Разработка системы защиты атмосферы при производстве поливинилхлорида

38-01 (ТУ 6-05-1729-75). Термопластичный материал на основе ПВХ.

Пластикат ПВХ в гранулах для изготовления гибких трубок (ТУ 6-01-630-76). Применяется для изготовления экструзией водо-, бензо- и антифризостойких трубок.

Пластикат ПВХ Ш-62-0 (ТУ 6-01-804-76). Композиция на основе ПВХ, пластификатора и других добавок. Применяется для изготовления шлангов вакуум-проводов.

Пластикат ПВХ гранулированный ПХ-1 и ПХ-2 (ТУ 6-01-1089-76). Характеризуется химической стойкостью, эластичностью, термостабильностью. Применяется для изготовления листов, профилей и других изделий для футеровки гальванических ванн, в которых производится хромирование, никелирование, меднение и т.д., а также как антикоррозийный, герметирующий, прокладочный материал.

Пластикат гранулированный медицинский (ТУ 6-05-1533-76). Применяется для изготовления медицинских трубок. Перерабатывается в изделия экструзией.

Пластикат кабельный гранулированный П-30 (ТУ 6-05-5084-76). Термопластичный материал на основе ПВХ, пластификаторов и других добавок. Применяется для изоляции кабелей.

Пластикат Нева. Термопласт на основе ПВХ-смолы, пластификаторов и добавок. Применяется для изготовления неразъемных вилок, соединительных шнуров машин и приборов.

Винипласт гранулированный вистан-2 (ТУ 6-01-997-75). Композиция на основе ПВХ, стабилизатора, модификатора и др. добавок. Характеризуется повышенной химической стойкостью и прозрачностью. Применяется для изготовления тары, используемой для упаковки бензина, машинного масла, скипидара, растворителей, товаров бытовой химии.

Массы ПВХ мягкие (ТУ 6-05-1241-75). Композиции на основе ПВХ, пластификаторов и др. добавок. Применяется для изготовления форм для отливки лепных деталей, а также формы для отливки скульптур, восковых моделей и т.д. - формоплат А; для заполнения полостей металлорежущих станков - формопласт Б; для заполнения полостей различных зажимов, способных перемещаться под давлением по узком каналам - гидропласт.

Комплекс. Самозатухающий ударопрочный материал на основе ПВХ, полиметилметакрилата и различных добавок (антипрены, стабилизаторы, красители). Характеризуется высокой химической атмосферостойкостью, самозатухающими свойствами. Применяется для изготовления различных изделий литьем под давлением, экструзией, пневмо - и вакуумформированием [7].

Полуфабрикаты и заготовки

Поливинилхлорид является одним из лучших материалов, используемых для изготовления труб, листов и пленок.

Трубы и листы

Трубы из непластифицированного ПВХ (ТУ 6-19-99-78). Изготавливают экструзией из композиционного материала на основе непластифицированного ПВХ. Применяют для трубопроводов, транспортирующих воду, а также жидкостей, к которым ПВХ химически стоек.

Пластикат листовой (ТУ 6-05-1114-75). Термопласт на основе ПВХ. Применяется в качестве прокладочного материала и для других целей.

Винипласт светотехнический (ТУ 6-01-282-76). Жесткий термопласт на основе ПВХ, выпускается в виде листов. Применяется для изготовления осветительной арматуры.

Винипласт листовой (ТУ 6-051808-77). Композиция на основе модифицированного ПВХ, пластификаторов и других добавок. Применяется для изготовления деталей логарифмических линеек [10].

Пленка ПВХ

Пленка ПВХ (ТУ 6-01-1009-75). Слабопластифицированный термопластичный материал на основе ПВХ. Применяется для изготовления тары под растительное масло, пищевые продукты, упаковки лекарственных средств.

Пленка ПВХ (ТУ 6-05-1067-75). Термопласт на основе ПВХ, пластификаторов и др. добавок. Применяется для изготовления различных изделий, для защиты металлической оболочки кабеля, для изготовления металлопласта.

Пленка радиационная жесткая. Слабопластифицированный термопласт на основе ПВХ. Применяется для упаковки кетгута в консервирующем растворе с последующей радиационной стерилизацией 30 кДж/кг [10].

1.2 Обоснование и выбор технологической схемы производства поливинилхлорида

Анализ литературных данных [4-9] показывает, что суспензионный способ производства поливинилхлорида является наиболее перспективным. Выбор технологической схемы был обусловлен наличием на территории республики Башкортостан крупного производства поливинилхлорида (ЗАО “Каустик” г. Стерлитамак). Спрос на поливинилхлорид на рынке очень велик, поэтому необходимо постоянно наращивать мощность его производства. К примеру, в Японии летом 2003 года была усовершенствована технологическая схема производства суспензионного ПВХ таким образом, что теперь проектная мощность цеха полимеризации винилхлорида составляет 1 млн. тонн ПВХ в год [12]. Следует отметить, что в настоящее время преобладающим является метод производства поливинилхлорида путем суспензионной полимеризации, но он имеет ряд существенных недостатков, среди которых:

практически все синтетические полимеры получают из нефтепродуктов. Рост дефицита на нефтяное сырье создает положительную конъюнктуру для развития производства поливинилхлорида, который уже сейчас является самым дешевым термопластом.

необходимо избегать дегидрохлорирования полимера, так как образование двойных связей приводит к появлению окраски и снижению его термостабильности;

невозможность полимеризации непрерывным способом;

жесткий температурный режим процесса полимеризации винилхлорида;

коркообразование на внутренних поверхностях реактора полимеризатора.

Исходя из химизма процесса, фазового состояния исходных компонентов, данных литературного обзора, разрабатываемая технологическая схема производства поливинилхлорида должна содержать следующие стадии:

1) полимеризация винилхлорида;

2) дегазация суспензии;

3) сушка и рассев поливинилхлорида.

2. Разработка принципиальной технологической схемы процесса получения поливинилхлорида

Технологическая схема процесса полимеризации винилхлорида приведена на рис.2.1

Спецификация основного технологического оборудования приведена в табл.2.1

2.1 Описание технологического процесса производства поливинилхлорида

Процесс суспензионной полимеризации осуществляется в каплях эмульсии, полученных диспергированием винилхлорида в обессоленной воде в присутствии высокомолекулярных стабилизаторов эмульсии и растворимого в мономере инициатора.

В качестве стабилизатора эмульсии используется метоцел (метилоксипропилцеллюлоза). Однако, использование только одного метоцела позволяет получать ограниченный марочный ассортимент поливинилхлорида.

Эмульгирующие системы, состоящие из нескольких эмульгаторов (метоцела, клуцела, шпана или различных поливиниловых спиртов) позволяют стабильно проводить процесс полимеризации до высоких конверсий (до 90%) с получением полимера достаточно высокой пористости и морфологической однородности, получать полимеры широкого марочного ассортимента без изменения условий перемешивания в реакторе.

В качестве инициаторов используются дицетилпероксидикарбонат (лиладокс) и перекись лауроила. Инициирующие системы на основе этих двух инициаторов позволяют получать поливинилхлорид всех планируемых к выпуску марок при продолжительности полимеризации 5-7 часов в зависимости от марки полимера и условий теплосъема.

Инициирование процесса полимеризации винилхлорида осуществляется свободными радикалами, которые образуются при термическом распаде перекиси лауроила и лиладокса при нагревании реакционной массы:

R -R 2R*

где R-R - молекула инициатора;

R* - свободный радикал.

Свободные радикалы инициируют полимеризацию путем присоединения к молекуле мономера и образования с мономером активных центров. Таким образом происходит зарождение цепи:

R* + CH2=CHCl R-CH2-CH*Cl

Под действием активных центров происходит рост цепи с образованием макромолекулы полимера:

R-CH2-CH*Cl + CH2=CHCl R-CH2-CHCl-CH2-CH*Cl

Процесс образования макромолекулы идет с выделением тепла и с большой скоростью и продолжается до тех пор, пока макромолекула-радикал не вступит во взаимодействие с каким-либо реагентом или другим свободным радикалом. В результате происходит обрыв цепи и образование неактивной макромолекулы.

Реакцию полимеризации винилхлорида в общем виде можно представить следующим образом:

CH2=CHCl + J (CH2-CHCl-) n + Q Ккал,

где n - степень полимеризации, которая колеблется для промышленных

марок поливинилхлорида в пределах от 640 до 2800;

J - инициатор полимеризации;

Q - теплота реакции полимеризации, которая составляет 360-400

Ккал на 1 кг винилхлорида, вступившего в реакцию.

Регулирование скорости реакции полимеризации осуществляется введением в реакционную смесь агидола-1 (2,6-дитретбутилпаракрезола), повышающего также термостабильность поливинилхлорида.

Для снижения коркообразования внутренняя поверхность реактора покрывается нигрозином и процесс полимеризации проводится в целочной среде, создаваемой за счет добавления в реакционную массу едкого натра.

Важную роль при полимеризации винилхлорида играют качество загружаемых компонентов, температура полимеризации, точность дозировки, способ и порядок загрузки компонентов и наличие примесей в исходном сырье.

Наличие кислорода ведет к снижению водородного показателя (рН) реакции, что, в свою очередь, обуславливает нестабильное протекание процесса и получение нестандартного полимера. Кислород обуславливает индукционный период процесса, изменение скорости реакции, уменьшает среднюю молекулярную массу поливинилхлорида. Кислород воздуха легко окисляет винилхлорид, образующиеся при этом перекисные соединения легко гидролизуются с образованием альдегидов, которые являются хорошими передатчиками цепи, а также хлористого водорода, замедляющего процесс полимеризации.

Наличие примесей изопрена, винилиденхлорида в техническом винилхлориде значительно влияет на степень полимеризации поливинилхлорида, а также на его термостабильность. Бутадиен и винилацетилен оказывают ингибирующее действие и вызывают повышенное коркообразование.

Ацетилен и ацетальдегид являются сильными ингибиторами процесса полимеризации, в их присутствии уменьшается длина цепей поливинилхлорида, они вызывают автоокисление винилхлорида. Дихлорэтан является передатчиком цепи, а также уменьшает молекулярный вес полимера.

Хлористый водород в присутствии воды вызывает коррозию аппаратуры с образованием ионов железа, которые инициируют окисление винилхлорида. Получаемые перекисные соединения в присутствии влаги гидролизуются, образуя хлористый водород и карбонильные соединения, которые также вызывают окисление мономера. Ионы железа резко снижают стабилизирующее действие эмульгаторов.

Важнейшим параметром процесса, определяющим молекулярную массу поливинилхлорида и степень разветвленности его макромолекулы, является температура полимеризации. Для получения поливинилхлорида с узким молекулярно-массовым распределением отклонение от режимной температуры не должно превышать 0,5 0С.

Способ и порядок загрузки компонентов должен обеспечивать наилучшее распределение их в реакционной смеси. При нарушении порядка, то есть при предварительном смешении мономера с водной фазой, капли мономера обволакиваются защитной пленкой коллоида, которая препятствует растворению в мономере инициатора и других компонентов. Соотношение используемых количеств воды и мономера оказывает существенное влияние на отвод тепла в ходе реакции полимеризации и однородность поливинилхлорида. Недостаточное количество воды в реакционной смеси может привести к перегревам внутри частиц, к усиленному дегидрохлорированию полимера и получению продукта с повышенной разветвленностью цепей и низкой термостабильностью.

2.2 Описание технологической схемы производства поливинилхлорида

Технологический процесс получения суспензионного поливинилхлорида состоит из трех стадий.

2.2.1 Стадия 1. Полимеризация винилхлорида

В состав стадии входят следующие узлы:

полимеризация винилхлорида;

гидроочистка реакторов полимеризации.

Полимеризация винилхлорида

Процесс полимеризации винилхлорида осуществляется периодическим способом в реакторах Р-11/1-4 вместимостью 65 м3 каждый. Реактор снабжен рубашкой для подогрева или охлаждения, импеллерной мешалкой. Привод мешалки - нижний от электродвигателя через редуктор. Реактора Р-11/3,4 снабжены редукторами с переменным числом оборотов, реактора Р-11/1,2 - редукторами с постоянным числом оборотов. Уплотнение вала мешалки - двойное торцевое.

Прокачиваемая жидкость, в качестве которой используется обессоленная вода, подается в торцевое уплотнение с целью предотвращения попадания в него рабочей среды - суспензии ПВХ.

В качестве запирающей жидкости используется масло.

При достижении на линии нагнетания насосов давления более 2,0 МПа насосы останавливаются.

Реактора полимеризации кроме перечисленных выше устройств снабжены также следующими устройствами и сопутствующим оборудованием, обеспечивающими их нормальную работу и безопасность проведения процесса полимеризации:

Устройством гидроочистки стенок реактора водой высокого давления, смонтированным на штуцере в крышке реактора;

Узлом для нанесения покрытия на стенки реактора, состоящим из мерника Е-15 для приема и нагрева раствора нигрозина и форсунки для распыления раствора внутри реактора, установленной на штуцере в крышке реактора;

Узлом для впрыска в реактор раствора прерывателя реакции полимеризации, состоящим из мерника Е-14 для хранения раствора третбутилпирокатехина, сборника Е-13 для хранения азота Р=1,4 МПа с целью обеспечения впрыска раствора в реактор и донного клапана, вмонтированного в днище реактора, через который раствор поступает в реактор;

Мерником раствора агидола в гексановой фракции Е-11;

Сборником Е-12 (шлюз) для обеспечения загрузки через него в реактор инициаторов и других добавок при использовании их в виде порошка (твердые добавки);

Боковыми контрмешалками (волнорезами), установленными в верхней части реактора для регулирования потоков жидкости при перемешивании.

Перед загрузкой реактора на полимеризацию необходимо выполнить следующие операции:

Заполнить мерник Е-15 раствором нигрозина и провести аэрозольное нанесение нигрозина на внутреннюю поверхность реактора;

Заполнить сборник Е-14 раствором третбутилпирокатехина;

Загрузить в сборник Е-12 твердые добавки согласно рецептурному формату (инициаторы, агидол и другие);

Заполнить сборник Е-11 раствором агидола в гексановой фракции, если это оговорено в рецептурном формате.

Аэрозольное нанесение нигрозина, заполнение сборников Е-14 и Е-12 проводятся только на остановленном реакторе. Процесс нанесения покрытия осуществляется с помощью системы управления или дистанционно оператором со своего рабочего места, при этом выполняются следующие операции:

включается насос ЦН-11 для осуществления циркуляции воды в контуре реактора;

при достижении в мернике Е-15 давления 1,3 МПа, открывается отсечной клапан 6-3 на трубопроводе подачи раствора нигрозина в реактор и включается мешалка реактора;

при выравнивании давления в мернике Е-15 и реакторе закрывается отсечной клапан 6-3;

через 10 минут после закрытия отсечного клапана 6-3 останавливается мешалка и подается сигнал в систему управления о готовности реактора к загрузке.

Заполнение сборника Е-14 раствором третбутилпирокатехина осуществляется следующим образом: аппаратчик открывает ручную арматуру и быстросъемную заглушку на воздушке сборника Е-14, закрывает ручную арматуру на трубопроводе азота между сборником Е-13 и сборником Е-14 и открывает клапан 7-3 на трубопроводе подачи раствора третбутилпирокатехина в сборнике Е-14. При достижении в сборнике максимального уровня 860 мм подается сигнал на рабочем месте оператора, отсечной клапан 7-3 автоматически закрывается.

После заполнения сборника Е-14 аппаратчик закрывает ручную арматуру и устанавливает заглушку на воздушке сборника Е-14 и открывает ручную арматуру на трубопроводе азота между Е-13 и Е-14 и опломбирует ее в открытом состоянии, затем сообщает оператору о готовности ресивера Е-13 к заполнению азотом. Оператор дистанционно открывает отсечной клапан 9-3 на трубопроводе азота в сборник Е-13. При достижении в сборнике Е-13 давления более 1,45 МПа автоматически закрывается отсечной клапан 9-3.

Заполнение мерника Е-11 раствором агидола в гексановой фракции осуществляется в следующей последовательности: оператор открывает отсечной клапан 11-3 на трубопроводе подачи в мерник раствора агидола. При достижении в мернике Е-11 максимального уровня 230 мм отсечной клапан 11-3 автоматически закрываются.

Загрузка компонентов в реактор и ведение технологического режима полимеризации производится в соответствии с рецептурным форматом.

Гидроочистка реактора ведется по специальной программе.

Перед загрузкой реактора необходимо ввести рецептурный формат.

В реактор одновременно начинается дозировка обессоленной воды, растворов метоцела, клуцела, алькотекса В-72, алькотекса 552-Р, гидрооксида натрия, шпана. В случае отсутствия в рецептурном формате каких-либо компонентов их загрузка не производится. Температура загружаемой в реактор обессоленной воды регулируется в соответствии с рецептурным форматом.

После дозировки обессоленной воды начинается дозировка эмульсий инициаторов и раствора агидола. Если необходима подача воды через шлюз в случае загрузки твердых компонентов, то происходит переключение управляющих клапанов и оставшееся количество воды дозируется через шлюз.

После дозировки воды включается мешалка.

После дозировки воды начинается дозировка в реактор винилхлорида.

Разогрев реактора начинается после дозировки винилхлорида. Разогрев реакционной массы в реакторе производится до температуры, указанной в рецептурном формате. При достижении этой температуры запускается датчик времени охлаждения из рецепта. При этом полностью открывается клапан 1-4 на подаче захоложенной воды на всас насоса ЦН-11. Охлаждающая вода подается в рубашку реактора для вытеснения из нее горячей воды. По истечении времени охлаждения система управления начинает регулировку и поддержание температуры в реакторе в соответствие с заданной в рецепте температурой. При достижении в реакторе режимной температуры начинается отсчет времени полимеризации. Эта точка отсчета используется для определения фактической продолжительности полимеризации - промежутка времени от момента достижения заданной температуры полимеризации в реакторе до начала падения давления.

По истечении времени, указанного в рецепте, система управления делает четыре измерения величин давления в реакторе, определяет среднее значение и принимает его заданным (Рраб).

В течение всего процесса полимеризации поддерживается режимная температура, заданная в рецептурном формате. Отклонения от режимной температуры более, чем на 0,5 0С сигнализируются на рабочем месте оператора.

В течение всего процесса полимеризации система управления контролирует давление в реакторе и сравнивает его с заданным значением, определяя каждые 10 секунд скорость роста давления в реакторе. При отклонении давления от заданного значения на величину 0,05 МПа подается сигнал на рабочее место оператора и включается в работу аварийная программа защиты реактора от превышения давления, состоящая из пяти ступеней, срабатывающих последовательно в зависимости от скорости роста давления.

В процессе полимеризации постоянно контролируется нагрузка на мешалку и при превышении заданного в рецепте значения начинается аварийное дозирование обессоленной воды в ректор по следующей программе:

определяется среднее значение нагрузки четырех последовательных замеров;

если это значение больше или равно заданного в рецепте значения, происходит дозировка 0,5 м3 обессоленной воды. Следующая дозировка происходит не ранее, чем через 1 мин.

Общее количество отдозированной воды не должно превышать количества, указанного в рецепте.

По прошествии времени для контроля за спадом давления система управления начинает контролировать спад давления по сделанным подряд четырем замерам давления в реакторе, определяет среднее значение и сравнивает это значение с рабочим давлением (Рраб). При достижении разности между заданным давлением полимеризации и определяемым средним давлением величины равной или больше указанного в рецепте полимеризацию заканчивают. В этот момент начинается процесс дополимеризации о отсчет продолжительности дополимеризации. При дополимеризации отключается программа защиты по росту давления в реакторе.

Если давление в реакторе не падает по прошествии максимальной продолжительности полимеризации, указанной в рецепте, то реактор также переводится на дополимеризацию. Процесс дополимеризации может вестись как с разогревом реактора, так и при температуре полимеризации (без разогрева). По окончании процесса полимеризации делается запрос о необходимости разогрева реактора в соответствии с рецептом. Если реактор необходимо подогреть, закрывается клапан 1-4 на подаче захоложенной воды. В этом случае температура в реакторе повышается за счет тепла, выделяющегося в процессе полимеризации. Кроме того, в соответствии с рецептом предусмотрен дополнительный подогрев паром. В этом случае в теплообменник Т-11 подается пар. Вода в рубашке нагревается до температуры 80 0С. Процесс дополимеризации прекращается при достижении температуры в реакторе, указанной в рецептурном формате, или по прошествии времени дополимеризации в соответствии с рецептом.

Дополимеризация без разогрева (при температуре полимеризации) прекращается при снижении давления в реакторе до уровня, указанного в рецепте, или по прошествии времени дополимеризации.

По окончании процесса дополимеризации закрывается клапан 8-3 (если он был открыт) и останавливается насос ЦН-11. Затем проверяется давление в реакторе и при давлении более 0,6 МПа винилхлорид через дегазатор Р-21 сбрасывается на газгольдер. При достижении давления в реакторе 0,6 МПаРР сброс прекращается.

По окончании процесса полимеризации суспензия из реакторов Р-11/1-4 насосами ЦН-12/1-4 через фильтры Ф-11/1-4 выгружается в дегазаторы

Р-21/1-4.

На каждую пару реакторов Р-11/1-4 установлено по 2 фильтра Ф-11 и 2 насоса ЦН-12.

Операция выгрузки суспензии из реакторов осуществляет оператор с рабочего места в следующей последовательности:

По окончании процесса полимеризации проверяет давление в реакторе Р-11: при давлении более 0,6 МПа сбрасывает давление на газгольдер.

Сообщает аппаратчику о необходимости открыть арматуру на всасе рабочего насоса ЦН-12/1,2, подать в него затворную жидкость, открыть арматуру на входе и выходе рабочего фильтра Ф-11/1,2, заполнить фильтр маточником.

После получения сообщения о выполнении этих операций проверяет давление затворной жидкости у насоса ЦН-12/1-4, оно должно быть не мене 0,7 МПа, температуру подшипников (она должна быть не более 70 0С).

Проверяет возможность приема суспензии ПВХ в дегазатор Р-21/2 или Р-21/4 по уровню в нем.

Открывает электрозадвижку №1 на линии выгрузки суспензии из реактора, включает насос ЦН-12. Работа насоса сигнализируется на рабочем месте оператора.

Контролирует окончание выгрузки.

По окончании выгрузки закрывает клапан 8-3, при этом насос ЦН-12 остается в работе. Оператор дает команду на промывку и в реактор дозируется промывная вода. После дозировки открывается донный клапан и промывная вода откачивается в дегазатор Р-21. После откачки промывной воды и промывки трубопроводов суспензии останавливается насос ЦН-12, закрывается клапан 8-3 и донные клапана.

Все эти операции могут выполняться во время проведения в реакторе процесса полимеризации.

В случае загрузки инициатора в реактор в виде порошка, до начала процесса полимеризации производится загрузка его в сборник Е-12.

Гидроочистка реактора полимеризации

Гидроочистка реактора полимеризации ведется по специальной программе, которая не рассматривается подробно в данной дипломной работе.

По окончании гидроочистки и откачки воды оператор направляет реактор на вскрытие или на подготовку к загрузке. При подготовке к загрузке цикл повторяется. Вначале проводится покрытие реактора нигрозином и загрузка твердых компонентов в сборник Е-12.

2.2.2 Стадия 2. Дегазация суспензии в емкостных дегазаторах

Емкостной дегазатор Р-21/1-4 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат вместимостью 125 м3 с мешалкой импеллерного типа и двойным торцевым уплотнением. Вал мешалки имеет нижнюю опору, которая постоянно промывается обессоленной водой с целью предотвращения натирания корок. Для обеспечения герметичности уплотнения в него подается запирающая жидкость - обессоленная вода. Система подачи запирающей жидкости - естественная циркуляция с помощью пневмогидроаккумулятора. Для поддержания требуемого перепада давления между давлением в аппарате и давлением запирающей жидкости в контуре предусматривается подача в пневмогидроаккумулятор азота давлением 0,7 МПа. Обессоленная вода, циркулирует в системе "пневмогидроаккумулятор - торцевое уплотнение" и охлаждается оборотной водой в холодильнике, вмонтированном в пневмогидроаккумулятор.

Далее описание приводится для одной технологической линии дегазации, вторая линия работает аналогично.

Сдувка винилхлорида из дегазатора Р-21/2 в газгольдер начинается одновременно с началом выгрузки суспензии из реакторов и осуществляется через абшайдер С-21/2 с целью отделения унесенных газом частиц поливинилхлорида.

Абшайдер С-21/2 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат вместимостью 8 м3, оборудованный кольцевым коллектором для орошения стенок аппарата водой с целью смыва с них частиц ПВХ. Вода из абшайдера отводится периодически в дегазатор.

Для обеспечения нормальной работы газгольдера давление винилхлорида на выходе из абшайдера поддерживается постоянным (0,015 МПа). Для предотвращения уноса большого количества частиц поливинилхлорида в трубопровод на газгольдер на нем установлена ограничительная шайба, стабилизирующая количественный поток газов.

Сдувка винилхлорида считается законченной при достижении в дегазаторе Р-21/2 давления 0,02 МПа, при этом подается сигнал на рабочее место оператора и начинается выгрузка суспензии из дегазатора Р-21/2 в дегазатор Р-21/1. Перед выгрузкой суспензии оператор по уровню в Р-21/1 определяет возможность приема в него суспензии, уровень к началу выгрузки должен быть не более 5000 мм. При выполнении этого условия суспензия через фильтр Ф-21/1,2 выгружается из Р-21/2 в Р-21/1.

С целью максимального извлечения винилхлорида из суспензии при производстве жестких марок ПВХ схемой предусмотрена возможность циркуляции суспензии в системе дегазатор Р-21/1-насос ЦН-21/1,2.

Суспензия ПВХ из дегазаторов Р-21 непрерывно насосом ЦН-21/1,2 через фильтр Ф-21/3,4 подается на стадию выделения и сушки ПВХ.

Количество суспензии, подаваемой на колонну поддерживается постоянным в пределах 15-35 м3/ч в зависимости от количества находящихся в работе реакторов.

Технологической схемой предусмотрена возможность осуществления сдувок с реакторов при возникновении аварийной ситуации также и через дегазатор Р-21/1 и абшайдер С-21/1. Это необходимо в том случае, если в дегазаторе Р-21/2 давление превышает 0,2 МПа.

2.2.3 Стадия 3. Сушка и рассев поливинилхлорида

Сушка влажного поливинилхлорида осуществляется в сушилках “кипящего слоя” (СКС) Х-32/1,2, производства фирмы “Зульцер Хемтех Гмбх” Германия, производительностью 8 т/ч (по сухому продукту). Характерной особенностью сушилок “кипящего слоя” со встроенными теплообменниками является то, что тепло на сушилку подводится не только с воздухом, но и через поверхность теплообменников, которые находятся в непосредственном контакте с высушиваемым продуктом. Движение и, соответственно, перенос продукта внутри сушилки “кипящего слоя” происходит за счет квазигидравлических свойств самого кипящего слоя. Повышенная турбулентность, образующаяся при глубоком кипении слоя, улучшает смешение продукта и увеличивает эффективность теплопередачи от встроенных теплообменников. Процесс сушки непрерывный, осуществляется на двух технологических линиях.

Влажный ПВХ с массовой долей влаги в пределах 20-25% после центрифуги Х-31/1,2 поступает в зону питания сушилки Х-32/1,2, расположенную в первой сушильной секции между встроенными теплообменниками, представляющими собой горизонтальный пучок труб. Продукт образует “кипящий слой” за счет подачи снизу через распределительную решетку горячего воздуха. Необходимое для сушилки тепло подводится как с горячим воздухом, так и через поверхность встроенных теплообменников, обогреваемых горячей водой.

Между встроенными в сушилку трубчатыми теплообменниками установлены перегородки для увеличения времени пребывания продукта в сушилке.

Воздух для процесса забирается из атмосферы по воздуховоду, подогревается в зимнее и холодное время года в воздухоподогревателе Т-31/1,2 паром от температуры окружающей среды до 16-20 0С. Затем воздух подается в воздухоподогреватель Т-32/1,2 центробежным вентилятором В-31/1,2.

В воздухоподогревателе Т-32/1,2 воздух нагревается паром, до температуры 90 0С.

Нагретый до 90 0С воздух через воздухораспределительную решетку поступает в нижнюю часть сушилки Х-32/1,2. Подача воздуха в сушилку (в разные ее зоны) устанавливается вручную с помощью дроссельных заслонок.

Для поддержания в сушилке постоянного “кипящего слоя” с достаточной турбулентностью требуется, чтобы подача воздуха сушки не выходила за установленные пределы. Расход воздуха поддерживается постоянным (36800 кг/ч) с помощью многосекционной заслонки с пневмоприводом.

Тепло для встроенных теплообменников сушилки обеспечивается подачей в них горячей воды центробежным насосом ЦН-32/1-4 из сборника горячей воды Е-31/1,2. Первоначально система циркуляции горячей воды, включающая в себя сборник горячей воды Е-31, насос Н-32/1-4, встроенные в сушилку 4 теплообменника, рубашку на наружней поверхности крышки сушилки Х-32/1,2 и объединяющие трубопроводы, заполняется обессоленной водой через присоединение гибкого шланга на нагнетательной линии насоса ЦН-32/1-4. При включенных насосах ЦН-32/1-4 на циркуляции при установлении расхода воды более 140 м3/ч, открывается клапан 19-3 на подаче острого пара через инжекторы, встроенные в сборник горячей воды Е-31. Вода в сборнике нагревается до температуры 90 0С и поддерживается постоянной.

Возвращаемая из встроенных теплообменников в сборник Е-31/1,2 горячая вода имеет температуру не более 83 0С.

Продукт в сушилке Х-32/1,2 высушивается до конечной влажности не более 0,3%.

Отходящий из сушилки отработанный воздух, содержащий не более 36 мг/м3 пыли ПВХ, отбирается в двух местах, объединяется и направляется на высокоэффективный двойной циклон Х-33/1,2, из которого уловленные частицы ПВХ возвращаются обратно в сушилку.

Сухой ПВХ по двум лоткам выгружается из сушилки Х-32/1,2.

Двойной циклон представляет собой аппарат, состоящий из двух циклонов, объединенных общей камерой ввода воздуха и общим патрубком для выхода очищенного воздуха. Улавливание частиц ПВХ происходит за счет действия центробежных сил. Содержание ПВХ в очищенном воздухе после двойного циклона в пределах 200-350 мг/м3.

Готовый ПВХ поступает в трубопровод пневмотранспорта, посредством которого поступает на склад готовой продукции.

3. Расчет материального баланса процесса производства поливинилхлорида

Материальный баланс процесса определяется равенством масс входящих материальных потоков в установку и выходящих с установки продуктов процесса с учетом потерь в результате неплотности и негерметичности оборудования, пропуска через соединительные элементы аппаратов и трубопроводов, а также отвода загрязненных материальных потоков на очистку и других потерь, обуславливаемых спецификой производства.

Расчет материального баланса процесса производства поливинилхлорида осуществляется с учетом производительности установки по готовому продукту, времени работы и периодичности протекания процесса.

Для расчета материального баланса принято следующее:

Конверсия винилхлорида - 85%.

Исходный водный модуль (весовой) при загрузке в реактор (вода: винилхлорид) - 1,3:1.

Соотношения компонентов, загружаемых в реактор на марку ПВХ С-70:Винилхлорид - 29 т.

Вода обессоленная - 36,3 т (без учета воды с водными растворами).

Метоцел - 0,4143 т - 0,05% от винилхлорида (в виде 3,5% -го раствора, с учетом метоцела в дисперсии лиладокса).

Гидрооксид натрия (100%) 0,0829 т - 0,01% от винилхлорида (в виде 3,5% -го раствора).

Лиладокс (85%) - 0,1895 т - 0,1% от винилхлорида (в виде 15% -ой водной дисперсии).

Агидол (100%) - 800 г на операцию (в виде 15% -го раствора в гексановом растворителе).

Нигрозин (100%) - 16 г на операцию (в виде 0,02% -го раствора в смеси этиловый спирт-винилхлорид). В материальном балансе не учитывается ввиду малых количеств.

Пеногаситель (100%) - 0,006 т на операцию (в виде 15% -ой эмульсии в водном растворе метоцела).

В соответствии с нормами расхода сырья были определены количества данных веществ, которые необходимо взять для осуществления процесса производства поливинилхлорида заданной производительности 100 тыс. т/год (по готовому продукту). [13]

В таблице 3.1 представлен материальный баланс процесса производства поливинилхлорида при производительности по готовому продукту 100 тыс. т/год. Количество рабочих дней - 331, процесс периодический. В сутки проводится 5 операций.

Таким образом, для производства 100 тыс. т/год готового продукта - поливинилхлорида требуется 47850 т/год винилхлорида и 59895 т/год обессоленной воды. Отходы производства вместе с незаполимеризовавшимся винилхлоридом составляют 9548,484 т/год (8,788% полученных в результате полимеризации винилхлорида продуктов), а потери - 1088,955 т/год (1% полученных в результате полимеризации винилхлорида продуктов).

Таблица 3.1 - Материальный баланс процесса производства поливинилхлорида

Компоненты	Количество при заданной производительности	% мас.
	кг/операц.	т/сутки	т/год
Взято
1. Винилхлорид	29000	145	47850	43,94
2. Вода обессоленная	36300	181,5	59895	55,0
3. Метоцел (в виде 3,5% -го водного раствора)	414,3	2,0715	683,595	0,628
4. Гидрооксид натрия (в виде 3,5% -го водного раствора)	82,9	0,4145	136,785	0,126
5. Лиладокс (в виде 15% -ой водной дисперсии)	193,3	0,9665	318,945	0,293
6. Агидол (в виде 15% -го раствора в гексановой фракции)	0,8	0,004	1,32	0,00121
7. Пеногаситель (в виде 15% -й эмульсии в водном растворе метоцела)	6	0,03	9,9	0,0091
Итого	65997,3	329,9865	108895,5	100
Получено
1. ПВХ (суспензия в воде)	59550,4	297,752	98258,16	90,232
2. Винилхлорид	4350	21,75	7177,5	6,59
3. Корки ПВХ	166,74	0,8337	275,121	0,253
4. Другие отходы	1270,22	6,3511	2095,863	1,945
5. Потери	659,973	3,299865	1088,955	1
Итого	65997,3	329,9865	108895,5	100

4. Разработка контроля и автоматики технологического процесса производства поливинилхлорида

Применение методов и средств автоматизации позволяет повысить производительность труда, уменьшить брак и потери.

Конечной целью автоматизации является создание полностью автоматизированных производств, где роль человека сводиться к составлению режимов и программ протекания технологических процессов, к контролю за работой приборов и их наладке.

4.1 Выбор и обоснование средств контроля и регулирования

При выборе средств контроля и регулирования руководствуются следующими положениями:

приборы должны обеспечивать необходимую точность измерения, быть достаточно чувствительными и надежными в работе;

показывающие приборы должны иметь наглядную шкалу и указатель;

местные приборы должны иметь месторасположение легко доступное для наблюдения за их показаниями.

Все измерительные и регулирующие приборы должны соответствовать требованиям по взрывопожароопасности.

Датчики температуры

В качестве чувствительного элемента для измерения температуры применяют термопары ТХА-0515с пределами измерения от - 50 до 600 0С.

Для преобразования термо-ЭДС в токовый сигнал применяется нормируемый преобразователь ТХАУ-205. Градуировка ХА.

Датчики давления

В качестве датчиков давления используется первичные измерительные преобразователи "Сапфир-22 ДИ" со стандартным выходным сигналом. Диапазон измерения 0-5 МПа.

Датчики уровня

В качестве датчиков уровня используются измерительными преобразователи "Сапфир-22 ДД" с унифицированным токовым выходным сигналом.

Датчики расхода

С целью создания переменного перепада давления на линии потока используются расходомерные диафрагмы типа ДК6-200. Расход, как функция перепада давления измеряется измерительным преобразователем разности давления "Сапфир-22 ДД" с унифицированным токовым выходным сигналом.

4.2 Описание схемы контрольно-измерительных приборов

Давление обессоленной воды, подаваемой в торцевое уплотнение, контролируется с помощью прибора PIR 4-2 с сигнализацией минимального значения на 0,05 МПа менее давления в реакторе.

Уровень в мернике Е-15 контролируется с помощью прибора LIRCA 6-2 с сигнализацией максимального значения на рабочем месте оператора.

Давление в мернике Е-15 контролируется с помощью прибора LIRCA 6-2 с сигнализацией максимального значения 1,3 МПа на рабочем месте оператора.

Уровень в сборнике Е-14 контролируется с помощью прибора LIRCA 7-2 с сигнализацией максимального значения 860 мм на рабочем месте оператора. Предусмотрена блокировка - невозможность пуска реактора при уровне в сборнике Е-14 менее 860 мм.

Давление в сборнике Е-13 контролируется с помощью прибора LIRC 9-2 с сигнализацией максимального (более 1,45 МПа) и минимального (менее 1,4 МПа) значений на рабочем месте оператора. Предусмотрена блокировка: невозможность пуска