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聚氯乙烯生产工艺仿真系统操作手册北京东方仿真软件技术有限公司2009年7月1一、工艺流程说明1.1生产方法聚氯乙烯的聚合方法从乳液聚合、溶液聚合发展到悬浮聚合，本体聚合、微悬浮聚合等。国外目前以悬浮聚合（占80-85%）和二段本体聚合为主；国内目前以悬浮聚合为主，少量采取乳液聚合法。本仿真流程采用悬浮聚合法。将各种原料与助剂加入到反应釜内在搅拌的作用下充分均匀分散，然后加入适量的引发剂开始反应，并不断地向反应釜的夹套和挡板通入冷却水，达到移出反应热的目的，当氯乙烯转化成聚氯乙烯地百分率达到一定时，出现一个适当的压降，即终止反应出料，反应完成后的浆料经汽提脱析出内含VC后送到干燥工序脱水干燥。氯乙烯悬浮聚合反应，属于自由基链锁加聚反应，反应式如下：nCH2=CHCl→—[—CH2—CH—]n—∣Cl它的反应一般由链引发剂，链增长，链终止，链转移几种元素反应组成。1.2工艺流程聚氯乙烯生产过程由聚合、汽提、脱水干燥、VCM回收系统等部分组成。同时还包括主料、辅料供给系统，真空系统等。其生产流程见图1.1及1.2。1.2.1进料、聚合首先向反应器内注入脱盐水，启动反应器搅拌，等待各种助剂的进料，水在氯乙烯悬浮聚合中使搅拌和聚合后的产品输送变得更加容易，也是一种分散剂影响着PVC颗粒形态。然后加入的是引发剂，氯乙烯聚合是自由基反应，而对烃类来说只有温度在400—500℃以上才能分裂为自由基，这样高的温度远远超过正常的聚合温度，不能得到高分子，因而不2能采用热裂解的方法来提供自由基。而采用某些可在较适合的聚合温度下，能产生自由基的物质来提供自由基。如：偶氮类，过氧化物类。接下来加入分散剂，它的作用是稳定由搅拌形成的单体油滴，并阻止油滴相互聚集或合并。对聚合釜加热到预定温度后加入VCM，VCM原料包括两部分，一是来自氯乙烯车间的新鲜VCM，二是聚合后回收的未反应的VCM，这些回收单体可与新鲜单体按一定比例再次加入到聚合釜中进行聚合反应。二者在搅拌条件下进行聚合反应，控制反应时间和反应温度，当聚合釜内的聚合反应进行到比较理想的转化率时，PVC的颗粒形态结构性能及疏松情况最好，希望此时进行泄料和回收而不使反应继续下去，就要加入终止剂使反应立即终止。当聚合反应特别剧烈而难以控制时，或是釜内出现异常情况，或者设备出现异常都可加入终止剂使反应减慢或是完全终止。反应生成物称为浆料，转入下道工序，并放空聚合反应釜，用水清洗反应釜后在密闭条件下进行涂壁操作，涂壁剂溶液在蒸汽作用下被雾化，冷凝在聚合釜的釜壁和挡板上，形成一层疏油亲水的膜，从而减轻了单体在聚合过程中的粘釜现象，然后重新投料生产。1.2.2气提反应后的PVC浆料由聚合釜送至浆料槽，再由汽提塔加料泵送至汽提工序。蒸汽总管来的蒸汽对浆料中的VCM进行汽提。浆料供料进入到一个热交换器中，并在热交换器中被从汽提塔底部来的热浆料预热。这种浆料之间的热交换的方法可以节省汽提所需的蒸汽，并能通过冷却汽提塔浆料的方法，缩短产品的受热时间。VCM随气提汽从浆料中带出。气提汽冷凝后，排入气柜或去聚合工序回收压缩机，不合格时排空。冷凝水送至聚合工序废水汽提塔。1.2.3干燥气提后的浆料进入脱水干燥系统，以离心方式对物料进行甩干，由浆料管送入的浆料在强大的离心作用下，密度较大的固体物料沉入转鼓内壁，在螺旋输送器推动下，由转鼓的前端进入PVC储罐，母液则由堰板处排入沉降池。1.2.4VCM回收生产系统中，含VCM的气体均送入气柜暂存贮，气柜的气体经泵送入水分离器，分出3液相和气相，液相为水，内含有VCM再送到气提器。气相为VCM和氮气进入液化器，经加压冷凝使VCM液化，液相VCM送VCM原料贮槽，不液化的气体外排。二、工艺流程说明2.1原料简介2.1.1主要原料主要原料为氯乙烯单体，分子式：C2H3Cl，结构式：HH＼∕C=C∕＼HCl氯乙烯分子中，有一个双键和一个氯原子，化学反应大都发生在这两个部位。2.1.2辅助原料1、脱盐水水在氯乙烯悬浮聚合的作用，使VCM液滴中的反应热传到釜壁和冷却挡板面移出，降低PVC浆料的粘度，使搅拌和聚合后的产品输送变得更加容易，也是一种分散剂影响着PVC颗粒形态。2、分散剂稳定由搅拌形成的单体油滴，并阻止油滴相互聚集或合并。3、消泡剂消泡剂是一种非离子表面活性剂，在配制分散剂溶液时加入，可保证分散剂溶液配制过程中以及以后的加料、反应过程中，不至于产生泡沫，影响传热及造成管路堵塞。4、引发剂引发剂的选择对PVC的生产来说是致关重要的，主要考虑的因素有：活性、水溶性、4水解性、粘釜性、毒性、储存条件和价格等。5、缓冲剂主要中和聚合体系中的H+，保证聚合反应在中性体系中进行，并提供Ca2+，增加分散剂的保胶和分散能力，使PVC树脂具有较高的孔隙率。6、终止剂在聚合反应达到理想的转化率，或因其他设备原因等需要立即终止聚合反应时，都可以加入终止剂使反应减慢或完全终止。7、涂壁剂可以减轻氯乙烯单体在聚合过程中的粘釜现象。8、链转移剂用来调节聚氯乙烯分子量和降低聚合反应温度。三、复杂控制说明聚合釜的温度控制，是一个串级调节系统。聚合温度是由一个可将信号传送聚合温度调节器的热电阻体测得的。这个调节器可以在所测得的温度与调节器的设定点的差值的基础上产生一个反作用输出信号。因为这个信号是个反作用信号，所以较高的信号说明聚合釜要求冷却水量较少，反之，较低信号说明聚合釜要求冷却水量较多。聚合釜温度调节器输出信号是分成几个梯度的，这样当聚合放热量较少时，即调节器输出信号在较高的区域时，这个输出信号即可输送到挡板调节阀，并进一步送到副调节器即夹套水温调节器。聚合温度调节器可以将挡板冷却水调节阀持续打开，直到达到最大经济流量设定点为止。当聚合放热量较高时，聚合釜温度调节器输出信号就会处在要求高冷却水量的范围中即低输出信号区域内。然后，这个聚合釜调节器的输出信号作为一个设定点，输入到副调节器上。这个调节器就会去检测夹套出口水温，打开夹套调节阀，直到达到温度设定点为止。