1、湖南科技大学毕业设计（论文）湖 南 科 技 大 学毕 业 设 计（ 论 文 ）题 目 300000t/aPVC 悬浮法生产的工艺设计作 者学 院 化学化工专 业 材料化学学 号指导教师 湖 南 科 技 大 学湖南科技大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）任务书化学化工学 院 材料系 系（教研室）系（教研室）主任:（签名） 年月日学生姓名:学号:专业:1 设计（论文）题目及专题：年产 30 万吨 PVC 悬浮法生产的工艺设计2 学生设计（论文）时间：自 2010 年 04 月 10 日开始至 2010 年 5 月 30 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：（1）中国期刊网；（2）外文期刊网。4
2、 设计（论文）应完成的主要内容：（1）聚丙烯酸的制备。（2）聚丙烯酸修饰的金纳米颗粒的制备。（3）修饰后的金纳米颗粒的表征。5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：（1）撰写论文一篇；（2）提交论文一篇；（3）要求论文格式正确，文字规范，图表清晰，正确，数据真实。6 发题时间： 2010 年 03 月 15 日指导教师： （签名）学 生： （签名）湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）指导人评语湖南科技大学毕业设计（论文）主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价指导人： （签
3、名）年 月 日指导人评定成绩：湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）评阅人评语湖南科技大学毕业设计（论文）主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价评阅人： （签名）年 月 日评阅人评定成绩：湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）答辩记录湖南科技大学毕业设计（论文）日期：学生：学号：班级：题目：提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书 共 页2 设计（论文）图 纸 共 页3 指导人、评阅人评语 共 页毕业设计（论文）答辩委员会评语：主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图
4、纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价答辩委员会主任： （签名）委员： （签名）（签名）（签名）（签名）答辩成绩：总评成绩：湖南科技大学毕业设计（论文）- 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
5、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。The Preliminary Design about the Synthesis Construction Section of PVC 200000 tons per yearAbstractThe primarydesign for synthesis construction section of PVC 300000 tons per year was complete according to the information of Zhuzhou Chemica
6、l Industry Group scene practice and its relative dates. The equilibrium of material and equilibrium of heat quantity were calculated and the main equipments and pipelines were chosen.The design included a instructionbooklet and four diagrams.The main contention of the instruction booklet included: 1
7、 the development history and trendency of producing PVC and VC, 2 the production principle andprocess 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
8、 main pipelines, 6 the disposal of three wastes processing security and fire protection technology.The diagrams comprised of 1 the technique flow chart with controlled 湖南科技大学毕业设计（论文）- ii -point, 2 the factory floor-plan diagram,3 the main equipment installing picture and the Site planKey Words:synth
9、esis、PVC、VC、design.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
10、纰漏和不足之处，敬请各位老师和同学批评指正。谢谢！学生：杨修桥2010 年 6 月 1 日目 录 中 文 摘 要 i英 文 摘 要 ii前言 iii一、pvc 概括 11pvc 简介 12 pvc 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湖南科技大学毕业设计（论文）- iii -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 122 聚合段计算 2
11、1五、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 合成段 482 循环水管 513 聚合段 51湖南科技大学毕业设计（论文）- iv -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湖南科技大学毕业设计（论文）- 1 -第一章 概 论1.1PVC 简介1.1.1
12、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：（CH 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） ，183
13、8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，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
14、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、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。1.1.2PVC 的 分 类 及 用 途PVC 可分为软 PVC 和硬 PVC。
15、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、湖南科技大学毕业设计（论文）- 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
16、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 ；pvc 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
17、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，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%-
18、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
19、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。湖南科技大学毕业设计（论文）- 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
20、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 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 、
21、 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 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
22、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%。 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
23、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 PVC 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 53
24、4.40 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。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 年受湖南科技大学毕业设计（论文）- 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
25、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，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
26、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
27、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 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
28、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湖南科技大学毕业设计（论文）- 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
29、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
30、、101.3kpa/）/(L/kg) 300 280 260湖南科技大学毕业设计（论文）- 6 -乙炔中磷化氢的体积分数/% 0.06 0.08乙炔中硫化氢的体积分数 /% 0.10粒度（580mm）质量分数/% 85筛下物（2.5mm 以下）质量分数/% 5（2）检验规则电石批次划分和采样桶数百分比按表 3.2 进行。表 3.2 电石批次划分和采样桶数百分比批次/t 5 515 1525 2535 3550桶口处取样/% 2012 8 7 6测粒度取样/% 106 5 4 32.2 氯化氢2.2.1 氯化氢的分子式HCl ,分子量 36.5kg/mol。2.2.2 氯化氢的性质（1)氯化氢在
31、常温常压下是无色有刺激性气味的气体。(2)氯化氢极易溶于水而变成盐酸，病强烈放热。极易与潮湿的空气中的水分结合生成白色烟雾。（3）在干燥状态下几乎不与金属作用，但在含水或溶于水时，表现盐酸的性能，腐蚀性很强，能与大多数金属反应。(4)氯化氢是制造合成材料的重要原料，可用它来制造 PVC 等合成材料。2.3 氯乙烯2.3.1 氯乙烯的分子式，分子量 62.51kg/mol。CLH322.3.2 氯乙烯的性质湖南科技大学毕业设计（论文）- 7 -（1）常温常压下为无色气体。带有芳香气味（2）属易燃易爆物质，遇火焰即可燃烧爆炸，在空气中爆炸范围为3.829.3%，故在有氯乙烯存在的地方都要严禁烟火及
32、撞击火花的产生。（3）有毒，对人体有麻醉作用，长时间接触 VC 气体可使人致癌。（4）在氯乙烯系统若有氧气存在则生成过氧化物，给后处理造成困难。与氯乙烯开始反应生成单质体，它溶解于氯乙烯单体中，以后分解和重排，2O生成对碰撞很敏感的过氧化聚合物，并会变成醛和酸。它们对聚合过程有很大的影响，氯乙烯系统中存在微量的水和酸，会加速单体生成过氧化聚合物，造成设备管道的腐蚀。（5）氯乙烯性质活泼，它能起加成反应，易起聚合反应，它能与丁二烯、乙烯、丙稀腈、醋酸乙烯、丙烯酸酯等共聚物。（6）氯乙烯难溶于水，溶于醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷。2.4 去离子水所用反应介质水，应经过离子交换树脂或磺化煤进行脱盐处理。
33、处理后的水 pH 应在 58.5 范围，硅胶含量0.2mg/L。2.5 分散剂悬浮聚合生产的聚氯乙烯颗粒的大小与形态，主要取决于所用的分散剂，可分为两类：主分散剂和辅助分散剂。主分散剂的作用是控制所得颗粒的大小，但也会影响聚氯乙烯的孔隙率和某些形态。辅助分散剂的作用是提高颗粒中的孔隙率，并使之均与以改进聚氯乙烯树脂吸收增塑剂的性能。主分散剂主要是纤维素醚和部分水解的聚乙烯醇。辅助分散剂主要是小分子表面活性剂和低水解度聚乙烯醇。2.6 引发剂由于氯乙烯悬浮聚合温度为 5060上下，应根据反应温度选择合适的引发剂，其原则为在反应温度条件下引发剂的半衰期大约为 2h 者，反应时间为最佳。由于反应后期
34、单体浓度降低，为了使反应后期具有适当的反应，所以反应前期与反应后期应当使用不同半衰期的引发剂。因此聚氯乙烯树脂生产工厂目前多数使用复合引发剂，即两种引发剂的混合物。2.7 其他助剂2.7.1 链终止剂为了保证聚氯乙烯树脂质量，使聚合反应在设定的转化率终止或防止发生意外停电事故，必须临时终止反应时使用，工业生产中使用聚合级双酚 A、叔湖南科技大学毕业设计（论文）- 8 -丁基邻苯二酚等。2.7.2 链转移剂为了控制聚氯乙烯平均分子量，除严格控制反应温度外，必要时添加链转移剂，特别时生产分子量较低的树脂牌号时。常用的链转移剂为硫醇等。2.7.3 抗鱼眼剂为了减少聚氯乙烯树脂中所含结实的圆球状树脂，
35、可加入抗鱼眼剂，主要时苯甲醚的叔丁基、羟基衍生物。2.7.4 防粘釜剂在生产聚氯乙烯过程中，树脂粘结于反应釜壁上形成釜垢时悬浮法生产聚氯乙烯树脂必须解决的工艺问题之一，较先进的方法时加入防釜剂。防釜剂种类很多，而且生产工厂技术保密，但主要是苯胺染料等的混合溶液或与某些有机酸的络合物。第三章 工艺路线的选择和介绍3.1 工 艺 路 线 的 选 择3.1.1PVC 工 艺 简 介聚氯乙烯(PVC) 是由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂，也是世界上最早实现工业化的塑料品种之一。在世界众多的塑料品种中，PVC 以其优良的综合性能，便宜的价格以及与氯碱工业关系密切，自 30 年代工业化以来，一直
36、受到各工业国的普遍重视，保持着长盛不衰的发展势头，是目前世界上仅次于聚乙烯的第二大宗塑料品种。到目前为止，世界上 PVC 生产的聚合工艺主要有 5 种，即悬浮、本体、乳液、微悬浮及溶液聚合工艺。其中悬浮聚合工艺一直是工业生产的主要工艺，绝大部分均聚及共聚产品都是采用悬浮聚合工艺。就拿美国为例，聚氯乙烯生产工艺中，悬浮聚合占 87.8%，本体聚合占 4.4%，乳液和微悬浮聚合占 6.4%，溶液聚合占 1.4%。与美国相比，西欧乳液和本体聚合的比例较大，而日本则悬浮聚合占的比例较大。3.1.2 各 种 生 产 工 艺 介 绍(1)本体聚合。一般采用 “两端本体聚合法” ，第一段称为预聚合，采用高效
37、引发剂，在 6275下强烈搅拌下使氯乙烯聚合的转化率为 8%时，输送至聚合釜中，在加入低效引发剂的等量单体，在约 60下，慢度搅拌，继续聚合至转化率达 80%时，停止反应。本体聚合时在氯乙烯单体中不加入任何介质，只湖南科技大学毕业设计（论文）- 9 -有引发剂。生产的 PVC 树脂纯度较高，质量较好，结构规整，孔隙率高而均匀。但聚合操作控制难度大，PVC 树脂分子量分布较宽。(2)悬浮聚合。液态氯乙烯单体以水为分散介质，兵加入适当的分散剂和不溶于水但溶于单体的引发剂，在一定温度下搅拌，使其呈珠粒状悬浮于水相中进行聚合。然后经碱洗、汽提、离心、干燥得到白色粉末状 PVC 树脂。选取不同的分散剂，
38、可以得到颗粒结构和形态不同的两类树脂。国产牌号分为 SG-疏松型（“棉花球”型）树脂；XJ-紧密型（“乒乓球”型）树脂。疏松型树脂吸油性好，易塑化，成型时间短，加工操作方便，适用于粉料直接成型，因而一般选用悬浮法聚合的疏松型树脂作为 PVC 硬质品成型的基础原料。目前各树脂厂生产的悬浮法 PVC 树脂，基本上都是疏松型的。（3）乳液聚合。氯乙烯单体在乳化剂作用下，分散于水中形成乳液，再用水溶性的引发剂来引发，进行聚合，乳液可用盐类使聚合物析出，再经洗涤、干燥得到 PVC 树脂粉末。乳液法 PVC 树脂粒径极细，树脂中乳化剂含量高，电绝缘性能差，成本高。该树脂常用于 PVC 糊的制备。（4）微悬
39、浮聚合。使用油性引发剂，在用乳化剂分散、稳定的细小氯乙烯单体液滴中引发聚合，生成的 PVC 乳液，经破乳、洗涤、干燥得到 PVC 树脂粉末。该方法生产的 PVC 树脂具有良好的加工性能，能满足大多数加工的需要。（5）溶液聚合。以甲醇、甲苯、苯、丙酮作溶剂，使氯乙烯单体在溶剂中聚合，由于溶剂具有链转移剂的作用，所以聚合物的分子量和聚合速率不高。聚合得到的 PVC 树脂因不溶于溶剂而不断析出。此种 PVC 树脂不宜于一般成型用，仅作为涂料、粘合剂，是目前各种聚合方法中产量最少的一种方法。就以上 5 种主要聚合工艺来讲，通过几种方法的比较，悬浮法是一种相对最成熟的工艺，在目前世界聚氯乙烯生产中占有绝
40、对的份额，且产品转化率最高，产品品种最多，容易适应市场。乳液法是生产糊树脂的方法，工艺复杂、成本较高且树脂质量较差。悬浮法工艺在 PVC 的各种生产方法中技术最为成熟，故本设计采用悬浮法聚合。3.2 工 艺 流 程 的 介 绍 3.2.1 乙炔工段(1)发生。经破碎好的电石装进电石吊斗，推到提升口，由电动葫芦吊到三楼，送到发生器加料贮存，用 置换其中的乙炔气后，电石在继续通 的情况2N2N下，经第一贮斗碟伐放入第二贮斗，第二贮斗电石经过电磁振动加料器加入发生器内。电石在发生器内遇水产生乙炔气，从发生器顶部逸出，电石水解时放湖南科技大学毕业设计（论文）- 10 -出大量的热，可借连续加入发生器内
41、的水来维持发生器温度，电石水解之后电石渣浆从溢流管不断排除，以维持发生器液面，渣浆从排泄口排到地沟，流到沉淀池集中处理，顶部逸出的乙炔气体经喷淋冷却后，分别进入气柜或水环压缩机。(2)清净。由发生器送来并经冷却的乙炔气，经水环压缩机加压到0.050.1Mpa 左右，进入第一、第二清净塔，NaOCl 溶液由泵打到第二清净塔顶，从塔底流出再由泵打至第一清净塔顶。器塔底流出的废 NaOCl 溶液与冷却塔出来的废水回至废水贮槽，用泵打到发生器作为补充用水。经清净后的乙炔气带有酸性，进入中和塔用碱液除去，中和塔出来的乙炔气进入二台串联的列管冷凝器除去大量水分后，送氯乙烯工序。3.2.2 氯化氢工段原料氢
42、气由电解装置输氢泵送来，经过氢气气柜缓冲及阻火器，进入钢制合成炉底部的燃烧器点火燃烧。原料氯气由电解装置氯干燥送来经缓冲器后按一定的摩尔比H 2:Cl=(1.051.1):1进入合成炉灯头的内管，由下二上经石英灯头上的斜孔均匀地和外套管的氢气混合燃烧。燃烧时火焰温度达到 2000左右，并发出热和光，正常火焰呈青白色。合成后的氯化氢气体，借炉身和夹套冷却水或散热翅片散热，到炉顶出口，温度降到 100150，再进入上盖带冷却水箱的石墨冷却器，用冷却水将氯化氢气体冷却到 4050左右，由下底盖排出，经阀门控制进入缓冲器，再送人串联的石墨冷却器，用-25左右的冷冻盐水，将气体冷却到-12-18后，进入
43、酸雾分离器，气体中夹带的 40%盐酸雾沫由分离器内的有机硅玻璃棉捕集，冷凝酸排入酸贮槽。分离器出口的干燥氯化氢气体经缓冲器进入纳氏泵压缩，借泵内浓度 93%以上的硫酸作液封和润滑。硫酸随氯化氢排至气液分离器，自下部流入盘管冷却器，经水冷却后循环吸入纳氏泵；分离器出口的干燥氯化氢经缓冲器送至氯乙烯合成装置。3.2.3 氯乙烯工序(1)混合脱水工序。由乙炔工段送来的粗乙炔气经砂封与来自 HCL 工序的HCL 经缓冲罐通过孔板流量计调节配比在混合器内充分混合，进入石墨冷却器内在35盐水下进行冷却到142， 、HCL 混合气体在此温度下，2HC部分水份以 40%左右的酸雾析出，部分酸雾夹带于气相中进入
44、多筒过滤器，由含氟硅油棉捕集分离。然后，经二台石墨预热器预热后进入转化器。(2)合成转化。干燥、预热后的混合气从转化器上部进入，通过列管中装填的吸附于活性炭上的 触媒转化为粗氯乙烯，转化过程反应放热则通过热水2gCLH循环泵循环的热水移去。粗氯乙烯在高温下带逸的 升华物在填装活性炭2gCLH的吸附器中脱除，然后进入精馏系统。湖南科技大学毕业设计（论文）- 11 -(3)水洗、碱洗、氯乙烯压缩。除贡后的粗氯乙烯进入三合一水洗组合塔，经碱洗塔，出去残余的微量 HCL 后进入 VC 气柜或经机前冷却器，出去部分夹带液，经螺杆压缩机加压到 0.50.6MPa（表压） ，经机后冷却器除去夹带水和油后，送
45、精馏。(4) 精馏。由单压缩机出来的粗氯乙烯气体进入全凝器，使大部分冷凝液化经低沸加料贮槽，进入低沸塔，未凝聚气体进入尾气冷凝器，其冷凝液全部进入低沸塔。低沸塔釜加热器将冷凝液中低沸物蒸出，经塔顶冷凝器用 7水或者 5水控制回流比后，由塔顶汇入尾气冷凝器处理，塔釜粗氯乙烯进入高沸塔，尾气冷凝器未冷凝的气体经变压吸附回收大部分氯乙烯和乙炔后，惰性气体排空。由低沸塔进入高沸塔的氯乙烯，经调节阀控制流量，减压后进入高沸塔。高沸加热器将氯乙烯逸出，经塔板分离成氯乙烯，经塔顶控制部分回流，大部分氯乙烯进入成品冷凝器，然后进入单体贮槽，按需送聚合工序，在高塔釜分离收集到的 1，1 二氯乙烷（EDC）为主的
46、高沸物进入残液槽，定期压送废液处理塔，将残液中的二氯乙烷精制，包装外销，未凝 VC 其他回到气柜。(5) 冷冻站+5水系统。从液氨槽出来的液氨经过 5水分配台流入蒸发器，液氨变成气态氨带走蒸发器外工业水热，合格的 5水由 5水泵送往乙炔、合成、聚合。蒸发器内汽化的氨背螺杆氨压机抽走，经压缩到 1.5Mpa（表压）左右的过热气态氨进入油分离器，分离后的气态氨进入蒸发式冷凝管列管内，被外管水冷却成液氨，进入热虹吸氨贮液器，溢流到液氨贮槽完成制冷循环。35盐水系统。从液氨贮槽出来的液氨首先进入经济冷却器过冷后，获得的低温液氨经盐水分配台节流膨胀进入蒸发器盘管，吸收管外盐水的热量而气化，是管外盐水温度
47、降低，合格的35盐水由泵送往合成、聚合使用。气态氨自蒸发器吸入螺杆压缩机内，经压缩后的过热气态氨进入油分离器，分离后的油后进入蒸发式冷凝器，被水间接冷凝为液氨，流入热虹吸氨贮液器，再溢流到液态氨贮槽，完成制冷循环。在池内加工业水，再加氯化钙，将盐水比重调制 1.281.29，按需送盐水蒸发器。（6）溴化锂系统溴化锂制冷是以蒸汽为动力，利用“溴化锂与水”组成的二元溶液为工质对，在真空状态下，水蒸发作为制冷剂，从而吸收载冷剂（冷媒水）热负荷，达到所需的合格 7水送到合成工序。溴化锂水溶液作为吸收剂，常设和低温下强烈地吸收水蒸汽，通过高温（蒸汽）将水份释放和循环水冷却吸收，周而复始实现制冷循环。湖南
48、科技大学毕业设计（论文）- 12 -3.2.4 聚合岗位本工艺流程全过程控制采用 DSC 集散控制。首先将合格的脱离子水、VCM 单体、分散剂、引发剂及其他助剂按配方要求精确计量后，由泵加入到经闪蒸真空防粘釜处理后的聚合釜中，用循环热水升温至制定温度后进行恒温反应，在最短反应时间、压力降达到配方要求后加入种植剂终止反应。浆料由泵送至料浆贮槽，为反应的单体经回收单体真空泵回收至 VC 气柜，去回收装置进行加压冷凝回收。3.2.5 气体岗位来自料浆的 PVC 料浆经过滤器、料浆泵、螺旋板换热器由塔底排除的热浆料预热后，进入气提塔进行受热汽提。塔底排除的热浆料经过同一换热器被进塔冷料浆冷却后至离心干
49、燥岗位。由塔顶出来的 VCM/ 混合气体经过塔顶OH2冷凝器除水后，VCM 去压缩冷凝岗位冷凝成液态至回收单体贮槽。3.2.6 压缩冷凝回收因聚合反应的收率85%，故釜内有未参加聚合反应的氯乙烯单体，经过聚合釜及排放槽泄压后仍有 0.30.5MPA 的余压，可直接用 5水和35盐水经过一级、二级冷凝器进行冷凝，当其压力处于 5KPa0.3 Mpa 时再进行加压冷凝，成为回收单体备聚合使用，不凝性气体则从排空管排向大气。2.2.7 离心干燥及包装由气提塔出来的 PVC 料浆，以离心机分离大部分水份后得到约含水 20%25%的湿 PVC 树脂，之后由螺旋输送器送到干燥系统进行干燥。树脂干燥器采用脉冲气流干燥塔及旋风干燥床，热风为干燥热源，干燥好的
