年产9500吨年聚氯乙烯悬浮聚合工艺设计 --大学毕业(论文)设计

表3-1 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 ρ

3

3

H2O= 997.7kg/m

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：

9

G=G1+G2+···+G9

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

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10555.6吨，每釡的出料量为10.69吨，选择投料系数为0.8，先用70 m3的标准釡， VVCM=10555.6×1000/837=12611.2 m3

V水=1.8×10555.6×1000/997.7=19043.88 m3

所需要釡的台数为(12611.2 +19043.88)/( 70×0.8×8000/9)= 0.64台，取整数为1台。调整后的投料系数为0.63

实际的投料系数计算： (12611.2 +19043.88)/( 70×1×800)= 0.57可取0.57

每个釡所需的VCM的体积为：12611.2/(1×(8000/9))= 14.2 m3 每釡所需的水的体积为：19043.88/(1×(8000/9))= 21.4 m3

原料的配比

表3-2 原料配方

原料 重量，kg

VCM 11875.05

水 21375.09

引发剂 4.75

分散剂 9.5

其他助剂 适量

3.2.2 聚合釜的生产计算

以70 m3釡生产为例，分述如下： （1）投料

投料温度为20℃，单体14.2m3，水21.4m3， 投料体积：14.2+21.4=35.6m3 ； 空余（气相）体积：70-35.6=34.4m3 （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：14.2×0.91/0.83=15.6m3

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物料总体积：15.6+21.4=37m3 空余（气相）体积：70－37=33m3

（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：14.2×90%×0.83/1.4=7.577 m3 未聚合单体体积：14.2×0.1=1.42 m3 物料总体积：21.4+7.577+1.42=30.397m3 空余（气相）体积：70-30.397=39.603m3

表3-3物料衡算汇总表

损失 筛分 干燥 离心 混料 汽提 出料 聚合 损失率 / % 0.21 0.13 0.25 0.01 0.1 0.001 0.79 损失前的重量 / t 9,519.95 9,532.3 9,556.05 9,557 9,566.5 9,566.595 9,641.645

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第4章 热量衡算

4.1 聚合釜热量衡算

4.1.1 参数设定

QT——设备或系统内物料与外界交换热量之和(传入热量为正，传出热量为负），KJ；

Q1——由于物料温度变化，系统与外界交换的热量（升温为正，降温为负），KJ；

Q2——由于物料发生各种变化，系统与外界的交换的热量（吸热为正，放热为负），KJ；

Q3——由于设备温度改变，系统与外界交换的热量（设备升温为正，设备降温为负），KJ；

Q4——设备向外界环境散失的热量（操作温度高于环境温度为正，操作温度低于环境温度为负），KJ。

根据热量守恒定律，得 QT=Q1＋Q2＋Q3＋Q4 其中 Q1=W?CdT

T1T2Q2= W?Hr?x/M

Q3=ΣWi CPi ?Tm

Q4=3.6×ΣAiαi (Ti－T0)×t

固体和液体热容可以采用柯普定律[5]计算 C(KJ/Kg.℃)=4.184×Ca×n/M 式中 Ca——基团的比热容，KJ/(Kg.℃) n——分子中同一元素的原子数 M——化合物的分子量， Kg/Kmol

单体的热容可以采用Missenard法基团贡献值[6]计算

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