悬浮法生产聚氯乙烯流程设计

洛阳理工学院课程设计

图2-1 聚氯乙烯生产工艺流程

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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)

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表2-1 乙烯悬浮聚合操作周期

工序 1、水相加料 2、抽真空 3、加VCM 4、加热到570C 5、恒温聚合时间 6、回收单体 7、出料 8、清釡 聚合周期 设计值/min 30 15 15 30 300 60 30 60 540（9h）

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

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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

放空时损失为0.51%，则G3=4962.4×0.51%=25.3kg 浆料损失为0.05%，则G4=4962.4×0.05%=2.5kg 汽提损失为0.1%，则G5=4962.4×0.1%=0.5kg 离心干燥损失为0.38%，则G6=4962.4×0.38%=18.9kg 精馏时损失为3.5%，则G7=4962.4×3.5%=173.7kg 包装时损失为0.21%，则G8=4962.4×0.21%=10.4kg 反应前物料G=5513.7kg，根据物料平衡原理： G=G1+G2+···+G9

=4962.4+12.4+25.3+2.5+0.5+18.9+173.7+10.4+307.6=5513.7kg

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3.2 聚合釜的物料衡算

3.2.1釡数及投料系数的台数的确定

因为每台釡年平均要工作8000小时，而每生产一次的周期为9小时，年投料量（VCM）为40602.9吨，每釡的出料量为19.9吨，选择投料系数为0.8，先用80 m3的标准釡， VVCM=40602.9×1000/837=48510.0 m3

V水=1.8×40602.9×1000/997.7=73253.7 m3

所需要釡的台数为 (48510.0 +73253.7)/(80×0.8×(8000/9))= 2.378 台，取整数为3台。调整后的投料系数为0.63

实际的投料系数计算： (48510.0 +73253.7)/( 80×3×800)=0.63 可取 0.63

每个釡所需的VCM的体积为： 48510.0/(3×(8000/9))=20.2 m3 每釡所需的水的体积为：73253.7/(3×(8000/9))=30.5 m3 根据表1-2原料的配方得

表3-2 原料配方

原料 重量，kg

VCM 5513.7

水 9924.6

引发剂 220.548

分散剂 441.096

其他助剂 适量

3.2.2 聚合釜的生产计算

以20 m3釡生产为例，分述如下：

（1）投料 投料温度为20℃，单体4.53m3，水6.97m3， 投料体积4.53+6.97=11.5m3 ； 空余（气相）体积=20-11.5=8.5m3

（2）升温 升温到期60℃，单体重度d依温度t变化 d=0.9471-0.001746t-0.00000324t2

得： 20℃时 d=0.910 ； 57℃ 时 d=0.83 单体在57℃时体积增加到：4.53×0.91/0.83=4.97m3 物料总体积：4.97+6.97=11.94 m3 空余（气相）体积：20- 11.94=8.06m3

（3）反应结束：转化率为90%，树脂真实密度为1.4 kg/m3 则此时树脂体积：4.53×90%×0.83/1.4=2.417m3

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