年產(chǎn)1萬噸聚碳酸酯化工廠設(shè)計

蘇家斌 甘娟娟（西北大學(xué)現(xiàn)代學(xué)院，陜西 西安 710130）

年產(chǎn)1萬噸聚碳酸酯化工廠設(shè)計

蘇家斌 甘娟娟（西北大學(xué)現(xiàn)代學(xué)院，陜西 西安 710130）

聚碳酸酯（簡稱PC）是五大工程塑料中唯一的透明產(chǎn)品，廣泛用于光盤，汽車零部件，建材等。本文利用光氣界面縮聚法設(shè)計年產(chǎn)一萬噸聚碳酸酯化工廠，包括工藝流程確定，生產(chǎn)方法選取，工藝計算及設(shè)備計算。經(jīng)過多次計算，得出塔高，物料的量，管長等。

聚碳酸酯；光氣；界面縮聚

1 概述

聚碳酸酯（簡稱PC）是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，可用作生產(chǎn)光盤的基礎(chǔ)材料、生產(chǎn)汽車零部件的原材料、建材行業(yè)、食品包裝業(yè)、電子電器領(lǐng)域、生產(chǎn)醫(yī)療器械領(lǐng)域等。

2 生產(chǎn)方法

本文選用界面縮聚法，具體操作為：在強烈攪拌下將光氣通入惰性溶劑與雙酚A的氫氧化鈉水溶液中進行反應(yīng)，結(jié)束后，破乳分層除去水相中的副產(chǎn)物氯化鈉，用水相洗滌有機相，將樹脂與溶劑分離，得到聚碳酸脂。

3 廠址選擇

由于化工廠的光氣制造工段危險系數(shù)較大，因此化工廠的選址必須遠(yuǎn)離城市；化工廠的工業(yè)布局需符合安全環(huán)境保護要求；化工廠附近要有充足的勞動力資源和施工、設(shè)備組裝場地。

本設(shè)計將廠址選在陜西省榆林市米脂縣周家溝村，依據(jù)如下：周邊有鐵路神延線、高速路榆商高速、201國道以及榆林市最大的交通物流中心四十鋪物流中心，交通便捷；土地面積大，適合工廠發(fā)展；周邊居民較多，可補充勞動力；溫度差異小，氣壓穩(wěn)定，發(fā)展環(huán)境良好。

4 總平面布置

本設(shè)計平面布置特點如下：車間原料、半成品和成品形成整個順序，保證流水作業(yè)，避免逆行和交叉；鍋爐房等輔助車間靠近其主要部門，縮短期間距離，節(jié)省投資；前區(qū)到生產(chǎn)區(qū)的主要干道避免與主要運輸?shù)缆方徊妫淮蠖鄶?shù)廠房向陽、背風(fēng)；按防火規(guī)范要求保證建筑物的間距；按衛(wèi)生規(guī)范要求保證廠區(qū)的衛(wèi)生條件；生產(chǎn)區(qū)設(shè)在有廢渣、廢水、廢氣處理系統(tǒng)；做到以生產(chǎn)區(qū)為軸線，再考慮輔助車間、行政樓和道路的安排。

5 工藝計算及設(shè)備計算

5.1 物料衡算和熱量衡算

按工作日300天，損失10%，設(shè)計裕量5%計算，聚碳酸酯產(chǎn)量為1.604×103kg/h?？s聚反應(yīng)釜的物料衡算結(jié)果見表5-1，光氣生成塔物料衡算見表5-2，熱量衡算結(jié)果見表5-3。熱量衡算中得到出口溫度為23℃時需要冷卻水量為440480kg/h；產(chǎn)生蒸汽量為424.05kg/h。稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷為39439.85kJ/ h，產(chǎn)生蒸汽量為17.46kg/h。光氣生成塔頂?shù)睦鋮s器熱量衡算中得到光氣生成塔頂冷卻器的熱負(fù)荷為32096.4kJ/h，冷卻水量為207.33 kg/h。光氣精餾塔物料衡算得到塔釜采出液為0.914kmol/h，塔頂餾出液為6.961kmol/h。光氣蒸發(fā)器的熱量衡算中得到冷卻水用量為17503kg/h。液-液離心機的物料衡算中得到離心機出料口PC流量為0.030652kmol/h。流化床干燥器的物料衡算中得到干燥器出口處PC流量為0.0297kmol/h。聚合物旋風(fēng)分離器及摻混器的物料衡算中得到摻混器出口處PC流量為0.029403kmol/h。擠出機和加料罐的物料衡算中得到擠出機出口處PC流量為0.0288kmol/h。離心機粒料干燥器的物料衡算中得到離心機粒料干燥器出口處PC流量為0.0282kmol/h。粒料分離器及設(shè)備的物料衡算中得到產(chǎn)品流量為0.02767kmol/h，最終產(chǎn)量為1405.8kg/h，按每年工作300天，每天24小時計算，年產(chǎn)量為10122t/a，符合要求。

5.2 主要設(shè)備的工藝計算

光氣生成塔換熱面積為30㎡，催化劑容積為0.1m3。光氣精餾塔總壓為472.33pa，最小回流比Rmin為1.23，最小理論板層數(shù)Nmin為2.73，理論板層數(shù)為7。精餾塔塔徑計算得到D為0.467m，取D為500mm。實際板層數(shù)NP為24.39，取NP=25。有效高度Z為7.2m，實際高度H為10.2m。

光氣生成塔頂?shù)睦鋮s器總傳熱系數(shù)αi為57.23w/(m2·K)。殼程（水側(cè)）傳熱系數(shù)中冷卻水的平均溫度為36.5℃。正三角形排列時，當(dāng)量直徑de為20.165m。換熱面積為7.45m2。換熱管長為1.943m，取管長L為2m。

光氣蒸發(fā)器換熱面積為27.45。取安全系數(shù)1.2，則換熱面積At為33m2。

L管長為5.77m,圓整取L=6m。D殼體外徑代入數(shù)據(jù)得380mm，取D=400mm。

6 結(jié)語

隨著我國聚碳酸酯生產(chǎn)能力和產(chǎn)量的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，對PC的需求量也日益增加。因此，對其性能的要求也將日益提高，我們應(yīng)該對其生產(chǎn)技術(shù)和應(yīng)用改性技術(shù)的進行研究，從而滿足實際生產(chǎn)的需求，獲得更大的經(jīng)濟效益。采用改性的方法可有效地提高PC產(chǎn)品的性能，降低生產(chǎn)成本，拓展應(yīng)用領(lǐng)域。

[1]Danny Santoso Mintorogo.The aquatic-polycarbonate sky?lightforsurabayaindonesia.DIMENSTEKNIK ARSITEKTUR Vol.35,No1,Juli 2007∶100-106.

表5-1 縮聚反應(yīng)釜反應(yīng)起始與完成時物質(zhì)的量

表5-2 光氣生成塔進出口物料的量

表5-3 光氣精餾塔的熱量衡算表

[2]R.A Gross.B Kara.A Kumar.Polyester and polycarbonate synthesis by in vitro enzyme catalysis.Appl Microbiol Biotechnol (2001)55∶655-600 DOI 10.1007/s002530100617.

[3]李復(fù)生，殷金柱，魏東煒，聚碳酸酯應(yīng)用與合成工藝進展。化工進展，2002，21(6)∶395-398.

[4]盧艷霞，聚碳酸酯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及建議。河南化工，2007，24（7）：9-11.

[5]孫川，覃偉中，劉峰。聚碳酸酯合成技術(shù)進展。合成樹脂及塑料，2006,23（1）：78-81.

[6]黃葆同，歐陽均，王德華，等。絡(luò)合催化聚合合成橡膠?？茖W(xué)出版社，1981.

[7]石安富，龔云表.工程塑料.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1986.

[8]一佳.模壓汽車車窗正處于工業(yè)化的關(guān)鍵階段。上海塑料，2005,128（4）：48

[9]Roger.拜耳推出汽車散熱器格柵新材料。上海化工，2004,29（12)∶38

[10]金棟.碳酸酯的生產(chǎn)及應(yīng)用改性技術(shù)進展.北京：北京燕山石油化工公司研究院，2007,319-324.