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1、北京化工大学北方学院毕业设计（论文）诚信申明本人申明：我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学北方学院或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名： 年 月 日 年产7万吨聚氯乙生产工艺设计 闫朋龙 高分子材料与工程专业 化材1104班 学号110120105指导教师 刘艳
2、霞老师摘 要该设计为年产7万吨聚氯乙烯聚合工艺设计。首先介绍了设计依据生产方案、生产规模、厂址的选择、设计厂址的自然环境、制造聚氯乙烯的原材料以及聚氯乙烯的特征。工艺路线论证包括典型工艺的介绍、工艺流程的选定及其具体的操作。物料衡算涵盖了该设计的主要设备：聚合釜、汽提塔、离心机和沸腾干燥工段和气流干燥工段的物料衡算。然后对聚合釜、换热器等主要设备进行了热量衡算，并计算了设备选型，由计算得出该设计需采用70不锈钢聚合釜3个并联操作，1台70出料槽，9台WL-630型离心机，设计的最后说明了聚氯乙烯聚合过程中的成本核算、安全注意事项及三废处理问题。绘制了带控制点的PVC聚合工艺流程图、车间布置图。
3、关键词：聚氯乙烯 悬浮聚合法 生产工艺Annual output of 70000 tons of polyvinyl chloride (PVC) production process designAbstractThe design for an annual output of 70，000 tons of PVC dry polymerization processes of the preliminary design， the design documents from design specification and design drawings composed of two
4、 parts. In the design of brochures， a brief introduction of the PVC production status， trends， performance and the main purpose of the current PVC also introduced the four common industrial polymer production methods. And a comparison， final Determined to suspension polymerization as a polymerizatio
5、n technology production methods. In the design process， in accordance with the requirements of the mission design， a more detailed material balance and energy balance， the equipment was calculated and the selection process， while the production of PVC in the process of attention to safety issues and
6、 Three wastes governance made note of the entire device to a simple technical. Drawing the corresponding design drawings， including process maps， equipment layout plans.Key words: polyvinyl chloride suspension polymerization Productive technology 目 录第1章 绪论1第1.1节 设计依据1第1.2节 生产方案及生产规模1第1.3节 厂址的选择及设计的自
7、然条件2第1.4节 主要原材料和聚氯乙烯的特征3第2章 工艺路线论证6第2.1节 PVC树脂的典型聚合工艺6第2.2节 PVC树脂的工艺流程的选定8 第2.3节 悬浮聚合的具体操作12第3章 物料衡算13第3.1节 物料衡算依据13第3.2节 各个设备物料衡算16第3.3节 物料衡算总平衡22第4章 热量衡算26第4.1节 聚合釜的热量衡算26第4.2节 列管式换热器热量衡算29第4.3节 气流干燥塔热量衡算31第4.4节 空气加热器热量衡算34第5章 设备工艺计算及选型36第5.1节 聚合釜的设计36第5.2节 料浆排放槽的选型38第5.3节 离心机的设计38第6章 成本核算40第6.1节
8、生产成本40第6.2节 盈亏平衡41第7章 安全与环保42第7.1节 安全防火设计42第7.2节 环境保护45结 论47参考文献48致 谢49V第1章 绪论第1.1节 设计依据设计所参考和依据：（1）以学校发布的发布的毕业设计任务书作为主要依据。（2）以聚氯乙烯生产与操作，化工设计，聚合物合成工艺设计，聚氯乙烯工艺学等作为辅助。第1.2节 生产方案及生产规模厂址选定之后进行工厂总平面设计。结合建厂地区的自然、气候、地形、地质、水文资料、以及厂内外运输、公共设备、厂区协作等条件设计总图，整个生产工艺过程按照原料进厂到成品出厂的顺序，经济合理地布置厂区内的建筑物，厂内外的交通运输要通常等。所有的过
9、程应该严格遵照国家的有关方针政策，结合厂区地形、地质情况，按照厂区的卫生、防火的技术要求等因素，充分利用厂区周围的自然资源、运输、动力和水源等条件，在充分做好调查研究的基础上进行分析综合，并须进行总平面设计方案的比较，以达到工艺流程合理、总体布置紧凑、投资节省、用地节约、建成后较快投产的目的1。建厂投资、生产管理、安全生产、降低成本要求总平面布置合理，不仅与直接相关，而且也会严重影响工厂实施科学管理和文明生产，所以工厂平面设计需遵循以下原则：1.2.1满足生产和运输的要求按照生产工艺流程的要求合理进行平面布置，就禁不止有联系或者和有关的的车间，尽量避免迂回交叉、往返。注意噪声污染、风向和粉尘的
10、相互关系。厂区内的道路径直短捷，布局紧凑，用地节约，厂容整齐。1.2.2满足安全和卫生的要求厂区布置应严格遵守防火，卫生等安全规范、标准和有关规定。产生明火的车间尽量远离可燃性气体的车间；有腐蚀性介质散发、可能有酸雾产生的车间、有粉尘飘散的车间、有污水排放的车间应有防护措施。1.2.3满足有关的标准和规范常用标准与规范有：建筑设计防火规范（GB-50016-2006）；工业企业总平面设计规范（GB-50187-93）；化工企业总图运输设计规范（HG/T-20649-1998）工业企业卫生防护距离标准（GB-18083-2000）2.1.2.4厂区管网线路的布置应尽可能的使管线取直线，管线集中设
11、施应铺设在建筑物和道路直接。1.2.5布置建筑物建筑物应尽可能坐北向南，防止日光直射，充分利用自然光和自然通风。1.2.6分道人流、货流通道分开，避免交叉；同时考虑门的不同作用。总平面设计包括平面设计、竖向布置设计、运输设计管线综合设计、绿化设计等，平面设计中车间平面布置、车间设备布置都在总图纸中体现。第1.3节 厂址的选择及设计的自然条件1.3.1化工厂的地理位置厂址的地理位置茌平县位于山东省鲁西平原1.3.2设计地区的自然条件本项目拟建在济邯铁路以南，位于茌平县城西，该地区拥有开阔平坦的地势、拆迁量小，三通一平工作量较小，交通、供水、供电条件好。水文 大气降水及地表径流为场地地下水提供主要
12、补给，地表蒸发及工农业用水为其主要排泄方式，2.6-4.4m为地下水的埋深，地下水类型属第四系孔隙潜水。气候 该地区春季干燥、少雨，夏季炎热、降雨集中，秋季凉爽，冬季寒冷干燥，属大陆性气候。地形 厂址周围地势平坦，地貌单元单一，位于黄河下游，属冲洪积平原。地质 拟建场地为第四系沉积地层50m 深度范围内土层，土层主要构成为粘土、粉土、粉砂土。根据其岩性及物理力学性质自上而下分为16层。场地稳定，适宜建筑。建筑场地类别为III类，土为中软型。第1.4节 主要原材料和聚氯乙烯的特征本设计采用悬浮聚合法。所以采用的原材料是VCM以及其他助剂。悬浮聚合法的原理：烯类单体在光和热或辐射能的作用下，有可能
13、发生自由基而聚合。由于碳碳键具有较大的键能，所以烯类单体均裂成自由基须在300400高温作用下才能开始。一般的聚合达不到这样高的温度。因此，氯乙烯悬浮聚合的引发剂采用过氧化物或偶氮化合物，连同液态氯乙烯单体在水中经过搅拌，氯乙烯单体分散成小液滴、悬浮于水介质中发生聚合反应。在聚合温度（4565）下，溶于单体中的引发剂分解成自由基，从而引发氯乙烯聚合，在水中溶于分散剂，以防止VCM液滴的并聚和防止达到一定转化率后PVC-VCM溶胀粒子的粒并。氯乙烯聚合反应热约为95.9KJ/mol，因此该氯乙烯的聚合反应为放热反应，聚合釜夹套中冷却水带走放出的热量，用来恒定聚合温度。（1）VCM名称：氯乙烯分子
14、式：CH2CHCl分子量：62.50溶解性：溶于多数有机溶剂（乙醇、乙醚、丙酮等），在水中微凉溶解（2）分散剂名称聚乙烯醇（PVA）分子结构式聚合度为m+l分子量为2600挥发份 5% 灰分1%溶解性PVA在不同的聚合度和醇解度下对水的溶解度也会不同。在常温下，完全不溶于有机溶剂。（3）引发剂名称偶氮二异庚腈，又称之为ABVN化学结构式：分子量为248.37 分子式：C14H24N4性质： 受热分解，易燃易爆，白色结晶或粉末。 不溶于水，溶于有机溶剂（醇、醚等）。 毒性：低毒产品规格（标准：Q/45071769-0.2-1998）主要指标如下： 熔点范围：4070，在甲醇中不溶物小于0.1%
15、纯度：98% 含水量：1%（4）反应调节剂名称巯基乙酸2-乙基己脂化学结构式外观性状液体，色或淡黄色，有的巯醇臭味。分子量204.3分子量204.3（5）反应终止剂名称RS-1 （一种苛性钠水溶液）配方无离子水84.6%氢氧化钠4.4% 双酚-A 11.0%结构式 分子量223.3（6）防粘釜剂的性质性质RS-1是与酚类化合物的混合物，一种名为环戊二烯基树脂的石油树脂。配方聚醅酚 100kg 石油树脂 700kg 对甲基磺酸 0.15 kg反应温度 160-1704第2章 工艺路线论证第2.1节 PVC树脂的典型聚合工艺有四种典型的聚氯乙烯工业化生产方法：悬浮法、乳液法、本体法、微悬浮法。2.
16、1.1悬浮聚合氯乙烯悬浮聚合 液态氯乙烯悬浮于水介质中在搅拌作用下分成液滴发生的聚合过程。悬浮聚合法是最主要的生产方法，生产过程易于控制，设备和运行费用低，易于调节品种，易于组织大规模生产才得到的广泛应用。工艺特点：悬浮聚合法生产PVC树脂的一般工艺过程是在聚合釜被清理干净以后，在釜中加入水、悬浮剂、抗氧剂、VCM单体， 搅拌混合浆液，VCM单体在水中呈小液滴状分散开， 由保护胶对这些混合浆液中的小液滴加以稳定，随后在混合浆料中加入可溶于水的引发剂，反应速度在反应过程中应该保持平稳，随后升温聚合，局和温度应该稳定在45-70。42-45低温聚合时，生产的聚氯乙烯树脂的分子质量较高；62-71高
17、温聚合时会生产出的聚氯乙烯树脂分子质量低或超低。国外近年来还研究成功了两步悬浮聚合工艺，该工艺提高了聚合速度和生产效率，两步法第一步是将聚合度控制在600左右，然后加入部分新单体继续聚合。聚合周期在两步法聚合中明显短了， 凝胶性能、机械强度和模塑性能较其他的方法有所提升。随着现代科技的发展悬浮法聚氯乙烯应用领域随着聚氯乙烯品种日益广泛而越来越广，现在的PVC厂家越来越对特殊的PVC专用树脂感兴趣，兴趣已经不局限在通用型的树脂上了，其中开发的热点集中于高表观密度建材专用树脂、球形树脂、消光树脂、超高(或超低)分子质量树脂等 3。悬浮法PVC的发展趋势：悬浮聚合法在工业生产时产量最大，更加具有设备
18、投资少和产品成本低等优点。现在聚氯乙烯的其他聚合方法都在逐步向悬浮法聚合生产路线倾斜，悬浮聚合工艺生产方法已经在其他树脂品种的生产中被逐渐采用。目前虽然PVC乳液聚合法已经工业化，但是欧美和日本在连续悬浮聚合工艺的研究工作依然被他们看重，即使距离工业化生产尚有距离，但是连续法的诸多优点已引起了生产厂家和各国科研院所的高度重视。国外厂家大量研究了悬浮聚合的聚合工艺以及聚合过程的配料体系，使得聚合转化率得到进一步的提升。专用树脂在生产周期明显缩产率提高的情况下，其性能也得到了提升。与此同时通用树脂的专用化、市场化水平随着产品质量的提升而逐渐提高。近年来超高(或超低)聚合度树脂、高表观密度树脂、无皮
19、树脂、耐辐射树脂、医用树脂、耐热树脂等的广泛应用就是很好的例证。聚氯乙烯专用树脂的使用性能的提高和新的应用领域的开发是悬浮法聚合树脂发展的标志。 2.1.2本体聚合本体聚合工艺只有单体和引发剂发生反应生产聚氯乙烯，不同于悬浮聚合法以水为介质，也不加入分散剂等各种助剂，悬浮法的离心干燥过程也被删除了。 本体聚合法的简介PVC的本体聚合方法生产，在1963年由法国罗纳-普朗克公司开发出来，该公司发明了两段本体聚合法并实现了该法的工业化，从而使得聚氯乙烯生产采用的本体聚合法在聚氯乙烯生产中确立了很重要的地位。并于1974年在世界上率先投产了年产十万吨大型装置。顾名思义两段法就是在两种不同的控制条件下
20、单体完成树脂颗粒的成形即：首先在反应釜里加入一半儿的单体和引发剂进行预聚合，控制好预聚合的反应温度（6070），达到一定的转化率（8%12%）时，作为反应结束，其总周期约11.5h；后聚合是将预聚合釜排除的流体作为聚合的种子加入到聚合釜内，随后另一半单体和引发剂加入到反应釜中，稳定控制产品的聚合反应温度使反应稳定进行，反应产生的热量与夹套和流冷凝器移除的热量持平，7.59h后总体的转化率达到75%80%时结束反应，将未反应的单体进行回收。本体聚合法的特点本体法与悬浮等法比较，成为世界上主要的聚氯乙烯的生产技术之一，具有生产效率高、工艺操作简单、产品颗粒无“皮膜”、表观密度高、电性能及透明度好等
21、优点，生产成本降低，该技术的使用也很多。2.1.3乳液聚合 与悬浮聚合类似乳液聚合采用了与其相同的分散介质水，但是与之不同的是乳化剂和引发剂均为水溶性的。把水溶性引发剂H2O2或K2S2O8等、氯乙烯单体以及其他助剂加入聚合釜中进行聚合反应是常用的做法。乳液法聚氯乙烯的生产方法乳液法目前分为连续法和间歇法，在PVC的工业生产中种子聚合法又称为间歇法。种子聚合法的具体原理为：将颗粒较细的一代种子连同较粗的二代种子按比例混合，为制取具有一定粒度并且较大粒径的产品，需要使其在种子乳胶粒子提前生长。乳液聚合法的特点：乳液聚合的反应温度较低，因此更好控制传热及反应的操作；H2O2或K2S2O8为水溶性，
22、因此反应速率较快；乳胶的粒径、聚合反应的速率和产品的聚合度等性能与乳化剂的使用量有关，分散剂的使用量也较多；反应完成后的胶乳粒径很细。乳液聚合由于所加的助剂数量较多，并且没有离心和水洗，所以整体工艺比不上悬浮聚合。2.1.4微悬浮聚合在聚合釜中通入VCM单体以及助剂，连同去离子水、油溶性乳化剂、引发剂按比例混合均化后进行聚合。第2.2节 PVC树脂的工艺流程的选定本设计采用悬浮聚合。2.2.1悬浮聚合工艺流程介绍常温下，氯乙烯加压后转变为液体。氯乙烯和其他助剂的混合浆料在通入聚合釜后经过搅拌，氯乙烯在分散剂中分散成液滴，然后发生聚合产生聚氯乙烯。引发剂在45-65时分解为自由基引发氯乙烯聚合。
23、分散剂能使聚氯乙烯和氯乙烯达到一定转化率后不发生粘并。聚氯乙烯微溶于氯乙烯，但VCM能大量溶解于PVC中，让VCM的体积变大。（PVC:VCM70:30重）。由于在转换率为零点一到百分之七十的工段里，VCM和PVC两种组分都是有的。只是VCM和PVC的各自质量分数不发生变化，而是其各自的相持续缩小，但是共聚物却持续进行反应；反应容器内的压强就是聚乙烯的饱和蒸汽压强。接着，共聚物中的VCM继续发生反应，反应釜内的压力就比刚才降低。制造稀疏型PVC的时候，压力下降的范围是零点一到零点一五Mpa，此时就加入反应终止剂，让反应终止。压力下降的太大，将使反应的产率变低。而制造紧凑型PVC时，可以让压力下
24、降零点二到零点二五左右MPa的时候停止。此时产品的转化率约为百分之九十。如果聚乙烯的转化率为百分之百，此时在实际生产中经济效益不高，产品的质量也不高。所以未反应的VCM应该再次利用，做法是将聚乙烯放入气柜里，在处理过后二次利用。聚氯乙烯料浆通过各种离心，洗涤，干燥处理之后，就可以成为聚氯乙烯成品了。该设计年产7万吨聚氯乙生产工艺设计，该设计主要工段工艺包括聚合工艺、汽提工艺和离心干燥工艺，以下主要论述各工段过程。2.2.2悬浮聚合工艺流程氯乙烯悬浮聚合过程大致如下。先将无离子水加入聚合釜内，在搅拌下继续加入分散剂水溶液和其他助剂，后加引发剂，密闭抽真空，必要时以氮排除釜内的空气。最后加入单体，
25、升温至预定温度进行聚合。为了缩短聚合时间，也可以将排氧后的釜内物料加热至预定温度，而后引入单体聚合。采用这一加料方案易使引发剂分散不均匀，局部过浓部分易形成透明塑化粒子，加工时产生鱼眼，为了克服这一缺点，可将引发剂配成溶液或乳液，在VCM加入后，再加入釜内。当釜内单体转化率大达到87%时，根据釜内压力下降的情况进行出料操作，釜内悬浮液借余压压2入出料槽，并于出料槽通入蒸汽升温到75左右，脱除的未聚合的单体借槽内压力排入气柜回收。经脱气后的料浆至出料槽底部排出，经树脂过滤器及料浆泵进入汽提阶段4。该聚乙烯聚合系统属于放热反应，聚合热约为1540kJ/kg。放出的热量由夹套中冷却水带走。放热速度与
26、传热速度应该相等，以保证聚合温度恒定。氯乙烯聚合机理上的特点是向单体链转移显著，PVC的聚合度仅决定于温度，而于引发剂浓度、转发率无关。因此，聚合温度要求控制得十分严格（如0.2）。这就要求引发体系有平缓的聚合放热速度，要求聚合釜有良好的传热性能，保证及时散热。表2.2 聚合过程的工艺指标如下表：序号项目代号条件备注温度压力MPa1低压纯水LDW室温0.35低压无离子水2高压纯水HDW室温1.5高压无离子水3循环水CW320.34低温冷却水2-50.35水5置换压缩空气室温0.556仪表用压缩空气CA室温0.57蒸汽STM1510.48氮气LN室温0.59一般用水RW室温0.3自来工业水10低
27、温冷冻水CHW-320.5盐水11低温纯水2-50.3低温无离子水12升温热水850.352.2.3 料浆汽提工艺流程来自出料槽的料浆，经树脂过滤器有料浆泵送经热交换器，与汽体塔排出的高温料浆进行热交换并被升温后，进入汽提塔顶部，料浆经塔内筛板小孔流下，与塔底的直接蒸汽逆流接触，进行传热传质过程，树脂及水相中残留的单体即被上升的蒸汽汽提带逸，其中的水分在塔顶冷凝器冷凝，借管间通入冷却水冷凝后回流至塔内。塔顶排出不冷凝的氯乙烯气体借塔顶真空泵抽送至气柜回收。汽提后VCM的含量为13.6ppm，塔底经汽提脱除大部分残留单体后的料浆，由料浆泵抽出经热交换器降温后，送入混料槽，待离心干燥处理。表2.3
28、 料浆汽提岗位工艺指标如下表：序号控制项目控制指标控制点控制者纪录1汽提顶温80-85指示主操纪录表2汽提底温93-97指示主操纪录表3压力-0.035-0.040mPa指示主操纪录表4差压0.015-0.035mPa指示主操纪录表5料浆含固量25-30%分析工纪录表6液位30-50%指示主操纪录表7流量7-14/h指示主操纪录表8蒸汽压力0.04MPa指示主操纪录表2.2.4 离心干燥工艺流程干燥工艺过程包括两个阶段：气流干燥和沸腾干燥。本工艺采用气流和沸腾两段干燥装置来完成树脂的干燥过程。气提后的料液有进料泵加入离心机进行分离，得到含水量为20%左右的PVC滤饼，并有螺旋输送器送入干燥器对
29、树脂进行干燥，经筛分后得到含挥发物为0.3%-0.4%的PVC树脂旋风干燥器是有一个带夹套的圆柱行桶体组成，内有一定角度的多层环形挡板。将干燥器分成若干室，挡板中间是导流板。高速的气流带着湿的PVC颗粒，从干燥器的切线方向进入最下一个干燥室，热气流和树脂颗粒在床中高速回旋，离心力将固体颗粒与气体分开，经过在床内进行传质、传热，树脂颗粒再次作旋转运动，离心力和重力作用在不同粒径的颗粒上，造成气体和颗粒之间的速度出现差异，小离子滞留时间短，大颗粒滞留时间长，这样不同粒径的都能得到很良好的干燥。沸腾干燥器是有多孔花板把干燥器分隔成上下两个部分。热气流通过多孔花板把物料吹沸腾，不断向前移动，然后吹冷风
30、，离心后的滤饼经机械分散器均匀进入干燥器，物料中的水分不断蒸发，被热风连续的带入大气中，从而达到干燥的目的，最后进行冷却以便过筛包装。表2.4 离心干燥岗位工艺指标控制如下表：序号控制项目控制指标控制者纪录1风机进口风压4-8kPa操作工纪录表2风机出口风压0-3.5kPa操作工纪录表3蒸汽压力0.4-0.8mPa操作工纪录表4压缩空气压力0.5mPa操作工纪录表5出口风温100-155操作工纪录表6底部风温70-100操作工纪录表7物料入口温度60-80操作工纪录表8物料出口温度50-65操作工9离心机电流100-289A操作工10离心机油泵压力0.06-0.08mPa操作工纪录表第2.3节
31、 悬浮聚合的具体操作在清洗好的不锈钢聚合釜中，打入软水、聚乙烯醇、氯乙烯单体和引发剂偶氮二异庚腈（ABVN），抗鱼眼剂，防粘釜剂，夹套通入蒸汽，使聚合釜内升温至50-60进行聚合反应。反应放热开始后于夹套中通入工业水及5水以调节聚合温度。反应6-9h后即有85%-90%单体氯乙烯聚合，借釜内压力压至沉析槽，釜内残余氯乙烯以灌水排气法回收至气柜。树脂悬浮液进入沉析槽后，回收单体氯乙烯。该悬浮液经离心机脱水，得到含水10%15%的湿树脂，经过螺旋加料器送入气流干燥管内，以150-160热风吹送至旋风分离器组分离，树脂含水降至1%左右。经料柱阀加入沸腾干燥器在100-120下进一步干燥至含水0.3%
32、，溢流物料再经文氏加料器吸入冷风管冷却至40-50，经旋风分离器分离，加入滚筒筛筛去粗料，进行包装。第3章 物料衡算第3.1节 物料衡算依据 画出物料平衡关系示意图M1氯乙烯单体 M2去离子水 M3二次用水 M4终止剂 M5调节剂 M6防粘釜剂 M7分散剂 M8引发剂 M9助剂溶液 M10聚合物混合溶液1 M11回收VCM单体1 M12聚合物混合溶液2 M13回收VCM单体2 M14蒸汽 M15聚合物混合溶液3 M16母液 M17湿物料1 M18脱去水分1 M19湿物料2 M20脱去水分2 M21成品1 M22成品2V101助剂储槽 R101聚合釜 V102出料槽 T101汽提塔 C101离心
33、机 X101气流干燥 X102沸腾干燥 X103包装 图3.1 物料平衡关系图 注明变化过程 在V101中是单纯的物料混合配制，无相变与化学变化。 在R101中引发剂引发单体进行自由基聚合，其反应方程式如下：收集数据资料 生产规模。设计任务书规定的年产量（年产能力）：7万吨年 生产时间。年工作日：300天年（24小时天）确定生产周期或每天生产批数，式中为一个生产周期时间；为反应所需的时间；为投料、出料、升温等辅助操作时间。对于本反应，所以，式中每天生产批数，聚合部分属于间歇操作，每天生产3批。汽提、离心、干燥及包装部分属于连续操作。 相关技术指标表3.1 聚合分配（以SG-5型为准，按70m3
34、计量）技术指标项目内容技术指标项目内容技术指标聚合物后处理损失率6%聚合物生成的量聚合中损失量2%的聚合物生成量去离子水体积1.4单位体积沉析的损失量1%的聚合物生成量引发剂用量0.1%的单体质量汽提中的损失1%的聚合物生成量分散剂用量0.2%的单体质量离心中的损失1%的聚合物生成量调节剂用量0.01%的单体质量气流干燥损失0.5%的聚合物生成量终止剂用量0.01%的单体质量沸腾干燥损失0.5%的聚合物生成量防粘釜剂用量0.1%的单体质量包装损失量1%的聚合物生成量表3.2 操作周期-时间平衡操作进水进VCM搅拌升温反应出料清釜置换共计时间/min151520302702020390 操作条件
35、和控制指标 聚合阶段聚合温度：560.2；加料压力：0.8mPa；出料压力：0.45mPa；反应转化率：90%；二次用水量：700m。 出料阶段出料中VCM的含量为456.3ppm。 汽提阶段汽提顶温：95105；汽提底温：110120；压力：-0.035-0.040mPa；汽提后VCM的含量为13.6ppm。 离心阶段离心后湿物料的含水量约为21%。 干燥阶段气流干燥后出口含水量为5%，沸腾干燥器出口物料含水0.3%。 选择计算基准与计算单位对于间歇生产过程，物料是一批批加入生产装置进行加工处理的，属于非定态操作过程。物料衡算基准为“批”，以KgB-1为计算单位。对于连续生产过程，物料是连续
36、不断地加入生产装置，同时连续不断地流出，属于定态操作，作物料衡算时应选择时间为计算基准，工艺设计计算用Kgh-1为计算单位。 确定计算顺序由于产物与原料之间的化学计量关系比较简单，且整个工艺过程比较简单，容易得到产量与单体原料投料量之间的比例关系，所以采用顺流程的计算顺序。第3.2节 各个设备物料衡算此聚合及干燥包装过程属于较复杂的生产过程，先将生产过程分解到工序，对各工序的各个设备进行物料衡算。3.2.1 R101（聚合釜）的物料衡算M1氯乙烯单体 M2去离子水 M3二次用水 M4终止剂 M5调节剂 M6防粘釜剂 M7分散剂 M8引发剂 M9助剂溶液 M10聚合物混合溶液图3.2 聚合釜物料
37、平衡关系图计算主要原料投料数量用顺流程的计算顺序进行物料衡算必须先求出主要原料每批投料量。该生产装置年产量7万吨，年开工300天，每天生产3批，后处理中聚合物损失率6%。 计算主要原料投料量每批应生产的聚合物数量采用3釜并联，则每釜每批投料量为： 已知反应的转化率为90%，则应投入的VCM单体的质量为：25时VCM单体的密度为0.9017，水密度为0.997。 V101（助剂储槽）中助剂量终止剂：调节剂：防粘釜剂：分散剂：引发剂：合计：用水量去离子水：二次用水：合计：R101（聚合釜）物料衡算VCM（氯乙烯）单体：进料量：聚合过程转化率为90%，水及助剂均不发生反应。则生成的PVC量：未反应的
38、单体质量：出料中的PVC：损失的PVC：聚合物混合溶液1：对聚合釜做全物料衡算则有：说明聚合釜的物料衡算过程是正确的。3.2.2 V102出料储槽物料衡算M10聚合物混合溶液1 M11回收VCM单体1 M12聚合物混合溶液2图3.3 出料槽物料平衡关系图出料槽中损失的PVC量：出料槽出去的PVC量：由于过出料槽的VCM含量为456.4ppm（即456.4），过出料中VCM的量为：回收的VCM量：树脂悬浮液包括：助剂、 水、 VCM 单体、 PVC聚合物混合溶液2：对出料槽作物料衡算： 说明出料槽的物料衡算过程是正确的。3.2.3 T101（汽提塔）的物料衡算M12聚合物混合溶液2 M13回收V
39、CM单体2 M14蒸汽 M15聚合物混合溶液3图3.4 汽提塔的物料平衡关系图 由全年任务可得每小时PVC产量为：产品中含水0.3%，折合成绝干树脂量应为：进入汽提塔内的绝干树脂量为：按出料槽的出料组成，以28872.9314kg/h为基准求出汽提塔进料中其它各组分相应的量：用水量：助剂量：VCM单体量： PVC损失量：出料中含PVC量：已知汽提后VCM 含量为13.5ppm，故出料中含VCM量为：出料中含VCM量：回收的VCM单体2：则进入汽提塔的聚合物混合溶液2： 求冷凝蒸汽量条件：进入汽提塔内的物料初始温度为66，汽提塔内压强为0.06mPa，在此压强下水的沸点为86，潜热为2293.9
40、kJ/kg，水蒸气的比热容Cp=2.31kJ/(kg)。 进入汽提塔蒸汽的初始温度为142，物料的升温以及VCM向蒸汽的扩散能由蒸汽的潜热和显热提供，而且单体的扩散能为71kJ/mol，假定在塔内有36%蒸汽冷凝，其余在塔顶冷凝，则物料升温所需热量如下：查资料得各物料的比热容如下表表3.3 各物料的比热容物料名称kJ/（）水6680144.2VCM6680140.848PVC6680141.764VCM单体的扩散能：加热水所需的热量：加热单体所需的热量：加热PVC所需的热量：合计（总热量）：设蒸汽的流量为M14，加热各物料所需的总热量是由蒸气提供的，则由上式得：则混合液中含水量：聚合物混合溶液
41、3：进料量：出料量：说明汽提塔的物料衡算过程是正确的。3.2.4 C101（离心机）的物料衡算M15聚合物混合溶液3 M16母液 M17湿物料1图3.5 离心机的物料平衡关系图离心操作PVC损失量：离心脱水后湿物料约含20%的水分离心后PVC量：湿物料含水量：湿物料量1：离心后的清液中还含有水分、助剂，一起被脱除掉水：母液量：合计：进料：说明离心机的物料衡算过程是正确的。3.2.5 X101（气流干燥）的物料衡算M17湿物料1 M18脱去水分1 M19湿物料2图3.6 气流干燥的物料平衡关系图气流干燥中PVC损失量：干燥后的绝干树脂量：由于气流干燥后的含水量为5%，则湿物料2含水量：湿物料2的
42、量：脱去水分1的量：出料量：由此说明气流干燥的衡算过程是正确的。3.2.6 X102（沸腾干燥器）的物料衡算M19湿物料2 M20脱去水分2 M21成品1图3.7 沸腾干燥的物料平衡关系图沸腾干燥中PVC损失量：沸腾干燥后的绝干树脂量：沸腾干燥后物料含水量为0.3%，则成品含水量：成品1的量：沸腾干燥过程脱去的水分2：出料量：进料量：由此说明沸腾干燥的物料衡算过程是正确的。第3.3节 物料衡算总平衡由筛分包装出来的成品2的量为9722.2222 ，由设计任务书生产时间为300天（每天24小时），则可得出年生产能力：由上述计算可得能满足生产任务的要求。（1）聚合釜及出料槽属于间歇操作，计算基准为M1氯乙烯单体 M2去离子水 M3二次用水 M4终止剂 M5调节剂 M6防粘釜剂 M7分散剂 M8引发剂 M9助剂溶液 M10聚合物混合溶液1 M11回收VCM单体1 M12聚合物混合溶液2图3.8 间歇操作总的物料衡算关系图投入VCM单体的量为30645.3205， PVC的总损失为30645.32050.882%=525.3480表3.4 间歇操作物料衡算表物料名称进料/B出料/BVCM单体M130645.3025去离子水M238802.4242二次用水M3697.9助剂M9128.71021聚合物混合液M1266670.5274
