化工畢業(yè)設(shè)計--年產(chǎn)2萬噸導(dǎo)電性聚氯乙烯車間設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　年產(chǎn)2萬噸導(dǎo)電性聚氯乙烯車間設(shè)計</p><p><b>　　學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集

2、體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。</p><p>　　作者簽名： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p><p>　　本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并

3、向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士論文評選機構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。</p><p>　　本學(xué)位論文屬于 1、保密囗，在 年解密后適用本授權(quán)書</p><p><b>　　2、不保密囗 。</b>

4、</p><p>　?。ㄕ堅谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”）</p><p>　　作者簽名： 年 月 日</p><p>　　導(dǎo)師簽名： 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文概述了聚氯乙烯和導(dǎo)電性聚氯乙烯的

5、性質(zhì)、應(yīng)用、發(fā)展狀況、工藝進展以及聚合過程中的影響因素，在此基礎(chǔ)上確定了聚氯乙烯懸浮聚合的生產(chǎn)工藝設(shè)計路線和相關(guān)參數(shù)。然后在物料衡算、熱量衡算的基礎(chǔ)上進行了設(shè)備選型,反應(yīng)釜的設(shè)計和車間布置。文中還對防火防爆防雷和三廢的處理回收等方案進行了簡單的闡述。最后繪制了帶控制點的工藝流程圖、主體設(shè)備圖和車間布置圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：聚氯乙烯；導(dǎo)電性；懸浮聚合；反應(yīng)釜；工藝設(shè)計 </p><p

6、><b>　　Abstract</b></p><p>　　The properties, application, development and the technology progress of PVC and conductive PVC were summaried in this paper. After the influence factors of synthesi

7、s process discussed, the production of acetic anhydride process route and related parameters are determined, and the material balance and heat balance of main equipments were calculated. Based on this, the equipments sel

8、ection , agitated reactor and workshop layout were accomplished. In addition, the protection of fire, lightning, poi</p><p>　　Keywords: PVC；conductive；suspension polymerization；agitated reactor；process desi

9、gn</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要II</b></p><p>　　AbstractIII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 聚氯乙烯簡介1&l

10、t;/p><p>　　1.2 導(dǎo)電性聚氯乙烯簡介1</p><p>　　1.3 炭黑填充導(dǎo)電塑料的發(fā)展狀況1</p><p>　　1.4 國內(nèi)外聚氯乙烯懸浮聚合的工藝進展2</p><p>　　1.4.1 國內(nèi)聚氯乙烯懸浮聚合的工藝進展2</p><p>　　1.4.2 國外聚氯乙烯懸浮聚合的工藝進展3

11、</p><p>　　1.5 聚合工藝實踐方法4</p><p>　　1.5.1 本體聚合生產(chǎn)工藝4</p><p>　　1.5.2 乳液聚合生產(chǎn)工藝5</p><p>　　1.5.3 懸浮聚合生產(chǎn)工藝5</p><p>　　1.6 懸浮聚合生產(chǎn)工藝的兩種操作方法的比較6</p>&l

12、t;p>　　1.6.1 連續(xù)式操作6</p><p>　　1.6.2 間歇式操作6</p><p>　　1.7 氯乙烯懸浮聚合生成聚氯乙烯過程中的影響因素6</p><p>　　1.7.1 純水的影響6</p><p>　　1.7.2 乙炔的影響7</p><p>　　1.7.3 高沸物的影

13、響7</p><p>　　1.7.4 聚合體系中氧的影響7</p><p>　　1.7.5 聚合體系中鐵的影響7</p><p>　　1.7.6 分散劑的影響7</p><p>　　1.7.7 引發(fā)劑的影響8</p><p>　　1.7.8 涂釜劑的影響8</p><p>

14、　　1.7.9 調(diào)節(jié)劑的影響8</p><p>　　1.7.10 聚合溫度的影響8</p><p>　　1.7.11 無機添加劑的影響9</p><p>　　1.8 導(dǎo)電炭黑含量對材料綜合性能的影響9</p><p>　　1.8.1 炭黑含量對導(dǎo)電PVC復(fù)合材料表面電阻率的影響9</p><p>　

15、　1.8.2 炭黑含量對導(dǎo)電PVC復(fù)合材料拉伸強度的影響10</p><p>　　1.8.3 炭黑含量對導(dǎo)電PVC符合材料沖擊強度的影響10</p><p>　　2 本設(shè)計的工藝流程和相關(guān)參數(shù)的設(shè)定12</p><p>　　2.1 本設(shè)計擬采用的方法12</p><p>　　2.1.1 PVC生產(chǎn)方法12</p>

16、;<p>　　2.1.2 導(dǎo)電性賦予方式12</p><p>　　2.1.3 反應(yīng)機理12</p><p>　　2.2 本設(shè)計擬采用的工藝條件12</p><p>　　2.2.1 聚合釜的選擇12</p><p>　　2.2.2 原料的選擇13</p><p>　　2.3 本設(shè)計擬采

17、用的生產(chǎn)工藝路線和工藝參數(shù)13</p><p>　　2.3.1 生產(chǎn)工藝路線13</p><p>　　2.3.2 主要工藝參數(shù)13</p><p>　　3 物料衡算15</p><p>　　3.1 有關(guān)設(shè)計參數(shù)設(shè)定15</p><p>　　3.2 本工藝的配方15</p><p

18、>　　3.3 聚合釜的物料衡算16</p><p>　　3.3.1 物料平衡圖16</p><p>　　3.3.2 反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量計算16</p><p>　　3.3.3 物料衡算表16</p><p>　　3.3.4 初步選取聚合釜的個數(shù)17</p><p>　　3.4 混料槽物料衡

19、算17</p><p>　　3.4.1 物料平衡圖17</p><p>　　3.4.2 混料前后各物質(zhì)的質(zhì)量計算18</p><p>　　3.4.3 物料衡算表18</p><p>　　3.5 汽提塔物料衡算18</p><p>　　3.5.1 物料平衡圖18</p><p&g

20、t;　　3.5.2 汽提前后各物質(zhì)的質(zhì)量計算19</p><p>　　3.5.3 物料衡算表20</p><p>　　3.6 離心部分物料衡算20</p><p>　　3.6.1 物料平衡圖20</p><p>　　3.6.2 離心前后各物質(zhì)的質(zhì)量計算21</p><p>　　3.6.3 物料衡算

21、表21</p><p>　　3.7 氣流干燥部分物料衡算21</p><p>　　3.7.1 物料平衡圖22</p><p>　　3.7.2 干燥前后各物質(zhì)的質(zhì)量計算22</p><p>　　3.7.3 物料衡算表22</p><p>　　3.8 沸騰干燥部分物料衡算22</p>&

22、lt;p>　　3.8.1 物料平衡圖22</p><p>　　3.8.2 干燥前后各物質(zhì)的質(zhì)量計算23</p><p>　　3.8.3 物料衡算表23</p><p>　　3.9 高速混煉成型物料衡算23</p><p>　　3.9.1 物料平衡圖23</p><p>　　3.9.2 高速混

23、煉成型前后物質(zhì)的質(zhì)量計算24</p><p>　　3.9.3 物料衡算表24</p><p>　　3.10 篩分包裝部分物料衡算24</p><p>　　3.10.1 物料平衡圖24</p><p>　　3.10.2 篩分包裝前后各物質(zhì)的質(zhì)量計算24</p><p>　　3.10.3 物料衡算表2

24、5</p><p>　　3.11 全過程物料衡算25</p><p>　　3.11.1 間歇操作過程物料衡算25</p><p>　　3.11.2 連續(xù)操作過程物料衡算26</p><p>　　3.12 每釜年生產(chǎn)能力及聚合釜的個數(shù)26</p><p>　　4 聚合釜的設(shè)計27</p>

25、<p>　　4.1 確定釜體的直徑和高度27</p><p>　　4.1.1 確定釜體直徑27</p><p>　　4.1.2 確定釜體封頭尺寸27</p><p>　　4.1.3 確定釜體高度27</p><p>　　4.1.4 驗算釜體長徑比和裝料系數(shù)27</p><p>　　4.2

26、 確定夾套的直徑和高度27</p><p>　　4.3 夾套的傳熱面積28</p><p>　　4.4 釜體和夾套的強度計算28</p><p>　　4.4.1 選擇設(shè)備材料，確定許用應(yīng)力28</p><p>　　4.4.2 確定計算壓力Pc28</p><p>　　4.4.3 夾套筒體和封頭壁厚

27、的計算(按內(nèi)壓強度)28</p><p>　　4.4.4 釜體的筒體壁厚δ筒29</p><p>　　4.4.5 釜體的封頭壁厚δ封29</p><p>　　4.5 水壓試驗及其強度校核30</p><p>　　4.5.1 確定試驗水壓30</p><p>　　4.5.2 內(nèi)壓試驗應(yīng)力校核30&l

28、t;/p><p>　　4.5.3 釜體筒體外壓穩(wěn)定性校核30</p><p>　　4.6 選配筒體和封頭連接法蘭31</p><p>　　4.7 人孔的選擇31</p><p>　　4.8 接管及法蘭的選擇31</p><p>　　4.9 反應(yīng)釜的攪拌裝置31</p><p>　

29、　4.9.1 槳式攪拌器31</p><p>　　4.9.2 葉輪個數(shù)的計算32</p><p>　　4.9.3 葉輪間距的確定32</p><p>　　4.10 攪拌轉(zhuǎn)速的確定及功率的計算32</p><p>　　4.10.1 冷攪拌時的功率計算32</p><p>　　4.10.2 熱攪拌時功

30、率的計算33</p><p>　　4.11 電機、減速機的選擇33</p><p>　　4.11.1 電機功率的確定與選擇33</p><p>　　4.11.2 減速機與機架的選擇34</p><p>　　4.12 攪拌軸的設(shè)計34</p><p>　　4.12.1 軸的最小直徑34</p&

31、gt;<p>　　4.12.2 軸強度的校核34</p><p>　　4.12.3 軸扭轉(zhuǎn)剛度校核35</p><p>　　4.13 支座的選用計算35</p><p>　　4.13.1 支座的選擇35</p><p>　　4.13.2 反應(yīng)釜總重載荷計算35</p><p>　　5

32、 熱量衡算36</p><p>　　5.1 熱量衡算方程36</p><p>　　5.2 聚合釜的熱量衡算36</p><p>　　5.2.1 有關(guān)參數(shù)的選擇36</p><p>　　5.2.2 反應(yīng)開始前的熱量衡算36</p><p>　　5.2.3 反應(yīng)開始后的熱量衡算37</p>

33、<p>　　5.2.4 聚合釜傳熱面積校核38</p><p>　　5.3 汽提塔的熱量衡算38</p><p>　　5.4 氣流干燥部分熱量衡算39</p><p>　　5.4.1 氣流干燥部分的相關(guān)數(shù)據(jù)39</p><p>　　5.4.2 熱量衡算39</p><p>　　5.5

34、 沸騰床的熱量衡算40</p><p>　　5.5.1 相關(guān)數(shù)據(jù)的選擇和設(shè)定40</p><p>　　5.5.2 熱量衡算41</p><p>　　6 其他設(shè)備的選型43</p><p>　　6.1 混料槽的選擇43</p><p>　　6.2 汽提塔的選擇43</p><p&

35、gt;　　6.2.1 塔尺寸及塔特性參數(shù)43</p><p>　　6.2.2 操作工藝條件43</p><p>　　6.2.3 汽提塔的數(shù)量43</p><p>　　6.3 離心機的選擇44</p><p>　　6.4 氣流干燥床的選擇44</p><p>　　6.5 沸騰干燥床的選擇45<

36、;/p><p>　　6.6 高速混煉成型設(shè)備的選擇45</p><p>　　6.7 單體貯槽的選擇46</p><p>　　6.8 單體計量罐的選擇46</p><p>　　7 廠址選擇及車間布置設(shè)計47</p><p>　　7.1 廠址選擇的依據(jù)和原則47</p><p>　　

37、7.2 車間廠房布置47</p><p>　　7.2.1 車間廠房布置的原則47</p><p>　　7.2.2 車間廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計48</p><p>　　7.2.3 車間各部分組成及布置要求48</p><p>　　7.3 車間設(shè)備布置49</p><p>　　7.3.1 車間設(shè)備布置的原則4

38、9</p><p>　　7.3.2 車間設(shè)備布置的要求50</p><p>　　7.4 本設(shè)計的車間布置52</p><p>　　8 安全操作、三廢防治和環(huán)境保護53</p><p>　　8.1 廠內(nèi)的防火、防爆措施53</p><p>　　8.1.1 氯乙烯聚合的安全規(guī)范53</p>

39、<p>　　8.1.2 防火防爆措施53</p><p>　　8.2 廢氣防治54</p><p>　　8.2.1 廢氣危害54</p><p>　　8.2.2 廢氣防治措施55</p><p>　　8.3 廢水防治55</p><p>　　8.3.1 廢水危害55</p>

40、;<p>　　8.3.2 廢水防治措施55</p><p>　　8.4 廢渣防治56</p><p>　　8.4.1 廢渣危害56</p><p>　　8.4.2 廢渣防治措施57</p><p><b>　　參考文獻58</b></p><p><b>

41、　　致 謝61</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 聚氯乙烯簡介</p><p>　　聚氯乙烯(Poly Vinyl Chloride)簡稱PVC，下同。它是由氯乙烯在引發(fā)劑作用下聚合而成的熱塑性樹脂，是氯乙烯的均聚物。PVC為無定形結(jié)構(gòu)的白色粉末，支化度較小。工業(yè)生產(chǎn)的PV

42、C相對分子量一般在5萬~12萬范圍內(nèi)，具有較大的多分散性，相對分子量隨聚合溫度的降低而增加；無固定熔點，80~85℃開始軟化，130℃變?yōu)檎硰棏B(tài)，160~180℃開始轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)；有較好的機械性能，抗張強度60MPa左右，沖擊強度5~10kJ/m2；有優(yōu)異的介電性能。但對光和熱的穩(wěn)定性差，在100℃以上或經(jīng)長時間陽光曝曬，就會分解而產(chǎn)生氯化氫，并進一步自動催化分解，引起變色，物理機械性能也迅速下降，在實際應(yīng)用中必須加入穩(wěn)定劑以提高對熱和

43、光的穩(wěn)定性。PVC很堅硬，溶解性也很差，只能溶于環(huán)己酮、二氯乙烷和四氫呋喃等少數(shù)溶劑中，對有機和無機酸、堿、鹽均穩(wěn)定，化學(xué)穩(wěn)定性隨使用溫度的升高而降低。PVC溶解在丙酮-二硫化碳或丙酮-苯混合溶劑中，用于干法紡絲或濕法紡絲而成纖維，稱氯綸。具有難燃、耐酸堿、抗微生物、耐磨并具有較好的保暖性和彈性。</p><p>　　1.2 導(dǎo)電性聚氯乙烯簡介[1]</p><p>　　PVC本

44、身不導(dǎo)電，要使PVC具有導(dǎo)電性能，一般有兩種方法。一種是用化學(xué)方法(無規(guī)共聚和接枝共聚)，產(chǎn)品通常被稱為結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電材料；另一種方法是機械共混法(與導(dǎo)電組分物理共混)，產(chǎn)品通常被稱為復(fù)合型導(dǎo)電材料。這類材料主要用于抗靜電，電磁屏蔽和導(dǎo)電等領(lǐng)域。如在抗靜電方面應(yīng)用最廣的是集成電路及其部件的包裝材料，處理或組裝集成電路的工作臺和地板，炸藥廠，醫(yī)院手術(shù)室，制藥廠及其他無菌室的導(dǎo)電地板磚，防塵墻壁材料，防靜電傳送帶，導(dǎo)電聚氯乙烯管子和管件等。此外

45、，還可廣泛用于抗靜電工作服，鞋，薄膜，開關(guān)等。本設(shè)計采用機械共混法，填充導(dǎo)電材料為導(dǎo)電炭黑，故主要任務(wù)為PVC的生產(chǎn)和PVC與導(dǎo)電炭黑的共混設(shè)計。</p><p>　　1.3 炭黑填充導(dǎo)電塑料的發(fā)展狀況[2]</p><p>　　導(dǎo)電塑料領(lǐng)域的開發(fā)主要集中在炭黑填料的改性及新型導(dǎo)電炭黑的開發(fā)這兩個方面，炭黑改性通常進行高溫熱處理，增加炭黑表面積，并改善表面化學(xué)特性；而新型導(dǎo)電炭黑的研究開

46、發(fā)也引人注目，用高溫裂解法從石油和焦油中制得的導(dǎo)電炭黑，其比表面積達900~1400 m2/g，孔隙率80%~90%，灰分含量僅為0.1%~1.5%，將其填充到LLDPE中，可使復(fù)合材料表面電阻率降至6.2×103~1.1×104Ω，而力學(xué)性能基本不變。此外，美國Cabot公司研制的Super Conductive炭黑和哥倫比亞化學(xué)公司的Conductex 40~200等均為專用高效的超細導(dǎo)電炭黑。這些新型炭黑雖然價

47、格相對昂貴，但由于其導(dǎo)電率比普通炭黑高出2~3倍，只要填充很少的量就能滿足材料的抗靜電的要求，因此對基體聚合物的原有性能影響不大。</p><p>　　炭黑填充導(dǎo)電塑料的電阻值可以在10-4~109Ω·cm之間調(diào)節(jié)，分別用于研制抗靜電材料，抗電磁屏蔽材料，半導(dǎo)體材料，以至高導(dǎo)電電材料，還可以根據(jù)熱敏電阻特性開發(fā)自限溫發(fā)熱材料，廣泛應(yīng)用于化工、電子、電器、軍工、采礦、農(nóng)業(yè)及日常生活等領(lǐng)域。</p&g

48、t;<p>　　1.4 國內(nèi)外聚氯乙烯懸浮聚合的工藝進展</p><p>　　經(jīng)過長期的不懈努力，PVC生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)取得了較大進展。目前，世界各大PVC廠家都已形成了各自的工藝特點和風格，并已擁有許多專利和技術(shù)，也有各自追求的工業(yè)目標。</p><p>　　1.4.1 國內(nèi)聚氯乙烯懸浮聚合的工藝進展</p><p>　　國內(nèi)PVC生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展近幾

49、年來一直呈現(xiàn)良好的勢頭。各主要廠家都在積極采用先進的生產(chǎn)技術(shù)，不斷改進工藝控制條件和工藝配方，努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短聚合時間。</p><p>　　以北京二化、山東齊魯石化公司和上海氯堿總廠等為代表的古德利奇大釜技術(shù)、工藝計算機自控技術(shù)和防粘釜技術(shù)等，均已達到和接近國際先進水平。內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司40萬t PVC項目采用懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯，有聚合、干燥、成品三大裝置。主要包括VCM和脫鹽水加料、化學(xué)品配制

50、、聚合、汽提、回收、離心干燥、包裝等工序，聚合加料采用雙加料技術(shù)[3]。內(nèi)蒙古君正化工有限責任公司(二部)(以下簡稱君正化工二部)前身為內(nèi)蒙古第二通用機械廠，于1992年建成6 kt/a PVC、6 kt/a燒堿生產(chǎn)裝置，對PVC生產(chǎn)裝置進行了不斷技改和持續(xù)優(yōu)化，解決了一系列制約生產(chǎn)裝置連續(xù)運行的瓶頸問題，在2010年2~5月創(chuàng)造了氯乙烯生產(chǎn)裝置安全生產(chǎn)79天無停車的記錄[4]。</p><p>　　懸浮法PVC

51、大型生產(chǎn)裝置成套工藝技術(shù)是北京化二股份有限公司(以下簡稱北京化二)在消化吸收數(shù)套國外引進裝置的基礎(chǔ)上，汲取多年的生產(chǎn)經(jīng)驗并結(jié)合我國的實際情況而自主研制開發(fā)的工藝技術(shù)。該成套工藝技術(shù)主要包括聚合生產(chǎn)配方、密閉入料、等溫水入料、高效防粘釜、中途注水、新型汽提、新型旋風干燥、粉料輸送和成品混料、高壓回收氯乙烯單體、全自動包裝碼垛和DCS控制等項技術(shù)[5]。1978年齊魯石化率先引進信越127m3大釜，隨后錦化、北二化引進古德里奇70. 5m3

52、大釜。特別是錦化與錦化機聯(lián)合開發(fā)的70.5m3大釜在國內(nèi)得到廣泛使用，小型釜所占比重逐步下降[6]。</p><p>　　目前我國的PVC 生產(chǎn)技術(shù)與國外還有一定的差距，技術(shù)的“引進—吸收—消化—創(chuàng)新”是目前PVC 生產(chǎn)的主要途徑，通過對汽提技術(shù)及設(shè)備、干燥器、聚合配方、防粘釜技術(shù)等的改進，提高了我國PVC生產(chǎn)企業(yè)的效益，發(fā)展了我國的PVC工業(yè)[7-9]。青島海晶化工集團有限公司于2001年成功開發(fā)了1套工藝技術(shù)

53、先進、操作簡單方便、投資經(jīng)濟合理、居國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平的聚氯乙烯裝置，使公司聚氯乙烯裝置產(chǎn)能由4萬t/a擴大至8萬t/a[10]。貴州大學(xué)開發(fā)的一種原位懸浮聚合PVC樹脂的方法，提高了PVC的高抗沖性[11]。</p><p>　　1.4.2 國外聚氯乙烯懸浮聚合的工藝進展[12-15]</p><p>　　古德利奇(B.F.Goodrich)公司主要采取通過提高單釜產(chǎn)量和延長清釜周期的

54、方式來提高生產(chǎn)效率，其懸浮工藝特點是清釜和脫揮發(fā)分技術(shù)。赫斯特(Hoechst)公司的懸浮聚合技術(shù)和密閉聚合釜技術(shù)、許爾斯(Werke Huls)公司的懸浮聚合技術(shù)以及法國阿托(ATO)化學(xué)公司懸浮聚合汽提技術(shù)目前居于世界領(lǐng)先地位。此外，歐洲的其他一些公司，如意大利的賽斯(Cris)公司則是在防粘釜技術(shù)方面領(lǐng)先。</p><p>　　從綜合技術(shù)方面上看，日本公司具有較高的水平并各具特色。西素(Chisso)公司、

55、吉昂(Zeon)公司等擁有先進的懸浮技術(shù)和工藝。佳友(Sumitomo)化學(xué)公司懸浮聚合樹脂產(chǎn)品的質(zhì)量品質(zhì)最好。日箭(Sun Arrow)擁有多牌號產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)。此外，這些公司不僅在以上諸方面處于領(lǐng)先地位，而且在縮短聚合操作周期，提高生產(chǎn)效率方面也取得了較大進步。</p><p>　　從PVC的生產(chǎn)工藝層面上看，西歐一些國家采用本體法和乳液法的比重較大，而美國、日本和我國等國家和地區(qū)則以懸浮法為主，日本懸浮法所

56、占比重最高。對于懸浮聚合工藝主要發(fā)展方向是積極開發(fā)連續(xù)懸浮聚合工藝流程，并已取得許多重要成就。</p><p>　　從提高生產(chǎn)效率層面上看，所普遍采用的技術(shù)手段是：開發(fā)和應(yīng)用新型復(fù)合引發(fā)劑、發(fā)散劑；采用計算機數(shù)控技術(shù)工藝；采用多種強化傳熱措施(如增加回流冷凝器)等。</p><p>　　從防粘釜技術(shù)層面上看，意大利的賽斯(Cirs)公司居世界領(lǐng)先地位。其NOXOLWSW和NOXOLETH的

57、防粘釜劑系列十分著名。該防粘釜劑無毒無害。每噴涂一次，可以連續(xù)350~500釜次不用人工清釜。美國B.F古德里奇(B.F.Goodrich)公司的防粘釜技術(shù)也已達到400釜次的水平。防粘釜技術(shù)的迅速發(fā)展，使聚合操作輔助時間得到大大縮短。目前，平均清釜周期多數(shù)己達100~500釜次。</p><p>　　韓國LG化學(xué)、日本的太陽乙烯衍生物公司、信越(Shin-Etsu)化學(xué)工業(yè)公司、金子公司和新第一塑料公司等公司開

58、發(fā)的連續(xù)懸浮聚合工藝流程較為典型。其流程概況是：流程主體為兩個或三個串聯(lián)的塔式反應(yīng)器。第一個反應(yīng)器采用注水工藝操作，同時加入NaNO2等抑垢劑，以減少粘壁物和污垢，該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)新穎。其外形特征是頂端部分較小。操作時，該結(jié)構(gòu)一方面可使反應(yīng)器頂部只存有少量氣相物，從而減小了氣液相界面；另一方面，該氣相部分還具有聚合壓力安全緩沖裝置的作用。第一反應(yīng)器的聚合反應(yīng)溫度為67.5℃。單體轉(zhuǎn)化率控制在15%~30%之間；第二反應(yīng)器中的單體轉(zhuǎn)化率為89

59、%~91%。第二反應(yīng)器的熱負荷較大，其聚合熱采用冷卻夾套換熱方式。反應(yīng)器內(nèi)頂部表面溫度要求低于30℃。主要目的是避免氣液界面形成粘壁聚合物。該工藝生產(chǎn)的樹脂具有相同的粒度和粒度分布，生產(chǎn)強度達198~259t/(m3·a)。</p><p>　　赫斯特(Hoechst)公司開發(fā)的連續(xù)懸浮聚合工藝、意大利阿托公司以法國Pechinen-Saint-Gobain的兩段法本體合工藝，具有較為鮮明的傳統(tǒng)技術(shù)特色

60、。該流程主體也由三個串聯(lián)的管式反應(yīng)器組成，但工藝作用、工藝條件以及設(shè)備結(jié)構(gòu)與日本流程有所不同。第一反應(yīng)器的工藝作用是進行預(yù)聚，以調(diào)控粒度和粒度分布。工藝目標是獲得窄的粒度分布。關(guān)鍵工藝指標轉(zhuǎn)化率的控制范圍一般在5%~8%之間。第二反應(yīng)器的工藝作用僅僅是為了使聚合進一步進行，單體轉(zhuǎn)化率控制在30％~35%；第一反應(yīng)器的長徑比為10:1，采用電化拋光表面處理，材料為不銹鋼。攪拌采用7層攪拌器，等距安裝在中心軸上。攪拌速度為600r/min，

61、以便于形成軸向活塞流。第二反應(yīng)器的長徑比為5:1，材質(zhì)為碳鋼搪瓷，0~20o斜臥放置。內(nèi)置搪瓷槳葉攪拌器，轉(zhuǎn)速為70r/min。流體為活塞流，以減少聚合物形成粘釜物和污垢。第三反應(yīng)器與第一聚合釜結(jié)構(gòu)及放置方式均相同，但材質(zhì)為不銹鋼，夾套除熱，攪拌速度為50r/min。其主要功能是提供適宜的除熱能力。反應(yīng)時加入酒石酸、NaNO2等抑垢劑。工藝設(shè)備在連續(xù)操作500h以后，釜內(nèi)粘壁物大約為15~30pp</p><p>

62、;　　1.5 聚合工藝實踐方法</p><p>　　目前，世界上PVC的主要生產(chǎn)方法有4種：懸浮法、本體法、乳液法和微懸浮法。其中以懸浮法生產(chǎn)的PVC占PVC總產(chǎn)量的近90%，在PVC生產(chǎn)中占重要地位，近年來，該技術(shù)已取得突破性進展。</p><p>　　1.5.1 本體聚合生產(chǎn)工藝[16]</p><p>　　本體聚合生產(chǎn)工藝，其主要特點是反應(yīng)過程中不需要加水

63、和分散劑。聚合分2步進行，第1步在預(yù)聚釜中加人定量的VCM單體、引發(fā)劑和添加劑，經(jīng)加熱后在強攪拌(相對第2步聚合過程)的作用下，釜內(nèi)保持恒定的壓力和溫度進行預(yù)聚合。當VCM的轉(zhuǎn)化率達到8%~12%停止反應(yīng)，將生成的“種子”送人聚合釜內(nèi)進行第2步反應(yīng)。聚合釜在接收到預(yù)聚合的“種子”后，再加人一定量的VCM單體、添加劑和引發(fā)劑，在這些“種子”的基礎(chǔ)上繼續(xù)聚合，使“種子”逐漸長大到一定的程度，在低速攪拌的作用下，保持恒定壓力進行聚合反應(yīng)。當反

64、應(yīng)轉(zhuǎn)化率達到60%~85%(根據(jù)配方而定)時終止反應(yīng)，并在聚合釜中脫氣、回收未反應(yīng)的單體，而后在釜內(nèi)汽提，進一步脫除殘留在PVC粉料中的VCM，最后經(jīng)風送系統(tǒng)將釜內(nèi)PVC粉料送往分級、均化和包裝工序。</p><p>　　1.5.2 乳液聚合生產(chǎn)工藝[16]</p><p>　　氯乙烯乳液聚合方法的最終產(chǎn)品為制造聚氯乙烯增塑糊所用的的聚氯乙烯糊樹脂(E-PVC)，工業(yè)生產(chǎn)分兩個階段：第一

65、階段氯乙烯單體經(jīng)乳液聚合反應(yīng)生成聚氯乙烯膠乳，它是直徑0.1~3µm聚氯乙烯初級粒子在水中的懸浮乳狀液。第二階段將聚氯乙烯膠乳，經(jīng)噴霧干燥得到產(chǎn)品聚氯乙烯糊樹脂，它是初級粒子聚集而成得的直徑為1~100µm，主要是20~40µm的聚氯乙烯次級粒子。這種次級粒子與增塑劑混合后，經(jīng)剪切作用崩解為直徑更小的顆粒而形成不沉降的聚氯乙烯增塑糊，工業(yè)上稱之為聚氯乙烯糊。</p><p>　　1.

66、5.3 懸浮聚合生產(chǎn)工藝</p><p>　　懸浮法PVC生產(chǎn)技術(shù)易于調(diào)節(jié)品種，生產(chǎn)過程易于控制，設(shè)備和運行費用低，易于大規(guī)模組織生產(chǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，成為諸多生產(chǎn)工藝中最主要的生產(chǎn)方法。</p><p>　　工藝特點：懸浮聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂的一般工藝過程是在清理后的聚合釜中加入水和懸浮劑、抗氧劑，然后加入氯乙烯單體，在去離子水中攪拌，將單體分散成小液滴，這些小液滴由保護膠加以穩(wěn)定，

67、并加入可溶于單體的引發(fā)劑或引發(fā)劑乳液，保持反應(yīng)過程中的反應(yīng)速度平穩(wěn)，然后升溫聚合，一般聚合溫度在45~70℃之間。使用低溫聚合時(如42~45℃)，可生產(chǎn)高分子質(zhì)量的聚氯乙烯樹脂；使用高溫聚合時(一般在62~71℃)可生產(chǎn)出低分子質(zhì)量(或超低分子質(zhì)量)的聚氯乙烯樹脂。近年來，為了提高聚合速度和生產(chǎn)效率，國外還研究成功兩步懸浮聚合工藝，一般是第一步聚合度控制在600左右，在第二步聚合前加入部分新單體繼續(xù)聚合。采用兩步法聚合的優(yōu)點是顯著縮短

68、了聚合周期，生產(chǎn)出的樹脂具有良好的凝膠性能、模塑性能和機械強度?，F(xiàn)在懸浮法聚氯乙烯品種日益廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，除了通用型的樹脂外，特殊用途的專用樹脂的開發(fā)越來越引起PVC廠家的關(guān)注，球形樹脂、高表觀密度建材專用樹脂、消光樹脂、超高(或超低)分子質(zhì)量樹脂等已成為開發(fā)的熱點[17]。</p><p>　　懸浮法PVC的發(fā)展趨：在工業(yè)化生產(chǎn)PVC時，以懸浮法產(chǎn)量最大，懸浮法生產(chǎn)具有設(shè)備投資少和產(chǎn)品成本低等優(yōu)點。各種

69、聚合方法的發(fā)展方向是逐步向懸浮法聚合生產(chǎn)路線傾斜，一些過去采用其它方法生產(chǎn)的樹脂品種已開始采用懸浮聚合工藝生產(chǎn)。自從乳液聚合法工業(yè)化以后，歐洲、日本在連續(xù)懸浮聚合工藝方面開展了大量的研究工作，目前尚未工業(yè)化生產(chǎn)，但連續(xù)法設(shè)備費用低，生產(chǎn)效率高，工藝難題少，已引起了各國科研院所和生產(chǎn)廠家的重視。另外，為進一步提高懸浮法生產(chǎn)的通用樹脂和專用樹脂的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的專用化、市場化水平，國外廠家在聚合工藝的工藝條件及配料體系等方面做了大量的研究工

70、作，進一步提高了聚合轉(zhuǎn)化率，縮短了聚合周期，提高了生產(chǎn)效率，同時也開發(fā)出一系列性能好、易于加工的PVC專用樹脂如：超高(或超低)聚合度樹脂、高表觀密度樹脂、無皮樹脂、耐輻射樹脂、醫(yī)用樹脂、耐熱樹脂等?？梢姡鞣N專用料的開發(fā)是懸浮聚合樹脂發(fā)展的標志，是提高產(chǎn)品使用性能、開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域的重要手段[18]。 </p><p>　　本設(shè)計采用懸浮法PVC生產(chǎn)技術(shù)。</p><p>　　1.6

71、懸浮聚合生產(chǎn)工藝的兩種操作方法的比較[14,15]</p><p>　　1.6.1 連續(xù)式操作</p><p>　　連續(xù)聚合流程具有形成規(guī)模經(jīng)濟迅速等特點和優(yōu)勢，但存在工藝靈活性差、產(chǎn)品品種單一等不足。其技術(shù)開發(fā)的核心，依然是如何開發(fā)新型引發(fā)劑、分散劑、防粘釜劑以及其它助劑，以提高聚合反應(yīng)速率，縮短聚合生產(chǎn)周期；關(guān)鍵工藝技術(shù)所面臨的也還是傳熱和攪拌這兩個基本問題。 </p>

72、<p>　　1.6.2 間歇式操作</p><p>　　間歇法工藝流程具有生產(chǎn)品種靈活多樣、工藝挖掘潛力大等諸多優(yōu)點。因而具有較強的生命力。為進一步提高通用樹脂、專用樹脂和糊樹脂的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的專用化、市場化水平，近年來，國內(nèi)外許多PVC生產(chǎn)廠家在間歇法工藝的研究上，緊緊抓住生產(chǎn)過程中聚合溫度和攪拌這兩個基本問題，一方面從設(shè)備的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等方面入手，不斷提高聚合釜容積。目前，大釜技術(shù)和先進的除熱手

73、段在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，容積為200m3的聚合釜已屢見不鮮。同時，為了縮短聚合周期并使工藝運行達到最優(yōu)化狀態(tài)，計算機控制技術(shù)的應(yīng)用也正趨廣泛。這些技術(shù)的應(yīng)用，使聚合周期得到相對縮短，產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定，生產(chǎn)成本也不斷降低。單釜效率己達到或超過原來的3倍。</p><p>　　本設(shè)計采用的是間歇式操作方式。</p><p>　　1.7 氯乙烯懸浮聚合生成聚氯乙烯過程中的影響因素<

74、;/p><p>　　1.7.1 純水的影響[19]</p><p>　　入料的水質(zhì)直接影響樹脂產(chǎn)品的質(zhì)量，如硬度(表征水中金屬等陽離子含量)過高，會影響產(chǎn)品的電絕緣性能和熱穩(wěn)定性；氯根(表征水中陰離子含量)過高，特別是對于聚乙烯醇分散體系，易使顆粒變粗，影響產(chǎn)品的顆粒形態(tài)；純水的PH值影響分散劑的穩(wěn)定性，較低的值對明膠有明顯的破壞作用，較高或較低的值都會引起聚乙烯醇的部分醇解，影響分散效果及

75、顆粒形態(tài)，還會影響引發(fā)劑的解速率。此外，水質(zhì)還會影響粘釜及魚眼。</p><p>　　1.7.2 乙炔的影響[19]</p><p>　　乙炔是一種很強的鏈轉(zhuǎn)移劑，它會和引發(fā)劑游離基、單體游離基或鏈游離基發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)。乙炔含有叁鍵，氫原子又活潑，既可以和游離基加成，又可發(fā)生氫原子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，這種轉(zhuǎn)移反應(yīng)速率比單體髙，但產(chǎn)生游離基的活性都比較低。因此，不僅使PVC聚合度降低，還使聚合速率變

76、慢。所產(chǎn)生的炔型游離基進行鏈增長反應(yīng)，使PVC大分子中含烯丙基氯(或乙炔基)鏈節(jié)，導(dǎo)致PVC產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性。</p><p>　　1.7.3 高沸物的影響[19]</p><p>　　單體中含有1，1—二氯乙烷、1，2—二氯乙烷、1，1，2—三氯乙烷、乙醛、偏二氯乙烯、甲烷等高沸物，均為活潑的鏈轉(zhuǎn)移劑，會降低聚合速率和PVC的聚合度。氯乙烯單體中的高沸物主要為二氯乙烷和乙醛，單體中含量低

77、時，可以清除PVC大分子端基雙鍵，對PVC熱穩(wěn)定性有好處，二氯乙烷和乙醛等高沸物在較高含量下才顯著影響聚合度及反應(yīng)速率。</p><p>　　1.7.4 聚合體系中氧的影響[19]</p><p>　　氧對氯乙烯聚合起阻聚作用，氯乙烯單體易吸收氧，而生成平均聚合度低于10的氯乙烯過氧化物。這種過氧化物能引發(fā)單體聚合，使大分子中存在該過氧化物鏈段，并且有較低的分解溫度，在聚合條件下易分解為

78、氯化氫、甲醛和一氧化碳而降低反應(yīng)介質(zhì)的PH值。此種過氧化物存在聚氯乙烯中，將使其熱穩(wěn)定性顯著變壞，產(chǎn)品易變色。一般入料純水通過真空脫氧后加入聚合釜。</p><p>　　1.7.5 聚合體系中鐵的影響[19]</p><p>　　無論水、單體、引發(fā)劑還是分散劑中的鐵，都對聚合反應(yīng)有不利的影響。鐵能與有機過氧化物引發(fā)劑反應(yīng)，使聚合誘導(dǎo)期增長，反應(yīng)速率減慢，產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性變壞，還會降低產(chǎn)品的

79、介電性能。此外，鐵還會影響產(chǎn)品的均勻度。</p><p>　　1.7.6 分散劑的影響[23]</p><p>　　分散劑及適當?shù)臄嚢鑿姸瓤梢詢?yōu)化VCM液滴的分散，提高PVC顆粒粒徑的規(guī)整度、顆粒的多孔性和干流動性，改善PVC的塑化性能，提高PVC的白度和加工性能。分散劑用量的選擇，要根據(jù)聚合釜的形狀、大小、攪拌狀態(tài)以及產(chǎn)品要求而定。分散劑用量過多，不僅不經(jīng)濟，還會增大體系粘度，造成懸浮

80、液泡沫多，氣相粘釜嚴重，漿料汽提操作困難，VCM回收泡沫夾帶增加，樹脂顆粒變細，堵塞回收管路；分散劑用量少，則起不到應(yīng)有的穩(wěn)定作用，體系穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生大顆粒物料，產(chǎn)品顆粒不規(guī)整，甚至造成聚合顆粒的粘結(jié)而釀成事故。一般懸浮法聚氯乙烯生產(chǎn)都選用復(fù)合分散體系。</p><p>　　包永忠等[20]通過研究聚乙烯醇助分散劑對懸浮聚氯乙烯樹脂顆粒特性的影響發(fā)現(xiàn)，在復(fù)合主分散劑PVA/HPMC(羥丙基甲基纖維素)基礎(chǔ)上加

81、入LM22(聚乙烯醇助分散劑)助分散劑，隨著含量增加分散體系水溶液—三氯乙烯界面張力和保膠能力降低，PVC樹脂的平均粒徑和增塑劑吸收量增加，PVC樹脂顆粒表面粗糙度增加并逐漸出現(xiàn)少皮膜的表層結(jié)構(gòu)，顆粒內(nèi)部孔隙率增加，初級粒子聚集程度降低，顆粒內(nèi)部孔徑分布變窄。</p><p>　　1.7.7 引發(fā)劑的影響[19]</p><p>　　引發(fā)劑的用量根據(jù)聚合釜設(shè)備的傳熱能力和實際需要而確定，

82、用量多，單位時間內(nèi)所產(chǎn)生的游離基增多，反應(yīng)速率快，聚合時間短，設(shè)備利用率髙；一旦反應(yīng)熱不能及時移出，將發(fā)生爆聚。另外，引發(fā)劑過量易使產(chǎn)品顆粒變粗，孔隙率降低。引發(fā)劑用量太少，反應(yīng)速率慢，聚合時間長，設(shè)備利用率低。目前大部分生產(chǎn)企業(yè)選用復(fù)合引發(fā)劑體系，盡量避免反應(yīng)放熱峰的出現(xiàn)或盡量減小峰高，使反應(yīng)速率盡可能均勻，這樣聚合反應(yīng)熱就能及時移出，達到安全平穩(wěn)生產(chǎn)的目的。</p><p>　　1.7.8 涂釜劑的影響[1

83、9]</p><p>　　涂壁效果不好易造成粘釜，粘釜會導(dǎo)致聚合釜傳熱系數(shù)和生產(chǎn)能力降低；粘釜料若混入產(chǎn)品中，會導(dǎo)致塑化加工中不塑化的“魚眼”產(chǎn)生，影響產(chǎn)品外觀及內(nèi)在質(zhì)量；粘釜物的清理將延長聚合釜的輔助時間及增加人工勞動強度，降低設(shè)備的利用率。此外，粘釜還影響聚合釜自動控制的實施。</p><p>　　1.7.9 調(diào)節(jié)劑的影響[19]</p><p>　　在聚合生

84、產(chǎn)中，體系的PH值對樹脂顆粒的粗細有很大的影響，值過高或過低都會使顆粒變粗。在聚合系統(tǒng)中加人PH調(diào)節(jié)劑碳酸氫銨，維持釜內(nèi)體系的PH值在中性范圍，確保分散劑和聚合體系的穩(wěn)定性，使PVC樹脂具有較好的粒度。</p><p>　　1.7.10 聚合溫度的影響[19]</p><p>　　在不添加鏈轉(zhuǎn)移劑的情況下，聚氯乙烯聚合度取決于聚合溫度，聚合溫度越高，所產(chǎn)生的樹脂聚合度越低，自由基的能量就

85、越高，分子鏈中越易生成支鏈、末端基雙鍵等不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，如果聚合反應(yīng)體系中還存在氧，PVC分子內(nèi)越容易形成羧基烯丙基，產(chǎn)品的熱老化性能就越差。因此在生產(chǎn)中，對于某一給定聚合度的PVC樹脂，可適當降低反應(yīng)溫度，以利于PVC熱穩(wěn)定性的提高。一般說來，當聚合溫度波動2℃時，平均聚合度相差366。聚合反應(yīng)溫度控制在±0.2℃以內(nèi)，這樣使聚合度分布集中，易于加工，產(chǎn)品熱穩(wěn)定好。因此，聚合工藝推薦使用熱水入料工藝，熱水入料不僅可降低水中含氧量

86、，而且因為減少了聚合升溫時間，降低了相對分子量分散性，也提高了產(chǎn)品的加工熱穩(wěn)定。</p><p>　　1.7.11 無機添加劑的影響[21]</p><p>　　在PVC樹脂加工前，必須加入熱穩(wěn)定劑。根據(jù)需要還可加入無機填料、抗沖改性劑和顏料等。在氯乙烯聚合過程中加入熱穩(wěn)定劑等助劑，即得到可直接加工應(yīng)用的PVC樹脂(簡稱RTUPVC)。RTUPVC是發(fā)達國家近10余年來致力開發(fā)的PVC樹

87、脂新產(chǎn)品，主要用于異型材及其他硬質(zhì)制品的擠出成型加工。采用表面改性的無機熱穩(wěn)定劑的聚合延緩現(xiàn)象在一定程度上得以遏制。而且對無機熱穩(wěn)定劑改性效果越好(如用硅烷或鋁酸酯改性)，對聚合的影響越小，聚合轉(zhuǎn)化率也越高。聚合體系中添加CaCO3后，在聚合溫度和引發(fā)劑用量相同的條件下，達到相同壓差(ΔP)所需的聚合時間隨CaCO3用量的增加而縮短。同時發(fā)現(xiàn)，相同ΔP時的氯乙烯轉(zhuǎn)化率隨CaCO3用量的增加而下降。</p><p>

88、;　　1.8 導(dǎo)電炭黑含量對材料綜合性能的影響[22]</p><p>　　1.8.1 炭黑含量對導(dǎo)電PVC復(fù)合材料表面電阻率的影響</p><p>　　圖1是炭黑含量對導(dǎo)電PVC復(fù)合材料表面電阻率的影響。從圖1可以看出，當炭黑含量小于10%時，復(fù)合材料的表面電阻率隨著炭黑含量的增加而緩慢降低；當炭黑含量大于10%時，表面電阻率顯著下降；當炭黑含量超過20%后，炭黑含量的增加對復(fù)合材料

89、表面電阻率的影響較小。這反映了炭黑在PVC樹脂中的分散狀態(tài)，當炭黑含量達到15%左右時，炭黑形成微觀上的鏈狀導(dǎo)通電路，宏觀上表現(xiàn)為電阻率突然轉(zhuǎn)變。炭黑粒子的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)形成以后，繼續(xù)增加炭黑含量對復(fù)合材料導(dǎo)電能力的影響不再顯著，因此表面電阻率變化較小。</p><p>　　1.8.2 炭黑含量對導(dǎo)電PVC復(fù)合材料拉伸強度的影響</p><p>　　圖2是炭黑含量對導(dǎo)電PVC復(fù)合材料拉伸強度的

90、影響。從圖2可以看出，復(fù)合材料的拉伸強度隨炭黑含量的增加先升高后下降，在炭黑含量為20%時達到最大值。這是因為少量炭黑對PVC有增強作用，而含量過多的炭黑會在PVC基體中發(fā)生團聚，反而降低了復(fù)合材料的力學(xué)性能。</p><p>　　1.8.3 炭黑含量對導(dǎo)電PVC符合材料沖擊強度的影響</p><p>　　圖3為炭黑含量對導(dǎo)電PVC復(fù)合材料沖擊強度的影響。由圖3可以看到，復(fù)合材料的沖擊強

91、度隨炭黑含量的增加而持續(xù)降低，這是由于炭黑顆粒在PVC樹脂中產(chǎn)生了應(yīng)力集中點所致。因此，在設(shè)計配方中應(yīng)適當增加增韌劑的比例，來保持復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能。</p><p>　　2 本設(shè)計的工藝流程和相關(guān)參數(shù)的設(shè)定</p><p>　　2.1 本設(shè)計擬采用的方法</p><p>　　2.1.1 PVC生產(chǎn)方法</p><p>　　本設(shè)計采

92、用的是氯乙烯的懸浮聚合法，采用間歇操作。氯乙烯的懸浮聚合是將液態(tài)的氯乙烯在攪拌的作用下分散成液滴(約<50μm)，懸浮在溶有分散劑的水介質(zhì)中，在水中形成分散和聚并動態(tài)平衡的小液滴，每個液滴相當于一個聚合體系，溶于單體的引發(fā)劑在聚合溫度下分解成自由基，引發(fā)氯乙烯單體的聚合。整個聚合過程包括鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止、鏈轉(zhuǎn)移等基元反應(yīng)。</p><p>　　2.1.2 導(dǎo)電性賦予方式</p><

93、;p>　　本設(shè)計采用機械共混法，使導(dǎo)電性PVC中導(dǎo)電炭黑的含量達到20%。此時導(dǎo)電性和拉伸強度達到最大，最后可根據(jù)需求，添加增韌劑的含量控制產(chǎn)品的韌性。</p><p>　　2.1.3 反應(yīng)機理[23]</p><p><b>　　1. 引發(fā)劑的分解</b></p><p>　　Rd=－d[I]/dt=kd [I] (2

94、.1)</p><p><b>　　2. 鏈引發(fā) </b></p><p>　　Ri=－d[M*]/dt=2fki [I] (2.2)</p><p><b>　　3. 鏈增長</b></p><p>　　Rp=－d[M]/dt=kp [M][M*] (2.3)</p>&l

95、t;p><b>　　4. 向單體的轉(zhuǎn)移</b></p><p>　　RtrM=ktrM[M][M*] (2.4)</p><p>　　2.2 本設(shè)計擬采用的工藝條件</p><p>　　2.2.1 聚合釜的選擇</p><p>　　由于最終產(chǎn)品中炭黑的含量為20%，故產(chǎn)品中PVC的含量為1600

96、0噸，根據(jù)此產(chǎn)量，擬選28m3聚合釜，并對該釜進行全面設(shè)計。</p><p>　　2.2.2 原料的選擇[23]</p><p>　　2.3 本設(shè)計擬采用的生產(chǎn)工藝路線和工藝參數(shù)</p><p>　　2.3.1 生產(chǎn)工藝路線[24]</p><p>　　聚合釜清洗后，用防粘釜劑噴涂聚合釜內(nèi)部表面。噴涂完畢后，根據(jù)配方量，在攪拌下，首先開

97、始加入脫鹽水，然后依次開始VCM和分散劑、引發(fā)劑等物料的加入?？刂泼擕}水和VCM同步進料流量，保證VCM加料正好在水加料結(jié)束前完成。設(shè)定好脫鹽水溫度，當所有原材料加料完成后，聚合釜中物料的溫度等于或接近反應(yīng)溫度，加入引發(fā)劑，聚合開始。聚合反應(yīng)熱量通過聚合釜夾套、內(nèi)冷擋板和冷凝器撤出，通過采用集散式計算機控制系統(tǒng)和先進的溫度控制方案，非常精確地將聚合溫度維持在設(shè)定點，當聚合達到適當?shù)霓D(zhuǎn)化率時(大約85%左右)，加入終止劑，終止聚合反應(yīng)。聚

98、合釜內(nèi)物料即被輸送到出料罐，大部分未反應(yīng)的VCM在此被回收，帶有未反應(yīng)VCM的漿料隨后被泵送到汽提塔進料罐，繼續(xù)回收未反應(yīng)VCM， 殘留的VCM在漿料汽提塔內(nèi)脫除并被送往回收系統(tǒng)，來自汽提塔的漿料通過離心機將大部分水脫去，進入流化床干燥器，合格的樹脂送至攪拌機與炭黑和助劑混合，將PVC賦予導(dǎo)電性能。接著被擠出進行造粒。成型后送至成品料倉，包裝出廠。</p><p>　　2.3.2 主要工藝參數(shù)[25]</

99、p><p><b>　　1. 聚合</b></p><p>　　聚合溫度 50~58℃</p><p>　　聚合壓力 初始0.687~0.981Mpa，結(jié)束0.249~0.196Mpa</p><p>　　聚合時間 8 h</p&

100、gt;<p>　　轉(zhuǎn)化率 84％</p><p>　　進料時間 0.5 h</p><p>　　放料時間 0.5 h</p><p>　　聚合釜升溫時間 1 h</p><p><b>　　2. 堿處理&l

101、t;/b></p><p>　　NaOH濃度 36％~42％</p><p>　　加入量 聚合漿液的0.05％~0.2％</p><p>　　溫度 70~80℃</p><p>　　時間 1 h<

102、/p><p><b>　　3. 汽提</b></p><p>　　汽提溫度：塔頂溫度80℃，塔底溫度105℃。</p><p><b>　　4. 離心脫水</b></p><p>　　緊密型樹脂含水率 8％~15％</p><p>　　疏松型樹脂含水率

103、 15％~20％</p><p><b>　　5. 干燥</b></p><p>　　(1) 第一段氣流干燥管干燥：</p><p>　　干燥溫度 140~150℃</p><p>　　風速 15m/s</p><p>　　物料

104、停留時間 1.2 s</p><p>　　含水率 <4％</p><p>　　(2) 第二段沸騰床干燥</p><p>　　干燥溫度 120℃</p><p>　　物料停留時間 12min</p><p&g

105、t;　　含水率 <0.3％</p><p><b>　　3 物料衡算</b></p><p>　　物料衡算是確定化工生產(chǎn)過程中物料比例和物料轉(zhuǎn)變的定量的過程，是化工工藝計算中最基本、最重要的內(nèi)容之一。在化學(xué)工程中，設(shè)計或改造工藝流程和設(shè)備，了解和控制生產(chǎn)操作過程，核算生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益，確定主副產(chǎn)品的產(chǎn)率，確定原材料消耗定額

106、，確定生產(chǎn)過程的耗損量，便于技術(shù)人員對現(xiàn)有的工藝過程進行分析，選擇最有效的工藝路線，確定設(shè)備容量、數(shù)量及主要尺寸，對設(shè)備進行最佳設(shè)計以及確定最佳操作條件等都要進行物料衡算。在化工過程中，物料平衡是指在單位時間內(nèi)進入系統(tǒng)(體系)的全部物料質(zhì)量必定等于離開該系統(tǒng)(體系)的全部物料質(zhì)量在加上損失的與積累起來的物料質(zhì)量[26]。</p><p>　　物料平衡方程：∑F0=∑D+A+∑B

107、 (3.1)</p><p>　　式中： F0——輸入體系的物料質(zhì)量；</p><p>　　D——離開體系的物料質(zhì)量；</p><p>　　A——體系內(nèi)積累的物料質(zhì)量；</p><p>　　B——過程損失的物料質(zhì)量(如跑、冒、滴、漏)。</p><p>　　3.1 有關(guān)設(shè)計參數(shù)設(shè)定[25,

108、27]</p><p>　　生產(chǎn)規(guī)模：1.6×104 t/a</p><p>　　生產(chǎn)時間：300 d/a，每天生產(chǎn)2批，7200 h/a </p><p><b>　　轉(zhuǎn)化率：84%</b></p><p><b>　　后處理損失：5%</b></p><p>　

109、　每天生產(chǎn)量：1.6×107/(300×0.95)=5.614×104 kg/d</p><p>　　每小時生產(chǎn)量：(5.614×104)/24=2.339×103 kg/h</p><p>　　每批生產(chǎn)量：2.807×104 kg/B</p><p>　　反應(yīng)溫度：55±0.3℃</p&g

110、t;<p><b>　　反應(yīng)時間：8 h</b></p><p>　　原輔材料：脫鹽水，單體氯乙烯(VCM)，分散劑聚乙烯醇(PVC)，PH調(diào)節(jié)劑碳酸氫銨和氨水，聚合物分子量調(diào)節(jié)劑(β -巰基乙醇)，引發(fā)劑過氧化二碳酸二乙基己酯(EHP)和過氧化二碳酸二異丙酯(IPP)，防粘釜劑，終止劑二乙基羥胺(DEHA)，緩釋阻垢劑(H-9)，堿液( 40%)等。</p>&

111、lt;p>　　3.2 本工藝的配方[25,28]</p><p>　　本工藝的配方如下(以單體質(zhì)量為參考標準)：</p><p>　　脫鹽水 140 單體 100 引發(fā)劑 0.05</p><p>　　分散劑 0.07 PH緩沖劑 0.05 終

112、止劑 0.03</p><p>　　反應(yīng)調(diào)節(jié)劑 0.0015 防粘釜劑 0.002 消泡劑　 0.002</p><p>　　3.3 聚合釜的物料衡算[12,27]</p><p>　　3.3.1 物料平衡圖</p><p>　　聚合釜物料平衡圖3.1。</p><p>　

113、　圖3.1 聚合釜物料平衡圖</p><p>　　3.3.2 反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量計算</p><p>　　本設(shè)計引發(fā)劑(0.05%單體質(zhì)量)全部結(jié)合到聚合物中，并且單體84%轉(zhuǎn)化為聚合物。則VCM單體的投料量為：M1=2.807×104/[0.84×(1+0.0005)]=3.340×104 kg/B</p><p>　　脫鹽水的