1、本科毕业设计说明书聚乙烯醇生产工艺设计THE DESIGN OF POLYVINYL ALCOHOL SYNTHESIS PROCESS学 院专业班级学生姓名指导教师 聚乙烯醇生产工艺设计摘要聚乙烯醇（PVA）是一种水溶性的高分子化合物。它具有较佳的黏接性、皮膜原料柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性、胶体保护性、气体阻绝性、耐磨性以及经特殊处理具有的耐水性等。其应用领域涉及纺织、食品、医药、建筑、造纸、印刷、农业等行业。本文主要介绍了年产6万吨聚乙烯醇的生产工艺设计。其工艺流程为：使用电石制备乙炔，合成醋酸乙烯酯后再将其聚合，得到聚醋酸乙烯酯，再将聚醋酸乙烯酯醇解得到聚乙烯醇。文章将整个的工艺流
2、程分为四个工段，并逐个对其进行物料衡算和能量衡算，从而得到每个阶段各种物料的进料量和出料量，以及冷却水或油的用量。之后对主要的设备的尺寸进行了计算，得到聚合釜的直径为3.4 m，高度为4.6774 m。最后用AutoCAD（Auto Computer Aided Design）画出了工艺流程图，聚合釜的尺寸图以及工厂布置图。关键词：聚乙烯醇，聚醋酸乙烯酯，醇解，工艺流程图，工艺设计THE DESIGN OF POLYVINYL ALCOHOL SYNTHESIS PROCESSABSTRACTPolyvinyl alcohol (PVA) is a water-soluble polymer.
3、 It has a better bonding strength resistance, coating material flexibility, smoothness, oil resistance, solvent resistance, protective colloid, gas block resistance, abrasion resistance, and after a special treatment it can resistant water. It can apply in textile, food, medicine, construction, pape
4、r, printing, agriculture and other industries.This paper describes the design of annual output of 60,000 tons of polyvinyl alcohol process. The process is, first prepared acetylene with calcium carbide, synthesis of vinyl acetate and then be polymerized to obtain poly vinyl acetate, and use it to pr
5、oduce polyvinyl alcohol. The whole process is divided into four steps in the article, and by calculating the material balance and energy balance of every steps, we can get the feed amount and the quantity of each step, as well as the amount of cooling water or oil. Then the dimensions of the major d
6、evice are calculated to obtain a polymerization vessel having a diameter of 3.4m, a height of 4.6774m.And also use AutoCAD to draw a flow chart, a polymerization vessel dimensions and plant design.KEYWORDS：Polyvinyl alcohol，polyvinyl acetate，alcohol solutions，process flow diagrams，process designII目录
7、摘要IABSTRACTI1绪论11.1聚乙烯醇的简介11.2聚乙烯醇的发展和应用11.3国外聚乙烯醇的生产消费状况11.3.1生产能力11.3.2消费状况11.4我国聚乙烯醇的生产消费状况11.4.1生产能力11.4.2消费状况11.5本文拟定的工作内容12聚乙烯醇的生产工艺过程12.1乙炔的制备12.2 醋酸乙烯酯的合成制备12.3聚醋酸乙烯酯的制备12.4 聚醋酸乙烯酯的醇解13物料衡算13.1数据资料收集13.2计算基准13.3按工艺流程计算每个阶段的物料衡算13.3.1 阶段一：乙炔的制备13.3.2 阶段二：醋酸乙烯酯的合成反应（反应器）13.3.3 阶段三：聚醋酸乙烯酯的制备（聚合
8、釜）13.3.4 阶段四：聚醋酸乙烯酯的醇解14能量衡算14.1阶段一：乙炔的制备14.2阶段二：醋酸乙烯酯的合成14.3阶段三：聚醋酸乙烯酯的制备14.4阶段四：聚醋酸乙烯酯的醇解15主要设备计算15.1聚合釜的工艺计算15.1.1釜体容积的确定15.1.2聚合釜外形尺寸的确定15.1.3搅拌装置的设计15.1.4夹套设计15.1.5人孔15.1.6视镜15.2混合机15.3醇解机15.4其他设备的选型16厂房布置16.1厂址选择16.2总平面布置16.3车间布置16.3.1厂房布置16.3.2设备布置1总结1参考文献1致谢1ii1绪论1924年，德国化学家赫尔曼（W.O.Hermann）和
9、海涅尔（W.W.Haehnel）在实验室首次将碱加入到聚醋酸乙烯酯（英文简称PVAc）的醇溶液中，从而合成了一种新的聚合物即聚乙烯醇（英文简称PVA）1。1926 年聚乙烯醇实现了工业化生产，当时它仅作为织物上浆剂使用。聚乙烯醇是一种典型的水溶性结晶高分子聚合物，具有优良的力学性能和可调节的表面活性，特别是其具有的水溶性和优良的成膜性，是其它聚合物难以相比的。1.1聚乙烯醇的简介聚乙烯醇（简称PVA）是一种水溶性的高分子聚合物。它的化学结构式存在以下两种：（1）（2）第一种结构为1，3-乙二醇结构，通称为“头-尾”结构。第二种结构为1，2-乙二醇结构，通称为“头-头”结构。聚乙烯醇的吸收光谱图
10、和2，4-戊二醇的吸收光谱图相似，用X射线分析证明聚乙烯醇能够自旋，表明其主要结构式为“头-头”结构2。聚乙烯醇是含有大量羟基的高聚物，而羟基是强亲水性基团，所以它是一种水溶性的高分子化合物。它具有较佳的黏接性、皮膜原料柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性、胶体保护性、气体阻绝性、耐磨性以及经特殊处理具有的耐水性等。其应用领域主要包括纺织、食品、医药、建筑、造纸、印刷、农业等行业。聚乙烯醇的物理化学常数如下表2所示：表1-1聚乙烯醇的物理化学常数序号项目单位数量1热容Kcal/mol52折光率14.315.33粒状品充填比重0.270.304抗压强度kg/cm222005玻璃化温度65856固体比
11、重结晶形1.311.84非结晶形0.947薄膜比电阻干燥试样10101014含盐试样1051078稳定130140慢慢变色160分子间脱水170200分子内脱水200以上热分解3001.2聚乙烯醇的发展和应用聚乙烯醇最初制得不久之后，就用其制成了纤维。因为这种纤维会溶解在热水中，所以一直没能得到发展。直到日本的樱田一郎和朝鲜的李升基教授合作，成功研究出了聚乙烯醇纤维缩醛和热处理技术，提高了纤维的耐热水性，才使这种纤维才进入了发展时期，并命名为维尼纶。聚乙烯醇除用于制造维纶外，非纤维方面的用途也很广泛。过去用淀粉、玉米粉、小麦粉等制成浆料，进行纱线上浆，以提高其织造性能，改善织物的外观和手感。现
12、已逐渐采用聚乙烯醇代替这些天然浆料。其优点是：浆液配制方便，不腐败变质，化学稳定性好，对纤维的粘着力强，耐磨性好，纤维富有弹性。因此广泛用于棉、聚酯（涤纶）、尼龙（锦纶）、粘胶纤维的上浆。在造纸工业中，聚乙烯醇主要用作表面施胶剂、颜料粘合剂和打浆添加剂等。聚乙烯醇对纸的粘着力强，成膜性高，膜的强度高。也可作为涂布纸和美术纸的颜料涂层粘合剂，其粘着力强，光泽好，不卷曲，所以产品质量高。聚乙烯醇对金属、橡胶、木材、纸张的粘接力强，所以广泛用作粘合剂。如加入少量甲醛，可作胶水。其特点是质量稳定。聚乙烯醇也可用来制作薄膜。聚乙烯醇薄膜由于其透气性好，透湿率高，不带静电和印刷性优良等优点被用于纺织品包装
13、。聚乙烯醇薄膜与其他薄膜比较，在低湿度和室温下透氧系数最低。不仅隔氧、保色、保质、耐油，而且无毒性，很适宜做包装食品的材料2。聚乙烯醇还可以做成各种型材，代替皮革和橡胶，用于特殊场合。这种材料的机械强度高，耐油和耐有机药品性优良。1.3国外聚乙烯醇的生产消费状况1.3.1生产能力近年来，世界聚乙烯醇的生产能力稳步增长。2005年世界聚乙烯醇的总生产能力为138.0万t/a，2008年增长到148.0万t/a，2010年增长到158.5万t/a。其中北美地区的生产能力为19.5万t/a，约占世界总生产能力的12.30%；西欧地区的生产能力为13.5万t/a，约占世界总生产能力的8.52%；亚太地
14、区的生产能力为125.2万t/a，约占世界总生产能力的78.99%；世界其他国家和地区的生产能力为0.3万t/a，约占世界总生产能力的0.19%。中国大陆是世界上最大的聚乙烯醇生产地区，生产能力为78.1万t/a，约占世界总生产能力的49.27%；其次是日本，生产能力为28.3万t/a，约占世界总生产能力的17.85%；再次是美国，生产能力为19.5万t/a，约占世界总生产能力的12.30%。可乐丽公司是目前世界上最大的聚乙烯醇生产厂家，生产能力为23.4万t/a，约占世界总生产能力的14.76%，分别在日本、新加坡和德国建有生产装置；其次是中石化四川维尼纶厂，生产能力为16.5万t/a，约占世界总生产能力的10.41%；再次是安徽皖维高新材料股份有限公司，生产能力为13.5万t/a，约占世界总生产能力的8.52%3。2010年世界主要的聚乙烯醇生产厂家情况见表1-24所示：表1-2世界主要的聚乙烯醇生产厂家情况厂家名称生产能力（万t/a）占总生产能力的比例%厂址可乐丽公司23.414.76日本、德国、新加坡中石化四川维尼纶厂16.510.41中国大陆安徽皖维高新材料股份有限公司13.58.52中国大陆Sekisui公司12.67.95美国、西班牙中国台湾长春石油化工公司12.07.57中国台湾山西三维集团有限公司10.06.31中国
