1、- i -年产 30 万吨 PVC 聚合工段的工艺初步设计说明书摘 要本设计是年产 30 万吨 PVC 聚合合成工段的初步工艺设计，根据株洲化工集团现场实习有关资料及有关文献，完成了物料衡算、热量衡算、主要设备和管道的设计及选型。此设计有说明书一份、图纸四张。说明书内容：1PVC 和 VC 的发展及发展趋势。2合成工段的生产原理、流程。3物料衡算、热量衡算。4主要设备的设计和选型5主要管道的设计及选型。6三废处理安全与防火技术。图纸：1带控制点的物料流程图。2车间平面布置图。3主要设备的装配图。4厂区平面图关键词：合成、PVC、VC、设计。- ii -The Preliminary Desig
2、n about the Synthesis Construction Section of PVC 200000 tons per yearAbstractThe primary design for synthesis construction section of PVC 300000 tons per year was complete according to the information of Zhuzhou Chemical Industry Group scene practice and its relative dates. The equilibrium of mater
3、ial and equilibrium of heat quantity were calculated and the main equipments and pipelines were chosen. The design included a instruction booklet and four diagrams.The main contention of the instruction booklet included: 1 the development history and trendency of producing PVC and VC, 2 the producti
4、on principle and process of synthesis construction section, 3 the calculation of the balance of material and calculation of heat quantity, 4 the design and choice about the main equipments. 5 the design and choice about the main pipelines, 6 the disposal of three wastes processing security and fire
5、protection technology.The diagrams comprised of 1 the technique flow chart with controlled point, 2 the factory floor-plan diagram,3 the main equipment installing picture and the Site planKey Words: synthesis、PVC、VC、design.- iii -前言本设计是根据设计任务书的要求，以株州化工集团的 PVC 生产工艺流程为参考并通过查阅相关的化工生产设计资料对年产 30 万吨 PVC 的
6、氯乙烯聚合合成工段进行了初步的设计。本设计针对 PVC 生产工艺在国内外的发展状况、工艺选择、产品性质、工艺流程及合成原理，相关的物料性质、物料衡算、能量衡算、设备选型、管道设计、经济分析以及尾气和三废的处理作了较为详细的阐述，以理论设计为基础，查阅了大量资料和书籍，力求与实际符合。在此次的设计过程当中，自始至终都得到了曾祥成老师的耐心指导和同组同学的热心帮助，在此表示衷心的感谢。由于经验不足，水平有限，设计中难免存在纰漏和不足之处，敬请各位老师和同学批评指正。谢谢！- iv -目 录 中 文 摘 要 .i英 文 摘 要 .ii前言 .iii一、pvc 概括 .11 pvc 简介 .12 pv
7、c 性质 .23 我国 pvc 生产消费现状 .34 建设一个 30 万吨/年规模的 pvc 厂的可行性 .4二、pvc 产品及原辅材料说明 .41 电石 .42 氯化氢 .63 氯乙烯 .64 去离子水 .75 分散剂 .76 引发剂 .77 其它助剂 .7三、工艺路线的选择和介绍 .81 工艺路线的选择 .82 工艺流程介绍 .9四、物料衡算 .121 合成段计算 .12- v -2 聚合段计算 .21五、热量衡算 .251 衡算方法 .252 计算 .26六、主要设备的设计和选型 .341 合成车间的设备计算 .342 聚合车间的设备计算 .38七、主要管道管径计算和选型 .481 合成
8、段 .482 循环水管 .513 聚合段 .51八、经济分析 .531 基本计算 .532 产品成本及部分厂家的成品价格 .54九、三废的产生及处理 .551 氯化汞触媒的产生中毒机理及处理 .552 尾排氯乙烯外逸的产生中毒机理及处理 .553 废水的处理 .564 其它三废的处理 .58X 结论 .58参考文献 .59- 1 -第一章 概 论1.1 PVC 简介1.1.1 PVC 的 发 展 史聚氯乙烯（Polyvinylchloride，PVC）是一种无毒、无臭的白色粉末。主要成份为聚氯乙烯聚氢乙烯，是由氯乙烯（Vinyl Chloride）单体聚合而成的热塑性高聚物，其分子结构式：（C
9、H 2-CH-）n，其中 n 为聚合度。PVC 为无定形聚合物，含结晶度 5%10%的微晶体，熔点为 175，目前商品化的 PVC 树脂的平均相对分子质量范围在 1.91055.010 6之间，国产通用型悬浮PVCSG1SG8 型平均相对分子质量则在 4105110 6之间。早在 1835 年，法国人 Regnauk n 就发现了氯乙烯（vinyl chloride） ，1838年观察到其在光作用下能形成无定形粉状高聚物。直到 19121913 年，德国化学家 F.Klate 和 E.Zacharia 才发现了氯乙烯和聚氯乙烯(polyvinyl chloride,简称 PVC)的工业生产方法
10、，较大规模的乳液聚合则到 1935 年才由 Bitterfeld实现。1940 年，美国的古德里奇公司创建了悬浮聚合，从此以后，聚乙烯工业开始发展，1940 年全世界产量为 1.1 万吨，1950 年为 22 万吨，1960 年达 145万吨，1970 年为 600 万吨，1980 年 1000 万吨，1990 年为 1500 万吨，近期估计在 2800 万吨左右。我国聚氯乙烯工业起步于 20 世纪 50 年代末，第一套聚氯乙烯装置在锦西化工厂于 1958 年建成投产，生产能力在 3000 吨年。1959 年，国内建成 4 个生产能力 6000 吨年的聚氯乙烯厂，即北京化工二厂、上海天原化工厂
11、、天津化工厂、天津大沽化工厂，1970 年国内聚氯乙烯树脂厂增加到 20 家，但规模都叫小，1978 年从日本东洋工程公司引进了两套 20 万吨年聚氯乙烯厂，分别在齐鲁石化公司和上海吴泾建厂。进入 20 世纪 90 年代北京化工二厂、上海氯碱、天津大沽化工厂、锦西化工厂等纷纷改进，生产能力提高很大。1.1.2 PVC 的 分 类 及 用 途PVC 可分为软 PVC 和硬 PVC。其中硬 PVC 大约占市场的 2/3，软 PVC 占1/3。软 PVC 一般用于地板、天花板以及皮革的表层，但由于软 PVC 中含有柔软剂( 这也是软 PVC 与硬 PVC 的区别) ，容易变脆,不易保存，所以其使用范
12、围受到了局限。硬 PVC 不含柔软剂，因此柔韧性好，易成型，不易脆，无毒无污染，保存时间长，因此具有很大的 开发应用价值。软质 PVC 多用来做成真空吸塑薄膜，用于各类面板的表层包装，所以又被称为装饰膜、附胶膜，应用于建材、包装、医药电线电缆 、薄膜和片材、传送带、日用品（鞋、玩具、门帘、- 2 -密封条）人造革及箱包等诸多行业。其中建材行业占的比重最大，为 60%，其次是包装行业，还有其他若干小范围应用的行业。硬制品主要包括各种型材、管材、硬片、瓶类、汽车配件、异型材等PVC 材 料 用 途 极 广 ， 主 要 用 于 制 作 ： pvc 卡 片 ； pvc 贴 牌 ； pvc 铁 丝 ；p
13、vc 窗 帘 ； pvc 涂 塑 电 焊 网 ； pvc 发 泡 板 、 pvc 吊 顶 、 pvc 水 管 、 pvc 踢 脚线 等 以 及 穿 线 管 、 电 缆 绝 缘 、 塑 料 门 窗 、 塑 料 袋 等 方 面 。 在 我 们 的 日 常 生活 领 域 中 处 处 可 见 到 PVC 产 品 。 PVC 被 用 来 制 作 各 种 仿 皮 革 ， 用 于 行 李 包 ，运 动 制 品 ， 如 篮 球 、 足 球 和 橄 榄 球 等 。1.2 PVC 的性质1.2.1 物 理 性 质（1） 外观 聚氯乙烯树脂尾白色粉末微粒，但工业产品夹带分解产物或机械杂质，使树脂发黄或有黑色的杂质，
14、统称为黑黄点。（2） 密度和表观密度 PVC 平均密度为 1.4gcm 3,实际上它很分散。密度分布窄的，其结构不均匀，易被增塑剂或其他液态助剂渗透；密度分布宽的，树脂有的使开孔的，有的则使不能渗透的孔，影响增塑剂等的吸收和渗透。（3） 水分 PVC 是极性聚合物，因而有一定的吸水性。水分影响过筛，水分可使成型时产生气泡而影响产品质量。通常要求在 0.1%-0.3%。（4） 机械性质 PVC 抗冲击强度很高，常温下可达到 10MPa.（5） 溶解性质 可溶于氯化苯、二氯乙烷、酯类等，不溶于水、汽油、酒精、氯乙烯中。1.2.2 化学性质（1） 化学稳定性 化学稳定性很高，除若干有机溶剂外，常温下
15、可耐任何浓度的盐酸、90%以下的硫酸、50%60%的硝酸及 20%以下的烧碱。这是由于PVC 分子沿主链存在有许多极性键，大分子与大分子之间的结合力强，可以耐酸、碱和非极性溶剂的作用，因此，耐化学腐蚀性能优良。（2） 热性能 通常的 PVC 玻璃化温度 Tg 在 7580，结晶 PVC 的熔点为 175，因而通常加工温度在 160220。PVC 加热到 130以上时变为皮革状，呈现弹性，长期加热则分解脱出氯化氢，同时使 PVC 变色。随着温度的升高，树脂由白色变为淡黄色深黄色棕色黑色。在 200以上开始分解并失去化学稳定性与优良的物理性质。聚氯乙烯只是在火焰上才能燃烧并分解，放出氯化氢，离开火
16、焰立即熄灭。（3）光性能 纯聚氯乙烯在紫外线单色光的照射下显示蓝绿荧光色，在长期光线照射下发生老化并使之色泽变暗。- 3 -（4） 电性能 PVC 具有特别好的介电性能，使属于介电功耗最小的材料之一，它对于交流电和直流电的绝缘能力可与硬橡胶媲美。PVC 的介电性能与温度有关，温度升高，介电性能变差。1.3 我 国 PVC 生 产 消 费 现 状1.3.1 生 产 现 状近 年 来 ， 中 国 聚 氯 乙 烯 （ PVC） 发 展 速 度 惊 人 ， 市 场 需 求 将 呈 现 迅 猛 增长 的 态 势 ， 特 别 是 在 建 材 方 面 ， 近 年 来 正 处 于 高 速 增 长 期 ， 随
17、着 中 国 市 场国 际 化 的 步 伐 加 大 ， 聚 氯 乙 烯 树 脂 包 装 材 料 和 管 材 在 水 泥 、 化 肥 、 粮 食 、 食品 、 饮 料 、 药 品 、 洗 涤 剂 、 化 妆 品 等 领 域 都 将 有 广 阔 的 发 展 空 间 ， 其 需 求 量相 应 大 幅 度 增 长 ； 另 外 ， 汽 车 、 通 讯 、 交 通 领 域 对 聚 氯 乙 烯 树 脂 的 需 求 也 呈高 速 增 长 ， 中 国 聚 氯 乙 烯 树 脂 工 业 仍 有 较 大 的 发 展 空 间 。 因 此 新 建 、 扩 建项 目 纷 纷 上 马 ， 产 能 迅 速 扩 大 ， 产 量 大
18、 幅 提 高 。 1997-2006 年 ， 中 国 PVC产 能 、 产 量 年 均 增 长 率 分 别 高 达 22.2%和 20.0%。 2006 年 全 国 聚 氯 乙 烯 树酯 累 计 产 量 为 823.86 万 吨 ； 2007 年 全 国 聚 氯 乙 烯 树 酯 累 计 产 量 达 到971.67 万 吨 ； 由 于 受 世 界 金 融 危 机 及 原 材 料 等 因 素 的 影 响 ， 国 内 消 费 市 场的 疲 软 ， 2008 年 全 国 聚 氯 乙 烯 树 酯 累 计 产 量 为 881.6 万 吨 ， 同 比 下 降9.27%， 装 置 开 工 率 仅 为 57.8
19、%。 2009 年 有 所 回 升 。1.3.2 消 费 现 状20 世纪 90 年代中期以来, 随着我国城镇化基础建设、包装材料、电子电器制品等方面的快速发展，国内 PVC 的需求增长迅速,成为全球 PVC 消费增长最快的国家,高速增长的消费市场引发了 PVC 的生产投资热潮。特别是 2000 年以来,受国家加大基础建设投资、扩大内需、启动居民住房消费市场等宏观政策影响,市场对管材、型材和化学建材等硬制品存在着强劲的需求,极大地推动PVC 树脂工业及其加工业的发展。2004 年人均消费量 3 kg 左右, 2007 年达到 7 kg 左右,而发达国家年人均消费量则接近 20 kg,国内 PV
20、C 消费市场发展潜力巨大。从 2005 年开始国内 PVC 产量和需求量已经超过美国,从而成为世界最大PVC 消费国和生产国。自 1996 到 2007 年 12 年翻了 4 番,远远高于国内同期的GDP 增长率，与此同时，由于产能和产量的大幅度增长，净进口量大幅度减少，自给率不断增加。2001 年我国 PVC 树脂的表观消费量只有 534.40 万吨，2005年达到约 820.05 万吨，2006 年进一步增加到约 918.09 万吨，同比增长约11.9，2001-2006 年表观消费量的年均增长率约为 11. 4 。2007 年的表观消费量达到 1026.76 万吨，同比增长约 11。8。
21、产品自给率相应从 2001 年的54.6增加到 2005 年 81.5,2006 年的 89.7，2007 年的 94.6，2008 年受- 4 -国际金融危机的影响，表观消费量急剧下降。2009 年，在国家 4 万亿经济投入刺激下，国家加大基础设施建设，PVC 消费量有所回升。目前，我国 PVC 消费主要集中在华南和华东地区，广东、浙江、福建、山东和江苏等省份的消费合计约占全国总消费量的 70%，其中，广东和福建省市场需求量最大，但产能不足，进口 PVC 所占比例较高；华东地区的江苏、山东和浙江省 PVC 加工工业比较发达， 三省的消费量约占国内总消费量的 34%；华北地区产销基本平衡。今后
22、，随着中西部地区开发力度的加强以及大规模基础设施的兴建，中西部PVC 的消费量将会逐渐增加。我国 PVC 树脂的消费主要分为两大类，一是软制品，约占总消费量的 37%，主要包括电线电缆、各种用途的膜（根据厚度不同可分为压延膜、防水卷材、可折叠门等）、铺地材料、织物涂层、人造革、各类软管、手套、玩具、塑料鞋以及一些专用涂料和密封件等。二是硬制品，约占总消费量的 63%，主要包括各种型材、管材、板材、硬片和瓶等。预计今后几年，我国 PVC 树脂的需求量将以年均约 7%的速度增长，到 2012 年总消费量将达到约 1350 万 t，其中，硬制品的年均增长速度将达到约 7%，而在硬制品中，异型材和管材
23、的发展速度增长最快， 年均增长率将达到约 10%。未来我国 PVC 树脂消费将继续以硬制品为主要发展方向。1.4 建设一个 30 万吨/年规模 PVC 厂的可行性对以上可能影响我国 PVC 行业发展的因素及其生产消费现状和发展前景，在今后的发展中，一方面要严格控制无市场竞争力的项目建设，按国家产业政策、环保等有关规定关停和按市场运行规律自然淘汰一些能耗高、工艺路线落后、污染大、成本高的小型 PVC 生产装置，一方面也应鼓励在资源合理配置的基础上实行跨行业和部门的合作，同时加快我国大型 PVC 项目的建设努力提高我国现有生产装置规模和产品市场竞争力。虽然 2008 年受世界金融危机的影响，整个
24、PVC 行业受到很大冲击，但随着国家基础设施的大力建设和全球经济的回升，对 PVC 的需求量越来越大，整体 PVC 行业会迎来一个快速发展的道路，为了更好的抓住机遇，因此建设一个 20 万吨年规模的 PVC 生产装置既响应国家的相关规定，有符合市场的需要，生产能力和竞争力都非常稳定、灵活，非常具有可行性。第二章 PVC 原辅材料说明2.1 电石电石是由碳和氧化钙（生石灰）在电阻电弧炉内于高温条件下化合而成的，所以它的化学名叫碳化钙，分子式 ，分子量 64.10kg/mol。2aC- 5 -2.1.1 性质（1）化学纯的碳化钙几乎是无色透明的结晶体，通常所说的电石是指工业碳化钙，即除了含有大部分
25、碳化钙外，还有少部分杂质。工业用电石的颜色则随所含的碳化钙纯度不同而不同，有呈灰色，棕黄色或黑色。（2）18时的比重为 2.22，电石比重随着 含量的减少而增加。2aC（3）不溶于所有有机溶剂中，熔点 2300（纯电石） ，含 80%时熔2a点为 2000。（4）电石与水作用生成乙炔和氢氧化钙。2.1.2 规格大多数企业电石具有以下的组成：（重量）75%83%2aC7%14%O0.4%3%SiO2、Fe-Si、SiC 0.6%3%Fe2O3 0.2%3%CaS 0.2%2%CaSO4 0.2%0.4%CaCN2 0.2%1%Al、Al 4C3、Al 2O3 1.5%4%MgO、Ca、Ca 3N2、Ca 3P2、Ca 3As2 少量2.1.3 电石的标准原料电石的技术条件、检验规则、检验方法和包装等都必须负荷国家标准GB 106652004 的要求。（1）技术要求 国家标准有关技术条件见表 3.1 表 2.1 电石国家标准的技术条件指标项目 优等品 一等品 合格品发气量（20、101.3kpa/）/(L/kg) 300 280 260
