PVC-SG3型樹脂粒度分布的優(yōu)化

魯銘,白文彥

(陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司，陜西 榆林 719319)

1 改進(jìn)前PVC-SG3型樹脂粒度分布

陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司化工分公司聚氯乙烯二分廠(以下簡稱北元化工)2015年3月開始生產(chǎn)PVC-SG3型樹脂，初期生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，粒度分布不集中，粒徑≥125 μm的樹脂比例在50%～80%波動(行業(yè)內(nèi)其他企業(yè)一般在70%～80%)。為了提升樹脂質(zhì)量，北元化工從工藝、配方等方面采取措施，成功地將粒徑≥125 μm樹脂比例穩(wěn)定在70%～80%。工藝調(diào)整前PVC-SG3粒度分布見表1。

表1 工藝調(diào)整前PVC-SG3型樹脂質(zhì)量Table 1 Quality of PVC-SG3 before process improvement

2 原因分析

影響樹脂粒度分布的主要因素有聚合釜攪拌、分散劑用量及配比、VCM質(zhì)量、純水質(zhì)量、釜溫、反應(yīng)時(shí)間、助劑質(zhì)量等。

2.1 聚合釜攪拌

北元化工PVC-SG3型樹脂生產(chǎn)采用的45、48 m3聚合釜是強(qiáng)攪拌體系，其中45 m3聚合釜攪拌為后掠式雙層攪拌槳，轉(zhuǎn)速為125 r/min；48 m3聚合釜攪拌為后掠式三層攪拌槳，轉(zhuǎn)速為90 r/min。攪拌轉(zhuǎn)速均不可調(diào)，因此排除了攪拌的影響。

2.2 分散劑

北元化工采用PVA+HPMC復(fù)合分散體系，具體為高醇解度PVA1+中高醇解度PVA2+HPMC+低醇解度PVA3，根據(jù)分散劑的性質(zhì)按照一定的比例進(jìn)行混合配制。北元化工使用的各分散劑的性能如下。

(1)主分散劑PVA1醇解度高，保膠能力較強(qiáng)，用量增加時(shí)，樹脂表觀密度上升、增塑劑吸收量下降。

(2)主分散劑PVA2醇解度適中，分散能力較強(qiáng)，用量增加時(shí)樹脂粒徑變細(xì)，增塑劑吸收量上升。

(3)主分散劑HPMC兼具保膠能力和分散能力，可用PVA2替代。

(4)輔助分散劑PVA3醇解度較低，活性較強(qiáng)，使用后會降低體系界面張力，使樹脂增塑劑吸收量增加、粒徑變小，單獨(dú)使用效果更強(qiáng)。

實(shí)踐證明,分散劑的種類、性質(zhì)和用量是控制PVC樹脂顆粒特性的關(guān)鍵因素[1]。北元化工分散劑用量整體偏多，尤其是為了提高PVC-SG3型樹脂的增塑劑吸收量，輔助分散劑PVA3的用量偏大，最高用量達(dá)142×10-6(相對于氯乙烯質(zhì)量，下同)。

2.3 聚合釜

因各聚合釜傳熱效果不同，在相同配方情況下反應(yīng)時(shí)間也不同，PVC樹脂質(zhì)量不穩(wěn)定。

2.4 VCM、純水質(zhì)量

VCM含鐵、含水時(shí)對樹脂增塑劑吸收量、粒徑影響較明顯，如含量較高可考慮采取除水、除鐵措施。北元化工VCM中鐵含量和水含量數(shù)據(jù)見表2。

表2 北元化工VCM中鐵含量和水含量Table 2 Iron content and water content in VCM produced by Beiyuan Chemical

由表2可見：北元化工新鮮VCM含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為612×10-6(行業(yè)一般<600×10-6)，含鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.64×10-6[ 行業(yè)一般為(2～3)×10-6]；回收VCM含鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.42×10-6(行業(yè)一般<20×10-6)、含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)>1 000×10-6，接近行業(yè)一般水平，因此暫不考慮后續(xù)的脫水及除鐵工藝。

3 控制措施及實(shí)施情況

(1)調(diào)整輔助分散劑PVA3配制方法。

輔助分散劑配制方法有熱溶法與冷溶法兩種。熱溶法配制為攪拌30 min后開始升溫，升至80 ℃后停止升溫，繼續(xù)攪拌240 min后停止攪拌，靜置24 h，取樣分析合格后使用；冷溶法則無升溫環(huán)節(jié)。經(jīng)過對比，發(fā)現(xiàn)采用冷溶法與熱溶法分散劑生產(chǎn)的PVC樹脂粒徑、增塑劑吸收量、表觀密度并無明顯區(qū)別，因此采用操作更為簡便的冷溶法配制輔助分散劑。原工藝中輔助分散劑與主分散劑混合配制，調(diào)整后輔助分散劑單獨(dú)配制，以減少對主分散劑的干擾。

(2)調(diào)整主分散劑配制比例。

調(diào)整前m(PVA1+PVA2)∶m(HPMC)=1.74∶1,調(diào)整后降低了HPMC的用量，同時(shí)用中高醇解度的PVA2等量替換HPMC，直至m(PVA1+PVA2)∶m(HPMC)=2∶1。

2017年6月8日開始調(diào)整，初始調(diào)整量為3 kg，m(PVA1+PVA2)∶m(HPMC)=1.85∶1，粒徑≥125 μm的樹脂比例為70.03%。6月13日開始第2階段調(diào)整，調(diào)整量為2 kg，m(PVA1+PVA2)∶m(HPMC)=1.94∶1，粒徑≥125 μm的樹脂比例為68.47%。 6月23日開始第3階段調(diào)整，調(diào)整量為2 kg，m(PVA1+PVA2)∶m(HPMC)=2.03∶1，粒徑≥125 μm的樹脂比例為73.85%,已達(dá)到調(diào)整目標(biāo)，主分散劑比例調(diào)整結(jié)束。

(3)在樹脂分析項(xiàng)目中增加平均粒徑檢測。

(4)調(diào)整聚合配方，實(shí)現(xiàn)一釜一配方。

根據(jù)各聚合釜傳熱效果、循環(huán)水閥門開度、聚合反應(yīng)時(shí)間等調(diào)整聚合配方，通過調(diào)節(jié)水油比、引發(fā)劑用量、分散劑用量等調(diào)整聚合時(shí)間，調(diào)整后各聚合釜反應(yīng)時(shí)間見表3。

表3 工藝調(diào)整后各聚合釜反應(yīng)時(shí)間(2017年)Table 3 Polymerization time in different polymerizers after process improvement min

由表3可見：各釜反應(yīng)時(shí)間大部分控制在310 min以內(nèi)。

4 改造效果

上述措施實(shí)施后，粒徑≥125 μm的樹脂比例控制在70%～80%，調(diào)整后PVC-SG3型樹脂質(zhì)量見表4。

表4 工藝調(diào)整后PVC-SG3型樹脂質(zhì)量Table 4 Quality of PVC-SG3 after process improvement

5 結(jié)語

通過單獨(dú)配制輔助分散劑，調(diào)整主分散劑配制比例，控制各釜聚合時(shí)間，將粒徑≥125 μm的樹脂比例控制在70%～80%，達(dá)到了預(yù)期目的。