年产12万吨聚氯乙烯的合成工艺设计Word文档下载推荐.docx
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2014年5月20日
设计说明
聚氯乙烯(PVC)是国内外高速发展的合成材料中5大热塑性合成树脂之一,以其价廉物美的特点,占合成树脂消费量的29%左右,仅次于聚乙烯(PE),居第二位。
它具有优良的耐化学腐蚀性、电绝缘性、阴燃性、物理及机械性能、抗化学药品性能、质轻、强度高且易加工、成本低等特点。
本设计是年产12万吨聚氯乙烯(PVC)的合成工艺,确定了聚氯乙烯的聚合工艺为悬浮聚合生产工艺,采用容积为70m3,塔高为5000mm,塔径为4000mm的反应釜。
在确定聚氯乙烯生产工艺的基础上进行了物料衡算,热量衡算及设备选型。
工艺设计不仅提高了产品质量和生产效益,而且使生产过程更加环保科学化。
绘制了相应的设计图纸,包括工艺流程图、物料衡算图、主装备图等。
关键词:
聚氯乙烯(PVC),悬浮聚合,物料衡算,热量衡算,聚合釜
Designspecification
Polyvinylchloride(PVC)istherapiddevelopmentofsyntheticmaterialsathomeandabroadinoneofthefivemajorthermoplasticsyntheticresin,withitssuperiorqualityandcompetitiveprice,thecharacteristicsofsyntheticresinconsumptionaccountedforabout29%,secondonlytopolyethylene(PE),second.Ithasexcellentresistancetochemicalcorrosionresistance,electricalinsulation,smoldering,physicalandmechanicalproperties,chemicalresistance,lightweight,highstrengthandeasyprocessing,lowcost,etc.Thedesignisanannualoutputof120000tonsofpolyvinylchloride(PVC)synthesisprocess,theproductionprocessofpolymerizationprocessofpolyvinylchlorideforsuspension.thevolumeis70m3,heightis5000mm,thediameterofthecolumnfor4000mmreactor.IndeterminingthePVCproductiontechnologyonthebasisofmaterialbalance,heatbalanceandtheequipmentselection.Processdesignnotonlyimprovestheproductqualityandproductionefficiency,butalsomaketheproductionprocessmoreenvironmentalscience.
Drawthecorrespondingdrawings,includingtheprocessflowdiagram,materialbalancediagramandmainequipmentfigure,etc.
KEYWORDS:
PVC,Suspensionpolymerization,Materialbalance,Heatbalance,Polymerizingpot
1总论
1.1概述
1.1.1意义与作用
由于它具有优良的耐化学腐蚀性、电绝缘性、阴燃性、物理及机械性能、抗化学药品性能、质轻、强度高且易加工、成本低,可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工,是一种能耗少、生产成本低的产品。
因而聚氯乙烯(PVC)制品广泛用于工业、农业、建筑、电子电气、交通运输、电力、电讯和包装及人们生活中的各个领域。
聚氯乙烯(PVC)硬质制品可代替金属制成各种工业行材、门窗、管道、阀门绝缘板及防腐材料等,还可以做收音机、电话、电视机、蓄电池外壳及家具、玩具等。
其轻质品可制成薄膜[1]用以制作雨披、台布、包装材料以及农膜,还可制成人造革、电线、电缆等的绝缘层。
因此聚氯乙烯具有广泛的应用前景,所以聚氯乙烯的合成工艺需要进行深入的研究。
由于电石法聚氯乙烯生产技术是一种传统工艺,从HCl气体合成、C2H2的生成、脱水,混合、预热到催化转化,工艺和设计都没什么改进。
本设计目的在于添加了氯乙烯气相脱水工艺,根据既定的工艺路线和工艺条件,采用相关的单元过程及单元操作,设计出优化的工艺流程并根据工艺条件选择出合适的设备,以达到提高产品质量和生产效益的要求。
本课题对传统电石法聚氯乙烯的设计进行改进,不仅提高了生产效率,提高了氯乙烯单体的产量和质量,延长了设备的使用寿命,减少物料的损失,而且使生产过程中更加环保科学化。
1.1.2国内外的现状及发展前景
聚氯乙烯(PVC)广泛应用于工业、农业、建筑、交通运输、电力电讯和包装等各领域。
2006年我国PVC生产能力约为972万吨,产量为920万吨,净进口量达151万吨,消费年增长率在9.5%左右。
随着节水灌溉、建筑化学建材、包装、电子电气、汽车等下游行业对PVC需求的快速增长,未来几年我国对聚氯乙烯(PVC)的需求仍将保持较高的增长速度。
2007年全球PVC消费量约为3100万吨,预计到2020年我国PVC树脂的需求量将达到2160万吨。
预计到2020[2]年全球PVC的需求量将达到4600万吨。
1.1.3产品性质与特点
中文名称:
聚氯乙烯
英文名称:
Polyvinylchloridepolymer
简称:
PVC
玻璃转变温度:
87℃
熔点:
212℃
导热率(λ):
0.16W/m·
K
热容(c):
0.9kJ/(kg·
K)
吸水率:
0.04-0.4%
聚氯乙稀是一种无毒、无臭的白色粉末。
电绝缘性优良,一般不会燃烧,在火焰上能燃烧并放出HCl,但离开火焰即自熄,是一种“自熄性”、“难燃性”物质。
主要用于生产透明片[3]、管件、金卡、输血器材、软、硬管、板材、门窗、异型材、薄膜、电绝缘材料、电缆护套、输血料等。
聚氯乙稀具有阻燃(阻燃值为40以上)、耐化学药品性高(耐浓盐酸、浓度为90%的硫酸、浓度为60%的硝酸和浓度20%的氢氧化钠)[4]、机械强度及电绝缘性良好的优点。
但其耐热性较差,软化点为80℃,于130℃开始分解变色,并析出HCI。
聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成,聚合度n一般在500-20000范围内,其分子结构式如下:
从产品分类看,PVC属于三大合成材料(合成树脂、合成纤维、合成橡胶)中的合成树脂类,其中包括五大通用树脂,聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、ABS树脂。
1.1.4聚氯乙烯的主要用途
1.PVC一般软制品
利用挤出机可以挤成软管、电缆、电线等;
利用注射成型机配合各种模具,可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽车配件等。
2.PVC薄膜
PVC与添加剂混合、塑化后,利用三辊或四辊压延机制成规定厚度的透明或着色薄膜,用这种方法加工薄膜,成为压延薄膜。
也可以通过剪裁,热合加工包装袋、雨衣、桌布、窗帘、充气玩具等。
宽幅的透明薄膜可以供温室、塑料大棚及地膜之用。
经双向拉伸的薄膜,所受热收缩的特性,可用于收缩包装。
3.PVC涂层制品
有衬底的人造革是将PVC糊涂敷于布上或纸上,然后在100摄氏度以上塑化而成。
也可以先将PVC与助剂压延成薄膜,再与衬底压合而成。
无衬底的人造革则是直接由压延机压延成一定厚度的软制薄片,再压上花纹即可。
人造革可以用来制作皮箱、皮包、书的封面、沙发及汽车的坐垫等,还有地板革,用作建筑物的铺地材料。
4.PVC泡沫制品
软质PVC混炼时,加入适量的发泡剂做成片材,经发泡成型为泡沫塑料,可作泡沫拖鞋、凉鞋、鞋垫、及防震缓冲包装材料。
也可用挤出机基础成低发泡硬PVC板材和异型材,可替代木材试用,是一种新型的建筑才材料。
5.PVC透明片材
PVC中加冲击改性剂和有机锡稳定剂,经混合、塑化、压延而成为透明的片材。
利用热成型可以做成薄壁透明容器或用于真空吸塑包装,是优良的包装材料和装饰材料―如月饼包装盒。
6.PVC糊树脂
将PVC分散在液体增塑剂中,使其溶胀塑化而成增塑溶胶,通常用乳液或微悬浮树脂,还需加稳定剂、填料、着色剂等,经充分搅拌,脱气泡后,配成PVC糊,再用进、浸渍、浇铸或搪塑等加工成各种制品。
如衣架、工具手柄、圣诞树等。
7.PVC硬板和板材
PVC中加入稳定剂、润滑剂和填料,经混炼后,用挤出机可挤出各种口径的硬管、异型管、波纹管,用作下水管、饮水管、电线套管或楼梯扶手。
将压延好的薄片重叠热压,可制成各种厚度的硬质板材。
板材可以切割成所需的形状,然后利用PVC焊条用热空气焊接成各种耐化学腐蚀的贮槽、风道及容器等。
8.PVC其他
门窗有硬质异型材料组装而成。
在有些国家已与木门窗铝窗等共同占据门窗的市场;
仿木材料、代钢建材(北方、海边);
中空容器。
1.1.5产品的生产方法概述
聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成,聚合度n一般在500--20000范围内,其分子结构式如下:
聚氯乙烯按聚合方法分四大类:
悬浮法聚氯乙烯,乳液法聚氯乙烯、本体法聚氯乙烯、溶液法聚氯乙烯。
本实验设计采用悬浮发生产聚乙烯。
悬浮法(主要是水相悬浮法)生产的氯化聚氯乙烯为非均质产品,溶解度相对于溶液法产品低,但热稳定性高,主要用于制造管材、管件、板材等[5]。
1.2厂址选择
厂址选择是基本建设前期工作的重要组成部分,是根据国民经济建设计划和工业布局的要求,选择和确定工厂的建设位置。
一个工厂厂址选择是否合理,将对建厂速度,建设投资,对项目建成后的经济效益,社会效益和环境效益的发挥,对轻化工业的合理布局和地区经济文化的发展具有深远意义,所以厂址选择是一项政策性和科学性很强的综合性工作。
厂址选择的基本原则:
厂址选择必须遵守国家法律法规,贯彻执行国家方针、政策,坚持基本建设程序,符合国家长远规划及行政布局、国土开发整治规划、城镇发展规划。
从全局出发,正确处理工业与农业、城市与乡村、远期与近期以及协作配套等各种关系,并因地制宜,节约用地,不占或少占耕地及林地。
注意资源合理开发和综合利用、节约能源、节约劳动力;
注意环境保护和生态平衡、保护风景和名胜古迹;
同时,还要做到有利生产、方便生活、便于施工,并提供有多个可供选择的方案进行比较和评价。
厂址选择的一般要求[6]:
1.场地地形:
要满足生产工艺流程,运输要求和留有适当的发展余地。
便于排除雨水,不受洪水,海潮的影响或大型水坝溃坝的威胁。
2.区域地质和工程地质:
要避开地震断层及大断裂交汇区和基本烈度高于八度(不包括八度)的地震区(若必须在地震区选厂时,应慎重选择对抗地震有利的地形)。
3.
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