冷凝器在PVC生产中的应用与优化

冷凝器在PVC生产中的应用与优化

梅东奎

新疆中泰(集团)有限责任公司，新疆乌鲁木齐  830000

摘要：聚氯乙烯（PVC）是一种重要的塑料材料，其规范应用于机械、化学、建筑、电子、医疗等领域。随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，PVC的需求量继续保持增长，进而对PVC的生产提出了更多要求。

关键词：冷凝器；PVC生产；应用与优化

1 PVC生产流程简介

1.1涂壁操作

首先，将使用中压蒸汽将涂壁液雾化，在釜壁冷凝时，使涂壁液附着在釜壁上。

1.2入料操作

起始阶段，操作规程首先规定了在反应釜内导入稳定剂的操作，随后逐步加入纯净的水和液态的氯乙烯，其间的添加比例，即水与氯乙烯的配比（水油比），需精确控制，这是至关重要的一步，任何偏离都可能影响后续步骤的进行。在持续的添加过程中，严格监控水油比和保持釜内的恒定温度是必不可少的。一旦完成氯乙烯和水的添加，会精确秤量并引入一种分散介质，将其融入釜内，目的是促使氯乙烯以微小的油状颗粒均匀分布于水相中，形成稳定的混合物。接下来，按照设定的重量，准确地加入引发剂，它犹如催化剂一般，激发氯乙烯开始其聚合反应的历程。

1.3聚合反应操作

当催化剂被引入后，釜内的温度逐渐响应并稳定在预设的阈值，此时，系统自动激活了循环冷却水系统，其作用在于有效地散发反应过程产生的热量，同时通过精细调整冷却水流量来维持精确的反应环境温度。在进行化学反应的过程中，严格监控反应温度，确保它始终保持在设定的±0.5℃的黄金区间内。只有当反应体系的压力下降至预先设定的标准后，我们才判断反应已达到其动态平衡点，随后向釜内精准投放终止剂，从而中断持续的聚合反应进程。

1.4出料回收操作

在反应进程结束后，一项关键步骤是产物排放，其中特别注重对剩余在浆液中的未反应的氯乙烯进行高效回收。这一环节完成后，浆液被定向输送到后续的净化流程，即经过精密的汽提单元——汽提塔，实施深度脱除程序，目标是彻底消除浆料中微量的氯乙烯痕迹，确保其纯净度。

2 釜顶冷凝器在生产中的应用问题与优化

2.1釜顶冷凝器自聚问题

在PVC合成工艺中，氯乙烯气体在上升至冷却器顶部的过程中，会经过列管并在相关催化剂的作用下，冷凝形成液态氯乙烯。这种液态氯乙烯在冷却器的内壁和列管内壁上发生聚合反应，生成PVC并粘附于列管表面。此外，当单釜反应完成后，如果排气和回收速度过快，可能会使VCM气体携带少量PVC颗粒，这些颗粒会沉积在冷却器的内壁和列管上部。若未在开始新一批生产前充分清洗，沉积物会增加列管内壁的附着面积，阻碍VCM单体液体的回流，促进聚合反应的加速，进而导致冷却器列管的阻塞，最终影响冷却器的热交换效率。

2.2釜顶冷凝器自聚的影响

在冷凝器的初期聚合阶段，管壁上初生的聚合物及回收阶段积累的PVC颗粒会在后续的物料反应中被清洗水冲掉，与新进的VCM单体产生二次反应，导致产品出现过多的“鱼眼”，进而影响产品质量，降低优等品的比例。随着聚合过程的持续，冷凝器管束的热传递效能下降，为了保持釜顶温度，可能需要增大冷却水循环量或降低循环水的温度，这无疑增加了生产成本。如果冷凝器管束的聚合问题严重，将丧失其热交换功能，迫使设备停车并清理釜顶冷凝器。首先，停车会降低生产效率，平均每天停运70m3设备会影响三釜的进料，减少SG-5产量约70吨。其次，冷凝器管束的人工清洗会对其造成损害，降低管束表面的光洁度，反而加速了聚合过程。此外，这种情况也增大了安全风险，遇到紧急情况时，无法执行快速操作指令，冷凝器顶部的防爆片将失效。

2.3优化措施

2.3.1增加釜顶冷凝器中途注水量

在完成对反应釜顶部冷凝器的清洁后，我们把原先的中间喷水流量设置为1.6m3。通过一个月的单釜操作，对比分析了聚合釜出料口及蒸馏塔出料口的鱼眼数量，发现明显的减少，平均鱼眼数量从12个下降到6个。然而，随后鱼眼的数量又上升至8个。这表明提升釜顶冷凝器的注水量有助于延缓自我聚合的速率。

2.3.2改变冷凝器涂釜喷头形式

提议对冷凝器顶端和底端的喷洒阀门实施升级，推荐使用螺旋式喷嘴。这种喷嘴具备多维度、多角度的喷洒特性，能确保釜漆溶液在冷凝器内壁及各个管口的均匀分布。完成涂釜过程后，可利用25kg水压的强力冲洗水，通过螺旋喷嘴进行清洁。引入螺旋喷嘴设计，增大了喷洒盘面，有助于显著降低冷凝器内壁的积聚物，防止管口顶部的聚合物堆积，以及各管道的阻塞情况，从而维持冷凝器的高效运行状态。

2.3.3酸洗循环水管道

观察各聚合釜冷却系统运行情况，若近一段时间传热能力明显下降，应酸洗循环水管道。循环冷却水长期循环使用，会在管道出现碳酸盐垢和硅酸盐垢。循环水进入凉水塔后会与空气接触，浮尘进入循环水中也会生成泥垢，这些积垢附着在夹套、内冷，釜顶冷凝器的表面，都会导致釜传热系数下降，反应速度慢，生产周期长。因此当发现聚合釜移热能力下降时，需要酸洗夹套、内冷和釜顶冷凝器管道，除掉积垢，恢复应有的移热能力。

3 汽提冷凝器

3.1汽提冷凝器出现的问题

为满足汽提正常运行，塔顶压力控制负压操作，过量的蒸汽伴随气相VCM在汽提冷凝器内冷却后，冷凝水被泵入汽提供料槽，气相进入汽提真空泵。汽提冷凝器运行一段时间后，气相夹带泡沫料会附着在冷凝器列管表面，影响换热。这些结垢会逐渐累积，导致换热面积下降，壳程循环冷却水进水、回水无温差，严重影响冷凝器换热效果。汽提真空泵工作液最高可达60℃以上。气相进入低压回收压缩机、一冷、二冷冷凝后，单体液封槽温度在25℃以上，夏天最高达到35℃。冷凝效果差，回收单体杂质高，并且将大量的冷凝水再次入料带入釜中，严重影响产品质量，若排水不及时还会在回收单体槽内形成自聚物。冷凝效果差还会使后序的变压吸附处理困难，增加不凝气体排放量，污染环境。

3.2优化措施

3.2.1消泡剂的使用

在悬浮聚合体系中存在的PVA、纤维素醚类等分散剂具有类似表面活性剂的作用，由于VCM单体易挥发，在汽提塔内部，浆料由塔顶流向塔底，而蒸汽由塔底向上与浆料逆流进行充分的热交换，在此过程中每层塔板上的浆料都会产生泡沫。为了避免汽提顶部负压的泡沫被带入汽提冷凝器，需要使用消泡剂。出料程序启动时，DCS控制向出料槽缓慢加入一定量的聚醚型消泡剂，出料槽中泡沫被抑制后，将浆料导入汽提供料槽后再供汽提塔使用，可有效减少汽提泡沫带料。

3.2.2合理控制汽提蒸汽用量

蒸汽用量过大易导致降液管液泛，浆料反流满塔。在塔顶负压稳定的前提下，调整蒸汽用量，将塔底温度控制在105～107℃，汽提塔顶部温度控制在90℃左右。既要保证各层塔盘有一个梯度温度分布，保持浆料沸腾脱净VCM，又要避免过量蒸汽被带入后系统，增加汽提冷凝器负担。汽提要避免长期低负荷运行。低负荷时浆料流速慢，在汽提塔内滞留时间长，受到蒸汽加热时间过长，汽提塔顶部温度高于93.5℃时，大量蒸汽进入汽提冷凝器，给后序操作造成困难。

结论

通过对PVC生产过程中冷凝器使用问题的分析，做出了针对性技术改造措施和工艺控制调整，大大地降低了冷凝器自聚现象，延长了冷凝器的清洗周期，提高了生产效率，并提升了PVC产品质量。

参考文献：

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