1、<p><b>　　聚氯乙烯反應(yīng)釜設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　我國pvc生產(chǎn)企業(yè)平均規(guī)模為年產(chǎn)8萬多噸，pvc生產(chǎn)處于低壟斷狀態(tài)。由于國產(chǎn)化pvc 生產(chǎn)技術(shù)的成熟，在很大程度上降低了行業(yè)進(jìn)入門檻。行業(yè)內(nèi)和行業(yè)外企業(yè)為追求較高利潤，競(jìng)相建設(shè)和擴(kuò)產(chǎn), 近幾年國pvc熱的顯著特征是大干快上。

2、所謂大是指規(guī)模大，新建改擴(kuò)建項(xiàng)目年生產(chǎn)規(guī)模動(dòng)輒十萬噸以上，二三十萬噸以上也不少見。未來pvc生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模將向40萬~80萬t/a大規(guī)模水平發(fā)展，規(guī)模小的企業(yè)將由于技術(shù)水平較低、污染嚴(yán)重、生產(chǎn)成本高、競(jìng)爭能力弱而逐步被淘汰。</p><p>　　我國pvc行業(yè)采用大型聚合釜生產(chǎn)裝置成為近年來明顯的發(fā)展趨勢(shì)，前幾年北京化二在消化吸收國外引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷摸索實(shí)踐，成功實(shí)現(xiàn)了70m3聚合釜成套工藝及關(guān)鍵技術(shù)的

3、國產(chǎn)化，并在國內(nèi)很多聚氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了推廣應(yīng)用。70m3 聚合釜由于長徑比適中、生產(chǎn)強(qiáng)度大、換熱能力好、運(yùn)輸方便、綜合性能好，在建設(shè)10萬t/a的聚氯乙烯生產(chǎn)裝置時(shí)具有較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益，但隨著新建或擴(kuò)建聚氯乙烯生產(chǎn)裝置規(guī)模越來越大，如建設(shè)20萬t/a以上生產(chǎn)裝置，需要采用至少2條生產(chǎn)線，采用70m3聚合釜就存在設(shè)備投資較大建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用較高、單釜生產(chǎn)能力偏低、控制不方便等不足，目前不少廠家在進(jìn)行二期或三期,擴(kuò)建項(xiàng)目時(shí)，首選是采

4、用100m3以上聚氯乙烯大型反應(yīng)釜。在這種背景下，開發(fā)新型聚合釜及成套工藝技術(shù)就成為必然的趨勢(shì)。大型反應(yīng)釜的開發(fā)不是簡單的容積擴(kuò)大，而是綜合技術(shù)的體現(xiàn)，涉及到多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)合作。北京化二與上海森松公司吸收</p><p>　　國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)聚合釜容積的選型、換熱方式、攪拌結(jié)構(gòu)和方式、關(guān)鍵配件選擇等進(jìn)行了認(rèn)真的討論研究并進(jìn)行了嚴(yán)格的計(jì)算，研制和開發(fā)了100m3型聚合釜（該聚合釜正在申請(qǐng)專利），北京化二

5、在吸收國內(nèi)外各種先進(jìn)工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套工藝技術(shù)。</p><p><b>　　一、工藝設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1 聚合釜的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.1 聚合釜容積的選型</p><p>　　聚合釜容積的選型與制造費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、運(yùn)輸條件、生

6、產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量等密切相關(guān)。 100m3聚合釜是引進(jìn)和吸收歐洲PVC聚合釜先進(jìn)技術(shù)，在國內(nèi)成功研究開發(fā)和制造的聚合釜。聚合釜直徑為￠4300mm，內(nèi)夾套直徑￠4200mm ，筒體切線長度5940mm ，長徑比為1.38 。釜體內(nèi)壁電解拋光,拋光精度Ra0.1μm ，機(jī)械密封使用壽命12000h以上，泄漏量小于5mL/h 。設(shè)備總體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，可用于生產(chǎn)各種型號(hào)的懸浮法PVC樹脂，尤其是生產(chǎn)用于注塑料的高型號(hào)樹脂（SG7和SG8

7、樹脂）,更顯出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并實(shí)現(xiàn)全過程自動(dòng)化控制。</p><p>　　從運(yùn)輸條件來考慮，直徑￠4500mm以內(nèi)可以采用平板車運(yùn)輸，運(yùn)輸較為容易。從制造費(fèi)用上比較，100m3聚合釜制造費(fèi)用不高于400萬元/臺(tái)，而70m3聚合釜制造費(fèi)用約為二百七十萬元/臺(tái),100m3聚合釜比較經(jīng)濟(jì)。從生產(chǎn)強(qiáng)度上來看，該聚合釜單釜生產(chǎn)設(shè)計(jì)能力達(dá)到4.0萬t/a，20萬t/a聚氯乙烯生產(chǎn)裝置可以采用1條生產(chǎn)線控制，可以很好地滿足目前

8、國內(nèi)新建或擴(kuò)建pvc裝置大型化的需要。</p><p>　　1.2 聚合釜換熱方式的選擇與優(yōu)化</p><p>　　聚合釜的換熱能力的大小決定釜的生產(chǎn)能力,聚合釜的換熱能力取決于3個(gè)因素，即傳熱系數(shù)、換熱面積、換熱的溫差。</p><p>　　聚合釜的大型化的一個(gè)主要問題就是當(dāng)釜的直徑增大時(shí)，其釜壁實(shí)際厚度必須增加，否則達(dá)不到耐壓等級(jí)。一般氯乙烯單體聚合的最高溫度選

9、為80℃，對(duì)應(yīng)的蒸汽壓力為1.5MPa,考慮到安全系數(shù)，一般懸浮法聚氯乙烯聚合釜的設(shè)計(jì)最高工作壓力定為2.5MPa。我國聚氯乙烯樹脂標(biāo)準(zhǔn)有8個(gè)牌號(hào).SG_8樹脂的反應(yīng)溫度最高一般為65~67℃，對(duì)應(yīng)的壓力為1.15~1.20MPa，其實(shí)際工作最高壓力不超過1.2MPa ，聚合釜的設(shè)計(jì)最高工作壓力可以定為2.0MPa。如70m3聚合釜的直徑為3810mm，如果使用不銹鋼和碳鋼的復(fù)合鋼板的厚度為3mm+27mm,而100m3聚合釜的直徑為4

10、.250mm ，如果使用復(fù)合鋼板的厚度為3mm+30mm，100m3聚合釜壁的傳熱系數(shù)比70m3傳熱系數(shù)降低7%。因此，當(dāng)聚合釜的體積增大時(shí)，直筒段夾套和封頭的總換熱能力降低很多，表面積與體積比例從1.26降為1.00。如果不從工藝方面采取措施（如設(shè)置釜頂冷凝器等），聚合反應(yīng)時(shí)間將會(huì)增加25%。</p><p>　　換熱夾套方式可以分為傳統(tǒng)的釜外冷卻夾套方式和釜內(nèi)換熱夾套方式，釜外夾套冷卻方式具有制造簡單，釜的內(nèi)

11、壁既承擔(dān)承重的作用也要承擔(dān)換熱的功能，由于內(nèi)壁較厚其換熱能力較低；釜內(nèi)換熱夾套方式制造技術(shù)要求高，釜自身和反應(yīng)物料的重量由釜外殼來承擔(dān)，釜內(nèi)壁只是起到隔絕冷卻介質(zhì)和換熱的功能，可以很大程度地減少釜內(nèi)壁的厚度，提高傳熱系數(shù)，提高聚合釜的生產(chǎn)強(qiáng)度。</p><p>　　上海森松和北京化二對(duì)于聚合釜換熱方式進(jìn)行了研究。針對(duì)夾套的方式進(jìn)行了比較，認(rèn)為使用釜內(nèi)夾套應(yīng)用于懸浮法聚氯乙烯聚合釜是可行的。</p>

12、<p>　　對(duì)外夾套結(jié)構(gòu)而言，釜體壁厚是影響傳熱的主要部分，占總熱阻的56%以上，因此減少金屬壁厚的熱阻是提高聚合釜傳熱效率的主要方向，但釜體壁厚受壓力和材料強(qiáng)度的制約，無法進(jìn)一步減薄。</p><p>　　100m3聚合釜采用不銹鋼復(fù)合鋼板內(nèi)夾套結(jié)構(gòu)的聚合釜型，可以同時(shí)解決聚合釜強(qiáng)度和傳熱的問題。使得夾套內(nèi)的冷卻水與釜內(nèi)的介質(zhì)僅隔幾毫米厚度，金屬壁厚的熱阻大大下降，提高了釜的傳熱系數(shù)。另外，全流通螺旋

13、夾套結(jié)構(gòu)傳熱面積達(dá)到最大化。</p><p>　　上海森松和北京化二的技術(shù)人員對(duì)于夾套的方式進(jìn)行比較，重點(diǎn)對(duì)以下4種換熱內(nèi)夾套的方式進(jìn)行了研究，圖1為螺旋導(dǎo)流板全流通夾套結(jié)構(gòu)，圖2為半圓管夾套結(jié)構(gòu)，圖3為角鋼全流通內(nèi)夾套結(jié)構(gòu)，圖4為半管層疊焊接全流通內(nèi)夾套結(jié)構(gòu)。</p><p>　　通過對(duì)于聚合釜夾套方式的研究，認(rèn)為圖4半管層疊焊接全流通內(nèi)夾套結(jié)構(gòu)是最為理想的釜內(nèi)換熱夾套結(jié)構(gòu)，其換熱面積最

14、大、傳熱系數(shù)最高，但制造水平要求高，制造成本較高，與之配套的防黏釜技術(shù)水平較為困難，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。100m3聚合釜采用圖1和圖3為120mm條型復(fù)合鋼板（3+8mm）焊接而成為全流通結(jié)構(gòu)或角鋼全流通內(nèi)夾套結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)的傳熱系數(shù)均可以達(dá)到1074kcal/m2??h?℃，是釜外夾套的1.4倍，其綜合性能最佳，解決了諸多技術(shù)難點(diǎn),比較適合目前我國的現(xiàn)狀，應(yīng)用前景廣闊。</p><p>　　1.3攪拌器和內(nèi)冷擋板的選擇

15、</p><p>　　（1）攪拌器的作用。到目前還沒有1個(gè)理論公式可完全精確地描述攪拌流場(chǎng)的狀況。攪拌流場(chǎng)是決定PVC樹脂性能的主要因素。攪拌流場(chǎng)是由循環(huán)流量和剪切強(qiáng)度組成。循環(huán)流量可以使用軸向循環(huán)次數(shù)和徑向循環(huán)次數(shù)來表征。實(shí)驗(yàn)中可以用示蹤粒子的徑向軸向運(yùn)行軌跡的循環(huán)次數(shù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律來定量，循環(huán)量是比較數(shù)據(jù)，很難用絕對(duì)的數(shù)值來表示循環(huán)流量對(duì)于傳熱和水油的分散與混合起著重要的作用；剪切強(qiáng)度主要由攪拌器和釜擋板的相互作用

16、提供，為懸浮液中的物質(zhì)之間提供傳質(zhì)并且使懸浮VCM液滴提供破碎和聚集的能量。釜內(nèi)擋板起到了破壞和改變流場(chǎng)狀況，強(qiáng)化剪切強(qiáng)度和提高流場(chǎng)的剪切性能的作用。剪切強(qiáng)度一般使用單位體積的攪拌功率來表征。</p><p>　　單位體積的攪拌功率越大，剪切力越強(qiáng)，分散劑使用量相對(duì)減少，配方中的分散劑使用與攪拌形式密切相關(guān)。分散劑的品種和使用量必須與攪拌器的型式匹配一致，才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。</p><p&

17、gt;　?。?）攪拌漿安裝位置。攪拌形式按其安裝位置分為頂伸式攪拌器和底伸攪拌器。頂伸式攪拌器是普遍采用的攪拌形式，由于攪拌軸較長，軸的底部設(shè)有固定軸瓦，容易產(chǎn)生塑化皮子。大型反應(yīng)釜一般采用底伸式攪拌器，與頂伸式攪拌比較，攪拌軸短而細(xì)，一般只有頂伸式的1/3，可以節(jié)約電能，但其制造水平要求高，尤其是攪拌軸密封系統(tǒng)要有不間斷的水沖洗，防止物料沉積。100m3聚合釜的設(shè)計(jì)采用底伸式攪拌形式，采用雙端面平衡型機(jī)械密封，密封環(huán)隙處配置注水系統(tǒng)，

18、可以有效地防止懸浮物的沉積。</p><p>　?。?）漿葉形式。采用何種形式的攪拌葉要根據(jù)釜形狀、長徑比、擋板形式等因素考慮。在聚合反應(yīng)中,攪拌葉對(duì)懸浮物料起著混合和分散的作用，直接關(guān)系到顆粒的形態(tài)、產(chǎn)品質(zhì)量、分散劑的用量、傳熱效果等。攪拌器性能和效果主要決定于攪拌轉(zhuǎn)速、幾何尺寸和形狀等。100m3聚合釜的設(shè)計(jì)采用單層四葉渦輪平漿葉。</p><p>　?。?）攪拌速度。攪拌的轉(zhuǎn)速對(duì)于懸

19、浮液的流場(chǎng)的狀態(tài)起到至關(guān)重要的作用，攪拌轉(zhuǎn)速越高，流場(chǎng)的混合和剪切就越強(qiáng)，但轉(zhuǎn)速太高將會(huì)導(dǎo)致電力浪費(fèi)。懸浮液體系隨著聚合反應(yīng)階段的不同，黏度逐漸變大，所需要的攪拌強(qiáng)度也應(yīng)該逐步加強(qiáng)。根據(jù)反應(yīng)原理，選用變頻器控制攪拌的轉(zhuǎn)速，在不同反應(yīng)階段，控制不同的攪拌轉(zhuǎn)速，達(dá)到聚合反應(yīng)的最佳效果。</p><p>　?。?）變頻器。變頻器技術(shù)是集電力技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)為一體的先進(jìn)、成熟、可靠的自動(dòng)化技術(shù)。變頻器的工作原理

20、是通過微電子器件、電力電子器件和控制技術(shù)，將供給電機(jī)定子的工頻交流電源經(jīng)過二極管整流成直流電，再由GTR、IGBT等逆變?yōu)轭l率可以調(diào)節(jié)的交流電源，此電源驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)后，電機(jī)定子電流下降，電源頻率下降，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況明顯改善，延長了使用壽命，降低了設(shè)備的維修費(fèi)用，轉(zhuǎn)距大、啟動(dòng)電流小，軟啟動(dòng)和停止時(shí)對(duì)于電網(wǎng)無沖擊。$</p><p>　　現(xiàn)有70m3聚合釜攪拌電機(jī)功率為160kW ，實(shí)際輸出功率為80~

21、100kW，隨著轉(zhuǎn)化率的提高，體系黏度的上升，攪拌功率呈上升趨勢(shì)，一般不會(huì)超過100kW; 105m3聚合釜攪拌電機(jī)功率為315kW，而105m3聚合釜的最大實(shí)際輸出功率不超過210kW，127m3聚合釜電機(jī)功率為310kW,135m3聚合釜電機(jī)功率為335kW,通過對(duì)100m3聚合釜的攪拌軸功率計(jì)算與實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，將電機(jī)功率選定在250~280kW較為合理。</p><p>　　100m3聚合釜的設(shè)計(jì)增加了

22、變頻器，可以將攪拌轉(zhuǎn)速控制在30~65r/min。</p><p>　　（6）內(nèi)冷擋板。釜內(nèi)擋板的設(shè)計(jì)原則主要從3個(gè)方面考慮。a.從傳熱角度考慮，內(nèi)冷擋板（管型）越多，傳熱面積越大，對(duì)于聚合的傳熱越有力，反應(yīng)時(shí)間越短；b.從攪拌功能角度考慮，適度的安裝檔板，可以改變流體的狀況，增加剪切強(qiáng)度，有利于懸浮液的分散和混合;c.從聚合反應(yīng)防黏釜角度考慮，內(nèi)冷擋板越少越好，最好不設(shè)內(nèi)冷擋板，釜內(nèi)結(jié)構(gòu)越簡單越好。</p

23、><p>　　100m3聚合釜經(jīng)過攪拌模擬試驗(yàn)和參考實(shí)際的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，綜合多種因素，選定在釜內(nèi)設(shè)有2塊三角型內(nèi)冷擋板，由于其換熱面積只有4 m3，換熱效果可以忽略不計(jì)，擋板與釜壁聯(lián)結(jié)在一起，沒有任何死角，釜內(nèi)平滑通暢，可以很好地滿足氯乙烯懸浮聚合反應(yīng)的混合、剪切和循環(huán)的要求，在保持釜內(nèi)物料呈良好的懸浮狀態(tài)的同時(shí)，又可以兼顧防黏釜的問題。</p><p><b>　　1.4釜頂冷凝器&l

24、t;/b></p><p>　　使用大型聚合釜，可以采用微機(jī)控制，批次之間樹脂質(zhì)量穩(wěn)定，且消耗定額低。但采用大聚合釜技術(shù)后，聚合釜的除熱問題一直沒有徹底解決。為獲得最佳熱平衡，國外在聚合釜外增加了回流冷凝器，顯著提高了聚合釜的除熱能力。對(duì)釜頂回流冷凝器有2種不同的觀點(diǎn)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為冷凝器導(dǎo)致了物料凝膠量增加。冷凝器通常是多管型的，安裝在聚合釜頂部，含有氯乙烯單體的蒸汽從反應(yīng)混合物中升入冷凝器，冷凝成液態(tài)，在

25、沒有保護(hù)膠的情況下，落入聚合釜中，會(huì)增加樹脂中的凝膠量；另一種相反的觀點(diǎn)則認(rèn)為回流冷凝器對(duì)氯乙烯單體與水的共沸混合物的除熱是非常有效的，這些冷凝液滴落到聚合釜中以后，在有攪拌的條件下，不會(huì)影響聚氯乙烯樹脂的質(zhì)量。</p><p>　　100m3聚合釜釜頂冷凝器的面積根據(jù)循環(huán)水冷卻水的溫度不同而異，一般設(shè)計(jì)為140~200m2。同時(shí)采用回流冷凝器時(shí)，將體系內(nèi)的氮?dú)夂筒荒詺怏w排凈，防止惰性氣體聚集在冷凝器的頂部，影

26、響冷凝效果的發(fā)揮。在配方設(shè)計(jì)中盡量不使用帶有揮發(fā)性的引發(fā)劑或溶劑，防止釜內(nèi)霧沫夾帶而使冷凝器堵塞。為防止在冷凝器內(nèi)產(chǎn)生黏壁物，提高換熱速度，凈化由回流冷凝器凈化的部分冷卻的單體和蒸汽，在轉(zhuǎn)化率達(dá)40%~70%時(shí)，為儲(chǔ)存冷凝氯乙烯單體提供了回收槽。另外將回流冷凝器的溫度要控制在比聚合釜低10~15℃，以防止回流冷凝器和聚合釜的聯(lián)接處產(chǎn)生結(jié)垢物。</p><p>　　1.5釜上關(guān)鍵配件的選擇</p>&

27、lt;p>　　100m3聚合釜設(shè)計(jì)采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的噴淋閥和專用柱塞式出料閥。</p><p>　　噴淋閥有氣動(dòng)和電動(dòng)2種驅(qū)動(dòng)，目前電動(dòng)驅(qū)動(dòng)基本上取代了氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是工作平穩(wěn)、準(zhǔn)確，可進(jìn)行微機(jī)程控遠(yuǎn)距離控制；噴淋閥配有過載、短路、斷路等保護(hù)裝置，使用的安全可靠性大大加強(qiáng)；噴淋閥絲杠處安裝了防止操作人員誤操作造成超行程的防鎖死裝置，問題處理完畢后，打開防鎖裝置可繼續(xù)使用，不影響生產(chǎn)。</p>

28、;<p>　　目前專為聚合釜配套的柱塞式出料閥有氣動(dòng)和電動(dòng)2種形式，大部分用戶采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)裝置同時(shí)配備“短路”、“斷路”、“過載”等，綜合保護(hù)器可調(diào)節(jié)，性能安全可靠。由于采用柱塞式結(jié)構(gòu)，所以在開閉過程中運(yùn)行平穩(wěn)，密封性能好，阻力小，同時(shí)柱塞與釜口平齊，不會(huì)留下死角，避免對(duì)樹脂質(zhì)量造成影響。</p><p>　　電動(dòng)專用柱塞式出料閥是手動(dòng)出料閥的替代產(chǎn)品，它通過電力控制，電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)內(nèi)的蝸輪和

29、蝸桿及閥桿的旋轉(zhuǎn)，使閥門中的柱塞做上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，通過行程開關(guān)控制柱塞移動(dòng)的距離，達(dá)到閥開、閥關(guān)的目的。</p><p><b>　　2 技術(shù)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 生產(chǎn)單元的劃分</p><p>　　100m3聚合釜生產(chǎn)裝置的界區(qū)范圍，包括從單體儲(chǔ)存、配料、聚合、汽提和干燥至成品的包裝。當(dāng)建設(shè)規(guī)模為10萬~12萬t/a

30、聚合裝置時(shí)，配料系統(tǒng)、聚合、汽提系統(tǒng)和干燥系統(tǒng)建設(shè)為1條生產(chǎn)線，當(dāng)建設(shè)規(guī)模為20萬t/a聚合裝置時(shí)，一般采用5臺(tái)聚合釜組成1條生產(chǎn)線、2條汽提和2條干燥生產(chǎn)線，整個(gè)工藝流程按功能劃分為以下單元。</p><p>　　A單元：單體裝卸和貯存單元；</p><p>　　B單元：氯乙烯單體和無離子水儲(chǔ)存加料單元；</p><p>　　C單元：分散劑、引發(fā)劑及其他化學(xué)助劑的

31、配制，貯存和加料單元；</p><p>　　D單元：防黏釜?jiǎng)┑呐渲谩⑼坎?、廢水處理及高壓水清釜；</p><p><b>　　E單元：聚合；</b></p><p>　　F單元：氯乙烯單體的加收；</p><p>　　G單元：尾氣處理單元；</p><p><b>　　H單元：離心脫水；

32、</b></p><p><b>　　I單元：成品干燥；</b></p><p>　　K單元：成品包裝。</p><p><b>　　2.2聚合周期</b></p><p>　　聚合周期也稱為聚合批次時(shí)間，它是標(biāo)志聚合生產(chǎn)技術(shù)的一個(gè)重要指標(biāo)，由聚合反應(yīng)時(shí)間和聚合輔助時(shí)間構(gòu)成。一般將聚合

33、周期分為3個(gè)階段6個(gè)步驟。（1）入料前的檢查和涂壁；（2）加料；（3）冷攪和升溫；（4）聚合反應(yīng)；（5）終止反應(yīng)和出料；（6）回收排氣。100m3聚合釜的聚合反應(yīng)周期的設(shè)計(jì)值為6.5h以內(nèi)，每臺(tái)釜每天至少可以生產(chǎn)3.75個(gè)批次。</p><p><b>　　2.3 配方設(shè)計(jì)</b></p><p>　　適宜的生產(chǎn)配方不僅保證聚合反應(yīng)的正常進(jìn)行與獲得質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品，而

34、且也是降低消耗定額和降低成本的手段之一。</p><p>　　懸浮法聚合配方的內(nèi)容主要包括：（1）填料系數(shù)；（2）單體與水的比例；（3）分散劑用量；（4）引發(fā)劑用量；（5）終止劑用量；（6）其他助劑用量（如鏈轉(zhuǎn)移劑、抗靜電劑、緩沖劑，消泡劑，潤滑劑等）。</p><p>　　聚合釜內(nèi)所有加入物料的體積之和與釜的有效容積的比值稱為填料系數(shù)。一般懸浮法聚氯乙烯生產(chǎn)的釜的填料系數(shù)設(shè)計(jì)值在百分之八

35、十左右。</p><p>　　水油比是配方設(shè)計(jì)中需要研究的一個(gè)重要因素，水油比是初始加入無離子水的體積與加入VCM的體積之比。水油比從最初的2:1改進(jìn)到1:1。一般大釜比小釜的水油比低。</p><p><b>　　2.4 生產(chǎn)強(qiáng)度</b></p><p>　　生產(chǎn)強(qiáng)度是單位體積的聚合釜在單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的樹脂量，是一個(gè)綜合性的技術(shù)指標(biāo)，體現(xiàn)了

36、生產(chǎn)技術(shù)的水平。目前國外最高的聚合生產(chǎn)技術(shù)可以達(dá)到每年600t/ m3pvc樹脂，國內(nèi)70m3聚合釜生產(chǎn)強(qiáng)度一般可達(dá)到280t/(m3·a),若采用的較低循環(huán)水溫度(例如不高于5℃循環(huán)水），生產(chǎn)強(qiáng)度可以達(dá)到350t/(m3·a)。70m3聚合釜設(shè)計(jì)的生產(chǎn)強(qiáng)度為400t/ m3。</p><p>　　2.5 反應(yīng)中途注水</p><p>　　反應(yīng)中途注水的工藝是根據(jù)反應(yīng)

37、狀況在反應(yīng)過程的某一階段用泵向釜內(nèi)注入一定量的水，以保持物料體積恒定。</p><p>　　反應(yīng)中途注水技術(shù)已經(jīng)是懸浮法聚氯乙烯生產(chǎn)中不可缺少的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，經(jīng)過多年的生產(chǎn)實(shí)踐和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的積累，已經(jīng)成為聚氯乙烯生產(chǎn)通用技術(shù)。但對(duì)于注水量、注水起止時(shí)間的控制仍然需要根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要達(dá)到最佳效果。</p><p>　　聚合轉(zhuǎn)化率是指聚合反應(yīng)中生成的聚合物占所加入單體質(zhì)量的

38、百分比。綜合多種因素考慮，一般將轉(zhuǎn)化率控制在85%~90%比較適宜。實(shí)際生產(chǎn)中可以根據(jù)反應(yīng)熱放出量的多少，計(jì)算聚合轉(zhuǎn)化率。當(dāng)聚合轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%以后，聚合釜的反應(yīng)壓力將會(huì)逐步降低，根據(jù)反應(yīng)壓力的變化可以推算出轉(zhuǎn)化率。實(shí)際生產(chǎn)中壓力降達(dá)到0.05MPa時(shí)，即可終止聚合反應(yīng)。</p><p><b>　　二、 機(jī)械設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在化工生產(chǎn)中，帶攪拌的

39、反應(yīng)釜具有廣泛應(yīng)用。根據(jù)國家“剛制壓力容器”——GB150—89標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)例，對(duì)低壓、夾套式的雙層攪拌反應(yīng)釜和攪拌功率設(shè)計(jì)計(jì)算示例如下，以供參考。</p><p>　　釜內(nèi)：物料比重ρ，黏度μ，溫度t，壓力P</p><p>　　夾套：水蒸氣溫度T，壓力P</p><p>　　釜容積Vg，傳熱面積S</p><p><b>　

40、?、鸥w設(shè)計(jì)：</b></p><p><b>　　估算內(nèi)徑：</b></p><p><b>　　確定筒體高度：</b></p><p><b>　　封頭設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　封頭選取與筒體相同的內(nèi)徑，下封頭即承受內(nèi)壓又承受外壓，上封頭僅承受內(nèi)壓，考

41、慮受力合理和制造方便，選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料也為A3R。</p><p><b>　?、茒A套的設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　夾套用熱蒸汽加熱，無腐蝕性，與釜體選同一材料A3R，剛材的準(zhǔn)備和焊接皆方便。</p><p>　　H夾由傳熱面積來決定，夾套高一般不低于料液高，以保證充分的熱交換。</p><p><

42、b>　　校核傳熱面積</b></p><p><b>　　夾套直徑的確定</b></p><p><b>　　夾套筒體的壁厚</b></p><p><b>　　夾套封頭的壁厚</b></p><p><b>　?、菙嚢杵鞯脑O(shè)計(jì)：</b>

43、</p><p><b>　　攪拌類型選擇</b></p><p>　　由反應(yīng)的機(jī)理可知，低黏度均相混合物的反應(yīng)，適合與于選用推進(jìn)式、渦輪式，液面較高時(shí)可選用雙層攪拌，下層用推進(jìn)式，上層可用開啟式折葉渦輪，使液體在釜內(nèi)獲得良好的混合效果。</p><p>　　推進(jìn)式攪拌器直徑和反應(yīng)釜直徑比為1：（3~4）。其中直徑為D，攪拌器距釜低距離C。&l

44、t;/p><p>　　采用多層攪拌，各層漿葉間的距離為（1~1.5）D，如距離遠(yuǎn)則各層漿葉之間的作用場(chǎng)可能有未受到攪拌區(qū)，距離近則來自相鄰漿葉的液流可能速度相近也混合不好，選擇間距c</p><p>　　推進(jìn)式攪拌器常用轉(zhuǎn)速為100~500rPm。開啟式折葉渦輪攪拌器</p><p><b>　　攪拌功率的計(jì)算</b></p><

45、;p>　　推進(jìn)式攪拌器的攪拌功率：</p><p>　　開啟式折葉渦輪的攪拌功率</p><p><b>　　③ 總功率的計(jì)算</b></p><p>　　由于釜內(nèi)存有各種管件起到擋板作用，其影響系數(shù)如下：</p><p><b>　　⑷密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì):</b></p><

46、p>　　設(shè)計(jì)高速壓力反應(yīng)釜攪拌軸微納米磁性流體密封結(jié)構(gòu)需考慮以下 3 個(gè)問題:</p><p>　　由于反應(yīng)釜攪拌軸轉(zhuǎn)速較高 ,在離心力的作用下會(huì)使磁性流體沿徑向發(fā)生位移 ,攪拌軸表面上磁性流體密封環(huán)截面邊界的距離減小 ,兩分界面上的磁感應(yīng)強(qiáng)度下降。</p><p>　　由于反應(yīng)釜攪拌軸長徑比較大 ,其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的擺動(dòng)比其它傳動(dòng)軸要大得多 ,使磁性流體沿徑向移動(dòng) ,導(dǎo)致磁性流體密封能力下

47、降。</p><p>　　反應(yīng)釜內(nèi)的壓力作用使磁性流體沿軸向移動(dòng) ,導(dǎo)致磁性流體密封能力下降。</p><p>　　基于上述 3 個(gè)問題 ,該課題采用機(jī)械填料與微納米磁性流體聯(lián)合密封方案 ,來解決其密封泄漏問題 ,結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。用電磁線圈代替環(huán)形永久磁鐵 ,使電流增大 ,密封壓差提高;在磁性極靴表面開設(shè)若干矩形齒結(jié)構(gòu) ,在外磁場(chǎng)的作用下 ,使微納米磁性流體穩(wěn)定在矩形齒下端 ,組成多級(jí)

48、密封;在密封槽內(nèi)填充非磁性材料 ,使微納米磁性流體邊界上的磁感應(yīng)壓差在離心力的作用下增加 ,減小由于攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的擺動(dòng)而使磁性流體產(chǎn)生的徑向移動(dòng) ,減小對(duì)密封壓差的影響。密封結(jié)構(gòu)如圖 3所示。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求 ,攪拌軸半徑不變 ,微納米磁性流體飽和磁化 ,相對(duì)磁場(chǎng)力 ,重力忽略不計(jì) ,因此 ,密封壓差的一般公式可近似表達(dá)為: [3]</p><p>　　Δ(p)≈Ms（B

49、2 – B1）3</p><p>　　式中:B1 ,B2———磁性流體與被密封介質(zhì)的分界面內(nèi)表面上的磁感應(yīng)強(qiáng)度;</p><p>　　M s———磁性流體的飽和磁化強(qiáng)度。</p><p>　　圖3所示攪拌軸密封結(jié)構(gòu)技術(shù)指標(biāo)如表2所示,齒槽尺寸如表 3 所示。</p><p>　?。?）電磁線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 和磁場(chǎng)強(qiáng)度 H :</p&

50、gt;<p>　　選取導(dǎo)磁材料為坡莫合金,磁導(dǎo)率μ= 0.025 H/ m,單位長度線圈匝數(shù) n = 15,電流 I = 2 A,則:</p><p>　　B =μnI = 0.025 ×15 ×2 = 0.75 T</p><p>　　H = nI = 30 A/ m</p><p>　　(3)根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布,按數(shù)值方法計(jì)算出

51、每極磁感應(yīng)強(qiáng)度差值為:</p><p>　　ΔB = B2 - B1 = 0.64 - 0.13 = 0.51 T</p><p>　　(4)選用碳?xì)浠衔镒骰旱募{米磁性流體,飽和磁化強(qiáng)度為:</p><p>　　M s = 48 367 A/ m即0.06 T</p><p>　　(5)按公式 1 可得單極密封壓差為:</p>

52、<p>　　Δp = Ms( B2 - B1)= 0.024 7 MPa</p><p>　　密封裝置采用多個(gè)兩極密封串聯(lián)而構(gòu)成兩極 - 多級(jí)密封,</p><p>　　取每個(gè)磁極的級(jí)數(shù) n = 30,兩極密封的計(jì)算密封壓差為: </p><p>　　Δp = 2n Ms( B2 - B1) = 1.48 MPa</p><p>

53、;　　取兩極密封的恢復(fù)壓差為:</p><p>　　0.8Δp = 1.18 Mpa</p><p>　　(6)兩極密封的個(gè)數(shù)為:</p><p>　　兩極密封裝置有3個(gè)磁極,第一極和第三極的極數(shù)為30,第二極的級(jí)數(shù)為 60。</p><p>　　(7)總的計(jì)算密封壓差ΔPa= 1.48 ×2 = 2.96 MPa; 實(shí)際密封壓差Δ

54、Pa= 2 ×1.18 = 2.36 MPa。實(shí)際密封壓差小于計(jì)算密封壓差,微納米磁性流體密封可靠,因此,設(shè)計(jì)的攪拌軸密封結(jié)構(gòu)理論上滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　三、 經(jīng)濟(jì)比較和發(fā)展前景</p><p>　　2003年以來，國內(nèi)聚氯乙烯行業(yè)由于除了石油路線外，還有電石路線，因此更成為投資的熱門，出現(xiàn)了多原料路線齊上的熱潮。行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭日趨激烈，競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)更多地體現(xiàn)為規(guī)模優(yōu)勢(shì)。

55、采用100m3聚合釜及成套工藝技術(shù)，在目前國內(nèi)聚氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)建設(shè)大規(guī)模生產(chǎn)裝置（20萬t/a以上）中具有較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。以某企業(yè)建設(shè)40萬t/a聚氯乙烯生產(chǎn)裝置為例，采用70m3聚合釜，需要20臺(tái)（每臺(tái)價(jià)約為270萬元），而采用100m3聚合釜，只需要10臺(tái)（每臺(tái)價(jià)格約為400萬元），可節(jié)省設(shè)備投資約1400萬元，同時(shí)聚合釜上的安全閥等配件也相應(yīng)減少。更重要的是，40萬t/a聚氯乙烯生產(chǎn)裝置，采用70m3聚合釜需要同時(shí)重復(fù)建設(shè)4條

56、生產(chǎn)線，而采用100m3 聚合釜，只需要2條生產(chǎn)線，不但節(jié)約了建設(shè)投資，而且給操作控制上帶來了方便，減少了生產(chǎn)運(yùn)行的費(fèi)用。同時(shí)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量上的控制也提供了更好的保證。采用100m3聚合釜可以生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的聚氯乙烯高型號(hào)樹脂，更好地滿足下游加工企業(yè)的需要。</p><p>　　隨著國內(nèi)聚氯乙烯行業(yè)的競(jìng)爭越來越激烈，小規(guī)模聚氯乙烯生產(chǎn)裝置將越來越表現(xiàn)出不經(jīng)濟(jì)性，考慮到今后國內(nèi)新建聚氯乙烯生產(chǎn)裝置規(guī)模至少將在20萬t

57、/a以上，100m3 聚合釜及其成套工藝技術(shù)具有極大的推廣應(yīng)用前景。由于引進(jìn)國外100m3以上聚合釜及成套工藝技術(shù)設(shè)備費(fèi)用和技術(shù)費(fèi)用相當(dāng)昂貴，在今后較長一段時(shí)期內(nèi)，國產(chǎn)化100m3聚合釜及其成套工藝技術(shù)將是企業(yè)的理想選擇。</p><p><b>　　四 結(jié)論</b></p><p>　　聚合釜的大型化，每釜的產(chǎn)量大，克服了小釜生產(chǎn)出的聚氯乙烯樹脂質(zhì)量不穩(wěn)定的缺

58、陷，大釜比小釜的產(chǎn)量批次較少，樹脂之間的差異減小，質(zhì)量更加均勻和穩(wěn)定。同樣規(guī)模的裝置，采用大型釜，較容易實(shí)現(xiàn)DCS控制。鑒于當(dāng)前國內(nèi)聚氯乙烯行業(yè)發(fā)展的情況，采用100m3聚合釜，可以節(jié)省設(shè)備投資和建設(shè)投資，減少生產(chǎn)運(yùn)營費(fèi)用，有效降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，可以大大提高國內(nèi)聚氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭能力，為國內(nèi)聚氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)擴(kuò)大產(chǎn)品規(guī)模、調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等創(chuàng)造了有利的條件。100m3聚合釜的研制和成套工藝技術(shù)的開發(fā)，在國內(nèi)聚氯乙烯生產(chǎn)史上具有劃時(shí)代的

59、歷史意義和深遠(yuǎn)影響，將極大地推動(dòng)國內(nèi)PVC行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和長遠(yuǎn)發(fā)展。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]刁玉瑋，王立業(yè).化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ).大連：大連理工大學(xué)出版社.1983[2]湯善甫，朱思明.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ).上海：華東理工大學(xué)出版社.1991[3]蔡紀(jì)寧，張秋翔.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.北京：化學(xué)工業(yè)出社.2000

60、[4]李紅，孫虹雁，高德玉.化工機(jī)械應(yīng)用基礎(chǔ).北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2004[5]王紹良.化工設(shè)備基礎(chǔ).北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2002[6]陳立德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社.2004[7]胡建生.機(jī)械制圖.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2003[8]許德珠.機(jī)械工程材料.北京：高等教育出版社.2001[9]陳立德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.北京：高等教育出版社.2004[10]王凱，虞軍.攪拌設(shè)備.北京：化學(xué)工業(yè)出版社

61、.2003[11]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1991[12]何七榮.機(jī)械制造工藝與工裝. 北京：高等教育出版社.2003[13]楊老記，董曉英.AutoCAD2002工程制圖實(shí)用教程. 北京：高等教育出社.2003[14]王威廉.機(jī)械加工工藝手冊(cè).北京：航空工業(yè)出版社.1987</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文

62、從擬定題目到定稿，過程艱難。在本論文完成之際，首先要向我的導(dǎo)師*老師致以誠摯的謝意。在論文的寫作過程中，給了我許許多多的幫助和關(guān)懷。*老師學(xué)識(shí)淵博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，待人平易近人，在他們的悉心指導(dǎo)下，我不僅學(xué)到了扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，也在怎樣處人處事等方面收益很多；同時(shí)他們對(duì)工作的積極熱情、認(rèn)真負(fù)責(zé)、有條不紊、實(shí)事求是的態(tài)度，給我留下了深刻的印象，使我受益非淺。在此我謹(jǐn)向xx老師表示衷心的感謝和深深的敬意。</p><p>　

63、　同時(shí)，我要感謝我們系給我們授課的各位老師，正是由于他們的傳道、授業(yè)、解惑，讓我學(xué)到了專業(yè)知識(shí)，并從他們身上學(xué)到了如何求知治學(xué)、如何為人處事。我也要感謝我的母校****學(xué)院，是她提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和生活環(huán)境，讓我的大學(xué)生活豐富多姿，為我的人生留下精彩的一筆。</p><p>　　另外，衷心感謝我的同窗同學(xué)們和機(jī)電系的師兄師姐們，在我畢業(yè)論文寫作中，與他們的探討交流使我受益頗多；同時(shí)，他們也給了我很多無私的幫助和