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畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文
題 目 年產(chǎn)15萬(wàn)噸PVC全工段工藝設(shè)計(jì)
專業(yè)班級(jí)
學(xué) 號(hào)
學(xué)生姓名
學(xué) 院
指導(dǎo)教師
指導(dǎo)教師職稱
完成日期: 年 6 月 8 日
摘 要
本設(shè)計(jì)采用電石法、懸浮法聚合生產(chǎn)PVC。對(duì)年產(chǎn)15萬(wàn)噸聚氯乙烯(PVC)全工段工藝設(shè)計(jì),進(jìn)行了乙炔段物料衡算、氯乙烯合成物料衡算、聚合段物料衡算、汽提段物料衡算、離心干燥段物料衡算和乙炔段熱量衡算、氯乙烯合成熱量衡算、聚合釜熱量衡算。得出本次設(shè)計(jì)需采用九個(gè)48(Ⅱ型)不銹鋼聚合釜并聯(lián)操作,五臺(tái)70出料槽,21臺(tái)WL-630型離心機(jī)。同時(shí)繪制了帶控制點(diǎn)的PVC合成工藝流程圖、帶控制點(diǎn)的PVC汽提工藝流程圖、聚合工段主要設(shè)備平面布置圖、聚合工段主要設(shè)備立面布置圖以及聚合釜裝配圖等。
關(guān)鍵詞:聚氯乙烯;電石法;懸浮聚合;聚合釜;工藝流程
Abstract
This design uses calcium carbide method, suspension polymerization of PVC. Of the annual output of 150,000 tons of PVC (PVC) full section in process design, carried out acetylene segment material balance, material balance synthesis of vinyl chloride polymerization section of material balance, stripping section mass balance, material balance centrifugal drying section Operators and acetylene segment heat balance, heat balance of vinyl chloride synthesis, polymerization reactor heat balance. This design requires the use of derived 9 48 (Ⅱ type) stainless steel polymerization reactor operating in parallel, five 70 trough, 21 units WL-630 centrifuge. Control points are drawn with the PVC synthetic process flow chart, with the control point flow chart of PVC stripping the polymerization section in the main equipment floor plan, elevation polymerization Section of major equipment layout and assembly drawings and other polymerization reactor.
Keywords:PVC;calcium carbide process;suspension polymerization;
polymerizing pot;process flows
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第一章 文獻(xiàn)綜述 1
1.1聚氯乙烯的性質(zhì) 2
1.1.1物理性質(zhì) 2
1.1.2化學(xué)性質(zhì) 2
1.1.3聚氯乙烯的用途 3
1.2聚氯乙烯生產(chǎn)工藝介紹 4
1.2.1世界聚氯乙烯工藝技術(shù)進(jìn)展 4
1.2.3 國(guó)內(nèi)聚氯乙烯工業(yè)技術(shù)進(jìn)展 4
1.3聚氯乙烯生產(chǎn)方法及工藝流程的介紹 5
1.3.1聚氯乙烯生產(chǎn)方法介紹 5
1.3.2聚氯乙烯的工藝流程介紹 6
第二章 工藝流程說(shuō)明 9
2.1 乙炔發(fā)生及氯乙烯合成階段 9
2.2懸浮聚合工藝流程: 10
2.3 料漿汽提工藝流程: 12
2.4 離心干燥工藝流程: 12
第三章 物料衡算 14
3.1物料衡算依據(jù) 14
3.2物料衡算條件 15
3.3各個(gè)設(shè)備物料衡算 17
3.3.1乙炔發(fā)生段與氯乙烯合成段物料衡算 17
3.3.2聚合釜物料衡算 20
3.3.3出料槽物料衡算 22
3.3.4汽提塔物料衡算 23
3.3.5離心機(jī)物料衡算 26
3.3.6氣流干燥物料衡算 26
3.3.7沸騰干燥物料衡算 27
3.3.8篩分包裝物料衡算 28
3.4物料衡算總平衡 29
第四章 熱量衡算 31
4.1乙炔發(fā)生器的熱量衡算 31
4.1.1設(shè)計(jì)條件 31
4.1.2水解反應(yīng)放熱 31
4.2氯乙烯工序階段物料衡算 33
4.3聚合釜熱量衡算 35
4.4汽提塔熱量衡算 38
4.5列管式換熱器熱量衡算 39
4.6氣流干燥塔熱量衡算 40
4.7空氣加熱器熱量衡算 43
第五章 設(shè)備選型計(jì)算 45
5.1聚合釜的選型 45
5.2料漿排放槽的選型 45
5.3離心機(jī)的選型 46
5.4氣流干燥塔鼓風(fēng)機(jī)的選型 47
5.5列管式換熱器的選型 48
設(shè)備一覽表 49
第六章 安全生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù) 51
6.1氯乙烯的燃燒爆炸性能 51
6.2氯乙烯的防火防爆措施 51
6.3聚合釜安全生產(chǎn) 52
6.4環(huán)境保護(hù) 53
6.4.1PVC的環(huán)境保護(hù) 53
6.4.2減少氯乙烯污染的預(yù)防措施 54
6.5 今后國(guó)內(nèi)聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展目標(biāo)和對(duì)策 55
參考文獻(xiàn) 56
致謝 57
58
第一章 文獻(xiàn)綜述
聚氯乙烯(PVC)具有阻燃、絕緣、耐磨損、耐腐蝕、價(jià)格低廉、原材料來(lái)源廣泛等優(yōu)良的綜合性能, 其加工方法主要有:擠出、注塑、壓延和吹塑等。聚氯乙烯經(jīng)加工后可以制成管材、管件、棒材、型材、薄膜、片、電線電纜絕緣材料、人造革、地板磚、玩具、鞋、瓶子、唱片、防腐材料、防水材料等制品,廣泛用于輕工、建筑、農(nóng)業(yè)、電力、電子電器、包裝、日常生活等多方面。聚氯乙烯是五大熱塑性合成樹(shù)脂之一,其產(chǎn)量?jī)H次于聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP),居第3位,其消費(fèi)量占合成樹(shù)脂總消費(fèi)量的29%左右,也居第3位。由于聚氯乙烯消耗氯堿生產(chǎn)中30%的氯氣,因此,聚氯乙烯對(duì)堿、氯平衡和氯堿工業(yè)的發(fā)展具有極其重要的作用。
以美國(guó)為例,聚氯乙烯產(chǎn)品在17種塑料產(chǎn)品中占有相當(dāng)大的比例。1993年,美國(guó)聚氯乙烯建材的消費(fèi)量占總消費(fèi)量的52.6%;相應(yīng)的電子用品占25.6%;家庭用品占12.3%;工業(yè)器具占10%;在塑料家具中占6.9%;在玩具中占4.5%。在包裝用品中占2.8%;在運(yùn)輸工具中占5.9%。有如在日本,聚氯乙烯產(chǎn)品在塑料工業(yè)中也占有相當(dāng)大比例,1991年日本塑料制品總產(chǎn)量為552.6噸。聚氯乙烯樹(shù)脂的消費(fèi)量占合成樹(shù)脂的消費(fèi)量的30%,其中軟質(zhì)聚氯乙烯制品在塑料制品中約占12%,硬制品占20%,充分顯示了聚氯乙烯產(chǎn)品在塑料產(chǎn)品中的重要位置。
我國(guó)聚氯乙烯工業(yè)起于1958年,在短短幾十年中已發(fā)展成為亞洲地區(qū)第二大聚氯乙烯生產(chǎn)國(guó),生產(chǎn)能力在國(guó)內(nèi)合成樹(shù)脂中位居首位,樹(shù)脂產(chǎn)量?jī)H次與聚乙烯,居第二位,制品產(chǎn)量與聚乙烯并駕齊驅(qū),在國(guó)內(nèi)合成材料起著舉足輕重的作用?,F(xiàn)在,聚氯乙烯樹(shù)脂生產(chǎn)廠家已遍布國(guó)內(nèi)29個(gè)省市自治區(qū),無(wú)論是生產(chǎn)技術(shù)還是產(chǎn)品品種較過(guò)去都有了長(zhǎng)足的發(fā)展,原料生產(chǎn)路線已開(kāi)始從電石路線向石油路線過(guò)渡。許多生產(chǎn)廠家從單體生產(chǎn)到聚合后處理都實(shí)現(xiàn)了微機(jī)質(zhì)量控制,通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)硬件和軟件,主要生產(chǎn)廠家懸浮和乳液聚合生產(chǎn)技術(shù)水平已達(dá)到國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家80年代初的水平,并引進(jìn)本體聚合工藝和設(shè)備。
1.1聚氯乙烯的性質(zhì)
1.1.1物理性質(zhì)
外觀:白色粉末 分子量:40600~111600
密度:1.35~1.45g/mL 表觀密度:0.40~0.65 g/mL
熱導(dǎo)率:0.1626W/(m·K) 折射率:=1.544
比熱容(0~100℃):1.045~1.463J/(g·℃) 軟化點(diǎn):75~85℃
熱分解點(diǎn):>100℃開(kāi)始降解出氯化氫
顆粒直徑:緊密(XJ)型:30~100 疏松(SG)型:60~150 糊樹(shù)脂:1.2~2
溶解性:不溶于水、汽油、酒精、氯乙烯。溶于酮類、酯類和氯烴類溶劑
毒性:無(wú)毒、無(wú)臭
1.1.2化學(xué)性質(zhì)
(1)熱穩(wěn)定性
沒(méi)有明顯熔點(diǎn),在80~83℃開(kāi)始軟化,加熱高于180℃時(shí),開(kāi)始流動(dòng)。約在200℃以上時(shí)完全分解。130℃以上時(shí)變成皮革狀,長(zhǎng)期加熱后分解脫出氯化氫而變色。
(2)光穩(wěn)定性
純PVC在日光或紫外線單色光照射下,發(fā)生老化,使色澤變暗。
(3)電性能
聚氯乙烯相鄰高分子間有強(qiáng)的偶極鍵,其介電常數(shù)及介電損耗比非極性及弱極性聚合物較高,不宜用作高壓電纜及通訊電纜,但可用作低壓電纜及電纜護(hù)套的加工。
(4)化學(xué)穩(wěn)定性
聚氯乙烯塑化加工制品的化學(xué)穩(wěn)定性較高,常溫下能耐任何濃度的鹽酸,能耐90%的硫酸,能耐50%~60%的硝酸,能耐25%以下的燒堿,對(duì)鹽類也很穩(wěn)定。
1.1.3聚氯乙烯的用途
(1)PVC一般軟制品。
利用擠出機(jī)可以擠成軟管、電纜、電線等;利用注射成型機(jī)配合各種模具,可制成塑料涼鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽車(chē)配件等。
(2)PVC薄膜。
PVC與添加劑混合、塑化后,利用三輥或四輥壓延機(jī)制成規(guī)定厚度的透明或著色薄膜,用這種方法加工薄膜,成為壓延薄膜。也可以通過(guò)剪裁,熱合加工包裝袋、雨衣、桌布、窗簾、充氣玩具等。寬幅的透明薄膜可以供溫室、塑料大棚及地膜之用。經(jīng)雙向拉伸的薄膜,所受熱收縮的特性,可用于收縮包裝。
(3)PVC涂層制品。
有襯底的人造革是將PVC糊涂敷于布上或紙上,然后在100攝氏度以上塑化而成。也可以先將PVC與助劑壓延成薄膜,再與襯底壓合而成。無(wú)襯底的人造革則是直接由壓延機(jī)壓延成一定厚度的軟制薄片,再壓上花紋即可。人造革可以用來(lái)制作皮箱、皮包、書(shū)的封面、沙發(fā)及汽車(chē)的坐墊等,還有地板革,用作建筑物的鋪地材料。
(4)PVC泡沫制品。
軟質(zhì)PVC混煉時(shí),加入適量的發(fā)泡劑做成片材,經(jīng)發(fā)泡成型為泡沫塑料,可作泡沫拖鞋、涼鞋、鞋墊、及防震緩沖包裝材料。
(5)PVC透明片材。
PVC中加沖擊改性劑和有機(jī)錫穩(wěn)定劑,經(jīng)混合、塑化、壓延而成為透明的片材。利用熱成型可以做成薄壁透明容器或用于真空吸塑包裝,是優(yōu)良的包裝材料和裝飾材料。
(6)PVC硬板和板材。
PVC中加入穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑和填料,經(jīng)混煉后,用擠出機(jī)可擠出各種口徑的硬管、異型管、波紋管,用作下水管、飲水管、電線套管或樓梯扶手。將壓延好的薄片重疊熱壓,可制成各種厚度的硬質(zhì)板材。板材可以切割成所需的形狀,然后利用PVC焊條用熱空氣焊接成各種耐化學(xué)腐蝕的貯槽、風(fēng)道及容器等。
1.2聚氯乙烯生產(chǎn)工藝介紹
1.2.1世界聚氯乙烯工藝技術(shù)進(jìn)展
(1)VCM生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展
VCM是生產(chǎn)PVC樹(shù)脂的主要原料,對(duì)PVC樹(shù)脂質(zhì)量及成本影響極大。國(guó)外VCM生產(chǎn)工藝絕大部分已用乙烯路線取代了老式的電石乙炔法路線,近十年來(lái)在簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝、減少設(shè)備投資的新工藝、新技術(shù)等方面發(fā)展。
以乙烯為基礎(chǔ)的VCM生產(chǎn)工藝采用直接氯化乙烯生產(chǎn)二氯乙烷,在二氯乙烷裂解生產(chǎn)氯乙烯過(guò)程中副產(chǎn)品氯化氫經(jīng)氧化生成氯,再返回到直接氯化段使用,去掉了氧氯化單元,節(jié)約了大量的工藝操作和維護(hù)費(fèi)用。
(2)PVC生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展
PVC行業(yè)經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展,雖然受環(huán)境生態(tài)保護(hù)、石油危機(jī)的影響以及其他塑料品種的激烈競(jìng)爭(zhēng),但由于PVC生產(chǎn)新技術(shù)不斷推出,品種不斷更新,其市場(chǎng)需求仍持續(xù)增長(zhǎng)。
國(guó)外PVC生產(chǎn)廠家普遍采用大釜技術(shù)和高效的防粘釜工藝,實(shí)現(xiàn)密閉加料,除此之外,還對(duì)VCM懸浮工藝進(jìn)行改進(jìn),實(shí)施“倒加料”(即無(wú)離子水——全部VCM——無(wú)離子水)、“熱水加料”工藝、改變攪拌工藝、變溫聚合等手段提高產(chǎn)能及樹(shù)脂質(zhì)量。
1.2.3 國(guó)內(nèi)聚氯乙烯工業(yè)技術(shù)進(jìn)展
目前我國(guó)PVC工業(yè)處于成長(zhǎng)期向成熟期過(guò)渡的階段,其主要特點(diǎn)是產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)速度超常規(guī)發(fā)展,技術(shù)趨于成熟,產(chǎn)品差異化程度低,行業(yè)進(jìn)入門(mén)檻低,一些電力、制鹽、煤炭、塑料加工等行業(yè)的企業(yè)大量介入,導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)的進(jìn)一步加劇。我國(guó)石油資源緊缺,而煤炭、石灰石的資源極為豐富,決定了電石法路線在一定時(shí)期內(nèi)長(zhǎng)期存在,國(guó)內(nèi)PVC工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:
(1)設(shè)備大型化
電石爐向大型全密閉爐(>5.5萬(wàn)噸/年·臺(tái))采用爐氣回收技術(shù)和廢熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽方向發(fā)展,推廣使用中空電極。
(2)乙炔發(fā)生器
作為乙炔生產(chǎn)的主要設(shè)備,近幾年開(kāi)發(fā)的逐步取代的發(fā)生器,產(chǎn)氣能力提高到4萬(wàn)噸/年·臺(tái)。
(3)轉(zhuǎn)化器
目前國(guó)內(nèi)VCM轉(zhuǎn)化器仍然以為主,列管數(shù)為610~895根,雖然現(xiàn)在有企業(yè)開(kāi)始開(kāi)發(fā)使用轉(zhuǎn)化器,但僅是簡(jiǎn)單的放大。
(4) 水洗三合一塔
三合一塔采用了專用的填料塔和板式塔設(shè)計(jì)、組合、制造技術(shù),選擇多種塔型組合于一塔之中(即包括一、二級(jí)泡沫水洗塔、填料水洗塔),配置合適的酸循環(huán)泵、冷卻器等輔助設(shè)備,具有以下特點(diǎn):
①流程簡(jiǎn)化、設(shè)備少、占地面積小。
②壓降低、彈性大。
③粗氯乙烯中過(guò)量的氯化氫吸收完全等優(yōu)點(diǎn),體現(xiàn)了廢酸回收與水洗的統(tǒng)一。
(5)氣體輸送設(shè)備
乙炔輸送的水環(huán)壓縮機(jī)送氣能力在2400m3/h以上,已取代原來(lái)的SZ-3、SZ-4、YLJ-1250/3.5等設(shè)備。
單體壓縮機(jī)逐漸由活塞式壓縮機(jī)向螺桿機(jī)過(guò)渡,單臺(tái)送氣能力由1200m3/h增至3600m3/h。
1.3聚氯乙烯生產(chǎn)方法及工藝流程的介紹
1.3.1聚氯乙烯生產(chǎn)方法介紹
(1)懸浮聚合
懸浮聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯樹(shù)脂的工藝過(guò)程是在清理后的聚合釜中加入水和懸浮劑、抗氧劑,然后加入氯乙烯單體,在去離子水中攪拌,將單體分散成小液滴,這些小液滴由保護(hù)膠加以穩(wěn)定,并加入可溶于單體的引發(fā)劑或引發(fā)劑乳液,保持反應(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)速度穩(wěn)定,然后升溫聚合,一般聚合溫度在45~70℃之間。使用低溫聚合時(shí),可生產(chǎn)高分子質(zhì)量的聚氯乙烯樹(shù)脂;使用高溫聚合時(shí),可生產(chǎn)出低分子質(zhì)量的聚氯乙烯樹(shù)脂。
(2)乳液聚合
乳液聚合與懸浮聚合基本類似,只是要采用更為大量的乳化劑,并且不是溶于水中而是溶于單體中。這種聚合體系可以有效防止聚合物粒子的凝聚,從而得到粒徑很小的聚合物樹(shù)脂,一般乳液法生產(chǎn)的PVC樹(shù)脂的粒徑為0.1-0.2mm,懸浮法的為20—200mm。由于不可能將乳化劑完全除去,因此用乳液法生產(chǎn)的樹(shù)脂不能用于生產(chǎn)需要高透明性的制品如包裝薄膜或要求吸水性很低的制品如電線絕緣層。一般乳液聚合PVC樹(shù)脂的價(jià)格高于懸浮聚合的樹(shù)脂。
(3)本體聚合
本體法生產(chǎn)工藝在無(wú)水、無(wú)分散劑,只加入引發(fā)劑的條件下進(jìn)行聚合,不需要后處理設(shè)備,投資小、節(jié)能、成本低。用本體聚合生產(chǎn)的PVC制品透明度高、電絕緣性好、易加工,用來(lái)加工懸浮法樹(shù)脂的設(shè)備均可用于加工本體法樹(shù)脂。由于懸浮聚合和本體聚合樹(shù)脂不能混合,即使少量混合也會(huì)因靜電效應(yīng)導(dǎo)致聚合物粉末的流動(dòng)性降低,而懸浮聚合樹(shù)脂更易得到的,因此大多數(shù)工廠放棄了本體聚合樹(shù)脂。
由于懸浮聚合生產(chǎn)的PVC產(chǎn)量比例最大,且工藝過(guò)程操作簡(jiǎn)單,成本低,因此懸浮法生產(chǎn)PVC占有首要地位。
1.3.2聚氯乙烯的工藝流程介紹
(1)乙炔發(fā)生工段
發(fā)生:經(jīng)破碎好的電石裝進(jìn)電石吊斗,推到提升口,由電動(dòng)葫蘆吊到三樓,送到發(fā)生器加料貯斗,用置換其中乙炔氣后,電石在繼續(xù)通的情況下,經(jīng)第一貯斗蝶閥放入第二貯斗,第二貯斗電石經(jīng)電磁振動(dòng)加料器加入發(fā)生器內(nèi)。電石在發(fā)生器內(nèi)遇水產(chǎn)生乙炔氣,從發(fā)生器頂部逸出,電石水解時(shí)放出大量熱,可借連續(xù)加入發(fā)生器內(nèi)的水來(lái)維持發(fā)生器溫度,電石水解之后電石渣漿從溢流管不斷排出,以維持發(fā)生器液面,渣漿從排渣口排到地溝,流到沉淀池集中處理,頂部逸出的乙炔氣經(jīng)噴淋冷卻后,分別進(jìn)入氣柜或水環(huán)壓縮機(jī)。
清凈:由發(fā)生器送來(lái)并經(jīng)冷卻的乙炔氣,經(jīng)水環(huán)壓縮機(jī)加壓到0.05~0.1mPa左右,進(jìn)入第一第二清凈塔,NaOCl溶液由泵打到第二清凈塔,從塔底流出再由泵打至第一清凈塔頂。其塔底流出的NaOCl溶液與冷卻塔出來(lái)的廢水回至廢水回至廢水貯槽,用泵打到發(fā)生器作為補(bǔ)充水用。經(jīng)清凈后的乙炔氣帶有酸性,進(jìn)入中和塔用堿液除去,中和塔出來(lái)的乙炔氣進(jìn)入二臺(tái)串聯(lián)的列管冷凝器除去大量水份后,送氯乙烯工序。
(2) 氯乙烯合成工段
Ⅰ.混合脫水:由乙炔工段送來(lái)的粗乙炔氣經(jīng)砂封與來(lái)自HCL工序的HCL經(jīng)緩沖罐通過(guò)孔板流量計(jì)調(diào)節(jié)配比在混合器內(nèi)充分混合,進(jìn)入石墨冷卻器內(nèi)在-35℃鹽水下進(jìn)行冷卻到-14℃℃,C2H2、HCL混合氣體在此溫度下,部分水分以40%左右酸霧析出,部分酸霧夾帶與氣相中進(jìn)入多筒過(guò)濾器中,由含氟硅油棉捕集分離。然后,經(jīng)二臺(tái)石墨預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入轉(zhuǎn)換器。
Ⅱ.合成轉(zhuǎn)化:干燥、預(yù)熱后的氣體由轉(zhuǎn)化器上部進(jìn)入,通過(guò)列管中填裝的吸附于活性炭上的HgCL2觸媒轉(zhuǎn)化為粗氯乙烯,轉(zhuǎn)化過(guò)程反應(yīng)放熱則通過(guò)熱水循環(huán)的熱水移去。粗氯乙烯在高溫下帶逸的升華物在填裝活性炭的吸附器中脫除,然后進(jìn)入精餾系統(tǒng)。
Ⅲ.水洗、堿洗、氯乙烯壓縮:除汞后的粗氯乙烯進(jìn)入三合一水洗組合塔,經(jīng)堿洗塔,除去殘余的微量HCL后進(jìn)入VC氣柜或經(jīng)機(jī)前冷卻器,除去部分夾帶液,經(jīng)螺桿壓縮機(jī)加壓到0.5~0.6mPa(表壓),經(jīng)機(jī)后冷卻器除去夾帶水和油后,送精餾。
Ⅳ.精餾:由單壓機(jī)出來(lái)的粗氯乙烯進(jìn)入全凝器,使大部分氣體冷凝液化經(jīng)低沸加料貯槽,進(jìn)入低沸塔,未凝氣體進(jìn)入尾氣冷凝器,其冷凝器全部進(jìn)入低沸塔。低沸塔釜加熱將冷凝液中低沸物蒸出,經(jīng)塔頂冷凝器用7℃水或5℃水控制回流比后,由塔頂匯入尾氣冷凝器處理,塔釜粗氯乙烯進(jìn)入高沸塔,尾氣冷凝器未冷凝的氣體經(jīng)變壓吸附回收大部分氯乙烯和乙炔后,惰性氣體排空。
由低沸塔進(jìn)入高沸塔的氯乙烯,經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制流量,減壓后進(jìn)入高沸塔。高沸塔加熱器經(jīng)氯乙烯逸出,經(jīng)塔板分離氯乙烯,經(jīng)塔頂控制部分回流,大部分氯乙烯進(jìn)入成品冷凝器,然后進(jìn)入單體貯槽,按需送聚合工序,在高塔釜分離收集到得1,1-二氯乙烷(EDC)為主的高沸物進(jìn)入殘液槽,定期壓送到廢液處理塔,將殘液中的二氯乙烷精制,包裝外銷(xiāo),未凝VC氣體回到氣柜。
Ⅴ.冷凍站:ⅰ.+5℃水系統(tǒng):從液氨貯槽出來(lái)的液氨經(jīng)5℃水分配臺(tái)流入蒸發(fā)器,液氨變成氣氨帶走蒸發(fā)器外工業(yè)水熱量,合格的的5℃水由5℃水泵送往乙炔、合成、聚合。蒸發(fā)器內(nèi)汽化的氨被螺桿氨壓機(jī)抽走,經(jīng)壓縮到1.5mPa(表壓)左右的過(guò)熱氣氨進(jìn)入油分離器,分離后的氣氨進(jìn)入蒸發(fā)式冷凝器列管內(nèi),被管外水冷卻成液氨,進(jìn)入熱虹吸氨貯液器,溢流到液氨貯槽完成制冷循環(huán)。
ⅱ.- 35℃鹽水系統(tǒng):從液氨貯槽出來(lái)的液氨首先進(jìn)入經(jīng)濟(jì)冷卻器過(guò)冷后,獲得的低溫液氨經(jīng)鹽水分配臺(tái)節(jié)流膨脹進(jìn)入蒸發(fā)器盤(pán)管,吸收管外鹽水的熱量而汽化,使管外鹽水溫度降低,合格的- 35℃鹽水由泵送往合成、聚合使用。氣氨自蒸發(fā)器吸入螺旋桿壓縮機(jī)內(nèi),經(jīng)壓縮后的過(guò)熱氣氨進(jìn)入油分離器,分離出油后進(jìn)入蒸發(fā)式冷凝器,被水間接冷凝為液氨,流入熱虹吸氨貯液器,再溢流到液氨貯槽,完成制冷循環(huán)。在池內(nèi)加工業(yè)水,再加氯化鈣,將鹽水比重調(diào)制,按需送鹽水蒸發(fā)器。
ⅲ.溴化鋰系統(tǒng):溴化鋰制冷是以蒸汽為動(dòng)力,利用“溴化鋰與水”組成的二元溶液為工質(zhì)對(duì),在真空狀態(tài)下,水蒸發(fā)作為制冷劑,從而吸收載冷劑熱負(fù)荷,達(dá)到所需要的合格7℃水送到合成工序。溴化鋰水溶液作為吸收劑,常設(shè)和低溫下強(qiáng)烈地吸收水蒸汽,通過(guò)高溫將水份釋放和循環(huán)水冷卻吸收,周而復(fù)始實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)。
(3)氯乙烯聚合工段
Ⅰ.聚合崗位:本工藝流程全過(guò)程控制采用DCS集散控制。首先將合格的脫離子水、VCM單體、分散劑、引發(fā)劑及其其他助劑按配方要求精確計(jì)量后,由泵加入到經(jīng)閃蒸真空防粘釜處理后的聚合釜中,用循環(huán)熱水升溫至指定溫度后進(jìn)行恒溫反應(yīng),當(dāng)最短反應(yīng)時(shí)間、壓力降達(dá)到配方要求后加入終止劑終止反應(yīng)。泵料由泵送至料漿貯槽,未反應(yīng)的單體氣經(jīng)回收單體真空泵回收至VC氣柜,去回收裝置進(jìn)行加壓冷凝回收。
Ⅱ.汽提崗位:來(lái)自料漿槽的PVC料漿經(jīng)過(guò)濾器、料漿泵、螺旋板換熱器由塔底排出的熱漿料預(yù)熱后,進(jìn)入汽提塔進(jìn)行受熱汽提。塔底排出的熱漿料經(jīng)過(guò)同一換熱器被進(jìn)塔冷漿料冷卻后至離心干燥崗位。由塔頂出來(lái)的VCM/H2O混合氣經(jīng)過(guò)塔頂冷凝器除水后,VCM去壓縮冷凝崗位冷凝成液態(tài)至回收單體貯槽。
Ⅲ.離心干燥及包裝崗位:由汽提塔出來(lái)的PVC料漿,以離心機(jī)分離大部分水份后得到含水約的濕PVC樹(shù)脂,之后由螺旋輸送器送到干燥系統(tǒng)進(jìn)行干燥。樹(shù)脂干燥器采用脈沖氣流干燥塔及旋風(fēng)干燥床,熱風(fēng)為干燥熱源,干燥好的PVC從圓盤(pán)振動(dòng)篩篩選后被羅茨鼓風(fēng)機(jī)抽入料倉(cāng)。料倉(cāng)里的PVC成品經(jīng)過(guò)全自動(dòng)縫包、稱量、碼垛、分析合格后入庫(kù)。
第二章 工藝流程說(shuō)明
在常溫下,氯乙烯(VCM)為氣體(BP=-13.4℃),加壓后才轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w。氯乙烯懸浮聚合系將液態(tài)VCM在攪拌的作用下分散成液滴、懸浮于水中的聚合過(guò)程。溶于單體中的引發(fā)劑,在聚合溫度(45~65℃)下分解為自由基,引發(fā)VCM聚合。水中溶有分散劑,以防達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率后PVC-VCM溶脹粒子的粘并。
PVC在VCM中的溶解度甚微(﹤0.1%),但VCM卻能以相當(dāng)量溶于PVC中使之溶脹(PVC:VCM≈70:30重)。因此在0.1~70%轉(zhuǎn)化率內(nèi),以氯乙烯單體相和聚氯乙烯富相兩相存在。兩相各自的 組成不變,只是單體的相不斷減少,而聚合物富相(~70%PVC)量相應(yīng)增加;釜內(nèi)壓力就相當(dāng)于VCM的飽和蒸汽壓。此后,聚合物富相中單體繼續(xù)聚合,其蒸汽壓將低于VCM的飽和蒸汽壓,釜壓漸降。生產(chǎn)疏松型樹(shù)脂時(shí),壓降0.1~0.15MPa,即可加入雙酚A一類終止劑停止聚合。壓降過(guò)多,將不利于疏松樹(shù)脂的形成。生產(chǎn)緊密型樹(shù)脂時(shí),壓降不妨為0.2~0.25 MPa(轉(zhuǎn)化率約90%)而后終止。欲使VCM完全聚合,并不經(jīng)濟(jì),樹(shù)脂質(zhì)量也差。因此,其余的10~15%單體應(yīng)加以回收,也就是使泄壓,將VCM排入氣柜內(nèi),經(jīng)精制后回用。PVC料漿經(jīng)處理、汽提脫除殘留單體、離心分離、洗滌、干燥等工序,即可包裝成PVC樹(shù)脂產(chǎn)品。
本次設(shè)計(jì)采用九個(gè)48(Ⅱ型)不銹鋼聚合釜并聯(lián)操作,生產(chǎn)核心包括本次設(shè)計(jì)的生產(chǎn)核心包括乙炔發(fā)生工藝、氯乙烯合成工藝、聚合工藝、汽提工藝、離心干燥工藝五大工藝過(guò)程。
下面分別給予介紹。
2.1 乙炔發(fā)生及氯乙烯合成階段
①濕試乙炔發(fā)生工藝
倉(cāng)庫(kù)中經(jīng)破碎的小顆粒電石送入裝有水的發(fā)生器中,生成的粗乙炔氣體由發(fā)生器頂部逸出,經(jīng)噴淋冷卻器及正水封進(jìn)入噴淋冷卻塔及氣柜中,維持發(fā)生器溫度在85±5oC為標(biāo)準(zhǔn)。
②乙炔清凈塔
由發(fā)生器送來(lái)并經(jīng)冷卻的乙炔氣,經(jīng)水環(huán)壓縮機(jī)加壓到0.05~0.1mPa左右,進(jìn)入第一第二清凈塔,NaClO溶液由泵打到第二清凈塔頂,從塔底流出再由泵打至第一清凈塔頂。其塔底流出的廢NaClO溶液與冷卻塔出來(lái)的廢水回至廢水儲(chǔ)槽,用泵打到發(fā)生器作為補(bǔ)充水用。經(jīng)清凈后的乙炔氣帶有酸性,進(jìn)入中和塔用堿液除去,中和塔出來(lái)的乙炔氣進(jìn)入二臺(tái)串聯(lián)的列管冷凝器除去大量水份后,送入氯乙烯工序。
③氯乙烯合成
乙炔與氯化氫混合、脫水、預(yù)熱后進(jìn)入列管式反應(yīng)器,反應(yīng)器列管內(nèi)裝有以活性炭為載體的氯化汞(含量一般為載體質(zhì)量的10.5%~12.5%)冷卻,以除去反應(yīng)熱,并使床層溫度控制在180℃以內(nèi)。乙炔轉(zhuǎn)化率為98%,氯乙烯收率在95%以上。副產(chǎn)物是1,1-二氯乙烷(約1%),也有少量的乙烯基乙炔、二氯乙烯、三氯乙烷等。
④粗氯乙烯凈化壓縮工藝
粗氯乙烯在高溫下帶逸的氯化高汞升華物,在填裝活性炭的汞吸附器(除汞器)中除去,然后由石墨冷卻器將合成器冷卻到15℃以下,通入水洗泡沫塔回收過(guò)量的氯化氫。泡沫塔頂是以高位槽低溫水噴淋,一次(不循環(huán))接觸制得20%的鹽酸,由塔頂借位差流入鹽酸大儲(chǔ)槽供灌裝外銷(xiāo)。氣體再經(jīng)堿洗泡沫塔去殘余的微量氯化氫后,送至氯乙烯氣柜,氣柜中氯乙烯經(jīng)冷堿塔進(jìn)一步除去微量酸性氣體,至機(jī)前冷卻器和水分離器,分離出部分冷凝水,借往復(fù)式壓縮機(jī)加壓至0.5~0.6mPa(表壓),并經(jīng)機(jī)后油分離器,冷卻器及分離器等設(shè)備,進(jìn)一步除去油及水后送精餾系統(tǒng)。
⑤氯乙烯精餾工藝
由壓縮機(jī)來(lái)的0.5~0.6mPa(表壓)粗氯乙烯,先送入全凝器,借0℃冷凍鹽水間接冷卻,使大部分氯乙烯氣體冷凝液化,經(jīng)水分離器除水后,進(jìn)入低沸塔,未冷凝氣體進(jìn)入尾氣冷凝器,其冷凝液作為回流液全部返入低沸塔。低沸塔加熱釜借轉(zhuǎn)化器的熱水間接加熱,將向下流的低沸物蒸出,經(jīng)塔頂冷凝器冷凝作為塔頂回流,不冷凝的氣體由塔頂經(jīng)全凝器通入尾氣冷凝器處理,塔釜脫除低沸物的氯乙烯錯(cuò)位差進(jìn)入中間槽。尾氣冷凝器排出的未冷凝氣體,經(jīng)尾氣吸附裝置回收其中氯乙烯后,惰性氣體經(jīng)減壓閥(自控)排空。
自低沸塔流入中間控制槽的粗氯乙烯,借閥門(mén)減壓后連續(xù)加入高沸塔,向下流的液體經(jīng)高沸塔加熱釜,將氯乙烯蒸出,經(jīng)塔身精餾分離,由塔頂排出精氯乙烯氣體,經(jīng)塔頂冷凝器冷凝作為塔頂回流,大部分精氯乙烯氣體進(jìn)入成品冷凝器,借工業(yè)廢水或冷凍鹽水間接冷卻,使氯乙烯被冷凝,貯放在成品槽中,按需要借氯乙烯氣化槽中氯乙烯氣化壓力,將成品氯乙烯間歇壓送至聚合裝置使用。
2.2懸浮聚合工藝流程:
氯乙烯懸浮聚合過(guò)程大致如下。先將無(wú)離子水加入聚合釜內(nèi),在攪拌下繼續(xù)加入分散劑水溶液和其他助劑,后加引發(fā)劑,密閉抽真空,必要時(shí)以氮排除釜內(nèi)的空氣。最后加入單體,升溫至預(yù)定溫度進(jìn)行聚合。為了縮短聚合時(shí)間,也可以將排氧后的釜內(nèi)物料加熱至預(yù)定溫度,而后引入單體聚合。采用這一加料方案易使引發(fā)劑分散不均勻,局部過(guò)濃部分易形成透明塑化粒子,加工時(shí)產(chǎn)生魚(yú)眼,為了克服這一缺點(diǎn),可將引發(fā)劑配成溶液或乳液,在VCM加入后,再加入釜內(nèi)。
當(dāng)釜內(nèi)單體轉(zhuǎn)化率大達(dá)到87%時(shí),根據(jù)釜內(nèi)壓力下降的情況進(jìn)行出料操作,釜內(nèi)懸浮液借余壓壓2入出料槽,并于出料槽通入蒸汽升溫到75℃左右,脫除的未聚合的單體借槽內(nèi)壓力排入氣柜回收。經(jīng)脫氣后的料漿至出料槽底部排出,經(jīng)樹(shù)脂過(guò)濾器及料漿泵進(jìn)入汽提階段。
該聚乙烯聚合系統(tǒng)屬于放熱反應(yīng),聚合熱約為1540kJ/kg?。放出的熱量由夾套中冷卻水帶走。放熱速度與傳熱速度應(yīng)該相等,以保證聚合溫度恒定。氯乙烯聚合機(jī)理上的特點(diǎn)是向單體鏈轉(zhuǎn)移顯著,PVC的聚合度僅決定于溫度,而于引發(fā)劑濃度、轉(zhuǎn)發(fā)率無(wú)關(guān)。因此,聚合溫度要求控制得十分嚴(yán)格(如±0.2℃)。這就要求引發(fā)體系有平緩的聚合放熱速度,要求聚合釜有良好的傳熱性能,保證及時(shí)散熱。
表2.2聚合過(guò)程的工藝指標(biāo)如下表:
序號(hào)
項(xiàng)目
代號(hào)
條件
備注
溫度℃
壓力MPa
1
低壓純水
LDW
室溫
0.35
低壓無(wú)離子水
2
高壓純水
HDW
室溫
1.5
高壓無(wú)離子水
3
循環(huán)水
CW
32
0.3
4
低溫冷卻水
2-5
0.3
5℃水
5
置換壓縮空氣
室溫
0.55
6
儀表用壓縮空氣
CA
室溫
0.5
7
蒸汽
STM
151
0.4
8
氮?dú)?
LN
室溫
0.5
9
一般用水
RW
室溫
0.3
自來(lái)工業(yè)水
10
低溫冷凍水
CHW
-32
0.5
鹽水
11
低溫純水
2-5
0.3
低溫?zé)o離子水
12
升溫?zé)崴?
85
0.35
2.3 料漿汽提工藝流程:
來(lái)自出料槽的料漿,經(jīng)樹(shù)脂過(guò)濾器有料漿泵送經(jīng)熱交換器,與汽體塔排出的高溫料漿進(jìn)行熱交換并被升溫后,進(jìn)入汽提塔頂部,料漿經(jīng)塔內(nèi)篩板小孔流下,與塔底的直接蒸汽逆流接觸,進(jìn)行傳熱傳質(zhì)過(guò)程,樹(shù)脂及水相中殘留的單體即被上升的蒸汽汽提帶逸,其中的水分在塔頂冷凝器冷凝,借管間通入冷卻水冷凝后回流至塔內(nèi)。塔頂排出不冷凝的氯乙烯氣體借塔頂真空泵抽送至氣柜回收。汽提后VCM的含量為≤13.6ppm,塔底經(jīng)汽提脫除大部分殘留單體后的料漿,由料漿泵抽出經(jīng)熱交換器降溫后,送入混料槽,待離心干燥處理。
表2.3料漿汽提崗位工藝指標(biāo)如下表:
序號(hào)
控制項(xiàng)目
控制指標(biāo)
控制點(diǎn)
控制者
紀(jì)錄
1
汽提頂溫
80-85℃
指示
主操
紀(jì)錄表
2
汽提底溫
93-97℃
指示
主操
紀(jì)錄表
3
壓力
-0.035--0.040mPa
指示
主操
紀(jì)錄表
4
差壓
0.015-0.035mPa
指示
主操
紀(jì)錄表
5
料漿含固量
25-30%
分析工
紀(jì)錄表
6
液位
30-50%
指示
主操
紀(jì)錄表
7
流量
7-14/h
指示
主操
紀(jì)錄表
8
蒸汽壓力
0.04MPa
指示
主操
紀(jì)錄表
2.4 離心干燥工藝流程:
干燥工藝過(guò)程包括兩個(gè)階段:氣流干燥和沸騰干燥。本工藝采用氣流和沸騰兩段干燥裝置來(lái)完成樹(shù)脂的干燥過(guò)程。
氣提后的料液有進(jìn)料泵加入離心機(jī)進(jìn)行分離,得到含水量為20%左右的PVC濾餅,并有螺旋輸送器送入干燥器對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行干燥,經(jīng)篩分后得到含揮發(fā)物為0.3%~0.4%的PVC樹(shù)脂
旋風(fēng)干燥器是有一個(gè)帶夾套的圓柱行桶體組成,內(nèi)有一定角度的多層環(huán)形擋板。將干燥器分成若干室,擋板中間是導(dǎo)流板。高速的氣流帶著濕的PVC顆粒,從干燥器的切線方向進(jìn)入最下一個(gè)干燥室,熱氣流和樹(shù)脂顆粒在床中高速回旋,離心力將固體顆粒與氣體分開(kāi),經(jīng)過(guò)在床內(nèi)進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱,樹(shù)脂顆粒再次作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),離心力和重力作用在不同粒徑的顆粒上,造成氣體和顆粒之間的速度出現(xiàn)差異,小離子滯留時(shí)間短,大顆粒滯留時(shí)間長(zhǎng),這樣不同粒徑的都能得到很良好的干燥。
沸騰干燥器是有多孔花板把干燥器分隔成上下兩個(gè)部分。熱氣流通過(guò)多孔花板把物料吹沸騰,不斷向前移動(dòng),然后吹冷風(fēng),離心后的濾餅經(jīng)機(jī)械分散器均勻進(jìn)入干燥器,物料中的水分不斷蒸發(fā),被熱風(fēng)連續(xù)的帶入大氣中,從而達(dá)到干燥的目的,最后進(jìn)行冷卻以便過(guò)篩包裝。
表2.4離心干燥崗位工藝指標(biāo)控制如下表:
序號(hào)
控制項(xiàng)目
控制指標(biāo)
控制者
紀(jì)錄
1
風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)壓
4-8kPa
操作工
紀(jì)錄表
2
風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓
0--3.5kPa
操作工
紀(jì)錄表
3
蒸汽壓力
0.4-0.8mPa
操作工
紀(jì)錄表
4
壓縮空氣壓力
0.5mPa
操作工
紀(jì)錄表
5
出口風(fēng)溫
100-155℃
操作工
紀(jì)錄表
6
底部風(fēng)溫
70-100℃
操作工
紀(jì)錄表
7
物料入口溫度
60-80℃
操作工
紀(jì)錄表
8
物料出口溫度
50-65℃
操作工
9
離心機(jī)電流
100-289A
操作工
10
離心機(jī)油泵壓力
0.06-0.08mPa
操作工
紀(jì)錄表
第三章 物料衡算
3.1物料衡算依據(jù)
(1)畫(huà)出示意流程圖3.1,略去與計(jì)算無(wú)關(guān)的設(shè)備。
物料平衡關(guān)系示意圖如下:
M水 MHCl
精餾塔
混合器
發(fā)生器
M電石 M乙炔 M氯乙烯
M3 M4 M5 M10 M12 M13
聚合釜
出料槽
M1
汽提塔
M9 M11 M14
M2
M6 M7 M8
M15 M17 M19
離心機(jī)
沸騰干燥
氣流干燥
M16 M18 M20
包裝
M21
圖3.1 物料平衡關(guān)系圖
M1—氯乙烯單體 M2—去離子水 M3—引發(fā)劑(偶氮二異庚腈)M4—終止劑 M5—調(diào)節(jié)劑
M6—防粘釜?jiǎng)?M7—懸浮劑 M8—二次用水 M9—聚合物混合溶液1 M10—回收VC單體1
M11—聚合物混合溶液2 M12—回收VC單體2 M13—蒸汽 M14—聚合物混合溶液3
M15—母液 M16—濕物料1 M17—脫去水1 M18—濕物料2 M19—脫去水分2
M20—成品1 M21—成品2
3.2物料衡算條件
(1)明確物料發(fā)生是化學(xué)變化,寫(xiě)出主要反應(yīng)方程式。
①對(duì)于單純物料配置,無(wú)相變化和化學(xué)變化,因此不做物料衡算。
②在聚合釜內(nèi)發(fā)生反應(yīng),由引發(fā)劑引發(fā)單體進(jìn)行自由基聚合,其反應(yīng)式如下:
(2)搜集基本數(shù)據(jù)
①生產(chǎn)規(guī)模
設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的年生產(chǎn)量為15萬(wàn)噸/年。
②生產(chǎn)時(shí)間
年工作日300天/年(24小時(shí)/天)。
聚合部分屬于間歇操作,采用五釜并聯(lián),每天生產(chǎn)三批。汽提,離心及干燥部分屬于連續(xù)操作。
③消耗定額
1.05噸VC/噸PVC。
④消耗分配
聚合總收率94%,總損失6%。根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)字,各步驟損失分配如下(以聚合釜內(nèi)反應(yīng)生成的聚合物為準(zhǔn)):
聚合:粘壁﹑泄露﹑泡沫夾帶等占1%;
沉析:粘壁﹑氣化等占1%;
汽提:破壞低聚物等占1%;
離心脫水:母液夾帶占1%;
干燥:飛揚(yáng)(掃地料)﹑旋風(fēng)分離占1%(其中氣流干燥及沸騰干燥各占0.5%);
包裝:篩分﹑包裝﹑不合格品占1%。
(3)聚合分配(以SG-5型為準(zhǔn),按48m計(jì)量)
各組分百分比如下:
去離子水與VC單體體積比:1.4:1;
引發(fā)劑(偶氮二異庚腈)為VC量:0.1%;
分散劑(KH-21﹑HPMC)為VC量:0.2%;
調(diào)節(jié)劑(β-巰基乙醇)為VC量:0.01%;
終止劑(丙酮縮氨基巰脲)為VC量:0.01%;
防粘釜?jiǎng)℉-9)為VC量:0.1%。
(4)表3.2操作周期-時(shí)間平衡
操作
進(jìn)水
進(jìn)VC
攪拌
升溫
反應(yīng)
出料
清釜置換
共計(jì)
時(shí)間/min
15
15
20
30
270
20
20
390
操作周期取6.5h。
(5)操作條件和控制指標(biāo)。
①聚合階段
聚合溫度:560.2℃;
加料壓力:0.8mPa;
出料壓力:0.45mPa;
反應(yīng)轉(zhuǎn)化率:88%;
二次用水量:700m。
②出料階段
出料中VCM的含量為≤456.3ppm。
③汽提階段
汽提頂溫:95~105℃;
汽提底溫:110~120℃;
壓力:-0.035~-0.040mPa;
汽提后VCM的含量為≤13.6ppm。
④離心階段
離心后濕物料的含水量約為20%。
⑤干燥階段
氣流干燥后出口含水量為5%,沸騰干燥器出口物料含水0.3%。
(6)確定計(jì)算基準(zhǔn)
間歇操作過(guò)程以㎏/釜為基準(zhǔn),連續(xù)過(guò)程以㎏/h為基準(zhǔn)。
(7)計(jì)算主要原料投料量
每批應(yīng)生產(chǎn)的聚合物數(shù)量為:
采用9釜(48m)并聯(lián),則每釜每批投料量應(yīng)為:
㎏/B
已知反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為88%,則應(yīng)投入的VC單體的質(zhì)量為:
㎏/B
3.3各個(gè)設(shè)備物料衡算
3.3.1乙炔發(fā)生段與氯乙烯合成段物料衡算
乙炔發(fā)生段和氯乙烯合成段物料平衡關(guān)系示意圖如下:
M水 MHCl
精餾塔
混合器
發(fā)生器
M電石 M乙炔 M粗聚乙烯 M聚乙烯
圖3.3.1 乙炔發(fā)生段和氯乙烯合成段物料平衡關(guān)系圖
電石:分子式 GaC2,分子量 64.10。性質(zhì):化學(xué)純的碳化鈣幾乎是無(wú)色透明的結(jié)晶體,工業(yè)用電石呈灰色.棕黃色或黑色。18°C時(shí)的比重為2.22,電石比重隨著GaC2含量的減少而增加。不容于所有有機(jī)溶劑中,熔點(diǎn)2300oC(純)電石與水作用生成乙炔和氫氧化鈣。
規(guī)格:GaC2含量不小于67.17%(重量);GaO含量不大于22.08%;C含量不大于1.0%;MgO含量不大于0.4%;H2S含量 小于等于0.15%;PH3含量小于等于0.08%;發(fā)氣量:在20o,0.1mPa壓力下(760毫米汞柱),285L/kg以上;粒度:25~200mm,當(dāng)粒度>80mm時(shí),視比重為1~1.3kg/L。
氯化氫
分子式 HCl,分子量36.5.
性質(zhì):是一種無(wú)色有刺激性的氣體,遇到濕空氣則呈白色煙霧。
標(biāo)準(zhǔn)狀況下比重為1.639kg/m3,低溫低壓下可以成為液體,熔點(diǎn)為-114oC,沸點(diǎn)為-85.03oC。
易溶于水,標(biāo)準(zhǔn)狀況下,1升水可溶解525.2升氣體。
乙炔又稱電石氣。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式HC≡CH,是最簡(jiǎn)單的炔烴。化學(xué)式C2H2
分子結(jié)構(gòu): C原子以sp雜化軌道成鍵、分子為直線形的非極性分子。
無(wú)色、無(wú)味、易燃的氣體,微溶于水,易溶于乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑。
化學(xué)性質(zhì)很活潑,能起加成、氧化、聚合及金屬取代等反應(yīng)。
能使高錳酸鉀溶液的紫色褪去。
3CH≡CH + 10KMnO4 + 2H2O→6CO2↑+ 10KOH + 10MnO2↓
乙炔的實(shí)驗(yàn)室制法:
CaC2+2H-OH→Ca(OH)2+CH≡CH↑
化學(xué)性質(zhì):
(1)氧化反應(yīng):
a.可燃性:2C2H2+5O2 → 4CO2+2H2O
現(xiàn)象:火焰明亮、帶濃煙 , 燃燒時(shí)火焰溫度很高(>3000℃),用于氣焊和氣割。其火焰稱為氧炔焰。
b.被KMnO4氧化:能使紫色酸性高錳酸鉀溶液褪色。
(2)加成反應(yīng):可以跟Br2、H2、HX等多種物質(zhì)發(fā)生加成反應(yīng)。
如:溴水褪色或Br2的CCl4溶液褪色
所以可用酸性KMnO4溶液或溴水區(qū)別烯烴與烷烴。
與H2的加成
CH≡CH+H2 → CH2=CH2
與HX的加成
如:CH≡CH+HCl →CH2=CHCl 氯乙烯用于制聚氯乙烯
(3)“聚合”反應(yīng):三個(gè)乙炔分子結(jié)合成一個(gè)苯分子:
由于乙炔與乙烯都是不飽和烴,所以化學(xué)性質(zhì)基本相似。
在適宜條件下,三分子乙炔能聚合成一分子苯。
金屬取代反應(yīng):將乙炔通入溶有金屬鈉的液氨里有氫氣放出。
乙炔與銀氨溶液反應(yīng),產(chǎn)生白色乙炔銀沉淀。
因?yàn)橐胰卜肿永锾細(xì)滏I是以SP-S重疊而成的。碳?xì)淅锾荚訉?duì)電子的吸引力比較大些,使得碳?xì)渲g的電子云密度近碳的一邊大得多,而使碳?xì)滏I產(chǎn)生極性,給出H+而表現(xiàn)出一定的酸性。
乙炔可用以照明、焊接及切斷金屬(氧炔焰),也是制造乙醛、醋酸、苯、合成橡膠、合成纖維等的基本原料。
由上計(jì)算得知需年產(chǎn)單體的噸數(shù)= 15×104/0.88=170454.5t/y
= x×62.5×24×300×10-6
則得出n氯乙烯=378787.8mol/h
C2H2 + HCl = CH2CHCl
1 1 1
則n乙炔 = n氯化氫 = 378787.8mol/h
已知: 乙炔/氯化氫= 95% ;乙炔的轉(zhuǎn)化率=98%
則需要n乙炔 = 378787.8/ 98% = 386518.2mol/h
n氯化氫= 378787.8 / 95% = 398724mol/h
CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2
64 36 26 74
已知電石純度為 80%, CaO 10%,不計(jì)其余雜質(zhì)的反應(yīng)
則需要電石量為m = 378787.8×64×10-6/80% =30.3t /h
轉(zhuǎn)化出口處(即為反應(yīng)后的物質(zhì))有未反應(yīng)的乙炔、氯化氫和粗VC; 則未反應(yīng)的C2H2 =(386518.2–378787.8)= 7730.4mol/h
則未反應(yīng)的HCl=(398724–386518.2)= 12205.8mol/h
經(jīng)過(guò)凈化后氯化氫含量接近為零,只含有VC和少量的高沸物、乙炔;
則經(jīng)過(guò)精餾以后乙炔氣體去變壓吸附,高沸物經(jīng)儲(chǔ)罐后運(yùn)出,單體到儲(chǔ)槽中
則繪制物料平衡圖如下
HCl的摩爾數(shù)為398724mol/h
乙炔的轉(zhuǎn)化率為98% 反應(yīng)后的物質(zhì)
轉(zhuǎn)化器
混合器
HCl的摩爾數(shù)為12205.8mol/h
C2H2的摩爾數(shù)為7730.4moL/h
C2H2的摩爾數(shù)為386518.2mol/h
凈化
凈化后的物質(zhì) 氯化氫的含量接近為零
少量的C2H2
精餾
VC單體
VC的摩爾數(shù)為378787.8 moL/h 少量高沸物
去變壓吸附
圖3.3.1 乙炔段物料平衡
3.3.2聚合釜物料衡算
聚合釜物料平衡關(guān)系示意圖如下:
M3 M4 M5
聚合釜
M1
M9
M2
M6 M7 M8
圖3.3.2 聚合釜物料平衡關(guān)系圖
M1—氯乙烯單體 M2—去離子水 M3—引發(fā)劑(偶氮二異庚腈)M4—終止劑
M5—調(diào)節(jié)劑M6—防粘釜?jiǎng)?M7—懸浮劑 M8—二次用水 M9—聚合物混合溶液1
25℃時(shí)氯乙烯密度為0.9017g/cm,水密度為0.997 g/cm。
① 進(jìn)入聚合釜內(nèi)VC單體質(zhì)量M=22319.8kg,據(jù)配方比可得:
去離子水質(zhì)量M=㎏/B
引發(fā)劑的質(zhì)量M=㎏/B
終止劑的質(zhì)量M=㎏/B
反應(yīng)調(diào)節(jié)劑的質(zhì)量M=㎏/B
防粘壺劑的質(zhì)量M=㎏/B
分散劑的質(zhì)量M=㎏/B
二次用水的質(zhì)量M=700 kg/B
M+M+M+…+M=57663.54 kg/B
助劑總劑量為:44.64+2.23+22.32+2.23+22.32=93.74㎏/B
② 出料
生成PVC量:㎏/B
未反應(yīng)的VC量:㎏/B
卸到出料槽物料量(所生成的聚合物質(zhì)量):22319.8×88%×99%=19445 kg/B
損失PVC的質(zhì)量:M=22319.8×88%×1%=196.4 kg/B
聚合物的混合溶液M=M(未轉(zhuǎn)化的PVC)+ M+ M+…+ M+2678.4=57467.3 kg/B
對(duì)聚合釜作全物料衡算得:
M+ M+ M+…+ M= M+ M
表2.1 聚合釜物料平衡表
物料名稱
進(jìn)料㎏/B
出料㎏/B
VC
22319.8
2678.4
分散劑
44.64
44.64
調(diào)節(jié)劑
2.23
2.23
引發(fā)劑
22.32
22.32
終止劑
2.23
2.23
防粘釜?jiǎng)?
22.32
22.32
水
34550
35250
二次用水
700
——
PVC
——
19445
損失PVC
——
196.4
合計(jì)
57663.54
57663.54
3.3.3出料槽物料衡算
出料槽物料平衡關(guān)系示意圖如下:
M10
出料槽
M9 M11
圖3.3.3 出料槽物料平衡關(guān)系圖
M9—聚合物混合溶液1 M10—回收VC單體1 M11—聚合物混合溶液2
出料槽中損失的PVC量為M=22319.8×88%×1%=196.4 kg/B
出料槽中含PVC量為: 19445-196.4=19248.6㎏/B
由于出料槽中VCM含量為456.3ppm,過(guò)出料中VCM的量為:
19248.6×456.3×10-6=8.78kg/B
因此回收的VCM量M=2678.4-8.78=2669.62 kg/B
聚合物混合溶液M包括
分散劑等:93.74 kg 水:35250 kg VC單體:8.78kg PVC:19248.6kg
合計(jì)M=54601.12kg
對(duì)出料槽做總物料衡算:
M= M+ M+ M=57467.3kg
說(shuō)明物料衡算結(jié)果是正確的。
表3.3.3 出料槽物料平衡表
物料名稱
進(jìn)料㎏/B
出料㎏/B
PVC
19445
19248.6
水
35250
35250
助劑
93.74
93.74
VC
2678.4
8.78
回收VC
——
2669.62
損失PVC
——
196.4
合計(jì)
57467.14
57467.14
3.3.4汽提塔物料衡算
汽提塔物料平衡關(guān)系示意圖如下:
M12 M13
汽提塔
M11 M14
圖3.3.4 汽提塔物料平衡關(guān)系圖
M11—聚合物混合溶液2 M12—回收VC單體2 M13—蒸汽 M14—聚合物混合溶液3