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③原料气纯度对VC合成的影响
1) 水分(<0.08%)
原料气中含水会与HCl作用生成盐酸,腐蚀转化器,腐蚀物FeCl2会堵塞管道、设备,水份还造成触媒结块,使转换器阻力急剧升高,触媒翻动困难,均严
Hg2Cl2C2H2+HCH3CHO重影响生产。另外,水还能有乙炔反应生产乙醛。 2OHgCl22) 游离氯(Cl-)
Cl-与C2H2反应生成的氯乙炔极不稳定,常会引起在混合器、石墨冷却器等处爆炸。应控制Cl-含量<0.002%。当混合器的出口温度>500C时,立即关闭C2H2进口阀,开N2保护,待Cl-含量正常后再开车。
3) O2
原料气HCl中含O2较高时,影响生产安全,特别是转化率较差时,尾气放空中C2H2含量较大,O2含量显著变高,对安全生产威胁更大。另外,在高温下,O2还能与活性炭生成CO和CO2。应控制O2含量<5%。 催化毒物
HgCl+H2S→HgS+2HCl 3 HgCl+PH3→(HgCl)3P+3HCl
4) 纯度
C2H2≥98.5%,HCl≥93%.纯度低,分馏收率及合成配比稳定性下降。
3.5.4 延长触媒寿命的方法
1) 在触媒制作中活性炭的粉尘除去,配方正确,浸渍均匀,烘干彻底。 2) 触媒加入转化器中要均匀,各列管阻力要小。 3) 要严格控制原料气流量、配比。
4) 转化器温度不宜过高,新触媒转化温度<1500C,旧触媒转化温度>1800C。 5) 流量防止大起大落。
3.5.5氯乙烯精馏
⑴精馏原理
VC液体混合物的蒸馏,基于组成混合物的液体具有不同的挥发度。由于粗VC中含有低沸物等气体及高沸物,可通过加压精馏得以分离。成品VC要求含有极微量杂志(低沸物C2H2<0.002%,高沸物>0.3%)。 ⑵影响精馏因素 ①压力
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压力MPa(表压) 氯乙烯沸点 压力MPa(表压) 精馏段理论板数 0 -13.9 0.1 2 0.2 16.2 0.2 3 0.3 25.7 0.4 5 0.4 33.5 0.5 5 0.5 39.7 为了部分利用工业水冷却,一般控制高沸塔压力控制在0.3-0.4MPa(表压)。 ②温度
加入精馏塔的原料液可能有五种热状况:a)温度低于泡点的冷液体,b)泡点下的饱和液体,c)温度介于泡点和露点之间的气液混合物,d)露点下的饱和蒸汽,e)温度高于露点的过热蒸汽。
由于不同进料热状况的影响,使从进料板上升蒸汽量及下降液体量发生变化,也即上升到精馏段的蒸汽量及下降到提馏段的液体量发生了变化。 ③回流比
回流是保证精馏塔连续稳定操作的必要条件之一,且回流比是影响精馏操作费用和投资费用的重要因素。回流比有两个极限值,上限为全回流的回流比,下限为最小回流比,实际回流比介于两极限值之间的某适宜值。
3.6聚氯乙烯工段
3.6.1生产原理
在光、热或者辐射能的作用下,烯类单体有可能形成自由基而聚合,但由于C-C键能大,须在3000C-4000C高温下才能开始均列成自由基,这样高的温度远远高于聚合温度。因此,采用过氧化或偶氮类引发剂,在聚合温度下,均列成自由基,引发聚合。其聚合机理包括链引发、链增长、链转移、链终止等基元反应。 1、链引发
CH3CH3CCH3CH3(CH2)3CHCH2C2H5OCH3NNCCH3COOOCOOCH3KiCH32CH3C. +N2CH3CH2CH(CH2)3CH3C2H52[CH3(CH2)3CHCH2O]+CO2C2H5..
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R+CH2CHClRCH2CHCl.
初级游离基2、链增长
RCH2CHCl+nCH2.CHClR[CH2CHCl] n+CH2CHCl.
3、链转移 1)向单体转移
或
2)向高聚物转移
4、链终止
1) 偶合终止 2) 歧化终止
.CHCHCl.+CH2CH2CHCl+CH22CHClCHClCHCHCl+CH3CHClCH2CH2Cl+CH2.CCl..CH2CHCl+.CH2CHClCH2CH2Cl+CH2CClCH2CHCl+CHClCH222..CHCHCl.+.CHClCHCH2CHClCHClCH2CH2CH2Cl+CHClCH3.6.2影响聚氯乙烯聚合因素
①温度
a)温度对反应速度的影响 聚合温度0C 30 40 50 反应时间h 18 12 6 转化率% 73.7 81.7 89.97 聚合度 5876 2390 990 温度每升高100C,聚合速率约增加3倍。 b)温度对聚合度的影响 型号 PVC-SG2 PVC-SG3 聚合温度0C 绝对粘度(厘泊) 粘数(ml/g) 2.1-2.0 2.0-1.9 143-136 135-127 聚合度 1338-1240 1240-1108 50.5-51.5 52-53 .
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PVC-SG4 PVC-SG5 53.5-55 56-58 1.9-1.8 1.8-1.7 126-118 117-107 1108-980 980-845 C)温度对视比重和吸油量的影响 型号 PVC-SG2 PVC-SG4 PVC-SG6 PVC-SG7 ②原料中杂质的影响
原料中的杂质会影响反应速率,使产品质量下降,会影响产品耐寒、耐热、耐光性能及透明度和加工性。
1) 乙炔:乙炔含量越高,聚合诱导期越长,还会导致链转移,使聚合度下降,
聚合温度0C 50.5-51.5 53.5-55 59-60 61-62 视比重(g/ml) 0.4-0.45 0.42-0.48 0.45-0.55 0.40-0.48 吸油量% 25-27 22-23 16-18 14-16 同时还会降低聚氯乙烯的抗氧化性能。
2) 氧气:氧气的存在,起阻聚作用。所以氯乙烯投料前,要用氮气置换。
聚合时间(h) 空气中聚合率% 氮气中聚合率% 3 2.5 5.5 6 12 21.5 7 18.5 22.1 9 33.5 36.9 10 49 57.3 14 72.4 77.7 3) 高沸物:乙醛、二氯乙烷等高沸物的存在,会使聚合度降低
4) 铁离子:使诱导期延长,反应速率降低,产品热稳定性下降。故要注意以
下三点:1.单体输送,贮存时注意不要使其呈酸性。 2.聚合设备及管道均用不锈钢、铝、搪瓷、塑料材质。 3.聚合用水控制总硬度2PPM以下。
5) 氯根:
水中含Cl-(PPM) 20 7.2 40目过筛量(kg) 82 3880 正品收率% 20.5 95.2 一般聚合用水Cl-含量控制在10PPM以下,株化要求在5PPM以下。
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③引发剂浓度的影响
引发剂浓度越高,反应速率越快。 ④搅拌的影响
搅拌速率越快,液滴越小,加挡板效果更佳。 ⑤分散剂的影响
大部分分散剂是水溶性聚合物,有被吸引走向两相界面的倾向。通过降低液滴的表面张力和形成保护膜,使液滴分散更加细且稳定。同时,它们是一种杂质,不能用量过多。 ⑥热稳定剂
有机锡和硬脂酸钡,用量一般控制在0.02%-0.15%。 ⑦抗静电剂
单硬脂酸甘油酯或单榈酸甘油酯。 ⑧水相阻聚剂
Na2S·9H20、水溶黑、甲基湖兰等。 ⑨水油比
水油比大,VC分散性好,传热好,反应易控制。但为提高设备利用率,生产上尽量采用小水油比。水油比小到一定值,体系粘度骤然升高,故应对不同体系选择合适的水油比。 ⑩PH值
增大PH值,引发剂分解速率加快,反应时间缩短;PH过低,影响分散剂的分散和稳定性。
3.6.3料浆汽提(脱除料浆中的氯乙烯)
氯乙烯在常压下水中的溶解度 温度0C 溶解度 0 0.808 10 0.572 15 0.433 20 0.292 28 0.100 影响汽提效果的因素有:
1. 温度升高,残留的氯乙烯含量下降,温度过高,聚氯乙烯可能分解。一般控制温度在1100C--1200C之间。
2. 压力随温度而变,温度升高,压力增大。两者关系近似于该温度下的饱和蒸汽压。
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