年产2.5万吨悬浮法制聚氯乙烯课程设计.doc
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1、四川理工学院课程设计 年产2.5万吨悬浮法制聚氯乙烯学 生:段玺学 号:07011010305专 业:过程装备与控制工程班 级:073班指导教师:周敏 四川理工学院机械工程学院二O一一年一月 课程设计任务书设计题目:年产2.5万吨悬浮法制聚氯乙烯学院: 机械工程学院 专业: 过程装备与控制工程 班级: 073 学生: 段玺 指导教师: 周敏 系主任: (签名)一、设计要求:1、根据设计题目,进行生产实际调研或查阅有关技术资料,选定合理的流程方案和设备类型,并进行简要论述。(字数不小于8000字)2、设计说明书内容:封面、目录、设计题目、概述与设计方案简介、工艺方案的选择与论证、工艺流程说明、专
2、题论述、参考资料等。3、图纸要求:工艺流程图1张(图幅2号);设备平面或立面布置图1张(图幅3号)。二、进度安排:教学内容学时地点备注查资料、说明书提纲、流程论证、工艺流程图第一周寝室、图书馆设备布置图、说明书整理、答辩。第二周三、指定参考文献与资料过程装备成套技术设计指南(兼用本课程设计指导书)、过程装备成套技术、化工单元过程及设备课程设计内容摘要 本设计为年产2.5万吨聚氯乙烯聚合干燥工序的初步工艺设计,整个设计文件由设计说明书和设计图纸两部分组成。简单介绍了我国聚氯乙烯工业生产技术的发展进程和目前状况,包括原料路线、工艺设备、聚合方法等。本设计采用悬浮法生产聚氯乙烯,介绍了采用悬浮法生产
3、PVC树脂工聚合机理,工艺过程中需要注意的问题,包括质量影响因素,工艺条件及合成工艺中的各种助剂选择,对聚合工艺过程进行详细的叙述。绘制了相应的设计图纸,设计图纸包括工艺流程图、设备的平面布置图。关键词 :聚氯乙烯; 生产技术; 悬浮法; 防粘釜技术; 目录内容摘要1前言21概述3 1.1国内外聚氯乙烯(pvc)发展状况和发展趋势 3 1.2产品的性能和特点4 1.3 聚氯乙烯的主要用途5 1.3.1pvc软制品5 1.3.2pvc涂层制品5 1.3.3pvc泡沫制品6 1.3.4pvc透明片材6 1.3.5pvc糊树脂6 1.3.6pvc硬板和板材6 1.3.7pvc其他制品62工艺流程方案
4、选择与论证7 2.1工艺方案选择依据7 2.1.2悬浮聚合7 2.1.2本体聚合7 2.1.3乳液聚合7 2.1.4微悬浮聚合72.2聚氯乙烯悬浮聚合工艺流程8 2.2.1聚合原理8 2.2.2聚氯乙烯悬浮聚合具体工艺路线8 2.2.3工艺流程示意图103典型机器设备选型与论证10 3.1选型原则10 3.2关键设备选择11 3.2.1聚合釜11 3.2.2干燥装置12总结13参考文献14致谢15附录16前言聚氯乙烯(PVC)是由氯乙烯单体(VCM)均聚或与其他多种单体共聚而制得的合成树脂,聚氯乙烯再配以增塑剂、稳定剂、高分子改性剂、填料、偶联剂和加工助剂,经过提炼、塑化、成型加工成各种材料。
5、在现代工业生产和人类生活中起着举足轻重的作用,因此PVC的生产和技术的改进越来越受到现代人的关注!当前,PVC生产面临着严重的挑战。比如:生态环境的保护,潜在替代品的市场竞争,资源的进一步优化配置,能量的合理充分利用,生产过程的优化和高效率化,生产和使用效率的提高,应用技术和市场开拓等,都在不同程度上影响着PVC的进一步发展,在上述问题上仍有大量工作要做,对生态环境安全的配套助剂,环境保护技术(包括PVC废弃物的回收,再利用和处理)等方面,更需要花大力气加以研究。本设计是以氯乙烯单体为原料,对年产能力为2.5万吨的PVC聚合干燥工序的初步设计,收集有关的化工设计资料作参考,按专业综合课程设计大
6、纲的要求进行设计。本设计的内容是在简要介绍聚氯乙烯发展状况及其性质,用途,工艺方法选择的基础上,重点介绍了采用悬浮聚合法生产PVC的工艺过程,产量为年产2.5万吨。设计的主要内容有:设计说明书 根据设计题目,进行生产实际调研或查阅有关技术资料,在此基础上,通过分析研究,选定适宜的流程方案和设备类型,确定原则的工艺流程。同时,对选定的流程方案和设备类型进行简要论述。说明书内容:封面、目录、设计题目、概述与设计方案简介、工艺方案的选择与论证、工艺流程说明、专题论述、参考资料。主要内容有设计说明书以及工艺流程图和设备平面或立面布置图。 1概述1.1国内外聚氯乙烯(pvc)发展状况和发展趋势聚氯乙烯(
7、 PVC)是五大热塑性合成树脂之一,塑料制品是最早实现工业化的品种之一。可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工,而且具有较好的机械性能、耐化学腐蚀性和难燃性等特点,以其低廉的价格和非常突出的性能而广泛地用于生产板材、门窗、管道和阀门等硬制品,也用于生产人造革、薄膜、电线电缆等软制品。近年来,尽管在发达国家受到来自环保等多方面的压力,但世界对的总需求量仍出现稳定的增长态势。1992 年,世界 生产能力约为二千二百万吨,需求量为1900万吨 ;2002 年世界总产能约为三千四百万吨,消费量约为二千八百万吨;2009年世界生产能力已上升到约三千九百万吨,需求量约为三千七百万吨;2
8、010 年世界生产能力为 4300万吨 ,需求量4200 万吨 。尽管目前世界对PVC的生产和使用存在许多争议,特别在欧洲,对PVC 生产和制品的环保制约政策越来越严厉,但由于性能优良,生产成本低廉,仍具有较强的活力,特别在塑料门窗、塑料管道等建材领域。我国聚氯乙烯(PVC)工业起步于50年代,仅次于酚醛树脂是最早工业化生产的热塑性树脂,第一个PVC装置于1958年在锦西化工厂建成投产,生产能力为3000吨年1。此后全国各地的PVC装置相继建成投产,到目前为止,我国有PVC树脂生产企业80余家,遍布全国29个省、市、自治区,总生产能力达220万吨年。PVC由氯乙烯(VCM)聚合而成,工业生产一
9、般采用4种聚合方式:悬浮聚合、本体聚合、乳液聚合(禽微悬浮聚合)、溶液聚合。其中悬浮法PVC(SPVC)树脂产量最高,占80,其次是乳液法PVC(EPVC),本体法PVC(MPVC)。VCM悬浮聚合是以水为介质,加入VCM、分散剂、引发剂、pH值调节剂等,在搅拌和一定温度条件下进行聚合反应;VCM本体聚合仅在VCM和引发剂存在下进行,无分散剂、表面活性剂等助剂;VCM乳液聚合在VCM、引发剂、乳化剂、H2O以及其他助剂存在下进行而VCM溶液聚合是在VCM、;引发刘和溶剂存在下进行,这种方法有溶剂回收和残留污染问题,并且生产成本高,该方法已逐渐被悬浮法聚合或乳液法聚合代。目前,生产PVC树脂主要
10、采用悬浮法,少量采用乳液法及本体法。现在,国内引进PVC生产技术及设备的项目有二十项左右,其中生产能力最大的两套设备是上海氯碱股份有限公司和齐鲁石化总公司的年产20万吨悬浮法PVC树脂装置,采用日本信越公司技术。北京化工二厂、锦西化工厂、福州化工二厂引进美国BF古德里奇公司悬浮法PVC树脂生产技术,生产高型号树脂,其它还有引进美国西方化学公司的高型号树脂和釜式汽提技术及设备,法国阿托公司、前德国布纳公司、日本吉昂公司、日本钟渊公司、日本三菱公司的糊树脂生产装置和技术、法国本体聚合技术和设备等,这些技术和设备的引进,使我国PVC树脂的生产技术和水平有了很大提高,产品品种有所增加,带动了我国PVC
11、工业的发展1。我国PVC树脂的消费主要分为两大类,一是软制品,约占总消费量的37.o,主要包括电线电缆、各种用途的膜(根据厚度不同可分为压延膜、防水卷材、可折叠门等)、铺地材料、织物涂层、人造革、各类软管、手套、玩具、塑料鞋以及一些专用涂料和密封件等。二是硬制品,约占总消费量的 53.0,主要包括各种型材、管材、板材、硬片和瓶等。预计今后几年我国PVC树脂的需求量将以年均约6.4的速度增长,到2011年总消费量将达到约1250万吨,其中硬制品的年均增长速度将达到约7.0,而在硬制品中异型材和管材的发展速度增长最快,年均增长率将达到约10.1。未来我国PVC树脂消费将继续以硬制品为主的方向发展2
12、。中国聚氯乙烯工业有着广阔的发展前景,中国地大物博、人口众多,为聚氯乙烯产品提供了广大的市场。在进入21世纪以后,我们要学习和借鉴国外的先进技术和发展模式,结合我国的具体情况,发展我国的聚氯乙烯工业。我们要发挥全行业的力量,克服前进过程中的各种困难,一定能够在较短的时间内赶上世界聚氯乙烯工业的先进水平31.2产品的性能和特点中文名称: 聚氯乙烯英文名称: Polyvinyl chloride polymer 简称: PVC玻璃转变温度: 87 熔点: 212导热率(): 0.16 W/mK 热膨胀系数(): 810-5 /K 热容(c): 0.9 kJ/(kgK) 吸水率 (ASTM): 0.
13、04-0.4%聚氯乙稀是一种无毒、无臭的白色粉末。电绝缘性优良,一般不会燃烧,在火焰上能燃烧并放出HCl,但离开火焰即自熄,是一种“自熄性”、“难燃性”物质。主要用于生产透明片、管件、金卡、输血器材、软、硬管、板材、门窗、异型材、薄膜、电绝缘材料、电缆护套、输血料等4。聚氯乙稀具有阻燃(阻燃值为40以上)、耐化学药品性高(耐浓盐酸、浓度为90的硫酸、浓度为60的硝酸和浓度20的氢氧化钠)、机械强度及电绝缘性良好的优点。但其耐热性较差,软化点为80,于130开始分解变色,并析出HCI5。 聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成,聚合度n一般在50020000范围内,其分子结构式如下:分子式: 结
14、构式为:其中n为平均聚合度,一般为3508000,分子量为30000100000 1.3 聚氯乙烯的主要用途1.3.1 PVC一般软制品利用挤出机可以挤成软管、电缆、电线等;利用注射成型机配合各种模具,可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽车配件等。 PVC薄膜PVC与添加剂混合、塑化后,利用三辊或四辊压延机制成规定厚度的透明或着色薄膜,用这种方法加工薄膜,成为压延薄膜。也可以通过剪裁,热合加工包装袋、雨衣、桌布、窗帘、充气玩具等。宽幅的透明薄膜可以供温室、塑料大棚及地膜之用。经双向拉伸的薄膜,所受热收缩的特性,可用于收缩包装。1.3.2 PVC涂层制品有衬底的人造革是将PVC糊涂敷于布上或纸上
15、,然后在100摄氏度以上塑化而成。也可以先将PVC与助剂压延成薄膜,再与衬底压合而成。无衬底的人造革则是直接由压延机压延成一定厚度的软制薄片,再压上花纹即可。人造革可以用来制作皮箱、皮包、书的封面、沙发及汽车的坐垫等,还有地板革,用作建筑物的铺地材料。1.3.3 PVC泡沫制品软质PVC混炼时,加入适量的发泡剂做成片材,经发泡成型为泡沫塑料,可作泡沫拖鞋、凉鞋、鞋垫、及防震缓冲包装材料。也可用挤出机基础成低发泡硬PVC板材和异型材,可替代木材试用,是一种新型的建筑才材料。1.3.4 PVC透明片材PVC中加冲击改性剂和有机锡稳定剂,经混合、塑化、压延而成为透明的片材。利用热成型可以做成薄壁透明
16、容器或用于真空吸塑包装,是优良的包装材料和装饰材料如月饼包装盒。1.3.5 PVC糊树脂将PVC分散在液体增塑剂中,使其溶胀塑化而成增塑溶胶,通常用乳液或微悬浮树脂,还需加稳定剂、填料、着色剂等,经充分搅拌,脱气泡后,配成PVC糊,再用进、浸渍、浇铸或搪塑等加工成各种制品。如衣架、工具手柄、圣诞树等。1.3.6 PVC硬板和板材PVC中加入稳定剂、润滑剂和填料,经混炼后,用挤出机可挤出各种口径的硬管、异型管、波纹管,用作下水管、饮水管、电线套管或楼梯扶手。将压延好的薄片重叠热压,可制成各种厚度的硬质板材。板材可以切割成所需的形状,然后利用PVC焊条用热空气焊接成各种耐化学腐蚀的贮槽、风道及容器
17、等。1.3.7 PVC其他门窗有硬质异型材料组装而成。在有些国家已与木门窗铝窗等共同占据门窗的市场;仿木材料、代钢建材(北方、海边);中空容器2 工艺方案选择与论证 2.1 工艺方案选择依据 到目前为止,世界上PVC生产的聚合工艺主要有四种,即悬浮聚合、本体聚合、乳液聚合、微悬浮聚合 2.1.1 悬浮聚合:悬浮聚合是一种成熟的工艺,典型的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,脱除氧,加入单体氯乙烯进行聚合。2.1.2 本体聚合: 本体聚合工艺不以水为介质,也不加入分散剂等各种助剂,而只加入氯乙烯和引发剂,因此可大大简化生产工艺。 2.1.3乳液聚合: 乳液聚合是
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