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摘要：本文浅谈PVC生产工艺的内容，特别是与工艺流程和每个相关链接的控制。对聚氯乙烯的工艺进行阐述，包括其安装步骤和管道布局。
关键词：聚合釜；生产工艺；聚氯乙烯；管道布置
聚氯乙烯（PVC）材料经常用于我们的日常生活中，所涉列的领域是非常广泛的。例如，医疗设备，电缆，管道等，到目前为止，中国的PVC产量在所有合成树脂中排名第一。根据用途，在制备氯乙烯均聚物的过程中选择的聚合方法是不同的，并且通常包括以下五种类型：乳液，悬浮液，本体，溶液和微悬浮聚合。
一、聚氯乙烯（PVC）简述
氯乙烯的聚合物，英文缩写PVC。其在重要领域所具有的意义同样也是深远的。玻璃化温度80～85℃，密度1.35～1.45克/厘米3，使用温度-15～60℃。PVC具有优异的耐酸碱性，耐磨性，阻燃性和绝缘性，与大多数增塑剂混合均匀，可大大改变材料的力学性能。聚氯乙烯通过自由基加成聚合制备，该方法包括悬浮液，本体，乳液和溶液，其中主要使用悬浮法。它由过氧化物等引发，并且在添加分散剂后，可以获得松散的树脂颗粒，并且加工性能良好。
二、聚氯乙烯（PVC）的工艺技术概述
2.1悬浮聚合法
将单体以微滴方式悬浮并分散在水相中，并将选择的油溶性引发剂溶解在单体中，并在液滴中进行聚合反应。聚合热被水及时吸收。然后，将其流入混合釜中，用水洗涤，离心并脱水，并干燥，得到成品树脂产品。
悬浮法由于其生产工艺简单、生产成本低、便于大规模生产、产品性能稳定等特点，因此是目前世界各国广泛采用的一种聚合方法。
2.2乳液聚合法
最早的工业生产PVC的一种方法。使用水溶性过硫酸钾或过硫酸铵作为引发剂，将单体分散在水相中形成乳液。还可以使用其中聚和悬浮方法不同的“氧化还原”引发体系。聚合方法有三种：分批方法，半连续方法和连续方法。聚合产物为胶乳形式，乳液的粒径为0.05-2μm，可直接涂覆或喷雾干燥成粉末状树脂。该乳液聚合方法聚合时间短，易于控制，所得树脂具有高分子量和均匀的聚合度，适合用作聚氯乙烯糊剂，人造革或浸渍产品。
2.3本体聚合法
聚合分两段进行，将单体和引发剂在预聚合釜中预聚合1小时以形成种子颗粒，转化率为8％至10％。然后，它流入第二阶段聚合容器，并加入与预聚物相同量的单体以继续聚合。转化率为85％至90％，并且排出残余单体，然后通过粉碎和筛分获得产物。通过搅拌速度控制树脂的粒度和颗粒形状，并且通过单体的回流冷凝进行反应热。该方案具有众多优点，其所应用的资金较少，但是所创造的实际价值却超过同等价位的材料，并且在其生产制造的过程中所涉及的步骤更为简单，质量上也是达到了先进的水平。所以其成为重要的首推项目。
三、聚氯乙烯（PVC）的生产工艺
PVC的生产工艺主要有以下几个单元组成：
3.1 VCM和纯水的贮存与加料
新鲜的VCM按需要量贮存在新鲜VCM贮槽中，回收的VCM贮存在回 VCM贮槽中。新鲜的VCM单体和回收VCM单体经计量后，按设定的比例，用VCM加料泵加入到聚合釜内。
冷纯水由界区外送至界区内，贮存在冷纯水贮槽中。冷纯水用于聚合加料、轴封、管路冲洗、出料过滤器冲洗和聚合反应过程的注水。
冷纯水用蒸汽加热后贮存在热纯水贮槽中，热纯水主要用于聚合加料。
依据聚合反应初始温度要求，按一定比例经计量后，用纯水加料泵打入聚合釜内，纯水加料泵的设计适用于冷热纯水。这种加料方法几乎可省去聚合初期升温过程，使加料时间减少到最短。
3.2助剂配制与加料
引发剂用容器包装并贮存在厂区现有冷库中。使用时引发剂被送入引发剂配制槽中，按配制方法要求制成分散液，然后贮存在引发液贮槽内。分散液经测定浓度后，按聚合生产工艺配方要求，采用称量槽计量后，用加料泵送入聚合釜内。
分散剂溶液的配制是按配制方法要求，在分散剂配制槽内进行，配好后贮存在分散剂溶液贮槽中。溶液经测定浓度后按聚合生产工艺配方要求，经计量后，用加料泵打入聚合釜内，以保证PVC产品质量的稳定性。
缓冲剂根据配制要求制成缓冲剂分散液后，贮存在缓冲剂贮槽内。在加入纯水过程中先将缓冲剂分散液经缓冲剂流量计计量后压入纯水中，一起进入聚合釜。
终止剂溶液按配制方法要求，在配制贮槽内配制成溶液并贮存。溶液经测定浓度后按聚合生产工艺配方要求，用流量计计量。当聚合反应达到设定的转化率时，终止剂用加料泵打入聚合釜，终止聚合反应。终止剂加入后可以保证PVC产品的分子链分布均一，同时还可以防止VCM在单体回收系统内继续聚合。在事故状态下，操作人员起动终止剂加入系统，使终止剂自动投入釜内，终止聚合反应。
3.3防沾釜的涂壁系统、废水汽提
在聚合加料前，需在釜内壁喷涂一层防沾釜剂，基本上可以防止聚合物在聚合反应过程中沾于釜壁，从而使聚合反应进行多釜次也不需要进行釜壁除垢。当釜内壁有少量的粘结物沾在釜壁上，采用高压水并用手动或特殊的冲洗系统进行清洗。
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在涂壁液配制槽内配成涂壁液后，贮存在涂壁液贮槽内，使用时涂壁液通过聚合釜顶部的喷射阀打入聚合釜。
聚合釜顶部装有涂壁喷嘴。每次聚合反应完毕而且物料放净后，先用1.6MPa的冲洗水通过喷嘴将釜壁表面松散的聚合物冲洗干净，然后开启涂壁液泵，将计量后的涂壁液与蒸汽一起送入喷嘴。在喷嘴内用0.8MPa的蒸汽将涂壁液雾化后冷凝于釜内并在釜壁表面形成一层膜，从而防止聚合物沾于釜壁。
来自浆料汽提塔的冷凝水、VCM回收贮罐分离出的废水、回收压缩机过量的密封水均被送至废水储罐，废水进入废水汽提塔用水蒸汽汽提出废水中饱和的VCM，含VCM的水蒸气经过塔顶冷凝器冷凝后不凝气送至VCM回收单元，废水汽提塔底的废水送至废水收集池，经沉降后再送至界区外处理。
3.4聚合反应
聚合是在搅拌反应器内进行，反应热量从反应器内夹套和内冷挡板中不高于30℃的冷却水移出，其操作为间歇式，反应时间～5.5h，间歇操作由DCS控制系统自动程序控制。
根据不同树脂产品的生产工艺所规定的原材料种类、用量和DCS设定的加料程序，在聚合釜密闭状态下自动加入纯水，分散剂，缓冲剂和引发剂。当引发剂自动加入后开始聚合反应，通过自动调节冷却水量来维持反应温度。聚合按照规定的反应温度曲线进行，聚合反应热被测量并由微机系统计算单体转化率，当达到设定的转化率时由操作人员启动终止剂加料系统，终止剂自动加入聚合釜并终止聚合反应，然后PVC浆料自动出料进入出料槽，此时不开启出料泵，待釜内压力逐渐降低时才开始出料泵出料，带压出料可以降低出料时间。聚合釜出料后，要对聚合釜残液回收，使釜内余压在0.05MPa。先用压力1.1MPa的水冲洗釜壁，然后喷涂涂壁液，以防止下一次聚合反应粘结聚合物。
3.5浆料汽提
PVC浆料汽提在汽提塔内进行，浆料连续用汽提供料泵从出料槽经换热器送往汽提塔塔顶。浆料在塔内与塔底进入的蒸汽逆向流动，塔顶馏出物送往冷凝器用30℃冷却水使之冷凝，冷凝液与回收压缩机轴封水、VCM贮槽分离水、聚合釜冲洗水一起集中在废水储槽中，然后送往废水汽提系统。汽提后的废水含VCM≤ 2ppm（wt），不凝的VCM送往VCM气柜。经过汽提的PVC浆料送往浆料混料槽。汽提废水去离心母液处理单元。
3.6干燥、输送、包装
经汽提后的浆料由泵打入浆料罐内，再经离心机脱水。脱水后的树脂含水量在25%，经振动给料机送进流化床干燥器进行干燥；加热树脂层的热源来自干燥器内热风，热风通过蒸汽加热。
干燥后的合格PVC成品通过气力输送系统输送至树脂成品料仓，进行包装，贮存。气力输送过程中，防止粉料干燥引起静电，粉料管线上设有增湿管线，加入少量纯水。PVC料仓的支座设有静电接地板，料仓顶部设有避雷针，管道上设有铜跨接线，能够有效的防止静电产生。
四、聚合釜的设备与管道布置
4.1 70m3聚合釜
中国的大多数PVC生产商，特别是中小型企业，在实践中使用70立方米的聚合反应器进行反应，这些设备的生产和应用相对成熟。因此，它非常可靠并且需要相对低的成本和良好的经济效益。在这个阶段，单条生产线通常需要六台这样的设备，年生产能力为120kt。通常，应在此生产线上放置四部分设备：配料、聚合、浆料和汽提。其中，对于前者，整个工厂是封闭的结构，通常是封闭的混凝土结构。由于设备需要在聚合罐的吊装孔位置进行修理，因此管道应安装在另一侧；配料罐两侧分别为管道和进料口；切割过程需要通过管道的坡度进行过滤，所有进料管道应集中布置，以便快速控制。六个聚合罐尽可能接近引发剂，分散剂界面，并且还应与所有聚合釜保持等距。
4.2 108m3聚合釜
随着聚合工艺的迅速发展，逐步引入了更好的技术，最好的是日本Chisso生产的108 m3聚合釜。尤其108m3内夹套反应釜，产品质量高优质率可达95%以上；PVC牌号多，108m3可以生产通用类型、高聚合度类型、消光类型以及PVC共聚物，运转操作“简单”，安全无公害；釜内搅拌转速是可调的，釜在加料时与反应时的搅拌强度可根据工艺要求进行调整，故能生多种牌号的PVC产品，可应用于多种行业领域。
其设备和工厂布局大致相当于70m3生产线。不仅必须满足70 m3聚合反应器的管道铺设条件，而且必须将线圈和法兰放置在新添加的冷凝器中。为聚合罐和冷凝器的维护和修理提供有利条件。
五、结束语
综上所述，近年来，PVC已广泛应用于医疗卫生，管道等各个领域，同时对其生产和质量提出了一系列新的更高要求。今年来，人们对环境的要求更加严谨，对出现污染现象已指出与零容忍为态度，虽然我国在聚氯乙烯上具有显著的成就，但是目前市场上的竞争十分的激烈，以后树脂的质量会影响整个市场的动态。提高目前行业的保准，对于聚氯乙烯的整体具有先进意义。所以聚氯乙烯的生产质量要求要更为严格。为了充分发挥新技术和新工艺的优势，相关设计和操作人员应深入探索生产经验，为PVC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]陈蕾.聚氯乙烯生产技术发展趋势[J].齐鲁石油化工，2011，03：269-272.
[3]田文.聚氯乙烯生产工艺[J].中外企业家，2016，03：187-188.
[4]颜才南，胡志宏，曾建华.聚氯乙烯生产与操作.第 2 版[M].化学工业出版社，2014.
[5]李永磊，邱瑞玲. 中国聚氯乙烯生产技术与市场分析[C]// 全国聚氯乙烯行业技术年会暨“科创杯”论文交流会. 201
论文作者:韩珊珊
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/18
标签：聚氯乙烯论文; 贮槽论文; 浆料论文; 纯水论文; 管道论文; 生产工艺论文; 缓冲剂论文; 《建筑模拟》2018年第35期论文;