项目三紧密型PVC树脂脱水精制.docx
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项目三紧密型PVC树脂脱水精制
项目三紧密型PVC树脂脱水精制
工作任务1:
制定聚氯乙烯干燥方案
1)查阅文献,了解聚氯乙烯的分类、用途,生产方法(其中要有紧密型聚氯乙烯);
聚氯乙烯(英文为PolyVinylChloride,经常被称作PVC)是一种使用一个氯原子取代聚乙烯中的一个氢原子的高分子材料。
由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂,是氯乙烯的均聚物。
聚氯乙烯是世界上产量最大的塑料产品之一,价格便宜,应用广泛,聚氯乙稀树脂为白色或浅黄色粉末。
1、聚氯乙稀的分类
根据生产方法的不同,PVC可分为:
通用型PVC树脂、高聚合度PVC树脂、交联PVC树脂。
通用型PVC树脂是由氯乙烯单体在引发剂的作用下聚合形成的;高聚合度PVC树脂是指在氯乙烯单体聚合体系中加入链增长剂聚合而成的树脂;交联PVC树脂是在氯乙烯单体聚合体系中加入含有双烯和多烯的交联剂聚合而成的树脂。
根据氯乙烯单体的获得方法来区分,可分为电石法、乙烯法和进口(EDC、VCM)单体法(习惯上把乙烯法和进口单体法统称为乙烯法)。
根据聚合方法,聚氯乙烯可分为四大类:
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。
悬浮法聚氯乙烯是目前产量最大的一个品种,约占PVC总产量的80%左右。
下面图表列出这四种聚氯乙烯的基本特性。
图表1:
聚氯乙烯树脂
品种
悬浮法
乳液法
本体法
溶液法
特性
不含金属离子,有良好的电绝缘性及热稳定性
颗粒较细,含杂质较多,电绝缘性及热稳定性不及悬浮法
含杂质极少纯度高。
热稳定性和电绝缘性优于悬浮法
含杂质极少纯度高,成本高,价格高。
聚合物的分子量不高
2.聚氯乙烯-应用范围
根据不同的用途可以加入不同的添加剂,聚氯乙稀塑料可呈现不同的物理性能和力学性能。
在聚氯乙稀树脂中加入适量的增塑剂,可制成多种硬质、软质和透明制品。
聚氯乙烯通过塑料加工可制成各种型材和制品。
①一般软制品。
利用注射成型机配合各种模具,可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋等。
②薄膜。
利用三辊或四辊压延机制成规定厚度的透明或着色薄膜。
薄膜用途很广,可以通过剪裁,热合加工成包装袋、雨衣、桌布、窗帘、充气玩具等。
聚氯乙烯(简称PVC)防水卷材
③涂层制品。
如人造革。
人造革可以用来制作皮箱、皮包、书的封面、沙发及汽车的座垫等。
④泡沫制品。
如泡沫塑料,可作泡沫拖鞋、凉鞋、鞋垫、坐垫、及防震缓冲包装材料。
⑤透明片材。
利用热成型可以作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。
⑥糊制品。
⑦硬管和板材。
⑨中空容器。
聚氯乙烯-生产方法
悬浮聚合法
使单体呈微滴状悬浮分散于水相中,选用的油溶性引发剂则溶于单体中,聚合反应就在这些微滴中进行,聚合反应热及时被水吸收,为了保证这些微滴在水中呈珠状分散,需要加入悬浮稳定剂,如明胶、聚乙烯醇、甲基纤维素、羟乙基纤维素等。
乳液聚合法
最早的工业生产PVC的一种方法。
在乳液聚合中,除水和氯乙烯单体外,还要加入烷基磺酸钠等表面活性剂作乳化剂,使单体分散于水相中而成乳液状,以水溶性过硫酸钾或过硫酸铵为引发剂,还可以采用“氧化-还原”引发体系,聚合历程和悬浮法不同。
本体聚合法
聚合装置比较特殊,主要由立式预聚合釜和带框式搅拌器的卧式聚合釜构成(图2)。
聚合分两段进行(图3)。
单体和引发剂先在预聚合釜中预聚1h,生成种子粒子,这时转化率达8%~10%,然后流入第二段聚合釜中,补加与预聚物等量的单体,继续聚合。
待转化率达85%~90%,排出残余单体,再经粉碎、过筛即得成品。
树脂的粒径与粒形由搅拌速度控制,反应热由单体回流冷凝带出。
此法生产过程简单,产品质量好,生产成本也较低。
2)了解物料的去湿方法、原理及适用情况,选用聚氯乙烯干燥方法;
1.机械去湿法当物料中含湿量较大时可先用沉降、过滤、压榨、离心分离等机械方法除去大部分湿分。
此法脱水快且经济,但去湿程度不高,如离心分离后水分含量为5%~10%(质量分数),板框压滤后水分含量为50%~60%(质量分数)。
此类方法能耗较低,但除湿不彻底,一般用于初步去湿。
2.化学去湿法又称吸附去湿法,它用吸湿性物料吸附湿水中的水分,如生石灰、浓硫酸、磷酸酐、无水氯化钙、硅胶、片状烧碱、分子筛等。
该法只能去除少量湿分,而而且操作费用高,操作麻烦,通常用在小批量固体物料的去湿,如液体或气体中水分的除去。
3.热能去湿法即用热能使湿水分从物料中气化,并排除所生成的蒸汽来除去湿分的方法。
这种去湿操作称为固体的干燥操作,简称干燥。
该法除湿较彻底,能除去湿物料中的大部分湿分,但能耗较高。
3)了解常用干燥器形式、构造、操作原理及适用情况,选用合适的干燥器形式;
干燥器分类
干燥器可按操作过程、操作压力、加热方式湿物料运动方式或结构等不同特征分类。
按操作过程,干燥器分为间歇式(分批操作)和连续式两类
按操作压力,干燥器分为常压干燥器和真空干燥器两类,在真空下操作可降低空间的湿分蒸汽分压而加速干燥过程,且可降低湿分沸点和物料干燥温度,蒸汽不易外泄,所以,真空干燥器适用于干燥热敏性、易氧化、易爆和有毒物料以及湿分蒸汽需要回收的场合
按加热方式,干燥器分为对流式、传导式、辐射式、介电式等类型。
对流式干燥器又称直接干燥器,是利用热的干燥介质与湿物料直接接触,以对流方式传递热量,并将生成的蒸汽带走;传导式干燥器又称间接式干燥器,它利用传导方式由热源通过金属间壁向湿物料传递热量,生成的湿分蒸汽可用减压抽吸、通入少量吹扫气或在单独设置的低温冷凝器表面冷凝等方法移去。
这类干燥器不使用干燥介质,热效率较高,产品不受污染,但干燥能力受金属壁传热面积的限制,结构也较复杂,常在真空下操作;辐射式干燥器是利用各种辐射器发射出一定波长范围的电磁波,被湿物料表面有选择地吸收后转变为热量进行干燥;介电式干燥器是利用高频电场作用,使湿物料内部发生热效应进行干燥。
按湿物料的运动方式,干燥器可分为固定床式、搅动式、喷雾式和组合式;按结构,干燥器可分为厢式干燥器、输送机式干燥器、滚筒式干燥器、立式干燥器、机械搅拌式干燥器、回转式干燥器、流化床式干燥器、气流式干燥器、振动式干燥器、喷雾式干燥器以及组合式干燥器等多种。
对湿物料进行干燥的设备。
各种生产过程需经干燥处理的物料是多种多样的,对干燥的要求也各不相同,因此干燥器种类繁多,根据供热方式,有以下四类:
对流干燥器
应用最广的一类干燥器,包括流化干燥器、气流干燥器、厢式干燥器、喷雾干燥器、隧道式干燥器等。
此类干燥器的主要特点是:
①热气流和固体直接接触,热量以对流传热方式由热气流传给湿固体,所产生的水汽由气流带走;②热气流温度可提高到普通金属材料所能耐受的最高温度(约730℃),在高温下辐射传热将成为主要的传热方式,并可达到很高的热量利用率;③气流的湿度对干燥速率和产品的最终含水量有影响;④使用低温气流时,通常需对气流先作减湿处理;⑤汽化单位质量水分的能耗较传导式干燥器高,最终产品含水量较低时尤甚;⑥需要大量热气流以保证水分汽化所需的热量,如果被干燥物料的粒径很小,则除尘装置庞大而耗资较多;⑦宜在接近常压条件下操作。
传导干燥器
包括螺旋输送干燥器、滚筒干燥器、真空耙式干燥器、冷冻干燥器等,这一类干燥器的主要特点是:
①热量通过器壁(通常是金属壁),以热传导方式传给湿物料;②物料的表面温度可以从低于冰点(冷冻干燥时)到330℃;③便于在减压和惰性气氛下操作,挥发的溶剂可回收。
常用于易氧化、易分解物料的干燥,亦适用于处理粉状物料。
辐射干燥器
通过辐射传热,将湿物料加热进行干燥。
电加热辐射干燥器用红外线灯泡照射被干燥物料,使物料温度升高而干燥。
煤气加热干燥器则燃烧煤气将金属或陶瓷辐射板加热到400~500℃,使之产生红外线,用以加热被干燥的物料。
辐射干燥器生产强度大,设备紧凑,使用灵活,但能量消耗较大。
适用于干燥表面大而薄的物料,如塑料、布匹、木材、涂漆制品等。
介电干燥器
将被干燥物料置于高频电场内,利用高频电场的交变作用将物体加热进行干燥。
这种加热的特点是物料中含水量越高的部位,获得的热量越多。
由于物料内部的含水量比表面高,因此物料内部获得的能量较多,物料内部温度高于表面温度,从而使温度梯度和水分扩散方向一致,可以加快水的汽化,缩短干燥时间,这种干燥器特别适用于干燥过程中容易结壳以及内部的水分难以去尽的物料(如皮革)。
介电加热干燥的电能消耗很大,目前主要应用于食品及轻工生产。
常用的干燥器
1.厢式干燥器:
又称干燥箱,多采用强制气流的方法,由风机产生的循环流动的热风,吹到潮湿物料的表面达到干燥目的。
在大多数设备中,热空气被反复循环通过物料。
可分为水平气流厢式干燥器、穿流气流厢式干燥器、真空厢式干燥器、隧道(洞道)式干燥器。
2.气流干燥器
连续式常压干燥器的一种。
用于干燥在潮湿状态时仍能在气体中自由流动的颗粒物料。
如染料,药物、食盐等。
通常与物料的粉碎操作结合进行。
湿物料从加料槽通过可以调节数量的投入器送入加料滚筒,借加料滚筒的转动送入直立管的下部。
空气由送风机送入预热器加热到80-90℃而后吹入直立管,管内流速决定于湿颗粒的大小和密度,一般是10-20米/秒。
已干燥的颗粒被强烈的气流一直带到缓冲器内(上端封闭),再沿降落管落入旋风分离器内。
干物料沉降后经卸料滚筒排出,废气通过袋滤器而由排气管的上端排走。
主要优点是:
(1)热空气与被干燥物料直接接触,干燥速度快,强度高;
(2)干燥时间短,仅需5-7秒;(3)结构简单,占地面积小;(4)适用于大量生产。
缺点是消耗能量较多。
广泛应用于制药、塑料、化肥等工业。
根据设备类型,可分为直管气流干燥器,旋风气流干燥器、脉冲气流干燥器等。
气流干燥器工作原理
湿物料自螺旋加料器进入干燥管,空气由鼓风机鼓入,经过加热器加热后与物料汇合,在干燥管内达到干燥的目的。
干燥后的物料在旋风除尘器和布袋除尘器得到回收。
3.流化干燥器流化技术(亦称流态化技术)起源于1921年。
流化床干燥器又称沸腾床干燥器,流化干燥是指干燥介质使固体颗粒在流化状态下进行干燥的过程。
沸腾流化床干燥器由空气过滤器、沸腾床主机、旋风分离器、布袋除尘器、高压离心通风机、操作台组成。
由于干燥物料的性质不同,配套除尘设备时,可按需要考虑,可同时选择旋风分离器、布袋除尘器,也可选择其中一种。
一般来说,比重较大的冲剂及颗粒物料干燥只需选择旋风分离器。
比重较轻的小颗粒状和粉状物料需配套布袋除尘器,并备有气力送料装置及皮带输机供选择。
工作原理:
散粒状固体物料由加料器加入流化床干燥器中,过滤后的洁净空气加热后由鼓风机送入流化床底部经分布板与固体物料接触,形成流化态达到气固的热质交换。
物料干燥后由排料口排出,废气由沸腾床顶部排出经旋风除尘器组和布袋除尘器回收固体粉料后排空。
特点:
可实行自动化生产,是连续式干燥设备。
干燥速度快,温度低,能保证生产质量,符合药品生产GMP要求。
应用范围:
它适用于散粒状物料的干燥,如医药药品中的原料药、压片颗粒料、中药;中剂、化工原料中的塑料树脂、柠檬酸和其它粉状、颗粒状物料的干燥除湿,还用于食品饮料;中剂,粮食加工,玉米胚芽、饲料等的干燥,以及矿粉、金属粉等物料。
物料的粒径最大可达6mm.最佳为0.5-3mm。
4.喷雾干燥器
工作原理 在干燥塔顶部导入热风,同时将料液送至塔顶部,通过雾化器喷成雾状液滴,这些液滴群的表面积很大,与高温热风接触后水分迅速蒸发,在极短的时间内便成为干燥产品,从干燥塔底排除热风与液滴接触后温度显著降低,湿度增大,它作为废气由排风机抽出,废气中夹带的微粒用分离装置回收。
使用特点
1.干燥速度快
2.在恒速阶段液滴的温度接近于使用的高温空气的湿球温度物料不会因高温空气影响其产品质量,产品具有良好的分散型,流动性和溶解性。
3.生产过程简,单操作控制方便,容易实现自动化。
4.由于使用空气量大,干燥容积变大,容积传热系数较低。
5.防止发生公害,改善生产环境。
6.适于连续大规模生产。
应用范围热敏性物料、生物制品和药物制品,基本上接近真空下干燥的标准。
4)绘制聚氯乙烯干燥工艺流程图
工作任务2:
确定聚氯乙烯干燥工艺操作条件
1)了解干燥介质,掌握湿空气的性质与湿度图的应用,理解干燥过程中湿空气的状态变化,确定湿空气的进、出口温度与相对湿度;
湿空气的性质及湿度图(H-I图):
在干燥操作中通常所采用的干燥介质为湿空气,被干燥的湿分为水分。
湿空气的性质有湿度、相对湿度、湿比容、湿比热,焓、湿球温度和露点温度等,各参数定义及计算可参看基本概念。
需指出的是:
由于干燥操作前后,湿空气中绝干空气的质量没有变化,故湿空气各种有关性质常以1kg绝干空气为基准。
湿空气的性质通常可用H-I图表示。
H-I图由下述线组成:
1.等湿度线
如图所示,等湿度线是一组平行与纵轴的直线,读数范围为0~0.2kg/kg绝干气。
2.等焓线
如图所示,等焓度线是一组平行与横轴的直线,读数范围为0~680kJ/kg绝干气。
3.等干球温度线
如图所示,等干球温度线是一组斜率为(1.88t+2490)、互不相平行的直线,读数范围为0~250℃。
4.等相对湿度线
如图所示,共有11条由φ=5%到φ=100%、通过原点的曲线。
其中φ=100%的等相对湿度线称为饱和空气线,此时空气为水气所饱和。
5.蒸气分压线蒸气分压线标绘在φ=100%曲线的下方,表示出总压一定时,水气分压与湿度的对应关系,其值可在图中右侧坐标读出。
干燥器的物料衡算
图8-7各流股进、出逆流干燥器的示意图
图8-7中,G――绝干物料流量,kg绝干料.s-1;
L――绝干空气消耗量,kg绝干气.s-1;
H1,H2――分别为湿空气进、出干燥器时的湿度,kg.(kg绝干气)-1;
G1,G2――分别为湿物料进、出干燥器时的流量,kg湿物料.s-1;
X1,X2――分别为湿物料进、出干燥器时的干基含水量,kg水分.(kg绝干料)-1。
(一)水分蒸发量W
(8-16)
其中
(8-17)
(二)空气消耗量L
对干燥器作水分物料衡算:
则:
(8-18)
若设:
(8-19)
式中
――每蒸发1kg水分消耗的绝干空气量,称为单位空气消耗量,kg绝干气.(kg水分)-1;
L――单位时间内消耗的绝干空气量,kg绝干气.s-1。
说明:
(1)新鲜空气用量
L0=L(1+H0)(8-20)
式中H0――空气进预热器前的湿度,kg.(kg绝干气)-1。
(2)风机入口风量,即新鲜空气的体积V0。
(8-21)
由题意可知:
该公司聚氯乙烯的年产量为3.0万T/Y,约为694kg/s。
湿物料的含水量由4%干燥到不大于0.2%。
蒸发水分量:
则蒸发水分量为26.4kg/s
绝干空气消耗量:
则绝干空气消耗量为264kg/s
工作任务4:
聚氯乙烯干燥操作:
工艺流程图
干燥器的操作原理及操作注意事项
●投入使用前必须对各润滑件进行润滑。
●干燥机投入使用时,必须进行正确调整,供给足够高质量(表压6atm以上)的蒸汽,才能使干燥机充分发挥能力。
●使用时注意起停顺序。
投产前先开蒸汽阀门,关闭调节阀门,再启动风机,随着管道中风温升高逐渐打调节阀门,使其处于生产位置。
管道中风温达到要求时,起动喂料器加料。
看湿料水分多少和成品水高低来调节喂料多少。
停机时顺序相反,先停喂料器,待观察排净物料后再停风机,关闭蒸汽阀门。
●调整操作好刮刀离心机,使湿料的水分低而稳定,喂料器加料均匀。
●注意防火安全,干燥机周围有粉尘则及时清扫干净。
严格禁止在车间吸烟。
焊接修理必须停机而且做好防火处理。
开车程序
所有传动设备经盘转灵活、正常,各岗位就绪,安全无误方可升温、启动开车。
(1)首先启动引风机,使蝶阀开启在所需的刻度,保证气体流量。
(2)启动空气压缩机,控制调节多路压缩空气在设计压力工艺条件下作业。
(3)开启布袋脉冲控制器反吹系统,并调节反吹频率,保证气体进口压力在0.5-0.6Mpa之间工作。
(4)将湿物料<投入前必须先测定出含水量>投入加料斗中,待启动螺旋进料器。
(5)加热燃煤热风炉,使干燥机的空气进口温度逐渐上升,当干燥机的空气出口温度超过110℃时,启动螺旋输料电机,调节控制加料速度,保证出口温度在60℃左右时稳定。
待进口温度达到130-150℃时,重新调节输料电机速度,控制干燥机进口、出口温度在设计温度工艺条件下作业。
(6)观察系统中各设备(及其它部位)运转是否正常。
(7)取样检测干粉料质量合格后包装、入库。
停车程序
(1)首先停止停止螺旋加料器加料。
(2)将干燥机中余料继续吹干,并带出机外,半小时以后停掉热风炉。
之后停止引风机引风。
(3)停止空气压缩机,停止布袋除尘器反吹系统。
(4)停止仪表控制。
干燥操作中常见事故的处理方法与操作优化
⏹1、在气体进口温度一定,其它条件正常下,气体出口温度高时,缓慢提高加料器转速以增加进料量,使气体出口温度降至需要的温度;反之,气体出口温度低时,影响干品水份含量,便降低螺旋加料器转速,减少进料量,使气体出口温度升至需要的温度。
⏹2、干燥机气体进口温度高时,当干燥塔内负压低时须降低加料速度待塔内负压回升稳定后再重新调节加料速度,保证出口温度为设计值。
⏹3、系统压力不平衡时,检查系统是否有漏气或堵塞,及测压管是否有堵塞。
⏹4、布袋除尘器气体出口冒粉料时,检查布袋是否脱落或破损,及时更换、维修。
⏹5、突然长时间停电时,干燥机内要进行清洗,以防机内湿料干而硬、堵干燥机环隙,以及再开车影响产品质量。
⏹6、如系统压力突然聚增,而又无法消除时,要马上切断电源,操作人员迅速离开操作现场,以防泄爆时伤害人身。
⏹7、操作过程中如泄爆阀突然打开,必须在第一时间内疏散人员并首先关掉引风机再关掉进料器。
干燥操作的安全注意点
●维持系统可燃性物料浓度在可燃浓度在可燃浓度范围以下
●保证系统氧浓度在安全浓度极限范围内
●消灭所有可能的着火源。
●避免粉尘云的形成
●严禁湿手闭合干燥机的开关
●严禁将物料掉入发热管内引起火灾或烧坏电机
●干燥完成应及时关闭电源
干燥过程提供节能减排的建设性建议
v减少干燥过程的各项热量损失
v降低干燥器的蒸发负荷
v提高干燥器入口空气温度,降低出口废气温度
v部分废气循环
v从干燥器出口废气中回收热量
v从固体产品中回收显热
v采用两级干燥法
v利用内换热器
v过热蒸汽干燥
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