年产十二万吨聚氯乙烯合成工艺设计开题报告

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《年产１２万吨聚氯乙烯的合成工艺设计》开题报告

1一、选题的背景与意义:（一）课题研究来源本项目依据河南首瑞橡胶PVC合成工段,通过研读大量的关于聚氯乙烯性质、用途、生产技术、国内外研究现状及市场情况分析的文献,对生产聚氯乙烯工艺过程进行设计。（二）课题研究的目的聚氯乙烯（ＰVC)是国内外高速发展的合成材料中5大热塑性合成树脂之一，以其价廉物美的特点，占合成树脂消费量的2９％左右，仅次于聚乙烯（PE),居第二位。由于它具有优良的耐化学腐蚀性、电绝缘性、阻燃性、物理及机械性能、抗化学药品性能、质轻、强度高且易加工、成本低,可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工，是一种能耗少、生产成本低的产品。因而聚氯乙烯（PＶＣ）制品广泛用于工业、农业、建筑、电子电气、交通运输、电力、电讯和包装及人们生活中的各个领域。因此聚氯乙烯具有广泛的应用前景,所以聚氯乙烯的合成工艺需要进行深入的研究。由于电石法聚氯乙烯生产技术是一种传统工艺,从Hcl气体合成、Ｃ2H2的生成、脱水，混合、预热到催化转化，工艺和设计都没什么改进。本设计目的在于添加了氯乙烯气相脱水工艺,根据既定的工艺路线和工艺条件，采用相关的单元过程及单元操作,设计出优化的工艺流程并根据工艺条件选择出合适的设备,以达到提高产品质量和生产效益的要求,（三）课题研究的意义本课题对传统电石法聚氯乙烯的设计进行改进,不仅提高了生产效率,提高了氯乙烯单体的产量和质量,延长了设备的使用寿命,减少物料的损失，而且使生产过程中更加环保科学化。

2二、国内外研究现状：（一）国内研究现状目前我国PＶＣ的生产基本上采用悬浮聚合工艺,生产主要采用电石乙炔工艺路线和乙烯氧氯化工艺。国内悬浮法生产PVC的工艺技术近十几年来取得了一定进展，主要有：(1)复合型分散剂和引发剂、链转移剂、热稳定剂和终止剂等在各生产厂家中得到广泛应用；（2)基本上掌握了聚合釜真空脱氧、后加引发剂等聚合技术;(3）防粘釜技术也得到了提高；(4）发展了筛板溢流塔和螺旋板换热器。清华大学新开发的旋流干燥器性能优于德国赫斯特公司同类产品;(5)新开发出了宽分子质量分布、高聚合度PVC、纳米CaCO3,原位聚合PVC专用树脂和纳米抗菌PVC材料等。（二）国外研究现状近年来,国外的氧氯化工艺有了进一步的改进，在裂解1,2一二氯乙烷生产氯乙烯的过程中，采用三氯乙醛或氯醛促进剂，减少了乙烯基乙炔副产物，提高了产品质量。新开发的直接氯化/电解氯化氢生产氯乙烯单体新工艺，在降低氯乙烯单体成本、提高产品质量方面又迈进了一步。乙烷制ＶＣＭ工艺正在实现工业化,该工艺可使产品成本降低２０％~３０%。欧洲乙烯新近又开发出了使乙烷在低温下反应直接合成氯乙烯的新型催化剂,其成本比由乙烯生产氯乙烯方法节省50%以上。目前已有新型消泡悬浮剂研制成功,简化了聚合操作步骤,减少了树脂中的杂质,改进了间歇悬浮聚合工艺及聚氯乙烯树脂的粒度分布,提高了树脂质量。开发了氯乙烯—丙烯酸丁酯共聚物与聚丙烯酸酯的接枝共聚物、含氨基的聚氯乙烯树脂。对加工配料技术进行了改进，开发出高强度PVC电缆料、防污PVＣ制品、ＰVC仿木型材、PVC木材复合窗用型材等。

3三、课题研究内容及创新（一）课题研究内容：PＶC制备的工艺流程详细如下图1：ﻩ碱液去离子水气氯乙烯聚ﻩ混汽离引发剂流助剂合ﻩ釜ﻩ料提心干槽塔机燥泡沫捕集器ﻩ旋腾旋床ﻩ干成品储存振风筛干燥图１PVC制备的工艺流程图燥本次设计为年产12万吨聚氯乙烯的工艺设计，采用了聚氯乙烯悬浮聚合工艺,介绍了聚氯乙烯的聚合工艺及合成聚氯乙烯的流程和设备,对整个生产工艺做出了详细的叙述。悬浮聚合的过程是先将去离子水用泵打入聚合釜中启动搅拌器,依次将分散剂溶液、引发剂及其他助剂加入聚合釜内。然后，对聚合釜夹套内通入蒸汽和热水,当聚合釜内温度升高至聚合温度(5０～5８℃）后,改通冷却水,控制聚合温度不超过规定温度的正负0.5℃。聚合物悬浮液送碱处理釜，用浓度为３6%~42%的NａOH溶液处理,加入量为悬浮液的０.05%~0.２%,用蒸汽直接加热至７0～80℃,维持１.5～２.0ｈ,然后用氮气进行吹气降温至65℃双下时,再送去过滤和洗涤。然后送入汽提塔以除去二氧化碳等气体。其次送入离心分离槽和旋风干燥床等里进行分离干燥。最后成品储存包装。(二）创新:反应温度易控制、成品纯度高、绝缘性好、聚合物的聚合度也比较高。固碱不仅能吸湿脱水,而且能进一步除掉氯乙烯中夹带的微量氯化氢及铁,减轻酸腐蚀,延长设备的使用寿命,还能除掉从聚合过程中回收的氯乙烯中的微量活性分子。这样就能减少精馏塔中的自聚物,改善精馏操作状态，延长精馏操作周期，减少因精馏操作不良引起的停工时间和停工物料损失，从而提高氯乙烯单体的产量和质量,具有一定的操作价值和研究意义。

4四、课题的研究方法:该设计整体上来说可以按照下面几个步骤来进行研究：（１)在设计计算之前,首先应对与PVC有关的文献资料进行查阅，大致了解PVC的发展现状，ＰＶＣ合成的基本步骤以及PVC的发展趋势;(2)通过对化工原理基础知识的回顾,熟悉物料衡算、热量衡算时所需的条件,结合已知参数，进行计算；各工序段的物料及能量衡算基本步骤如下：氯乙烯脱水氯乙烯精馏氯乙烯聚合干燥物（1）确定物料衡算的（1）确定物料衡算（1）确定物料衡算料已知条件的已知条件的已知条件衡（2）进行氯乙烯气相（2）进行全凝器的（2）进行聚合釜的算冷却器的物料衡算物料衡算物料衡算基（3）进行固碱干燥器（3）进行低沸塔的(3)进行空气加热本的物料衡算物料衡算器的物料衡算步骤（4）进行高沸塔的物料衡算热（1）确定热量衡算的（1）确定热量衡算（1）确定热量衡算量已知条件的已知条件的已知条件衡（2）进行冷却器的热（2）进行低沸塔的（2）进行聚合釜的算量衡算热量衡算热量衡算基（3）进行固碱干燥器(3)进行高沸塔的热(3)进行空气加热本的热量衡算量衡算器的热量衡算步骤ö÷3（3）通过计算得到的数据，结合设备计算的理论知识,参照国家的有关要求标准，对设备进行设计计算和确定;圆筒临界压力计算：Pcr=2EtæSçeD2ç÷1-uè0øPD筒体厚度计算：d=ci+Cca2[¶]tj-P2（4）对确定的设备进行验证，确保其符合要求；（5）按所得的设备尺寸以一定的比例进行作图,同时按要求做出工艺流程图、平面布置图、装备图等所要求的图;(6)最后对整个工作再进行整理，使之更加完整。

5五、研究计划及预期成果：研究计划:序时间内容号13.23-3.25查找关于PVC进展及应用情况方面的文献、资料。23.26-3.31根据查得的文献总结关于PVC的知识。34.1-4.544.6-4.12查找与PVC有关的英文资料，并对其进行翻译。查找与PVC工艺相关的资料，比较其各自的优缺点，并最终确定聚合工艺。对已经学习过的化工原理知识进行较系统的复习，54.13-4.19同时查阅了好多与设计计算方面相关的资料。总体上确定各阶段的物料量，并对氯乙烯脱水工序64.20-4.26段进行物料衡算和能量衡算，并对该工序段的设备进行选型计算。对氯乙烯精馏工序段进行物料衡算和能量衡算，同75.1-5.6时对其设备进行选型计算。对氯乙烯聚合干燥工序段进行物料衡算和能量衡85.6-5.10算，同时对其进行设备选型计算。95.10-5.30绘图，并对其修改和完善。15.31-6.13对各项工作进行修改整理，准备答辩。0预期成果：使用悬浮法生产聚氯乙烯，对年产1２万吨聚氯乙烯工艺进行了改进设计，提高生产效率，延长设备使用寿命。并且使制的PVＣ达到预定指标:用于悬浮聚合的氯乙烯单体纯度在99％以上,乙烯乙炔丙烯等杂志含量均低于０.0002%。

6六、参考文献：[１］乔辉,丁筠，盛平厚等译.聚氯乙烯手册.北京：化学工业出版社,2008［2]邴涓林,黄志明主编.聚氯乙烯工艺技术．第一版.北京：化学工业出版社,2０08[３]文远安.本体法ＰVC生产技术及其发展趋势.聚氯乙烯,20０9，37（3）:3～９[4］韩丽.国内PＶC树脂市场现状分析.齐鲁石油化工，2００8，36(2):153～156[5]李述文，范如霖.实用有机化学手册［M].上海:上海科技出版社.2０07.[6]徐国敏，秦舒浩,鲁圣军,张凯舟,何力.ＰＶC的环境问题［J].聚氯乙烯．２007.［7］刘容德,李静，桂俊杰等．HPVＣ与普通PVＣ加工性能比较[J].聚氯乙烯.20０７.[8]邴涓林,李承志.2０0８年中国ＰVC产业动态及分析[J]．聚氯乙烯，2009,３7（５):1～１4.［９]王福顺,大型化工项目厂址比选的基本原则与方法，中国工程咨询,200８年第3期，总第29期.七、指导教师评语：签名:年月日

7八、教研室审核意见签名:年月日