摘 要

本设计的设计目的是聚乙烯醇缩甲乙醛的生产工艺设计，设计能力是每年生产聚乙烯醇缩甲乙醛1600吨，生产时间为6400小时/年，生产周期为12小时。

本次设计的主要设备是反应釜，还设计了该生产过程的工艺流程以及车间平面布置图。进行这次设计是为了提高和巩固自己理论结合实际的能力，分析和解决问题的能力，是自身在实际操作中理解和消化所学的知识。本次设计的设计结果达到了课题的基本要求，完成了对聚乙烯醇缩甲乙醛生产工艺的基本设计，完成了对物料、能量、设备、布置等的相关工艺计算，及相关设备的选型，并根据设计的数据分别绘制了工艺流程图、反应釜装配图和车间平面布置图。

本次设计采用双釜同时进行反应的方案，以达到经济最优化和生产最优化，物料从反应釜出来后，依次进行洗涤、离心过滤、轮盘干燥和包装这几项操作。以上及该工艺流程的基本过程。

关键词：聚乙烯醇缩甲乙醛；工艺设计；工艺计算；溶液聚合；衡算

Abstract

The design of this design is designed for the production process of polyvinyl acetal. The design capacity is to produce 1600 tons of polyvinyl acetal per year, the production time is 6400 hours/year, and the production cycle is 12 hours.

The main equipment of this design is the reaction kettle, and the process flow of the production process and the floor plan of the workshop are also designed. This design is to improve and consolidate the ability of the theory to combine reality with the ability to analyze and solve problems. It is the knowledge that is understood and digested in practice. The design result of this design has reached the basic requirements of the subject, completed the basic design of the production process of polyvinyl alcohol methyl acetal, completed the relevant process calculation of materials, energy, equipment, layout, etc., and the selection of related equipment. Type, and according to the design data, the process flow chart, reactor assembly drawing and shop floor plan are drawn.

This design adopts the scheme of simultaneous reaction in a double-tank to achieve economic optimization and production optimization. After the materials are discharged from the reactor, the operations of washing, centrifugation, roulette drying and packaging are sequentially performed. The above and the basic process of the process flow.

Key Words：Polyvinyl acetal；Technological design；Process calculation；Solution polymerization；Accounting

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 国内聚乙烯醇缩甲乙醛现状 1

1.2 聚乙烯醇缩甲乙醛生产工艺 1

1.3 聚乙烯醇缩甲乙醛生产过程的影响因素 1

1.3.1 原料用量 1

1.3.2 反应时间 1

1.3.3 反应温度 1

1.3.4 溶液pH值 2

1.3.5 聚乙烯醇溶液的浓度 2

1.3.6 加料顺序 2

1.4 聚合方式的选择 2

第2章 设计任务书 3

2.1 项目 3

2.2 设计内容 3

2.3 设计规模 3

2.4 产品 3

2.5 生产配方 3

第3章 生产工艺 5

3.1 生产过程简易流程图 5

3.2 生产工艺流程简介 5

第4章 车间主要危害及防护措施 6

4.1 车间的主要危害品 6

4.1.1 腐蚀品 6

4.1.2 有毒可燃品 6

4.2 预防措施 7

4.3 健康防护 7

第5章 物料衡算 10

5.1 物料衡算的任务 10

5.2 衡算的依据 10

5.3 收集的数据 10

5.4 衡算基准 11

5.5 总收率及损失分配 11

5.6 聚合釜投料量 11

5.7 聚合部分物料衡算 12

5.8 洗涤部分 13

5.9 离心部分 13

5.10 干燥部分 14

5.11 包装部分 14

5.12 聚合釜的个数和洗涤釜的个数 15

第6章 设备选型 16

6.1 反应釜 16

6.1.1 设计任务 16

6.1.2 设计依据 16

6.1.3 釜的几何尺寸的确定 16

6.1.4 釜壁厚的设计 17

6.1.5 筒体水压试验压力校核 17

6.1.6 釜的有关数据 17

6.2 反应釜搅拌器 18

6.2.1 设计任务 18

6.2.2 设计依据 18

6.2.3 搅拌器型式 18

6.2.4 搅拌器轴功率 18

6.2.5 电机的选择 18

6.2.6 减速机的选择 18

6.2.7 搅拌器轴径的计算 19

6.2.8 凸缘法兰的选择 19

6.2.9 底盖的选择 19

6.2.10 机架的选择 19

6.2.11 联轴器的选择 19

6.2.12 轴封装置的选择 19

6.3 夹套 20

6.4 反应釜的其它附件 20

6.4.1 耳座的选择 20

6.4.2 人孔的选择 20

6.4.3 接管与法兰的选择 20

6.4.4 视镜的选择 21

6.5 洗涤釜 21

6.6 离心过滤机 21

6.7 轮盘干燥器 21

6.8 包装机 22

第7章 能量衡算 23

7.1 能量衡算的基本条件及基准 23

7.2 能量衡算的依据 23

7.3 收集的数据 23

7.4 衡算基准 23

7.5 反应釜的能量衡算 23

7.6 传热面积校核 25

7.7 转盘式干燥器的能量衡算 25

第8章 车间布置及水电汽要求 26

8.1 车间布置 26

8.1.1 车间的组成 26

8.1.2 车间布置 26

8.1.3 车间地址的选择 26

8.1.4 车间设备布置的要求 26

8.2 水电汽的要求 26

8.2.1 水的要求 26

8.2.2 电的要求 26

8.2.3 汽的要求 26

第9章 安全生产要求 27

第10章 “三废”排放及处理 28

参考文献 29

附 录 30

致 谢 31

第1章 绪论

1.1 国内聚乙烯醇缩甲乙醛现状

目前国内外聚乙烯醇缩甲乙醛的市场需求量不是很大，相对而言生产的厂家也比较少，且规模较小，但是聚乙烯醇缩甲乙醛在某些特定的领域具有良好的用途以及市场前景。

1.2 聚乙烯醇缩甲乙醛生产工艺

聚乙烯醇缩甲乙醛是聚乙烯醇在酸性条件下，分别与甲醛和乙醛发生缩合反应而成的产物。

1.3 聚乙烯醇缩甲乙醛生产过程的影响因素

1.3.1 原料用量

在生产过程中，原料用量比对产品生成量以及反应速度均有较大的影响，在一定范围内，聚乙烯醇缩甲乙醛的生成量可随加入的甲醛和乙醛的量增加而增大，但如果甲醛和乙醛用量过量，分子间碰撞的几率会增加，从而使得反应速度过快，易造成产品结块，影响后续反应的进一步进行，因此产品得量反而会减少。相对而言，若甲醛和乙醛的用量过低，后续反应不完全，聚乙烯醇缩甲乙醛的得量也会较低^[1]。

1.3.2 反应时间

在生产过程中，反应时间对产品得量有明显的影响，在一定范围内增加反应的时长，会使聚乙烯醇缩甲乙醛的产量增加，但如果反应时间过长，聚乙烯醇缩甲乙醛的生成量反而会降低，原因在于当反应基本完成后，可能发生一系列的副反应，比如缩醛在酸性条件下进行水解反应，从而聚乙烯醇缩甲乙醛的产量会降低，若反应时长过短，反应会不完全，因此聚乙烯醇缩甲乙醛的生成量也会减少^[2]。

1.3.3 反应温度

在生产过程中，反应温度对产品的生成量以及反应速度有显著的影响。本反应为非均相反应，如果温度过高，会使得分子运动速率加快，从而会使反应速度过快，易出现凝结现象，使后续的一系列反应难以进行下去，并且甲醛和乙醛的沸点较低，持续高温会使得醛类挥发，反应物总量减少，因此聚乙烯醇缩甲乙醛的生成量会降低。但如果反应温度太低，反应速度太慢，聚乙烯醇缩甲乙醛的生成量也就比较低。由以上和实际操作可得，如果采用由40°C升高至75°C的加热方法，反应速度不会太快也不会太慢，而且在反应过程中产品也不易凝结成块状^[3]。并且反应较为充分，因此在化工生产过程中多采用此方法来生产聚乙烯醇缩甲乙醛。

1.3.4 溶液pH值

在生产过程中，溶液pH值对聚乙烯醇缩甲乙醛的生成量与缩反应的速率也有较大的影响，在其他条件一定的情况下，如果溶液的pH值降低，反应的速率会加快，聚乙烯醇缩甲乙醛的生成量增加并且不易结块，但如果pH值过小，则在反应过程中会较快的出现结块的，阻碍后续反应的进行，聚乙烯醇缩甲乙醛的生成量反而会降低。若pH过大，反应速度相对较慢，不利于聚乙烯醇缩甲乙醛的生成^[4]。

1.3.5 聚乙烯醇溶液的浓度

在生产过程中，聚乙烯醇的多少对聚乙烯醇缩甲乙醛的生成量及反应程度都会有一定的影响，生成聚乙烯醇缩甲乙醛的反应的初期会生成较多的泡沫，而反应是在相界表面进行的，如果聚乙烯醇在反应体系中的浓度过高，就会导致泡沫以及表面积较大的析出物生成难度加大^[5]，因此聚乙烯醇的浓度大小会阻止反应的正常进行，所以聚乙烯醇的浓度不宜过大，但是在一定范围内适当的增加聚乙烯醇的量，则会有利于反应的进行，有利于提高聚乙烯醇缩甲乙醛的生成量。

1.3.6 加料顺序

在生产过程中，加料的顺序对聚乙烯醇缩甲乙醛的生成量以及反应速率也会有影响。如果混合滴加甲醛和乙醛，则两种醛会同时与聚乙烯醇发生反应，这样的话反应速率较快。因此产品质量和产量较高。若分开滴加甲醛和乙醛，则会使得其中的一种原料已经反应完全，而另外一种原料尚未反应完全，这样会使得反应不充分，同时聚乙烯醇缩甲乙醛的质量和生成量都较低^[6]。

1.4 聚合方式的选择

对于高分子聚合，工业生产一般采用溶液聚合和悬浮聚合^[11]，而溶液聚合与悬浮聚合的各自的优缺点如下：

溶液聚合的优点为反应散热容易，可连续化。缺点为产物不宜制成干燥粉状或粒状树脂。

悬浮聚合的优点为反应散热容易，间歇生产，产物比较纯净。缺点为产物需要加分离、洗涤、干燥等程序，较为复杂。

综上所述，在生产过程中，使用悬浮聚合更利于产品的质量和设备的维护，所以多采用悬浮聚合的方式来生产聚乙烯醇缩甲乙醛。

第2章 设计任务书

2.1 项目

聚乙烯醇缩甲乙醛生产工艺设计（1600吨/年）。

2.2 设计内容

（1）生产工艺设计；

（2）车间工艺设计；

（3）聚合反应釜设计。

2.3 设计规模

（1）年产量1600吨；

（2）年生产时间6400小时；

（3）生产周期12小时。

2.4 产品

产品名称：聚乙烯醇缩甲乙醛

化学名称：聚乙烯醇缩甲乙醛

英文名：polyvinylformal acetal

外观：白色或浅黄色的粉末

性能：兼具聚乙烯醇缩甲醛和聚乙烯醇缩乙醛的优良性能，溶于部分有机溶剂，能形成电性能和机械强度极高的涂膜，涂膜的柔软性、坚韧性、耐磨性优良，但因结构中存在羟基，因此涂膜对水仍很敏感^[7]。

用途：主要用于配制各种特种粘合剂，并用于制造金刚砂轮、刹车片、涂膜和塑料板材等。

2.5 生产配方

聚乙烯醇，水，盐酸，甲醛，乙醛，氢氧化钠，十二烷基苯磺酸钠

原料质量份为：聚乙烯醇90-93、盐酸18-20、甲醛5.1-5.2、乙醛30-32、十二烷基苯磺酸钠1-2、氢氧化钠2-2.3、水420-440。

表2.1 生产配方

第3章 生产工艺

3.1 生产过程简易流程图

如下图所示：

原料预处理缩甲、乙醛析出水洗稳定干燥

图3.1 生产工艺流程简图

3.2 生产工艺流程简介

(1)按配方向反应釜中加入定量的十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇和水^[8]。

(2)向反应釜中加入盐酸至pH=3，并且不停的搅拌。

(3)向反应釜中加入甲醛和乙醛的混合液，反应温度由40°C升至75°C。

(4)充分反应12h，并且边反应边搅拌。

(5)反应完成后，将混合液导出至析出槽。加入氢氧化钠调节至pH=7。

(6)过滤，洗涤，烘干，得到产品。

(7)包装产品，入库。

第4章 车间主要危害及防护措施

4.1 车间的主要危害品

车间的危害品主要为腐蚀品和有毒可燃品这两大类。

4.1.1 腐蚀品

（1）盐酸

盐酸会挥发出氯化氢气体，而氯化氢气体会和空气中的水分结合形成酸雾，并且盐酸本身和酸雾都会腐蚀人体组织，可能会损伤皮肤、呼吸道、眼球、表皮和消化系统等，同时也会腐蚀设备。

（2）氢氧化钠

氢氧化钠聚有强烈的刺激性和腐蚀性。如果氢氧化钠固体受外力飞扬到空气中，则其形成的氢氧化钠粉尘会对眼球、呼吸道、鼻腔和脆弱的粘膜造成不同程度的腐蚀。而表皮组织如果与氢氧化钠直接接触的话会引起灼伤以及腐蚀，如果误服会造成消化道腐蚀，严重者则会造成休克。

4.1.2 有毒可燃品

（1）聚乙烯醇

工业级的聚乙烯醇具有低毒性，吸入和摄入都会对身体造成伤害。若聚乙烯醇与眼球直接接触，则会对眼球产生刺激作用。聚乙烯醇同样具有可燃性。

（2）甲醛

甲醛有刺激性气味，低浓度即可嗅到。如果甲醛在室内达到一定的浓度后，人体就会产生不适感。甲醛在室内浓度过高会引起急性中毒，症状主要为为呼吸道肿痛、呼吸困难、皮炎、黄疸等。人体如果长期在低浓度的甲醛环境中生活和工作的话，则会引起头痛、感觉障碍和免疫力降低等症状，并可能伴随不同程度的神经衰弱。同时人体长期接触甲醛会引发肝病变。并且甲醛蒸气会与空气形成爆炸性混合物，若遇火源则会引起燃烧和爆炸^[9]。

（3）乙醛

乙醛在浓度较低时会引起呼吸道刺激。如高浓度的吸入乙醛会产生一定的麻醉作用，主要表现为头痛、神志不清以及不同程度的支气管炎、腹泻和心肌病变。如果人体误服乙醛，则对消化系统、心、肾造成不同程度的损伤。乙醛对皮肤有一定的致敏性，人体若反复接触乙醛蒸气会引起皮炎等症状。

（4）十二烷基苯磺酸钠

十二烷基苯磺酸钠是低毒性的，但其会刺激眼球，皮肤和呼吸系统，其中十二烷基苯磺酸钠对眼球具有严重的危害。如果误食，则会对消化系统造成危害。同时本品易燃易爆。

4.2 预防措施

（1）做好设备保全与维修工作，及时消除跑、冒、滴、漏。安全阀、压力表、液面计、防爆膜以及联锁等安全设施必须保持完好并投入使用

（2）保持室内车间通风良好，防止可燃气体和粉尘聚集，在易燃易爆气体浓度高、危险大的场所可设置可燃气体测报仪。

（3）配足消防车辆、灭火器材，并注意日常对其保养与维护，以便发生火灾能及时投用。

（4）操作人员上岗前要经过严格的培训，考核合格后方能上岗。在操作中要严格执行工艺指标，遵守操作规程。建立健全事故预案，使操作人员熟知事故处理及故障排除的方法。对易燃易爆物料不得随意就地排空排放，排空排放速率不得超过25m/s。

4.3 健康防护

健康防护主要包括有害物质的防护、普通职业安全的维护和噪声的防护这三种。

A、有害物质的防护

（1）盐酸

使用盐酸时，应配合个人防护装备，操作尽可能机械化、自动化，以降低直接接触盐酸所带来的危险。操作人员必须经过专门的安全和技术培训，严格遵守操作流程。

当盐酸发生泄漏时，应迅速将人员疏散至安全的地方，并且进行隔离，严格限制出入，以免造成二次伤害。若盐酸为小剂量的泄漏，则可用干燥石灰混合来中和，也可以使用大量水冲洗以稀释盐酸，稀释后的混合液将排入污水处理系统。若为盐酸为大剂量的泄漏，则有关部门应构筑围堤或挖坑收容，然后将盐酸回收或运至相应的处理场所来进行相应的处理。