年产5万吨PVC糊树脂工艺流程设计231043.pdf
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1、欢迎您阅读并下载本文档,本文档来源于互联网整理,如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档!课程设计(论文)任务书 学院 教研室 学号 学生姓名 专业(班级)设计题目 年产 5 万吨 PVC 糊树脂工艺流程设计 设计技术参数 1、PVC 年产量 5 万吨;2、采用乳液种子聚合方法制备;3、聚合工艺采用间歇操作过程;4、总转化率 97%99%。设计要求 1、设计说明书以 A4 纸输出,字数 6000 10000。2、工艺流程图采用 1 号图纸手工绘制,包括主要工艺流程、主要控制点及主要设备。思路新颖,布置合理,设备选择正确,绘制规范以国标为准。工作量 1、设计说明书一份(流程设计和物料衡算
2、为主)。字迹工整、格式规范、内容完整、有理有据的课程设计说明书,将自己的设计过程和结果充分表达出来。2、带控制点的 PVC 糊树脂生产工艺流程图一张。工作计划 12.20 课程设计动员,指导教师下达课程设计任务书。指导教师介绍课程设计的基本思路和方法。12.211.5学生查阅有关资料,制定设计进度计划。设计计算、论证、绘图。编写设计说明书初稿,审核、校对、编写设计说明书。1.6 学生上交设计说明书和图纸,指导教师批阅,评定成绩,写出设计总结。参考资料 1、陈昀 聚合物合成工艺设计 北京 化学工业出版社 2004 2、张洋 聚合物合成工艺设计基础 北京 化学工业出版社 1981 3、赵德仁等.高
3、聚物合成工艺学M.北京:化学工业出版社.4、倪进方等.化工设计M.华东理工大学出版社.指导老师签字 教研室主任签字 2012 年 1 月 4 日 欢迎您阅读并下载本文档,本文档来源于互联网整理,如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档!年产 5 万吨 PVC糊树脂工艺流程设计 摘要 本文是关于年产5万吨PVC糊树脂工艺流程设计,首先讲述了PVC的发展进程和目前状况,以及 PVC 糊树脂制备方法、配方、设备原料等;然后分析了物料平衡示意图;然后讲述了种子乳液聚合生产聚氯乙烯糊树脂的原理,并指出了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。本文其中主要讲
4、述了物料衡算,对设备选型也做了简要的介绍。最后根据计算结果绘制物料平衡表并画出流程图。关键词:PVC,糊树脂,物料衡算,种子聚合 欢迎您阅读并下载本文档,本文档来源于互联网整理,如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档!目录 摘要.I 1 绪论.1 1.1 概述.1 1.2 PVC 糊树脂制备方法.2 1.2.1 微悬浮法.2 1.2.2 乳液法.2 1.2.3 混合法.2 1.3 配方.2 1.4 设备选择.3 1.5 原料及产品性能.4 2 物料平衡关系示意图.4 3 种子乳液聚合生产聚氯乙烯糊树脂的原理.5 3.1 氯乙烯聚合反应机理.5 3.2 氯乙烯种子乳液聚合成粒机理.6
5、4 相关数据资料.6 5 投料流量.7 6 物料衡算(仅考虑参与反应物质,催化剂以及杂质计算忽略).8 7 编写物料平衡表,绘制物料流程图.11 8 设备选型.12 8.1设备的选择.12 8.2主要设备选择.13 总结.14 参考文献.15 欢迎您阅读并下载本文档,本文档来源于互联网整理,如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档!1 绪论 1.1 概述 近半个世纪来,全球 PVC糊树脂工业发展较快,特别是近十年来,产能与产量呈跳跃式增长,在亚洲地区增长尤为显著。目前全球 PVC糊树脂总产能约 374.2万吨/年,亚洲总产能约 91.8万吨,占总产能的 24.5%。中国是 PVC糊树脂
6、工业发展最快的地区,2010年产能 59.2-60万吨/年,约占全球总产能的 13.4%,占亚洲总产能约 57.6%,是亚洲地区最大的生产国。2008年,全球 PVC糊树脂总产量约 309万吨,中国产量 38 万吨,约占全球总产量 12.3%。产能与产量位居世界第三位。全球 PVC糊树脂产能约占普通聚氯乙烯(简称 PVC)总产能 4500万吨/年的 8.7%。2008年,中国 PVC糊树脂销量约 35 万吨,进口 6.3万吨,出口 0.73万吨,表观消费量 40.57万吨。中国 PVC糊树脂年消耗量的 40%经加工后出口,进口绝大部分经加工后复出口。中国 PVC糊树脂高端产品目前尚不能完全满足
7、国内市场需求,需要进口予以补充。普通型 PVC糊树脂市场则总体呈饱和状态,市场供大于求。与传统的悬浮树脂相比,PVC糊树脂具有以下优点:(1)加工设备价廉;(2)模具简单便宜;(3)可制成特别形状;(4)发泡容易;(5)制品受热次数少,并可以少量、多品种进行生产。PVC糊树脂(PVC)是聚氯乙烯树脂中的一大类,与悬浮法树脂相比是高分散性粉状物,粒度范围一般在 0.12.0 m(悬浮法树脂粒度分布一般在 20200 m)。PVC糊树脂是 1931年在德国的法本(IG Farben)工厂开始研究,并于 1937年实现了工业化生产。我国 PVC糊状树脂的生产厂家有近 20 家,总生产能力约为 18
8、万吨/年,约占 PVC树脂总生产能力的 10%,实际产量约为 11 万吨/年,约占 PVC总产量的 7%。其中生产能力在 2 万吨/年的生产厂家有 4 家,即:沈阳化工、湖南郴州化湘化工厂、天津化工厂、上海氯碱化工股份有限公司、安徽合肥化工厂。中国 PVC糊树脂产品总体分为三类,第一类:普通型 PVC糊树脂,主要用于制造人造革、水田靴、工具把手、壁纸、地板卷材等相对低档产品。由于生产工艺较易掌握,为国内大多数生产企业所生产。目前全世界 PVC糊树脂总生产能力约 200万 t/a。其中,西欧是 PVC糊树脂生产厂家最多、产量最大的地区,西欧各国的PVC糊树脂生产能力已达到70 万75 万 t/a
9、。国外发达国家PVC糊树脂生产企业绝大多数采用乙烯法路线,且规模较大。从生产方法来看,已开发了乳液种子聚台法、乳液连续聚台法、乳液无种子聚合法,微悬浮聚合法、种子微悬浮法、乳液微混合法等。欢迎您阅读并下载本文档,本文档来源于互联网整理,如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档!1.2 PVC 糊树脂制备方法 中国糊PVC 树脂生产工艺路线有两种:一是采用电石为原料工艺路线,约占总产量的 65%;二是采用VCM、EDC为原料工艺路线,约占总产量的35%。世界糊PVC 树脂生产基本采用VCM、EDC 为原料工艺路线。糊 PVC 树脂工艺路线主要有微悬浮聚合法、乳液聚合法和混合聚合法三种方法
10、。1.2.1 微悬浮法 微悬浮聚合是制得 PVC 糊树脂较新的一种方法,早在 20 世纪 60 年代中期已工业化。其流程是:先将部分 VCM(5%)用机械均化的方法制成稳定的乳状(粒径在 1.0m 左右),然后进行聚合(必须选用油溶性的引发剂)。用这种方法生产的 PVC 糊树脂的流动性优良,乳化剂用量少,树脂的热稳定性和抗水性均得到了改善。该生产工艺需特别注意以下几个影响因素:选用合适的复合乳化剂和颗粒改良剂体系;聚合体系组分的均化;搅拌速度;水与单体之比恰当。1.2.2 乳液法 乳液聚合配方主要有 VCM、水、水溶性引发剂和乳化剂。乳液聚合对搅拌要求很严格,引发作用是在水相中进行的,通常使用
11、的引发剂是水溶性过硫酸盐。一般情况下,乳液聚合得到的乳胶粒径小于 0.2m,为了达到增大乳胶粒径的目的,开发了乳液种子聚合法,使乳胶粒径增大到 1.0m 左右。在乳液聚合中,如果有已生成的高聚合物乳胶存在,控制物料配比和条件,原则上 VCM 仅在已生成的乳胶粒子上聚合,而不再形成新的粒子;这种已生成的高聚物乳胶就好像晶种,因此称为乳液种子聚合。乳液聚合中乳化剂很重要,所用数量决定了引发剂的粒子数,且对最终的胶乳粒子的大小起了主要作用。特别在进行种子生成时,采用高引发速率和低浓度乳化剂进行生产,能使胶乳微粒尺寸分布变窄。1.2.3 混合法 混合法 PVC 糊树脂生产工艺主要是集乳液聚合和微悬浮聚
12、合于一体,在整个反应过程中要加入经过乳液聚合后的种子和其他乳化剂、引发剂、各种助剂及 VCM 一起参与反应。混合法用 C16 和 C18 混合直链醇与十二烷基硫酸钠或月桂酸胺组成乳化剂形成微小乳液,聚合反应主要在微滴中进行。乳液聚合后加入种子使整个粒径成为双峰分布。本设计采用乳液种子聚合法制备 PVC 糊树脂。1.3 配方 溶剂:水 单体:氯乙烯纯度 99.98%以上 乳化剂:乳化剂是可使互不相容的油与水转变成难以分层的乳液的一类物质。乳化剂通常是一些亲水的极性基团和疏水(亲油)的非极性基团两者性质兼有的表面活性剂。欢迎您阅读并下载本文档,本文档来源于互联网整理,如有侵权请联系删除!我们将竭诚
13、为您提供优质的文档!引发体系:引发体系主要是油溶性或水溶性引发剂。油溶性引发剂主要有偶氮引发剂和过氧类引发剂,偶氮类引发剂有偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、偶氮二环己基甲腈、偶氮二异丁酸二甲酯引发剂等,水溶性引发剂主要有过硫酸盐、氧化还原引发体系、偶氮二异丁脒盐酸盐(V-50 引发剂)、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(VA-044 引发剂)、偶氮二异丁咪唑啉(VA061 引发剂)、偶氮二氰基戊酸引发剂等。1.4 设备选择 聚合釜容积:工业化大生产使用问歇悬浮法聚合釜容量一般为 60107 立方米。我国已开发出 70 立方米聚合釜,样机已在锦西化工机械厂研制成功。本设计采用 76 立聚合釜。采
14、用微机控制,提高了批次之间树脂质量的稳定性,且消耗定额低。传热方式:传热能力直接影响着聚合反应的速度和生成物的质量,也影响着产量。在大型聚合釜上,国外采用了体外回流冷凝器,体内增设内冷管等除热手段。近几年,美国古德里奇公司又研制出一种薄不锈钢衬里聚合釜,以便提高釜壁的传热能力,为使薄壁能承受反应压力,在不锈钢衬里与聚合釜套之间安装了支撑内衬套的加强筋,这种釜的结构大大提高了聚合釜传热效率,且有较好的承压能力9。搅拌方式:搅拌能力是聚合釜的关键技术指标之一,搅拌能力直接影响着传质、传热及树脂的粒态分布,最终影响产品的质量,而不同的工艺方法对搅拌的要求又不尽相同。过去,PVC 聚合釜大都采用平桨和
15、折叶桨,搅拌效果不甚理想。随着搅拌技术的不断进步及搅拌试验手段的不断提高,使我们有条件为 PVC 釜配备更理想的搅拌器。大量的搅拌实验研究证明,三叶后掠式搅拌器的传质效果好,循环和剪切性能均适合于 PVC 生产的需要,因此,本设计在 PVC 生产中采用三叶后掠式搅拌器。干燥机:干燥器发展迅速,主要有 2 种方式,即气流干燥和流态化干燥。我国 PVC 工业化生产最初主要用的是气流干燥器,但是随着聚合工艺技术的发展,聚合生产能力提高,树脂产品也朝着疏松型发展,气流干燥器从生产能力和干燥效果等方面已经不能满足生产的需要,后来发展到气流干燥器,沸腾床干燥器和冷风冷却3 段干燥技术。但这样动力消耗大,产
16、品质量不是很好。目前主要用的是旋风干燥器和卧式内加热流化床。旋风干燥器结构简单,投资较少,目前很多装置都在用。卧式内加热流化床综合能耗比旋风干燥器要低,主要有多室沸腾床和两段沸腾床 2 种。但在生产中发现多室沸腾床的花板容易漏料,不同牌号切换时比较麻烦,且生产能力有限。两段流化床改进了,操作稳定性好,易于产品牌号的切换,生床的花板产能力较大。本设计中采用卧式内加热流化床。离心机:对浆料进行离心脱水,得到含水量 25%的聚氯乙烯。PVC 生产过程中需要大量的逻辑判断和离散控制,因此本设计采用二位式控制组件,如通/断式二位开关阀控制各种物料的传输,和二位控制的电机和泵机。欢迎您阅读并下载本文档,本
17、文档来源于互联网整理,如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档!气体塔:汽提技术及设备也有改进汽提塔朝着节能、高效的方向发展。现在常用的汽提塔主要有溢流堰筛板塔和无堰筛板塔,有堰筛板塔传质传热仅在筛板上进行,在板间移动时只有传热没有传质,而无堰筛板塔在塔内一直都在传质,目前传热。因此无堰筛板塔效率高于有溢流堰的塔,无堰筛板塔的塔盘设计也逐渐合理科学化,塔盘的厚度,开孔率在实践中逐渐优化,并被纳入设计体系中。很多无堰筛板塔塔盘是整体装卸的,随着生产能力的提高,设备 整体装卸很不方便,目前,生产能力较大的的增大汽提塔的塔盘,可以采用可拆卸式的塔盘。汽提塔的塔顶操作压力也逐渐从微正压操作向微
18、负压操作发展,使得塔顶物料沸腾温度低,节约了蒸汽却提高了单体脱出效率。为了强化汽提效果,浆料经过汽提后利用重力作用进入闪蒸罐,进一步汽提,降温。因此,本设计采用无堰筛板塔。1.5 原料及产品性能 氯乙烯:CH2=CHCl 分子量 62.50,无色易液化的气体。液体的密度 0.912lg/cm3。沸点-13.9。凝固点-160。自燃点 472。临界温度 142。临界压力 55.2Pa。难溶于水,溶于乙醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷。易聚合,能与丁二烯、乙烯、丙烯、内烯腈、醋酸乙烯、两烯酸酯和马来酸酯等共聚。能与空气形成爆炸性混合物,爆炸极限 3.6-26.4。遇明火、高温有燃烧爆炸的危险。无空气和水分
19、的纯氯乙烯很稳定,对碳钢无腐蚀作用。有氧存在时,氯乙烯过氧化物,它可与水生成盐酸从而腐蚀设备,过氧化物还可以使氯乙烯产生自聚作用。长距离 运输时应加入阻聚剂氢醌。2 物料平衡关系示意图 图 1 为氯乙烯糊树脂生产物料平衡关系示意图 欢迎您阅读并下载本文档,本文档来源于互联网整理,如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档!3 种子乳液聚合生产聚氯乙烯糊树脂的原理 3.1 氯乙烯聚合反应机理 氯乙烯乳液聚合属于游离基引发加聚反应,其反应是为:聚合反应活性中心是游离基,其基元反应如下。a链引发。引发分解产生游离基:游离基生成后,如与胶束中的氯乙烯分子碰撞激发氯乙烯双键上 电子,使之分离成两个
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