1、哈尔滨理工大学学士学位论文XXX大学毕业设计（论文）任务书学生姓名：震哥 学号：学 院： 化学与环境工程学院 专业：化学工程与工艺任务起止时间：2014年2月24日至2014年6月19日毕业设计（论文）题目：年产8万吨聚氯乙烯聚合车间工艺设计毕业设计工作内容： 查阅聚氯乙烯聚合相关资料，对聚氯乙烯聚合工艺进行了介绍，并确定最佳生产工艺； 根据化工设计规范进行流程确定、物料衡算、热量衡算； 进行主要设备的选型、绘制总图、带控制点的工艺流程图、各车间设备布置图、聚合釜设备图； 对课程设计结果进行分析，力求做到理论根据充分，计算正确，技术上可行，经济上合理； 按要求编写设计说明书； 翻译字数在300
2、0字左右有关设计内容的外文一篇； 答辩；资料：1、聚氯乙烯工艺相关参考书2、化工相关设计手册3、中国化学化工文摘4、外文期刊（CA）指导教师意见：系主任意见：签名：年 月 日年产8万吨聚氯乙烯聚合车间生产工艺设计摘 要PVC是一种常用的化工原料，是氯碱工业优先考虑用来平衡氯气的产品。它具有阻燃、防腐、抗水及抗化学品腐蚀性、更好的机械性能和电绝缘性能。聚氯乙烯的重要性还在于其单独占有世界总氯消费量的35%,同时聚氯乙烯对氯碱平衡起着关键的杠杆作用。如今，国内外主要采用悬浮聚合的方法生产聚氯乙烯。聚合过程是聚氯乙烯生产系统的重要环节，它的任务是将合成其他工序送来的氯乙烯单体在引发剂与分散剂的作用下
3、聚合成为聚氯乙烯树脂。然后经过一系列的过滤、汽提、干燥等过程将PVC树脂处理成符合要求的产品。本设计是以哈尔滨华尔化工有限公司的实际生产为依据。本次设计介绍了聚合工艺的原理及计算与工艺设计，该厂由过去的年产1.5万吨聚氯乙烯 ，扩建为年产8万吨。对采用悬浮法年产8万吨聚氯乙烯厂聚合车间各工序进行简要分析，确定工艺技术流程，确定蒸汽及冷却水的用量，同时进行离心机与干燥过程的物料衡算。确定完成生产任务所需的聚合釜的台数（70m3釜4台并联工作），对主要设备进行选型，并绘制设备图、工艺流程图及车间布置图。关键词 氯乙烯；聚合；设计；设备选型80,000 tons of PVC plant produ
4、ction area polymerization process design AbstractPVC is an important chemical raw materials, the chloral-alkali industry is a priority for the balance of chlorine products. It is fire retardant, weathering, anti-corrosion, anti-corrosive chemicals and water, good mechanical properties and electrical
5、 insulation properties of merit. PVC is the important of its separate chlorine occupy the worlds total consumption of 35 percent, while the chloral-alkali balance of PVC plays a key role as a lever. At present, the major domestic and foreign PVC produced by polymerization .Polymerization process PVC
6、 production system is an important aspect of its mandate is to bring the process of vinyl chloride monomer and the initiator of the emulsifier under PVC polymer latex. Then after a series of filters, stripping, drying process will be dealt with as to meet the requirements of latex products.This desi
7、gn is Harbin Waldorf Chemical Co., Ltd. based on the actual production, . The focus of this design is the principle and polymerization process, the plant from the previous year 15,000 tons of PVC, with an annual output of the expansion of 30,000 tons. The use of latex with an annual output of 30,000
8、 tons of PVC plant polymerization processes of the workshop with a brief analysis, process to determine the steam and cooling water usage, while a centrifuge and drying process the material balance. Determined to complete production tasks for the polymerization Number (70m kettle four parallel work)
9、, and the major equipment design and selection, and the mapping the structure of the equipment, process flow chart and workshop layout.Key words PVC; Polymerization; Design; Equipment Selection目录摘要2目录4第1章 绪论61.1 概述61.2 国内外聚氯乙烯市场供需状况及发展趋势61.2.1 国外状况61.2.2 国内状况71.3 设计目的及内容81.3.1 设计目的81.3.2 设计内容8第2章 工艺
10、路线的确定92.1 聚氯乙烯的聚合工艺技术92.1.1 悬浮聚合92.1.2 本体聚合92.1.3 乳液聚合102.1.4 溶液聚合102.2 工艺技术的确定112.2.1 悬浮聚合生产工艺技术112.2.2 自由基聚合机理122.2.3 工艺流程简图132.3 工艺流程简述及原辅料152.3.1 工艺流程简述152.3.2 生产用原辅料152.4 产品介绍192.5 本章小结19第3章 工艺计算203.1 计算依据203.2 物料衡算203.2.1 聚合釜203.2.2 离心机233.2.3 沸腾床243.3 热量衡算253.3.1 聚合釜253.3.2 沸腾床283.4 本章小结34第4章
11、 主要设备的选择354.1 聚合釜354.2 离心机354.3 干燥器364.4 袋式除尘器36第5章 厂区选址及本文附件385.1 选址385.2 本文附件405.2.1 外文文献翻译及原文405.2.2 厂区总平面布置图405.2.3 带控制点工艺流程图405.2.4 设备平面布置图40结论41致谢42参考文献43附录A45附录B50第1章 不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- 5 -第2章 千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- 6 -第1章 绪论1.1 概述聚氯乙烯（PVC
12、）笼统指的是具有重复单元的氯乙烯均聚物与具有少量其他共聚单体（如乙酸乙烯酯、偏氯乙烯等）的共聚物。这一术语不仅指的是聚合物本身，还包括这些树脂与助剂（如稳定剂、增塑剂及填料）组成的配混物以及采用多种各样的加工方法所加工成的多种各样的最后的制品。聚氯乙烯由在于大分子结构中引入了氯原子，使其于许多物化性能及机械性能（如透明性、耐析性、难燃性、耐腐蚀性）及力学性能等方面优于聚烯烃，成为当今价廉物美的通用树脂品种。由于60年代完成从经典的电石乙炔法向石油乙烯二步氧氯化法工艺技术路线的转换；以及装置趋于大型化及自动化；聚氯乙烯加工技术（主要是稳定剂等助剂）及设备的开发，使聚氯乙烯（主要是均聚物）于建材等
13、硬制品方面开拓了广阔的市场，促进了聚氯乙烯工业的发展，使其成为在氯碱工业中优先考虑用来平衡氯气的产品。聚氯乙烯树脂是于1931年由德国法本公司采用乳液聚合工艺技术首先实现工业化生产的，随着加工工艺技术的不断进展，对产品的性能要求越来越高，特别是糊树脂得到广泛的应用后，世界各国对聚氯乙烯糊树脂的生产工艺技术不断进行改进。1936年，德国布纳于乳液聚合的基础上开发 连续乳液聚合工艺技术；1966年，法国罗纳普朗克公司于乳液聚合与悬浮聚合的基础上开发 微悬浮聚合（MSP-1）工艺技术；1974年开发了种子微悬浮聚合（MSP-2）工艺技术，然后又于1974年开发了种子微悬浮聚合（MSP-3）工艺技术。
14、1986年，美国西方石油公司又于乳液聚合与微悬浮聚合的基础上开发 混合聚合的生产工艺技术。如今，世界上采用乳液聚合生产的树脂，占据氯乙烯树脂生产总量的10%；采用微悬浮聚合生产的树脂，占据氯乙烯树脂生产总量的4%。1.2 国内外聚氯乙烯市场供需状况及发展趋势1.2.1 国外状况世界聚氯乙烯行业的发展趋势为：调整机构，组建大型公司或跨国公司，开展多种经营，向规模经济要效益。面对市场萧条形势，欧美关闭了不少旧的生产装置，采取更新设备与新建具有先进水平的大型聚氯乙烯装置措施。据介绍，新建装置规模大，消耗低，生产成本旧装置降低40。日本与韩国也经过关停并转，再度优化产业结构。使聚氯乙烯产品供需更加平衡
15、，避免无序竞争，提高整个生产过程的经济效益。追求新技术一直是聚氯乙烯领域的长期目标。多年来，聚氯乙烯工艺技术过程变化不大，尽管原油价格不断飙升，但由于不断的提高生产装备水平与操作控制水平，实施计算自动化控制，向生产效率与产品质量要效益，大幅度降低能耗、原材料消耗，从而降低成本,使生产仍然有利可图。其中聚合釜是生产聚氯乙烯树脂的最关键设备，国外于聚合釜的研究开发方面经历追求大型化到讲究高效合理化的发展过程。日本于20世纪40年代使用14M3聚合釜，50年代使用1020M3,60年代使用3050M3，70年代开始发展大型聚合釜，一般为6080M3，大的有130200M3；美国从11M3发展到901
16、80M3，而德国有200M3聚合釜。实践证明，超大型釜有利于简化操作，减少辅助设备，降低氯乙烯排放，对增加生产强度、降低消耗、稳定质量起到作用。具体措施：一是完善和同源物种水平上，以聚合延长高或低的程度;二是各种各种特殊材料的开发混合成分，使应用程序更加经济合理;第三，为满足市场需求，不断推出的PVC新品种改良如此普遍，以产品开发，工程或功能的性能。1.2.2 国内状况 中国聚氯乙烯生产企业要集中于华北、西北与华东等的，厂家依附北方的资源优势，降低生产成本；但如今国内聚氯乙烯下游制品企业主要集中于长三、珠三角与渤海的区，供求的区域失衡使得运输成为聚氯乙烯行业关注的重点。在如今国内运力遍紧张与运
17、费上调的情况下，如何解决物流问题将于很大程度上影聚氯乙烯企业的发展。作为中国消费最大的合成通用树脂，近年来于化工、建筑、日用品等行业带动下，聚氯乙烯的市场需求与日俱增。受利益驱动，各的纷纷上马聚氯乙烯生产项目。此外，2003年 中国对产自美国、韩国、日本、俄罗斯及 中国台湾的区的产品实施反倾销，国内产企业也得到喘息机会。截至2005年底， 中国聚氯乙生产能力与产量均仅次于美国而居世界第二，而消费量则超过美国位居世界之首。据不完全统计，2006年我聚氯乙烯产能达到1273万吨，同比增加30。 中国聚氯乙烯工业化生产已有进50年的历史，近10年随着国民经济持续高速增加以建筑业与聚氯乙烯加工业对聚氯
18、乙烯消费的大幅度拉动，国内聚氯乙烯工业有 相当大的发展。19952005年，中国聚氯烯生产能力与产量年均增加率分别为16.3与15.5。截至2006年底，中国聚氯乙烯生产企业80多家，生产能力达1273万吨/年，产量824万吨，全国聚氯烯生产厂平均规模超过12万吨/年。从聚氯乙烯生产工艺技术分布看，由于资源条不一样、的区差异，中国聚氯乙烯生产路明显有不一样的倾向性或的域性。石化系统及相关企业与合资企业的聚氯乙烯生产全部采用乙烯法，华北、华东的区沿海沿江企业的聚氯乙烯生产采用乙烯或电石法；而西部、中部的区则全部采用电石法生产聚氯乙烯。总之，我国聚氯乙烯生产工艺技术以电石法为主，生产装置模普遍偏小
19、，聚氯乙烯生产企业多通过外购主要原料进行生产，上下游一体化的装置较少，绝大多数企业不具备原料优势，因而原料价格的大幅度荡将大大压缩企业的盈利空间。1.3 设计目的及内容1.3.1 设计目的PVC是由液态的氯乙烯单体经悬浮聚合而成，其中悬浮工艺大约占91的比例。在世界PVC总产量中均聚物也占有大约90的比例。PVC是应用最广泛的树脂，可以生产强度和硬度大的硬质制品，如管材和管件、包装片材和门窗等。加入一定额增塑剂后也可以制造柔软的产品，如薄膜、片材、地板、电线电缆、涂层、合成革和其它消费性产品。现在硬质制品目前约占PVC总消费量的6670，往后PVC消量进一步增长的领域主要是在硬质制品应用领域。
20、目前PVC在建筑领域中的消费量占总消费量一半以上。氯乙烯是PVC聚合的单体，是聚氯乙烯的基本原料。在引发剂的作用下，易聚合成聚氯乙烯树脂。氯乙烯也会和其它不饱和的化合物发生共聚，生成高聚物，这些高聚物可在工业上和日用品生产上具有广泛的应用。因此，VCM的生产在化工生产中占有重要的地位。本设计根据设计要求设计出8万吨PVC单体的工艺流程。做到了理论与实际结合，真正做到学有所用。在次设计过程中丰富了自我，也对VCM生产有了详细的了解。1.3.2 设计内容1、 确定生产8万吨PVC聚合工段生产工艺，绘制工艺流程框图、带控制点的工艺流程图。2、 完成年产8万吨PVC聚合工段的部分工艺计算，根据工艺计算
21、确定部分生产设备的规格。3、 完成对标准设备的设备选型、非标准设备的设计，并对所选的设备进行校核。4、 完成生产车间的设备布置图，根据车间的大小设计出整个PVC聚合的厂区布置图。第2章 工艺路线的确定2.1 聚氯乙烯的聚合工艺技术工业化生产聚氯乙烯时，根据树脂的用途，一般采用四种聚合方法：悬浮聚合、本体聚合、乳液聚合（含微悬浮聚合）与溶液聚合。氯乙烯四种聚合方法的比较见表2-1。表2-1 氯乙烯四种聚合方法的比较项目悬浮聚合本体聚合溶液聚合乳液聚合配方组成单体、引发剂、分散剂、水单体、引发剂单体、引发剂单体、引发剂、乳化剂、水聚合场所单体液滴内本体内溶液内胶束与乳胶粒内温度控制容易困难容易容易
22、聚合速率较大中等小大分子量控制较困难困难容易容易生产特征间歇生产间歇操作可连续生产可连续生产产物特性及主要用途适合于注塑或挤塑树脂聚合物纯净、硬质注塑品涂料、黏合剂涂料、黏合剂2.1.1 悬浮聚合悬浮聚合是于分散剂存于下，借助搅拌把非水溶性单体分散成小液滴悬浮于水中进行的化学反应。悬浮聚合是一种成熟的工艺技术，通常情况下，悬浮聚合过程中加入到聚合反应器和去离子水的悬浮液中，加入聚合引发剂的密封容器中，空气和真空除去溶解在该材料中的氯乙烯单体的高压釜中，升温的氧后，然后加入并搅拌聚合反应是不完整的单体提取，对浆料进行汽提，分离。自从聚氯乙烯装置问世以来，聚氯乙烯悬浮聚合生产技术于基础理论与生产实
23、践上都取得了巨大进步。凡能进行本体聚合的单体一般多可进行悬浮聚合，此法的优点是水做分散介质，无毒安全，散热好，温度易控制；由于产物是珠状或粉状的固体微粒，分离、干燥等后处理方便，适宜大规模生产。主要缺点是分散剂易残留于聚合物中，而使其纯度与透明性降低。2.1.2 本体聚合本体聚合是单体本身于不加溶剂与分散介质（通常为水）的条件下，由少量引发剂光、热、辐射的作用下进行的聚合反应。本体聚合的主要技术发展：一是连续聚合法，该技术仅于研究阶段，因为技术问题不易工业化；二是减轻或防止粘釜技术的研究，主要是釜壁涂布与添加助剂。本体聚合的优点是产品纯度高，有利于制备透明与电性能好的产品，聚合设备也较简单。另
24、为，单体浓度高，聚合反应速率较快、产率高。缺点是聚合体系由于无溶剂存于而黏度大，自加速现象显著，聚合热不易导出，体现温度难以控制。因此会引起局部过热或暴聚而影响最后的产物的质量，如变色、产生气泡、分子量分布宽等。为 解决聚合热的导出问题，实验室或工业上往往采用分段聚合工艺技术，即分预聚合与后聚合两段进行。可于低温下预聚合，然后逐渐升高温度进行后聚合。也可相反，先于较高温度下预聚合，控制转化率于一定范围内，然后于迅速冷却，再较低温度下缓慢聚合（后聚合）。2.1.3 乳液聚合乳液聚合是非水溶性（或低水溶性）单体于乳化剂的搅拌作用下，于水中形成乳状液而进行的聚合反应。显然它不一样于本体与溶液聚合，属
25、于液-液非均相聚合体系。而与同是液-液非均相聚合的悬浮聚合比较，显然都是将单体分散于水中，但两者有明显的区别：悬浮聚合反应于单体液滴中进行，而乳液聚合则发生于乳化剂形成的胶束内，后者的粒径较前者小得多；悬浮聚合使用油溶性引发剂，于单体相中分解，而乳液聚合使用水溶性引发剂，再水相中分解。因此乳液聚合有其独特的化学反应历程，机理较其他聚合方法复杂得多，控制因素也不一样。乳液聚合的优点有：用水作分散介质、传热、控温容易；黏度与聚合物分子量及聚合物含量无关，化学反应后期体系黏度仍然较低，有利于搅拌、传热与物料输送，特别适合制备黏性大的橡胶类聚合物；由于特殊化学反应机理，导致聚合速率较快，产物分子量高，
26、且不像其他聚合方法那样，聚合速率与产物聚合度成反比规律的限制，能于提高聚合物分子量的同时又不牺牲聚合速率。缺点是产物含乳化剂而纯度差，除涂料、粘合剂等直接使用乳液的场合，需经破乳、洗涤、干燥等后工序，增加生产成本。2.1.4 溶液聚合把单体与引发剂溶于适当的溶剂中，于溶液状态下进行的聚合反应称溶液聚合。这种方法也可分为均相与非均相（沉淀）聚合。前者时聚合物溶于所用溶剂，如丙烯腈于DMF中的聚合；后者时聚合物不溶于所用的溶剂，如丙烯腈于水中的聚合。与本体聚合相比，此法的优点是溶剂可作为传热介质，有利于聚合热的导出，温度容易控制；体系黏度低，自加速现象较弱，同时也有利于物料输送；体系中聚合物浓度被
27、溶剂稀释而变小，向聚合物链转移生成支化或交联产物的概率大大降低。缺点是体系单体浓度小，聚合速率较慢而使生产效率下降；由于使用溶剂，对人体与环境都有污染；同时产物是聚合物溶液，必然涉及聚合物分离纯化，溶液回收等后序，增加 成本；再者由于溶剂的链转移作用，溶液聚合难以合成分子量较高的聚合物。2.2 工艺技术的确定2.2.1 悬浮聚合生产工艺技术因悬浮法PVC生产技术易于调节品种，生产过程易于控制，设备与运行费用低，易于大规模组织生产而得到广泛的应用，因而成为诸多的生产工艺技术中最主要的生产方法。本设计选取悬浮法生产PVC。技术特征：悬浮聚合，以产生聚氯乙烯树脂技术中一般是在水之后进行清理的过程中被
28、加入到聚合反应器和助悬剂，抗氧化剂，氯乙烯单体，然后搅拌的去离子水，使单分散成小的液滴，液滴加入到保护性胶体以稳定并添加至单体可溶的引发剂或引发剂乳液保持在化学反应过程中的化学稳定性，反应速度，聚合温度，一般的聚合温度为45 70。采用低温聚合（如4245），生产出高分子量的PVC树脂;当使用高温聚合物聚（通常6271），可产生低分子量（或超低分子量）氯乙烯树脂。在最近几年中，为了提高速度和聚合的效率，国外的研究中，以两步悬浮聚合工艺技术的成功，通常是在控制为600左右的聚合度，增加了一些的第一步聚合前的单体的新的第二步骤继续聚合。使用两阶段的聚合来聚合到显著缩短周期，以产生具有良好的的面能量
29、，性能和凝胶成型方式的机械强度的树脂的优点。 SPVC品种现在越来越普遍，越来越广泛的应用领域，除了通用树脂，特殊用途专用于PVC树脂制造商开发越来越多的关注，由于球形树脂，高表观密度建筑专用树脂，消光树脂，高（或超低）分子量树脂已经发展成为一个热点。悬浮法PVC的发展趋势：当工业生产PVC，悬浮产量最大，吊销生产设备，在资本和产品投资少的优点成本较低。范围广泛的不同的聚合方法来开发的生产线方向逐渐倾斜的悬浮聚合方法中，一些过去用来生产树脂品种的其它方法通过悬浮聚合工艺技术已经开始。由于乳液聚合工业化，欧洲，日本，连续悬浮聚合工艺技术方面进行了大量的研究工作，目前工业生产还没有，但一个持续的过
30、程设备，成本低，效率高，技术含量低的问题，已经引起了国家研究中心关注的制造商。此外，为了进一步提高产量悬挂通用的质量树脂与特殊树脂，以提高专业化，市场层面，国外厂商在聚合工艺技术加工技术系统和其他条件和材料方面的产品做了很多研究工作，一在聚合转化率进一步提高，缩短聚合周期，提高了生产效率，而且还开发了一系列性能，易于加工专用于聚氯乙烯树脂，如：聚合树脂，高的高（或超低）学位堆积密度树脂，无表皮的树脂，放射线性树脂，固化性树脂，耐热性树脂。可见，许多种类的开发了特殊的材料是悬浮聚合树脂发展的标志，提高产品性能，开发新的地球应用的重要工具。2.2.2 自由基聚合机理氯乙烯悬浮聚合的化学反应，属于自
31、由基连锁加聚化学反应，它的化学反应一般由链引发，链增加，链终止，链转移及基元化学反应组成。引发：过氧化物的引发剂受热后过氧链断裂生成两个自由基:初级自由基与VCM形成单体自由基。链增加：单体自由基具有很高的活性，故打开单体的双键形成的自由基，新的自由基活性并不衰减，继续与其它单体化学反应生成更多的链的自由基。链终止：连续不断的聚合，当达到一定程度的聚合在分子链中的已在单体浓度足够长的时间逐渐减小，从而使活动受到限制，以大的分子，即，它会失去电子输终止与其它活性分子的活性大分子氯化物化学反应。有偶合终止终止终止和歧化。偶合终止：两个活性大分子自由基相遇时，两个自由基头部独立电子对配对形共价键所形成的饱与大分子叫偶合终止。歧化终止：两个活性大分子自由基相遇时，其中一个自由基夺取另一个自由基上的氢原子而饱与，另一个高分子自由基失去一个氢原子而带有不饱与基团，这种终止化学反应的方式叫双基歧化终止。有时活性大分子自由基与金属器壁中的自
