产7.5万tPVC干燥聚合工序的初步设计——毕业设计.doc
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1、毕业设计论文题目:7.5万t/aPVC干燥聚合工序的初步设计学位申请人姓名院(系)名 称化学与化工学院专 业 名 称化学工程与工艺年 级 班 级指导教师姓名指导教师职称助教目录内容摘要.4关键词.4Abstract.4Keywords .4前言.51 总论.51.1 PVC的作用及发展51.1.1 聚氯乙烯简介51.1.2 中国市场的生产状况61.1.3 PVC的发展前景61.1.4 意义与作用61.2 产品性质与特点71.3 产品的生产方法概述81.3.1悬浮聚合:81.3.2本体聚合:81.3.3乳液聚合:81.3.4微悬浮聚合:81.3.5 四种主要聚合工艺的特性比较:81.4 设计依据
2、91.5 设计规模及原料与产品规格101.5.1 设计规模101.5.2 主要原料规格及技术指标102 工艺设计与计算.122.1 工艺流程简介122.2工艺流程操作步骤122.3 工艺流程简图132.4 工艺计算132.4.1计算依据132.4.2低沸塔142.4.3 高沸塔173 安全设计.193.1 防火防爆203.2 防毒223.3 中毒后应采取的急救措施223.4 安全防护:234 环境保护.234.1 废水的治理234.2 废渣的治理:244.3 氯乙烯外逸:24参考文献26致谢27内容摘要:本设计为年产7.5万吨聚氯乙烯聚合干燥工序的初步工艺设计,在设计说明书中,简单介绍了聚氯乙
3、烯的生产现状、发展趋势、性能和主要用途,也介绍了目前聚氯乙烯的四种常见的工业聚合生产方法.,并进行了比较,最后确定以悬浮聚合法作为聚合的工艺生产方法。在设计过程中,根据设计任务书的要求,进行了物料衡算和能量衡算,同时对聚氯乙烯生产过程中的安全注意事项及“三废”治理作了相关说明。关键词:聚氯乙烯 悬浮聚合工艺 干燥 单体 生产工艺;Abstract:The design for an annual output of 75,000 tons of PVC dry polymerization processes of the preliminary design. In the design o
4、f 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 polymerization technology production
5、 methods. In the design process, in accordance with the requirements of the mission design, a more detailed material balance and energy balance, while the production of PVC in the process of attention to safety issues and Three wastes governance . Keywords: polyvinyl chloride suspension polymerizati
6、on Dryness monomer Productive technology前言:聚氯乙烯是由氯乙烯单体均聚或与其他多种单体共聚而制得的合成树脂,聚氯乙烯再配以增塑剂、稳定剂、高分子改进剂、填料、偶联剂和加工助剂,经过提炼、塑化、成型加工成各种材料。在现代工业生产和人类生活中起着举足轻重的作用,因此PVC的生产和技术的改进越来越受到现代人的关注!当前,PVC生产面临着严重的挑战。比如:生态环境的保护,潜在替代品的市场竞争,资源的进一步优化配置,能量的合理充分利用,生产过程的优化和高效率化,生产和使用效率的提高,应用技术和市场开拓等,都在不同程度上影响着PVC的进一步发展,。本设计是以对年产
7、能力为7.5万吨聚氯乙烯(PVC)聚合干燥工序的初步设计,以神马正华化工厂为理论资料,并收集有关的化工设计资料作参考,按毕业设计大纲和设计任务书的要求进行设计。此次设计旨在理论学习的基础上,结合生产实践,熟悉工艺流程、生产方案的选择等。掌握工艺设计中的物料衡算、能量衡算,对参考文献的查阅与学习等的方法。由于设计者的理论知识有限,设计经验的缺乏,在设计的过程中难免会有一些不足和错误之处,敬请各位老师批评指正。1 总论1.1 PVC的作用及发展1.1.1 聚氯乙烯简介聚氯乙烯是一种无毒、无臭的白色粉末,它的化学稳定性很高,具有良好的可塑性。除少数有机溶剂外,常温下可耐任何浓度的盐酸、90%以下的硫
8、酸、50-60%的硝酸及20%以下的少见,对于盐类亦相当稳定:PVC的热稳定性和耐光性较差,在140以上即可开始分解并放出氯化氢气体,致使PVC变色。PVC的电绝缘性优良,一般不会燃烧,在火焰上能燃烧并放出HCl,但离开火焰即自熄,是一种“自熄性”“难燃性”物质。基于上述特点,PVC主要用于生产型材,、异型材、管材管件、板材、片材、电缆护套、硬质或软质管、输血器材和薄膜等领域。1.1.2 中国市场的生产状况据统计到2007年底,中国大陆有聚氯乙烯生产厂家超过100家,合计生产能力1524.1万吨,而2007年中国聚氯乙烯树脂产量在971.7万吨左右,是世界聚氯乙烯最大生产国,表观消费量将超过1
9、000万吨,也位居世界前列。到2010年,经过购并和重组,聚氯乙烯行业有100万吨/年“航母级”生产企业问世,我国聚氯乙烯产业进入了“巨头”争霸的时代1。1.1.3 PVC的发展前景从目前聚氯乙烯生产发展趋势看,生产朝着高度集中和装置大型化方向发展。一些生产企业在工程建设时注意与衍生产品同步建设,还有些生产商在相关业务进行了分工合作,建立上下游一体化合作体系,实现从上游资源到下游产品的产业链整合。随着我国聚氯乙烯市场开放度加大,尤其是外资和合资企业的加盟,市场竞争将会进一步白热化,聚氯乙烯行业将面临冲洗洗牌。加大结构调整力度,实现集约化经营是聚氯乙烯工业生产发展的大趋势。到2012年,全球聚氯
10、乙烯的市场需求快速增长,尤其是一些发展中国家,市场需求将呈现迅猛增长的态势。我国聚氯乙烯树脂需求也将保持快速增长,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、交通领域对聚氯乙烯树脂的需求也呈高速增长,中国聚氯乙烯工业仍有较大的发展空间2。1.1.4 意义与作用PVC是国内外高速发展的合成材料中5大热塑性合成树脂之一,以其价廉物美的特点,占合成树脂消费量的29%左右,仅次于聚乙烯,居第二位。由于它具有优良的耐化学腐蚀性、电
11、绝缘性、阴燃性、物理及机械性能、抗化学药品性能、质轻、强度高且易加工、成本低,可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中控等方式进行加工,是一种能耗少、生产成本低的产品。因而聚氯乙烯制品广泛用于工业、农业、建筑、电子电气、交通运输、电力、电讯和包装及人们生活中的各个领域。聚氯乙烯硬质制品可替代金属制成各种工业行材、门窗、管道、阀门绝缘板及防腐材料等,还可以做收音机、电话、电视机、蓄电池外壳及家具、玩具等。其轻质品可制成薄膜用以制作雨披、台布、包装材料以及农膜,还可制成人造革、电线、电缆等的绝缘层3。1.2 产品性质与特点中文名称: 聚氯乙烯英文名称: Polyvinyl chloride po
12、lymer 简称: PVC玻璃转变温度: 87熔点: 212导热率(): 0.16 W/mK 热膨胀系数(): 810-5 /K 热容(c): 0.9 kJ/(kgK) 吸水率 (ASTM): 0.04-0.4%聚氯乙稀是一种无毒、无臭的白色粉末。电绝缘性优良,一般不会燃烧,在火焰上能燃烧并放出HCl,但离开火焰即自熄,是一种“自熄性”、“难燃性”物质。主要用于生产透明片、管件、金卡、输血器材、软、硬管、板材、门窗、异型材、薄膜、电绝缘材料、电缆护套、输血料等。聚氯乙稀具有阻燃(阻燃值为40以上)、耐化学药品性高(耐浓盐酸、浓度为90的硫酸、浓度为60的硝酸和浓度20的氢氧化钠)、机械强度及电
13、绝缘性良好的优点。但其耐热性较差,软化点为80,于130开始分解变色,并析出HCI。 聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成,聚合度n一般在500-20000范围内,其分子结构式如下:从产品分类看,PVC属于三大合成材料(合成树脂、合成纤维、合成橡胶)中的合成树脂类,其中包括五大通用树脂,聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、ABS树脂。1.3 产品的生产方法概述聚氯乙烯按聚合方法分四大类:悬浮法聚氯乙烯,乳液法聚氯乙烯、本体法聚氯乙烯、溶液法聚氯乙烯。1.3.1悬浮聚合:悬浮聚合是一种成熟的工艺,典型的悬浮聚合过程是向聚合釜中加入无离子水和悬浮剂,加入引发剂后密封聚合釜,脱除
14、氧,加入单体氯乙烯进行聚合。1.3.2本体聚合:本体聚合工艺不以水为介质,也不加入分散剂等各种助剂,而只加入氯乙烯和引发剂,因此可大大简化生产工艺。1.3.3乳液聚合:乳液聚合是生产糊树脂的方法,通常采用水溶性引发剂(H2O2或K2S2O8等)把氯乙烯单体、水溶性物质、水、乳化剂及非离子型表面活性剂加入集合釜中进行聚合反应。1.3.4微悬浮聚合:微悬浮聚合将氯乙烯单体,无离子水、乳化剂、油溶性引发剂以及其它助剂按比例混合均化,将均化料通入聚合反应釜进行聚合4。1.3.5 四种主要聚合工艺的特性比较: 表1 四种主要聚合工艺的特性项 目悬浮法本体法乳液法微悬浮法工业类型生产能力/(万吨/年)间歇
15、20间歇10间歇5间歇5反应器/ m36133第一 第二138 563635635项 目悬浮法本体法乳液法微悬浮法类型效率/(t/am3)反应条件立式251立式283立式238立式238温度/5767 705250时间/h6.00.25 3.56.010批量时间/h8.21.80 7.657.811.8转化率/%88.08.0 67.082.391.8总收率/%99.399.098.798.9聚合场所液滴内本体内胶束和乳胶粒内溶液内生产特性散热容易,间歇生产,须有分离、洗涤、干燥等工序热不易散出,间歇生产,设备简单,宜制板材和塑材散热较容易,可连续生产,制成固体树脂时,需经过冷凝、洗涤、干燥等
16、工序散热容易,可连续生产,不宜制成干燥粉状或粒型树脂产物特性比较纯净,可能留有少量分散剂聚合物纯净,宜于生产透明浅色制品,分子量分布较宽留有少量乳化剂和其它助剂一般聚合液直接使用1.4 设计依据设计任务书北京化工大学化工设计化学工业出版社毕业设计(论文)工作手册北京化工大学化工工艺设计手册化学工业出版社轻化工厂设计概论中国轻化工业出版社化工容器及设备实用手册1.5 设计规模及原料与产品规格1.5.1 设计规模本厂的设计规模为年产7.5万吨聚氯乙烯,年实际工作日为300天,间歇操作,每天两批。1.5.2 主要原料规格及技术指标1聚氯乙烯配方: 表2 聚氯乙烯生产配方5原 料 名 称相对分子质量摩
17、 尔 比质 量/kg投 料 量/kg氯乙烯62.501.062.5100软水18.026.9125.0200聚乙烯醇0.751.2IPP(引发剂)206.191.2110-30.250.4抗鱼眼剂由于用量较少,故可忽略不计防粘釜剂丙酮缩氨基硫脲(终止剂)2聚氯乙烯悬浮聚合操作周期: 表3 聚氯乙烯生产操作周期5操 作时 间 (h)水相加料0.5抽真空0.25加VCM0.25加热至601持温聚合7回收单体1出料0.5清釜1.5合 计123相关技术指标表4 聚氯乙烯生产相关技术指标5项目内容技术指标项目内容技术指标聚合物处理损失率2%聚合率83%水相及聚氯乙烯溶液中溶解VC量3%氯乙烯单体纯度99
18、.97%聚合物含水量0.3%聚合度7004相关控制指标: 表5 聚氯乙烯生产相关控制指标6项目内容技术指标项目内容技术指标新鲜单体贮槽液位3070%回收单 体贮槽液位70%压力0.6MPa温度030温度25压力00.5 MPa无离子水贮槽液位6080%循环水总管压力0.35MPa温度35温度30分散剂压力0.3MPa引发剂压力0.3MPa聚合釜温度60循环水压力0.35MPa压力1MPa温度302 工艺设计与计算2.1 工艺流程简介悬浮聚合过程是向聚合釜中加入无离子水和悬浮剂,加入引发剂后密封聚合釜, 真空脱除釜内空气和溶于物料中的氧,然后加入单体氯乙烯之后开始升温、搅拌、反应开始后维持温度在
19、50左右,压力0.88-1.22MPa,当转化率达到70%左右开始降压,在压力降至0.13-0.48MPa时即可停止反应。聚合完毕后抽出未反应单体、浆料进行气提,回收氯乙烯单体。抽出气体后的浆料进行离心分离,使氯乙烯含水25%,再进入干燥器干燥至含水0.3%-0.4%,过筛后即得产品。聚合釜中,使用表面张力和用量均较小的分散剂,聚合的中后期采用高速搅拌,有利于生成体积较大、表面膨胀、表皮多孔、内部疏松的树脂颗粒疏松型树脂。反之,则生成紧密型树脂7。2.2工艺流程操作步骤(1)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过氧化二碳酸二异丙酯(IPP),抗鱼眼剂,防粘釜剂,夹套
20、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。(2)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150160热风吹送至旋风分离器组分离,树脂含水降至1%左右。(3) 经料柱阀加入沸腾干燥器在100120下进一步干燥至含水0.3%,溢流物料再经文氏加料器吸入冷风管冷却至4050,经旋风分离器分离,加入滚筒筛筛去粗料(大于40目),进行包装。2.3 工艺
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