10万吨pvc毕业设计

湖 南 科 技 大 学

毕 业 设 计（ 论 文 ）

题作学专学

年产10万吨聚氯乙烯聚合目 工段初步设计 者 院 业 号

胡 锦 化学化工 化学工程与工艺 1006040307 罗 娟

二〇一四 年 五 月 三十 日

指导教师

湖 南 科 技 大 学 毕业设计（论文）任务书

化学化工学 院 化工 系（教研室） 系（教研室）主任: （签名） 年 月 日

学生姓名: 胡 锦 学号: 1006040307 专业: 化学工程与工艺

1 设计（论文）题目及专题： 年产10万吨PVC聚合工段工艺初步设计 2 学生设计（论文）时间:自 2014 年 3 月 12 日开始至2014年 5 月 31 日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料：

《化学工程手册》，《化工工艺设计手册》，《化工设备设计手册》，《化工设计》，《聚氯乙烯工艺学》，姚玉英主编. 化工原理上册[M]. 天津科学技术出版社,2006.刁玉玮,王立业,喻健良编. 化工设备机械基础[M]. 大连理工大学出版社,2006 4 设计（论文）应完成的主要内容： (1）综述；

（2）工艺流程的确定； （3）工艺相关计算； （4）主要设备选型与计算； （5）技术经济；

（6）三废处理和综合利用等。

5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： （1）主要设备装配图； （2）带控制点工艺流程图； （3）车间平（立）面图； （4）其中必须一张为CAD图。

6 发题时间： 2014 年 3 月 10 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

[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]

胡锦同学担任该设计组的组长，工作积极主动，组织能力强。在毕业设计期间，积极查阅资料，工作一丝不苟。并按毕业设计任务书的要求按期完成了年产10万吨PVC聚合工段工艺的初步设计的全部内容。所设计的工艺路线合理，而且与实际生产装置接近，工艺计算正确，但工艺计算有待更详细，绘制的图纸较正确且较为规范。设计说明书书写规范、内容充实，语言通顺严谨。从该毕业设计的情况来看，反映了该生较好地掌握了基本理论知识，并能运用所学的理论知识解决实际工程问题，具有较强的独立分析问题与解决实际工程问题的能力。

建议准许该同学按时参加毕业答辩。

指导人： （签名）

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

[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]

胡锦同学所完成的年产年产10万吨PVC聚合工段工艺的初步设计，工艺方案可行，设计流程正确合理，工艺计算较正确，设计结果与现行工厂实际生产装置基本相符。设计说明书内容充实、层次分明、编排合理。设计图纸较正确，绘制的设计图纸基本符合行业及国家相关技术标准及规范。

从整个设计来看，表明该同学具有较扎实的基础理论知识，具有一定的化工设计的基本技巧与方法，初步体现了一定的运用基础理论知识解决实际工程技术问题的能力，初步具备了化工工程师的素质。

整个设计符合化学工程与工艺专业毕业设计大纲要求，同意按时参加毕业答辩。

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

日期： 2014年6月7日

学生： 胡锦 学号： 1006040307 班级： 化学工程与工艺三班 题目： 年产10万吨PVC聚合工段初步设计 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 62 页 2 设计（论文）图 纸 共 3 3 指导人、评阅人评语 共 2

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]

页 页

胡锦同学所完成的毕业设计符合化学工程与工艺专业毕业设计大纲要求，设计说明书内容较全面、层次分明、语言严谨通顺、工艺计算较准确、设备选型合理。设计图纸比较正确、规范。从该毕业设计的情况来看，反映了该生较好地掌握了基本理论知识，并能运用所学的理论知识解决部分实际工程问题的能力，具有较强的独立分析问题与解决实际工程问题的能力。该生在答辩过程中，态度端正。在规定时间内正确地阐述了设计的总体思路，基本概念清楚，条理清晰，重点突出。对答辩专家组所提出的问题回答较正确。

答辩专家组五位成员经过无记名投票，一致通过胡锦同学的毕业设计答辩

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：

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

第一章 综 述

1.1 PVC的简述

聚氯乙烯，简称PVC，用氯原子取代为在一个H原子，氯乙烯均聚物PE聚合物材料。聚氯乙烯是合成树脂的重要品种，从全球范围来看，PVC的消费，PE，PVC排在第二位后，在中国五大通用树脂消费，PVC消费为五首通用树脂，聚乙烯的消费量较高。由于其优异的阻燃性，颜色鲜艳，耐腐蚀，经久耐用，优良的耐热性，韧性，延展性好，易成型，无毒，无污染，保存时间长和良好的电绝缘性等特点，因此，发展具有极大的价值和利用率。目前，PVC合成材料已成为一种广泛应用于工业，农业，汽车，家电，包装，电力，医药，建材等领域得到了广泛釆用。 PVC其优异的性能和广泛的在世界上的迅速发展的应用程序，有一个光明的未来在材料部门写了浓墨重彩的一笔。

PVC，PE，PP，PS和ABS树脂被称为五种常见，约占29％,合成树脂的世界总消费量的。工业生产中，主要是通过悬浮聚合，乳液聚合，本体和溶液方法及衍生物的开发方法，如微悬浮聚合的实现。 PVC的性格是微黄色，半透明。其透明度比PE，PP，不如PS更好。 PVC的外观，其为白色无定形粉末，为1.35?1.45g/cm3的密度，为0.45?0.65g/cm3的表观密度。 PVC树脂的主要原因是工业非晶结构，但也包含一些结晶区域（约5％），从而导致无显著熔点聚氯乙烯。大概在80℃PVC开始软化，在70?71℃并在压力热发生变化的在1.82MPa扭转状态和流动条件150℃开始和HCl气体缓慢释放，导致PVC的变色。工业聚氯乙烯重均分子量为4.5?4.7W的范围内，相应于数均分子量为1.9?2.1W的范围内。绝大多数在9?19W的范围内的工业树脂的重均分子量，对应于4.5?6.35W的范围内的数均分子量。

1.2 PVC的分类

取决于生产聚氯乙烯的方法可分为：通用型PVC树脂，聚合和聚氯乙烯树脂，聚氯乙烯树脂的交联程度高。聚氯乙烯树脂是下形成的聚合引发剂的作用下的通用树脂单体;聚氯乙烯树脂，而高聚合度是指加入到扩链剂的单体聚合在聚合体系中的树脂;交联的聚氯乙烯树脂是含有在聚合体系中的单体的聚合反应中加入的交联剂和二烯烃共轭多烯的树脂。通用型聚氯乙烯树脂的制备方法简单，用途广泛的优势，因此现货市场占了绝大部分的流量，以及聚合和聚氯乙烯树脂的交联程度高是在更具体的地区使用。

根据获得的单体获得电石法的方法，PVC可分为PVC，乙烯法PVC和PVC进口（EDC，VCM）单体法（乙烯单体法PVC的习惯法和进口PVC简称PVC乙烯基）。如今，大多是乙烯的世界，在我们国家是基于基于电石。

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由于不同的单体聚合的方法得到的PVC可分为微悬浮PVC悬浮聚氯乙烯，聚氯乙烯乳液，本体PVC，PVC和衍生物溶液的方法的发展。它的悬挂，由于生产工艺简单，易于控制，适合大规模生产，加上强大的产品，是生产PVC的主要模式。在世界范围内，生产悬浮法PVC的占总数的80％左右。在我国，绝大部分的PVC也是采用悬浮法制备生产的[1]。

1.3 世界PVC市场发展概述

PVC是全球化的产物，有大约50个国家，150家厂商生产。专注于PVC企业的全球发展趋势将越来越多地做大做强。

2010年全球PVC生产厂，总年产能5037万吨每年，相比之下2001年为323万吨，达5.1％的年平均增长率。 2010年和PVC的全球总消费量产量约为3547万吨。全球PVC市场已经开始了20年前，增加对环境的压力，市场需求增加至3425万吨，2007年，2000年只有24万吨。如果仍然保持5％的年增长率在随后的几年，到2016年需求量将增加到5000万吨。如果每年只有2％的平均增长率，到只有40万吨左右的需求增加。到2014年，在北美地区消费量将达到765万吨，2％的年增长率，在西欧和日本消费量将基本不变;中国，东南亚，印度和东欧，中东地区是增长最快的地区，其中包括8％左右中国的年平均增长率。

印度对PVC的国内需求逐年增加，从超过170万吨，2009年将超过2.2亿吨，2012年;但国内生产企业/年125万吨只有五前印度PVC产能。由于供应和需求之间的不平衡有很大的差距，因此平均印度的PVC进口量为95万吨。 4至2012年9月，印度进口PVC主要来自韩国，中国台湾，德国，美国，墨西哥等国家和地区，包括来自韩国和中国台湾20多万吨PVC进口量。尽管中国拥有世界上最大的PVC产能，与乙烯价格暴涨，中国电石法PVC生产有竞争力的显现出来。目前全球PVC消费进一步稳步增长，而这种上升趋势将保持相当长的时间，到2020年，聚氯乙烯占世界总消费量将达到53万吨。随着东亚经济实力和其他国家或地区增长的亚洲市场成为最大的区域，PVC，PVC的生产和需求也是增长最快的地区。

1.4 中国PVC行业发展的现状及趋势

（1）我国PVC生产现状 受2004年全球经济回升，PVC行业形成高额利润，因此2005年中国PVC增长率剧烈增长，成为增长率最快的年限。2008年的全球经济危机爆发后，并且由于产能过大，利润率下降，导致中国PVC的生产和发展脚步逐步缓慢。但在最近几年，随着经济的回升和我国自身的发展，我国自产的PVC基本已能满足国内需求，达到需求平衡的情况，对促进PVC的发展提供了有利条件。但需要注意的是中国的PVC行业发展过快，发展势头过猛，投资商的盲目跟风投资，存在的潜在问题

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和未知的疑难也相应繁多且复杂，中国PVC行业必定要经历一次产业结构的改革和调整，行内相关人员应对此保持高度关注并且做好应对策略和方案。

我国现有PVC生产厂家100多家，遍布全国各省、市、地区。2001年，我国PVC的年产量为360万吨，其中悬浮法生产PVC量占总量的90%。PVC广泛应用于工农商业，并且工业需求占的比重最大。我国PVC树脂生产工艺大致有以下4种：

A、电石乙炔法生产VCM，进而聚合PVC，该法生产成本高，技术落后，装置规模小，能耗高，环境污染严重，经济效益较差。

B、从国外引进具有世界先进水的以石油乙烯为原料的乙烯氧氯化法生产VCM单体，进而聚合成PVC。C、采用二氯乙烷裂解原料路线生产VCM，进而聚合成PVC。

D、利用进口VCM直接聚合制PVC的原料路线。

国内PVC生产在结合外国先进技术，创新和改进国内PVC生产工艺，并且取得了明显的进步，使我国的悬浮法PVC的生产工艺达到世界水平，但是和外国先进技术比较，仍有差距，仍需要进一步的研究和探索。

（2）我国PVC的消费现状 2010年，中国PVC实际消费量为1237万t，较2009年增长6%。在中国，硬制品德需求量明显高于软制品，硬制品约占63%，软制品占37%。硬制品主要用于建筑行业基础设施和西部大开发基础设施建造，建筑行业涉及的PVC制品主要是门窗和管道等，特别是用于门窗的PVC年增长率达10%。软制品的需求量虽然比不上硬制品，但仍有不错的发展和增长，增长率也在5%左右。

（3）聚氯乙烯市场预测 近几年，房地产行业的强势发展，带动建筑业的蓬勃发展，而这一切都将带动PVC的生产和需求。近年来，房地产的大量投资业促进了PVC的发展，在经济危机后形成一次新的发展高潮。并且，2010年开始，国家兴建保障房，这将促使PVC在近段时间内持续的强劲势头，但由于与房地产联系过于紧密，房地产的波动将直接影响PVC行业的发展。

从2005年开始，中国的PVC行业受到高额利润的影响，蓬勃发展，虽然在2008年经历了经济危机，但到2010年均保持近10%的消费增长率。并且加之2010年保障房项目的启动，全国PVC的需求量仍然会较高，预计2015年的PVC需求量将达1820万吨，因此自2010年到2015年，年增长率约计在8%左右。

目前我国的PVC行业的供需平衡已发生改变，由于房地产最近几年的走势低迷，而PVC先进技术的发展，以及市场的滞后性等影响，导致PVC生产厂家盲目估计市场形势，现在PVC行业处于供大于求的现状。在这种情况下，PVC行业内的竞争将会更加激烈，这将促进PVC企业的兼并重组，一部分产率低，耗能高，污染严重的企业和装置将被替代和取消。面对激烈的竞争，PVC的技术革新仍然是行业内最重要的突破，高利用率、低污染的生产工艺将在未来的竞争中占到先机。经过竞争与合并，中国的PVC行业将出现几个具有国际竞争力的世界巨头企业，并且全面提高中国PVC在国际的竞争力和影响力。

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第二章 PVC产品说明

2.1 产品性质及产品概况

2.1.1 产品名称及结构

(1)名称：聚氯乙烯，简称PVC，英文全称：Polyvinyl chloride polymer (2)分子式：

(CH2 CHCl)n(3)分子结构为：

碳原子为锯齿形排列，所有原子均以?键相连。所有碳原子均为sp3杂化。 2.1.2 产品性能

（1）材料性质

表2.1 材料性质

项目 密度

杨氏弹性模量(E) 拉伸强度(?t)

熔点 热容(c) 吸水率(ASTM) 折射率硬质成型品

（2）物理性质[2]

表2.2 物理性质

项目 外观 比重

SG型 XJ型 比热

数值 1380kg/m3 2900-3400 MPa 50-80 MPa 212℃ 0.9kJ/(kg·K) 0.04-0.4 1.52~1.55

视比重

性质/数值 白色粉末 1.392~1.400 0.40~0.60 0.55~0.7

0.932~1.003kJ/kg?K

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续表2.2

项目

性质/数值

平均粒径

SG型 XJ型

玻璃转变温度 导热系数 毒性 溶解性 50~150微米 50~150微米

87℃ 0.16W/m?K 无毒、无臭

不溶与水、汽油、酒精

(3)热性能

没有固定的熔点，80?85℃开始软化，130℃到粘弹态，160?180℃开始转变为粘流态。在任何情况下，热稳定剂，聚氯乙烯100℃开始分解超过130℃快。氯化氢气体释放的热分解（氯化氢气体是一种有毒气体），使其改变颜色，从白色到浅黄色→红色→黑褐色。

(4)光热性：

阳光中的紫外线和氧引起的氧化PVC和发生分解，从而使软质PVC下降，并最终脆。

(5)电性能

PVC电击穿电阻，它是指交流电流和直流绝缘性能与硬橡胶，节能性能和温度，塑性和稳定性相媲美，具有良好的介电性能。

(6)化学稳定

在室温下具有高的化学稳定性可以是盐酸，耐90％的硫酸,50-60％的硝酸和20％的苛性钠溶液中，随温度下降的升高的化学稳定性的任何浓度。

2.2 原料概况及其特性

（1）原料概况:原料名称为氯乙烯,原料分子式为C2H3Cl （2）氯乙烯特性：熔点为-153.69℃ 沸点为-13.8℃(0.1MPa下)

燃点：472℃ 液体：20℃时为1.59 蒸汽：25℃时为0.858 燃烧热：1134.2KJ/mol

聚合热：95.88 KJ/mol 常温常压下为无色，带有甜香气味。 属易燃易爆物质，遇火焰即可燃烧爆炸，在空气中爆炸范围内4~22%，故在有氯乙烯存在的地方都要严禁烟火及撞击火花的产生。有毒，对人体有麻醉作用，当浓度为256立方米每克(10%)时，1小时致死，当浓度为20~40%时很快引起急性中毒，长时间接触VC气体可使人致癌。氯乙烯性质活泼，它能起加成反应，易起聚合反应，能与丁乙烯、乙烯、丙烯腈、醋酸乙烯、丙烯酸脂等共聚。氯乙烯难溶于水，溶于醇、乙醚、丙酮和二氧乙烷。

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第三章 原辅材料及中间产品

3.1 电石（CaC2）

性质：（1）矿块固体褐色或黑色，纯品为无色晶体(含CaC2较高的是紫色)。

（2）熔点：碳化物含量也改变了不同的有机溶剂，其用量为80％时熔点2000℃，熔点2300℃（纯品电石）。

（3）在18℃时比重为2.22，比重在电石中随电石含量增加的比例减少。 （4）电石与水反应，生成乙炔和氢氧化钙并伴有放热。 （5）规格：

表3.1 电石规格

项目

含量/大小

CaC2

C MgO CaO H2S PH3 发气量 粒度 67.17%（重量，下同）

≤1.0% ≤0.4% ≤22.08% ≤0.15%（v/v） ≤0.08%（v/v）

在20℃，0.1MPa压力下（760毫米汞柱），285L/㎏以上 25～20mm，当粒度＞80mm时，视比重为1～1.3㎏/L[13]

3.2 氯化氢（HCl）

性质：（1）是具有刺激性，在潮湿空气接触的无色气体都呈现白色烟雾，它可以被用来作为气雾剂；

（2）密度为1.477克/升，低温度和压力的25℃可以是液体，-114.2℃的温度，沸点-85℃；

（3）无水氯化氢的化学性质是非常活泼的，但在湿的状态，其效果是容易产生各种金属和金属氯化物；

（4）氢氯化物可溶于水，在0℃时，水的体积可以溶解约500体积的氯化氢。 （5）规格：

表3.2 氯化氢规格

项目

纯度 水分 游离氯 氯含量

百分比

≥93%（体积百分比） ≤0.06%（重量百分比） ≤0.002%（体积百分比） ≤2%（体积百分比）[13]

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3.3 乙炔（C2H2）

性质：（1）纯乙炔是一种无色芳香气味的易燃气体和乙炔碳化物系统由于硫化氢，磷化氢，砷化氢和有毒的混合物中，并用特殊的气味；

（2）在气体和一定的压力，在液体和固体或有害剧烈的爆炸，因此不能被存储或在加压的液化运输；

（3）微溶于水，溶于乙醇，苯，丙酮；

（4）在空气中2.3％-72.3％，爆炸极限（体积）； （5）规格：

表3.3 乙炔规格

项目

纯度 S P Cl2

含量 ≥98% ≤50mg/m3 ≤20mg/m3 ≤50mg/m3[13]

3.4 聚乙烯醇（PVA）

（1）规格：

表3.4 PVA规格

项目

含量/大小

外观 比重 挥发份 灰分 PH值 粒子大小 白色粉末

1.3 ≤5% 0.5% 5~7 ≤10目[13]

3.5 羟丙基甲基纤维素（分散剂）

性质：（1）简称HPMC，色温：190?200℃，炭化温度：280?300℃；

（2）溶解于水和溶剂的一部分，如乙醇/水，丙醇/水按适当比例。水溶液具有表面活性剂。透明度，稳定的性能，不同规格在不同温度下，与粘度的溶解度变化，较低的粘度，更大的溶解性，不同规格的HPMC有一定差异，HPMC溶解于水的pH值的凝胶性能不受影响；

（3）HPMC具有增稠能力，排盐，PH稳定性，保水性，尺寸稳定性，优良的成膜性和耐多种酶，分散性和粘结性等特点；

（4）HPMC的甲氧基含量减少，提高凝胶点，表面活性剂会降低。

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规格：

表3.5 分散剂规格

项目

性质/含量/大小

项目

性质/含量/大小

外观 甲氧基 羟丙基 PH值 白色或类白色粉末

28%～30% 7%～12% 4.0～8.0（25℃） 水分

凝胶温度 灰分

≤5% 58～64℃ ≤1%

3.6 IPP（引发剂）

性质：（1）低温，为白色粉状结晶，在室温下作为无色液体；

（2）微溶于水，0.04％的水溶解度（25℃），溶于乙二醇，脂族烃，芳香烃，酯，醚和氯代烃类等有机溶剂；

（3）对温度和酸、碱等化学物质特别敏感，极易分解，引起爆炸和低毒性，眼睛和粘膜有强烈刺激性；

（4）贮存稳定性：由于EHP自加速分解温度低，它在操作和储存温度的过程中必须严格控制。所需的存储温度≤-15℃； （5）规格：

表3.6 IPP规格

项目

性质/含量

外观 纯度 活性氧含量 无色透明液体

70±1%

3.19%～3.35%（重量）[13]

3.7 无离子水

规格：

表3.7 无离子水规格

项目 性质/含量 项目 性质/含量 PH值 氯根 铁离子 总硬度 6～7.5 ≤5PPM ≤0.03PPM ≤2PPM

导电率 硅含量 含油量

≤5MΩ/cm ≤0.05PPM ≤0.1PPM

3.8 缓蚀阻垢剂（H-93）

性质：（1）良好的热稳定性，适用于高温，高热负荷的传热表面和局部过热乙烯转化器的温度循环水系统；

（2）具有优良的缓蚀阻垢效果；

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（3）适用性，较小的转换器结构，表面状态，和管已被循环水系统铁锈，杂质和其它添加剂，腐蚀和结垢的效果上的H-93高温腐蚀和结垢抑制剂的性能；

（4）操作简单，易于控制。 规格：

表3.8 缓蚀阻垢剂

项目

含量

项目

含量

缓蚀率 腐蚀率 ＞99% ＜0.01mm/a 阻垢率 使用浓度 ＞85% ≥0.25% 3.9 氯乙烯（VCM）

性质：（1）无色，易液化气体，沸点-13.9℃，临界温度142℃，临界压力5.22MPa （2）氯乙烯是有毒物质，长期接触可引起氯化疾病；

（3）形成爆炸性混合物与空气，4％?22％（体积）爆炸极限，在压力下更具爆发力，必须注意密封，充氮密封容器贮存和运输，并应加少量阻聚剂；

（4）乙烯基性质活泼，也需要从聚合反应的加成反应是容易的，它共聚合的丁二烯，乙烯，醋酸乙烯酯，丙烯酸酯；

（5）氯乙烯是不溶于水，溶于乙醇，乙醚，丙酮和二氯乙烷； （6）氯乙烯的比热:

表3.9 氯乙烯比热值

项目

数值

液体

蒸汽 燃烧热 聚合热

聚合时的体积收缩率

导热系数 （7）氯乙烯单体纯度规格：

20℃时为1.59 J/g·℃ 25℃时为0.858 J/g·℃

1134.2kJ/mol 95.88 kJ/mol

35%

0.05024kJ/㎡·h·℃

表3.10 氯乙烯单体纯度规格

项目

VCM单体纯度 1,3-丁二烯 乙烯基乙烷

氧

1,2-二氯乙烷

乙炔 丙烯

含量 99.95% 10PPM 5PPM 1PPM 1PPM 2PPM 4PPM

项目 异丁烷 氯甲烷 氯化氢 1,1-二氯乙烷

水 偏氯乙烯

含量 2PPM 30PPM 1PPM 1PPM 6PPM 2PPM

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第四章 工艺简述

氯乙烯单体（VCM）在常温常压下是一种气体，加压下变成液体进行聚合，主要有4种典型的聚合方法：悬浮法、乳液法、本体法及溶液法。目前所有的聚合方法其原理都是相似的，均通过引发剂热分解产生自由基引发反应，反应的温度在40度到70度之间。且此聚合为放热反应，为此温度的控制反应的聚合度及产品质量都有十分重要的意义，是PVC生产过程中的重要影响因素。下面将简要地介绍以上4种典型的聚合方法。 4.1.1 悬浮聚合

通过悬浮聚合中，单体液滴通过搅拌的悬浮聚合连续地保持在悬浮液中的水，在聚合反应中的单体的液滴进行。悬浮聚合反应通常是间歇聚合。近年来，各公司对PVC树脂的配方批量悬浮聚合工艺，聚合反应器，不断研究和改进产品品种和质量，技术的不同发展特点，更加的Geon公司（前身BF Goodrichg ）的当前应用程序技术，日本信越公司的技术，该公司的技术在欧洲EVC ，这三种技术公司在世界自1990年以来，约21 ％各比例的新的PVC树脂产能。悬浮聚合是一种成熟的工艺，多年来一直是PVC工业生产的主要方法，占世界PVC总产量75%的以上[6]。 4.1.2 本体聚合

在水中的生产体本体聚合工艺，无分散剂，只加入聚合引发剂的条件下，没有后处理设备，投资小，节能，成本低。产品透过度散装PVC树脂的生产具有高的电绝缘性，易加工，悬浮树脂的加工设备，可用于散装树脂的处理。 PVC主体工艺有了很大的发展在20世纪80年代。然而，虽然在理论上，反应制备的树脂悬浮液和本体聚合可以在相同的字段中使用，事实上，只有一个的处理的通常用作树脂悬浮液和身体不能被混合，因为即使一个少量的混合将导致聚合物粉末减少静电效应的流动性，并且更通过悬浮聚合得到的树脂中，多数植物的树脂体被遗弃在最近几年，出现了一个批量处理或衰退停止状态。离开聚合釜的物料是干粉，通过气流送到聚氯乙烯注斗中[6]。 4.1.3 乳液聚合

在乳液聚合和悬浮聚合，乳液聚合方法是基本相似的，除了使用一个大得多的数目的乳化剂，并且是不溶于水但溶于单体。这可以有效地防止在聚合体系絮凝的聚合物颗粒，从而获得聚合物树脂乳液粒径的小粒径一般是PVC树脂为0.1 ? 0.2毫米，悬浮液的20? 200毫米。悬浮聚合的引发剂体系是不同的，并且通常含有过硫酸盐的氧化还原体系。干燥方法也被设计成保持的方式的小尺寸，通常使用一些喷雾干燥剂。由于不可能完全除去乳化剂，从而由树脂所产生的乳液可以用于生产要求高透明性是必需的，例如包装膜或低吸收性制品如电线绝缘制品。 PVC树脂通常比悬浮乳液聚合树脂

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8.6 出料管的计算与选型

输料时间：1 h

质量流量：ms=500731.407/1=500731.407kg/h

体积流量：Vs=500731.407/1280=391.196m3/h=0.109 m3/s 查《化工原理》上册表1-1，取u=1.0 m/s，由Vs= uπD2/4得：

D=（4Vs/uπ）1/2=[4×0.109/（1×3.14）]1/2=0.373m

查《化工原理》上册附录二十五：选ф402×9mm的热轧无缝钢管 实际流速 u=4Vs/πD2=4×0.109/(3.14×0.3732)=1.0m/s。

8.7 热水输送管的计算与选型

质量流量：ms=394256.221kg/h

体积流量：Vs=394256.221/958.4=411.37 m3/h=0.114 m3/s 查《化工原理》上册表1-1，取u=3.0 m/s，由Vs= uπD2/4得：

D=（4Vs/uπ）1/2=[4×0.114/（3×3.14）]1/2=0.22m

查《化工原理》上册附录二十五：选ф245×7mm的热轧无缝钢管 实际流速 u=4Vs/πD2=4×0.114/(3.14×0.222)=3.0m/s

查《化工设备设计手册》下卷，选用1台上海KSB泵有限公司生产的CPK系列泵，泵型号为：CPK-200-250,流量=580m3/h，扬程H=14.6m,转速n=1450r/min,汽蚀余量NPSH=4.8m,效率=85%。

8.8 冷却水输送管的计算与选型

质量流量：ms=253262.735/6=42210.46 kg/h 体积流量：Vs=42210.46/999.8=42.22m3/h=0.012m3/s

查《化工原理》上册表1-1，取u=0.5 m/s，由Vs= uπD2/4得：

D=（4Vs/uπ）1/2=[4×0.012/（0.5×3.14）]1/2=0.175m

查《化工原理》上册附录二十五： 选ф194×6mm的热轧无缝钢管

实际流速 u=4Vs/πD2=4×0.012/(3.14×0.1752)=0.499m/s 查《化工原理》上册附录二十六:

选用1台泵，其型号为：IS80-65-125,流量=50 m3/h,扬程H=20m, 转速n=2900r/min,汽蚀余量NPSH=3.0m,效率=75%

-36-

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

表8.1 主要管道一览表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8

管道名称 氯乙烯输料管 无离子水输料管 聚乙烯醇输料管 IPP输料管 助剂输料总管 出料管 热水输送管 冷却水输送管

管径（mm） 450×9 426×8 25×3 15×2 299×7 402×9 245×7 194×6

材质 16Mn 16Mn Ocr18Ni9 Ocr18Ni9 Ocr18Ni9 16Mn Ocr18Ni9 Ocr18Ni9

表8.2 主要输送泵一览表

序号 泵名称 1

型号 台数 1

流量/ m3/h 610

扬程H 转速n/ 汽蚀余/m 28.5

r/min 1450

量/m 3.2

效率 /% 87

氯乙烯 CPK-200-315 输料泵

2 无离子 CPK-200-315 水输料 泵

2 610 28.5 1450 3.2 87

3 聚乙烯 IS50-32-125 醇输料 泵

1 7.5 22 2900 2 47

4 5 6 7

IPP 输料泵

IS50-32-125 1 1 1 1

7.5 580 580 50

22 14.6 14.6 20

2900 1450 1450 2900

2 4.5 4.5 3.0

47 85 85 75

助剂输 CPK-200-250 料总泵

热水输CPK-200-250 送泵

冷却水IS100-65-125 输送泵

-37-

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

第九章 经济核算

9.1 技术经济分析概述

技术经济分析的主要任务是对技术实践活动进行有效的规划、组织、协调和控制。需要考虑市场供需、地皮价格、人员工资、设备及产品成本等众多因素，本设计是在参照株洲化工厂PVC分厂基础上作一些简单的技术经济分析和对其他一些问题作简单的阐述，有一定的合理性和参考价值[14]。

9.2 主要技术经济指标

表9.1 原辅材料消耗定额及价格表（以1吨PVC计）

名称 氯乙烯 氯乙烯醇 IPP 工业水 电

纯度 99.97% 100% 100% － －

消耗量（t/t）

1.2 0.008 0.0037 187 411.6kw

单价（元/t）

3400 20000 5300 2.05 0.8

PVC产品价格：产量100000吨/年，单价6650元/吨。

9.3 投资估算

9.3.1 总生产设备投资费用估算

F1nx)1(S2/S) F2式中：C1——拟建工厂的投资费用； ?1 C1?C2f( C2——已知工厂的投资费用；C2=4.0×104万元 f——地区建设投资系数，取其等于1； x——间接投资费用系数，等于4%；

F1——拟建工厂建设年份的价格指数，F1=398.2；

F2——已知工厂建设年份的价格指数，F2=354.6； S1——拟建工厂的过程的生产规模； S1=100000/年； S2——已知工厂的生产规模，S2=200000/年； n——规模指数，取n=0.7。

C1=2.876×104万元

-38-

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

9.3.2 成本估算

（1）原料氯乙烯费用： 1.20×100000×3400=40800万元/年 （2）辅助材料费用估算：

聚乙烯醇费用 0.008×100000×20000=1600万元/年

IPP费用 0.0037×100000×5300=196.1万元/年 工业水费用 187×100000×2.05=3833.5万元/年 电费用 411.6×100000×0.8=3292.8万元/年

则辅助材料总费用为：1600+196.1+3833.5+3292.8=8922.4万元/年 （3）聚合工段的劳动力费用（工人人数按30人计算）

工人工资=月平均工资×12×工人人数=2000×12×30=72万元/年 附加费用=工人工资×11%=72×11%=7.92万元/年

则：劳动力费用=工人工资+附加费用=72+7.92=79.92万元/年 （4）基本折旧费和大修基金

固定资产折旧率?固

定

资

产

1?固定资产折旧率1?4%?100%??100%?6.4%固定资产折旧年限15 原

值

=

基

建

投

资

×50%+

建

设

利

息

=2.876×104×50%+2.876×104×6%=1.61056×104万元/年

总固定资产折旧费=固定投资×6.4%=1.61056×104×6.4%=1030.76万元/年 大修理基金=固定资产原值×5%=1.61056×104×5%=805.28万元/年 （5）聚合工段的车间费用

车间费用=（原材料费+辅助材料费+劳动力费用+基本折旧费大修理基金）×5% =（40800+8922.4+79.92+1030.76+805.28）×5%

= 2581.918万元/年

（6）企业管理费

企业管理费=（车间经费/5%+车间经费）×7% =（2581.918/5%+2581.918）×7%

= 3795.42万元/年

9.3.3 销售收入、税收和利润

（1）销售收入：假设销售量=生产量，则销售收入=销售量×销售价格 PVC销售收入：6650×100000=6.65×104万元/年 （2）销售费

销售费= PVC销售收入×5%=6.65×104×5%=3325万元/年

销售成本：

-39-

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

40800+8922.4+79.92+1030.76+805.28+2581.918+3795.42+3325=61340.698万元/年 盈利=销售收入-销售成本=6.65×104－61340.698=5159.302万元/年

销售利润：取税率和其它费用是盈利的50%， 则销售利润为：5159.302×50%=2579.651万元/年

（3）税金和保险费

税率为12%，则税金=利润×税率=2579.651×12%=309.558万元/年 则：投资回收期=投资总额/（利润+税金+折旧）

=2.876×104/（2579.651+309.558+1030.76）=7.34年

投资回收率=1/投资回收期×100%

=1/7.34×100%=13.62%

投资收益率=（利润+税金）/投资总额×100%

=（2579.651+309.558）/2.876?104×100%=10.05%

投资利润率=利润/投资总额×100% =2579.651/2.876×104×100%=9% 成本利润率=利润/成本×100%

=2579.651/61340.698×100%=4.21%

??

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水： 291959.506-259635.417=32324.089kg/批 N3（聚乙烯醇）： 166.834kg/批 N4（IPP）： 62.563kg/批

N11（水及剩余助剂）=32324.089+166.834+62.563=32553.486kg/批 N10+ N11=432725.695+32553.486=465279.181kg/批= N9 说明物料衡算是准确的。 (6) 对整个聚合工序做全物料衡算

由物料守恒定律应有：N1+ N2+ N3+ N4= N6+ N8+ N10+ N11

验证：N1+ N2+ N3+ N4=208542.504+291959.506+166.834+62.563=500731.407kg/批 N6+ N8+ N10+ N11=25025.100+10427.125+432725.695+32553.486=500731.407kg/批

验证无误，说明整个聚合工序的物料衡算过程是正确的。

5.4 干燥系统物料衡算

气流干燥段已知的参数如下：

进入干燥器湿物料量G总=173090.278×2×300/0.8=12.982万吨/年 湿物料的含水率?1=0.2 颗粒密度?p=1400kg/m3 物料的出口含水率?2=0.02 堆积密度?b=450kg/m3

空气入口温度t0=298.15K 物料的比热容CS=1.26 kJ/kg?K 热风入口温度t1=423.15K 颗粒的平均直径Dm=0.15mm 物料进入干燥器温度?1=298.15K 平衡湿含量X*=0 初始湿度H0=0.02kg水/kg干空气 临界湿含量XC=0.015 出口湿度H2=0.052 kg水/kg干空气 旋风分离器效率为98% 沸腾床干燥段已知的参数如下：

湿物料的含水率?1，=0.02 颗粒密度?p=1400kg/m3 物料的出口含水率?2，=0.003 堆积密度?b=450kg/m3

空气入口温度t0，=298.15K 物料的比热容CS=1.26 kJ/kg?K 热风入口温度t1，=358.15K 颗粒的平均直径Dm=0.15mm 物料进入干燥器温度?1，=298.15K 平衡湿含量X*=0 初始湿度H0=0.02kg水/kg干空气 临界湿含量XC=0.015 出口湿度H2，=0.024 kg水/kg干空气 旋风分离器效率为98% ① 进入气流干燥器湿物料流量G1=12.982×10000×1000/（300×24）

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湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

=18030.556kg/h

X1=0.2/（1-0.2）=0.25 X2=0.02/（1-0.02）=0.02 绝干物料量G= G1×（1-?1）=18030.556×（1-0.2）

=14424.445kg/h

蒸发水量W= G（X1- X2）=14424.445×（0.25-0.02）=3317.622kg/h 气流干燥器干燥物料出口量G2= G1-W=18030.556-3317.622=14712.934kg/h 因此干空气消耗量L=W/( H2- H0)=3317.622/（0.052-0.02） =103675.688kg/h ②根据气流段旋风分离器的分离效率为98%，可得出进入沸腾床干燥器的物料量G1，

，

14712.934=14418.675kg/h G1=98% G2=0.98×，

X1=0.02/（1-0.02）=0.02 ，

X2=0.003/（1-0.003）=0.003

绝干物料量G，= G1，×（1-?1，）=14418.675×（1-0.02）=14130.302kg/h 蒸发水量W，= G，（X1，- X2，）=14130.302×（0.02-0.003）=240.215kg/h 沸腾床干燥器干燥物料出口量G2，= G1，- W，=14418.675-240.215=14178.460kg/h 因此干空气消耗量L0=W，/( H2，-H0)=240.215/（0.024-0.02）=60053.750kg/h 则根据沸腾床干燥段旋风分离器的分离效率为98%，得出最终含水量为0.3%的干燥产品产量G=14178.460×0.98=13894.891kg/h =10.004万吨/年 表5.4 物料平衡表 物流号 氯乙烯/kg H2O/kg 引发剂/kg 聚乙烯醇

/kg

N1 208542.50－ － －

4

N2 － 291959.50－ －

6

N3 － － － 166.834 N4 － － 62.563 － N5 35452.226 291959.5062.563 166.834

6

N6 25025.100 － － － N7 10427.125 291959.5062.563 166.834

6

N8 10427.125 － － － N9 － 291959.5062.563 166.834

6

N10 － 259635.41－ －

7

N11 － 32324.089 62.563 166.834 聚合物/kg

－ － －

－ 173090.27

8 － 173090.27

8 － 173090.27

8 173090.27

8 － 合计/kg 208542.50

4 291959.50

6 166.834 62.563 500731.40

7 25025.100 475706.30

6 10427.125 465279.18

1 432725.69

5 32553.486

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第六章 聚合工段的热量衡算

计算以小时为基准QA+QB+QC=QD+QF(QA:物料带入热；QB：加热剂或冷却剂带入热；QC：过程热效应QD：物料带出热；QF：热损失；其中QF为QB5%)

设混合平均热容近似等于各组分热容与质量分数乘积之和，即C=∑CiWi，含量少的物质对混合体系热容的影响可忽略不计。

6.1 计算方法

(1)设定

，kJ Qt—设备或系统内物料与外界交换热量之和（传入热量为正，传出热量为负），kJ Q?—由于物料温度变化，系统与外界交换的热量（物料升温为正，降温为负），kJ Q?—由于物料发生各种变化，系统与外界交换的热量（吸热为正，放热为负），kJ Q?—由于设备温度改变，系统与外界交换的热量（设备升温为正，降温为负）

Q?—设备向外界环境散失的热量（操作温度高于环境温度为正，操作温度低于环境温

度为负），kJ

根据热量守恒定律，得：Qt= Q?+Q?+Q?+Q?

1其中 Q?=W?tt2Cdt （6.1）

Q?=W?HR?X/M （6.2）

Q?=∑WiCpi?tm （6.3）

t （6.4） Q?=3.6×∑Aiɑi（Ti-T0）×

(2)固体和液体热容可以采用柯普定律计算 C=4.184×Ca×n/M C的单位：kJ/kg?K 式中 Ca—基团的比热容，kJ/kg?K n—分子中同一元素的原子数 M—化合物的分子量，kg/kmol

单体的热容可以采用Missenard法基团贡献值计算

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湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

表6.1 Missenard法基团贡献值

基团 —CH3 —CH— 5.7

—O— 7.0

O=C—O 13.8

—C=O 10.2

贡献J/mol?K 9.55

则IPP的比热为：C?=4.184×（9.55×4+5.7×2+7.0+13.8×2+10.2×2）/206.19 =2.12 kJ/kg?K 查有关资料知：

NaOH的比热为：C?=3.63kJ/kg?K 氯乙烯的比热为：C?=1.59kJ/kg?K 水的比热为： C?=4.18kJ/kg?K 聚乙烯醇的比热为：C?=1.67kJ/kg?K 聚氯乙烯的比热为：C?=0.9675kJ/kg?K 氯乙烯的聚合热：1540kJ/mol=24.64kJ/kg

表6.2 物料比热表

物料种类 水 聚氯乙烯 IPP 氯乙烯 聚乙烯醇

比热kJ/(kg.℃) 4.18 0.9675 1.85 1.59 1.67

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6.2 工艺计算

（1）混合热和搅拌热的考虑

由于溶质的质量很少，混合热可忽略不计。搅拌设备中的物料为低黏度流体，搅拌热也可以忽略不计。

（2）回流冷凝器热负荷的考虑

由于反应中严格控制反应温度恒定，冷凝器中的回流量极少，所以对冷凝器热负荷不予考虑。

（3） 物料带入聚合釜的热量

以0℃的一批物料为基准，设进料温度为20℃。 则物料带入聚合釜的热量为：

62.563+1.59×208542.504+4.18×291959.506+1.67×166.834）×（20-0）Q?=（2.12×

=31047691.26kJ

（4）聚合反应放出的热量

由上已知此反应的聚合热为24.64kJ/kg，根据公式（6.2）。

以一批物料为基准，则聚合反应放出的热量为： 173090.278=4264944.45kJ Q?=24.64×

（5）物料带出聚合釜的热量 以0℃的一批物料为基准，物料出口温度为60℃。

则物料升温所需的热量为：（假设原料中的杂质沉入水中）

62.563+1.59×35452.226+4.18×291959.506+1.67×166.834+0.9675×Q?=（2.12×

173090.278）×（60-0）

=86678151.88kJ

（6）反应过程需要加入的热量

根据热量衡算：进入系统的热量=离开系统的热量

则反应过程所需加入的热量为（假定热损失为10%）：

Q?=（Q?-Q?+Q?）/（1-10%）

=（86678151.88-31047691.26+4264944.45）/90%=66550450.08kJ

则损失热量Q?=6655045.008kJ

（7）加热水的用量

热水进口温度为100℃，出口温度为60℃ 此温度范围内水的比热容C热=4.22kJ/kg?K 根据Q=mC热?t

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湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

可知：加热水的用量m=Q/C热?t =66550450.08/(4.22×40)

= 394256.221kg （8） 冷却水的用量

假设冷却水进口温度为10℃，出口温度为30℃

在此温度范围内查得水的比热容C冷=4.20kJ/kg?K 同理，可得冷却水的用量m=Q/C冷?t

=4264944.45/(4.20×20) =50773.148 kg

(9)整个聚合工段的热量衡算汇总

表6.3 聚合装置的热量衡算表

物料带入聚合釜的热量Q? 聚合反应放出的热量Q? 物料带出聚合釜的热量Q? 反应过程需要加入的热量

Q?

损失的热量Q?

合计

传入热量/kJ 31047691.26

－ － 66550450.08

－ 97598141.34 表6.4 水的用量

项目名称 加热水用量 冷却水用量

传出热量/kJ

－ 4264944.45 86678151.88

－ 6655045.008 97598141.34

质量（kg） 394256.221 50773.148

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第七章 主要设备工艺计算

7.1 聚合釜的设计

7.1.1 釜体的设计

选用半连续操作；

（1） 生产周期大小：2P/d

（2）根据年产量得以确定每批进料量：W=500731.407kg/P （3） 选择反应器装料系数为 φ=Vr/VT （φ可取0.85） Vr——反应液体积，m3 VT——反应器实际体积，m3 （4）计算反应器体积：

氯乙烯密度?a=0.831×103kg/ m3

过氧化二碳酸二异丙酯密度?b=1.08×103kg/ m3

聚乙烯醇密度?c=1.0002×103kg/ m3

水密度?d=1.00×103kg/ m3

10 算可得?m=0.9393×

3kg/ m3

?m——反应液混合密度，kg·m-3

103=533.09m3 Vr=W/?m=500731.407/0.9393× VT=533.09/0.85=627.165m3

Vti= VT/N

N——反应器台数,个。 取N=36（分成4套装置，每套9台聚合釜） Vti=627.165/36=17.42 m3 可采用反应合釜VN=20m3

查化工工艺设计手册第三版，可以选用搪玻璃闭式搅拌聚合反应釜，HG/T2372—92 DN=2600mm,得直边高H=4000mm，则每一米圆筒容积Vt=20/4=5.0 m3 所以釜体实际高度H1 =H+2 ×D/4 =4+2×2.60/4 =5.3m 7.1.2 聚合釜壁厚的设计 （1）计算厚度：

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湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

?=

PcDi

2[?]t??Pc式中：PC—计算压力，取PC=1.1MPa；Di=2600mm；ф=0.9；设计温度取373.15K 查《化工设备机械基础》附录9得：16MnR在373.15K的???=170MPa

t得：?=1.1×2600/（2×170×0.9-1.1）=9.4mm

可取腐蚀裕量C2=1.0mm，而钢板厚度负偏差可取C1=0.8mm，

得：?n=?+C1+C2=9.4+0.8+1.0=11.2mm

圆整后取?n=12mm。复验?n×6%=12×0.06=0.72mm＜0.8mm，故不可取C1=0.8mm，取C1=0.6mm重新计算可得：?n=?+C1+C2=9.4+0.6+1.0=11mm，圆整后当取?n=11mm。再复验?n×6%=11×0.06=0.66mm>0.6mm，故最后当取C1=0.6mm。该聚合釜体可以釆用11mm厚的16MnR钢板来制造[11]

由于内压要比外压大，因此按照强度计算内筒的壁厚肯定可以满足外压稳定的要求。所以，本设计中并没有做外压的设计。

（2）校核水压实验强度：

PT?Di??e?≤0.9ф?s ?t?2?e式中PT=1.25P

[?]=1.25×1.1×1=1.375Mpa(P=Pc=1.1Mpa) t[?]?e=?n-C=11-1.7=9.3mm，圆整后取?e=10mm 查《化工设备机械基础》附录4知：?s=345MPa 由 ：?t=1.375×(2600+10)/(2×10)=179.44MPa 且：0.9фσs=0.9×0.9×345=279.45MPa 因 179.44<279.45

因此水压实验强度足以满足[11]。

7.2 夹套的设计

7.2.1 夹套直径和高度的确定

因为选用的是标准规格釜，所以可以在尺寸表中查出数据。 内径Di=2600mm，夹套内径Dt=Di＋200=2600+200 =2800mm 查文献得：封头体积VH=3.82 m3，表面积 FH=10.1m3

根据下式确定高度：Ht=Ht????Vti?H1?/Vt=(0.85×17.42 -5.3) /5.0=1.9m 圆整后，可得Ht=2000mm

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7.2.2 夹套的材料和壁厚

釆用0Cr18Ni10Ti为夹套材料，设计温度为373.15K，查《化工设备机械基础》附录9知：许用应力???=137 MPa

t设计压力为0.44 MPa，ф=0.9 根据公式

?=

PcDi可得： t2[?]??Pc ?=0.44×2800/（2×137×0.9-0.44）=5mm

取腐蚀余量C2=1.0mm，取钢板厚度负偏差C1=0.25mm， 得 ?n=?+C1+C2=5+0.25+1.0=6.25mm

圆整后当取?n=7.0mm。复验得?n×6%=7×0.06=0.42mm＞0.25mm，故最后当取C1=0.25mm。该夹套可釆用7.0mm厚的0Cr18Ni10Ti钢板来制造[11]。 7.2.3 校核水压实验强度

?t?PT?Di??e?≤0.9ф?s

2?e[?]=1.25×0.44×137/137=0.55MPa t[?]式中PT=1.25P

?e=?n-C=7-1.25=5.75mm，圆整后当取6 mm 。

查知：?S=206MPa得 ?t=0.55×(2800+6)/(2×6)=128.61MPa 且0.9фσs=0.9×0.9×206=166.86MPa 因 128.61<166.86

所以水压实验强度足以满足。

7.3 搅拌装置的设计

7.3.1 搅拌器的结构型式选择计算 （1）搅拌器的结构型式：

可以选定为单层平直叶开启涡轮型式 （2）搅拌器尺寸的计算

可取涡轮式搅拌器的直径D?与釜内径D?比为0.25 知D?=2600mm 得D?=650 mm 可取搅拌器离底高度H=0.25D?

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2600=650mm H=0.25×

可取搅拌器的宽度B=0.2D? B=0.2×650=130 mm 可取桨叶数Z=3 （3）搅拌附件的设置

挡板数目为4块 宽度为1/10D?=1/10×2600=260mm 方式为紧贴着釜壁且垂直于釜壁。 （4）搅拌的转速 n=120r/min （5）计算搅拌功率

在搅拌液体的时侯，产生循环流量及克服流体摩察阻力所消耗的功率叫搅拌功率。因为搅拌釜中液体运动的状况非常复杂，所以搅拌功率目前尚不能用理论算出，只能借助实验得到它和该系统中其它变量之间经验关系型，接着再根据经验关系型计算得到搅拌功率。

搅拌功率关系式： P=N?n3d3 关系式中

P——搅拌功率 N——功率数 ?——被搅拌介质的密度 d——搅拌器的直径 n——搅拌器的转速

平直叶开启涡轮式搅拌器无折流挡板 当中N=6.4

知：?=0.9393×103 kg/m3 n=120/min d=650mm

得： P=N?n3d3=6.4×0.9393×103×(120/60) 3×0.655=5.58kw 可以釆用功率为6kw的电动机

7.4 传热装置的校核

Q?KSI?T0?T1? 式中 Q——传热速率 K——总传热系数

SI——传热内壁（过程一侧）表面积 T0 ——载热体的温度（外侧）

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T1 ——过程加工流体的温度（内侧） 不考虑污垢层，则： 1/K=1/?i+1/?0+?b/? 其中K——总传热系数

?i、?0——釜壁内侧、外侧对流传热系数 ?b/?——釜壁固体部分的总热阻 b——各固体部分的厚度 ?——相应的热导率 7.4.1 釜侧的传热系数

?i?/D =0.85(Re)0.66 (PR)0.33(?/?M)0.14(d/D)0.13(Z/T)-0.13

Re=?Nd2 /? PR=CP?/?

式中：

?i——釜侧的给热系数 D——反应釜的内径，m

?——流体的导热系数，W/m.K N——搅拌转数，S-1

PR——单位质量搅拌功率，W/ kg d——搅拌直径，m

?——液体密度，kg/m3 ?——流体粘度，Pa.S

CP——液体的定压比热容，J/kg.K Z——釜中的液位 已知反应釜物料的物性资料如下：

103 kg / m3 CP=4.26×103 J/kg.K ?=0.9393×

?=0.46W/m.K ?=0.57 Pa. S

D=2.60m d=0.65m

2.62=0.879m2 N=120/60=2 r/s V封=0.13×Z = h封+(Vti-V封 /(0.785×D2) = 0.65+(17.42-0.879) / (0.785×2.62) =3.77m

Re=?Nd2 /? =(0.9393×103×2×0.652) /0.57

=1.392×103

PR=CP?/?=4260×0.57/0.46 =5.28×103

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取?/?M=1

则?i =0.85(Re)0.66 (PR)0.33(?/?M)0.14(d/D)0.13(Z/T)-0.13/?D

=0.85×13920.66×52800.33（0.65/2.6）0.13（3.77/2.6）－0.13×0.46/2.6

=240.56W/m2?K

7.4.2 夹套侧的传热系数的计算

夹套侧的传热系数公式如下：

?0=0.027(?/ de)(Re )0.8(PR)0.33(?/?M)0.14

?0——釜夹套侧的给热系数 de——夹套的当量直径，m

?——夹套内流体的导热系数，W/m.K ?——流体密度，kg/m3

?M——壁温下流体粘度，Pa.S CP——液体的定压比热容，J/kg.K ?——流体在主体平均温度下的粘度，Pa.S

夹套内水温由278K升到282K， 已知夹套内的物料性质如下：

CP=4199 J/kg.K ?=0.536 W/m.K 10-3 Pa.S ?=999.8kg/m3 ?=1.55×

已知：流速 u=0.5m/s

夹套当量直径de=4×(水流路截面积)/(流体润湿的传热边长) =2.8m

Re= deu?/? PR= CP?/?=12.14W 取?/?M=1

999.8×1000/1.55)0.8×12.140.33×1 ?0=0.027(0.536/2.8)×(2.8×0.5× =685.1W/m2?K

已知夹套的厚度：?n=7mm=b ?=62.8 W/m.K

忽略污垢的热阻，传热系数K的计算公式：

1/K=1/?i+1/?0+?b/?=1/240.56+1/685.1+0.007/62.8

K=174.6W/m?K

?tm的计算

已知釜内温度T=60℃，夹套内冷水由T1=0℃升至T2=4℃

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?tm=[( T－T1)－(T－T2)]/ ln[(T－T1)/( T－T2)] =57.98℃ 传热面积的计算

由能量衡算知，每批物料冷却操作需要放热4264944.45kJ，降温时间为1h，则单位时间内通过传热面的热量为

Q=4264944.45/（36×3600）=32.91kJ/s 因为 Q=KS?tm

其中 S——传热面积，m2

所以 S=Q/（K??tm）=32.91×103/（174.6×57.98） =3.25 m2

已知，选用的反应釜的夹套传热面积=?DH=3.14×2.6×1.6=13.06m2 S<13.06m2

故该整套夹套搅拌器符合要求。

7.5 干燥装置的计算与选型

干燥装置的设备主要包括离心机、风机、旋风分离器等。 7.5.1 离心机的选型

混料槽中含水量为60%的料浆靠位差进入离心机脱水，脱去大部分水后，含水量20%的湿物料进入气流干燥器进行进一步干燥。关于离心机的选型主要是依据其对湿物料的处理量来选。

进入离心机含水60%的湿物料量G0= G1×（1-0.2）/（1-0.6）=12.982×2=25.964万吨/年

采用5台离心机并联操作，则每台离心机的处理量为G0，= G0/5=5.193万吨/年。 根据G0，=5.193万吨/年，可选择5台由新石河子化工厂使用的TRH050型卧式螺旋离心机，其处理量为10万吨/年。 7.5.2 送风机和排风机的选型

为了保持干燥室基本维持常压操作，采用送风机和排风机。 ①送风机

气流段V1=L（0.772+1.244 H0）×（t0+273）/273 =103675.688?0.79688?298/273=90182.75m3/h

流化段V1，=L，（0.772+1.244 H0）×（t0+273）/273 =60053.750×0.79688×298/273=52238.02m3/h

查《化工原理》上册附录二十七：

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取气流段风机的全风压力为2942.1Pa，选用4-72-11-16B型风机。 取流化段风机的全风压力为2942.1Pa，选用4-72-11-16B型风机。 ②排风机

气流段V2=103675.688（0.772+1.244×0.052）×（54+273）/273 = 103902.4m3/h

流化段V2，=60053.750（0.772+1.244×0.024）×（69+273）/273 =60325.4m3/h

根据计算结果，可选用与送风机同样的机型[9]。 7.5.3 气流干燥段旋风分离器的选择设计

①选择条件

气流中所含尘粒的密度为1400kg/m3，空气的质量流量为103675.688kg/h，温度为54℃，密度ρ为1.076 kg/m3，粘度μ为1.98×10-5Pa ?S。拟采用标准型旋风分离器收尘，要求分离效率为98%，已知相应的临界粒径为10μm，并要求压降在1000～2000Pa之间。

②旋风分离器直径D的计算

采用15台旋风分离器并联操作，故以下从分离效率和处理量来求旋风分离器的直径。

15台旋风分离器的总处理量VS=103675.688/1.076=96352.9m3/h=26.8m3/s

则每台旋风分离器的处理量VS，=26.8/15=1.8m3/s 旋风分离器的临界粒径为： dc=（9μB/πNeρsui）0.5

式中对于标准型旋风分离器有：入口宽度B=D/4 入口流速ui= VS，/hB，入口高度h=D/2 气流回转圈数Ne=5

则 dc=（9μD3/32πNeρsVS，）0.5 得出：D=0.89m

ui= VS，/hB=8×1.8/0.892=18.2m/s 校核压强降 △P=??gui/2

式中?为旋风分离器的阻力系数，其值可取为8.0 所以 △P=8×1.076×18.22/2=1425.7Pa

可见△P值在1000～2000Pa之间，故选15台D=0.89m的标准旋风分离器并联操作可满足要求。

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7.5.4 沸腾床干燥段旋风分离器的选择设计

①选择条件

气流中所含尘粒的密度为1400kg/m3，空气的质量流量为60053.75kg/h，温度为69℃，ρ为1.029g/m3，粘度μ为2.06×10-5Pa ?S。拟采用标准型旋风分离器收尘，要求分离效率为98%，已知相应的临界粒径为10μm，并要求压降在1000～2000Pa之间。

②旋风分离器直径D的计算

采用10台旋风分离器并联操作，故以下从分离效率和处理量来求旋风分离器的直径。

10台旋风分离器的总处理量VS=60053.75/1.029=58361.3m3/h=16.2m3/s 则每台旋风分离器的处理量VS，=16.2/10=1.62m3/s 旋风分离器的临界粒径为：

dc=（9μB/πNeρsui）0.5

式中对于标准型旋风分离器有：入口宽度B=D/4

入口流速ui= VS，/hB，入口高度h=D/2

气流回转圈数Ne=5

则 dc=（9μD3/32πNeρsVS，）0.5 得出：D=0.85m

ui= VS，/hB=8×1.62/0.852=18m/s 校核压强降 △P=??gui/2

式中?为旋风分离器的阻力系数，其值可取为8.0 所以 △P=8×1.029×182/2=1333.6Pa

可见△P值在1000～2000Pa之间，故选10台D=0.85m的标准旋风分离器并联操作可满足要求。

7.6 底座的选择

由于一般支座最大尺寸为4000mm，不达设计要求，因此选用裙座。 座由裙座体、基础环板、螺栓座及基础螺栓等结构组成。 根据造价和防震等方面要求，可以选择圆筒形更经济。 裙座材料选用Q235—A或16MnR；?S?=113Mpa。

t取裙座壳的厚度为10mm，高度取为1500mm。

裙座直径超过800mm，因此需要开人孔，裙座上方开50mm的排气孔。 挡板材料为Q235—A。

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7.7 人孔的设计

根据聚合釜的设计温度，使用材料以及工作压力等条件要求，选用公称压力为PN=2.OMPa的水平吊盖带颈平焊法兰人孔（HG12524—95），人孔公称直径选定为DN=500mm。采用榫槽面密封面（TG型）和石棉橡胶板垫片。结构明细表如下：

表7.1 人孔结构明细表 件号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

标准号 — HG5010—58 HGJ71—91 HGJ61—63—91 HGJ75—91 HGJ75—91

— — GB95—85 GB41—86

— — — —

名称 筒节 法兰 垫片 法兰盖 螺栓 螺母 吊环 转臂 垫圈20 螺母M20 吊钩 环 无缝钢管 支承板

数量 1 1 1 1 20 40 1 1 1 2 1 1 1 1

材料/类别代号/V

16MnR 20（锻件） 聚四氟乙烯包覆垫

16MnR 35 25 Q235—A·F Q235—A·F 100HV 4级 Q235—A·F Q235—A·F

20 16Mn

7.8计量槽的计算

7.8.1氯乙烯计量槽的设计

由于氯乙烯为主要反应原料，需要量较多，故每批氯乙烯原料用12个计量槽存放并分别向36个聚合釜供应氯乙烯单体。

则： VL=208542.504/(12×831)=20.9m3 取f为0.8，

VT=VL/f=20.9/0.8=26.1m3 圆整取计量槽体积为30m3 7.8.2 无离子水计量槽的设计

由于无离子水的需要量也比较多，故每批的无离子水分别有24个计量槽贮存

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则：VL=291959.506/(24×1000)=12.2m3 取f为0.8，

VT=VL/f=12.2/0.8=15.3m3

由于是间歇反应，槽内要有余量，可以将计量槽放大些 15.3×1.5=22.95m3 圆整取计量槽体积为25m3。 7.8.3 聚乙烯醇计量槽的设计

由于有36个反应釜，可用4个计量槽贮存 则： VL=166.834/(1000.2×4)=0.042m3 取f为0.8，

VT=VL/f=0.042/0.8=0.053m3

同理，由于用量相对较少，可以将计量槽适当放大些，以便泵的运行和管路的设计： 2=0.11m3 圆整取计量槽体积为0.2m3 VT=0.053×7.8.4

过氧化二碳酸二异丙酯（IPP）计量槽的设计

虽然IPP的用量也比较少，但仍然可以用4个计量槽贮存 则：VL=62.563/(1080×4)=0.0145m3 取f为0.8，

VT=VL/f=0.0145/0.8=0.018m3

由于用量过少，可将该计量槽扩大6倍，得VT=0.108m3，以便泵的运行和管路的设计，圆整取计量槽体积为0.2m3。

7.9 助剂调配槽的设计

由于助剂总量较多，可将16个槽分别调配并分别输送到36个聚合釜中，且将助剂的密度根据化工原理1—3式得?=998.18kg/m3,

则：VL=292188.903/(998.18×16)=18.3m3 取f为0.8，

VT=VL/f=18.3/0.8=22.9m3 圆整取该调配槽体积为25m3。

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7.10 浆贮槽的设计

由于料浆是由反应釜直接输出，故每批生产需要20个贮槽来贮存料浆， 1280)=19.6m3 VL=500731.407/(20×取f为0.8，

VT=VL/f=19.6/0.8=24.5m3 可圆整取该贮槽体积为25m3。

7.11 其他助剂的计量槽设计

其他助剂主要包括抗鱼眼剂、防粘釜剂及终止剂，由于这些助剂的用量很少，故可

省去其计量槽的设计。

7.12 主要设备汇总

根据上述设计，可汇总为下表

表7.2 容器及设备汇总表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

聚合釜 氯乙烯计量槽 无离子水计量槽 聚乙烯醇计量槽 IPP计量槽 助剂调配槽 料浆贮槽 终止剂加料瓶 防粘釜剂加料瓶 紧急终止剂加料

瓶 废料池 废水澄清池 离心机 送风机 排风机 旋风分离器

— — — — — —

8000×8000×1500 8000×8000×2000 TRH050型卧式螺旋

4-72-11-16B 4-72-11-16B D=890标准型

4 4 5 4 4 15

名称 公称容积/ m3 20 30 25 0.2 0.2 25 25 0.3 1.5 5

设备外型大小或型

号/mm F2600×4000 F3000×5230 F2800×4980 F600×900 F600×900 F2800×4980 F2800×4980 F700×1000 F1200×1580 F1600×2890

台数

36 12 24 4 4 16 20 4 4 4

标准代号 HG/T2372—92 HG/T2374—92 HG/T2374—92 HG/T2373—92 HG/T2373—92 HG/T2374—92 HG/T2374—92 HG/T2373—92 HG/T2373—92 HG/T2373—92

— — — — — —

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第八章 聚合工段管道的计算及选型

已知装置每批的投料量为：

物 料 质量/kg 相对密度 氯乙烯 208542.504 0.831 无离子水 291959.506 1 聚乙烯醇 166.834 1.0002 过氧化二碳酸二异丙酯 62.563 1.08

8.1 氯乙烯输料管的计算与选型

输料时间：0.25 h

每根管的流量质量流量：ms= 208542.504 /0.5=417085.008kg/h 每根管的流量体积流量：Vs=417085.008/831=501.907m3/h=0.14m3/s 采用2根输料管输送

查《化工原理》上册表1-1，取u=1.0 m/s，由Vs= uπD2/4得： D=（4Vs/uπ）1/2=（4×0.14/3.14）1/2=0.422m

查《化工原理》上册附录二十五：选2根ф450×9mm的热轧无缝钢管 实际流速 u=4Vs/πD2=4×0.14/(3.14×0.4222)=1.0m/s。

8.2 无离子水输料管的计算与选型

输料时间：0.25 h

质量流量：ms=291959.506/0.25=1167838.024kg/h 体积流量：Vs=1167838.024/1000=1167.84m3/h=0.324m3/s 查《化工原理》上册表1-1，取u=2.5m/s，由Vs=uπD2/4得：

D=（4Vs/uπ）1/2=[4×0.324/（2.5×3.14）]1/2=0.406m

查《化工原理》上册附录二十五：选ф426×8mm的热轧无缝钢管 实际流速 u=4Vs/πD2=4×0.324/(3.14×0.4062)=2.50m/s

查《化工设备设计手册》下卷，选用2台上海KSB泵有限公司生产的CPK系列泵，泵型号为：CPK-200-315,流量=610m3/h，扬程H=28.5m,转速n=1450r/min,汽蚀余量NPSH=3.2m,效率=87%。

8.3 聚乙烯醇输料管的计算与选型

输料时间：0.25 h

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质量流量：ms=166.834 /0.25=667.34kg/h

体积流量：Vs=667.34/1000.2=0.667m3/h=1.85?10-4m3/s 查《化工原理》上册表1-1，取u=0.8 m/s，由Vs=uπD2/4得：

D=（4Vs/uπ）1/2=[4×1.85×10-4/（0.8×3.14）]1/2=0.0172m

查《化工原理》上册附录二十五：选ф25×3mm的冷轧无缝钢管 实际流速 u=4Vs/πD2=4×1.85×10-4/(3.14×0.01722)=0.8m/s 查《化工原理》上册附录二十六:

选用1台泵，其型号为：IS50-32-125,流量=7.5 m3/h,扬程H=22m, 转速n=2900r/min,汽蚀余量NPSH=2m,效率=47%。

8.4 IPP输料管的计算与选型

输料时间：0.25 h

质量流量：ms= 62.563 /0.25=250.252kg/h

体积流量：Vs=250.252/1080=0.232m3/h=6.44×10-5 m3/s 查《化工原理》上册表1-1，取u=1.0 m/s，由Vs=uπD2/4得

D=（4Vs/uπ）1/2=[4×6.44×10-5/（1×3.14）]1/2=0.0091m

查《化工原理》上册附录二十五：选ф15×2mm的冷轧无缝钢管 实际流速 u=4Vs/πD2=4×6.44×10-5/(3.14×0.00912)=1.0m/s 查《化工原理》上册附录二十六:

选用1台泵，其型号为：IS50-32-125,流量=7.5 m3/h,扬程H=22m, 转速n=2900r/min,汽蚀余量NPSH=2m,效率=47%。

8.5 助剂输料总管的计算与选型

输料时间：0.75 h

质量流量：ms=（291959.506+166.834+62.563）/0.75=389585.2kg/h 体积流量：Vs=389585.2/1009=386.11m3/h=0.107m3/s

查《化工原理》上册表1-1，取u=1.8 m/s，由Vs=uπD2/4得：

D=（4Vs/uπ）1/2=[4×0.107/（1.8×3.14）]1/2=0.275m

查《化工原理》上册附录二十五：选ф299×7mm的热轧无缝钢管 实际流速 u=4Vs/πD2=4×0.107/(3.14×0.2752)=1.80m/s

查《化工设备设计手册》下卷，选用1台上海KSB泵有限公司生产的CPK系列泵，泵型号为：CPK-200-250,流量=580m3/h，扬程H=14.6m,转速n=1450r/min,汽蚀余量NPSH=4.8m,效率=85%。

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