年产30万吨PVC课程设计

第一章概论1.1 PVC简介1.1.1 PVC的发展史pvc（Polyvinylchloride，PVC）是一种无毒、无臭的白色粉末。

主要成份为pvc聚氢乙烯，是由氯乙烯（Vinyl Chloride）单体聚合而成的热塑性高聚物，-CH-）n，其中n为聚合度。

PVC为无定形聚合物，含结晶其分子结构式：（CH2度5%—10%的微晶体，熔点为175，目前商品化的PVC树脂的平均相对分子质量范围在1.9×105～5.0×106之间，国产通用型悬浮PVCSG1～SG8型平均相对分子质量则在4×105～1×106之间。

我国pvc工业起步于20世纪50年代末，第一套pvc装置在锦西化工厂于1958年建成投产，生产能力在3000吨／年。

1959年，国内建成4个生产能力6000吨／年的pvc厂，即北京化工二厂、上海天原化工厂、天津化工厂、天津大沽化工厂，1970年国内pvc树脂厂增加到20家，但规模都叫小，1978年从日本东洋工程公司引进了两套20万吨／年pvc厂，分别在齐鲁石化公司和上海吴泾建厂。

进入20世纪90年代北京化工二厂、上海氯碱、天津大沽化工厂、锦西化工厂等纷纷改进，生产能力提高很大。

1.1.2 PVC的分类及用途PVC可分为软PVC和硬PVC。

其中硬PVC大约占市场的2/3，软PVC占1/3。

软PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表层，但由于软PVC中含有柔软剂(这也是软PVC与硬PVC的区别)，容易变脆,不易保存，所以其使用范围受到了局限。

硬PVC不含柔软剂，因此柔韧性好，易成型，不易脆，无毒无污染，保存时间长，因此具有很大的开发应用价值。

软质PVC多用来做成真空吸塑薄膜，用于各类面板的表层包装，所以又被称为装饰膜、附胶膜，应用于建材、包装、医药电线电缆、薄膜和片材、传送带、日用品（鞋、玩具、门帘、密封条）人造革及箱包等诸多行业。

其中建材行业占的比重最大，为60%，其次是包装行业，还有其他若干小范围应用的行业。

硬制品主要包括各种型材、管材、硬片、瓶类、汽车配件、异型材等PVC材料用途极广，主要用于制作：pvc卡片；pvc贴牌；pvc铁丝；pvc窗帘；pvc涂塑电焊网；pvc发泡板、pvc吊顶、pvc水管、pvc踢脚线等以及穿线管、电缆绝缘、塑料门窗、塑料袋等方面。

在我们的日常生活领域中处处可见到PVC产品。

PVC被用来制作各种仿皮革，用于行李包，运动制品，如篮球、足球和橄榄球等。

1.2 PVC的性质和特点1.2.1 特点聚氯乙稀是一种无毒、无臭的白色粉末。

电绝缘性优良，一般不会燃烧，但在火焰上能燃烧并放出HCl，若离开火焰即自熄，是一种“自熄性”、“难燃性”物质。

主要用于生产透明片、管件、金卡、输血器材、软、硬管、板材、门窗、异型材、薄膜、电绝缘材料、电缆护套、输血料等[3]。

聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值为40以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90％的硫酸、浓度为60％的硝酸和浓度为20％的氢氧化钠）、机械强度及电绝缘性良好的优点。

但其耐热性较差，软化点为80℃，于130℃开始分解变色，并析出HCl[3]。

聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成，聚合度n值一般在500～20000范围内，其分子、结构式如下：从产品分类看，PVC属于三大合成材料（合成树脂、合成纤维、合成橡胶）中的合成树脂类，其中包括五大通用树脂，聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）树脂。

1.2.2 物理性质（1）物理参数中文名称：聚氯乙烯英文名称： Polyvinyl chloride polymer简称： PVC熔点： 212℃导热率(λ)： 0.16 W/m·K热容(c)： 0.9 kJ/(kg·K)吸水率： 0.04～0.4%（2）外观pvc树脂尾白色粉末微粒，但工业产品夹带分解产物或机械杂质，使树脂发黄或有黑色的杂质，统称为黑黄点。

（3）密度和表观密度PVC平均密度为1.4g／cm3,实际上它很分散。

密度分布窄的，其结构不均匀，易被增塑剂或其他液态助剂渗透；密度分布宽的，树脂有的使开孔的，有的则使不能渗透的孔，影响增塑剂等的吸收和渗透。

（4）水分 PVC是极性聚合物，因而有一定的吸水性。

水分影响过筛，水分可使成型时产生气泡而影响产品质量。

通常要求在0.1%-0.3%。

（5）机械性质 PVC抗冲击强度很高，常温下可达到10MPa.（6）溶解性质可溶于氯化苯、二氯乙烷、酯类等，不溶于水、汽油、酒精、氯乙烯中。

1.2.3 化学性质（1）化学稳定性化学稳定性很高，除若干有机溶剂外，常温下可耐任何浓度的盐酸、90%以下的硫酸、50%～60%的硝酸及20%以下的烧碱。

这是由于PVC 分子沿主链存在有许多极性键，大分子与大分子之间的结合力强，可以耐酸、碱和非极性溶剂的作用，因此，耐化学腐蚀性能优良。

（2）热性能通常的PVC玻璃化温度Tg在75～80℃，结晶PVC的熔点为175℃，因而通常加工温度在160～220℃。

PVC加热到130℃以上时变为皮革状，呈现弹性，长期加热则分解脱出氯化氢，同时使PVC变色。

随着温度的升高，树脂由白色变为淡黄色→深黄色→棕色→黑色。

在200℃以上开始分解并失去化学稳定性与优良的物理性质。

pvc只是在火焰上才能燃烧并分解，放出氯化氢，离开火焰立即熄灭。

（3）光性能纯pvc在紫外线单色光的照射下显示蓝绿荧光色，在长期光线照射下发生老化并使之色泽变暗。

（4）电性能 PVC具有特别好的介电性能，使属于介电功耗最小的材料之一，它对于交流电和直流电的绝缘能力可与硬橡胶媲美。

PVC的介电性能与温度有关，温度升高，介电性能变差。

第二章 PVC 产品技术规格和原辅材料说明内蒙古乌海化工股份有限公司是国内生产pvc 的大型化工企业，该厂现在使用自己生产的电石资源全部用于生产乙炔原料气，经过氯乙烯工段用乙炔和氯化氢反应生成液态的氯乙烯单体，送到聚合工段合成pvc 白色颗粒，最后经过干燥工段变成干燥的反应物，包装之后成为合格的pvc 产品。

生产的原辅材料有很多种，如电石、氯化氢、氯乙烯、去离子水、引发剂、高汞触媒等。

2.1电石电石是由碳和氧化钙（生石灰）在电阻电弧炉内于高温条件下化合而成的，所以它的化学名叫碳化钙，分子式2a C C ，分子量64.10kg/mol 。

2.1.1 性质（1）化学纯的碳化钙几乎是无色透明的结晶体，通常所说的电石是指工业碳化钙，即除了含有大部分碳化钙外，还有少部分杂质。

工业用电石的颜色则随所含的碳化钙纯度不同而不同，有呈灰色，棕黄色或黑色。

（2）18℃时的比重为2.22，电石比重随着2a C C 含量的减少而增加。

（3）不溶于所有有机溶剂中，熔点2300℃（纯电石），含2a C C 80%时熔点为2000℃。

（4）电石与水作用生成乙炔和氢氧化钙。

2.1.2 成分列表大多数企业电石具有以下的组成：（重量）2a C C 75%～83%O C a 7%～14%C 0.4%～3%SiO 2、Fe-Si 、SiC 0.6%～3%Fe 2O 3 0.2%～3%CaS 0.2%～2%CaSO 4 0.2%～0.4%CaCN 2 0.2%～1%Al 、Al 4C 3、Al 2O 3 1.5%～4%2.2氯化氢2.2.1氯化氢的分子式HCl ,分子量 36.5kg/mol。

2.2.2氯化氢的性质（1)氯化氢在常温常压下是无色有刺激性气味的气体。

(2)氯化氢极易溶于水而变成盐酸，病强烈放热。

极易与潮湿的空气中的水分结合生成白色烟雾。

（3）在干燥状态下几乎不与金属作用，但在含水或溶于水时，表现盐酸的性能，腐蚀性很强，能与大多数金属反应。

(4)氯化氢是制造合成材料的重要原料，可用它来制造PVC等合成材料。

2.3 氯乙烯2.3.1 氯乙烯的分子式，分子量62.51kg/mol。

HCCL322.3.2 氯乙烯的性质（1）常温常压下为无色气体。

带有芳香气味（2）属易燃易爆物质，遇火焰即可燃烧爆炸，在空气中爆炸范围为3.8~29.3%，故在有氯乙烯存在的地方都要严禁烟火及撞击火花的产生。

（3）有毒，对人体有麻醉作用，长时间接触VC气体可使人致癌。

O （4）在氯乙烯系统若有氧气存在则生成过氧化物，给后处理造成困难。

2与氯乙烯开始反应生成单质体，它溶解于氯乙烯单体中，以后分解和重排，生成对碰撞很敏感的过氧化聚合物，并会变成醛和酸。

它们对聚合过程有很大的影响，氯乙烯系统中存在微量的水和酸，会加速单体生成过氧化聚合物，造成设备管道的腐蚀。

（5）氯乙烯性质活泼，它能起加成反应，易起聚合反应，它能与丁二烯、乙烯、丙稀腈、醋酸乙烯、丙烯酸酯等共聚物。

（6）氯乙烯难溶于水，溶于醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷。

2.4 去离子水所用反应介质水，应经过离子交换树脂或磺化煤进行脱盐处理。

处理后的水pH应在5～8.5范围，硅胶含量≤0.2mg/L。

2.5 分散剂悬浮聚合生产的pvc颗粒的大小与形态，主要取决于所用的分散剂，可分为两类：主分散剂和辅助分散剂。

主分散剂的作用是控制所得颗粒的大小，但也会影响pvc的孔隙率和某些形态。

辅助分散剂的作用是提高颗粒中的孔隙率，并使之均与以改进pvc树脂吸收增塑剂的性能。

主分散剂主要是纤维素醚和部分水解的聚乙烯醇。

辅助分散剂主要是小分子表面活性剂和低水解度聚乙烯醇。

2.6 引发剂由于氯乙烯悬浮聚合温度为50～60℃上下，应根据反应温度选择合适的引发剂，其原则为在反应温度条件下引发剂的半衰期大约为2h者，反应时间为最佳。

由于反应后期单体浓度降低，为了使反应后期具有适当的反应，所以反应前期与反应后期应当使用不同半衰期的引发剂。

因此pvc树脂生产工厂目前多数使用复合引发剂，即两种引发剂的混合物。

2.7 产品技术规格产品及副产品规格见表1。

表1 聚氯乙烯产品规格第三章工艺路线的选择和介绍3.1工艺路线的选择3.1.1PVC工艺概述到目前为止，PVC 生产的聚合工艺主要有 5 种，即悬浮、本体、乳液、微悬浮及溶液聚合工艺。

其中悬浮聚合工艺一直是工业生产的主要工艺，绝大部分均聚及共聚产品都是采用悬浮聚合工艺。

乌海化工亦采用主流工艺生产pvc。

3.1.2各种生产工艺介绍(1)本体聚合。

一般采用“两端本体聚合法”，第一段称为预聚合，采用高效引发剂，在62～75℃下强烈搅拌下使氯乙烯聚合的转化率为8%时，输送至聚合釜中，在加入低效引发剂的等量单体，在约60℃下，慢度搅拌，继续聚合至转化率达80%时，停止反应。

本体聚合时在氯乙烯单体中不加入任何介质，只有引发剂。

生产的PVC树脂纯度较高，质量较好，结构规整，孔隙率高而均匀。

但聚合操作控制难度大，PVC树脂分子量分布较宽。