摘 要

本文概述了聚氯乙烯的性质、应用、发展状况、工艺进展以及聚合过程中的影响因素，在此基础上确定了聚氯乙烯悬浮聚合的生产工艺路线和相关参数。然后在物料衡算、热量衡算的基础上进行了设备选型、车间布置。最后绘制了带控制点的工艺流程图、主体设备图和车间布置图。

关键词：聚氯乙烯 工艺流程设计 PVC

Abstract

This paper outlines the properties of PVC, application, development, process and polymerization process of influencing factors, based on identified PVC suspension polymerization production process route and related parameters. Then in the material balance calculation, heat balance based were equipment selection, workshop layout. Finally draw the process flow chart with control, the main equipment and workshop layout.

Key words: polyvinyl chloride process design PVC

目录

绪论 1

1.1 聚氯乙烯简介 1

1.2 聚氯乙烯的发展状况 1

1.3 聚合工艺实践方法 2

一. 物料衡算 7

1.1 有关设计参数设定^[31,34] 7

1.2 本工艺的配方^[31,35] 8

1.3 聚合釜的物料衡算^[16,34] 8

1.4 混料槽物料衡算^[16,31,34] 10

1.5 汽提塔物料衡算^[16,34] 12

1.6 离心部分物料衡算 15

1.7 气流干燥部分物料衡算 16

1.8 沸腾干燥部分物料衡算 18

1.9 筛分包装部分物料衡算 19

1.10 全过程物料衡算 20

1.11聚合釜台数计算 22

二.聚合釜设计 23

2.1、设计依据 23

2.2、聚合釜数据和选型 24

2.3罐体和夹套的结构设计 24

2.4筒体壁厚计算 28

2.5夹套壁厚计算 30

2.6设计数据汇总 32

2.7 聚合釜台数及设备后备系数的计算 34

三. 搅拌器的设计 35

3.2.5.1搅拌器的选型 35

2.搅拌桨尺寸的确定 37

3.搅拌轴直径的计算 38

4.选择机械密封的形式 39

5. 电机的选择 39

四.热量衡算 40

4.1 热量衡算方程^[33] 40

4.2 聚合釜的热量衡算 41

4.3 汽提塔的热量衡算^[34,36] 43

4.5 沸腾床的热量计算^[16,34,39] 46

五．干燥器设计 52

5.1 气流干燥床的选择^[44,45] 52

5.2 沸腾干燥床的选择^[6,39] 53

六．其它设备选型 58

6.1 混料槽的选择 58

6.2 汽提塔的选择 58

6.3 离心机的选择 59

6.4换热设备的选型和工艺计算 60

6.5 流体输送机械的选型设计 62

参考文献 63

附录 65

附表一、设计一览表 65

附表二、主要符号说明 65

致谢 68

绪论

1.1 聚氯乙烯简介

聚氯乙烯(Poly Vinyl Chloride)简称PVC，下同。它是由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂，是氯乙烯的均聚物。PVC为无定形结构的白色粉末，支化度较小。工业生产的PVC相对分子量一般在5万～12万范围内，具有较大的多分散性，相对分子量随聚合温度的降低而增加；无固定熔点，80～8 5℃开始软化，130℃变为粘弹态，160～180℃开始转变为粘流态；有较好的机械性能，抗张强度60MPa左右，冲击强度5～10kJ/m²；有优异的介电性能。但对光和热的稳定性差，在100℃以上或经长时间阳光曝晒，就会分解而产生氯化氢，并进一步自动催化分解，引起变色，物理机械性能也迅速下降，在实际应用中必须加入稳定剂以提高对热和光的稳定性。PVC很坚硬，溶解性也很差，只能溶于环己酮、二氯乙烷和四氢呋喃等少数溶剂中，对有机和无机酸、碱、盐均稳定，化学稳定性随使用温度的升高而降低。PVC溶解在丙酮-二硫化碳或丙酮-苯混合溶剂中，用于干法纺丝或湿法纺丝而成纤维，称氯纶。具有难燃、耐酸碱、抗微生物、耐磨并具有较好的保暖性和弹性^[1]。

1.2 聚氯乙烯的发展状况

聚氯乙烯是仅次于聚乙烯的第二大通用塑料^[2]。自1997年以来，聚氯乙烯的产量以3%/a速度递增。2001年，全球聚氯乙烯生产能力已达到3 313万t，消费水平比2000年略有增加，为2882万t^[3]。2003年7月全球约有50个国家、150个厂家生产聚氯乙烯，这一数据还在不断攀升^[4]。2005年全球产量达3130万吨，需求量达3117万吨。北美、欧洲(包括俄罗斯)和非洲、远东地区超过全球聚氯乙烯产量和需求量4/5，悬浮聚合法树脂占生产聚氯乙烯树脂90%以上，2006年世界聚氯乙烯产能3562万吨，实际产量3262万吨，产量的增长主要来自中国。2006年我国PVC产业保持快速发展的态势，全年产能1099万吨，实际产量864.1万吨，整体供求关系发生了较大的变化^[5]。预计到2010年我国PVC树脂的需求量将达1100万吨，2020年将达到2160万吨。预计到2010年全球PVC的需求量将达到3490万吨，2020年将达到4600万吨^[6]。

1.3 聚合工艺实践方法

目前，世界上PVC的主要生产方法有4种：悬浮法、本体法、乳液法和微悬浮法。其中以悬浮法生产的PVC占PVC总产量的近90%，在PVC生产中占重要地位，近年来，该技术已取得突破性进展。

1.4.3 悬浮聚合生产工艺

悬浮法PVC生产技术易于调节品种，生产过程易于控制，设备和运行费用低，易于大规模组织生产而得到广泛的应用，成为诸多生产工艺中最主要的生产方法。

工艺特点：悬浮聚合法生产聚氯乙烯树脂的一般工艺过程是在清理后的聚合釜中加入水和悬浮剂、抗氧剂，然后加入氯乙烯单体，在去离子水中搅拌，将单体分散成小液滴，这些小液滴由保护胶加以稳定，并加入可溶于单体的引发剂或引发剂乳液，保持反应过程中的反应速度平稳，然后升温聚合，一般聚合温度在45~70℃之间。使用低温聚合时(如42~45℃)，可生产高分子质量的聚氯乙烯树脂；使用高温聚合时(一般在62~71℃)可生产出低分子质量(或超低分子质量)的聚氯乙烯树脂。近年来，为了提高聚合速度和生产效率，国外还研究成功两步悬浮聚合工艺，一般是第一步聚合度控制在600左右，在第二步聚合前加入部分新单体继续聚合。采用两步法聚合的优点是显著缩短了聚合周期，生产出的树脂具有良好的凝胶性能、模塑性能和机械强度。现在悬浮法聚氯乙烯品种日益广泛，应用领域越来越广，除了通用型的树脂外，特殊用途的专用树脂的开发越来越引起PVC厂家的关注，球形树脂、高表观密度建材专用树脂、消光树脂、超高(或超低)分子质量树脂等已成为开发的热点^[21]。