年產5萬噸聚氯乙烯聚合干燥工序初步工藝設計本科畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 M8+M9=+=說明物料衡算是正確的。（5）V103旋風分離器物料衡算：M10（離心后的聚氯乙烯溶液）：聚氯乙烯=水==合計=+=M11（水及剩余助劑）： 水==聚乙烯醇（分散劑）=過氧化二碳酸二異丙酯=++=M10+M11=+=說明物料衡算是正確的。（6）對整個聚合工序做全物料衡算，進行校核。有物料守衡定律應有：M1+M2+M3+M4 =M6+M8+M10+M11即： +++= +++=說明整個聚合工序的物料衡算過程是正確的。(7)物料平衡表表18 聚合工序物料平衡表 單位：kg/p物流號氯乙烯單體H2O引發劑聚乙烯醇聚合物合計M1M2M3物流號氯乙烯單體H2O引發劑聚乙烯醇聚合物合計M4M5M6M7M8M9M10M11 熱量衡算：計算方法 設定[4]QT——設備或系統內物料與外界交換熱量之和(傳入熱量為正，傳出熱量為負），KJ；Q1——由于物料溫度變化，系統與外界交換的熱量（升溫為正，降溫為負），KJ；Q2——由于物料發生各種變化，系統與外界的交換的熱量（吸熱為正，放熱為負），KJ；Q3——由于設備溫度改變，系統與外界交換的熱量（設備升溫為正，設備降溫為負），KJ；Q4——設備向外界環境散失的熱量（操作溫度高于環境溫度為正，操作溫度低于環境溫度為負），KJ。根據熱量守恒定律，得 QT=Q1＋Q2＋Q3＋Q4 其中 Q1=Q2= W?Hr?x/M Q3=ΣWi CPi ?TmQ4=ΣAiαi (Ti－T0)t 固體和液體熱容可以采用柯普定律[5]計算 C(KJ/Kg.℃)=Can/M式中 Ca——基團的比熱容，KJ/(Kg.℃)n——分子中同一元素的原子數M——化合物的分子量， Kg/Kmol單體的熱容可以采用Missenard法基團貢獻值[6]計算表19 Missenard法基團貢獻值基團—CH3—CH——O—O=C—O—C=O貢獻J/molK則IPP的比熱為：C1=（4+2++2+2）/= KJ/(Kg.℃)經查有關資料知： 氯乙烯的比熱為：C3=(Kg.℃)水的比熱為：C4= KJ/(Kg.℃)聚乙烯醇比熱為：C5= KJ/(Kg.℃)聚氯乙烯的比熱為：C6= KJ/(Kg.℃)表20 物料比熱表（KJ/(Kg.℃)）物料種類比熱KJ/(Kg.℃)IPP氯乙烯水聚乙烯醇聚氯乙烯氯乙烯的聚合熱為： 混合熱和攪拌熱的考慮 由于溶質的量很少，混合熱可忽略不計。 攪拌設備中的物料為低黏度流體，攪拌熱也可忽略不計。 回流冷凝器熱負荷的考慮由于反應中嚴格控制反應溫度恒定，冷凝器中的回流量極少，所以對冷凝器熱負荷不予考慮。 物料帶入聚合釜的熱量以0℃的一批物料為基準，設進料溫度為20℃，則物料帶入聚合釜的熱量為：Q1=20+20+20+20=107KJ 聚合反應放出的熱量以一批物料為基準，則聚合反應放出的熱量為： Q2==106KJ 物料帶出聚合釜的熱量：以一批物料0℃為基準，物料流出的溫度為60℃，則物料升溫所需要的熱量為：Q3=（++++）（600）=107KJ 反應過程需要加入的熱量根據熱量衡算進入系統的熱量=出系統的熱量，則反應過程所需加入的熱量為（設熱損失為10%）：?Q=（Q3+ Q2Q1）/（110%）=（107+107）/90%=107kJ 加熱水的用量:根據式: Q=mCPΔT 得 m=Q/ CPΔT熱水進口溫度為99℃,出口溫度為60℃。水CP=m=107/39 =105kg 冷卻水的用量： 根據式: Q= mCPΔT 得 m=Q/ CPΔT冷卻水進口溫度為29℃,出口溫度為26℃。水CP=m=106/3 =105kg表21 整套裝置的熱量衡算表：傳入熱量（105KJ ）傳出熱量（105KJ）物料帶入聚合釜的熱量Q1155聚合反應放出的熱量Q2物料帶出的熱量Q3434反應過程需要加入的熱量Q4損失熱量Q5Σ 加熱水用量冷卻水用量 5 聚合釜的設計： 釜體的設計：半連續操作； 生產周期或生產批數：2Pd1 根據年產量確定每批進料量：W= 選擇反應器裝料系數 φ=VR/VT[7] （） VR——反應液體積，m3 VT——反應器實際體積，m3 計算反應器體積： 氯乙烯密度[12]ρ1=103kg/ m3 過氧化二碳酸二異丙酯密度[12]ρ2=103kg/ m3 聚乙烯醇密度[12]ρ3=103kg/ m3 水密度[12]ρ4=103kg/ m3 算得ρm=103kg/ m3 ρm——反應液混合密度，kgm3 VR=W/ρm=103= m3 VT=VTi= VT/nT nT——反應器臺數,個。 取nT=10 VTi= 取聚合釜VN=32 m3 取D=2650mm，則直邊高H=5000mm 每一米圓筒容積Vt=32/5= 釜體實際高度H1=H+2D/4 =5+2 聚合釜壁厚的計算： 計算厚度：由公式[15]S=得：式中：Pc—計算壓力，取Pc=；Di=2650mm；ф=；設計溫度為150℃查[8]得16MnR在150℃的[σ]t=170MPaS=2650/（2170 ）=取腐蝕余量C2=，鋼板厚度負偏差C1=，則 Sn=S+C1+C2=++=圓整后取Sn=12mm。復驗Sn6%=12= mm＜，故不能取C1=，取C1=：Sn=S+C1+C2=++=，圓整后取Sn=12mm。復驗，Sn6%=12= mm＞，故最后取C1= mm。該聚合釜體可用12mm厚的16MnR鋼板制造。因為內壓要比外壓大，所以按強度計算內筒的壁厚一定能滿足外壓穩定的要求。因此，本設計中未做外壓的設計。 校核水壓實驗強度：≤式中PT==137/137=Se=SnC==11mm查[8]得：σs=345MPa則 σt=（2650+11）/2/11==345= MPa由 σt＜所以水壓實驗強度足夠。 夾套的設計： 夾套直徑和高度的確定： 對于筒體的內徑Di=2650mm，夾套內徑Dj=Di+200 =2650+200 =2850mm 查文獻得：封頭體積VH=，表面積FH= 由下式確定高度： Hj= =()/ =圓整，得Hj=2920mm 夾套的材料和壁厚：選用0Cr18Ni9為夾套材料，設計溫度為150℃，查得許用應力[σ]t=137 MPa MPa，ф=由公式S=得： S=2850（2137）=取腐蝕余量C2=，鋼板厚度負偏差C1=，則 Sn=S+C1+C2=++=圓整后取Sn=7mm。復驗Sn6%=7=＞，故最后取C1=。該夾套可用7mm厚的0Cr18Ni9鋼板制造。 校核水壓實驗強度：≤式中PT==137/137=Se=SnC=71=6mm查得：σs=210MPa則 σt=（2850+6）/（26）==210= MPa由 σt＜所以水壓實驗強度足夠。 攪拌裝置[10]的設計 攪拌器的結構型式： 選定為單層開啟式直葉渦輪槳 攪拌器尺寸的計算 知DN=2650mmDJ==2650= mm取攪拌器離底高度h=h=2650= 取攪拌器的寬度b= b== mm 取槳葉數Z=3 攪拌附件的設置 擋板數目：4塊寬度：1/10D=1/102650=265mm方式：緊貼著釜壁且垂直于釜壁。 確定攪拌轉速 n=120r/min 計算攪拌功率攪拌液體時，產生循環流量及克服流體摩察阻力所需的功率叫攪拌功率。由于攪拌釜中液體運動的狀況十分復雜，攪拌功率目前尚不能用理論算出，只能通過實驗獲得它和該系統其它變量之間的經驗關系型，然后再按經驗關系型計算出攪拌功率。 攪拌功率關系式[7]如下： Ps=Npρn3d5 式中 Ps——攪拌功率 Np——功率數 ρ——被攪拌介質的密度 d——攪拌器的直徑 n——攪拌器的轉速 開啟式直葉渦輪式攪拌器有折流擋板 查文獻[8]得Np= 已知 ρ=103 Kg/m3 n=120/min d=650 mm Ps=Npρn3d5 =103(120/60) 3 = 可選用功率為6KW的電動機 傳熱裝置的校核 Q=KiAi(t0ti)式中 Q——傳熱速率 Ki——總傳熱系數 Ai——傳熱內壁（過程一側）表面積 t0 ——載熱體的溫度（外側） ti ——過程加工流體的溫度（內側）不考慮污垢層，則 1/K=1/αi+1/α0+∑δ/λ其中K——總傳熱系數 αi、α0——釜壁內側、外側對流傳熱系數 ∑δ/λ——釜壁固體部分（包括結垢部分）的總熱阻 δ——各固體部分的厚度 λ——相應的熱導率傳熱系數的計算 釜側的給熱系數[18] 式中αiD/λ= (ReS) (Pr) (181。/181。w)(d/D)(Z/T) ReS=ρnd2/181。 Pr=Cpμ/λαi——釜側的給熱系數D——反應釜的內徑，mλ——流體的導熱系數，W/n——攪拌轉數，S－1d——攪拌直徑，mρ——液體密度，kg/m3μ——流體粘度， μw——側壁上的粘度Pa .S，Cp——液體的比熱容，J/Z ——釜中的液位 已知反應釜物料的物性資料如下 ρ=103kgm3Cp=103 J/λ= W/μ=. SD= md= mN=120/60=2 r/sV封= m3Z=h封+(VRi—V封)/(D178。)=+()/(178。)= ReS=ρnd2/181。 =（ 22103）/ =103Pr=Cpμ/λ =4260=103 取 181。/181。w =1 則 αi= (ReS) (Pr) (181。/181。w)(d/D)(Z/D) =1 = W/ 夾套側的傳熱系數的計算夾套內水溫由278K升到282K，已知夾套內水的物性資料如下 ρ= kg/m3 Cp=4199 J/ λ= W/m..K μ=103 Pa..S已知：流速u=夾套當量直徑de=4（水流路截面積）/（流體潤濕的傳熱邊長）　　　　　　　=４（d1d2）/4 =Pr=Cpμ/λ =419910－3/ =傳熱系數公式[18]如下 α0=(λ/de)(de uρ/μ)(Cpμ/λ)(181。/181。w)取181。/181。w =1 α0= W/= W/ 已知聚合釜的壁厚 δ=7mm λ= W/ 忽略污垢的熱阻傳熱系數K公式為: 1/K=1/αi＋1/α0＋δ/λ =1/ ＋1/ ＋ = 878 K=KΔtm的計算已知釜內溫度T=60℃，夾套內冷水由t1=0℃升至t2=4℃ Δtm= [ (t1－T) ( t2－T ) ]/ ln[(t1－T)/ ( t2－T ) ] = [（600）（604）]/