108M3聚氯乙烯聚合釜简单设计193

1、word毕 业 论 文题目：聚氯乙烯聚合釜简单设计学 生：高鹏学 号：2808226院 （系）：信息工程三系专 业：机械设计制造及其自动化指导教师：王宁侠200 12年6月5日 / 摘 要本文首先介绍了聚氯乙烯（PVC）的广阔发展前景，而聚合釜是生产PVC的最重要设备。又简单介绍了国外聚合釜设计技术的发展历程及制造厂家。从材质的传热性能、传热面积、搅拌器的设计、釜顶冷凝器及釜壁抛光几个方面阐述了聚合釜结构对生产能力的影响。又介绍了釜体和夹套的技术特性，以及安装、试车、操作、岗位要求。同时指出设备特点及存在的问题并提出改进意见。然后是详细的工艺计算和强度计算，进而各个位置尺寸和部件进行选择确定。关键词：聚氯乙烯，设计，计算AbstractThis paper describes the broad prospects for development of PVC,the production of PVC polymerization reactor is the most important equipment.Alsoa brief home and abroad polymeriz

2、ation reactor design and technological development and manufacturer.Heat transfer from the material, heat transfer area, mixer design, the condenser and the reactor vessel top wall of polished several aspects of the polymerization reactor structure on the capacity of.Also introduced the reactor body and the jacket of the technical characteristics,And installation, missioning, operation, job demands.Also pointed out that the device characteristics and problems and suggest improvements.Then the de

3、tailed process calculation and strength calculation,Size and ponents in various locations and then select OK.Key Words：PVC；Design；Calculate第一章 绪论1.1 选题背景聚氯乙烯简称PVC，由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂。 工业生产主要采用悬浮法 .乳液法.本体法和溶液法以及衍生发展的微悬浮法而实现聚合。其外观为一种白色的无定型粉末。密度1.351.45g/cm3,表观密度0.450.65g/cm3 工业生产。PVC广泛应用于国民经济各个领域。常见的有电缆外皮.防火卷材.塑钢门窗.管材.人造皮革以及壁纸。随着我国的经济腾飞PVC的市场需求量以每年15%20%的速度增长。基于此北元化工集团建成了100万吨聚氯乙烯综合循环利用项目，而其中反应釜是这个项目中的核心设备。我国PVC工业起步于1958年,首先在原锦西化工厂建成3 000 t/a工业装置,顺利投产,并扩产到6000 t/a,完成了定型设计。随后原化工二厂、天原化工厂、化工厂等7套装置建

4、成投产,奠定了中国PVC工业的基础。其中原化工二厂采用13.5 m3聚合釜6台,设计规模为6000 t/a。国PVC聚合釜技术发展历程大致可分为以下4个阶段:(1)起步阶段20世纪60年代初期至70年代,我国聚氯乙烯工业处于起步阶段,国PVC生产企业基本上都采用小型搪瓷聚合釜和13.5 m3聚合釜。13.5 m3聚合釜来源于西德公司,聚合釜材质有全不锈钢和碳钢复合不锈钢两种,属长径比较大的瘦长釜型,安装有46层搅拌桨叶,桨叶型式有推进式和平板斜桨式两种。由于生产强度小,生产效率低,目前这种聚合釜在国PVC生产中已基本被淘汰,只有少数几个厂仍在使用,1988年原化工二厂就将两期建设的共计9台13.5 m3聚合釜全部下马。(2)发展阶段从20世纪70年代中期开始,国聚氯乙烯工业进入了发展阶段,聚合釜技术也得到了迅速的发展。1974年国33 m3聚合釜完成设计,1977年在原锦西化工机械厂批量制造10台33 m3聚合釜,在原化工二厂安装投入生产运行,13.5 m3聚合釜和30 m3聚合釜成为生产的主要釜型,也有少部分PVC生产企业采用仿朝鲜30 m3聚合釜生产。这个时期,30 m3聚合釜代表

5、中国PVC生产装置整体技术的水平。20世纪80年代初,大学和化工大学等单位开始了关于搅拌型式的研究,通过冷模试验的模拟,调整搅拌桨叶的型式,使得釜循环次数和剪切能力更适合聚合反应,得到了较好的树脂颗粒形态,同时也降低了分散剂的用量。近十年来,通过不断地改进和吸收国外的先进技术,30m3聚合釜已经从开始时的夹套式换热和平板桨型搅拌发展到了目前半管式夹套和三叶后掠式搅拌型式的型釜,改进了釜上的喷淋装置、涂釜装置,釜底部出料阀也得到了很好的国产配套,聚合釜的性能有了较大提高。目前,基于一些原因的考虑,仍有部分PVC生产企业在新建或扩建中还采用30 m3聚合釜进行生产。在这里还应该提出的是20世纪80年代初,我国组织了对大型釜的技术攻关,自行设计了1台80 m3聚合釜,由原锦西化工机械厂制造,在化工厂试车成功。80 m3聚合釜除使用夹套和冷管传热外,还设计了釜顶冷凝器,但由于和聚合釜相关的一些工艺技术没有得到解决,不能长周期稳定运行,这种聚合釜在国没能得到进一步推广。(3)引进阶段20世纪80年代初期,我国实行改革开放的政策,使中国PVC企业与世界同行交流成为可能,国PVC行业开始引进国外先进

6、技术。从国外引进技术,这对于一个自主开发能力不足的发展中国家来说是必要的,可以在一个较短的时间达到高起点、大规模、低成本的发展生产目的。20世纪80年代,原化工二厂、锦西化工厂和市第二化工厂同时引进美国古德里奇公司的70 m3聚合釜装置生产技术,原齐鲁石化氯碱厂和原氯碱化工厂同时引进日本信越127 m3聚合釜装置生产技术,揭开了国PVC行业的新篇章。20世纪90年代,化二股份和锦化化工(集团)某某公司又同时引进了欧洲EVC公司的105 m3聚合釜装置生产技术;大沽化工厂引进了日本信越公司的108 m3聚合釜装置生产技术;齐鲁股份公司引进了西方化学公司的135 m3聚合釜生产工艺技术,于2004年9月投产。目前,化工实业集团引进了欧洲EVC公司的120 m3聚合釜生产工艺技术,预计将于2005年6月试车。这些引进技术把我国PVC聚合生产技术提高到一个新的水平。(4)国产化阶段进入20世纪90年代,经过国PVC行业工程技术人员的不懈努力,通过消化引进装置的工艺技术,开发出了国产化的大型聚合釜和生产工艺,并日趋完美,无论是技术水平,还是装置投资,与国外相比,都具备了很强的竞争实力。以化二股份

7、和锦化化工(集团)某某公司为代表的70 m3聚合釜装置生产技术,海晶化工集团45 m3聚合釜生产技术和大沽化工厂30 m3聚合釜生产技术在中国的土地上遍地开花,得到了广泛的推广应用。目前,锦西化工机械(集团)某某公司按图纸制造出了3台135 m3聚合釜,形成齐鲁股份公司37万t/a PVC引进项目50%的生产能力。70 m3聚合釜由于长径比适中、生产强度大、换热能力好、运输方便、综合性能好,既符合聚合生产大型化的要求,又有较好的综合经济效益,目前是国绝大多数PVC生产企业新建或扩产的首选釜型。1926年美国古德里奇(B.F.G)公司开发了PVC生产工艺技术,1940年创建悬浮聚合工艺,开始了工业化生产,当时使用的是4 m3聚合釜。随着PVC生产技术的提高,聚合釜从较小的釜型向大型化方向发展,20世纪60年代聚合釜容积基本在1050 m3,70年代则大型化到4070 m3,80年代,6080 m3聚合釜成了主流设备,进入90年代以后,国外大公司开始使用100 m3以上聚合釜,甚至200 m3聚合釜,进行集约化生产。近几十年来,国外PVC工业稳步发展,生产规模逐渐扩大,已有20万45万t/

8、a的PVC生产装置建成投产。目前,我国已经引进的国外比较先进的聚合釜技术有美国古德里奇(B.F.G)公司的70m3聚合釜技术,欧洲EVC公司的105 m3和120 m3聚合釜技术,日本信越的108 m3和127 m3聚合釜技术,西方化学公司的135 m3聚合釜技术等。日本信越采用130 m3聚合釜用于生产,日本三井东亚在输出的技术中采用了80 m3聚合釜。德国休尔斯(hls)公司在1974年就研制了200 m3聚合釜,先后在德国和俄罗斯伊尔库斯克建厂。但是人们逐渐认识到聚合釜也不是越大越好,一味追求聚合釜大型化在技术经济上并非合理,大型化并不等于高效率和高经济效益化,这是一个技术经济的综合效果问题。在20世纪80年代开发大型反应釜的同时,开发重点转移到提高设备单位容积产量以及自动化上。1982年,日本神钢盘铁克公司开发成功了154m3夹套式聚合釜(结构见图1-1),减少了聚合釜壁的钢板厚度,提高了传热系数,聚合周期8 h,高效154 m3氯乙烯聚合釜于1990年荣获日本化学工学会技术奖,成为那个时期的代表作。近年来,德国Vinnolit公司开发出传热效果更好的150 m3半管夹套式聚合

9、釜(结构见图1-2),最大程度地增加了传热面积,改变了原有的传热效果,提高了传热系数,聚合反应时间可以降到3.5 h,生产强度可达到600t/(m3年),代表了当今世界PVC行业的顶尖先进技术水平。比利时索尔维公司开发的大型聚合釜对釜表面进行处理,形成约12m防黏层,这种防黏层具有很强的耐磨性和防黏性,且不影响传热性能,改变了每批次都要涂壁的传统技术,形成了独特的聚合釜防黏技术。因此,在PVC聚合生产中采用大型釜成为一种趋势,标志着世界PVC生产技术达到了一个新的水平。图1-1日本神钢公司154m3聚合釜夹套结构 图1-2德国Vinnolit公司150m3半管夹套结构我国能够制造压力容器的厂家众多,可以制造聚合釜的厂家也不少,但能够制造大型聚合釜的厂家寥寥无几。锦西化工机械(集团)某某公司和化工机械(集团)某某公司是我国大型化工装备的制造基地,多年来为PVC行业制造出数百台反应釜,为行业作出了贡献。锦西化工机械(集团)某某公司经过多年的技术积累和不断的技术进步,研制出了LF系列聚合釜,釜容积从30 m3到135 m3,形成了自己的产品风格。化工机械(集团)某某公司也与PVC企业联合先后开发了45 m3和70 m3聚合釜,形成了独特的制造工艺。国产化聚合釜已基本可以满足国PVC装置向大型化发展的需要。.2聚合釜结构对生产能力的影响PVC企业的规模化,生产装置的大型化和单条生产线的生产能力的提高已经成为企业竞争的硬件条件,单条生产线的大型化对于釜的大型化提出了更高的要求,一般使用生产强度来表征聚合釜生产能力,生产强度是一年或一个月单位体积的聚合釜可以生产出的树脂量。当然,生产强度涉及到聚合釜制造技术、聚合工艺技术水平、过程控制、公用工程条件、生产管理水平和设备的运行可靠程度等因素,它是一个综合指标。一般来说,生产PVC树脂对釜材质的要求主要是传热性能好,这样有利于缩短聚合反应时间和减轻黏釜,并保证聚合反应时无铁离子混入。由于PVC树脂聚合是一个放热反应,所以聚合釜釜体材质的传热性

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