I年產(chǎn)6萬噸PVC合成的初步工藝設(shè)計所使用的PVC主要廣泛應(yīng)用于人造革、薄為77~90℃,大于100℃或長期被強烈的太陽光照射下暴露而產(chǎn)生的氯化氫水溶液在170℃本次設(shè)計是年產(chǎn)6萬噸PVC合成的初步工藝設(shè)計計劃。根據(jù)相關(guān)文獻和記錄，本設(shè)計完成重要設(shè)備的物料平衡和熱量平衡，還包 I 1 11.1.1物化性質(zhì) 11.1.2分類 1 1 1 2 4 4 5 5 6 6 61.6.3乳液聚合 61.6.4溶液聚合 62聚氯乙烯生產(chǎn)合成工段工藝設(shè)計 72.1工藝方案選擇 72.1.1氯乙烯單體制備方法選擇 72.1.2合成方法選取 72.1.3助劑選用 72.1.4主要原料及產(chǎn)物的物化性質(zhì) 82.1.5其他輔助原料 9 2.2.1合成工段 2.2.2汽提工段 12.2.3離心干燥及包裝 12.3設(shè)計任務(wù) 2.4.2汽提塔物料衡算 2.4.3離心機物料衡算 2.5由工段選定設(shè)備及熱量衡算 2.5.1氣流干燥塔熱量衡算 2.6主要設(shè)備計算及選型 212.6.1聚合釜選型 2.6.2氣流干燥塔選型 232.7.1聚合釜設(shè)計 2.7.2攪拌裝置設(shè)計 2.8強度校核 252.8.1釜體圓筒計算 2.8.2封頭計算 3設(shè)計結(jié)果 3.1物料衡算結(jié)果 27 3.1.2汽提塔 3.1.3離心機 3.2熱量衡算結(jié)果 28 3.2.2氣流干燥塔 3.3主要設(shè)備選型結(jié)果 3.4設(shè)備壓力、強度校核 29參考文獻 11概述聚氯乙烯(PVC)是由氯乙烯(VC或VCM)聚合而成的熱塑性聚合物。不同的聚合方式會生成不同大小的樹脂顆粒產(chǎn)品。聚氯乙烯在水中的溶解度幾乎為零，不溶于汽油、酒精。[1聚氯乙烯不溶于絕大部分的溶劑，只溶于及其有限的溶劑。但溶于酮類、酯類等。反應(yīng)的溫度升高，化學(xué)穩(wěn)定性降低。8]聚氯乙烯具有以下特性：輕盈抗?jié)B性；易于維護；耐久性；天然可燃性低。按軟硬程度：軟制品和硬制品。按聚合程度：低聚合產(chǎn)品、高聚合產(chǎn)品、普通樹脂、超高聚合度產(chǎn)品。按單體種類分：均聚物和高聚物。PVC的主要優(yōu)點是易燃、耐磨、防化腐蝕、水蒸氣滲透率低。出過這些優(yōu)點以外，聚氯乙烯還有綜合機械性能、產(chǎn)品透明度、電絕緣能力、隔熱、阻燃、抗震性能良好等等優(yōu)點。缺陷為耐熱性不太好，抗沖擊性小，溫度降低時硬化快。撞擊時有一個非常脆弱的裂縫。然而，PVC極易通過化學(xué)和物理方法進行修飾，并顯著提高其性能。1.1.4包裝和儲存方法(1)PVC樹脂可放入有塑料箔的紙袋、布袋或聚丙烯袋中來整理儲存。(2)PVC包裝應(yīng)標(biāo)明品牌名稱、凈重等。(3)樹脂應(yīng)保存在通風(fēng)的地方，物品且應(yīng)保持干燥的狀態(tài)，避免碰到水。除此之外，還要防止陽光照射。(4)運輸PVC時防止淋濕。聚氯乙烯(PVC)由于其成本低等一系列的優(yōu)點，不但是一種理想的材料，也是一種在使用塑料的歷史上不斷的活躍的優(yōu)秀材料。[2]純PVC是一種白色、易碎的聚合物，可通過在PVC中添加增塑劑的作用方式，使其變得柔軟，因此，增塑劑中最常見的類別之一是鄰苯二甲酸酯，就是鄰苯二甲酸產(chǎn)物。與許多其他聚合物相比，硬質(zhì)PVC具有良好的強度。拉伸力要比聚乙烯更強。塑料制2造業(yè)在生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品時，往往選用松散樹脂作為原料，如電纜絕緣率高，袋子、瓶子、PVC的產(chǎn)量特別大，通用性極強，且廣泛存在。由于地區(qū)等一系列的原因，PVC例，它面臨著產(chǎn)能過剩矛盾不斷加劇、企業(yè)利潤水平進一步下降等一系列問題。目前，從21世紀(jì)開始，我們就需要深入地學(xué)習(xí)并運用國外的先進技術(shù)，為了我國的聚氯化學(xué)材料的需求量一直在增加并發(fā)展迅速，所以PVC的產(chǎn)量增長率急速上升。需雖然當(dāng)前PVC行業(yè)的形勢不容樂觀。許多PVC生產(chǎn)商正經(jīng)歷著停產(chǎn)等一系列危機。這不僅是由于國內(nèi)PVC產(chǎn)能過剩情況嚴(yán)峻，也是因為國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展平緩的原因。為了生存和發(fā)展，各PVC生產(chǎn)廠家都積極推進產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化和轉(zhuǎn)型，要提高技術(shù)水平如今這不樂觀的現(xiàn)狀，與當(dāng)初盲目擴大PVC產(chǎn)量有著很大的關(guān)系。很多生產(chǎn)廠家3不斷連續(xù)的擴展PVC各種用途，不但是企業(yè)生產(chǎn)廠家自身的需求，也是上下游企近年來，世界PVC的各方面的生產(chǎn)和運行技術(shù)的進步主要與新一代節(jié)能技術(shù)和成減少乙炔的使用。在聚合方面，盡管國內(nèi)懸浮液PVC生產(chǎn)方法取得了一些進展，例如品質(zhì)量專業(yè)，品牌多元化、經(jīng)營理念升級提升為了在國內(nèi)的PVC行業(yè)取得進展，必須考慮以下幾個方面：(1)目標(biāo)是加快企業(yè)的重整，朝著企業(yè)規(guī)?；?、集體化的方向發(fā)展。建立了幾家生(2)采用先進的生產(chǎn)工藝。介紹和引進先進的乙烯基氯化氧工藝方法，或開發(fā)其他較便宜的原料路線；懸浮法等等一系列的聚合法；改進釜，提高PVC生產(chǎn)裝置的和性能；通過引入DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)代化。(3)重組產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，密集掌握高附加值產(chǎn)品和改性PVC產(chǎn)品。除了普遍采用的聚氯(4)節(jié)約能源。PVC框架內(nèi)有效措施將對電石法的繼續(xù)存在至關(guān)重要，我們還為氯為我國PVC發(fā)展的最大障礙，解決該問題問(5)這一趨勢將持續(xù)到近年，隨著新的大中型PVC生產(chǎn)企業(yè)集中在煤炭儲量豐富的42012年P(guān)VC發(fā)布后，在這方面，PVC內(nèi)部的企業(yè)發(fā)展模式，通過再生產(chǎn)方法擴大生產(chǎn)商和消費者轉(zhuǎn)向大型PVC生產(chǎn)商。1.5氯乙烯制備技術(shù)方法(1)國外電石法氯乙烯合成技術(shù)研究進展對人體有一定的危害。因此，電石法PVC生產(chǎn)商更想用無汞催化劑來生產(chǎn)，研究出了(2)國內(nèi)電石法及氯乙烯合成的技術(shù)相關(guān)研究進展與其他行業(yè)相比，我國用于生產(chǎn)PVC電石快的研究出一些有用的措施和高效率的方法，進一步可以快速棄更高的標(biāo)準(zhǔn)。還要嚴(yán)格把握用新型技術(shù)所開發(fā)的產(chǎn)量，采一些科研人員認(rèn)為今后研究ISCO技術(shù)在過硫酸鹽中的應(yīng)用，還可以與方法相結(jié)合進步發(fā)展，研究過硫酸鹽的復(fù)合潛力。5硫酸鹽是一種高效的措施，可以更好地治理污染，并且可以考慮生物降解產(chǎn)生的熱量。(3)電石乙炔法的工藝比起其他工藝來說相對簡易，由于我國煤炭來源廣泛，而且以電石和乙炔為基礎(chǔ)的氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)具有操作簡單、投資較少和高容量的優(yōu)勢。電石法制聚氯乙烯應(yīng)與下游企業(yè)相聯(lián)合，制造出不同用途的多種類PVC。[5]大口徑耐壓PVC長輸管道的研制高抗沖擊、耐寒、耐候管道專用材料的研究；聚性、耐腐蝕性和耐腐蝕性。聚氯乙烯的阻燃性和耐化學(xué)性使其廣泛應(yīng)用于建筑、運輸、電力運輸?shù)纫幌盗蟹矫?，特別是在天然氣和石化管道中。[10JPVC市場的40-42%用于管道(尤其是污水管)和配件，因為它能抵抗各種化學(xué)物質(zhì)，包括酸、堿、醇、鹽和脂肪。軟管和管道占另外20%的市場，剛性薄膜和薄板占16-19%,電纜和電線絕緣占7-8%。在如今這個發(fā)展現(xiàn)代化的現(xiàn)代社會，經(jīng)濟體系日益增長，社會對與PVC產(chǎn)能需求產(chǎn)能需求也在不斷快速增長，其中PVC型材進一步受到人展迅速；PVC制的管道，要占塑料管道的應(yīng)用總管道50%甚至比例更大。其他PVC產(chǎn)我國對PVC樹脂的需求迅速增長，特別是為了促進國家發(fā)展，受到客觀政策的影軟質(zhì)PVC的抗拉強度明顯弱于RPVC,為6.9-25MPa,耐溫性較低，但其沖擊強6度較高，且更容易擠出或成型。由于不同制造商使用不同的增塑劑，軟質(zhì)PVC的性能非食品包裝、各種銀行卡或會員卡、人造革，包括手袋、外套、鞋和汽車裝潢、地板、該方法的原理是將分散的氯乙烯，懸浮在了溶液中。引發(fā)劑分解成自由基。氯乙烯單體是通過鏈開始、鏈生長等一系列自由基反應(yīng)形成的，進一步制備成PVC。物聚合完全后，通過低粘度液相→糊相→粉末相得到粉末狀PVC。成后，通過干燥得到的乳液，即所需的PVC。通過溶液聚合生產(chǎn)PVC通常需要以下幾個步驟：酸(EHP),攪拌并加熱至40℃;(3)沉淀分離：聚合物不溶于溶劑，并在反應(yīng)系統(tǒng)中形成沉淀物以去除懸浮固體以獲得均勻的PVC。[6]72.1.1氯乙烯單體制備方法選擇由于我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展進步，各種新型材料的合成發(fā)展，推動了氯產(chǎn)品的迅速發(fā)展。氯乙烯是氯化產(chǎn)品中的一種商品，氯乙烯單體的生產(chǎn)方式有電石法、乙烯法等方法。電石法中是乙炔氯化氫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成的氯乙烯(VCM)。該方法設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡易，經(jīng)濟措施較少，而且收率高。受汞鹽限制，被環(huán)境防護等限制。[25]由于我國的石油資源相對來說較少，而電石原料在各個地區(qū)都有分布，所以許多化2.1.2合成方法選取迄今為止，PVC生產(chǎn)的聚合工藝生產(chǎn)技術(shù)有懸浮法、本體法、乳液法、微懸浮法和溶液聚合法五種。大多數(shù)均聚和共聚產(chǎn)物均采用懸浮聚合法制備。懸浮液聚合過程成熟，懸浮液聚合過程基本上是以復(fù)合引發(fā)劑為基礎(chǔ)的，可通過控制反應(yīng)溫度來保證反應(yīng)速度均勻。為了保護釜免受粘合劑的損害，應(yīng)在鍋爐中加入防粘液劑。在懸浮液法中，聚氯乙烯被廣泛使用，因為其品種很容易適應(yīng)，操作成本低等。通過以上敘述，本設(shè)計聚氯乙烯的合成采用懸浮法。2.1.3助劑選用(1)聚合引發(fā)劑的選擇原則適合的引發(fā)劑體系，無論是對聚合時間的縮短，還是對提高生成物的效率，以及設(shè)備的強度性質(zhì)有很大的幫助131。以前采用的是偶氮引發(fā)劑，不但活性低，而且毒性較大，確定明顯較多。故采用的是另一種引發(fā)劑，目前主要采用的是EHP(二乙基己基碳酸氫鹽過氧化物),活性比起其他引發(fā)劑較高，而且放熱均勻。引發(fā)劑能在低溫下釋放自由基，這是在聚合反應(yīng)的過程中，初始自由基僅僅的唯一來源。11引發(fā)劑的用量越多，反應(yīng)的速度愈快，反應(yīng)的時間愈短，生產(chǎn)效率就愈大。(3)分散劑明膠最初用作分散劑，但由于其易變質(zhì)，是不利于塑化的，所以很少使用。一般采公司采用溫度分散劑是聚乙烯醇，如日本可樂麗公司所生產(chǎn)的聚乙烯醇。[14]分散劑的作用是防止發(fā)生爆炸性聚合。分散劑的性能需符合工藝要求。(4)其他助劑反應(yīng)后加入終止劑，這可以消除殘留自由基以及引發(fā)劑，保證單體的回收得以成功；8在緊急情況下，必須添加終止符以停止免疫反應(yīng)。廣泛應(yīng)用雙酚A、丙酮硫代氨基脲2.1.4主要原料及產(chǎn)物的物化性質(zhì)(1)電石化學(xué)式：CaC2,主要成分為碳化鈣，晶體呈白色。電石的一個特點是與水相接觸后，可立即發(fā)生了非常強烈的反應(yīng)，生成乙炔并釋放熱量。外觀閃點熔點沸點白色晶體性(2)氯化氫氯化氫耐熱，僅在1500°C左右分解。它的氣味是令人窒息的，有腐蝕性。表2.2氯化氫性質(zhì)外觀熔點沸點極易溶于水-114.2℃(3)乙炔乙炔無色，在空氣中它是不會燃燒的，耐熱，僅在1500°C左右分解。它的氣味令人窒息，對人體的上呼吸道有著刺激性。外觀密度熔點沸點(5)氯乙烯氯乙烯它是一種可液化的氣體，顏色是無色的，且有毒性。因為在空氣中會產(chǎn)生爆炸性的物質(zhì)，所以在運輸?shù)倪^程中注意容器以及氮氣的密封性，并加入少量阻聚劑。9外觀閃點密度熔點沸點無色有醚樣(空氣=1):-159.7℃2.1.5其他輔助原料(1)活性炭活性炭常被用作吸附劑，還經(jīng)濟實用。因其比表面積很大，可吸附多種有機物和無機物。吸附容量由活性炭的表面的性質(zhì)決定。[15]物理性質(zhì)百分比物理性質(zhì)百分比吸苯率比表面積機械強度苯酚吸附量四氯化碳吸附率(2)去離子水所用反應(yīng)介質(zhì)中的水需要用離子交換樹脂脫鹽。去離子水的用量和質(zhì)量在聚合過程中要求較多。無論是水的導(dǎo)電率，還是水的pH值，都應(yīng)該要求按照一定的要求和比例制配。優(yōu)良的去離子水可以大大促進所生產(chǎn)聚合物水的質(zhì)量。pH值應(yīng)在6～7之間。[16](3)氯化汞觸媒氯化汞催化劑主要用于用電石乙炔合成氯乙烯單體的PVC工業(yè)，是如今最優(yōu)良的目前，我國汞資源極度匱乏，由于汞的毒性，生活環(huán)境也會受到影響。伴隨著經(jīng)濟進步等因素，人們的環(huán)保意識形態(tài)也在逐漸提高，[17應(yīng)該運用環(huán)保型的觸媒，這需要進一步采取優(yōu)良技術(shù)，盡量避免環(huán)境溫度污染。水中不溶物鐵砷2.2生產(chǎn)工藝流程簡圖及簡述未反應(yīng)單體未反應(yīng)單體真空泵VC氣柜分散劑引發(fā)齊助劑PVC成品漿料離心整個流程中所采用的控制模式是DCS分布式控制過程。把去離子水、分散劑、和單體的儀器真空泵，進一步回收到了VC氣罐中，然后送入回收裝置，進行加壓冷凝回該工藝聚合物體系所需要進行的反應(yīng)為一種放熱性反致的，這樣才能保證集成材料的溫度獲得恒定。氯乙烯得到的聚合作用機理主要特征之一就是向單體鏈的轉(zhuǎn)移明顯，PVC的聚合程度僅取決于溫度，與引起催化劑的濃度和其轉(zhuǎn)移的速率沒有直接關(guān)系。所以，聚合物的溫度必須被非常嚴(yán)格地控制(如±0.2℃)。這就需要導(dǎo)致引發(fā)系統(tǒng)能夠具有穩(wěn)定的聚合放熱速率，要求聚合式反應(yīng)釜能夠具有良好的傳熱性能并且可以保證及時散熱。2.2.2汽提工段PVC料漿用過濾器、料漿泵、螺旋板式換熱器等通過，從塔底排放出的加熱漿液。然后再次進入設(shè)備汽提塔，進一步開始加熱汽提的操作。將從塔底分流出來的熱漿液，從相同的換熱器中進入到塔內(nèi)冷漿液中，然后冷卻，隨后送入離心干燥體系。塔頂真空泵吸收從塔頂上部分排出未經(jīng)冷凝的氯乙烯氣體。隨之在進行塔底汽提后這一步驟之后，會去除了很多殘余單體后的混合漿液料，由一臺漿液泵吸收并進行抽送后，經(jīng)過換熱器加以冷卻后再將其輸送到混合槽，進一步分層離心干燥。[24]圖2.2是汽提塔的結(jié)構(gòu)圖。2.2.3離心干燥及包裝由汽提塔流出的PVC料漿經(jīng)離心分離后得到一個含水量大約為20%的PVC濾餅，經(jīng)過螺旋式輸送器將其帶入干燥系統(tǒng)，然后再次對其進行干燥。樹脂式干燥機主要有兩種操作方式：脈沖空氣干燥塔和旋風(fēng)式干燥機。熱風(fēng)就像是一種干燥而有效的熱源。將干燥后的PVC經(jīng)圓盤式振動篩濾出后，通過羅茨鼓風(fēng)機泵送至料斗，料倉內(nèi)的PVC成品在包裝、稱重、堆放、自動化分析后即可入庫。(1)說明設(shè)計的基本依據(jù)(2)工藝流程設(shè)計確定(3)工藝計算：物料及熱量衡算(4)主體設(shè)備的制造工藝量計算和主體設(shè)備類型(5)繪制工藝流程圖及聚合設(shè)備圖2.4由工段選定設(shè)備及物料衡算計算依據(jù)：(1)生產(chǎn)規(guī)格：年產(chǎn)量為6萬噸的聚氯乙烯(2)工作時間：以300天計算聚合部分屬于間歇操作(以kg/釜為基準(zhǔn));汽提，離心及干燥部分為連續(xù)操作(以kg/h為基準(zhǔn))。(3)反應(yīng)溫度：56℃(4)轉(zhuǎn)化率：88%(5)計算基準(zhǔn)：根據(jù)聚氯乙烯樹脂產(chǎn)品的一般質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，采用GB5761-93懸浮法生產(chǎn)PVC樹脂(6)投料量：對主要設(shè)備一些物料平衡進行計算。計算出每批VC單體的投料量：每年設(shè)計聚氯乙烯的產(chǎn)量為6萬噸，開工時間為300天，計劃日產(chǎn)3批。采用4釜(48m3)并聯(lián)。每批應(yīng)生產(chǎn)的聚合物的量為6×10?/(300×3×0.94×4)假設(shè)單體88%轉(zhuǎn)化為聚合物，VC單體的投料量為：17730.50/0.88=20148.30Kg/B2.4.1聚合釜物料衡算進入聚合釜內(nèi)VC單體：去離子水的質(zhì)量：M?=1.4×M1=28207.62kg/B引發(fā)劑的質(zhì)量：M?=0.001×M1=20.15kg/B終止劑的質(zhì)量：分散劑的質(zhì)量：調(diào)節(jié)劑的質(zhì)量：防粘釜劑的質(zhì)量：20148.30×88%×99%=17553沒有參與聚合釜反應(yīng)的VCM量：20148.30×(1-88%)=2417聚氯乙烯損失量：M損=20148.30×88%×1%=177.31kg/B全釜：M9=M(未反應(yīng)的PVC值)+M?+M?+...+M=48763.23kg/B全釜衡算：則通過數(shù)據(jù)計算得表2.7:結(jié)果是正確的。出料kg/B去離子水引發(fā)劑終止劑分散劑調(diào)節(jié)劑防粘釜劑二次用水損失PVC2.4.2汽提塔物料衡算從該階段至產(chǎn)品的包裝分類段，這一過程的過渡是一個持續(xù)的過程，在此計算的標(biāo)準(zhǔn)將會被修改成為了kg/h。由任務(wù)指標(biāo)得：產(chǎn)出小時量：6×10?/(300×24)=8333.33產(chǎn)品含水量：0.3%,換算成絕干樹脂：8333.33×0.997=8308.33kg/h進入汽提塔內(nèi)絕干樹脂量為：由換算成的絕干樹脂量作為成計算的基準(zhǔn)，求出該階段進料中各組分量：入水量：28707.62×8661.88/17375.89=14310.75kg/h助劑進入量：單體進入量：7.82×8661.88/17375.物料損失量：PVC出料量：出料量中：如果已知材料的VCM含量：13.6ppm,則該材料中的PVC含量為：:求蒸汽冷凝量：計算出該階段中的蒸汽冷凝量：進入塔內(nèi)的物料：T始=66℃,P塔內(nèi)=0.06MPa,水沸點：80℃,而在該條件下蒸汽熱中有大量的的潛熱值：2293.9kj/kg。蒸汽在塔內(nèi)剛開始的溫度：142℃。蒸汽熱中潛熱量很大，以及又大量的熱能，能保證材料的加熱，這不僅包括懸浮液溫度的上升，還有單體VCM對蒸汽擴散能量，而單體擴散：71kj/kmol。吸收的熱量：單體擴散能：3.90-0.117/62.5×10-3×71=4297.49kJh總熱量：Q總=841459.75+46.30+21393.79+4297.49=867197.33kJ/h設(shè)汽的流量為V,設(shè)定：在該步驟中有35%的蒸汽在汽提塔內(nèi)會凝結(jié)，其余的則是在塔頂上。Q總=2.31(142-86V+0.35V×2293.9=867197.33kJ/h汽提塔的物料衡算整理在表2.7中。出料kg/h水助劑回收VC總計2.4.3離心機物料衡算PVC損失量：離心后，假定物料濕度20%,含水量：計算結(jié)果整理在表2.8中。出料kg/h助劑2.5由工段選定設(shè)備及熱量衡算(1)水分蒸發(fā)量W(2)空氣用量L=2877.20kWL(I?-I?)=L(160-34)=2877.20+162.16+43.86L(3)出干燥塔時氣體濕度H?用式得：(4)塔徑DVa:指1kg干空氣和所帶有的水蒸氣所占有的面積，m3kg絕干氣(5)塔高Z計算式Z=τ(u?-u?),采用方法：試差法。uo:沉降速度m/s;ug:空氣流速，應(yīng)為平均溫度下的速度；T:停留時間，材料在此時間段內(nèi)進行熱量傳遞。設(shè)Re,=1～1000,屬于過度流區(qū)，則：空氣的物性值，可按絕干空氣在平均溫度下所查，得：λg=3.21×10?kW(m.℃),vg=2校核：可知計算正確。Q=Wrw+Gc(C?+Cwx?)(t-=1.13×2419+2.34×(1.764+4.19×0.25)×(40-15)+2.34×1.982.5.2聚合釜熱量衡算該設(shè)備聚合的熱源有兩個：升溫及恒溫段。(1)升溫過程這一階段加熱所需的總熱是在達(dá)到聚合條件之前整個釜體和材料加熱時消耗的總熱。即Q?+Q?+Q?=Q4。計算：去離子水消耗熱：Q?=qmCp△t=28207.62×4.2×(56.2-25單體消耗熱：Q?=qm?Cp?△t=20148.30×0.848×31.2Q?=qm?C?△t=6600×0.504×31.2=1(2)恒溫反應(yīng)階段①求總傳熱系數(shù)Kα,α?:釜內(nèi)壁和釜外液膜的給熱系數(shù)值，單位：W/m2●k;:釜內(nèi)導(dǎo)熱熱阻，δ:聚合釜的厚度，λ:導(dǎo)熱率。夾套內(nèi)裝設(shè)為：螺旋導(dǎo)流板。螺距de=0.55m;水普蘭特數(shù)Pr=3.54?？p隙泄露中：一般的實測值≈計算值×80%,故故由得總傳熱系數(shù)為：②總傳熱面積A:平均反應(yīng)速率值：平均熱負(fù)荷放熱量熱負(fù)荷分布指數(shù)Qmax=QR=4.55×10?×1.5=6.83×10?k水流量9max=qmc,△t=4.2×(10-5)4m本設(shè)計中，釜夾套傳熱面積：A=69m2>59.87m2,由該式可知，該傳熱面積在該工段中的設(shè)計符合要求。聚合釜的熱量衡算結(jié)果整理在表2.9中。Q?:水，明膠吸熱量Q?:單體所需熱量Q?:設(shè)備所需熱量2.6主要設(shè)備計算及選型2.6.1聚合釜選型在使用過程中，對聚合物的要求應(yīng)是嚴(yán)格的，根據(jù)聚合過程的一系列特點，必須從兩個方面加以考慮：一是設(shè)備的安全性和可靠性。在保證安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，除滿足聚合物強度和剛度要求外，還應(yīng)留有一定余量；第二，工藝設(shè)計的合理性，即聚合釜的設(shè)計和制造，聚合釜必須以滿足聚合法人工藝為基礎(chǔ)，具有高效傳熱元件。穩(wěn)定的聚合工藝，合理的攪拌裝置，使樹脂質(zhì)量在一定程度上得到保證，鏡面拋光，便于清洗和涂裝間歇操作的設(shè)計任務(wù)相比較其他操作來說是較多的，可采用多個反應(yīng)器并聯(lián)的方式。為了更簡易的操作設(shè)備，還考慮到經(jīng)濟型。反應(yīng)器體積一致。故在本設(shè)計采用用如圖2.3的聚合釜。該釜是國產(chǎn)釜，容積為48m3(型),材質(zhì)為不銹鋼。確定好聚合釜的具體規(guī)格后，計算反應(yīng)器的數(shù)量：(1)本設(shè)計中每天生產(chǎn)產(chǎn)品的量：(2)生產(chǎn)周期包括反應(yīng)時間，輔助時間：對于本反應(yīng)：故每天生產(chǎn)3批(3)裝料系數(shù)：此反應(yīng)中，考慮到各個因素：取φ=0.8。(4)反應(yīng)器：所需臺數(shù)：(1)管路實際流量操作溫度下，空氣密度：p=1.23kg/m3,L=37.00/1.23×3600=1.08×10?m3/h(2)管路實際分壓根據(jù)上述計算結(jié)果，查得4-72-16型通風(fēng)機比較設(shè)施改設(shè)計中的參數(shù)。主要的性能相關(guān)的參數(shù)如表2.10所示：名稱型號全壓范圍功率范圍離心通風(fēng)機力壓力的壓力表，用于測量反應(yīng)堆內(nèi)材料液面的液面計、溫度計等。還好，因此采用45m3聚合反應(yīng)器。在設(shè)計攪拌裝置時，應(yīng)根據(jù)聚合物的條件進行設(shè)計。聚合物的粒徑、材料性能、聚合溫度和壓力是影響共混體系的重要因素。因此，在設(shè)計攪拌裝置時，還應(yīng)設(shè)計聚合物，聚合釜計算過程中相關(guān)符號：Vg:釜體公稱容積；η:裝料系數(shù)；V:釜體全容積；Di:釜體直徑；H:釜體高度；Vo:封頭容積。在本設(shè)計中可取η為0.75(2)釜體直徑：該設(shè)計中，聚合釜高徑比：2.08～3.85,取H/D?=2.4(1)筒體高度H:由于Di=2800mm,可選橢圓形封頭。查出該類型封頭的容積表可得：Vo=3.1198m3。圓整：4900mm。結(jié)果滿足條件。2.7.2攪拌裝置設(shè)計氯乙烯聚合反應(yīng)單元一般為立式聚合物。攪拌器的安裝可從聚合物頂部或聚合物底部插入，底部延伸式的安裝方式相對昂貴，技術(shù)要求高，但考慮到聚合物的設(shè)計尺寸為45m3,以提高聚合物的混合性能。為了使攪拌機更加穩(wěn)定，延長攪拌機的使用壽命，在聚合物設(shè)備中安裝攪拌裝置，為了節(jié)省電能。不僅要提高攪拌器的導(dǎo)熱性，而且要在聚合物外部表面安裝冷卻水套，以提高聚合物的冷卻能力。在設(shè)計攪拌器時，應(yīng)考慮聚合釜夾套結(jié)構(gòu)。聚合釜反應(yīng)溫度低于300℃,設(shè)計壓力低于1.4MPa。因此，選擇U形夾套。[22](1)直徑比：D?/Di≤1.2(D?:夾套直徑)聚合釜的直徑為2800mm,計算得：D?≤3360mm,取夾套內(nèi)徑為3200mm。Di=2800mm,D?/D?=1.14,2.8mm≤S?≤196mm;2.8強度校核聚合釜采用0Cr18Ni9Ti與16MnR的復(fù)合鋼板進行強度校核。[23]選取材料為16MnR及0Cr18Ni9Ti,設(shè)計壓力在該設(shè)計中為1.4MPa,釜體的直徑為2.8m,焊縫系數(shù)φ=1.0,雙焊縫對接接頭和全熔透對接接頭的100%無損檢測等同于雙設(shè)16MnR厚度在6到16mm之間，[σ]t=170MPa,σs=345MPa;[σ],?=170×1.0=170MPa滿足要求(3)水壓試驗故壁厚取14mm。2.8.2封頭計算材料和釜體一致(1)封頭壁厚計算對于橢圓形封頭形狀系數(shù)K=1壁厚計算：故圓整的壁厚應(yīng)取14mm。(故和筒體的壁厚是相同的，應(yīng)力的集中可以減少)(2)許用應(yīng)力校核：滿足要求。3設(shè)計結(jié)果本文對定量的聚氯乙烯合成工段進行了設(shè)計。選定了合成的方法：包括電石法及懸浮法。還選擇了主要設(shè)備，計算了有關(guān)物料、熱量衡算。在此之外，還包括了強度校核、主要設(shè)備的選定等。在查閱相關(guān)資料及文獻后計算具體的的結(jié)果。對于流程中的所選定設(shè)備進行物料衡算后，聯(lián)合具體算出的結(jié)果，可知計算結(jié)果正3.1.1聚合釜表3.1中的計算結(jié)果：表3.1總結(jié)出料kg/B去離子水引發(fā)劑終止劑分散劑調(diào)節(jié)劑防粘釜劑二次用水損失PVC3.1.2汽提塔表3.1中的計算結(jié)果：物料名稱進料kg/h