1、 聚 氯 乙 烯 生 产 工 艺学 院: 材料与化工专 业: 材料科学与工程 姓 名: 刘逾 学 号： 20090413310045任课老师：陈永沈阳化工大学学士学位设计说明书 参考文献 11引言 聚氯乙烯(PVC)是 5大通用塑料之一,具有耐腐蚀、电绝缘、阻燃性和机械强度高等优异性能,广泛用于工农业及日常生活等各个领域,尤其是近年来建筑市场对PVC产品的巨大需求,使其成为具备相当竞争力的一个塑料品种。PVC主要成份为聚氯乙烯， 色泽鲜艳、耐腐蚀、牢固耐用，由于在制造过程中增加了增塑剂、抗老化剂等一些有毒辅助材料来增强其耐热性，韧性，延展性等，故其产品一般不存放食品和药品。它是当今世界上深受喜
2、爱、颇为流行并且也被广泛应用的一种合成材料。它的全球使用量在各种合成材料中高居第二。据统计，仅仅 1995年一年， PVC在欧洲的生产量就有五百万吨左右，而其消费量则为五百三十万 吨。在德国，PVC 的生产量和消费量平均为一百四十万吨。PVC 正以 4%的增长速度在全世界范围内得到生产和应用。近年来 PVC 在东南亚的增长速度尤为显著，这要归功于东南亚各国都有进行基础设施建设的迫切需求。我国聚氯乙烯工业起步于于 50年代，仅次于酚醛树脂是最早工业化生产的热塑性树脂，第一个 PVC装置于1958年在锦西化工厂建成投产，生产能力为 3000吨年。此后全国各地的 PVC装置相继建成投产，到目前为止，
3、我国有 PVC树脂生产企业 80余家，遍布全国 29个省、市、自治区，总生产能力达 220万吨年 7075万 t/a。PVC 树脂在我国塑料工业中具有举足轻重的地位，同时 PVC作为氯碱工业中最大的有机耗氯产品，对维持氯碱工业的氯碱平衡具有极其重要的作用。本设计为聚氯乙烯车间聚合工段工艺。本次设计采用了氯乙烯单体悬浮聚合工艺。介绍了 PVC的聚合工艺，建厂的有关事项及合成聚氯乙烯的流程和设备，对整个生产工艺做出了详细的叙述。沈阳化工大学学士学位设计说明书 参考文献 22目录引言第 1章 总论41.1概述41.1.1意义与作用41.1.2国内外的现状以发展前景41.1.3产品的性质与特点51.1
4、.4产品的主要用途61.1.5 产品的生产方法概述61.1.6产品的原料与规格 91.6.1主要原料规格及技术指标91.6.2产品规格10第 2章 工艺设计原理与工艺流程图说明102.1工艺原理112.2工艺条件影响因素112.3工艺路线选择132.3.1工艺路线选择原则132.3.2具体工艺路线 142.3.2工艺流程示意图 152.4工艺参数16第 3章 物料衡算物料衡算163.1物料衡算的意义与作用173.2物料衡算的方法与步骤173.3物料衡算18第 4章 热量衡算194.1能量衡算的意义与作用194.2热量衡算以所需热质的量20沈阳化工大学学士学位设计说明书 参考文献 33第 5章
5、设备选型235.1选型原则235.2关键设备选择235.2.1塔（釜）的计算235.2.2塔（釜）的高度与直径的计算265.2.3塔（釜）的壁厚计算275.2.4传热元件的计算285.2.5搅拌器的选择295.3其他设备的选择34第 6章 车间布置设计的原则346.1车间布置设计的原则356.1.1车间设备布置的原则356.1.2车间设备平面布置的原则356.1.3车间设备立面布置的原则356.2车间设备布置366.2.1车间设备平面布置366.2.2车间设备立面布置36第 7章 环 境 保 护 与 安 全 措 施 367.1厂 内 的 防 火 防 爆 措 施 367.2 车 间 照 明 及
6、采 暖 措 施 377.3防 静 电，防 雷 措 施 377.4三 废 处 理 情 况 38参考文献39沈阳化工大学学士学位设计说明书 参考文献 44第 1 章 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）制品广泛用二工业、
7、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 1。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
8、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 2010年我国 PVC树脂的需求量将达 1100万吨，2020 年将达到 2160万吨。预计到 2010年全球 PVC的需求量将达到 3490万吨，2020 年将达到 4600万吨。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 2。1.1.3 产品性质与特点沈阳化工大学学士学位设计说明书 参考文献 55中 文 名 称 ： 聚 氯 乙 烯英 文 名 称 ： Polyvinyl chloride po
9、lymer 简 称 ： PVC玻 璃 转 变 温 度 : 87 熔 点 : 212导 热 率 ( ): 0.16 W/mK 热 膨 胀 系 数 ( ): 810-5 /K 热 容 (c): 0.9 kJ/(kgK) 吸 水 率 (ASTM): 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、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 3。聚 氯 乙 稀 具 有 阻 燃 （ 阻 燃 值 为 40 以 上 ） 、
10、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 ） 、 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 HCI3。 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 50020000范围内，其分子结构式如下：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
11、 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。沈阳化工大学学士学位设计说明书 参考文献 662.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
12、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
13、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。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，然后利用沈阳化工大学学士学位设计说明书 参考文献 77PVC焊条用热空气焊接成各种耐化
14、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 4。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：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。1.5.1 本体法聚合生产工艺本体聚合生
15、产工艺，其主要特点是反应过程中不需要加水和分散剂。聚合分 2 步进行，第 1 步在预聚釜中加人定量的 VCM 单体、引发剂和添加剂，经加热后在强搅拌(相对第 2 步聚合过程)的作用下，釜内保持恒定的压力和温度进行预聚合。当 VCM 的转化率达到 8%-12%停止反应，将生成的“种子”送人聚合釜内进行第 2 步反应。聚合釜在接收到预聚合的“种子” 后，再加人一定量的 VCM 单体、添加剂和引发剂，在这些“种子”的基础上继续聚合，使“种子”逐渐长大到一定的程度，在低速搅拌的作用下，保持恒定压力进行聚合反应。当反应转化率达到 60%一85%(根据配方而定)时终止反应，并在聚合釜中脱气、回收未反应的单
16、体，而后在釜内汽提，进一步脱除残留在 PVC 粉料中的 VCM，最后经风送系统将釜内 PVC 粉料送往分级、均化和包装工序。1.5.2 乳液聚合生产工艺氯乙烯乳液聚合方法的最终产品为制造聚氯乙烯增塑糊所用的的聚氯乙烯糊树脂（E-PVC ） ，工业生产分两个阶段：第一阶段氯乙烯单体经乳液聚合反应生成沈阳化工大学学士学位设计说明书 参考文献 88聚氯乙烯胶乳，它是直径 0.13 微米聚氯乙烯初级粒子在水中的悬浮乳状液。第二阶段将聚氯乙烯胶乳，经喷雾干燥得到产品聚氯乙烯糊树脂，它是初级粒子聚集而成得的直径为 1100 微米，主要是 2040 微米的聚氯乙烯次级粒子。这种次级粒子与增塑剂混合后，经剪切
17、作用崩解为直径更小的颗粒而形成不沉降的聚氯乙烯增塑糊，工业上称之为聚氯乙烯糊。1.5.3 悬浮聚合生产工艺因采用悬浮法 PVC 生产技术易于调节品种，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 4570之间。使用低温聚合时(如 4245), 可生产高分子质
18、量的聚氯乙烯树脂；使用高温聚合时(一般在 6271)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：在
19、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,
20、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、开发沈阳化工大学学士学位设计说明书 参考文献 99新的应用领域的重要手段81.4 原料与产品规格1.4.1 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 1-3 所示 。表 1-3 原辅材料规格序号 名称 含量1 乙 烯 0.00022 丙 烯 0.00023 乙 炔 0.00024 丁 二 烯 0.00025 -丁 烯 - -炔 06 二 氧 化 合 物 0.00017 水 0.058 HCl 0去离子水规格如表 1-4 所示。表 1-4 去离子水的规格序号 项目 数值1 导电率/ 0.52 pH值 7.03 氧含量, 0.000014 硬度 05 SiO2, 0
