武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）
方面做了大量的研究工作，进一步提高了聚合转化率，缩短了聚合周期，提高了生产效率，同时也开发出一系列性能好、易于加工的PVC专用树脂如:超高(或超低)聚合度树脂、高表观密度树脂、无皮树脂、耐辐射树脂、医用树脂、耐热树脂等。可见，各种专用料的开发是悬浮聚合树脂发展的标志，是提高产品使用性能、开发新的应用领域的重要手段。
2.3.2 工艺流程介绍
含有未反应的乙炔、氯化氢、升华的汞蒸汽及副反应合成的高沸物等杂质合成气，由二段合成气总管自上而下进入装有活性碳的脱汞器（D-301），用活性碳吸附合成气中的汞蒸汽。来自脱汞器（D-301）的合成气进入上层是筛板、下层是填料的水洗塔（T-301），中部用水洗塔进酸泵（P-301）输送来的稀盐酸进行吸收氯化氢气体，上层筛板计量加入生产水吸收残余的氯化氢使合成气得到进一步的净化，净化后夹带着少量盐酸雾的合成气由水洗塔上部出来。水和稀酸吸收氯化氢后生产出的盐酸进入稀酸储槽（V-302），再由水洗塔进酸泵（P-301）返回水洗塔（T-301）进行循环吸收合成气体中的氯化氢。
由水洗塔（T-301）顶部出来含有少量氯化氢雾的合成气由底部进入碱洗塔（T-302），与塔顶碱循环泵（P-302）加压计量的碱液进行中和，从碱洗塔上部出来的中性粗氯乙烯合成气一部分送VCM气柜（V-305），一部分去机前冷却器（E-301）。循环碱液由底部流回碱循环槽（V-303），再由碱循环泵（P-302）循环使用。VCM气柜或由碱洗塔而来的粗氯乙烯气体进入机前冷却器（E-301）与5℃冷冻水进行间接换热降温，冷凝脱一部分水后，以正压低温状态进入氯乙烯压缩机（C-301）经压缩后高温高压的氯乙烯气体，经机后冷却器（E-302）与循环水进行换热降温，进一步脱水。由机后冷却器（E-302）而来的粗VCM气体，进入全凝器（E-303）,使VCM几乎全部冷凝化，不凝气体（主要为惰性气体）进入尾凝器（E-304），然后再进入低沸塔冷凝器（E-306），全凝器的冷凝液体VCM进入粗氯乙烯缓冲罐（V-306）利用水和VCM的密度差连续分层脱除水分，然后进入粗氯乙烯固碱干燥器（D-302）利用固碱的吸水性进一步脱除氯乙烯中的水分，使粗氯乙烯得到进一步干燥[8]。
干燥后的粗氯乙烯连续进入低沸塔（T-303），低沸塔底部的低沸塔再沸器（E-305）借循环热水间接换热，将VCM液体中的低沸物（主要是C2H2）蒸出。塔釜（再沸器）蒸出的气相沿逐层塔板而上，在逐块塔板上与向下的液体接触，进行热量和质量交换，使液相中的低沸点组分得以气化蒸出，气相中的高沸点组分VCN得以冷凝，二相流体
11
武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）
均得到逐级提纯，最后进入低沸塔顶冷凝器（E-306）以5℃冷冻水降温液化，凝液进入低沸塔回流罐（V-307），低沸塔顶冷凝器出来的不凝气体进入尾气回收系统，回收VCM单体，凝液由底部流入低沸塔回流罐（V-307）。低沸塔塔底的VCM连续送至高沸塔（T-304）。含有高沸物的氯乙烯液体连续进入高沸塔中部，高沸塔底部液体中的轻组分VC被高沸塔再沸器（E-308）以热水加热气化而上升与下降的液体在逐层塔板上充分接触进行传质和传热过程，上升气相中的重组分被液化，下降液相的轻组分被汽化上升，进入精馏段再与回流液体在精馏段塔板上进行冷凝蒸发，使物料得以充分的分离提纯，直至在塔顶出口获得极高的VC气体，经成品冷凝器（E-307）以冷冻水液化为液体进入高沸塔回流罐（V-308），一小部分计量回流至高沸塔（T-304），绝大部分进入氯乙烯成品球罐（V-310）供聚合使用。高沸塔塔底以二氯乙烷为主的高沸点物质，进入蒸出塔（T-305）。塔顶蒸汽进入蒸出塔冷凝器（E-310）。冷凝后部分回流。塔釜出料一部分进入再沸器（E-309）加热成蒸汽进入蒸出塔（T-305），一部分进入二氯乙烷贮槽（V309）作为二氯乙烷成品[9]。
12
武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）
第三章 物料衡算
3.1 物料衡算依据
略去与计算无关的设备，物料衡算关系示意图如图3.1所示:
M3 M4 M5 M10 M1 M M2 2
M12 M13 聚合釜 M9 出料槽 M11 汽提塔 M14 M6 M7 M8 M15 M1M16 M1M18 9 离心机 气流干燥 7 沸腾干燥 M20 包装 M16 图3.1 物料平衡关系图
MI__氯乙烯单体 M2__去离子水 M3__引发剂 M4__终止剂 M5__调节剂 M6__防粘釜剂M7__分散剂 M8__二次用水 M9__助剂溶液 M10__聚合物混合溶液 M11__回收VCM 单体1 MI2__聚合物混合溶液2 MI3__回收VCM单体2 MI4__蒸汽 MI5__聚合物混合溶液3 MI6__母液 MI7__湿物料1 MI8__脱去水分1 MI9__湿物料2 M20__脱去水分2 M21__成品1
3.2 物料衡算条件
（1）明确物料发生的化学变化，写出主要的反应方程式。 a.对于单纯物料配置，无相变化和化学变化，因此不做物料衡算。
b.在聚合釜内发生反应，由引发剂引发单体进行自由基聚合，其反应式如下：
nCH2? CHCl ???(CH2? CHCl)n??
（2）搜集基本数据
a.生产能力：年产19万吨聚氯乙烯。 b.产品要求：聚氯烯含量≥99.95%。
13
武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）
c.生产周期：300 天?年（24小时?天）
聚合部分属于间歇操作，采用8釜并联，每天生产3批。汽提、离心、干燥及包装部分属于连续操作。 d.相关技术指标
聚合总收率94%，总损失6%。根据生产统计数字，各步骤损失分配如表 3-1 所示 （以聚合釜内反应生成的聚合物为准）：
表 3-1聚合分配（以 SG-5 型为准）技术指标
项目内容 技术指标 项目内容 聚合中损失量 沉析的损失量 汽提中损失量 离心中损失量 气流干燥损失量 沸腾干燥损失量 包装损失量
技术指标 1％的聚合物生成量 1％的聚合物生成量 1％的聚合物生成量 1％的聚合物生成量 0.5％的聚合物生成量 0.5％的聚合物生成量 1％的聚合物生成量
聚合物后处理损失率 6％聚合物生成的量
去离子水体积 引发剂用量 分散剂用量 调节剂用量 终止剂用量 防粘釜剂用量 1.4单体体积 0.1％单体质量 0.2％单体质量 0.01％单体质量 0.01％单体质量 0.1％单体质量
（3）根据反应操作过程，可得出操作周期，如表 3-2 所示：
表3-2 操作周期-时间平衡表
操 作 进水进 VCM 搅拌 升温 反应 出料 清釜置换 共计 时间/min 15 15 20 30 270 20 20 390
（4）操作条件和控制指标 a.聚合阶段
聚合温度：57℃； 加料压力：0.84Mpa；出料压力：0.45Mpa； 反应转化率：88%； 二次用水量：700m。 b.出料阶段
出料中VCM 的含量为≤456.3ppm。 c.汽提阶段
汽提顶温：105℃； 汽提底温：115℃； 压力：50KPa；
14
3
武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）
汽提后VCM 的含量为≤13.6ppm。 d.离心阶段
离心后湿物料的含水20%。 e.干燥阶段
气流干燥后出口含水量为5%，沸腾干燥器出口物料含水 0.3%。 （5）确定计算基准
间歇操作过程以 kg/B 为基准，连续过程以 kg/h 为基准。 （6）计算主要原料投料量 每批应生产的聚合物数量为：
19?104?103?0.997?223912.53kg/B
300?3?0.94采用 8 釜（70m3）并联，则每釜每批投料量应为：
223912.53?27989.07kg/B 8已知反应的转化率为 88%，则应投入的 VCM 单体的质量为：
27989.07?31805.76kg/B
0.883.3 各个设备物料衡算
3.3.1 乙炔发生段与氯乙烯合成段物料衡算
乙炔发生段和氯乙烯合成段关系示意图如图 3.2 所示：
电石 图3.2 乙炔发生段和氯乙烯合成段关系示意图
水 发生器 乙炔 HCl 混合器 粗氯乙烯 精馏塔 氯乙烯 电石：分子式 CaC2，分子量 64.10。化学纯的碳化钙几乎是无色透明的结晶体， 工业用电石呈灰色、棕黄色或黑色。18℃时的比重为 2.22，电石比重随着 CaC2 含量的减少而增加。不溶于所有有机溶剂中，熔点 2300℃（纯）电石与水作用生成乙炔和氢氧化钙。
规格：CaC2 含量不小于 67.17%（重量）；CaO 含量不大于 22.08%；C 含量不大 于 1.0%；MgO 含量不大于 0.4%；H2S 含量小于或等于 0.15%；PH3 含量小于等于 0.08%；发气量：在 20℃，0.1MPa 压力下（760 毫米汞柱），285L/kg 以上；
15