年产1万吨聚碳酸酯化工厂设计

苏家斌 甘娟娟（西北大学现代学院，陕西 西安 710130）

年产1万吨聚碳酸酯化工厂设计

苏家斌 甘娟娟（西北大学现代学院，陕西 西安 710130）

聚碳酸酯（简称PC）是五大工程塑料中唯一的透明产品，广泛用于光盘，汽车零部件，建材等。本文利用光气界面缩聚法设计年产一万吨聚碳酸酯化工厂，包括工艺流程确定，生产方法选取，工艺计算及设备计算。经过多次计算，得出塔高，物料的量，管长等。

聚碳酸酯；光气；界面缩聚

1 概述

聚碳酸酯（简称PC）是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，可用作生产光盘的基础材料、生产汽车零部件的原材料、建材行业、食品包装业、电子电器领域、生产医疗器械领域等。

2 生产方法

本文选用界面缩聚法，具体操作为：在强烈搅拌下将光气通入惰性溶剂与双酚A的氢氧化钠水溶液中进行反应，结束后，破乳分层除去水相中的副产物氯化钠，用水相洗涤有机相，将树脂与溶剂分离，得到聚碳酸脂。

3 厂址选择

由于化工厂的光气制造工段危险系数较大，因此化工厂的选址必须远离城市；化工厂的工业布局需符合安全环境保护要求；化工厂附近要有充足的劳动力资源和施工、设备组装场地。

本设计将厂址选在陕西省榆林市米脂县周家沟村，依据如下：周边有铁路神延线、高速路榆商高速、201国道以及榆林市最大的交通物流中心四十铺物流中心，交通便捷；土地面积大，适合工厂发展；周边居民较多，可补充劳动力；温度差异小，气压稳定，发展环境良好。

4 总平面布置

本设计平面布置特点如下：车间原料、半成品和成品形成整个顺序，保证流水作业，避免逆行和交叉；锅炉房等辅助车间靠近其主要部门，缩短期间距离，节省投资；前区到生产区的主要干道避免与主要运输道路交叉；大多数厂房向阳、背风；按防火规范要求保证建筑物的间距；按卫生规范要求保证厂区的卫生条件；生产区设在有废渣、废水、废气处理系统；做到以生产区为轴线，再考虑辅助车间、行政楼和道路的安排。

5 工艺计算及设备计算

5.1 物料衡算和热量衡算

按工作日300天，损失10%，设计裕量5%计算，聚碳酸酯产量为1.604×103kg/h。缩聚反应釜的物料衡算结果见表5-1，光气生成塔物料衡算见表5-2，热量衡算结果见表5-3。热量衡算中得到出口温度为23℃时需要冷却水量为440480kg/h；产生蒸汽量为424.05kg/h。稀相段换热装置的热负荷为39439.85kJ/ h，产生蒸汽量为17.46kg/h。光气生成塔顶的冷却器热量衡算中得到光气生成塔顶冷却器的热负荷为32096.4kJ/h，冷却水量为207.33 kg/h。光气精馏塔物料衡算得到塔釜采出液为0.914kmol/h，塔顶馏出液为6.961kmol/h。光气蒸发器的热量衡算中得到冷却水用量为17503kg/h。液-液离心机的物料衡算中得到离心机出料口PC流量为0.030652kmol/h。流化床干燥器的物料衡算中得到干燥器出口处PC流量为0.0297kmol/h。聚合物旋风分离器及掺混器的物料衡算中得到掺混器出口处PC流量为0.029403kmol/h。挤出机和加料罐的物料衡算中得到挤出机出口处PC流量为0.0288kmol/h。离心机粒料干燥器的物料衡算中得到离心机粒料干燥器出口处PC流量为0.0282kmol/h。粒料分离器及设备的物料衡算中得到产品流量为0.02767kmol/h，最终产量为1405.8kg/h，按每年工作300天，每天24小时计算，年产量为10122t/a，符合要求。

5.2 主要设备的工艺计算

光气生成塔换热面积为30㎡，催化剂容积为0.1m3。光气精馏塔总压为472.33pa，最小回流比Rmin为1.23，最小理论板层数Nmin为2.73，理论板层数为7。精馏塔塔径计算得到D为0.467m，取D为500mm。实际板层数NP为24.39，取NP=25。有效高度Z为7.2m，实际高度H为10.2m。

光气生成塔顶的冷却器总传热系数αi为57.23w/(m2·K)。壳程（水侧）传热系数中冷却水的平均温度为36.5℃。正三角形排列时，当量直径de为20.165m。换热面积为7.45m2。换热管长为1.943m，取管长L为2m。

光气蒸发器换热面积为27.45。取安全系数1.2，则换热面积At为33m2。

L管长为5.77m,圆整取L=6m。D壳体外径代入数据得380mm，取D=400mm。

6 结语

随着我国聚碳酸酯生产能力和产量的不断提高，其应用领域不断扩展，对PC的需求量也日益增加。因此，对其性能的要求也将日益提高，我们应该对其生产技术和应用改性技术的进行研究，从而满足实际生产的需求，获得更大的经济效益。采用改性的方法可有效地提高PC产品的性能，降低生产成本，拓展应用领域。

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表5-1 缩聚反应釜反应起始与完成时物质的量

表5-2 光气生成塔进出口物料的量

表5-3 光气精馏塔的热量衡算表

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