悬浮法生产聚氯乙烯流程设计(2)

总体 晶体

泊松比（硬PVC）

折射率 玻璃化温度/℃

线膨胀系数（未增塑）/℃-1

比热容/（J/g·℃）

硬PVC 23℃ 50℃ 80℃ 120℃

增塑的PVC（50份DOP）

23℃ 52℃ 80℃ 120℃

热导率（未增塑）/[J/(㎝·s·℃)]

介电强度/（kv/mm） 溶解度参数/(J/㎝3)0.5

指标

正交晶系，每个晶胞两个单体 a b c 1.06 0.54 0.51

1.024 0.524

0.508 1.9 4.9 1.39 1.53 0.41 1.54 83 7×10-3

0.92 1.05 1.45 1.63 1.88 1.54 1.67 1.75 1.88 17.5×10-4

20

1.2 单体氯乙烯（VCM）的性质

⑴ 纯度 ﹕≥99.98%（wt） ⑵ HCL含量﹕≤ 1 ppm（wt） ⑶ 铁含量﹕≤ 1 ppm（wt） ⑷ 水含量﹕≤60 ppm（wt） ⑸ 醛含量﹕≤5.0 ppm（wt） ⑹ 压力为0.6MPa，温度为常温。 ⑺ VCM 主要性质

氯乙烯分子式为C2H3Cl，分子量62.51，常温常压下为无色，带有甜香味气体，易燃易爆，遇到空气可形成燃烧爆炸，在空气中爆炸范围为4－22%，有毒，性质活泼，能起加成反应和易起聚合反应。 沸点（0.1MPa）为-139℃，熔点为-159.7℃。

聚合放热量1554KJ/kg.m，聚合时的体积收缩率为35%。 导热系数﹕0.17956J/（㎡.S.K ）。

液体导热系数：（20℃）0.142J/（㎡.S.K）。[1]

表1-2 VCM物理性质

温度 ℃ 20 50 57 70

密度 kg/m3 837

表1-3 水的物理性质

比热容 KJ/(kg. ℃) 1.352 1.53 1.57 1.63

温度 ℃

密度 kg/m3

比热容 KJ/(kg. ℃)

导热系 λ×102 w/(m.℃)

粘度 ×105/Pa.s

普兰德数

Pr

10 30 40 57

999.7 995.7 992.2 986.6

4.191 4.174 4.174 4.175

57.45 61.76 63.38 65.13

130.77 80.07 65.60 49.3

9.52 4.32

1.3聚氯乙烯配方

表1-4 聚氯乙烯生产配方

原 料 名 称 氯乙烯 软水 聚乙烯醇 IPP（引发剂） 抗鱼眼剂 防粘釜剂 丙酮缩氨基硫脲（终止剂）

[3]

相对分子质量

62.50 18.02 206.19

摩 尔 比 1.0 6.9 1.21×10-3

质 量/kg 62.5 125.0 0.75 0.25

投 料 量/kg

100 200 1.2 0.4

由于用量较少，故可忽略不计

第2章 聚氯乙烯生产工艺流程设计

2.1 聚氯乙烯生产工艺流程简述

悬浮聚合过程是向聚合釜中加入无离子水和悬浮剂，加入引发剂后密封聚合釜， 真空脱除釜内空气和溶于物料中的氧，然后加入单体氯乙烯之后开始升温、搅拌、反应开始后维持温度在50℃左右，压力0.88~1.22MPa，当转化率达到70%左右开始降压，在压力降至0.13~0.48MPa时即可停止反应。聚合完毕后抽出未反应单体、浆料进行气提，回收氯乙烯单体。抽出气体后的浆料进行离心分离，使氯乙烯含水25%，再进入干燥器干燥至含水0.3%~0.4%，过筛后即得产品。

聚合釜中，使用表面张力和用量均较小的分散剂，聚合的中后期采用高速搅拌，有利于生成体积较大、表面膨胀、表皮多孔、内部疏松的树脂颗粒——疏松型树脂。反之，则生成紧密型树脂。

2.2 聚氯乙烯生产工艺流程操作步骤

2.2.1 聚合单元

首先将加热到48℃左右的去离子水由泵计量后加入到聚合釜中，分散剂配成一定浓度溶液，在搅拌下由泵经计量后加入聚合釜内（也可由人孔直接投入），其他助剂配制成溶液通常由人孔投加，然后关闭人孔盖，通入氮气试压及排除系统中氧气，或借抽真空及充入氯乙烯方法。最后将新鲜氯乙烯与回收后经处理的氯乙烯依一定比例（回收的VCM占总量的10%），送入计量槽内计量，再经单体过滤器过滤后加入釜内，开启多级往复泵将引发剂计量后加入釜中。加料完毕后，于釜夹套内通入热水将釜内物料升温至规定的温度（57℃）。当氯乙烯开始聚合反应并释放出热量时，夹套内改通冷却水以及时移除反应热，并使反应温度控制在57±0.2℃，直至反应结束。当釜内单体转化率达到85%以上，这时釜内聚合压力为0.5 MPa，由计量泵向釜内加入一定量的终止剂，未反应的氯乙烯单体经自压回收后，当压力降至2.9 Kpa

时，将釜内浆料升温至70℃左右，进行真空回收，真空度为500 mmHg～550mmHg，最后浆料中的氯乙烯含量在700μg/g。然后进入放料操作。

2.2.2 汽提、干燥工序

由聚合釜排出的浆料，为降低残留在其中的氯乙烯和减少氯乙烯对环境的污染，用泵打入出料槽除去其中的大块物料，再将其送入汽提塔，在塔内与由塔底上升的蒸汽在塔板上进行逆流传质过程。该塔为真空操作，用真空泵维持塔顶的真空度，并以此来保证塔顶的温度。塔顶逸出的含氯乙烯气经冷凝，未凝的氯乙烯含氧量在1%以下时，经真空泵送至氯乙烯气柜备用。塔釜之浆料含氯乙烯约400μg/g，经热交换器冷却后进入混料槽，再送往离心机进行离心分离。离心分离后PVC滤饼含水量为23%～27%，经滤饼分散器机械分散并均匀地加入干燥器中进行干燥。干燥器内带有内加热和内冷却。第1～5室为干燥室，用热水盘管和热风干燥，第6室为冷却室。干燥后的氯乙烯树脂含水量为0.3%～0.4%。经过筛除去大颗粒，再由气流输送至贮料仓，最后由包装单元进行包装。[12]

2.2.3 VC回收工序

VC回收工序包括VC气体回收至气柜、VC气体压缩、精馏等部分。 自压回收的氯乙烯，经VC气体洗涤塔以除去气体飞沫中夹带的PVC，然后经气体冷却器进入气柜，真空回收的VCM，用回收风机抽至气柜。

由气柜出来的VC气体送至脱湿塔，用5℃的冷冻盐水进一步冷凝，两个冷凝器所冷凝的VC送至精馏塔进行精馏，所得的精氯乙烯经过滤后，按比例送入氯乙烯计量槽与新鲜氯乙烯混合供聚合使用，未凝的气体送至焚烧炉处理，塔釜的高沸物排放至塔底液罐中，加热以进一步回收部分氯乙烯。

图2-1 聚氯乙烯生产工艺流程

第3章 物料衡算

3.1 车间物料衡算

3.1.1主要工艺参数

①产品类型：选用疏松型。 ②聚合反应时间：5h ③聚合温度：57 OC ④操作周期：9h

3.1.2 生产任务的计算

年产3000吨聚氯乙烯，以300个工作日计，每年工作8000小时，假设各单元操作都连续进行，采用倒推法根据收率或损失率计算出原料投料，然后按单元操作顺序对各单元操作进行物料衡算。

聚氯乙烯小时生产量（8000h）计：8000×0.998÷0.96×100÷08000=72.3287(kg/h)(以1小时为计算基准，以下计算中不再写h_1)

聚合物转化率为83% 83%x=72.3287

x=86.9864(kg) 即每小时要 生产纯VCM 86.9864kg 产物气冷凝，精馏等收率为96.6% 进入精馏系统的VCM的量： 86.9864÷96.6%=90.1267(kg) 90.1267÷62.5=1.44 (kmol)

表2-1 乙烯悬浮聚合操作周期

3.1.3投入单体的计算

投入单体的计算：投料系数为0.80 、釡的体积为20m3、在20摄氏度时，ρ

VCM=911 kg/m

3

ρH2O= 997.7kg/m3 设每次投入单体的质量为

X 则 X/911+ 1.8X/997.7=20×0.80

以20m3釡为例，每次投入单体5513.7kg。因转化率为90%,则反应得到树脂G1=5513.7×90%=4962.4kg, 回收时损失的VCM为0.25%

则G2=4962.4×0.25%=12.4kg

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