 业： 高分子材料与工程 姓 名： 学 号： 10 指导老师： 完成时间： 2014 年 5 月 20 日 河南城建学院毕业设计 设计说明 I 设计说明 聚氯乙烯 (PVC)是国内外高速发展的合成材料中 5 大热塑性合成树脂之一，以其价廉物美的特点，占合成树脂消费量的 29%左右，仅次于聚乙烯 (PE)，居第二位。它具有优良的耐化学腐蚀性、电绝缘性、阴燃性、物理及机械性能、抗化学药品性能、质轻、强度高且易加工、成本低等特点。 本设计是年产 12 万吨聚氯乙烯 (PVC)的合成 工艺， 确定了聚 氯乙烯的 聚合工 艺
2、为悬浮 聚合生 产工艺，采用容积为 70m3，塔高为 5000mm，塔径为 4000mm 的反应釜。在确定聚氯乙烯生产工艺的基础上进行了物料衡算，热量衡算及设备选型。工艺 设计不仅 提高了产品质量和生产效益，而且使生产过程更加环保科学化。 绘制了相应的设计图纸，包括工艺流程图、物料衡算图、主装备图 等。 关键词 ： 聚氯乙烯 (PVC)，悬浮聚合，物料衡算，热量衡算，聚合釜 河南城建学院本科毕业设计 设计说明 II Design specification Polyvinyl chloride (PVC) is the rapid development of synthetic materi
3、als at home and abroad in one of the five major thermoplastic synthetic resin, with its superior quality and competitive price, the characteristics of synthetic resin consumption accounted for about 29%, second only to polyethylene (PE), second.It has excellent resistance to chemical corrosion resis
4、tance, electrical insulation, smoldering, physical and mechanical properties, chemical resistance, light weight, high strength and easy processing, low cost, etc.The design is an annual output of 120000 tons of polyvinyl chloride (PVC) synthesis process, the production process of polymerization proc
5、ess of polyvinyl chloride for suspension. the volume is 70m3, height is 5000mm, the diameter of the column for 4000mm reactor.In determining the PVC production technology on the basis of material balance, heat balance and the equipment selection.Process design not only improves the product quality a
6、nd production efficiency, but also make the production process more environmental science. Draw the corresponding drawings, including the process flow diagram, material balance diagram and main equipment figure, etc. KEY WORDS: PVC， Suspension polymerization， Material balance， Heat balance，Polymeriz
7、ing pot 河南城建学院毕业设计 目录 i 目 录 设计说明 . I Design specification. II 1 总论 .1 1.1 概述 .1 1.1.1 意义与作用 .1 1.1.2 国内外的现状及发展前景 .1 1.1.3 产品性质与特点 .1 1.1.4 聚氯乙烯的主要用途 .2 1.1.5 产品的生产方法概述 .3 1.2 厂址选择 .3 1.3 设计规模及原料与产品规格 .5 1.3.1 设计规模 .5 1.3.2 主要原料规格及技术指标 .5 1.3.3 产品规格 .5 2 工艺设计与计算 .7 2.1 工艺原理 .7 2.2 工艺条件影响因素 .7 2.3 工艺路
8、线的选择 .9 2.3.1 工艺路线选择原则 .9 2.3.2 聚氯乙烯悬浮法具体工艺路线 .9 2.3.3 工艺流程示意图 .10 2.4 工艺配方和工艺参数 . 11 2.4.1 工艺配方 . 11 2.4.2 工艺参数 . 11 2.5 物料衡算 .12 2.5.1 聚合釜 .12 2.5.2 混料 槽 .14 2.5.3 汽提塔 .15 2.5.4 离心机 .17 2.5.5 旋风 干燥器 .18 2.5.6 包装 .19 2.6 热量衡算 .20 2.6.1 聚合釜的热量计算 .20 河南城建学院毕业设计 目录 ii 2.7 设备的计算及选型 .23 2.7.1 聚合釜 .23 2.
9、7.2 混料槽 .26 2.7.3 汽提塔 .27 2.7.4 离心机 .27 2.7.5 泵、鼓风机、过滤器 .28 3 设计结果 .30 参考文献 .31 主要符号说明 .33 致谢 31 河南城建学院毕业设计 总论 1 1 总论 1.1 概述 1.1.1 意义与作用 聚氯乙烯（ PVC）是国内外高速发展的合成材料中 5大热塑性合成树脂之一，以其价廉物美的特点，占合成树脂消费量的 29%左右，仅次于聚乙烯（ PE），居第二位。由于它具有优良的耐化学腐蚀性、电绝缘性、阴燃性、物理及机械性能、抗化学药品性能、质轻、强度高且易加工、成本低，可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加
10、工，是一种能耗少、生产成本低的产品。因而聚氯乙烯（ PVC）制品广泛用于工业、农业、建筑、电子电气、交通运输、电力、电讯和包装及人们生活中的各个领域。 聚氯乙烯（ PVC）硬质制品可代替金属制成各种工业行材、门窗、管道、阀门绝缘板及防腐材料等，还可以做收音机、电话、电视机、蓄电池外壳及家具、玩具等。其轻质品可制成薄膜 1用以制作雨披、台布、包装材料以及农膜，还可制成人造革、电线、电缆等的绝缘层。 因此聚氯乙烯具有广泛的应用前景，所以聚氯乙烯的合成工艺需要进行深入的研究。由于电石法聚氯乙烯生产技术是一种传统工艺，从 HCl 气体合成、 C2H2的生成、脱水，混合、预热到 催化转化，工艺和设计都没
11、什么改进。本设计目的在于添加了氯乙烯气相脱水工艺，根据既定的工艺路线和工艺条件，采用相关的单元过程及单元操作，设计出优化的工艺流程并根据工艺条件选择出合适的设备，以达到提高产品质量和生产效益的要求。 本课题对传统电石法聚氯乙烯的设计进行改进，不仅提高了生产效率，提高了氯乙烯单体的产量和质量，延长了设备的使用寿命，减少物料的损失，而且使生产过程中更加环保科学化。 1.1.2 国内外的现状及发展前景 聚氯乙烯（ PVC）广泛应用于工业、农业、建筑、交通运输、电力电讯和包装等各领域。 2006 年 我国 PVC 生产能力约为 972 万吨，产量为 920 万吨，净进口量达 151 万吨，消费年增长率
12、在 9.5左右。随着节水灌溉、建筑化学建材、包装、电子电气、汽车等下游行业对 PVC需求的快速增长，未来几年我国对聚氯乙烯 (PVC)的需求仍将保持较高的增长速度。 2007 年全球 PVC 消费量约为 3100 万吨，预计到2020 年我国 PVC 树脂的需求量将达到 2160 万吨。预计到 20202年全球 PVC 的需求量将达到 4600 万吨。 1.1.3 产品性质与特点 中文名称： 聚氯乙烯 河南城建学院毕业设计 总论 2 英文名称： Polyvinyl chloride polymer 简称： PVC 玻璃转变温度 : 87 熔点 : 212 导热率 ( ): 0.16 W/m K
13、 热容 (c): 0.9 kJ/(kg K) 吸水率 : 0.04-0.4% 聚氯乙稀是一种无毒、无臭的白色粉末。电绝缘性优良，一般不会燃烧，在火焰上能燃烧并放出 HCl，但离开火焰即自熄，是一种“自熄性”、“难燃性”物质。主要用于生产透明片 3、管件、金卡、输血器材、软、硬管、板材、门窗 、异型材、薄膜、电绝缘材料、电缆护套、输血料等。 聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值为 40 以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为 90的硫酸、浓度为 60的硝酸和浓度 20的氢氧化钠） 4、机械强度及电绝缘性良好的优点。但其耐热性较差，软化点为 80，于 130开始分解变色，并析出 HCI。 聚氯乙烯由氯乙烯单
14、体通过自由基聚合而成，聚合度 n 一般在 500-20000 范围内，其分子结构式如下： n2 lC H CCH 从产品分类看， PVC 属于三大合成材料 (合成树脂、合成纤维、合成橡胶 )中的合成树脂类，其中包括五大通用树脂，聚乙烯 PE、聚氯乙烯 PVC、聚丙烯 PP、聚苯乙烯 PS、 ABS 树脂。 1.1.4 聚氯乙烯的主要用途 1.PVC 一般软制品 利用挤出机可以挤成软管、电缆、电线等；利用注射成型机配合各种模具，可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽车配件等。 2.PVC 薄膜 PVC 与添加剂混合、塑化后，利用三辊或四辊压延机制成规定厚度的透明或着色薄膜，用这种方法加工薄膜，成为
15、压延薄膜。也可以通过剪裁，热合加工包装袋 、雨衣、桌布、窗帘、充气玩具等。宽幅的透明薄膜可以供温室、塑料大棚及地膜之用。经双向拉伸的薄膜，所受热收缩的特性，可用于收缩包装。 3.PVC 涂层制品 有衬底的人造革是将 PVC 糊涂敷于布上或纸上，然后在 100 摄氏度以上塑化而成。也可以先将 PVC 与助剂压延成薄膜，再与衬底压合而成。无衬底的人造革则是直接由压延机压延成一定厚度的软制薄片，再压上花纹即可。人造革可以用河南城建学院毕业设计 总论 3 来制作皮箱、皮包、书的封面、沙发及汽车的坐垫等，还有地板革，用作建筑物的铺地材料。 4.PVC 泡沫制品 软质 PVC 混炼时，加入适量的发泡 剂做
16、成片材，经发泡成型为泡沫塑料，可作泡沫拖鞋、凉鞋、鞋垫、及防震缓冲包装材料。也可用挤出机基础成低发泡硬PVC 板材和异型材，可替代木材试用，是一种新型的建筑才材料。 5.PVC 透明片材 PVC 中加冲击改性剂和有机锡稳定剂，经混合、塑化、压延而成为透明的片材。利用热成型可以做成薄壁透明容器或用于真空吸塑包装，是优良的包装材料和装饰材料如月饼包装盒。 6. PVC 糊树脂 将 PVC 分散在液体增塑剂中，使其溶胀塑化而成增塑溶胶，通常用乳液或微悬浮树脂，还需加稳定剂、填料、着色剂等，经充分搅拌，脱气泡 后，配成 PVC糊，再用进、浸渍、浇铸或搪塑等加工成各种制品。如衣架、工具手柄、圣诞树等。
17、7.PVC 硬板和板材 PVC 中加入稳定剂、润滑剂和填料，经混炼后，用挤出机可挤出各种口径的硬管、异型管、波纹管，用作下水管、饮水管、电线套管或楼梯扶手。将压延好的薄片重叠热压，可制成各种厚度的硬质板材。板材可以切割成所需的形状，然后利用 PVC 焊条用热空气焊接成各种耐化学腐蚀的贮槽、风道及容器等。 8.PVC 其他 门窗有硬质异型材料组装而成。在有些国家已与木门窗铝窗等共同占据门窗的市场；仿木材料、代钢建材 (北 方、海边 )；中空容器。 1.1.5 产品的生产方法概述 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 500-20000 范围内，其分子结构式如下： n2 lC
18、 H CCH 聚氯乙烯按聚合方法分四大类：悬浮法聚氯乙烯，乳液法聚氯乙烯、本体法聚氯乙烯、溶液法聚氯乙烯。本实验设计采用悬浮发生产聚乙烯。悬浮法 (主要是水相悬浮法 )生产的氯化聚氯乙烯为非均质产品 ,溶解度相对于溶液法产品低，但热稳定性高，主要用于制造管材、管件、板材等 5。 1.2 厂 址选择 厂址选择是基本建设前期工作的重要组成部分，是根据国民经济建设计划和工河南城建学院毕业设计 总论 4 业布局的要求，选择和确定工厂的建设位置。一个工厂厂址选择是否合理，将对建厂速度，建设投资，对项目建成后的经济效益，社会效益和环境效益的发挥，对轻化工业的合理布局和地区经济文化的发展具有深远意义，所以厂
19、址选择是一项政策性和科学性很强的综合性工作。 厂址选择的基本原则：厂址选择必须遵守国家法律法规，贯彻执行国家方针、政策，坚持基本建设程序，符合国家长远规划及行政布局、国土开发整治规划、城镇发展规划。从全局出发，正确处理工业与农业、城市与 乡村、远期与近期以及协作配套等各种关系，并因地制宜，节约用地，不占或少占耕地及林地。 注意资源合理开发和综合利用、节约能源、节约劳动力；注意环境保护和生态平衡、保护风景和名胜古迹；同时，还要做到有利生产、方便生活、便于施工，并提供有多个可供选择的方案进行比较和评价。厂址选择的一般要求 6： 1.场地地形：要满足生产工艺流程，运输要求和留有适当的发展余地。便于排
20、除雨水，不受洪水，海潮的影响或大型水坝溃坝的威胁。 2.区域地质和工程地质：要避开地震断层及大断裂交汇区和基本烈度高于八度（不包括八度）的地震区（若 必须在地震区选厂时，应慎重选择对抗地震有利的地形）。 3.水文地质：地下水最好对建筑材料无侵蚀性或具微侵蚀性，其水位最好低于地下结构深度。 4.气象：必须考虑日照方向，方位对建筑物的排列影响 5.资源、原料、燃料及产品销售：要求资源，原料，燃料来源可靠，质量符和要求。 6.交通运输：厂址要求交通方便。 7.给水排水：厂址宜靠近水源，保证供水的可靠性，并满足对水质，水量，水温的要求、 8.动力供应：要求工业电源及其他动力来源可靠。 9.生活区：有污
21、染气体排放的工厂应位于生活区的下风方向，并与厂区有一定的防护地 带。 10.安全防护：要符合城市及区域规划，并满足人防的要求 11.施工条件：应尽可能利用当地供应的建筑材料 12.其他 如必须满足当地航空站（机场），通讯设施（广播电台，电报台）和军工工程对间隔距离和技术上的要求，并取得有关部门同意 7。厂址地下如有古墓，遗址或有地下建筑物，文物时，事先应征得文化部门的处理意见。 河南城建学院毕业设计 总论 5 1.3 设计规模及原料与产品规格 1.3.1 设计规模 本厂的设计规模为年产 12万吨 PVC，年实际工作日为 300 天。 1.3.2 主要原料规格及技术指标 用于悬浮聚合的氯乙烯单体
22、纯度在 99%以 上，其他杂质的含量 8如表 1.1 所示。 表 1.1 原辅材料规格 去离子水规格 9如表 1.2 所示。 表 1.2 去离子水的规格 序号 项目 数值 1 导电率 / 0.5 2 pH 值 7.0 3 氧含量 , 0.00001 4 硬度 0 5 SiO2, 0 6 SO3, 0.00001 7 氯 , 0 8 蒸发残留物 0 1.3.3 产品规格 产品及副产品规格 10见表 1.3。 序号 名称 含量 1 乙烯 0.0002 2 丙烯 0.0002 3 乙炔 0.0002 4 丁二烯 0.0002 5 3-丁烯 -3-炔 0 6 二氧化合物 0.0001 7 水 0.05 8 HCl 0
