工艺计算

第二章工艺计算

2.1 物料衡算

2.1.1 聚合釜物料衡算

VCM单体的回收

VCM

H2O PVC浆料

引发剂

助剂

PVC的损失

2.1聚合釜物料平衡图

（1）已知数据

=70m3

釡有效容积V

有效

装料系数取值范围：0.85~0.90 本设计取η=0.85

转化率取值范围：85%~90% 本设计取x%=85%

水油比取值范围：1.3~1.8 本设计取1.3﹕1

收率=99%

热负荷分布指数取值范围：R=1.3～1.6 本设计取R=1.3 夹套传热系数K夹套=520Kcal/ m2 hr℃

挡板传热系数K挡板=956Kcal/ m2 hr℃

夹套进出口水温：t进=7℃t出=14℃

挡板进出口水温：t进=7℃t出=156℃

夹套传热面积：F夹套=82 m2

挡板传热面积：F挡板=19 m2

注入水温度t=20℃聚合温度t=57℃

假设聚合釡回收的VCM占未反应单体的85%

(2) 计算

①单体及水加入量计算

单体密度ρ60℃=0.8363g/cm3 ，ρ50℃=0.8564g/cm3

根据内差法求出57℃时单体的密度：

ρ57℃=[(57-60) /(50-60)]×(0.8564-0.8363)+0.8363=842.3kg/ m3

水的密度ρ60℃=988.1kg/ m3，ρ50℃=983.2kg/ m3

用内差法求出57℃时水的密度：ρ57℃=986.6kg/ m3

设单体加入量为x m3/釡水加入量为y m3/釡

釡有效容积V有效=70m3，装料系数η=0.85，水油比1.3﹕1

×y）/（ρ单体57℃×x）=1.3﹕1 列方程组x+y=70×0.85，（ρ

水57℃

解得：x=28.25 m3/釡y=31.25m3/釡

②注入水用量

注入水体积

Δv=cw∕ρ1ρ2×（ρ1-ρ2）2-1式中c: 单体VCM转化率W：VCM加入量（质量kg）

ρ1ρ2分别是单体和PVC树脂密度，ρ1=842.3kg/m3 ρ2=1400kg/m3

Δv=85%×28.25×842.3×（1400-842.3）÷（842.3×1400）=9.57m3/釜。

由已知注入水温20℃，ρ水20℃=998.2kg/m3，

此时，注入水量为9.57×998.2=9552.774kg/釜。

③聚合反应时间

a）夹套传热量

夹套传热量=传热面积×传热系数×Δtm夹2-2

Δtm夹=[(57-7)-(57-14)]/ln[(57-7)/(57-14)]=46.40℃,

所以Q夹=520×82×46.4=1.98×106kcal/h。

b）挡板传热量

Q挡=F挡×K挡×Δtm挡2-3 Δtm挡=[(57-7)-(57-16)]/ln[(57-7)/(57-16)]=45.35℃，

Q挡=956×19×45.35=8.25×105kcal/h

c）注入水流量

Q注=CpwΔt 2-4注入水温由20℃升到57℃平均水温t平均=（20+57）/2=38.5℃

注入水比热容Cp20℃=4.183KJ/（kg℃）Cp40℃=4.174KJ/（kg℃）

其平均比热容Cp平均=4.179KJ/（kg℃）=0.997kmol/（kg℃）

所以Q注=0.997×9552.774/η反×(57-20)=3.52×105/η反

最大移热量Q max=Q夹+Q挡+Q注

=1.98×106+8.25×105+3.52×105/η反=2.81×106+3.52×105/η反

物料总放热量Q总=G×X%×ΔH℃

加入总物料量G=28.25×842.3=23794.975kg

已知：ΔHx=366kcal/kg·VCM x%为转化率

取热负荷指数R=1.3

R=(Qmax-η反)/Q总2-5η反=R·Q总/Q max=1.3×23794.975×0.85×366/（2.81×106+3.52×105）=3.04h

④引发剂用量

常用引发剂：氧化乙酰环己烷硫酰、过氧化二月桂酰、过碳酸二环己酯等。引发剂用量

Nr=N0(1-[I]/[I0])=N0/(1-e-0.693η/η1/2) 2-6

式中：Nr—引发剂理论消耗量N0—引发剂实际计入量

[I]—t时刻引发剂浓度[I]—引发剂起始浓度

所以N0=N r/（1-e-0.693η/η1/2）引发剂的理论消耗量Nr=1.1mol/t vcm

引发剂的半衰期

lnη1/2=A/T-B 2-7

式中A=15108 B=45.484 T=273.15+57=330.15K

lnη1/2=15108/330.15-45.484=0.277 η1/2=1.319h

N0=N r/（1-e-0.693×2.61/1.319）=1.47mol/t vcm

实际加入量EHP量（M=346.5）：1.47×346.5×842.3×28.25×10-6=12.12kg/釜EHP 为过氧化二碳酸二乙基己酯

⑤缓冲剂用量

常用缓冲剂：碳酸钠、三聚磷酸钠、磷酸钠、磷酸三钙、氢氧化钠等

本设计用磷酸三钙作为缓冲剂

缓冲剂用量=（3.5/104）×28.25×842.3=8.33kg/釜

⑥分散剂用量

常用分散剂：MC（甲基纤维素）

特点：表面张力较低，可制得较好的疏松型PVC树脂。

HPMC（羟丙基甲基纤维素）

特点：有利于树脂疏松多孔，且对增塑剂的吸收也有利。

PV A（聚乙烯醇）

特点：水溶性很好，具有表面活性，可降低表面张力。

摩尔分数分散剂用量

88% PV A 4.8kg

72.5% PV A 11.238kg

⑦终止剂（ATSC为丙酮缩氨基硫脲）

ATSC=[I]/2=12.12/2=6.06kg/釜

出料（以釜为标准）

出料中的PVC量：28.25×842.3×0.85×0.99=20023.47kg

损失的PVC量：28.25×842.3×0.85×0.01=202.26kg

未反应VCM：28.25×842.3×0.15=3569.25kg

脱盐水：31.25×986.6=30831.25kg

回收VCM：28.25×842.3×0.15×0.85=3033.86kg