摘 要

本设计为年产1万吨聚氯乙烯聚合的工艺设计。首先介绍了聚氯乙烯的性质、主要用途、技术进展以及由VCM单体聚合生产聚氯乙烯树脂的几种常见的聚合方法，并选定以悬浮聚合法作为本设计的聚合方法。本设计对聚合及干燥包装进行了详细的物料衡算和聚合釜的热量衡算以及设备的选型。经过计算本设计需要采用两个不锈钢聚合釜并联生产。同时绘制了PVC聚合及干燥包装的工艺流程图、厂房主要设备的平面布置图以及立面布置图。

关键词：聚氯乙烯；悬浮聚合；物料衡算；生产工艺

Preliminary process design of 10 thousand tons / year PVC suspension polymerization

Abstract

This design is an annual output of 10 thousand tons of polyvinyl chloride polymerization process design. First introduced the PVC nature, main usage, technical progress and by VCM monomer polymerization of PVC resin production of several common polymerization method, and selected by suspension polymerization method as the design of the polymerization method. This design has carried on the detailed material balance calculation and the heat balance calculation of the polymerization reactor and the equipment selection of the polymerization and drying package. Through the calculation of the design need to use two 33m^3 stainless steel polymerization reactor parallel production. At the same time, drawing the process flow chart of PVC polymerization and drying and packing, the plan of the main equipment of the workshop and the elevation layout.

Key words: polyvinyl chloride; suspension polymerization; material balance; production process

毕业设计设计任务书

1. 设计题目

1 万吨/年PVC悬浮聚合初步工艺设计

1. 设计条件
2. 年生产天 330天/年 24小时/天
3. 产品、原料及主要工艺条件

设计产品树脂的型号为SG-5

原料VCM

技术指标

操作周期分配

聚合分配技术指标

1. 其他有关条件和要求
2. 与物料衡算有关的条件
3. 出料阶段
   • 1. 出料中VCM的含量（VCM与PVC的质量比）为2%
4. 汽提阶段
   • 1. 塔顶温度62℃，塔底温度102℃℃，塔顶压力80000Pa, 蒸汽压力0.2MPa
     2. 蒸汽全部在塔外冷凝。
     3. 汽提后VCM的含量为≤10ppm。
5. 离心阶段
   • 1. 离心后湿物料的湿含量为0.20kg H₂O/kg干料
6. 气流干燥阶段

要求物料的湿含量从0.20kg H₂O/kg干料降至0.04kg H₂O/kg干料。空气入口温度t₀=15.4℃,经预热器升温到t₁=150℃，干燥器空气出口温度t₂=70℃

1. 设计任务

编制设计说明书、绘制工艺流程图。

1. 概述

聚氯乙烯简介、氯乙烯聚合反应原理、典型工艺及工业进展。

1. 工艺流程设计

聚合工艺路线的选择、工艺流程设计、工艺条件的确定等。

1. 工艺计算
2. 聚合工段（聚合釜、出料槽、汽提塔、离心机）的物料衡算和（聚合釜、汽提塔及其换热器）热量衡算，绘制物料流程图
3. 设备的工艺计算

聚合釜的设计与选型

釜体的设计

反应器体积的计算

釜体外形尺寸选型

传热装置的设计

传热面积的计算

1. 绘制工艺流程图

按照设计规定绘制全工段（聚合、干燥、包装）工艺流程图

目录

摘要 II

Abstract III

毕业设计设计任务书 IV

第一章 概述 1

1.1 聚氯乙烯简介 1

1.1.1 聚氯乙烯的性质 1

1.1.2 聚氯乙烯的用途 1

1.2 聚氯乙烯工业技术概述 2

1.2.1 国外聚氯乙烯发展概况 2

1.2.2 国内聚氯乙烯工业概述 3

1.3 PVC树脂的典型聚合工艺 3

1.3.1 本体聚合生产工艺 3

1.3.2 乳液聚合生产工艺 4

1.3.3 悬浮聚合生产工艺 4

1.4 悬浮聚合法简介 4

1.4.1 悬浮聚合原理 4

1.4.2 聚合生产过程中的助剂 5

第二章 物料衡算 7

2.1 物料衡算步骤 7

2.1.1 聚合流程 7

2.1.2 选择计算基准 7

2.1.3 计算主要原料投料数量 7

2.2 各个设备物料衡算 8

2.2.1 聚合釜（R101）的物料衡算 8

2.2.2 出料槽（V102）的物料衡算 9

2.2.3 汽提塔（T101）的物料衡算 10

2.2.4 离心机（C101）的物料衡算 11

2.2.5 气流干燥（X101）的物料衡算 11

2.2.6 沸腾干燥床（X102）的物料衡算 12

2.2.7 包装过程（X103）的物料衡算 12

2.3 全过程的物料衡算 13

2.3.1 间歇阶段 13

2.3.2 连续阶段 14

第三章 聚合釜的校验 16

3.1 传热面积的校验 16

3.1.1 热量衡算 16

3.1.2 求总传热系数K 17

3.1.3 求总传热面积 20

3.2 聚合釜的设计^[24] 21

3.2.1 确定封头的外形 21

3.2.2 挡板设置 22

3.2.3 搅拌装置 22

3.2.4 工艺管口的设计 24

3.2.5 安全阀 25

3.2.6 观测口 25

3.2.7 人孔 25

参考文献 27

致谢 29

第一章 概述

聚氯乙烯简介

聚氯乙烯的性质

聚氯乙烯^[1]（Polyvinyl Chloride，简称PVC）树脂是用氯乙烯单体（VCM）聚合而成拥有热塑性的高聚物 ^[2]。国内工业生产的聚氯乙烯树脂聚合度控制在650~1785之间。工业生产主要采用悬浮法、乳液法、本体法等方法实现聚合^[3]。

1. 物理性质

PVC常温下是一种白色、无毒、无臭的粉末，密度在之间，表观密度。聚氯乙烯树脂的内部有孔隙，不同型号的产品孔隙率不同导致渗透和吸收增塑剂的能力不同，孔隙率高的树脂渗透和吸收增塑剂的能力要相对较强 ^[4]。

1. 化学性质

当温度大于100℃时，开始热降解放出氯化氢。由于PVC树脂碳氢链中引入了氯元素，引入了氯元素的聚氯乙烯具有难燃性，在火焰上能够燃烧，与此同时释放氯化氢、CO和苯等物质，离开火焰立即熄灭。常温下的聚氯乙烯树脂拥有良好的化学稳定性，耐化学腐蚀性能较强。PVC加热到130℃以上时呈现皮革状，具有弹性，长期加热分解释放氯化氢，同时PVC变色。

聚氯乙烯的用途

以聚氯乙烯树脂为原材料添加增塑剂、着色剂、稳定剂、改性剂等助剂混合后经过塑化、成型加工工艺的聚氯乙烯塑料有着广泛的应用。国外的聚氯乙烯树脂一般以硬制品为主，硬制品的PVC占的比例能达到60%以上，我国的PVC制品以软制品为主。近年来，我国硬制品PVC的应用也在逐年提高，渐渐向以硬制品为主的方向发展^[5-6]。

聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯和ABS统称为五大通用合成树脂，广泛用于农业、建筑业、工业、国防事业以及衣食住行等各个领域。聚氯乙烯作为五大合成树脂之一，与其他树脂相比拥有最广阔的应用领域和市场。在一些发达国家，聚氯乙烯硬制品占70%，软制品涂料和粘合剂占30%。特别是PVC在加工过程中可以添加较多的改性助剂、廉价填料，在不影响性能的前提下可以降低成本，所以PVC较其他树脂及塑料制品性能价格比优越^[7]。

聚氯乙烯工业技术概述

国外聚氯乙烯发展概况

世界上PVC生产超过90%以VCM单体为原料，VCM单体质量直接影响PVC树脂的质量。当前国外众多PVC企业共同的愿望是进一步提高氯乙烯单体的质量，减少单体杂质的含量，改进工艺路线来降低生产成本^[8]。

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