年产3万吨PVC工艺与设备设计

课题设计

《工艺与设备设计》课程设计说明书

设计题目： 年产3万吨PVC工艺与设备设计

学 校： 姓 名： 专 业： 完成日期：

@ @ 大 学 张 超 化学工程与工艺 2012年 月 日

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设计任务书

（一） 设计题目

设计年产3万吨PVC装置。

（二） 操作条件

1. 油水比 1：1.8 ， 2. 反应时间：6hr。 3. 聚合温度：60 oC

（三） 工作日

生产时间:8000小时/a.（四） 厂址

无锡地区

（五） 设计内容

1.聚合配方的计算 2 消耗定额的确定 3 操作周期的确定 4 全车间主要物料衡算 5主要设备物料衡算 6、设备结构设计和选型 7、其他设备的设计计算 8、绘制生产工艺流程图

装料系数 0.9。

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目 录

1、年产3万吨PVC车间工艺设计方案简介 ............................ 3 2、工艺计算及主要设备设计 ........................................ 3 2.1聚合配方的计算 ............................................ 3 2.2引发剂用量计算 ............................................ 4 2.3 分散剂用量 ................................................ 4 2.4 其他助剂用量 .............................................. 4 2.5 配方计算汇总表 ............................................ 5 2.6消耗定额的确定 ............................................ 5 2.7 操作周期的确定 ............................................ 7 2.8 全车间主要物料衡算 ........................................ 7 3、设备结构设计和选型 ............................................ 8 3.1 聚合釜的选型和搅拌装置的设置 .............................. 8 3.2干燥器的选型 .............................................. 9 3.3辅助设备的选型 ............................................ 9 4.生产工艺流程图 ................................................ 11 5、参考文献 ..................................................... 13

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1、年产3万吨PVC车间工艺设计方案简介

聚氯乙烯树脂（PVC）是我国重要的有机合成材料。其产品具有良好的物

理性能和化学性能，广泛用于工业、建筑、农业、日用生活、包装、电力、公用事业等领域。本设计阐述了PVC的车间设计生产工艺流程、发展及其应用，对PVC树脂悬浮聚合生产工艺、干燥以及后处理进行了进行了探讨，从聚合车间工艺设计、设备结构和选型等方面进行初步设计。

2、工艺计算及主要设备设计

2.1聚合配方的计算

无锡地区平均气温是14.8℃，本设计选用的温度为15℃。聚合温度为60℃，聚合时间6小时。

选用国产33m聚合釜，材质是碳钢和不锈钢的复合材料。 水油比为1:1.8 装料系数0.9 查得： 15℃时 ρ水=0.9913g/cm3 60℃时 ρ水=0.9832 g/cm3 2.2物料量的计算

d=0.9471－0.001746t－0.00000324t2

15℃时dvcm=0.9471－0.001746×15－0.00000324×152=0.9202 g/cm2 60℃时dvcm=0.9471－0.001746×60－0.00000324×602=0.8307 g/cm2 设60℃时，需要V1体积的VCM，V2体积的水则： V1×0.8307/（V2×0.9832）=1：1.8 V2＋V1=33×0.9=29.7 V1=11.78 V2=17.92

实际15℃需要的VC及水的体积为： V1=11.78×0.8307／0.9202=10.6m3 V2=17.92×0.9832／0.9913=17.8m3

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质量：Gvc=10.6×0.8307=8.805427T 油水比为1：1.8 总重：G=Gvc+G水=26.4502T

2.2引发剂用量计算

由InKp=B-A/T(其中A=4101.90,B=15.34) InKp=15.34-4101.90/(273.15+60)=3.0275 Kp=20.65

InKd=C-A/T(其中A=14615,C=43.00) =43.00-14615/(273.15+60)=-0.8691 Kd=0.4193

引发剂用量计算式：100n=Kp[τ0] ×[te+1/Kd(e-Kdte-1) ]

其中n—转化率 [τ0]—引发剂浓度mol/TPVC te—聚合用周期hr n=85%则85=20.65×[τ0] [6+1/0.4193（e-0.4193×6-1）] 总重量：G﹙τ0﹚=[τ0] ×8.805427×248.2×10﹣3=2.45Kg

2.3 分散剂用量

分散剂用量为单体的0.06%，用复合分散体系HPMC、PVA其中配方比为3:2 助分散剂LL—02为单体重量的0.019%

分散剂总重量G=8.805427×0.06%×103=5.44㎏ 其中HPMC重量=5.44×3/（2+3）=3.264㎏ PVA重量=5.44×2/﹙2＋3﹚=0.96

助分散剂LL—02重量=8.805427×0.019%×103=1.72㎏

2.4 其他助剂用量

疏基乙醇 8.805427×103×0.075%=0.66㎏ 十六醇 8.805427×103×0.013%=1.14㎏ 双酚A 8.805427×103×0.025%=2.20㎏ 有机锡 8.805427×103×0.05%=8.30㎏ G7-9酸锌 8.805427×103×0.0055%=0.48㎏

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Na2S 8.805427×103×0.021%=4.84㎏ CaABS 8.805427×103×0.056%=4.93㎏ NH4HCO3 8.805427×103×0.22 %=19.37㎏

2.5 配方计算汇总表

表2-1 33m3聚合釜生产SG-5型树脂配方(15℃)

注：CaABS在转化率为75%时。

2.6消耗定额的确定

（1）聚合釜的单位损失计算(以每釜计)

单体投料量：8.805427T 聚合温度：60℃ 反应时间：6hr 确定在转化率为85%时料 60℃ ρ

ρρ

H2O

=0.9832T/ m3

=0.8307 T/ m3 =1.391T/ m3

VCM

PVC

据天原厂经验，反应结束后余压压料至出料槽内，余压力为2㎏/ cm3 此时釜内剩余单体量为

（1+2×0.9672）×13.5×103=0.082×n×(273.15+60) n=1.461×103mol G剩=1.461×6.25×103/103=91.3㎏/釜

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设其他泄露及回收后精制等损失后回收量的7%， 则VCM损失量为91.3×7%=6.4㎏/釜 实际回收VCM量91.6-6.4=84.9㎏/釜 （2）出料槽单体损失计算（以每釜计）

根据杭州电化厂数据，出料槽汽提后，浆料中含VCM量如下 （11.1934×10 m3 -91.3+300）×210×10-6=2.3㎏/釜

进入出料槽的单体量为：3.9569×103×（1-85%）－91.3=502.2㎏/釜 回收单体量为502.2-2.3=499.9㎏/釜

设其他泄露及回收精制等共损失7%，则其损失量为：499.9×7%=35.0㎏/釜 实际回收VCM量为499.9-35=464.9㎏/釜

聚合釜和出料两部分VCM总损失量为：6.4+35.0+2.3=43.7㎏/釜 （3）干燥岗位树脂损失计算（以成品绝干PVC为基准） 已知：旋风分离器回收尘效率为99%级，则损失量为： 1015×（1-0.99）/0.992=0.104㎏/TPVC 加上其他泄露确定冷风管损失PVC为1.3㎏/TPVC

旋风分离器进入震动筛的树脂较少，约30%，但扣去其他泄露后，还要扣清床料，也定为1.1㎏/TPVC,则干燥岗位PVC损失总量为1.3+1.1=2.4㎏/TPVC. （4）其他设备PVC树脂损耗分配

表3-2 其他设备PVC树脂损耗分配

全车间PVC总损失为：2.4 +20.4=22.8㎏/TPVC

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聚合总效率为1/(1+22.8×10-3)=97.77%

每釜可生产绝干树脂：8.805427×0.85×97.77%=7.318T

以成品绝干PVC为基准，聚合单体损失为：43.7/7.318=6.0㎏/TPVC 其中聚合釜损失为6.4/7.318=0.875㎏/TPVC 出料槽：464.9/7.318=63.53㎏/TPVC

单体消耗定额为：1000+5.7+22.8=1028.5㎏/TPVC=1.029TVC/TPVC

2.7 操作周期的确定

表3-3 操作周期的确定

取整：操作周期为9hr

2.8 全车间主要物料衡算

已知：生产能力：30000T 生产时间：8000小时 操作周期：9小时 树脂含水量及挥发率：0.5% 则：每釜可生产树脂7.318/（1-0.5%）=7.36T/釜 每年可生产的釜数8000/9=889釜 年产力7.36×889=6543.04T/Y

完成年产30000TPVC所需釜数：30000/6543.04=4.59台（圆整取5台） 全年投入聚合釜中的VCM量8.805427×5×889=39140.12 T/Y 全年回收VCM量（84.9+464.9）×10-3×5×899=2443,86 T/Y

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全年VCM损失量43.7×10-3×5×889=194.25T/Y 原料消耗量计算

单体VCM 39140.12-2443.86=36696.26T/Y 聚合用软水 17.92×0.9913×5×889=789614.41T/Y 引发剂ABVN 2.45×5×889×10-3=10.89T/Y 分散剂总量 5.44×5×889×10-3=24.175T/Y 其中HPMC 11.604 T/Y PVA 7.716 T/Y 助分散剂LL-02 1.72×5×889×10-3=7.65T/Y 疏基乙醇 0.66×5×889×10-3=2.94/Y 十六醇 1.14×5×889×10-3=5.06/Y 双酚A 2.2×5×889×10-3=9.78/Y 有机锡 8.3×5×889×10-3=36.89T/Y G7-9酸锌 0.48×5×889×10-3=2.14T/Y ZnPS 0.34×5×889×10-3=1.5T/Y Na2S 4.84×5×889×10-3=21.51T/Y CaABS 4.93×5×889×10-3=21.91T/Y NH4HCO3 19.37×5×889×10-3=86.1T/Y

3、设备结构设计和选型

3.1 聚合釜的选型和搅拌装置的设置

选用我国33m3И聚合釜，材质是复合钢板，牌号16MnR+0Cr18Ni9，筒体厚度14+3（3为不锈钢板）。长径比为2.08，内设可拆卸管/式冷却管，共四根，外有Φ114×6的38圈半管冷却夹套。传动方式为上传动，电机同平行轴渐开线齿轮减速机组合驱动，转速120r/min

表3-1 釜的参数

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3.2干燥器的选型

（1）气流干燥管

气流干燥速度：15m/s 物料停留时间：1.2s

（2）MST 旋风干燥器

物料停留时间：30 min 进料速度：500kg/h 气流速度：5000m³/h 引风机入口风压：2 Kpa 床夹套温度：75℃ 旋风床内温度：46～70℃ 气流管进口风压：4～6 Kpa

3.3辅助设备的选型

3.3.1.料槽、混料槽选型

出料槽体积为150m³，混料槽200m³ 搅拌转速为50r/min 3.3.2离心机选型

WG-800 卧式刮刀卸料离心机，脱水后PVC树脂含水量20％～25％ 3.3.3旋风分离器选型 冷风管用旋风分离器 二台 3.3.4风机选择

气流干燥器用风机 一台 冷风管用风机 一台 3.3.5槽类选择

去离子水贮槽 一个 热水贮槽 一个 助剂计量槽 一个 去离子水计量槽 一个 单位计量槽 一个 单位贮槽 一个 3.3.6泵类选择

热水泵 一台 软水泵 一台

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出料泵 一台 浆料泵 两台

进塔泵、出塔泵 各一台 汽提热水喷淋泵 一台 脱单体真空泵 一台 循环水泵 一台 3.3.7过滤器选择

单体过滤器 两台 软水过滤器 一台 树脂过滤器 两台 空气过滤器 一台 3.3.8其他设备选择

加料小罐 两个 气提热水喷淋罐 一个 螺旋输送器 一台 一级、二级冷却器 各一台 引风机 一台 泡沫捕集器 一台 浆料换热器 一台 水气分离器 两台 鼓风机 一台 沉淀槽 一个 振动筛 一台 压缩机 一台

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4.生产工艺流程图

图4-1 车间生产工艺流程图

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工艺流程图图解：

1、脱盐水 17、悬浮剂罐 33、旋转干燥器 2、稳定剂 18、进料料斗 34、空气加热器 3、抗氧剂 19、浆料罐 35、袋式过滤器 4、高压反应釜 20、汽提塔进料泵 36、空气过滤器 5、稳定剂罐 21、汽提塔 37、鼓风机 6、稳定剂泵 22、冷凝器 38、旋风分离器 7、催化剂罐 238、回流冷凝器 249、催化剂 2510、催化剂泵 2611、冷冻水 2712、冷冻水回水 2813、浆料输送泵 2914、反应器搅拌釜 3015、废水泵 3116、料仓 32

、真空罐 39、真空泵 40、传输泵 41、旋转阀 42、搅拌器 43、离心进料罐 44、离心进料泵 45、离心分离器 46、废水泵 、螺旋给料器

、粉料料仓 、聚氯乙烯产品、去回收气柜 、放空 、空气 、氯乙烯单体 、悬浮剂 、悬浮剂泵

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5、参考文献

[1] 严福英 等主编《聚氯乙烯工艺学》[M] 中国氯碱工业协会组织编写化学工业出版社 [2] 侯文顺 主编《高聚物生产技术》[M] 化学工业出版社 [3] 王久芬 主编《高聚物合成工艺》[M] 国防工艺出版社 [4] 张宏丽 周长丽 等主编 《化工原理》[M] 化学工业出版社 [5] 卢风军 《防粘釜技术在聚合上的应用》[G] 中国氯碱 2006年5月

[6] 陈延益 刘金彦 曹建新《悬浮法PVC生产中粘釜物的成因研究》[J] 聚氯乙烯 2008年8月

[7] 史悠彰著《聚氯乙烯高分子化学的理论与实践》[M] 浙江科学出版社 [8] 卢凤军《防粘釜技术在聚合中的应用》[J] 中国氯碱 2006年5月 [9]《聚物合成工艺》 1981.7 化学工艺出版社 [10]《化工原理》 1985 化学工艺出版社 [11]《聚氯乙烯》 1985年第1期 锦西化工研究院 [12]《聚氯乙烯岗位操作规程》 天原化工厂 [13]《聚氯乙烯》 1984年第3期 锦西化工研究院 [14]《聚合过程及设备》 1981年 化工工艺出版社 [15]《化工工艺设计手册》 1986年 国家医药管理所 [16]《化工工艺设计手册》 2003.10 化工工艺出版社 [17]《有机化工工艺》 2002年 化学工业出版社

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