年产15万吨pvc树脂合成工艺设计正文大学学位论文.docx

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年产15万吨pvc树脂合成工艺设计正文大学学位论文

学校代码：

11059

学号：

1103011030

HefeiUniversity

毕业设计（论文）

BACHELORDISSERTATION

论文题目：

年产15万吨PVC树脂合成工艺设计

学位类别：

工学学位

学科专业：

粉体材料科学与工程

作者姓名：

王海云

导师姓名：

阳杰、田长安

完成时间：

2015-5-24

年产15万吨PVC树脂合成工艺设计

中文摘要

首先，本文阐述了聚氯乙烯的概况，并分别以聚氯乙烯的用途、生产工艺、以及现代及未来的发展趋势为线索进行展开。

本文着重介绍的是聚氯乙烯的聚合生产工艺，首先是生产工艺过程中能量、物料的衡算，然后根据计算所得数据以及聚氯乙烯反应特性对各部分配件进行做出最优选择，配件包括聚合釜、干燥器、管头以及泵等。

计算与实际情况综合考虑，本次设计需要33m3的聚合釜24个，输送泵则采用65Y-100×2A型，之后则对干燥部分所需的空气流量等进行了计算。

关键词：

氯乙烯；聚氯乙烯；单体聚合；反应釜；干燥；

Designonannualoutputof150000tonsofPVCresinsynthesisprocess

ABSTRACT

Firstly，thegeneralsituationofpolyvinylchlorideisstatedinthispaper，andthenitisdevelopedforthecluesofthepurposeofthepolyvinylchloride（PVC）,productionprocess,andthedevelopmentofthemodernandfuturetrendsrespectively.

Secondly，theproductionprocessofPVCpolymerizationareemphaticallyintroducedi，thefirststepoftheproductionprocessisthecalculationofmaterialbalance,energybalanceisthencalculated.Accordingtothedataandthecharacteristicsofpolyvinylchloride（PVC）reaction,thebestchoiceofallpartsofaccessorieswhichincludingpolymerizerdryer,pipeandpumpheadwillbemakenTakingthecalculationandtheactualsituationintoaccount,24polymerizeratthesizeof33m3,65Y-100×2Apumpischosenforthisdesign,andthenonthedrypartoftheairflowratewascalculated.

KEYWORD：

Vinylchloride;Polyvinylchloride（PVC）;monomerpolymerization;reactionkettle;dry

第一章前言

1.1聚氯乙烯综述

聚氯乙烯（Polyvinylchlorid）是氯乙烯的均聚物，指经引发剂作用，将氯乙烯聚合因而得到的一种具有热塑性的树脂由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂，简称PVC[1]。

聚乙烯的支化度不大，主要为不定形的粉末，颜色多呈白色。

根据目前的工业生产工艺，一般可将PVC的分子量范围控制在四万至十三万之间，拥有可观的多分散性，并且随着聚合反应所处温度的降低，得到产物的分子量是增大的。

聚氯乙烯没有明确的熔点，其软化范围为80至85℃，130℃左右开始转变为粘弹态，温度升至160℃至180℃后呈现粘流态。

聚录乙烯还呈现出良好的机械及介电性能，抗张强度约为60MPa，冲击强度约为5~10kJ/m²。

然而，在跟光与热反应时，其稳定性不佳。

如在较强的光照下暴晒或在100度以上的温度下反应一段时间，聚氯乙烯就会发生分解，并释放出氯化氢气体。

此时，氯化氢气体作为一种催化剂，可加速分解进程，使聚氯乙烯颜色发生改变，并且各种机械性能也遭到破坏。

由于聚氯乙烯对光和热的稳定性欠佳，所以，在实际生产中，添加稳定剂是十分必要的。

表1我国聚氯乙烯消费构成

应用领域

所占比例%

日用制品

30.4

建筑材料

24.6

包装材料

19.5

农用制品

15.5

其他

10.0

聚氯乙烯较大的硬度以及较差的溶解性使得聚氯乙烯对绝大多数的溶剂均不反应，只能溶于极有限的溶剂（四氢呋喃，二氯乙烷和环己酮）中，与许多反应物类似，随着反应温度的升高，化学稳定性呈现降低的趋势。

作为一种通用的合成树脂，聚氯乙烯的在世界范围内的需求及生产量紧紧尾随塑料之王--聚乙烯，位居第二。

除此之外，鉴于其优良的物理性能、化学性能，聚氯乙烯在氯碱工业中的地位也不可小觑。

在氯碱工业中，作为最大的耗氯有机产物，聚氯乙烯在氯碱工业中碱、氯的发展和平衡方面具有举足轻重的作用[2]。

PVC优异的耐腐蚀性，难燃性和抗化学药品性使得该产品在建筑、交通运输、环境工程、食品包装、输送电力、医药卫生等轻重工业均得到了广泛地应用，因此，如何用最少的能耗，最低的成本批量生产出品质上乘的聚氯乙烯仍具有非常重要的意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内需求量与生产量研究

就1996~2001国内消费量与生产量而言，国内的产能处于不足的状态。

其中，华东地区和华南地区是主要的需求集中地，两地需求量占全国总需求量一半之多，需求量最大的两省分别为广东与福建，但相对来说，生产量却严重不足，因此所需的聚氯乙烯依靠进口的程度要高于其他地区。

华中地区（江苏、山东与浙江）聚氯乙烯生产工艺居国内领先水平，三省的消费量占全国的34.0%，华北地区的生产与需求基本达到平衡。

近些年来，随着中部崛起和西部开发的步伐日益加快，基础设施的大规模兴建使得聚氯乙烯在中西部的需求量达到一个新的高度。

而前几年的情况来看，中国自身的聚氯乙烯产能不足问题日益加剧，出口也受到阻碍，因此进口的比重有增无减。

这使得聚氯乙烯工业的产业链出现问题，如开工率整体较低，中下游需求缓慢的增长率也使得国产聚氯乙烯的市场价格难以提高，并且波动范围较窄。

其次，期货的盛行，从某种程度上来说也使得聚氯乙烯的价格波动不确定性有所增加[3]。

20世纪末，国内对聚氯乙烯的需求量不断增加，进口商品的价格却居高不下，不少厂商看中这一商机开始投资聚氯乙烯行业。

同时，国家大力提倡扩大内需，并且对基础设施建设提供政策上的鼓励与资金方面的支持，我国聚氯乙烯产量如雨后春笋般迅猛增长。

然而，进入21世纪以来，随着产业结构链的调整以及生产工艺的提高，国内的自给率逐渐增加。

2002年自给率为66.7%，2007年，自给率已增长至96.3%，与增长率的迅速升高相比，国内的消费增长率的便显得稍有逊色，2001年为17.5%，2002年仅为6.7%,2003年增长率为十年最高水平，达到17.7%然而之后几年里，增长率呈现波动状态，整体并未呈现增加趋势。

因此，根据表中数据预测，国内的需求虽然不断增加，但是增长率远远不如国内生产能力的增加，因此国内的生产需求情况有可能由产能不足转变为产能过剩，这也可以使得国内的进出口比例发生变化，进口比例减小，而出口比例增加[4]。

表21996—2007年国内PVC供需状况

年份

产能Kt.a-1

国内产量/Kt.a-1

进口量/

Kt.a-1

出口量/

Kt.a-1

表观消费率%

消费增长率%

国内自给率%

1996

2088

1438

586

21

2003

17..4

71.8

1997

2166

1536

783

30

2289

14.3

67.1

1998

2200

1557

1171

14

2714

18.6

57.4

1999

2702

1917

1304

9

3212

18.3

59.7

2000

3100

2646

1445

41

4050

26.1

65.3

2001

3600

2877

1916

36

4757

17.5

60.5

2002

4000

3389

1706

17

5078

6.7

66.7

2003

5250

4243

1759

23

5979

17.7

71.0

2004

6650

5090

1630

17

6703

12.1

75.9

2005

9270

6650

1310

119

7841

17.0

84.8

2006

11580

8240

1147

460

8927

13.9

92.3

2007

13540

9717

1101

712

10106

13.2

96.3

总的来说，我国聚氯乙烯工业的发展能否对国民经济产生一定的影响仍然受到多种因素的制约，因此，国内聚氯乙烯在前几年仍处于骑虎难下的整合状态。

表32006年世界PVC生产能力分布

地区

全球

北美

西欧

中欧

亚洲（除中国）

中国

其他

能力/kt/a

39500

8200

6800

2000

9000

10585

2900

所占比例/%

100

20.76

17.22

5.06

22.78

26.80

7.40

1.2.2国外需求量与生产量研究

随着科技的进步，世界的聚氯乙烯生产能力的逐步增长也是毋庸置疑的，如表3,2006年全球PVC生产能力已经达到39500/kt/a，主要生产地为北美与亚洲（除中国），生产量为820kt/a0和9000kt/a，分别占到全球生产总量的20.76%与22.78%，表中也给出了一个令人震惊的数字，仅中国的聚氯乙烯的生产量就达到了10585kt/a，比重,占到了世界生产总量的26.80%。

西欧地区的生产量为6800kt/a，占世界生产总量的17.22%。

表42006年世界PVC树脂的供需平衡情况（万t/a）

国家和地区

生产能力

产量

进口量

出口量

消费量

非洲

42.7

39.6

26.7

7.2

59.1

亚洲

2150.2

1623.6

220.4

330.6

1513.4

中东欧

211.5

170.9

50.4

82.2

139.1

中东

83.1

82.4

98.6

31.5

149.5

北美

806.2

732.0

84.1

112.2

703.9

大洋洲

15.0

14.0

11.6

0.00

25.6

中南美洲

162.9

128.3

57.9

41.0

145.2

西欧

648.2

585.3

345.6

314.6

616.3

合计

4119.8

3376.1

895.3

919.2

3352.2

近些年，一些欧美地区的发达国家认为聚氯乙烯的生产会给环境带来一定的威胁，因此产量增长并不如需求量增长那样迅速，亚洲的一些国家如日本也在大幅度减少聚氯乙烯的生产，增长率甚至连续几年出现负值[5]。

这也使得中国聚氯乙烯的生产量占