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：
乳液聚合是生产糊树脂的方法，通常采用水溶性引发剂（H2O2或K2S2O8等）把氯乙烯单体、水溶性物质、水、乳化剂及非离子型表面活性剂加入集合釜中进行聚合反应。
2.1.4微悬浮聚合：
微悬浮聚合将氯乙烯单体，无离子水、乳化剂、油溶性引发剂以及其它助剂
按比例混合均化，将均化料通入聚合反应釜进行聚合。
（1）艺流程方面 就以上四种聚合工艺而言，本体法工艺流程简单，装置占地面积小，同时基本上无废液排放，排气可达到最低程度，环境污染少，而且产品质量好、纯度高，特别使用透明包装材料和电缆料。悬浮法是一种相对最成熟的工艺，在目前世界上聚氯乙烯生产中占有绝对的分额，且产品转化率最高，产品品种最多，容易适应市场。乳液法是生产糊树脂的方法，工艺复杂、成本较高且树脂质量较差。而微悬浮法也是生产糊树脂的方法，但仅用于特殊用途。 （2）反应速率 控制方对于本体聚合，当自由基聚合进行到一定转化率后，体系黏度增大，自动加速效应显著，散热困难。大规模生产时，即使降低引发剂浓度以减慢速率，有时还是不能很好的控制。改用溶液聚合可以克服这一困难，但聚合速率和产物分子量均有所降低；此外，脱除溶剂困难，成本较高。而悬浮聚合可以克服本体聚合和溶液聚合的上述缺点。经济方面。
（3）从经济角度分析，均相本体聚合是最合理的聚合方法。但其聚合后期体系黏度很高，在聚合反应器中搅拌、传热等工程问题解决之后，才能有效的实施。若包括精制、回收、干燥等后期处理工序在内，则各聚合过程的经济性大体依下
列顺序递减：悬浮聚合＞本体聚合＞微悬浮聚合＞乳液聚合。
（4）悬浮聚合 悬浮聚合法有许多优点，如以水为介质，价廉、不需要回收、安全、产物容易分离、生产成本低；悬浮聚合体系黏度低、热量容易由夹套中冷却水带走、温度容易控制、产品质量稳定。由于没有向溶剂的链转移反应，其产物分子量一般比溶液聚合物高。与乳液聚合相比，悬浮聚合物上吸附的分散剂量少，有些还容易脱除，产物含有较少的杂质。生产技术相对更加完善，技术成熟。由于这些优点，悬浮聚合在工业上得到了广泛的应用。
通过以上的各种方案的对比，本设计选用悬浮法制取聚氯乙烯。
2.2聚氯乙烯悬浮聚合工艺流程：
2.2.1聚合原理 氯乙烯的聚合属于自由基型聚合反应。聚合时采用的引发剂为油溶性的偶氮类、有机过氧化物类和氧化还原引发体系。反应迅速，同时放出大量的反应热。链增长的方工为头尾相连。聚合反应过程存在着严重的增长链向单体的转移，是影响产物相对分子质量的主要因素，这种链转移随温度的升高而加快。
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500--20000范围内，其分子结构式如下：
氯乙烯的悬浮聚合是生产聚氯乙烯的主要方法。具有操作简单，生产成本低，产品质量好，经济效益好，用途广泛等特点，适于大规模的工业生产。
在树脂质量上，用悬浮聚合生产的ＰＶＣ树脂的孔隙率提高了300%以上，经过适当处理的树脂其单体氯乙烯的残留量由原来的0.1%降到0.0005%以下。同时设备结构改进，大型化和采用计算机数控联机质量控制，使批次之间树脂质量更加稳定。
另外，清釜技术和残留单体回收技术的发展，减少了开釜次数，进而减少了氯乙烯单体的释放量；采用烧结，冷凝或吸收方法汽提品和处理废气，进一步减少了氯乙烯单体的消耗。
2.2.2聚氯乙烯悬浮法具体工艺路线如下：
(1)聚合 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℃。当转化率达60～70％，有自加速现象发生，反应加快，放热现象激烈，应加大冷却水量。待釜内压力从最高0.687～0.981Mpa降至0.13～0.48Mpa时,可泄压出料,使聚合物膨胀。因为聚氯乙烯粒的疏松程度与泄压膨胀的压力有关，所以要根据不同要求控制泄压压力。
未聚合的氯乙烯单体经泡沫捕集器排入氯乙烯气柜，循环使用。被氯乙烯气体带出的少量树脂在泡沫捕集器捕集下来，流至沉降池中，作为次品处理。
(2)碱处理 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℃以下时,再送去过滤和洗涤。
碱处理的目的： 破坏残存的引发剂、分散剂、低聚物和挥发性物质，使其变成能溶于热水的物质，便于水洗清除。
(3)树脂的干燥方法 聚氯乙烯树脂的干燥方法多是采用二段干燥法，即气流干燥管与沸腾床干燥器结合使用，其中气流干燥管脱除的是树脂上的表面非结合水，沸腾床干燥器脱除的是树脂内部结合水。这里的第二段干燥过程由于物料停留时间长，投资较大，热效率较差，费用较高，因此，国内外工业生产改进较大，如赫司特公司采用的MST旋风干燥器，具有停留时间适用、热效率利用好的特点。
(4)脱水与成品：在卧式刮刀自动离心机或螺旋沉降式离心机中，先进行过滤，再用70～80℃热水洗涤二次。经脱水后的树脂具有一定含水量，经螺旋输送器送入气流干燥管，以140～150℃热风为载体进行第一段干燥，出口树脂含水量小于4%；再送入以120℃热风为载体的旋风干燥器中进行第二段干燥，得到含水量小于0.2%的聚氯乙烯树脂。再经筛分、包装后入库。
2.2.3 工艺流程示意图 脱盐水 聚明胶及偶氮二异丁腈 合 助剂 釜 聚乙烯 碱处理槽 离心分离 3 典型机器设备选型与论证
3.1 选型原则 1.满足工艺要求
成品储存与包装 旋振筛 旋风干燥器 设备的选择和计算必须充分考虑工艺上的要求，力求做到技术上先进，经济上合理，亦即选用的设备能与生产规模相适应，并应获得最大的单位产量；能适应产品品种变化的要求，并确保产品的质量；能降低劳动强度，提高劳动生产率；能降低原材料及相应的公用工程（水，电，气）的单耗；能改善环境保护，设备制造较易，材料易得，操作及维修保养方便。
设备选择时，要能完全满足上述方面的条件是相当困难的，但一定要参照上述几个方面对拟采用个设备进行详尽地比较，并拿出最佳的方案来。
2.设备成熟可靠
作为工业生产，不允许把不成熟或未经生产考验的设备用于设计。设计中所选用的设备不但技术性能要可靠，设备材质也要可靠。对从国外引进的设备，同
样必须强调设备及其所采用材质的可靠性，特别对生产中的关键设备，一定要在充分调查研究和对比的基础上，作出科学的选定。
3.尽量采用国产设备
在设备选型时应尽量采用国产设备，这样不仅可以节约外汇，而且可以促进我国机械制造工业的发展。当然根据条件和可能，引进少量进口装置或关键设备也是不要的，但同样必须坚持设备先进可靠，经济合理，并应考虑在引进的基础上如何消化吸收以及仿制工作。 3.2 关键设备选择 3.2.1聚合釜
聚合釜是PVC生产中的关键设备，聚合釜技术水平的提高保证了先进的生产工艺得以实现。在小型釜时期，其容量为十几立方，釜体的材质是搪瓷釜和不锈钢釜并存的，以釜壁光洁、粘釜较轻、造价低廉而优于不锈钢釜。其后不锈钢釜的抛光技术有所改进，粘釜问题在应用了涂布、高压水清釜技术后有所缓解，由于复合钢板造价低，易于加工，可向大型化发展，并具绝对优势。 具有代表性的聚合釜的结构特点见下表
根据设计要求可选用的聚合釜容积为70 m3聚合釜，设计压力为206MPa,采用螺旋半管型夹套与 4 根内冷挡板移热, 换热能力好。搅拌型式为底伸式二层三叶后掠式搅拌器, 转速为98 r/ min, 具有良好的剪切与循环作用。机封为双端面机械密封,使用寿命可达8 000 h。釜顶有对称排列的自动喷淋涂布装置, 采用优异的防粘釜剂,可连续生产600釜不清釜。完全能满足粉状PVC 树脂的生产需要。