18500吨/年聚氯乙烯悬浮聚合工艺设计
摘要
本文讲述了我国聚氯乙烯工业生产技术的发展进程和目前状况，包括原料路线、工艺设备、聚合方法等。本设计采用悬浮法生产聚氯乙烯，介绍了采用悬浮法生产PVC树脂工聚合机理，工艺过程中需要注意的问题，包括质量影响因素，工艺条件及合成工艺中的各种助剂选择，对聚合工艺过程进行详细的叙述。并且从物料衡算、热量衡算和设备计算和选型三个方面进行准确的工艺计算，对厂址进行了选择，采取了防火防爆防雷等重要措施，对三废的处理回收等进行了叙述，画出了整个工艺的流程图。
关键词：聚氯乙烯，生产技术，悬浮法，防粘釜技术
Design of 16500 tons / year PVC suspension polymerization
process
ABSTRACT
This article tells the story of China's PVC industry production technology of the development process and current situation, including raw material route, process equipment, polymerization methods and so on. The design and production of PVC by suspension method, the paper introduces the production of PVC by suspension method resin polymerization mechanism, need to be aware of the problems in the process of technology, including the quality influencing factors, technical condition and various additives in the synthesis process selection, description of how the polymerization process in detail. And from material balance, heat balance, and equipment selection three aspects to carry on the accurate calculation and process calculation, on the site selection, adopted the lightning protection and other important measures for fire and explosion prevention, the treatment to three wastes recycling and so on has carried on the narration.
KEY WORDS: polyvinyl chloride，the production technology，the suspension method，anti-sticking reactor technology
目录
前言 (1)
第1章总论 (2)
1.1 国pvc发展状况及发展趋势 (2)
1.2 聚合工艺 (3)
1.2.1 单体合成工艺路线 (3)
1.2.2 聚合工艺实践方法 (4)
1.2.3 原料的选择 (5)
1.2.4 原料的配比 (6)
1.2.5 设计所用物料的物理性质 (7)
1.2.6 主要工艺参数 (8)
1.2.7 聚合反应过程工艺流程叙述 (10)
第2章工艺计算 (13)
2.1 物料衡算 (13)
2.1.1 年投料的物料衡算 (13)
2.1.2 车间的物料衡算 (14)
2.1.3 釡数及投料系数的确定 (14)
2.1.4热量衡算 (16)
2.1.4循环冷却水用量 (17)
第3章设备工艺设计 (19)
3.1机械设备选项的原则 (19)
3.1.1 满足工艺要求 (19)
3.1.2 设备成熟可靠 (19)
3.1.3 尽量采用国设备 (19)
3.1.4 100立方米反应釜 (19)
3.2 汽提塔 (20)
3.3 混料槽 (20)
3.4 离心机 (20)
3.5 干燥器 (21)
结论 (22)
辞 (23)
参考文献 (24)
前言
聚氯乙烯（PVC）是由氯乙烯单体（VCM）均聚或与其他多种单体共聚而制得的合成树脂，聚氯乙烯再配以增塑剂、稳定剂、高分子改性剂、填料、偶联剂和加工助剂，经过提炼、塑化、成型加工成各种材料。在现代工业生产和人类生活中起着举足轻重的作用，因此PVC的生产和技术的改进越来越受到现代人的关注！本设计是以氯乙烯单体为原料，对年产能力为18500吨的PVC聚合工艺设计，以有关化工设计资料作参考，按课程设计大纲和设计任务书的要求进行设计。本设计的容是在简要介绍聚氯乙烯发展状况及其性质、用途，工艺方法选择的基础上，重点介绍了采用悬浮聚合法生产PVC的工艺过程，产量为年产18500吨。设计的主要容有：1、生产能力计算；2、原料及制备；3、物料衡算、热量衡算；4、工艺参数确定；5、聚合反应釜计算；6、产物后处理工序。设计图纸包括1工艺流程图；1聚合釜装配图。本设计旨在理论学习的基础上，结合生产实践，熟悉工艺流程、生产方案的选择、设备的选型等，掌握工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备的计算、选型，对参考文献的查阅与学习等的方法。
第1章总论
1.1 国外PVC发展状况及发展趋势
聚氯乙烯（PVC）是五大热塑性合成树脂之一，塑料制品是最早实现工业化的品种之一。可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工，而且具有较好的机械性能、耐化学腐蚀性和难燃性等特点，以其低廉的价格和非常突出的性能而广泛地用于生产板材、门窗、管道和阀门等硬制品，也用于生产人造革、薄膜、电线电缆等软制品。近年来，尽管在发达国家受到来自环保等多方面的压力，但世界对的总需求量仍出现稳定的增长态势。
1992 年，世界生产能力约为二千二百万吨，需求量为1900万吨；2002 年世界总产能约为三千四百万吨，消费量约为二千八百万吨；2009年世界生产能力已上升到约三千九百万吨，需求量约为三千七百万吨；2010 年世界生产能力为4300万吨，需求量4200 万吨。尽管目前世界对PVC的生产和使用存在许多争议，特别在欧洲，对PVC 生产和制品的环保制约政策越来越严厉，但由于性能优良，生产成本低廉，仍具有较强的活力，特别在塑料门窗、塑料管道等建材领域。
我国聚氯乙烯(PVC)工业起步于50年代，仅次于酚醛树脂是最早工业化生产的热塑性树脂，第一个PVC装置于1958年在锦西化工厂建成投产，生产能力为3000吨／年[1]。此后全国各地的PVC装置相继建成投产，到目前为止，我国有PVC树脂生产企业80余家，遍布全国29个省、市、自治区，总生产能力达220万吨／年。
PVC由氯乙烯(VCM)聚合而成，工业生产一般采用4种聚合方式：悬浮聚合、本体聚合、乳液聚合(禽微悬浮聚合)、溶液聚合。其中悬浮法PVC(SPVC)树脂产量最高，占80％，其次是乳液法PVC(EPVC)，本体法PVC(MPVC)。VCM悬浮聚合是以水为介质，加入VCM、分散剂、引发剂、pH值调节剂等，在搅拌和一定温度条件下进行聚合反应；VCM本体聚合仅在VCM和引发剂存在下进行，无分散剂、表面活性剂等助剂；VCM乳液聚合在VCM、引发剂、乳化剂、H2O以及其他助剂存在下进行{而VCM 溶液聚合是在VCM、；引发和溶剂存在下进行，这种方法有溶剂回收和残留污染问题，该方法已逐渐被悬浮法聚合或乳液法聚合代替。目前，生产
PVC树脂主要采用悬浮法，少量采用乳液法及本体法
现在，国引进PVC生产技术及设备的项目有二十项左右，其中生产能力最大的两套设备是氯碱股份和齐鲁石化总公司的年产20万吨悬浮法PVC树脂装置，采用日本信越公司技术。化工二厂、锦西化工厂、化工二厂引进美国B．F古德里奇公司悬浮法PVC树脂生产技术，生产高型号树脂，其它还有引进美国西方化学公司的高型号树脂和釜式汽提技术及设备，法国阿托公司、前德国布纳公司、日本吉昂公司、日本钟渊公司、日本三菱公司的糊树脂生产装置和技术、法国本体聚合技术和设备等，这些技术和设备的引进，使我国PVC树脂的生产技术和水平有了很大提高，产品品种有所增加，带动了我国PVC工业的发展[2]。
我国PVC树脂的消费主要分为两大类，一是软制品，约占总消费量的37.o％，主要包括电线电缆、各种用途的膜(根据厚度不同可分为压延膜、防水卷材、可折叠门等)、铺地材料、织物涂层、人造革、各类软管、手套、玩具、塑料鞋以及一些专用涂料和密封件等。二是硬制品，约占总消费量的53.0％，主要包括各种型材、管材、板材、硬片和瓶等。预计今后几年我国PVC树脂的需求量将以年均约6.4％的速度增长，到2011年总消费量将达到约1250万吨，其中硬制品的年均增长速度将达到约7.0％，而在硬制品中异型材和管材的发展速度增长最快，年均增长率将达到约10.1％。未来我国PVC树脂消费将继续以硬制品为主的方向发展[3]。
中国聚氯乙烯工业有着广阔的发展前景,中国地大物博、人口众多,为聚氯乙烯产品提供了广大的市场。在进入21世纪以后,我们要学习和借鉴国外的先进技术和发展模式,结合我国的具体情况,发展我国的聚氯乙烯工业。我们要发挥全行业的力量,克服前进过程中的各种困难,一定能够在较短的时间赶上世界聚氯乙烯工业的先进水平
1.2聚合工艺
1.2.1 单体合成工艺路线
乙炔路线:
原料为来自电石水解产生的乙炔和氯化氢气体，在催化剂氧化汞的作用下反应生成氯乙烯。
具体工艺为：从乙炔发生器来的乙炔气经水洗一塔温度降至35℃以下，在保证
乙炔气柜至一定高度时，进入升压机组加压至80kpa·G左右，加压
后的乙炔气先进入水洗二塔深度降温至10℃以下，再进入硫酸清净塔中除去粗乙炔气中的S、P等杂质。最后进入中和塔中和过多的酸性气体，处理后的乙炔气经塔顶除雾器除去饱和水分，制得纯度达98.5%以上，不含S、P的合格精制乙炔气送氯乙烯合成工序。
乙炔法路线VCM 工业化方法，设备工艺简单，但耗电量大，对环境污染严重。目前，该方法在国外基本上已经被淘汰，由于我国具有丰富廉价的煤炭资源，因此用煤炭和石灰石生成碳化钙电石、然后电石加水生成乙炔的生产路线具有明显的成本优势，我国的VCM 生产目前仍以乙炔法工艺路线为主。乙炔与氯化氢反应生成可采用气相或液VCM相工艺，其中气相工艺使用较多[5]。
乙烯路线:
乙烯氧氯化法由美国公司Goodrich 首先实现工业化生产，该工艺原料来源广泛，生产工艺合理，目前世界上采用本工艺生产的产能VCM约占总产能的VCM 95%以上。
乙烯氧氯化法的反应工艺分为乙烯直接氯化制二氯乙烷（EDC）、乙烯氧氯化制EDC和EDC裂解3个部分，生产装置主要由直接氯化单元、氧氯化单元、EDC裂解单元、EDC 精制单元和VCM单元精制等工艺单元组成。乙烯和氯气在直接氯化单元反应生成EDC。乙烯、氧气以及循环的HCl在氧氯化单元生成EDC。生成的粗EDC在EDC精制单元精制、提纯。然后在精EDC 裂解单元裂解生成的产物进入VCM单元，VCM精制后得到纯VCM产品，未裂解的EDC返回EDC精制单元回收，而HCl则返回氧氯化反应单元循环使用。直接氯化有低温氯化法和高温氯化法；氧氯化按反应器型式的不同有流化床法和固定床法，按所用氧源种类分有空气法和纯氧法；EDC裂解按进料状态分有液相进料工艺和气相进料工艺等。具有代表性的司的Inovyl工艺是将乙烯氧氯化法提纯的循环EDC和VCM 直接氯化的EDC在裂解炉中进行裂解生产VCM 。HCl经急冷和能量回收后，将产品分离出HCl（循环用于氧氯化）、高纯度VCM和未反应的EDC（循环用于氯化和提纯）。来自VCM装置的含水物流被汽提，并送至界外处理，以减少废水的生化耗氧量（BOD）。采用该生产工艺，乙烯和氯的转化率超过98%，目前世界上已经有50多套装置采用该工艺技术。
本设计采用乙烯路线生产氯乙烯单体。
1.2.2聚合工艺实践方法
因采用悬浮法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[7]。
悬浮法PVC的发展趋：在工业化生产PVC时,以悬浮法产量最大,悬浮法生产具有设备投资少和产品成本低等优点。各种聚合方法的发展方向是逐步向悬浮法聚合生产路线倾斜,一些过去采用其它方法生产的树脂品种已开始采用悬浮聚合工艺生产。自从乳液聚合法工业化以后,欧洲、日本在连续悬浮聚合工艺方面开展了大量的研究工作,目前尚未工业化生产,但连续法设备费用低,生产效率高,工艺难题少,已引起了各国科研院所和生产厂家的重视。另外,为进一步提高悬浮法生产的通用树脂和专用树脂的质量,提高产品的专用化、市场化水平,国外厂家在聚合工艺的工艺条件及配料体系等方面做了大量的研究工作,进一步提高了聚合转化率,缩短了聚合周期,提高了生产效率,同时也开发出一系列性能好、易于加工的PVC专用树脂如:超高(或超低)聚合度树脂、高表观密度树脂、无皮树脂、耐辐射树脂、医用树脂、耐热树脂等。可见,各种专用料的开发是悬浮聚合树脂发展的标志,是提高产品使用性能、开发新的应用领域的重要手段。
1.2.3 原料的选择
1、单体
表1-1 单体指标
纯度,% 水, μg/g 铁, μg/g 醛,μg/g 低沸物, μg/g 高沸物, μg/g
≥99.98 ≤100 ≤0.5 ≤3 ≤10 ≤50
2、去离子水
表1-2 去离子水指标
控制项目导电率PH 二氧化硅
指标＜10μs/cm 5～8.5 ＜0.2mg/L
3、引发剂、分散剂
以EHP（过氧化二碳酸双（2-乙基）己酯）、CPN（过氧化异丙苯新葵酸酯）为引发剂；分散剂为450gVCM（氯乙烯）、315gPVA（聚乙烯醇：平均聚合度2600，醇解度80%），225gPVA（平均聚合度300，醇解度45%），
4、链终止剂
选用HEO。国常用的终止剂ATSC终止效果优于双酚A，ATSC使产品分子量更均匀，白度也明显改善。双酚A加入后仍有反应温度渐渐升高的过程，除此还在精馏系统中出现自聚现象，说明终止效果不彻底，尚有少部分引发剂未被破坏，反应继续进行。而HEO与ATSC相比，由于HEO是复合配方，不仅终止效果好，而且其中有优良的热稳定配方，能大幅度提高产品白度。试验表明，同样的配方和工艺条件，用ATSC最终产品白度在74%-76%，而用HEO产品白度可达85%。
5、分子量调节剂
最常见的调节剂是三氯乙烯，投加用量在较高围（0.5%～1%，对单体），还对降低产品树脂分子量有显著效果。近年来，已见有巯基乙醇作为分子量调节剂，当投加用量在100μg/g～200μg/g围时，可降低反应温度2℃～3℃左右。依据发展趋势，选用巯基乙醇作为分子量调节剂。
1.2.4 原料的配比
表1-3 原料配方
原料VCM 水引发剂分散剂其他助
剂
100 180 0.04 0.08 适量重量，
份
1.2.5 主要工艺参数
1、产品类型：选用疏松型。
2、聚合反应时间：5h
3、聚合温度：57 O C
4、操作周期：9h
5、年平均操作时数：7200小时
6、转化率：90%。根据要求生产的树脂牌号，氯乙烯单体的转化率选定在70%—95%围。工业上生产硬质PVC塑料制品用树脂，转化率要求大约为90%。
7、PVC粉体特性：
聚合度1000，表观密度0.55g/ml，平均粒径149μm，孔隙率0.185ml/g。
8、系统损失率
表1-5 系统损失率
部位损失率（kg/kg聚合物）
回收损失0.25%
放空损失0.51%
聚合浆料损失0.03%
出料浆料损失0.01%
汽提损失0.1%
混料浆料损失0.01%
离心损失0.25%
干燥损失0.13%
筛分0.21%
精馏损失 3.5%
图1-1 各工序物料损失
1.2.6设计所用物料的物理性质
表1-6 水的物理性质
温度℃
密
度
k
g/m3
比热容
KJ/(kg.
℃)
导热系
λ×102w/(m.
℃)
粘度
×105/Pa.s
普兰德
数
Pr
10 9
99.7
4.191 57.45 130.77 9.52
30 9
95.7
4.174 61.76 80.07
40 9
92.2
4.174 63.38 6
5.60 4.32 57 9
86.6
4.175 6
5.13 49.3
表1-7 VCM物理性质
温度℃密度kg/m3比热容KJ/(kg. ℃) 20 991 1.352
50 1.53
57 837 1.57
70 1.63
表1-8 PVC的物理性能
性能指标
结晶数据/mm
工业PVC
单晶
结晶度/%
聚合后
熔体
密度（未复配）（g/㎝3）总体
晶体
正交晶系，每个晶胞两个单体
a b c
1.06 0.54
0.51
1.024 0.524
0.508
1.9
4.9
1.39
泊松比（硬PVC）
折射率
玻璃化温度/℃
线膨胀系数（未增塑）/℃-1
比热容/（J/g·℃）
硬PVC
23℃
50℃
80℃
120℃
增塑的PVC（50份DOP）
23℃
52℃
80℃
120℃
热导率（未增塑）/[J/(㎝·s·℃)] 介电强度/（kv/mm）
溶解度参数/(J/㎝3)0.51.53
0.41
1.54
83
7×10-3
0.92
1.05
1.45
1.63
1.88
1.54
1.67
1.75
1.88
17.5×10-4
20
40.7（平均）
1.2.7 聚合反应过程工艺流程叙述：
工艺流程方框图：
图1-2
工艺流程叙述
1、聚合单元
首先将加热到48℃左右的去离子水由泵计量后加入到聚合釜中，分散剂配成一定浓度溶液，在搅拌下由泵经计量后加入聚合釜（也可由人孔直接投入），其他助剂配制成溶液通常由人孔投加，然后关闭人孔盖，通入氮气试压及排除系统中氧气，或借抽真空及充入氯乙烯方法。最后将新鲜氯乙烯与回收后经处理的氯乙烯依一定比例（回收的VCM占总量的10%），送入计量槽计量，再经单体过滤器过滤后加入釜，开启多级往复泵将引发剂计量后加入釜中。加料完毕后，于釜夹套通入热水将釜物料升温至规定的温度（57℃）。当氯乙烯开始聚合反应并释放出热量时，夹套改通冷却水以及时移除反应热，并使反应温度控制在57±0.2℃，直至反应结束。当釜单体转化率达到85%以上，这时釜聚合压力为0.5 MPa，由计量泵向釜加入一定量的终止剂，未反应的氯乙烯单体经自压回收后，当压力降至2.9 Kpa时，将釜浆料升温至70℃左右，进行真空回收，真空度为500 mmHg～550mmHg，最后浆料中的氯乙烯含量在700μg/g。然后进入放料操作。
2、汽提、干燥工序
由聚合釜排出的浆料，为降低残留在其中的氯乙烯和减少氯乙烯对环境的污染，用泵打入出料槽除去其中的大块物料，再将其送入汽提塔，在塔与由塔底上升的蒸汽在塔板上进行逆流传质过程。该塔为真空操作，用真空泵维持塔顶的真空度，并以此来保证塔顶的温度。塔顶逸出的含氯乙烯气经冷凝，未凝的氯乙烯含氧量在1%以下时，经真空泵送至氯乙烯气柜备用。塔釜之浆料含氯乙烯约400μg/g，经热交换器冷却后进入混料槽，再送往离心机进行离心分离。离心分离后PVC滤饼含水量为23%～27%，经滤饼分散器机械分散并均匀地加入干燥器中进行干燥。干燥器带有加热和冷却。第1～5室为干燥室，用热水盘管和热风干燥，第6室为冷却室。干燥后的氯乙烯树脂含水量为0.3%～0.4%。经过筛除去大颗粒，再由气流输送至贮料仓，最后由包装单元进行包装。[12]
3、VC回收工序
VC回收工序包括VC气体回收至气柜、VC气体压缩、精馏等部分。
自压回收的氯乙烯，经VC气体洗涤塔以除去气体飞沫中夹带的PVC，然后经气体冷却器进入气柜，真空回收的VCM，用回收风机抽至气柜。
由气柜出来的VC气体送至脱湿塔，用5℃的冷冻盐水进一步冷凝，两个冷凝器所冷凝的VC送至精馏塔进行精馏，所得的精氯乙烯经过滤后，按比例
送入氯乙烯计量槽与新鲜氯乙烯混合供聚合使用，未凝的气体送至焚烧炉处理，塔釜的高沸物排放至塔底液罐中，加热以进一步回收部分氯乙烯。
第二章物料衡算
2.1物料衡算
2.1.1 年投料的物料衡算
表2-1 系统损失率
部位损失率（kg/kg聚合物）
回收损失0.25%
放空损失0.51%
聚合浆料损失0.03%
出料浆料损失0.01%
汽提损失0.1%
混料浆料损失0.01%
离心损失0.25%
干燥损失0.13%
筛分0.21%
精馏损失 3.5%
因为产品的最后产量为18500吨，由表2.1系统损失率可以计算出系统年初始投料量：筛分损失率为0.21%则
筛分时产量为：18500÷（1-0.21%）=18538.9吨
干燥时损失率为0.13%则
干燥时产量为：18538.9÷（1-0.13%）=18563.0吨
离心时损失率为0.25%则
离心时产量为：18563.0÷（1-0.25%）=18609.5吨
混料时损失率为0.01%则
混料时产量为：18609.5÷（1-0.01%）=18611.4吨
汽提时损失率为0.1%则
汽提时产量为：18611.4÷（1-0.1%）=18630.0吨
出料时损失率为0.01%则
出料量的产量为：18630.0÷（1-0.01%）=18631.9吨
聚合时损失率为0.03%+0.25%+0.51%则
聚合时VCM投料量为：18631.9÷（1-0.03%-0.25%-0.51%）=18780.3吨
因为聚合时的转化率为90% 则聚合时共投料量为：
18780.3/90%=20867吨
2.1.2 车间物料的衡算
投入单体的计算：假设投料系数为0.8，釡的体积为110m3，
在57℃时，ρVCM=837 kg/m3ρH2O= 986.6kg/m3
设每次投入单体的质量为X，则
X/837+ 1.8X/986.6=110×0.8
得：X=29146.89kg
以110m3釡为例，每次投入单体29146.89kg。
因转化率为90%，则反应得到聚合物G1=29146.89×90%=26232.2kg,
回收时损失的VCM为0.25%，则G2=29146.89×0.25%=72.87kg
放空时损失为0.51%，则G3=29146.89×0.51%=148.65kg
聚合损失0.03%，则G4=29146.89×0.03%=9.74kg
出料前的树脂重量为G5= G1–G2–G3- G4 =26000.94kg
2.1.3 釡数及投料系数的台数的确定
因为每台釡年平均要工作7200小时，而每生产一次的周期为9小时，年投料量（VCM）为20867吨，每釡的出料量为G1（2.6 吨），选择投料系数为0.8，先用110 m3的标准釡，
V VCM=20867×1000/837=24930.7 m3
V水=1.8×20867×1000/986.6=38070.7 m3
所需要釡的台数为
(24930.7 +38070.7)/(110×0.8×(7200/9))= 0.9台，
取整数为1台。调整后的投料系数为0.63
实际的投料系数计算：(24930.7
+38070.7)/( 110×1×800)=0.716 可取0.716 。
一个釡所需的VCM的体积为：24930.7 /(1×(7200/9))=31.2 m3
每釡所需的水的体积为：38070.7/(1×(7200/9))=47.6 m3
根据表1.3原料的配方得：
表2-2
原料VCM 水引发
剂
分散
剂
其他
助剂
重量，kg
26114.
4
4700
5.9
10.45 20.89 适量
以110m3釡生产为例，分述如下：
（1）投料
投料温度为20℃，单体26114.4 ÷911=28.67m3，
水47005.9÷997.7= 47.1m3，
投料体积28.67+47.1=75.77 m3；
空余（气相）体积=110-75.77=34.23m3
（2）升温
升温到期57℃，单体重度d依温度t变化
d=0.9471-0.001746t-0.00000324t2
得：20℃时d=0.910 ；57℃时d=0.83
在57℃时体积：
单体26114.4÷837=31.2m3，
水47005.9÷986.6=47.64m3，
物料总体积：31.2+47.64 =78.84m3
空余（气相）体积：110-78.84 =31.26m3
（3）反应结束：
转化率为90%，树脂真实密度为1.4 t/m3
则此时树脂体积：26114.4×90%×（1-0.51%-0.25%-0.03%）=23317.3kg
23317.3/1.4=16.7m3
未聚合单体体积：31.2×0.1=3m3
物料总体积：47.64+16.7+3=67.34m3
空余（气相）体积：110-67.34=42.66m3
实际的每个反应釜的物料计算：
每次投入单体26114.4kg。因转化率为90%,则反应得到聚合物G1=26114.4×90%=23503.0kg,
回收时损失的VCM为0.25%，则G2=23503.0×0.25%=58.76kg
放空时损失为0.51%，则G3=23503.0×0.51%=119.87kg
聚合损失为0.03%，则G4=23503.0×0.03%=7.05kg
出料前聚合物质量为：
G5= G1- G2- G3- G4=23317.32kg
出料后聚合物质量为（损失为0.01%）：
则G6=23317.32×99.99%=23314.99kg
汽提后（损失为0.1%），
则G7=23314.99×99.9%=23291.67kg
混料后（损失为0.01%），
则G8=23291.67×99.99%=23289.34kg
离心损失为0.25%，
G9=23289.34×99.75%=23231.12kg
干燥损失为0.13%，
G10=23231.12×99.87%=23200.09kg
筛分时损失为0.21%，
G12=23200.09×99.79%=23152.22kg
精馏时单体损失为3.5%，则G13=26114.4 ×3.5%=914.0kg
2.1.4热量衡算
设夹套热水温度为62℃将聚合釜加热至57℃；其热损失为5%。
进入聚合釜的VCM量W
W=每个釡所需的VCM的体积×57℃下的VCM的密度（837kg/m3）=31.2×837=26114.4 kg
VCM比热容C p20℃=1.352J/(g.K) C p50℃=1.53J/(g.K)
C p57℃=1.57J/(g.K) C p70℃=1.63J/(g.K)
水的参数C水20℃=（C水10℃+C水30℃）/2=4.182 J/(g.K)
ρ20℃水= （ρ水10℃+ρ水30℃）/2=997.7kg/m3 VCM聚合热1540 KJ/kg
聚合搅拌功率163KW
单体转化率90%
设VCM进料温度20℃
聚合温度57℃
摘要 本设计为年产20万吨聚氯乙烯聚合和干燥包装工段的工艺设计。首先介绍了聚氯乙烯的性质、主要用途、技术进展以及由氯乙烯单体聚合成聚氯乙烯的四种常见的工业聚合方法，并确定了以悬浮聚合法作为本设计的聚合工艺生产方法。对聚合及干燥包装工段进行了详细的物料衡算（包括聚合釜的物料衡算、汽提塔的物料衡算、离心干燥工段的物料衡算）和主要设备的热量衡算（包括聚合釜的热量衡算、换热器的热量衡算等），也对设备作了选型计算，得出本设计需采用9个703m（I型）不锈钢聚合釜并联操作，9台703m 出料槽，29台WL-630型离心机，最后对聚氯乙烯聚合过程中的安全注意事项及三废处理问题作了简单的说明。同时绘制了带控制点的PVC聚合及干燥包装工段的工艺流程图、聚合工段主要设备平面布置图、聚合工段主要设备立面布置图以及聚合釜装配图。 关键词：聚氯乙烯；悬浮聚合法；干燥包装；生产工艺
Abstract The design for an annual output of 50,000 tons of PVC dry polymerization processes of the preliminary design, the design documents from design specification and design drawings composed of two parts. In the design of brochures, a brief introduction of the PVC production status, trends, performance and the main purpose of the current PVC also introduced the four common industrial polymer production methods. And a comparison, final Determined to suspension polymerization as a polymerization technology production methods. In the design process, in accordance with the requirements of the mission design, a more detailed material balance and energy balance, the equipment was calculated and the selection process, while the production of PVC in the process of attention to safety issues and "Three wastes" governance made note of the entire device to a simple technical. Drawing the corresponding design drawings, design drawings, including process maps, plans of major equipment assembly, equipment layout plans. Key words: polyvinyl chloride ; suspension polymerization; Dryness ; monomer; Productive technology
年产3万吨聚氯乙烯聚合车间工艺设计 本科毕业设计 课题名称：年产3万吨聚氯乙烯聚合车间工艺设计 2
安徽建筑工业学院本科生毕业设计 摘要 本设计是年产3万吨聚氯乙烯（PVC）车间合成工段初步设计。本文对聚氯乙烯的研究，生产和应用进行了详细的概述，阐述了其在化学工业中的作用和地位。确定了聚氯乙烯的生产工艺。在确定聚氯乙烯生产工艺的基础上进行了物料衡算，热量衡算，设备选型等。讨论了三废、供电、供水、采暖的处理方案。阐述了公用工程的自动控制水平。 关键词：聚氯乙烯（PVC），氯乙烯，物料衡算，热量衡算，聚合反应 Abstract The process design of synthesis section of three thousand tons Polyvinyl chloride polymer in workshop was designed. In this paper, firstly, synthesis method of Polyvinyl chloride polymer, production and application were outlined. Its effect and status was introducted in chemical industry. Secondly, process of Polyvinyl chloride polymer was selected in the design. Mass balance and heat balance were finished, and the size and type of key equipments were selected. And methods of treating ―Three Wastes‖, electrical power supply, feedwater supply, heating were discussed. Ventilation Control in public works was accounted. Keywords: Polyvinyl chloride polymer（PVC），Polyvinyl chloride，Mass balance，heat balance，condensation reaction
18500吨/年聚氯乙烯悬浮聚合工艺设计 摘要 本文讲述了我国聚氯乙烯工业生产技术的发展进程和目前状况，包括原料路线、工艺设备、聚合方法等。本设计采用悬浮法生产聚氯乙烯，介绍了采用悬浮法生产PVC树脂工聚合机理，工艺过程中需要注意的问题，包括质量影响因素，工艺条件及合成工艺中的各种助剂选择，对聚合工艺过程进行详细的叙述。并且从物料衡算、热量衡算和设备计算和选型三个方面进行准确的工艺计算，对厂址进行了选择，采取了防火防爆防雷等重要措施，对三废的处理回收等进行了叙述，画出了整个工艺的流程图。 关键词：聚氯乙烯，生产技术，悬浮法，防粘釜技术
Design of 16500 tons / year PVC suspension polymerization process ABSTRACT This article tells the story of China's PVC industry production technology of the development process and current situation, including raw material route, process equipment, polymerization methods and so on. The design and production of PVC by suspension method, the paper introduces the production of PVC by suspension method resin polymerization mechanism, need to be aware of the problems in the process of technology, including the quality influencing factors, technical condition and various additives in the synthesis process selection, description of how the polymerization process in detail. And from material balance, heat balance, and equipment selection three aspects to carry on the accurate calculation and process calculation, on the site selection, adopted the lightning protection and other important measures for fire and explosion prevention, the treatment to three wastes recycling and so on has carried on the narration. KEY WORDS: polyvinyl chloride，the production technology，the suspension method，anti-sticking reactor technology
材料科学与工程学院 毕业设计 学生姓名 班级/ 学号 专业材料科学与工程 设计题目年产10万吨聚氯乙烯生产工艺设计方案指导教师 职称 2002年2 月28日
设计总说明 聚氯乙烯（PVC）是一种热塑性合成树脂，有优良的电绝缘性，难以自燃，主要用于生产透明薄膜、塑料管件、各类板材等。其再加工产品在全球不同领域都有着非常广泛的应用。 根据设计任务书，本设计进行了年产10万吨聚氯乙烯（PVC）工艺的设计。在查阅、参考大量文献以及对以往部分车间设计的研究学习下，进行了科学的设计以及对相关物料的衡算。 本设计计划采用悬浮聚合法生产聚氯乙烯，原料为氯乙烯单体以及混合用有机过氧化物和偶氮类引发剂、明胶分散剂和去离子水。结合所选择的生产工艺方案和产品生产实际情况，进行了有关物料和热量平衡的计算。安排每日三班次，每班8小时的生产强度，设计可达到日产303吨年产达10万吨的聚氯乙烯生产车间。 本设计也充分考虑到工作人员的工作环境以及工作安全性，尽可能将车间规划为安全的，绿色的，在工作人员遵守车间操作规程的情况下，工作更加安全高效。 本设计由许春华副教授指导，在反应确定、生产流程安排等整个设计过程中提出了许多宝贵意见，使得设计能更高效地完成，在此学生表示衷心感谢。 鉴于知识和实际经验所限，设计难免存在欠缺，恳请批阅老师批评指正。
目录 1总论 (1) 1.1 概述 (1) 1.1.1 聚氯乙烯（PVC）概述与应用范围 (1) 1.1.2 聚氯乙烯（PVC）改性品种 (1) 1.1.3 聚氯乙烯（PVC）生产行业现状及发展前景 (3) 1.2 聚氯乙烯（PVC）产品的分类和命名 (4) 1.2.1 聚氯乙稀（PVC）产品分类 (4) 1.2.2 聚氯乙稀（PVC）产品命名 (4) 1.3 聚氯乙烯（PVC）生产方法[5] (5) 1.3.1 悬浮聚合法[6] (5) 1.3.2 乳液聚合法 (6) 1.3.3 本体聚合法 (6) 1.3.4 溶液聚合法 (6) 1.4 设计规模原料选择与产品规格 (7) 设计规模 (7) 主要原料规格及技术指标 (7) 产品规格 (8) 2工艺设计与计算 (9) 2.1 工艺原理 (9) 2.2 工艺条件影响因素 (9) 2.2.1 聚氯乙烯（PVC）聚合主要影响因素 (9) 2.3 工艺路线选择 (12) 2.3.1 工艺路线选择原则 (12) 2.3.2 悬浮法聚氯乙烯（PVC）工艺流程具体工艺路线 (12) 2.3.3 工艺流程示意图 (13) 2.4 工艺配方与工艺参数 (13) 2.4.1 工艺配方（质量份）： (13) 2.4.2 工艺参数： (14) 2.5 物料衡算 (14) 2.5.2 物料衡算的方法与步骤 (15) 2.5.3 物料衡算 (16) 热量衡算 (18) 2.6.1 热量衡算的意义和作用 (18)
.1 国内外pvc发展状况及发展趋势 聚氯乙烯（PVC）是五大热塑性合成树脂之一，塑料制品是最早实现工业化的品种之一。可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工，而且具有较好的机械性能、耐化学腐蚀性和难燃性等特点，以其低廉的价格和非常突出的性能而广泛地用于生产板材、门窗、管道和阀门等硬制品，也用于生产人造革、薄膜、电线电缆等软制品。近年来，尽管在发达国家受到来自环保等多方面的压力，但世界对的总需求量仍出现稳定的增长态势。 1992 年，世界生产能力约为二千二百万吨，需求量为1900万吨；2002 年世界总产能约为三千四百万吨，消费量约为二千八百万吨；2009年世界生产能力已上升到约三千九百万吨，需求量约为三千七百万吨；2010 年世界生产能力为4300万吨，需求量4200 万吨。尽管目前世界对PVC的生产和使用存在许多争议，特别在欧洲，对PVC 生产和制品的环保制约政策越来越严厉，但由于性能优良，生产成本低廉，仍具有较强的活力，特别在塑料门窗、塑料管道等建材领域。 我国聚氯乙烯(PVC)工业起步于50年代，仅次于酚醛树脂是最早工业化生产的热塑性树脂，第一个PVC装置于1958年在锦西化工厂建成投产，生产能力为3000吨／年[1]。此后全国各地的PVC装置相继建成投产，到目前为止，我国有PVC树脂生产企业80余家，遍布全国29个省、市、自治区，总生产能力达220万吨／年。 PVC由氯乙烯(VCM)聚合而成，工业生产一般采用4种聚合方式：悬浮聚合、本体聚合、乳液聚合(禽微悬浮聚合)、溶液聚合。其中悬浮法PVC(SPVC)树脂产量最高，占80％，其次是乳液法PVC(EPVC)，本体法PVC(MPVC)。VCM 悬浮聚合是以水为介质，加入VCM、分散剂、引发剂、pH值调节剂等，在搅拌和一定温度条件下进行聚合反应；VCM本体聚合仅在VCM和引发剂存在下进行，无分散剂、表面活性剂等助剂；VCM乳液聚合在VCM、引发剂、乳化剂、H2O以及其他助剂存在下进行{而VCM溶液聚合是在VCM、；引发刘和溶剂存在下进行，这种方法有溶剂回收和残留污染问题，并且生产成本高，该方法已逐渐被悬浮法聚合或乳液法聚合代。目前，生产PVC树脂主要采用悬浮法，少量
悬浮聚合法年产30万吨聚氯乙烯车间工艺设计毕业论文 1 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
聚合物合成与工艺 结课作业 姓名李兰 学号S2******* 指导教师杜栓丽
悬浮聚合法制聚氯乙烯 聚氯乙烯(Polyvinyl chloride, PVC)位居五大通用树脂第二位是乙烯基聚合物中最主要的品种之一，其生产方法有悬浮法乳液法和本体聚合法等，其中悬浮法为主要生产法。 悬浮聚合法 使单体呈微滴状悬浮分散于水相中，选用的油溶性引发剂则溶于单体中，聚合反应就在这些微滴中进行，聚合反应热及时被水吸收，为了保证这些微滴在水中呈珠状分散，需要加入悬浮稳定剂，如明胶、聚乙烯醇、甲基纤维素、羟乙基纤维素等。引发剂多采用有机过氧化物和偶氮化合物，如过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化二碳酸二乙基己酯和偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈等。聚合是在带有搅拌器的聚合釜中进行的。聚合后，物料流入单体回收罐或汽提塔内回收单体。然后流入混合釜，水洗再离心脱水、干燥即得树脂成品。氯乙烯单体应尽可能从树脂中抽除。作食品包装用的 PVC ，游离单体含量应控制在1ppm 以下。 聚合时为保证获得规定的分子量和分子量分布范围的树脂并防止爆聚，必须控制好聚合过程的温度和压力。树脂的粒度和粒度分布则由搅拌速度和悬浮稳定剂的选择与用量控制。树脂的质量以粒度和粒度分布、分子量和分子量分布、表观密度、孔隙度、鱼眼、热稳定性、色泽、杂质含量及粉末自由流动性等性能来表征。聚合反应釜是主要设备，由钢制釜体内衬不锈钢或搪瓷制成，装有搅拌器和控制温度的传热夹套，或内冷排管、回流冷凝器等。为了降低生产成本，反应釜的容积已由几立方米、十几立方米逐渐向大型化发展，最大已达到200m(见釜式反应器)。聚合釜经多次使用后要除垢。以聚乙烯醇和纤维素醚类等为悬浮稳定剂制得的 PVC 一般较疏松，孔隙多，表面积大，容易吸收增塑剂和塑化。 主要原材料： 聚乙烯单体和聚合用去离子水是氯乙烯悬浮聚合缺一不可的主要原料。 （1） 聚乙烯单体 单体纯度要求>99.8%，杂质含量因生产方法不同而有差别，如单体中 乙炔的含量：乙炔法生产路线要求其含量<510-，而乙烯氧氯化法则要求≤610-； 二氯乙烷的含量<2610-?，Fe 7510-≤?。 再聚合之前应对单体进行精制，是氯乙烯的纯度达99.8%以上。 单体精制的方法是碱洗、水洗、干燥和精馏。碱洗是除去酸性物质；水洗以除去碱 性物质，干燥以除去水；精馏以除去高沸点和低沸点物质。 引发剂主要影响反应速率转化率等在实际生产过程中引发效率的高低直接影响聚合反应的快慢和产品质量选用引发剂需考虑的因素有:适当的活性、水溶性、水解性、粘釜性、毒性、储存安全性以及价格等 VC 悬浮聚合采用油溶性引发剂，包括偶氮类和有机过氧类化合物。 （1） 偶氮类引发剂 偶氮二异丁腈（AIBN ）偶氮二异庚腈（ABVN ）在VC 悬浮聚合中都 有应用。AIBN 活性相对较低，一般在45-65o c 下使用。而ABVN 活性较AIBN 高， 为白色晶体，不自燃，受热后先熔化后分解，使用安全。ABVN 属中效引发剂，其 在50o c 时的水解率只偶有17%，生产高聚合度PVC 树脂时聚合温度较低，所以残
新疆工业高等专科学校毕业论文（设计） 2011届 题目 专业 学生姓名 学号 小组成员 指导教师 完成日期
新疆工业高等专科学校教务处印制 新疆工业高等专科学校 毕业论文（设计）任务书班级专业姓名日期 1、论文（设计）题目： 2、论文（设计）要求： （1）学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量，最好是独立完成。 （2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。 （3）主题明确，思路清晰。 （4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域内的成果及其最新进展。 （5）格式规范，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。 （6）所有学生必须在5月15日之前交论文初稿。 3、论文（设计）日期：任务下达日期
完成日期 4、指导教师签字： 内容摘要 本文讲述了我国聚氯乙烯工业生产技术的发展进程和目前状况，包括原料路线、工艺设备、聚合方法等。本设计采用悬浮法生产聚氯乙烯，介绍了采用悬浮法生产PVC树脂工聚合机理，工艺过程中需要注意的问题，包括质量影响因素，工艺条件及合成工艺中的各种助剂选择，对聚合工艺过程进行详细的叙述。并且从物料衡算、热量衡算和设备计算和选型三个方面进行准确的工艺计算，对厂址进行了选择，采取了防火防爆防雷等重要措施，对三废的处理回收等进行了叙述，画出了整个工艺的流程图。 关键词：聚氯乙烯；生产技术；悬浮法；乙炔法；乙烯法； 防粘釜技术；
目录 第一章总论222222222222222222222222 2 1.1 国内外 pvc发展状况及发展趋势222222222222 2 1.2 单体合成工艺路线222222222222222222 3 1.2.1乙炔路线22222222222222222222 3 1.2.2乙烯路线22222222222222222222 4 1.3聚合工艺实践方法222222222222222222 5 1.3.1本体法聚合生产工艺222222222222222 5 1.3.2乳液聚合生产工艺2222222222222222 5 1.3.3悬浮聚合生产工艺2222222222222222 6 1.4最佳的配方、后处理设备的选择2222222222227 1.4.1配方的选择22222222222222222227 1.4.2后处理设备侧选择22222222222222227 1.5 防粘釜技术2222222222222222222229 1.6原料及产品性能22222222222222222229 1.7 聚合机理222222222222222222222211 1.7.1自由基聚合机理2222222222222222211 1.7.2链反应动力学机理222222222222222212 1.7.3 成粒机理与颗粒形态2222222222222212 1.8影响聚合及产品质量的因素2222222222222213 1.9工艺流程叙述2222222222222222222214
聚氯乙烯悬浮聚合工艺设计 聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，简称PVC）是一种常见的合成塑料，广泛应用于建筑、电子、汽车、包装等领域。而聚氯乙烯悬浮聚合工艺是制备PVC的主要方法之一。 聚氯乙烯悬浮聚合工艺的设计包括以下几个关键步骤：单体制备、引发剂选择、聚合反应、后处理等。 在聚氯乙烯悬浮聚合工艺中，单体制备是一个重要的环节。聚氯乙烯的主要单体是氯乙烯（Vinyl Chloride，简称VC），它是通过氯乙烯的氯化反应制备得到的。氯乙烯的制备方法有多种，常见的包括直接氯化法和乙烯氯化法。直接氯化法是将乙烯与氯气在催化剂的作用下进行氯化反应，生成氯乙烯。乙烯氯化法则是将乙烯与次氯酸钠反应，生成氯乙烯。这两种方法都可以得到高纯度的氯乙烯，可根据实际需要选择合适的方法。 引发剂的选择对聚氯乙烯悬浮聚合工艺至关重要。引发剂是聚合反应的启动剂，可以引发单体的聚合反应。常用的引发剂有过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化戊酸等。选择合适的引发剂可以控制聚合反应的速率和转化率，从而得到所需的聚合物性能。 聚合反应是聚氯乙烯悬浮聚合工艺的核心步骤。在聚合反应中，单体与引发剂发生自由基聚合反应，形成高分子聚合物链。反应过程中，需要控制温度、压力和搅拌速度等工艺参数，以确保聚合反应
的均匀性和高效性。此外，还可以通过添加聚合助剂来改善聚合反应的过程和产物性能。 聚氯乙烯悬浮聚合工艺的后处理包括溶剂去除、干燥和造粒等步骤。在溶剂去除过程中，通过蒸发或真空脱溶剂的方法将溶剂从聚合物中去除，以提高聚合物的纯度。然后，需要对聚合物进行干燥处理，以去除残留的水分和溶剂，保证产品的质量。 聚氯乙烯悬浮聚合工艺具有以下优势：首先，该工艺适用范围广，可以制备不同性能和用途的聚氯乙烯产品。其次，工艺简单，操作方便，生产周期短，可大规模生产。此外，聚氯乙烯悬浮聚合工艺还具有能耗低、废料回收利用率高等特点，符合可持续发展的要求。聚氯乙烯悬浮聚合工艺在建筑、电子、汽车、包装等领域有广泛应用。在建筑领域，聚氯乙烯制品可用于制作管道、地板、隔热材料等；在电子领域，聚氯乙烯可用于制作电线电缆护套、绝缘材料等；在汽车领域，聚氯乙烯可用于制作汽车内饰件、密封件等；在包装领域，聚氯乙烯可用于制作塑料瓶、保鲜膜等。 聚氯乙烯悬浮聚合工艺设计是一项重要的工艺，可以制备出多种性能和用途的聚氯乙烯产品。该工艺具有广泛的应用领域，并且具有操作简单、生产周期短、能耗低等优点。通过不断改进和创新，聚氯乙烯悬浮聚合工艺将在未来得到更广泛的应用。
聚氯乙烯合成 摘要 本设计据新希望化工投资有限公司年产20万吨聚氯乙烯做出的初步生产工艺设计，整个设计文件由设计说明书和设计图纸两部分组成。在设计说明书中，简单介绍了聚氯乙烯的原料来源，目前聚氯乙烯常见的四种工业聚合生产方法，并进行比较，最后确定以悬浮聚合法作为聚合的工艺生产方法。通过对比、联系实际确定生产工艺几大工作系统。在设计过程中，根据设计任务书的要求，对设备进行了选型并做了部分物料衡算和能量衡算。绘制了相应的设计图纸，设计图纸包括工艺流程图、设备平面布置图。 关键词：聚氯乙烯悬浮聚合法生产工艺
前言 聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride ，简称PVC）树脂是由氯乙烯单体（Vinyl Chloride ，简称VC）聚合而成的热塑性高聚物，工业生产主要用悬浮法，浮液法，本体法和溶液法，以及衍生发展的微悬浮法等方法而实现。聚氯乙烯树脂是一种重要的塑料原料，是五大通用合成树脂之一，具有良好的物理和机械性能。聚氯乙烯树脂可以用于各种输水和排水管材、塑料门窗、护墙板、天花板、墙纸、楼梯扶手及各种装饰材料等；生产电子电器用品如电线、电缆、电气组件、家电外壳、插销、插座及接线盒等；聚氯乙烯还应用于医用制品、纤维制品、交通运输、包装、涂料等诸多方面，并不断向新的应用领域渗透。聚氯乙烯的原料来源丰富，生产成本低廉，应用范围广泛，商业价值极其可观。 聚氯乙烯的发现早在19世纪30年代，但工业化生产则不到70年。由于聚氯乙烯在通用树脂中生产成本最低，应用领域最广，特别是建筑市场对聚氯乙烯产品的需求量巨大，使得聚氯乙烯产品成本具有极强竞争力的塑料品种，得以迅速发展。随着新产品的不断开发，应用领域的不断拓宽，使其在塑料产品中具有举足轻重的地位。 中国聚氯乙烯工业起步较晚，仅4、50年的历史，但聚氯乙烯在我国的较迅速，特别是近年来，随着我国聚氯乙烯科研人员的不懈努力，我国聚氯乙烯生产技术、安全环保、新产品开发研究等方面有了很大提高，特别是大型聚合釜的国产化、大型电石法聚氯乙烯生产的自动化控制、干法乙炔发生技术、聚氯乙烯聚母液回收、废弃物综合利用等重点装备和技术的推广应用，提升了行业整体竞争力水平。但我们不许看到，在产品种类及质量控制一些关键技术工艺上与国外先进的聚氯乙烯工业相比，差距还较大。
悬浮聚合生产聚氯乙烯介绍 首先，悬浮聚合是将乙烯和氯气通过一系列的反应和处理装置，转化 为聚氯乙烯颗粒的过程。在反应器中，乙烯和氯气在催化剂的作用下进行 聚合反应，生成聚氯乙烯颗粒。反应器中温度、压力和搅拌速度等参数都 需要控制得当，以保证聚合反应的顺利进行。 其次，粉碎是将聚氯乙烯树脂颗粒进行分散和破碎，以获得适当的颗 粒大小。粉碎时，聚氯乙烯树脂颗粒通过一系列的分散器和破碎机进行处理，最终得到所需的颗粒大小。 再次，塑化是将粉碎后的聚氯乙烯树脂颗粒进行熔融和塑化的过程。 在塑化机中，聚氯乙烯树脂颗粒通过加热和搅拌，变为黏稠的熔融物质。 塑化过程中需要控制温度和搅拌速度，以保持熔融物质的均匀性和流动性。 最后，再粉碎是将塑化后的聚氯乙烯熔融物质进行冷却和固化，并通 过破碎机将其变为颗粒状。再粉碎过程中，熔融物质通过冷却器和破碎机，迅速冷却和破碎，最终得到聚氯乙烯颗粒。 除了以上的工艺步骤，悬浮聚合生产聚氯乙烯还需要涉及到催化剂的 选择、添加剂的控制和废气处理等问题。催化剂的选择直接影响聚合反应 的效率和聚氯乙烯的质量；添加剂的控制可以改变聚氯乙烯的性能，如增 加塑化剂可以使聚氯乙烯变软；废气处理是因为在生产过程中会产生一些 有害气体，需要通过废气处理设备进行处理，以保证环境安全。 悬浮聚合生产聚氯乙烯的方法具有以下优点：首先，该方法的成本相 对较低，能够产生高性能的聚氯乙烯树脂；其次，该方法生产的聚氯乙烯 树脂具有良好的综合性能，如机械强度高、耐候性好、电绝缘性好等；再次，该方法可以根据产品需求进行调整，生产出不同性能的聚氯乙烯树脂。
然而，悬浮聚合生产聚氯乙烯也存在一些问题。首先，废水和废气的 处理是一个困扰行业的环保难题。废水处理需要考虑高含氯化合物的处理 和回收；废气处理则需要考虑高浓度的氯气和有机物的处理和净化。其次，聚合过程中会产生一些副产物和废弃物，如塑化剂、添加剂和颗粒状物质等，需要进行妥善处理和利用。 总之，悬浮聚合生产聚氯乙烯是一种重要的生产方法，能够实现高效、低成本、高质量的聚氯乙烯树脂生产。然而，该方法也需要关注环境保护 和资源利用的问题，以实现可持续发展。
悬浮聚合的生产工艺 一、悬浮聚合的概念 悬浮聚合是指溶有引发剂的单体，借助悬浮剂的悬浮作用和机械搅拌，使单体以小液滴的形式分散在介质水中的聚合过程。溶有引发剂的一个单体小液滴，就相当于本体聚合的一个小单元，因此，悬浮聚合也称为小本体聚合。悬浮聚合中的主要组分是单体、引发剂、悬浮剂介质（水）。 二．悬浮聚合的分类 悬浮聚合可根据单体对聚合物溶解与否，将其分为均相悬浮聚合和非均相悬浮聚合。 1、均相悬浮聚合 如果聚合物溶于其单体中，则聚合物是透明的小珠，该种悬浮聚合称为均相悬浮聚合或称珠状聚合。如苯乙烯的悬浮聚合和甲基丙烯酸的悬浮聚合等为均相悬浮聚合。 2、非均相悬浮聚合 如果聚合物不溶于其单体中，聚合物将以不透明的小颗粒沉淀下来，该种悬浮聚合称为非均相悬浮聚合或称沉淀聚合。如氯乙烯、偏二氯乙烯、三氟氯乙烯和四氟乙烯的悬浮聚合等为非均相悬浮聚合。 三、悬浮聚合法的主要特点 （1）以水为介质，成本低； （2）反应过程中反应体系粘度变化不大，反应热容易排除；
（3）颗粒大小可以控制在一个较小范围内； （4）所得树脂纯度较溶液聚合、乳液聚合高； （5）悬浮聚合产物易于分离、洗涤、干燥； （6）悬浮聚合过程采用间歇法进行生产，尚未实现连续化。 四、悬浮聚合的应用 悬浮聚合自30年代工业化以来，已成为聚合物生产的重要聚合方法。目前其产量占聚合物总产量1/5~1/4。采用悬浮聚合进行生产最大的聚合物品种是聚氯乙烯，其在所有塑料品种中占第二位。其他用悬浮聚合法生产的聚合物品种还有：可发性聚苯乙烯（EPS）、苯乙烯—丙烯腈共聚物（SA树脂）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）及其共聚物、聚偏二氯乙烯（PVDC）、聚四氟乙烯PTFE）、聚三氟氯乙烯（PCTFE）等。 五、悬浮聚合的组分 悬浮聚合的组分主要是单体、引发剂、悬浮剂和介质(水)。有时为了改进产品质量和工艺操作还加入一些辅助物料，如相对分子质量调节剂、表面活性剂以及水相阻聚剂等。 1、单体：单体纯度高，聚合速率快，产品质量好，生产 容易控制。因此，要求对单体进行精制，使其纯度达 到要求才聚合。杂质对聚合速度和产品质量可能产生 下列影响。 （1）、杂质的阻聚作用和缓聚作用 有些杂质是自由基聚合的阻聚剂或缓聚剂，使聚合反
悬浮法聚氯乙烯生产工艺要点 聚氯乙烯（简称PVC）是世界五大通用合成树脂之一，世界产量及消费量仅次于聚乙烯和聚丙烯。由于其良好的机械性能、抗化学药品性能、耐腐蚀性和耐燃性，制品被广泛应用于薄膜、人造革、电缆料、泡沫制品和管、板、型材等。 工业生产PVC通过悬浮、乳液、本体和溶液四种聚合方法，其中以悬浮法工艺最为成熟，操作简单，生产成本低，经济效益好，应用领域宽，是生产PVC树脂的主要方法。工艺条件控制对PVC树脂的颗粒形态有着重要影响，并直接影响产品的加工性能。 自2009年7月份参加工作以来我有幸被分配到国内生产聚氯乙烯工艺最为先进的2#聚氯乙烯装置学习，在这一年的工作中，理论与实践上我学到了很多知识，结合我所在的岗位实际，对本岗位工艺条件的认识及所存在问题的建议总结如下。 一、工艺控制方面 1.聚合釜搅拌 聚合釜搅拌除在聚合过程中对悬浮体系起到均匀传热的作用外，还影响PVC 树脂的颗粒形态，主要是粒径大小及分布，孔隙率等，并与分散剂体系共同起调节作用。 聚合釜过程中单体受到搅拌器剪切力作用被打碎为带条状，再在表面张力作用下形成球状小液滴。搅拌强度的增加，使小液滴受到的剪切力作用更强，从而形成的树脂的平均粒径减小，不仅耗电量多，树脂中易产生并粒现象且粒径分布太宽；搅拌转速太低，反应传热系数小，易爆聚，树脂颗粒大，即使分散剂用量大效果也不理想，易产生黑黄点多。研究表明，PVC树脂平均粒径与搅拌转速的关系曲线为马鞍形。
生产中还可通过适当改变搅拌器形式与叶片数目、搅拌器直径及与釜底距离 等参数满足对不同树脂颗粒大小需要。 我们所使用的两条生产线的聚合釜是目前世界较为先进的大型聚合釜，在工 艺上克服了小釜产出的树脂质量不稳定的缺陷，树脂之间的差异减小，质量上更 加均匀和稳定。大型聚合釜的搅拌按照生产不同阶段的需要，按照最佳条件，在 喷涂、加料、聚合、放料回收各阶段都在DCS系统中设定好，中控操作人员只要 及时关注搅拌电流及转速有无异常，保证搅拌的正常工作。 2.引发剂的选择 合适的引发剂体系不仅对产品质量至关重要，还决定着聚合速率，从而影响 装置的生产强度。 通用型PVC树脂适合选用高效和中高效引发剂复合使用；低聚合度PVC树脂 产品，由于反应温度高，选用的引发剂活性不宜太高，否则反应难以控制，易造 成局部撤热不及时使产品鱼眼多、白度差；对于高聚合度PVC生产，应选用高效 活性引发剂，以缩短聚合反应时间。 在选用复合引发剂时，首先应考虑反应均匀性问题，尽量避免反应放热凸峰 的出现，反应速度应尽可能均匀，以保证聚合反应热能及时移出，缩短聚合时间。 选择引发剂的另一个要点是引发剂与其他聚合助剂最好不起作用或作用很弱。引发剂引发效率要高，分解产生最终自由基引发能应略高或等于聚合反应活性能，过高会导致支链反应，脱HCI形成烯丙基氯等，降低PVC热老化性能。要尽量选 用产生PVC鱼眼少，对PVC吸油率、粒径大小、规整度及PVC分子量分布无太大 影响的引发剂。 在先进的聚合釜技术的保证之下，目前两条生产线同时生产的两种牌号树脂 均采用的高活性、低毒性的复合引发剂，主要是EHP（二乙基过氧化二碳酸酯）、ACPND（过氧化新癸酸异丙苯酯）、TBPND（过氧化新癸酸叔丁酯）、TAPP（过氧 化特戊酸叔戊酯）。根据不同牌号树脂配方的需要，组成复合引发剂，使得反应 放热均匀，既缩短了聚合时间，又充分利用了聚合釜的换热能力。
年产3万吨聚氯乙烯聚合车间工艺设 计 年产3万吨聚氯乙烯聚合车间工艺设计材料与化学工程学院本科毕业设计课题名称：年产3万吨聚氯乙烯聚合车间工艺设计专业：化学工程与工艺班级：07化工班学生姓名：胡晓伟学号：07206040209指导教师：王亚琴2011年6月2 安徽建筑工业学院本科生毕业设计摘要本设计是年产3万吨聚氯乙烯车间合成工段初步设计。对聚氯乙烯的研究，生产和应用进行了详细的概述，阐述了其在化学工业中的作用和地位。确定了聚氯乙烯的生产工艺。在确定聚氯乙烯生产工艺的基础上进行了物料衡算，热量衡算，设备选型等。
讨论了三废、供电、供水、采暖的处理方案。阐述了公用工程的自动控制水平。关键词：聚氯乙烯，氯乙烯，物料衡算，热量衡算，聚合反应Abstract The process design of synthesis section of three thousand tons Polyvinyl chloride polymer in workshop was designed. In this paper, firstly, synthesis method of Polyvinyl chloride polymer, production and application were outlined. Its effect and status was introducted in chemical industry. Secondly, process of Polyvinyl chloride polymer was selected in the design. Mass balance and heat balance were finished, and the size and type of key equipments were selected. And methods of treating ―Three Wastes‖, electrical power supply, feedwater supply, heating were discussed. Ventilation Control in public works was accounted. Keywords: Polyvinyl chloride polymer，Polyvinyl chloride，Mass balance，heat balance，
毕业设计 设计题目年产10万吨聚氯乙烯生产工艺设计方案
设计总说明 聚氯乙烯（PVC）是一种热塑性合成树脂，有优良的电绝缘性，难以自燃，主要用于生产透明薄膜、塑料管件、各类板材等。其再加工产品在全球不同领域都有着非常广泛的应用。 根据设计任务书，本设计进行了年产10万吨聚氯乙烯（PVC）工艺的设计。在查阅、参考大量文献以及对以往部分车间设计的研究学习下，进行了科学的设计以及对相关物料的衡算。 本设计计划采用悬浮聚合法生产聚氯乙烯，原料为氯乙烯单体以及混合用有机过氧化物和偶氮类引发剂、明胶分散剂和去离子水。结合所选择的生产工艺方案和产品生产实际情况，进行了有关物料和热量平衡的计算。安排每日三班次，每班8小时的生产强度，设计可达到日产303吨年产达10万吨的聚氯乙烯生产车间。 本设计也充分考虑到工作人员的工作环境以及工作安全性，尽可能将车间规划为安全的，绿色的，在工作人员遵守车间操作规程的情况下，工作更加安全高效。 本设计由许春华副教授指导，在反应确定、生产流程安排等整个设计过程中提出了许多宝贵意见，使得设计能更高效地完成，在此学生表示衷心感谢。 鉴于知识和实际经验所限，设计难免存在欠缺，恳请批阅老师批评指正。
目录 1总论 (1) 1.1 概述 (1) 1.1.1 聚氯乙烯（PVC）概述与应用范围 (1) 1.1.2 聚氯乙烯（PVC）改性品种 (1) 1.1.3 聚氯乙烯（PVC）生产行业现状及发展前景 (3) 1.2 聚氯乙烯（PVC）产品的分类和命名 (4) 1.2.1 聚氯乙稀（PVC）产品分类 (4) 1.2.2 聚氯乙稀（PVC）产品命名 (4) 1.3 聚氯乙烯（PVC）生产方法[5] (5) 1.3.1 悬浮聚合法[6] (5) 1.3.2 乳液聚合法 (6) 1.3.3 本体聚合法 (6) 1.3.4 溶液聚合法 (6) 1.4 设计规模原料选择与产品规格 (7) 1.4.1设计规模 (7) 1.4.2主要原料规格及技术指标 (7) 1.4.3产品规格 (8) 2工艺设计与计算 (9) 2.1 工艺原理 (9) 2.2 工艺条件影响因素 (9) 2.2.1 聚氯乙烯（PVC）聚合主要影响因素 (9) 2.3 工艺路线选择 (12) 2.3.1 工艺路线选择原则 (12) 2.3.2 悬浮法聚氯乙烯（PVC）工艺流程具体工艺路线 (12) 2.3.3 工艺流程示意图 (13) 2.4 工艺配方与工艺参数 (13) 2.4.1 工艺配方（质量份）： (13) 2.4.2 工艺参数： (14) 2.5 物料衡算 (14) 2.5.2 物料衡算的方法与步骤 (15) 2.5.3 物料衡算 (16) 2.6热量衡算 (18) 2.6.1 热量衡算的意义和作用 (18)
专业课程设计 题目：年产30万吨聚氯乙烯的生产工艺设计 院部：化学化工学院 专业：材料化学班级：1101 学号：************ 学生姓名：*** 导师姓名：李谷才 完成日期：2014年7月5日
课程设计任务书 院部：化学化工学院专业：材料化学班级：1101 姓名：王礼银同组人员姓名： 指导教师：李谷才 教研室主任：黄先威 院教学院长： 2014年6月21日
目录 1 引言 (1) 2年产30万吨聚氯乙烯生产工艺设计 (2) 2.1氯乙烯单体的合成路线 (2) 2.1.1联合法................................................................................... 错误!未定义书签。 2.2聚氯乙烯工艺设计 (5) 2.2.1乙炔工段.............................................................................. 错误!未定义书签。 2.2.2氯化氢工段 (2) 2.2.3氯乙烯工序 (3) 2.2.4聚合工序............................................................................... 错误!未定义书签。 2.2.5压缩冷凝回收 (5) 2.2.6离心干燥及包装................................................................... 错误!未定义书签。 2.3 物料衡算及设备选择 (5) 2.3.1物料衡算 (5) 2.3.2生产设备 (6) 2.4生产过程要求与措施 (7) 2.4.1厂内的防火防爆 (7) 2.4.2厂内的照明及保暖 (7) 2.4.3防静电防雷措施 (8) 2.5三废的处理 (8) 3 总结 (10) 参考文献 (11)
年产量2万吨聚氯乙烯的生产工艺设计 专业：化学工程与工艺 姓名：高晓兵 学号： 101410253 指导教师：李山鹰 化学与材料学院 2013年6月
目录 绪论 1一聚氯乙烯聚合装置设计 1.1设计任务书.......................... 错误！未定义书签。 1.1.1设计任务.......................... 错误！未定义书签。 1.1.2设计条件.......................... 错误！未定义书签。 1.1.3配方 (2) 1.2设计过程 (3) 1.2.1已知量的计算 (3) 二物料衡算 2.1物料衡算的计算依据 (3) 2.2聚合釜的物料衡算 (4) 三反应釜及其配件 3.1釜的内径和高度 (5) 3.2封头的设计 (7) 3.3内筒体和内筒封头壁厚 (8) 3.4夹套的设计 (8) 3.4.1夹套的直径 (9) 3.4.2夹套的高度 (9) 3.4.3夹套的厚度 (10) 3.4.4夹套封头及其厚度 (11) 3.4.5传热面积的计算 (11) 3.5人孔的设置 (12) 3.6视镜的设计 (12) 3.7法兰的设计 (12) 3.8支座的选择 (13) 四生产周期 4.1聚合反应时间的计算 (13) 4.1.1速率常数的计算 (14) 4.1.2引发剂浓度的计算 (15)
4.1.3 (16) 4.2辅助时间的计算 (17) 4.2.1加热时间 (17) 4.3生产周期 (18) 五搅拌设备 5.1搅拌桨叶宽度及层数的选取 (19) 5.2挡板 (19) 5.3桨叶叶轮转速 (20) 5.4搅拌功率 (21) 5.5搅拌轴直径的计算与校核 (22) 5.5.1搅拌轴直径 (22) 5.5.2搅拌轴的校核 (23) 5.6搅拌系统的传动装置 (23) 5.6.1封装置的选择 (23) 5.6.2密减速机的选择 (24) 5.6.3电机功率N 的计算 (25) e 5.6.4传动装置的选择 (25) 六泵和管道 6.1进出料泵的选择 (26) 6.2管的选择 (26) 6.2.1加水管的选择 (26) 6.2.2加料管的选择 (27) 6.3.3出料管的选择 (27) 七热量衡算 7.1反应热量计算 (28) 7.2传热面积的校核 (29) 参考文献 (29) 心得体会 (30)