祝存恩
新疆中泰化学阜康能源有限公司 新疆 维吾尔自治区 831500
摘要：聚氯乙烯（PVC）材料是我们日常生活中使用的材料，属于一种合成树脂，在诸多领域被应用，如医疗设备、电缆、管道等。到目前为止，在中国所有合成树脂中PVC生产量排名第一。本文主要研究了聚氯乙烯生产的典型聚合工艺。
关键词：聚氯乙烯生产；聚合工艺；设计
前言
聚氯乙烯，英文名称是Polyvinylchloride，缩写为PVC，是氯乙烯单体（英文名称是vinyl chloride monomer，缩写为VCM）在引发剂（过氧酮类、过氧脂类等）、光、热条件下按自由基聚合反应的机理聚合形成的聚合物。PVC是具有无定形结构的白色粉末，相对密度约为1.4，玻璃化温度在77~90℃之间，在100℃以上或经受长时间曝晒，会分解产生氯化氢，并进一步自动催化分解，从而引起变色，导致其物理机械性能迅速下降。PVC对光和热的稳定性差，所以在实际应用中为了提高对光和热的稳定性必须加入稳定剂。工业生产的PVC分子量一般在5万~11万之间，分子量与聚合温度成反比；没有固定的熔点，软化温度为80℃~85℃，当温度升至130℃时变为粘弹态，继续升至160~180℃时转变为粘流态；机械性能较好，抗张强度约为60MPa，冲击强度在5kJ/m2到10kJ/m2之间；具有优异的介电性能。PVC具有较大的硬度，溶解性差，能稳定存在于有机和无机酸、碱、盐中，只溶于少数溶剂如环己酮、二氯乙烷（DCM）和四氢呋喃等。化学稳定性与使用温度成反比。氯纶是取一定量丙酮-二硫化碳（丙酮-苯）混合溶剂将PVC溶解，然后用干法纺丝制备的纤维，这种纤维具有较好的抗微生物性、难燃性、耐酸碱性、耐磨性、弹性及保暖性。
1聚氯乙烯聚合工艺设计
1.1配制助剂
聚氯乙烯聚合工艺设计过程中，配制助剂一般需要对碱液、引发剂、涂壁剂、链转移剂、分散剂等五种助剂进行配制。碱液的配制，其目的就是使调配的浆料酸碱度应为中性，具体来说，就是通过配制的碱液，使其中和浆料中的酸性物质，防止对其他设备或管道造成酸性侵蚀，保持聚合物的稳定。引发剂的配制，主要负责调节聚合速度引发聚合反应，使用专用的加料槽和配制槽来进行配制和调控，配制完毕后及时清洗，使剩下的料随着冲洗水流向聚合釜里，在此过程中要确保各次加料、配水的准确度，并保证其完全混合。这种助剂的加料槽里面存在各种夹层与搅拌机，以确保它们完全混合。涂壁剂的配制就是为了避免聚合反应中设备内部表面的结垢。链转移剂的成品较多，不需要自行配制，其主要功能是聚合反应需要的温度，进而减小燃料的使用。分散剂配制的目的是调节聚氯乙烯的颗粒度，在加料槽中必须称重，再利用加料泵将其加到聚合釜之中，与引发剂一样也需要清洗，并要充分考虑总加水量，保证分散剂总量的准确度。
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1.2汽提废水
聚氯乙烯聚合工艺产生的废水主要是聚合放料后冲洗釜的废水，冲洗聚合釜壁的废水，各设备冷凝过程产生的废水和各设备用来进行密封的水。汽提废水就是在废水流入收集池以前，通过汽提塔对氯乙烯单体进行的过滤与消除，废水通常情况下来自于氯乙烯分离回收过程。
1.3聚合反应
聚氯乙烯聚合工艺是通过聚合釜设备进行的聚合反应，在此过程中，温度的高低决定着氯乙烯的品质，其中引发剂对调节温度有着至关重要的作用，可以降低反应温度，生产出高品质的产品。因为氯乙烯相对于聚氯乙烯较轻，因此在聚合反应一段时间后，聚氯乙烯与氯乙烯会出现分层的现象，此时应当持续运行搅拌机，确保热量交换均衡，使聚合反应处于可控状态。对聚合釜内聚合反应状态的判断，一般通过测定聚合釜内压力来判断，达到一定数值，可以反应出聚合状态非常彻底，即可添加上终止剂，终止聚合反应，进行出料操作。出料是将产生的聚氯乙烯浆料通过过滤网管道，滤出不溶物，然后进入到出料槽中。出料结束以后及时清洗聚合釜并涂抹涂壁剂，为后续聚合反应做好充足准备。对于在出料槽中没有完全反应的氯乙烯，可以回收添加到聚合釜之中，进行二次聚合反应，可以大提高氯乙烯的利用率。对于气态氯乙烯必须通过汽提塔进行回收，即可以有效降低气态氯乙烯的排放，减小环境污染，又能回收再利用，减少成本投入，在些过程，浆料必须破碎之后才能进入汽提塔，防止破坏提汽塔。
1.4清洗冷凝器与聚合釜
聚合釜在长期运行以后，在聚合反应过程中因各种因素会形成一定量的聚合物垢，设备、管道里面也会产生许多树脂的堆积，一般清洗方法不容易洗净干净彻底，如果不能有效去除，将会影响聚合反应，影响冷凝器换热效果，因此需要安装高压清洗系统，连同搅拌器等器件一同清洗。通常的方法会将高压清洗系统部署在聚合釜中，方便冷凝器等各器件和设备的清洗工作，并且高压清洗系统能够确保彻底清洗干净。
1.5高压清洗系统
一般情况下，系统设计中都会选择压力高、流量大的高压水清洗设备进行管道清洗，利用高压水射流在喷头上，产生一定的推进力，击碎聚合釜垢层，在内压作用下，垢层开裂，而且在喷射过程中，冲碎的颗粒夹杂在喷射流中帮助冲击更多的颗粒。
2缩短聚合时间
2.1缩短聚合反应时间
目前通常采用的VC聚合反应容器普遍都容量较小，使得规模化生产需要数量较多的掘和反应器，对于更换成大型反应器，需要投资大量的设备经费，许多工厂规模限制，仍不能马上进行更换，因此考虑采用先进的反应体系，来缩短反应时间，进而提高产能规模。调研国内外先进的生产厂实践经验，多采用新型的氧化物引发剂、复合分散剂、快速中止剂，能有效的使得反应时间周期缩短1/4～1/3。经过调研分析，缩短聚合时间方法有以下几种：
（1）使用高效引发剂以提高聚合速率，对引发剂体系进行优化，使得反应过程热量释放均匀。
（2）提高聚合釜的热传导能力，主要采用提高聚合釜传热系数，提高热传递温差和热传递面积。实际生产过程放热速率不是恒定不变的，随着时间和压降而逐渐变化，聚合效率与转化率和反应时间有直接的关系。在聚合釜最大热传导能力已知的情况下，通过引发剂配方的优化设计来实现放热速率的提升。在分析过程，可以根据聚合釜的热传递系数、热传面和冷却水温，利用传热率计算公式计算出最高热负荷，进而计算除聚合时间，最终可以估算出引发剂的量。
2.2聚合釜传热能力
在一定程度上，聚合釜的热传导能力决定着聚合釜的生产能力，在尽可能均匀反应的情况下，提高聚合釜的热传递能力，见公式1。
Q=KFΔtm（式1）
式中，Q为传热速率，Kj/h；F为传热面积，m2；Δtm为温差，℃；K为传热系数，kcal/(h•m2•℃)。
结束语
综上所述，近年来聚氯乙烯在各个领域得到广泛应用，医疗卫生、管道等各个方面，同时对其产能与质量提出了一系列新的更高的要求，此外，国家以及广大人民群众对于环保的要求日益提高，因此，需要不断优化聚合工艺，这就使得高产能的108m3聚合釜生产线日益普及。为充分发挥新技术、新工艺的优势，相关设计和操作人员应当细致深入的探讨生产经验，为聚氯乙烯生产的安全运行提供坚实的保障。
参考文献
[1]杨林祥.聚氯乙烯项目聚合工艺设计和管道布置[J].炼油与工,2013,02: 22-24+60-61.
[2]田文.聚氯乙烯生产工艺[J].中外企业家,2016,03:187-188.
论文作者:祝存恩
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/15
标签：聚氯乙烯论文; 氯乙烯论文; 废水论文; 温度论文; 工艺论文; 设备论文; 管道论文; 《防护工程》2018年第30期论文;