年產1萬噸聚碳酸酯化工廠設計

蘇家斌 甘娟娟（西北大學現代學院，陜西 西安 710130）

年產1萬噸聚碳酸酯化工廠設計

蘇家斌 甘娟娟（西北大學現代學院，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計年產一萬噸聚碳酸酯化工廠，包括工藝流程確定，生產方法選取，工藝計算及設備計算。經過多次計算，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，可用作生產光盤的基礎材料、生產汽車零部件的原材料、建材行業、食品包裝業、電子電器領域、生產醫療器械領域等。

2 生產方法

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，結束后，破乳分層除去水相中的副產物氯化鈉，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較大，因此化工廠的選址必須遠離城市；化工廠的工業布局需符合安全環境保護要求；化工廠附近要有充足的勞動力資源和施工、設備組裝場地。

本設計將廠址選在陜西省榆林市米脂縣周家溝村，依據如下：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，適合工廠發展；周邊居民較多，可補充勞動力；溫度差異小，氣壓穩定，發展環境良好。

4 總平面布置

本設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，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，節省投資；前區到生產區的主要干道避免與主要運輸道路交叉；大多數廠房向陽、背風；按防火規范要求保證建筑物的間距；按衛生規范要求保證廠區的衛生條件；生產區設在有廢渣、廢水、廢氣處理系統；做到以生產區為軸線，再考慮輔助車間、行政樓和道路的安排。

5 工藝計算及設備計算

5.1 物料衡算和熱量衡算

按工作日300天，損失10%，設計裕量5%計算，聚碳酸酯產量為1.604×103kg/h。縮聚反應釜的物料衡算結果見表5-1，光氣生成塔物料衡算見表5-2，熱量衡算結果見表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；產生蒸汽量為424.05kg/h。稀相段換熱裝置的熱負荷為39439.85kJ/ h，產生蒸汽量為17.46kg/h。光氣生成塔頂的冷卻器熱量衡算中得到光氣生成塔頂冷卻器的熱負荷為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。粒料分離器及設備的物料衡算中得到產品流量為0.02767kmol/h，最終產量為1405.8kg/h，按每年工作300天，每天24小時計算，年產量為10122t/a，符合要求。

5.2 主要設備的工藝計算

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Nmin為2.73，理論板層數為7。精餾塔塔徑計算得到D為0.467m，取D為500mm。實際板層數NP為24.39，取NP=25。有效高度Z為7.2m，實際高度H為10.2m。

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

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

L管長為5.77m,圓整取L=6m。D殼體外徑代入數據得380mm，取D=400mm。

6 結語

隨著我國聚碳酸酯生產能力和產量的不斷提高，其應用領域不斷擴展，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，我們應該對其生產技術和應用改性技術的進行研究，從而滿足實際生產的需求，獲得更大的經濟效益。采用改性的方法可有效地提高PC產品的性能，降低生產成本，拓展應用領域。

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表5-1 縮聚反應釜反應起始與完成時物質的量

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

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