年产3万吨PVC工艺与设备设计说明.docx
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年产3万吨PVC工艺与设备设计说明
《工艺与设备设计》课程设计说明书
设计题目:
年产3万吨PVC工艺与设备设计
学校:
大学
姓名:
超
专业:
化学工程与工艺
完成日期:
2012年月日
设计任务书
(一)设计题目
设计年产3万吨PVC装置。
(二)操作条件
1.油水比1:
1.8,装料系数0.9。
2.反应时间:
6hr。
3.聚合温度:
60oC
(三)工作日
生产时间:
8000小时/a.
(四)厂址
地区
(五)设计容
1.聚合配方的计算
2消耗定额的确定
3操作周期的确定
4全车间主要物料衡算
5主要设备物料衡算
6、设备结构设计和选型
7、其他设备的设计计算
8、绘制生产工艺流程图
1、年产3万吨PVC车间工艺设计方案简介
聚氯乙烯树脂(PVC)是我国重要的有机合成材料。
其产品具有良好的物理性能和化学性能,广泛用于工业、建筑、农业、日用生活、包装、电力、公用事业等领域。
本设计阐述了PVC的车间设计生产工艺流程、发展及其应用,对PVC树脂悬浮聚合生产工艺、干燥以及后处理进行了进行了探讨,从聚合车间工艺设计、设备结构和选型等方面进行初步设计。
2、工艺计算及主要设备设计
2.1聚合配方的计算
地区平均气温是14.8℃,本设计选用的温度为15℃。
聚合温度为60℃,聚合时间6小时。
选用国产33m3聚合釜,材质是碳钢和不锈钢的复合材料。
水油比为1:
1.8装料系数0.9
查得:
15℃时ρ水=0.9913g/cm3
60℃时ρ水=0.9832g/cm3
2.2物料量的计算
d=0.9471-0.001746t-0.00000324t2
15℃时dvcm=0.9471-0.001746×15-0.00000324×152=0.9202g/cm2
60℃时dvcm=0.9471-0.001746×60-0.00000324×602=0.8307g/cm2
设60℃时,需要V1体积的VCM,V2体积的水则:
V1×0.8307/(V2×0.9832)=1:
1.8
V2+V1=33×0.9=29.7
V1=11.78V2=17.92
实际15℃需要的VC及水的体积为:
V1=11.78×0.8307/0.9202=10.6m3
V2=17.92×0.9832/0.9913=17.8m3
质量:
Gvc=10.6×0.8307=8.805427T
油水比为1:
1.8总重:
G=Gvc+G水=26.4502T
2.2引发剂用量计算
由InKp=B-A/T(其中A=4101.90,B=15.34)
InKp=15.34-4101.90/(273.15+60)=3.0275
Kp=20.65
InKd=C-A/T(其中A=14615,C=43.00)
=43.00-14615/(273.15+60)=-0.8691
Kd=0.4193
引发剂用量计算式:
100n=Kp[τ0]×[te+1/Kd(e-Kdte-1)]
其中n—转化率[τ0]—引发剂浓度mol/TPVCte—聚合用周期hr
n=85%则85=20.65×[τ0][6+1/0.4193(e-0.4193×6-1)]
总重量:
G﹙τ0﹚=[τ0]×8.805427×248.2×10﹣3=2.45Kg
2.3分散剂用量
分散剂用量为单体的0.06%,用复合分散体系HPMC、PVA其中配方比为3:
2
助分散剂LL—02为单体重量的0.019%
分散剂总重量G=8.805427×0.06%×103=5.44㎏
其中HPMC重量=5.44×3/(2+3)=3.264㎏
PVA重量=5.44×2/﹙2+3﹚=0.96
助分散剂LL—02重量=8.805427×0.019%×103=1.72㎏
2.4其他助剂用量
疏基乙醇8.805427×103×0.%=0.66㎏
十六醇8.805427×103×0.013%=1.14㎏
双酚A8.805427×103×0.025%=2.20㎏
有机锡8.805427×103×0.05%=8.30㎏
G7-9酸锌8.805427×103×0.0055%=0.48㎏
Na2S8.805427×103×0.%=4.84㎏
CaABS8.805427×103×0.%=4.93㎏
NH4HCO38.805427×103×0.22%=19.37㎏
2.5配方计算汇总表
表2-133m3聚合釜生产SG-5型树脂配方(15℃)
物料
用量
物料
用量
VCM
10.6m3
双酚A
2.2㎏
软水
17.92m3
有机锡
8.3㎏
HPMC
3.264㎏
G7-9酸锌
0.48㎏
PVA
2.176㎏
Na2S
4.84㎏
LL—02
1.72㎏
CaABS
4.93㎏
疏基乙醇
0.66㎏
NH4HCO3
19.73㎏
十六醇
1.14㎏
ZnPS
0.34㎏
注:
CaABS在转化率为75%时。
2.6消耗定额的确定
(1)聚合釜的单位损失计算(以每釜计)
单体投料量:
8.805427T聚合温度:
60℃反应时间:
6hr
确定在转化率为85%时料60℃ρH2O=0.9832T/m3
ρVCM=0.8307T/m3
ρPVC=1.391T/m3
据天原厂经验,反应结束后余压压料至出料槽,余压力为2㎏/cm3
此时釜剩余单体量为
(1+2×0.9672)×13.5×103=0.082×n×(273.15+60)n=1.461×103mol
G剩=1.461×6.25×103/103=91.3㎏/釜
设其他泄露及回收后精制等损失后回收量的7%,
则VCM损失量为91.3×7%=6.4㎏/釜
实际回收VCM量91.6-6.4=84.9㎏/釜
(2)出料槽单体损失计算(以每釜计)
根据电化厂数据,出料槽汽提后,浆料中含VCM量如下
(11.1934×10m3-91.3+300)×210×10-6=2.3㎏/釜
进入出料槽的单体量为:
3.9569×103×(1-85%)-91.3=502.2㎏/釜
回收单体量为502.2-2.3=499.9㎏/釜
设其他泄露及回收精制等共损失7%,则其损失量为:
499.9×7%=35.0㎏/釜
实际回收VCM量为499.9-35=464.9㎏/釜
聚合釜和出料两部分VCM总损失量为:
6.4+35.0+2.3=43.7㎏/釜
(3)干燥岗位树脂损失计算(以成品绝干PVC为基准)
已知:
旋风分离器回收尘效率为99%级,则损失量为:
1015×(1-0.99)/0.992=0.104㎏/TPVC
加上其他泄露确定冷风管损失PVC为1.3㎏/TPVC
旋风分离器进入震动筛的树脂较少,约30%,但扣去其他泄露后,还要扣清床料,也定为1.1㎏/TPVC,则干燥岗位PVC损失总量为1.3+1.1=2.4㎏/TPVC.
(4)其他设备PVC树脂损耗分配
表3-2其他设备PVC树脂损耗分配
设备釜
损失原因
损失量(㎏/TPVC)
聚合釜
粘釜,泡沫夹带
1.5
出料槽
泡沫夹带,塑化片等
1.2
混合槽
泡沫夹带
0.7
离心机
母液夹带
2.0
筛分
废次品
14.0
称量
偏差
1.0
总计
20.4
全车间PVC总损失为:
2.4+20.4=22.8㎏/TPVC
聚合总效率为1/(1+22.8×10-3)=97.77%
每釜可生产绝干树脂:
8.805427×0.85×97.77%=7.318T
以成品绝干PVC为基准,聚合单体损失为:
43.7/7.318=6.0㎏/TPVC
其中聚合釜损失为6.4/7.318=0.875㎏/TPVC
出料槽:
464.9/7.318=63.53㎏/TPVC
单体消耗定额为:
1000+5.7+22.8=1028.5㎏/TPVC=1.029TVC/TPVC
2.7操作周期的确定
表3-3操作周期的确定
反应操作
时间(min)
反应操作
时间(min)
加水助剂
15
N2试压
15
加VC
10
冷搅拌
30
升温
20
反应
6hr
降温
20
出料
10
回收VCM
20
清釜
10
涂布等
15
小计
8hr45min
取整:
操作周期为9hr
2.8全车间主要物料衡算
已知:
生产能力:
30000T生产时间:
8000小时
操作周期:
9小时树脂含水量及挥发率:
0.5%
则:
每釜可生产树脂7.318/(1-0.5%)=7.36T/釜
每年可生产的釜数8000/9=889釜
年产力7.36×889=6543.04T/Y
完成年产30000TPVC所需釜数:
30000/6543.04=4.59台(圆整取5台)
全年投入聚合釜中的VCM量8.805427×5×889=39140.12T/Y
全年回收VCM量(84.9+464.9)×10-3×5×899=2443,86T/Y
全年VCM损失量43.7×10-3×5×889=194.25T/Y
原料消耗量计算
单体VCM39140.12-2443.86=36696.26T/Y
聚合用软水17.92×0.9913×5×889=789614.41T/Y
引发剂ABVN2.45×5×889×10-3=10.89T/Y
分散剂总量5.44×5×889×10-3=24.175T/Y
其中HPMC11.604T/YPVA7.716T/Y
助分散剂LL-021.72×5×889×10-3=7.65T/Y
疏基乙醇0.66×5×889×10-3=2.94/Y
十六醇1.14×5×889×10-3=5.06/Y
双酚A2.2×5×889×10-3=9.78/Y
有机锡8.3×5×889×10-3=36.89T/Y
G7-9酸锌0.48×5×889×10-3=2.14T/Y
ZnPS0.34×5×889×10-3=1.5T/Y
Na2S4.84×5×889×10-3=21.51T/Y
CaABS4.93×5×889×10-3=21.91T/Y
NH4HCO319.37×5×889×10-3=86.1T/Y
3、设备结构设计和选型
3.1聚合釜的选型和搅拌装置的设置
选用我国33m3И聚合釜,材质是复合钢板,牌号16MnR+0Cr18Ni9,筒体厚度14+3(3为不锈钢板)。
长径比为2.08,设可拆卸管/式冷却管,共四根,外有Φ114×6的38圈半管冷却夹套。
传动方式为上传动,电机同平行轴渐开线齿轮减速机组合驱动,转速120r/min
表3-1釜的参数
V/m3
F/m2
F/V
m2/m3
L直线
mm
D-min
L/D
33
51
1.55
5400
2600
2.08
3.2干燥器的选型
(1)气流干燥管
气流干燥速度:
15m/s物料停留时间:
1.2s
(2)MST旋风干燥器
物料停留时间:
30min进料速度:
500kg/h
气流速度:
5000m³/h引风机入口风压:
2Kpa
床夹套温度:
75℃旋风床温度:
46~70℃
气流管进口风压:
4~6Kpa
3.3辅助设备的选型
3.3.1.料槽、混料槽选型
出料槽体积为150m³,混料槽200m³
搅拌转速为50r/min
3.3.2离心机选型
WG-800卧式刮刀卸料离心机,脱水后PVC树脂含水量20%~25%
3.3.3旋风分离器选型
冷风管用旋风分离器二台
3.3.4风机选择
气流干燥器用风机一台冷风管用风机一台
3.3.5槽类选择
去离子水贮槽一个热水贮槽一个
助剂计量槽一个去离子水计量槽一个
单位计量槽一个单位贮槽一个
3.3.6泵类选择
热水泵一台软水泵一台
出料泵一台浆料泵两台
进塔泵、出塔泵各一台汽提热水喷淋泵一台
脱单体真空泵一台循环水泵一台
3.3.7过滤器选择
单体过滤器两台软水过滤器一台
树脂过滤器两台空气过滤器一台
3.3.8其他设备选择
加料小罐两个浆料换热器一台
气提热水喷淋罐一个水气分离器两台
螺旋输送器一台鼓风机一台
一级、二级冷却器各一台沉淀槽一个
引风机一台振动筛一台
泡沫捕集器一台压缩机一台
4.生产工艺流程图
图4-1车间生产工艺流程图
工艺流程图图解:
1、脱盐水17、悬浮剂罐33、旋转干燥器
2、稳定剂18、进料料斗34、空气加热器
3、抗氧剂19、浆料罐35、袋式过滤器
4、高压反应釜20、汽提塔进料泵36、空气过滤器
5、稳定剂罐21、汽提塔37、鼓风机
6、稳定剂泵22、冷凝器38、旋风分离器
7、催化剂罐23、真空罐39、粉料料仓
8、回流冷凝器24、真空泵40、聚氯乙烯产品
9、催化剂25、传输泵41、去回收气柜
10、催化剂泵26、旋转阀42、放空
11、冷冻水27、搅拌器43、空气
12、冷冻水回水28、离心进料罐44、氯乙烯单体
13、浆料输送泵29、离心进料泵45、悬浮剂
14、反应器搅拌釜30、离心分离器46、悬浮剂泵
15、废水泵31、废水泵
16、料仓32、螺旋给料器
5、参考文献
[1]严福英等主编《聚氯乙烯工艺学》[M]中国氯碱工业协会组织编写化学工业
[2]侯文顺主编《高聚物生产技术》[M]化学工业
[3]王久芬主编《高聚物合成工艺》[M]国防工艺
[4]宏丽周长丽等主编《化工原理》[M]化学工业
[5]卢风军《防粘釜技术在聚合上的应用》[G]中国氯碱2006年5月
[6]延益金彦曹建新《悬浮法PVC生产中粘釜物的成因研究》[J]聚氯乙烯2008年8月
[7]史悠彰著《聚氯乙烯高分子化学的理论与实践》[M]科学
[8]卢凤军《防粘釜技术在聚合中的应用》[J]中国氯碱2006年5月
[9]《聚物合成工艺》1981.7化学工艺
[10]《化工原理》1985化学工艺
[11]《聚氯乙烯》1985年第1期锦西化工研究院
[12]《聚氯乙烯岗位操作规程》天原化工厂
[13]《聚氯乙烯》1984年第3期锦西化工研究院
[14]《聚合过程及设备》1981年化工工艺
[15]《化工工艺设计手册》1986年国家医药管理所
[16]《化工工艺设计手册》2003.10化工工艺
[17]《有机化工工艺》2002年化学工业
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