高分子工程設(shè)計(jì)物料衡算.ppt

高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 化工生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)中所涉及的工藝計(jì)算包括物料衡算 熱量衡算和設(shè)備工藝計(jì)算三個(gè)方面 3 1物料衡算的基本知識(shí) 3 1 1物料衡算的定義 類型 作用及理論依據(jù) 定義 指根據(jù)各種物料之間的定量轉(zhuǎn)化關(guān)系對(duì)進(jìn)出整個(gè)生產(chǎn)裝置 生產(chǎn)工序或單臺(tái)設(shè)備的各股物料的數(shù)量及組成進(jìn)行平衡計(jì)算 它是在工藝流程確定后最先進(jìn)行的工藝計(jì)算 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 作用 物料衡算是整個(gè)工藝設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié) 有很重要的作用 為熱量衡算 設(shè)備工藝計(jì)算 管道計(jì)算 輔助工序及公用工程設(shè)計(jì)計(jì)算 生產(chǎn)成本核算等提供依據(jù) 在確定生產(chǎn)裝置由幾條生產(chǎn)先組成以及工藝參數(shù)的確定中起著非常重要的作用 是指導(dǎo)生產(chǎn)過程的重要依據(jù) 類型 按計(jì)算范圍分為單元操作 或單個(gè)設(shè)備 的物料衡算和全流程 包括各個(gè)單元操作的全套裝置 的物料衡算 按操作方式分為連續(xù)操作的物料衡算和間歇操作的物料衡算 此外 還有帶循環(huán)過程的物料衡算 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 對(duì)于沒有化學(xué)反應(yīng)的生產(chǎn)過程來說 質(zhì)量守恒定律 物料進(jìn)入量 物料離開量 裝置內(nèi)積累量 過程損失量 對(duì)于有化學(xué)反應(yīng)的生產(chǎn)過程來說 質(zhì)量守恒定律 物料進(jìn)入量 物料離開量 反應(yīng)消耗量 裝置內(nèi)積累量 過程損失量 注 對(duì)于沒有化學(xué)變化及物理化學(xué)變化的密封設(shè)備或工序如泵 換熱器等可不進(jìn)行物料衡算 對(duì)于只有物料損失的設(shè)備或工序如切粒機(jī) 打包機(jī)等可只做總物料衡算 對(duì)于有化學(xué)變化或物理化學(xué)變化的設(shè)備或工序如反應(yīng)器 精餾塔 蒸發(fā)器 結(jié)晶器 干燥裝置等不僅要進(jìn)行總物料衡算還要對(duì)各組分及組成分別進(jìn)行物料衡算 理論依據(jù) 物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 流量 3 1 2物料衡算的基本概念 單位時(shí)間內(nèi)物料流過設(shè)備的數(shù)量 如質(zhì)量流量 體積流量 產(chǎn)量 單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)裝置生產(chǎn)出產(chǎn)品的數(shù)量 如年產(chǎn)量 月產(chǎn)量 日產(chǎn)量等 消耗量 生產(chǎn)單位數(shù)量產(chǎn)品所需原材料的數(shù)量 損失量 生產(chǎn)單位數(shù)量產(chǎn)品損失掉原材料的數(shù)量 純度 物料中含主要成分的百分比 配料比 進(jìn)入生產(chǎn)裝置的各種原料之間的比例關(guān)系 如質(zhì)量比 摩爾比 轉(zhuǎn)化率 反應(yīng)物參加反應(yīng)的百分率 單程收率 生產(chǎn)為目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)物數(shù)量占反應(yīng)物起始數(shù)量的百分比 等于轉(zhuǎn)化率乘以選擇性 回收率 副產(chǎn)物或未參加反應(yīng)的反應(yīng)物經(jīng)處理后可以重新利用的百分比 選擇性 生成目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)物數(shù)量占參加反應(yīng)的反應(yīng)物數(shù)量的百分比 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 3 1 3計(jì)算基準(zhǔn)及單位 在進(jìn)行物料衡算時(shí) 一般不同的操作方式 不同的計(jì)算目的 對(duì)應(yīng)選擇的計(jì)算基準(zhǔn)以及確定的計(jì)算單位不同 連續(xù)生產(chǎn)過程 整套生產(chǎn)裝置的操作狀態(tài)不隨時(shí)間的變化而變化 屬于定態(tài)操作過程 一般選時(shí)間為計(jì)算基準(zhǔn) 對(duì)應(yīng)計(jì)算單位為Kg h Kmol h m3 h等 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 間歇生產(chǎn)過程 物料都是一批批加入生產(chǎn)裝置進(jìn)行加工處理的 屬于非定態(tài)操作過程 一般選批為計(jì)算基準(zhǔn) 對(duì)應(yīng)計(jì)算單位為Kg B Kmol B m3 B 原料消耗計(jì)算 成本核算 可以單位產(chǎn)品數(shù)量作為計(jì)算基準(zhǔn) 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 3 1 4計(jì)算步驟 畫出物料平衡關(guān)系示意圖 在了解工藝操作過程的基礎(chǔ)上 根據(jù)工藝流程草圖畫出物料平衡關(guān)系示意圖 其中 設(shè)備或工序可用方框表示 無物料變化的設(shè)備或工序可省去不畫 圖中應(yīng)表明物流號(hào) 名稱及流向 注明變化過程 明確物料在個(gè)設(shè)備或工序中發(fā)生的化學(xué)變化及物理化學(xué)變化 寫出主 副反應(yīng)方程式 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 收集數(shù)據(jù)資料 生產(chǎn)規(guī)模 生產(chǎn)時(shí)間 相關(guān)技術(shù)指標(biāo) 如原料消耗量 各設(shè)備損失量 配料比 循環(huán)比 回流比 轉(zhuǎn)化率 單程收率 回收率等 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 原料 助劑 中間產(chǎn)物和產(chǎn)品規(guī)格 組成及相關(guān)物理化學(xué)常數(shù) 化學(xué)變化及物理化學(xué)變化的變化關(guān)系 選擇計(jì)算基準(zhǔn)及計(jì)算單位 整個(gè)計(jì)算過程應(yīng)保持計(jì)算基準(zhǔn)與計(jì)算單位一致 避免出錯(cuò) 有時(shí)根據(jù)特殊需要局部工序或設(shè)備可另設(shè)計(jì)算基準(zhǔn)及單位 最后要求進(jìn)行單位換算建立各工序或各設(shè)備之間正確的物料時(shí)間平衡關(guān)系 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 確定計(jì)算順序 對(duì)于已有生產(chǎn)裝置進(jìn)行的標(biāo)定或挖潛改造做的物料衡算 可直接采用順流程計(jì)算 對(duì)于待建生產(chǎn)裝置的工藝設(shè)計(jì) 先將產(chǎn)量換算成單位時(shí)間處理原料量 然后采用順流程計(jì)算 對(duì)于復(fù)雜的生產(chǎn)過程 可先將生產(chǎn)過程分解到工序并對(duì)各工序進(jìn)行物料衡算 然后將各個(gè)工序分解到各個(gè)設(shè)備并進(jìn)行物料衡算 對(duì)于簡(jiǎn)單的生產(chǎn)過程可直接對(duì)整套裝置中的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行物料衡算 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 展開計(jì)算 根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)資料及選擇的計(jì)算基準(zhǔn)和單位 按照確定的計(jì)算順序運(yùn)用化學(xué) 化工及物化知識(shí) 如質(zhì)量守恒定律 化學(xué)計(jì)量 組分?jǐn)?shù)量分率約束式 設(shè)備約束式 包括進(jìn)料比 相平衡關(guān)系 化學(xué)平衡關(guān)系 轉(zhuǎn)化率和選擇性等 逐個(gè)工序 逐臺(tái)設(shè)備建立物料平衡關(guān)系式 進(jìn)行物料平衡計(jì)算 整理并校核計(jì)算結(jié)果 對(duì)每個(gè)工序或設(shè)備進(jìn)行物料衡算后必須立即根據(jù)約束條件對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核 確保計(jì)算結(jié)果正確無誤 當(dāng)計(jì)算全部結(jié)束后必須及時(shí)整理 編寫物料衡算說明書 包括數(shù)據(jù)資料 計(jì)算公式 全部計(jì)算過程及計(jì)算結(jié)果等 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 繪制物料流程圖 編寫物料平衡表 物料流程圖及物料平衡表是說明物料衡算結(jié)果的一種簡(jiǎn)捷而清晰的表示方法 它們能夠清楚地表示出各種物料在流程中的位置 數(shù)量 組成 流動(dòng)方向 相互之間的關(guān)系等 物料衡算結(jié)束后 必須利用計(jì)算結(jié)果對(duì)全流程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià) 考查生產(chǎn)能力 生產(chǎn)效率 生產(chǎn)成本等是否符合預(yù)期的要求 物料消耗是否合理 工藝條件是否合適等 同時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決流程設(shè)計(jì)中存在的問題 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 3 2連續(xù)生產(chǎn)過程的物料衡算 對(duì)反應(yīng)比較簡(jiǎn)單或僅有一個(gè)反應(yīng)且只有一個(gè)未知數(shù)的情況可直接求算 對(duì)反應(yīng)比較復(fù)雜 物料衡算應(yīng)依物料流動(dòng)順序分步進(jìn)行 直接求算法 利用結(jié)點(diǎn)進(jìn)行衡算 在化工生產(chǎn)中常有某些產(chǎn)品的組成需要用旁路調(diào)節(jié)才能送往下一個(gè)工序的情況 可采用結(jié)點(diǎn)進(jìn)行衡算如圖3 1所示 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 生產(chǎn)過程中常有不參加反應(yīng)的物料 即惰性物料 由于這種惰性物料數(shù)量在反應(yīng)器的進(jìn)出物料中不變化 因此可利用它與其它物料在組分中的比例關(guān)系求取其它物料的數(shù)量 此惰性物料為衡算聯(lián)系物 利用聯(lián)系組分進(jìn)行物料衡算 圖3 1結(jié)點(diǎn) 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 3 3間歇生產(chǎn)過程的物料衡算 必須建立時(shí)間平衡關(guān)系 避免造成設(shè)備之間生產(chǎn)能力大小相差懸殊的不合理狀況 收集數(shù)據(jù)時(shí)要注意整個(gè)工作周期的操作順序和每項(xiàng)操作時(shí)間 把所有操作時(shí)間作為時(shí)間平衡的單獨(dú)一項(xiàng)記錄 進(jìn)行時(shí)間平衡時(shí)需考慮不均衡系數(shù) 可根據(jù)生產(chǎn)周期的每項(xiàng)操作時(shí)間分析影響提高生產(chǎn)效率的關(guān)系問題 在化工生產(chǎn)中 循環(huán)過程比較多見 如部分產(chǎn)品的循環(huán) 如回流 未反應(yīng)原料分離后循環(huán)再利用等 目的是維持操作 控制產(chǎn)品質(zhì)量 降低原料消耗 提高原料利用率等 3 4循環(huán)過程的物料衡算 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 3 4 1典型穩(wěn)定循環(huán)過程 圖3 2為典型的穩(wěn)定循環(huán)過程 表示將再循環(huán)流包括在內(nèi)的整個(gè)過程 表示新鮮原料F與循環(huán)物料R混合后的物料同進(jìn)入工藝過程的總物料流間的物料平衡 表示工藝過程的物料平衡 總進(jìn)料與總產(chǎn)物流間的平衡 表示總產(chǎn)物流與它被分離后所形成的凈產(chǎn)品流P和循環(huán)流R間的平衡 圖3 2典型的穩(wěn)定循環(huán)過程 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 3 4 2其它類型循環(huán)過程 凈化循環(huán)過程 旁路流程過程 雙循環(huán)過程 多循環(huán)過程 循環(huán)圈相套過程以及復(fù)雜循環(huán)過程 圖3 3 a 和3 3 b 分別為凈化循環(huán)過程和旁路流程過程 圖3 3其它類型循環(huán)過程 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 3 5物料衡算示例 例1 PET連續(xù)聚合反應(yīng)過程的物料衡算 本聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 PET 連續(xù)操作工藝是采用高純度對(duì)苯二甲酸 PTA 與乙二醇 EG 為原料 直接酯化后經(jīng)縮聚反應(yīng)得到PET 單條生產(chǎn)線每年可生產(chǎn)10萬噸PET 這條生產(chǎn)線主要由漿料配制工序 聚合工序 切粒包裝工序 回收工序四個(gè)工序組成 其中 圖3 4為聚合工序的工藝流程草圖 圖中沒有全部畫出次要設(shè)備和次要物料管線 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 圖3 4PTA直接酯化縮聚連續(xù)操作工藝流程草圖 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 一 畫出物料平衡關(guān)系示意圖 完整PET連續(xù)操作工序的物料衡算過程比較復(fù)雜 為了說明問題 只對(duì)流經(jīng)反應(yīng)器的物流進(jìn)行物料衡算 流經(jīng)反應(yīng)器物料平衡關(guān)系簡(jiǎn)圖 如圖3 5所示 圖3 5PTA直接酯化縮聚連續(xù)操作主反應(yīng)器物料平衡關(guān)系示意圖 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 二 明確物料發(fā)生的化學(xué)變化與物理化學(xué)變化 寫出主 副反應(yīng)方程式 化學(xué)變化 PET合成過程中 每個(gè)反應(yīng)器中都發(fā)生酯化反應(yīng) 酯化縮聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng) 其反應(yīng)方程式 用官能團(tuán)表示 如下 酯化反應(yīng) 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 酯化縮聚反應(yīng) 縮聚反應(yīng) 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 為了描述各反應(yīng)進(jìn)行的程度特做如下定義 酯化率 縮聚反應(yīng)程度 乙二醇與PTA摩爾比 平均聚合度 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 物理化學(xué)變化 相變化 在各酯化釜中 由于反應(yīng)溫度高于水和EG的沸點(diǎn) 酯化生成的水被蒸出反應(yīng)體系 根據(jù)氣液平衡關(guān)系 反應(yīng)液中仍含有少量的水 水蒸出時(shí)夾帶出一定比例的EG 蒸出的EG經(jīng)分離后全部返回到反應(yīng)器中 因此各酯化反應(yīng)器中原料配比不變 即Mr Mr0 在縮聚反應(yīng)釜中 為了使縮聚反應(yīng)向生成聚合物的方向移動(dòng) 需盡量降低反應(yīng)液中EG的含量 因此 縮聚階段特別是反應(yīng)后期 需在高真空的條件下進(jìn)行 各縮聚釜中生成的EG大部分被蒸出 使Mr Mr0 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 三 收集數(shù)據(jù)資料 生產(chǎn)時(shí)間 年工作日 336d a 24h d 生產(chǎn)規(guī)模 設(shè)計(jì)任務(wù)書中規(guī)定的年產(chǎn)量為10萬噸 相關(guān)技術(shù)指標(biāo)工藝配方 催化劑用量 c 0 05Wt PTA消光劑用量 d 0 5Wt PTA 配制成20 EG混合漿液 投料配比 Mr0 NE0 NT0 1 12切粒 包裝工序物料損失率 e 0 5 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 略 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 化學(xué)變化及物理化學(xué)變化的變化關(guān)系 因各反應(yīng)器中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)相同 反應(yīng)的進(jìn)行程度 x p 不同 因此 各反應(yīng)器中物料組成變化的計(jì)量關(guān)系是相同的 各反應(yīng)器反應(yīng)液中聚合物數(shù)量為 各反應(yīng)器反應(yīng)液中乙二醇數(shù)量為 酯化反應(yīng)生成水?dāng)?shù)量為 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 各酯化釜中水 EG的汽化量和反應(yīng)液中殘留量參考表3 1計(jì)算 各縮聚釜蒸出EG數(shù)量為 四 選擇計(jì)算基準(zhǔn)與計(jì)算單位 連續(xù)操作過程 可選擇時(shí)間為計(jì)算基準(zhǔn) 計(jì)算單位為kg h 表3 1各酯化釜中水 EG的汽化量和反應(yīng)液中殘留量 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 六 計(jì)算主要原料 PTA 投料流量 五 確定計(jì)算順序 可得到產(chǎn)品產(chǎn)量與主要原料 PTA 投料量之間的比例關(guān)系 宜采用順流程的計(jì)算順序 PET熔體流量與PTA理論投料WT 的關(guān)系為 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量為10萬噸 年開工336d 連續(xù)生產(chǎn) 切粒 包裝工序物料損失率為0 5 因此PET熔體流量為 PTA實(shí)際投料質(zhì)量流量為 PTA實(shí)際投料摩爾流量為 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 七 順流程逐個(gè)設(shè)備展開計(jì)算 R101物料衡算 圖3 6為R101物料平衡示意圖 101 0 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 101 2 101 3 101 1 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology R102物料衡算 圖3 7為R102物料平衡示意圖 102 2 102 3 0 9 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 102 1 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology R201物料衡算 圖3 8為R201物料平衡示意圖 在R201中加入消光劑EG溶液 003 1 由于抽真空會(huì)有少量聚合物被夾帶出使201 1中的NT0減少為NT0 同時(shí)夾帶出極少量的消光劑和催化劑 003 1 20 消光劑 EG混合漿液 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 201 1 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 201 2 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 202 1 R202物料衡算 圖3 9為R202物料平衡示意圖 在R202中由于抽真空會(huì)有少量聚合物被夾帶出使201 1中的NT0 減少為NT0 同時(shí)夾帶出極少量的消光劑和催化劑 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 202 2 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology R203物料衡算 圖3 10為R203物料平衡示意圖 203 1 203 2 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 計(jì)算出的203 1數(shù)量與開始時(shí)求出的PET熔體的流量相同 說明物料衡算的整個(gè)過程是正確的 八 繪制物料流程圖 編寫物料平衡表 見圖3 11 表3 2 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 圖3 11物料流程圖 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 表3 2物料平衡表 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 例2 丙烯酸反相懸浮聚合間歇操作過程的物料衡算 丙烯酸反相懸浮聚合制備高吸水樹脂的生產(chǎn)過程主要由原料準(zhǔn)備工序 聚合工序 分離工序 聚合物后處理工序組成 本例中只對(duì)聚合工序做物料衡算 其工藝流程草圖見圖3 12 圖3 12丙烯酸反相懸浮聚合間歇操作工藝流程草圖 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 一 畫出物料平衡關(guān)系示意圖 對(duì)于物料數(shù)量和組成都沒有發(fā)生變化的設(shè)備可不做物料衡算 因此示意圖中可不畫出T101 T102 P101 P102 P103等設(shè)備 如圖3 13所示 圖3 13丙烯酸反相懸浮聚合間歇操作物料平衡關(guān)系示意圖 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 二 明確物料發(fā)生的化學(xué)變化與物理化學(xué)變化 寫出主 副反應(yīng)方程式 V101 V103 V104中是單純物料混合 無相變與化學(xué)變化 V102中75 的丙烯酸被中和 中和反應(yīng)方程式如下 R101中引發(fā)劑引發(fā)單體進(jìn)行聚合反應(yīng) 其反應(yīng)方程式如下 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 三 收集數(shù)據(jù)資料 生產(chǎn)時(shí)間 年工作日 330d a 24h d 間歇操作 V101 V102 V103 R101每天8批 V104每天1批 生產(chǎn)規(guī)模 設(shè)計(jì)任務(wù)書中規(guī)定的年產(chǎn)量為4000噸 相關(guān)技術(shù)指標(biāo) 見表3 3 表3 3相關(guān)技術(shù)指標(biāo) 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 化學(xué)變化參數(shù) 加入NaOH能夠與丙烯酸完全反應(yīng) 生成丙烯酸鈉 各組分相對(duì)分子質(zhì)量如下 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 原料NaOH溶液濃度為50 其他原料均視為純物質(zhì) 其中 75 中和的丙烯酸單體混合物平均相對(duì)分子質(zhì)量為 72 0 25 94 0 75 88 50聚合反應(yīng)過程中單體完全參加反應(yīng) 轉(zhuǎn)化率可視為100 單體混合物與聚合物之間無化學(xué)計(jì)量上的變化 但引發(fā)劑結(jié)合到聚合物分子鏈上 會(huì)使聚合物數(shù)量略有增加 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 四 選擇物料衡算基準(zhǔn)及計(jì)算單位 由于產(chǎn)物與原料之間化學(xué)計(jì)量關(guān)系比較簡(jiǎn)單 且整個(gè)工藝過程比較簡(jiǎn)單 容易得到產(chǎn)量與單體原料投料量之間的比例關(guān)系 所以采用順流程的計(jì)算順序 間歇操作過程 基準(zhǔn)為 批 單位為B d 大部分設(shè)備的操作周期為8B d 只有V104操作周期為1B d 引發(fā)劑向R101進(jìn)料周期為8B d 所以在做物料衡算時(shí) 物料M11的數(shù)量仍以8B d計(jì)算 在做設(shè)備工藝計(jì)算時(shí) V104的體積大小應(yīng)按1B d處理量進(jìn)行計(jì)算 五 確定計(jì)算順序 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 六 計(jì)算主要原料 丙烯酸 投料數(shù)量 該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量4000t 年開工330d 每天生產(chǎn)8批 后處理中聚合物損失率2 引發(fā)劑 0 2 單體質(zhì)量 全部結(jié)合到聚合物中 單體100 轉(zhuǎn)化成聚合物 且單體的相對(duì)分子質(zhì)量與聚合物結(jié)構(gòu)單元相對(duì)分子質(zhì)量相同 丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量 單體平均相對(duì)分子質(zhì)量 72 88 5 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 七 順流程逐個(gè)設(shè)備展開計(jì)算 V102物料衡算 圖3 14為V102物料平衡示意圖 M1 原料丙烯酸 丙烯酸 M4 30 NaOH溶液 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology M6 45 單體溶液 M5 無離子水B 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology V101物料衡算 圖3 15為V101物料平衡示意圖 M4 30 NaOH溶液 1743 49Kg B 1 M2 50 NaOH溶液 M3 無離子水A 1220 44 523 05 697 39Kg B 1 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology V103物料衡算 圖3 16為V103物料平衡示意圖 已知正庚烷與單體配比為4 1 分散劑用量為2 單體質(zhì)量 M7 M8 M9 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology R101物料衡算 圖3 17為R101物料平衡示意圖 M10 待聚合液 M4 M9 M11 引發(fā)劑水溶液 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology M12 聚合物混合液 V104 引發(fā)劑調(diào)配罐 物料衡算 M13 引發(fā)劑 M14 H2O 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 八 整理并校核計(jì)算結(jié)果 對(duì)如圖3 18所示的聚合工序全面物料平衡計(jì)算 利用物料守恒定律進(jìn)行校核 九 繪制物料流程圖 編寫物料平衡表 見圖3 19 表3 4 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 圖3 19物料流程圖 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 表3 4物料平衡表 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 作業(yè) 試對(duì)年產(chǎn)量 萬噸的聚丁二烯橡膠連續(xù)聚合生產(chǎn)過程進(jìn)行物料衡算 圖 為聚丁二烯的生產(chǎn)工藝流程草圖 高分子工程設(shè)計(jì)DesignofPolymerEngineering ShaanxiUniversityofTechnology 生產(chǎn)工藝流程草圖簡(jiǎn)述 純度符合要求的丁二烯和溶劑混合后 經(jīng)預(yù)熱器H201從釜底進(jìn)入聚合釜F201 同時(shí)將配制好的催化劑也從釜底加入 發(fā)生聚合反應(yīng)生成高順式聚丁二烯橡膠 膠液由第一聚合釜頂部出來依次通過串聯(lián)的聚合釜再入終止釜F202 終止劑和防老劑按定量打入終止釜內(nèi) 膠液經(jīng)終止后進(jìn)到混膠罐R201 再由膠液泵B201打入凝聚釜R202中進(jìn)行凝聚 釜內(nèi)通入大量蒸汽和循環(huán)熱水 膠液噴入釜中后 絕大部分溶劑和丁二烯被蒸出 隨水蒸汽進(jìn)