1、吉林化工学院毕业设计说明书I目 录第一章 绪论 .31.1. 聚氯乙烯发展史及其地位 .31.1.1. 氯乙烯生产状况 .31.1.2. 聚氯乙烯基本性质 .61.1.3. 聚氯乙烯生产过程 .71.2. 13.5M3聚氯乙烯反应釜技术特性 .81.2.1. 聚合釜的作用，结构特点，及参数改进内容 .81.2.2. 设备的技术特性，试验，检验要求 .91.2.3. 设备安装的技术要求 .111.2.4. 试车技术要求 .111.2.5. 设备的操作要求，岗位安全要求 .111.3. 原始数据 .15第二章 釜体的机械设计及校核 .162.1. 釜体的机械设计及其校核 .162.1.1. 长径比
2、的选择 .162.1.2. 封头的选择 .162.1.3. 釜体圆筒的机械设计 .172.1.4. 釜体封头的机械设计 .182.1.5. 釜体的开孔补强 .192.2. 夹套的计算 .212.2.1. 夹套的选用 .212.2.2. 夹套圆筒的机械计算 .222.2.3. 夹套封头部分的设计 .222.2.4. 夹套的补强计算 .23第三章 搅拌轴的机械设计及强度校核 .25聚氯乙烯反应釜II3.1. 功率的计算 .253.1.1. 搅拌桨选形 .253.1.2. 功率计算 .253.2. 桨式搅拌器强度计算 .263.3. 轴的设计 .273.4轴径的校核 .283.4.1. 底轴承 .2
3、83.4.2. 根据临界转速核算搅拌轴轴径 .303.4.3. 按强度计算搅拌轴的轴径 d2.323.4.4. 轴的刚度校核 .353.4.5. 提高搅拌轴疲劳强度的措施 .35第四章 热量核算 .374.1. 热量计算 .374.2. 反应放出的热量 .38第五章 釜体其它附件的计算 .415.1. 安全阀的选择 .415.2. 轴封的选择 .415.3. 螺旋导流板的选择 .425.4. 工艺接管的计算及选择 .425.4.1. 进出料管径及长度 .425.4.2. 放料口 .435.4.3. 夹套的进出水管管径 .435.5. 支座的选择 .44总 结 .47参考文献 .48致 谢 .4
4、9吉林化工学院毕业设计说明书1第一章 绪论1.1. 聚氯乙烯发展史及其地位1.1.1. 氯乙烯生产状况（1）在乙烯工业的发展中，一个国家的乙烯原料结构不仅与其拥有的资源或可从国外易于获得的资源有关，也和一定时期原料的价格和产品需求有关，但最重要的还是资源因素。本文拟结合国外乙烯原料结构情况，对我国乙烯原料结构做一分析，从中展望我国乙烯原料结构的发展趋势和今后乙烯原料路线发展的方向。构成来看，脑油呈上升趋势，乙烷略呈下降趋势，LPG 是波浪形发展。这种原料构成产生的原因主要是，石脑油目前还是比较理想的乙烯原料。不单裂解性从世界原材料能好，联产品也较多，运输贮存都比较方便。因此，一般情况下人们大多
5、采用石脑油作乙烯原料;乙烷也是很好的乙烯原料，乙烯收率高，能耗低，装置投资省。在美国和中东等地都有大量丰富的天然气(乙烷)资源，因此作为乙烯原料的用量也比较大。但乙烷不便运输，其他联产品很少，因而使其应用受到限制。LPG 和市场贸易量有关，同时运输贮存也比石脑油麻烦，其他联产品也较少，所以也影响其广泛应用。长期以来我国乙烯原料以 AGO 为主.1985 年 AGO 乙烯原料占乙烯产量的比例高达 73.3 %，虽然以后逐年有所下降，但到 1992 年仍占乙烯产量近一半，并仍居各种原料之首，这和世界各国乙烯原料情况大不相同。主要原因是我国原油的特点:一是重，所产石脑油数量比较少，而其中还有不少原油
6、的石脑油裂解性能差，不适合作乙烯原料。二是占我国原油数量最大的大庆油，其 AGO 馏分的裂解性能不错，是比较好的乙烯原料。胜利油的 AGO 虽然裂解性能不太好，但与胜利油的石脑油相比也不算差。因此，在我国 AGO 的数量不仅比石脑油大得多，而且总的来看还是不错的乙烯原料。因而在立足国内油的情况下AGO 很自然成为我国乙烯原料的主要成分。在国外，大量中东原油的聚氯乙烯反应釜2AGO 并不是好的乙烯原料，而且贸易市场 AGO 的数量也很少，作为乙烯原料一般主要在炼油化工联合企业中利用。因此，除美国和西欧少量利用一部分 AGO 外，其他地区很少采用。(2)我国乙烯原料结构的展望目前已批准的在建项目和
7、扩建项目包括:新建的茂名、吉林、天津、独山子、中原、北京、广州乙烯装置;老乙烯装置如燕山、扬子、齐鲁、金山、大庆、兰化等的扩建;再加上原来的乙烯厂，其总生产能力可达395 万吨。大庆 VGO 此原料结构可作为相当于我国接近 2000 年时的乙烯原料结构。它与 1992 年乙烯原料结构相比，又有了较大的变化。比较明显的是石脑油的比例继续上升，由原来的 34.8%上升至 39.9 % 。AGO 所占的比例继续下降，由原来的 49.8%下降为 38.2%;加氢裂化尾油的比例有较大幅度的上升，由原来的 1.53%上升为 11.1;轻烃原料所占的比例略有下降，由原来的 13.86%下降为 10.80%在
8、上述原料结构中，还有一比较明显的变化，即石脑油原料所占的比例已超过 AGO 而居于各种原料之首。根据今后我国资源情况的变化，即两个市场两种资源，要大量利用进口资源首先是进口大量原油的情况，可以对将来我国乙烯原料结构的发展趋势作一分析。 轻烃随着国内原油增长速度减慢，一些老油田产量还会逐步下降。因此，国内油田轻烃的数量不会增加太多，能作为乙烯原料利用的增加量更有限，炼厂回收的轻烃增加也不会太多。因此，按国内轻烃资源估算，轻烃原料在乙烯产量中的比例不会增大，至于进口 LPG 作乙烯原料是存在这种可能的。但由于 LPG 运输和贮存费用均较大，而我国进口 LPG 的关税还比较高(优惠税率经两次下调后仍
9、为 9%),高于石脑油和原油的税率。虽然在国际市场上 LPG 货源和价格在一段时间内还具有吸引力，但看来我国要大量进口 LPG 作乙烯原料是不大可能的，少量进口是有可能的.因此，从这种趋势看:我国轻烃原料在乙烯产量中的比例估计在今后较长一段时间内基本不会上升，甚至还有可能下降。吉林化工学院毕业设计说明书3 石脑油由于今后进口原油增多，到 2000 年预计乙烯工业进口原油将达到5000 万吨。而进口原油中的品种，根据货源情况，预计 80%以上将进口中东油，包括含硫高的沙特、伊朗、科威特原油，这些原油的石脑油裂解性能均不错，适宜作乙烯原料。特别是如果与乙烯厂相配合的炼厂是较大的炼厂时，石脑油的用量
10、还会增多。另外还有可能直接进口部分石脑油或外购其他炼厂可用的石脑油。因此，从发展看，我国用石脑油作乙烯原料的比例还会继续增加，并将保持在各种原料中居于首位。 AGO从发展看，AGO 作为乙烯原料在我国有两种制约因素。一是国内柴汽比的变化，柴油的需求将越来越大，不可能再拿出很多的柴油供作乙烯原料用。二是进口的大量中东原油中，其 AGO 的裂解性能都较差，不是好的乙烯原料。因此，从发展看，AGO 原料在乙烯产量中的比例还会继续下降，但还能保持一定的份量。 加氢裂化尾油国内外的工业实践证明，加氢裂化尾油确是较好的乙烯原料。特别是高压加氢裂化尾油，转化率在 60-70%以上的尾油，其裂解性能是不错的，
11、乙烯收率这种情况是不容易达到的。如直接大量进口石脑油，长远看市场货源和价格的前景均不乐观。因此，考虑少用原油，利用炼厂也需要建设的加氢裂化装置，提供部分加氢裂化尾油作乙烯原料是比较合理的。如新建的茂名和吉林 30 万吨/年大乙烯厂均采用了部分加氢裂化尾油作乙烯原料(在乙烯原料中的比例约 15-28%。惠州 45万吨/年乙烯厂也规划采用了较多的加氢裂化尾油作乙烯原料。按这种趋势，加氢裂化尾油原料在乙烯产量中的比例会有所上升，但综合考虑上升幅度不会太大。可接近优质石脑油，但由于其馏分温度比较高，清焦周期一般要较石脑油短，而且产汽量也较低。因此，就综合裂解性能而言，加氢裂化尾油无论如何也比不上石脑油
12、。因而，如果石脑油资源充足，优先考虑的自然还是石脑油作乙烯原料。在这种情况下，加氢裂化尾油在乙烯产量中的比例有可能减少。但是，估计在我国使聚氯乙烯反应釜4用大量进口油的情况下，石脑油资源也不会充足，因为一般中东原油中石脑油的馏分也只有 15-24%。因此，对于一个 40 万吨/年乙烯厂而言，如乙烯原料全部用石脑油，包括少量轻烃也至少需要一个 600 万吨/年的炼厂相配合，而且全部直馏石脑油均需供给作乙烯原料，以预料我国乙烯原料结构的发展，石脑油在乙烯产量中的比例会继续上升，并位居各种乙烯原料之首,AGO 在乙烯产量中的比例会继续下降，但仍可以保持一定量的水平。轻烃在乙烯产量中的比例估计变化不大
13、，可能略有下降也可能略有上升;加氢裂化尾油在乙烯产量中的比例会有所上升，但幅度也综上所述，可不会大。根据以上分析，结合我国今后资源情况(包括国内外两种资源)可以明显看出，我国乙烯原料路线的发展应该是多样化、优质化、轻质化。所谓优质化，是指多样化原料的范围比较广，包括轻烃、石脑油、AGO、加氢裂化尾油，只要是优质原料就可以选择。因此，在我国乙烯原料结构中，AGO 和加氢裂化尾油都会占有一定比例。所谓轻质化，是指有轻质原料(包括石脑油)可供选择时首先应考虑轻质原料。这有利于降低能耗，节省投资和提高乙烯装置的经济效益。在我国 PVC 共聚物的主要产地有北京二化，上海天原及天津近代化学厂的氯乙烯醋酸乙
14、烯共聚；天化，衡化锦化以及上海天原，南通树脂厂等氯乙烯二乙烯共聚物；徐州电化厂的氯乙烯乙烯/醋酸乙烯接枝共聚；天化等氯乙烯聚丙烯脂接枝共聚；天化，无锡电化厂由氯乙烯马来酸双辛脂共聚等。聚氯乙烯是有氯乙烯单体经氯合反应而生成的热塑树脂。在本世纪三十年代就实现了工业规模的生产，大规模的生产解决了增塑加工方法之后，便成为一种用途广泛的树脂。如今聚氯乙烯已成为世界五大塑料之一。根据七十年代的统计，已占当时世界塑料总产量的四分之一。1.1.2. 聚氯乙烯基本性质 聚氯乙烯树脂 （简称 PVC）的型号： polyving /chloride吉林化工学院毕业设计说明书5 分子式为：（C2H3Cl）n, n=
15、550-1500 物理性质：比重 1.35-1.45g/cm3(25) ；外观 白色不定型粉末；机械性能 在常温下，抗冲击强度 100kgf/cm2。 化学性质：常温下可耐任何浓度的盐酸，可耐 90%以下的硫酸，5060%的硝酸， 20%以下的碱溶液。此外，对于盐类也相当稳定。 热学性能：没有明显的熔点，80-85时开始软化，130以上变成皮革状，同时发生变色，180时开始流动，200以上全部分解。溶解性： 溶解于水，汽油，酒精和氯乙酸。光学性能：纯 PVC 在紫外线的照射下显示弱蓝荧光，长期光照下颜色变暗，发生老化。电学性能：PVC 是良好的绝缘材料，他的制品的介电性与温度，增塑剂，稳定剂等
16、因素有关。聚氯乙烯的用途：（见表 1-1）表 1-1型号 主要用途XJ，XS-1高级电缆的绝缘保护层XJ，XS-2电缆，电线绝缘层，氯纶纤维等XJ，XS-3薄膜（雨衣，战备物资，工艺包装等）XJ，XS-4硬管，硬片，蓄电池，隔板XJ，XS-5硬板，唱片，管件，焊条XJ，XS-6过氯乙烯树脂此外，还可以制成塑料口袋，饮料瓶，塑料家具等。在国民经济聚氯乙烯反应釜6中的位置：聚氯乙烯塑料占我国塑料总产量的 40%，PVC 分子量的一半是制碱工业的必然副产品氯，因而来源丰富，且是氯碱平衡中的主要杠杆。聚氯乙烯的性质，用途，决定了它在经济中的地位，具有远大的发展前途。1.1.3. 聚氯乙烯生产过程 生产
17、原理，方法：氯乙烯悬浮聚合是以 AIBN，ADVN 或 DCPD 为引发剂的自由基链锁反应。明胶或 PVC 等为分散剂，无离子水为分散剂和导热介质，借助搅拌作用，使液体氯乙烯以微球形状悬浮与水介质中，对于每个微球而言，其反应和本体聚合相同，反应式如下：nCH2=CHCl-CH-CHClnn 为聚合度（即分子数目） ，一般为 500-1500 范围内。 简单的生成过程：（见图 1-1）图 1-11.2. 13.5m3聚氯乙烯反应釜技术特性1.2.1. 聚合釜的作用，结构特点，及参数改进内容1.2.1.1 PVC 聚合釜的作用PVC 是促使聚合釜内的氯乙烯弹体，在引发剂，分散剂和终止剂的作用下，在
18、有一定的压力和温度通过搅拌装置的搅动，使固体或液体滴在液体中，保持悬浮状态，发生聚合反应，从而得到最终产品聚吉林化工学院毕业设计说明书7氯乙烯。1.2.1.2 聚合釜的特点1）本设备有釜体，传动装置，搅拌器，轴安全阀，放料阀等构成，用四根支柱，制成固定在地面上。2）釜体及附属装置：釜体采用 16MnR+0Cr18Ni9Ti 复合钢板的焊接结构，设计壁厚 21+3mm，封头为标准椭圆形封头。釜体及下封头的外部有冷却水夹套。并设有螺距为 76mm 的螺旋导流板，以增加传热效果。釜体上，下设有温度计接口，釜顶盖开有 Dg=450mm 得快开人孔一个，人孔盖的开关是有人力摇动丝杠，托动长环，与法兰契紧
19、。釜顶设有 Dg=50mm 的全启式弹性安全阀一个，安全法的封面采用聚氯四氟乙烯塑料，放料阀为上展式。3）传动装置：LC 型两级齿轮减速机试行，减速机与电机是由生产厂家仪器生产的组合件。搅拌轴分为上轴，下轴两段，通过接盘用螺栓连接。上轴为两部分组成，芯轴为 45#钢，外套为 0Cr18Ni9Ti。搅拌轴上不由轴承箱支撑，下部有滑动轴承，滑动轴承的直径配合间隙为 0.5-1mm4)搅拌器：搅拌器有一层上翻 45的平面折叶桨和一层平桨组成，每层有两只桨叶，相邻桨叶相位差为 905）轴封轴封是搅拌设备的一个重要组成部分。轴封密封的形式很多，最常用的有填料密封，机械密封，迷宫密封，浮动环密封等。虽然搅
20、拌轴轴封也属于转轴密封的范畴，但由于搅拌轴封的任务是保证搅拌设备内处于一定的正压或真空以及防止反应物料溢出和杂质的渗入，故不是所有的转轴密封形式都能用于搅拌设备填料密封 填料密封是搅拌器最早采用的一种转轴密封结构，因其结构简单且易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用。近几年来由于机械密封的发展和机械密封具有一系列的优点，填料密封有被取代的趋势，但在低压和低转速的场合，仍然是一种适宜的密封结构。聚氯乙烯反应釜81.2.2. 设备的技术特性，试验，检验要求1）技术特性（见表 1-2）表 1-2设计压力 1.4MPa形式 折叶桨设计容积 13.5m3层数 2内径 2500mm搅拌桨直径 1250mm筒
21、节高度 3500mm动力装置型号 B LC 125-3 釜体总传热面积 39.8m2搅拌桨转数 120rpm设计压力 0.4 MPa电机功率 7.5kw工作温度90夹套外径 2700mm 设备重量 12181kg2）水压的试验，检验要求本设备系属带夹套的压力容器，应分别对釜体和夹套做水压试验。试验顺序为：先对釜体进行水压试验，合格后再对夹套连接，然后进行夹套的水压试验。水压试验压力值：釜体 Pt=1.75MPa , 夹套Pt=0.5 MPa。实验要求和步骤：a 进行气密性试验应在水压试验合格后进行，设备安装安全装置，阀门，压力表，安全阀及附件后方可进行。b 气密性应以干燥的清洁氧气为加压介质。c 介质的温度应不低于 15（常温状态即可） 。d 试验压力应缓慢升压，试验压力保持 24 小时压力不得下降 1 个大气压。
