氯乙烯聚合反应过程及工艺流程模拟的研究

氯乙烯聚合反应过程及工艺流程模拟的研究

魏暴暴

陕西金泰氯碱化工有限公司， 陕西省榆林市 718100

摘要：近年来，我国的企业有了很大进展，在企业中，聚氯乙烯(PVC)是目前全球产量最大且应用最广的热塑性塑料之一，具有合成工艺简单、成本低廉且耐腐蚀性强等优点，在日常生活中的应用越来越广泛。这也带动聚氯乙烯的产能增加，相应也带来废气问题。企业生产中的废气如果未及时回收治理，将会造成生态环境破坏、危及职工与附近居民的健康安全。因此，如何进行聚氯乙烯生产中无组织废气的回收治理，也成了社会广泛关注的问题。文章对氯乙烯聚合反应过程及工艺流程模拟的研究，以供参考。

关键词：聚氯乙烯；氯乙烯；聚合反应机理

引言

聚三氟氯乙烯（PCTFE）是三氟氯乙烯（CTFE）的均聚物，属于全卤代结晶型高聚物，与聚四氟乙烯（PTFE）的结构十分相似。聚四氟乙烯大分子具有螺旋构像，氟原子形成紧密的外层把碳链保护起来，组成几乎完整的圆柱体外壳。聚四氟乙烯大分子的C—F键虽然具有极性，但是由于每个碳原子同时连接了两个氟原子，分子结构对称性使得整个大分子没有极性，因此分子间的作用力很小。

1聚氯乙烯的认知与应用

聚氯乙烯是氯乙烯单体（VCM）在过氧化物等物质或光、热等作用下，根据自由基聚合反应机理而形成的一种聚合物。聚氯乙烯的分子链中具有强极性的氯原子，分子之间作用力较强，因此,聚氯乙烯本身具有较好的强度、硬度和阻燃性。聚氯乙烯的应用非常广泛，能够通过不同的方式生产出各式各样满足生活需要的物质。聚氯乙烯产品有硬质和软质两种，硬质的产品当中由于没有添加增塑剂，其玻璃化温度较高，在80～85℃之间。

2聚氯乙烯生产中无组织废气治理现状

对聚氯乙烯生产中无组织废气的回收治理多采用回收管线对其进行直接回收操作，经过回收管道将废气送至酸气吸收塔中进行治理处理，但是这一操作会使很多氮气排放，造成损耗。在具体的生产过程中，废气在输送到酸气吸收塔的过程中，必须准确设定酸气参数，如果泄压速度超过标准值，易出现泄漏危险。在对精馏阶段的装置进行运行维护或检修时，较高浓度氯乙烯废气经过回收治理后会产生含氮量浓度较高的气体，也就是直接导致惰性气体含量增加，不仅造成能量损耗升高，还会使得精馏过程尾气处置装置运行负荷增加，导致设备运行压力变大，不利于装置的稳定运行。

3工艺流程模拟

3.1应用变频技术

随着对聚氯乙烯需求的快速增加，企业的生产规模不断扩大，烧碱企业的聚合釜容量也越来越大，与其相匹配使用的搅拌机的功率也相应增大。企业选择了最大能耗的装置以满足生产需要，电能损耗也随之增加。企业在实际生产聚氯乙烯的过程中，不同的合成工序对应的搅拌机功率也有所差异。通过引进变频技术，对搅拌机进行设定，确保其能够在不同的生产工序中输出相应的功率，从而避免不必要的电能损耗。同时，使用卧龙电气南阳防爆电机有限公司生产的低压三相异步电动机来更换部分高能耗电机，不仅能够减少电能资源的浪费，而且能够降低企业电能成本的支出，提高企业的经济效益。

3.2重质碳酸钙的改性

（1）聚醋酸乙烯酯直接改性。将研磨得到的重质碳酸钙浆液升高温度至90℃，在高速搅拌下，加入已聚合好的聚醋酸乙烯酯，在90℃下搅拌1h，完成改性。（2）聚醋酸乙烯酯原位聚合改性。向研磨得到的重质碳酸钙浆料加入聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠，将浆料温度升高至90℃，开动乳化机使聚乙烯醇完全溶解，进行降温。降温至68~70℃，依次加入op⁃10，醋酸乙烯酯总添加量的30%，搅拌20min，加入醋酸乙烯酯（总添加量）当量的0.5%过硫酸钾，反应30min后，缓慢滴加剩余醋酸乙烯酯和醋酸乙烯酯（总量）当量的0.5%过硫酸钾，滴加过程控制温度68~70℃。醋酸乙烯酯滴加完毕后，体系温度升高至90~95℃，使用10%碳酸氢钠溶液调整体系pH=6~7，直至反应结束，完成改性。（3）硬脂酸改性。将研磨得到的重质碳酸钙浆液升高温度至90℃，在高速搅拌下，加入已加热融化的硬脂酸，保持温度并搅拌1h，完成改性。

3.3加工成型专利技术

现有技术虽能通过热塑性成型方法制备出PCTFE材料，但树脂流动性不佳容易导致最终制备的材料结构性能不稳定、废品率高、成型方式受限、难以制备薄壁制品等问题。通过提高温度或推挤力虽然可以在一定程度上提高熔体流动性，但PCTFE分子链在高温或高应力作用下易于断链，导致分解黄化。外加改性组分是一种常用且可有效改善PCTFE加工性能的方法，其基本思路一般是加入少量与PCTFE不相容的润滑油或改性组分，整个体系在熔融加工过程中不相容的润滑油或改性组分将逐渐迁移到熔体与模具壁之间，通过降低摩擦提高聚合物的流动性；或是加入低分子质量的聚三氟氯乙烯或三氟氯乙烯共聚物，从而降低整个体系的平均黏度，达到提高流动性的目的。

3.4无组织废气回收治理保证措施

一方面要关注运行设备参数的设定，重点关注影响无组织废气回收治理设备稳定运行的因素，例如温度、湿度、压力、流速等。无组织废气的收集系统会先对不同工序收集来的废气进行预处理操作，例如碱洗等。在这一过程中置换管线因为装备了压力监测装置并且能够进行自主联锁保护，而且会长时间处在正压情况中，所以并不会存在外界空气进入内部的情况，这对于聚合阶段回收系统中的气体来说，会直接将符合标准的气体送入到变压吸附装置。另一方面是对安全状况的配置。因为置换气中常常含有大量需要进行治理的气体，特别是氯化氢气体，通过合理的安全状况配置可以进行更高效的处理。对于含少量氯化氢气体的置换气来说，经过碱洗塔以后便能够进入到无组织废气处置系统，但是还需要做好碱洗塔的止逆阀管理，真正实现酸罐内部的酸性气体反流至废气处置装置中的目的。对变压吸附装置来说，在其抽真空时压力会控制在85kPa左右，本着避免空气进入系统内部形成爆炸隐患气体的理念，应在装置的特定位置安装毒性物质监测装置。但是最关键的是应在进行变压吸附操作前装好含氧量监测装置，当置换气内部含氧量超过30%时，将置换气的连锁状态切至放空状态。特别是在氮气的回收时，也需要加装含氧量监测装置，如若含氮气废气当中的含氧浓度高于3%，也需要将氮气连锁状态切换到放空状态。无论是置换气管线或是回收废气收集通道，都应当注重流量的检测，可以采用流量计装置结合必要的流量调节设备，实现对气体流量的自主管控，真正达到自主及时进行管道负荷调节的效果。

结语

综上所述，氯乙烯在聚合反应过程中使用最多的方法是悬浮聚合，其自由基聚合反应机理为链引发、链增长、链终止、链转移，但是目前流程模拟技术对于氯乙烯的研究主要集中于氯乙烯精馏过程对其高沸塔和低沸塔参数或工艺进行优化或者是对其氯乙烯工段的反应器进行优化等，很少运用AspenPlus流程模拟软件对其氯乙烯聚合成聚氯乙烯的过程进行模拟，在聚合反应过程中最危险的工段即聚合工段，应对其聚合工段运用AspenPlus流程模拟软件结合其他模拟软件对其工艺进行优化、分析或预测，实现过程控制，降低生产危险，提高生产的安全性。

参考文献

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