年產(chǎn)一萬(wàn)噸聚苯乙烯聚合工段工藝設(shè)計(jì)精品

1、畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 題 目：年產(chǎn) 1 萬(wàn)噸聚苯乙烯聚合車間工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間： 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)說(shuō)明 設(shè)計(jì)說(shuō)明設(shè)計(jì)說(shuō)明 本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)年產(chǎn) 1 萬(wàn)噸聚苯乙烯聚合車間工藝的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的內(nèi)容 主要包括緒論、聚苯乙烯的聚合機(jī)理、聚合工藝介紹、物料衡算、反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)、 熱量衡算、自動(dòng)控制等幾部分。本設(shè)計(jì)采用的是熱引發(fā)本體聚合的生產(chǎn)工藝，在 確定工藝流程的基礎(chǔ)上對(duì)以下幾部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算：物料衡算、反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)、 熱量衡算等。本次設(shè)計(jì)年理論產(chǎn)值是一萬(wàn)噸經(jīng)計(jì)算投料每小時(shí)需投入苯乙烯 1288.8kg，甲苯 175.69kg，每小時(shí)生

2、成的聚苯乙烯計(jì)算后可知，年產(chǎn)量為 1.08 萬(wàn) 噸。符合設(shè)計(jì)的要求。釜體容積 14.33m3，釜體高度 3.18m。共需反應(yīng)熱為 24000000kj。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：熱引發(fā) 本體聚合 聚苯乙烯 苯乙烯 預(yù)聚釜 聚合釜 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) designdescription designdesign descriptiondescription this design is mainly aimed at the annual output of 10000 tons of polymerization polystyrene workshop process design. desig

3、n content mainly includes the introduction, polystyrene introduced the polymerization mechanism, polymerization process, material balance, the design of the reaction kettle, heat balance, automatic control and so on several parts. this design uses a thermal bulk polymerization production process, th

4、e technological process is determined on the basis of calculation in design of the following sections: the design of the material balance and the reaction kettle, heat balance, etc. the design theory of value is ten thousand tons of calculating charge per hour need for styrene 1288.8 kg, 175.69 kg,

5、toluene per hour generated polystyrene after calculation, the annual output of 10800 tons. in line with the requirements of design. the kettle body volume of 14.33 m3, body height of 3.18 m. the total heat of reaction of 24000000 kj. . keywords：heat cause bulk polymerization polystyrene styrene the

6、performed kettle polymerization kettle 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 目目 錄錄 設(shè)計(jì)說(shuō)明.i design description.i 前 言.1 第 1 章 緒 論.1 1.1 聚苯乙烯簡(jiǎn)介.1 1.2 聚苯乙烯的性能與應(yīng)用.1 1.2.1 聚苯乙烯的特性及用途.1 1.2.2 聚苯乙烯的共混改性及用途.1 1.2.3 苯乙烯系列共聚物.3 1.3 聚苯乙烯的使用及生產(chǎn)近況.5 1.4 聚苯乙烯的發(fā)展現(xiàn)狀.5 1.4.1 聚苯乙烯產(chǎn)量及消費(fèi)量.5 1.4.2 聚苯乙烯的消費(fèi)結(jié)構(gòu)及預(yù)測(cè).6 1.4.3 聚苯乙烯的主要生產(chǎn)廠商.6 1.4.4 新產(chǎn)品開(kāi)

7、發(fā).7 1.4.5 生產(chǎn)和發(fā)展的思考.7 第 2 章 聚苯乙烯的聚合機(jī)理.9 2.1 聚合過(guò)程.9 2.1.1 鏈引發(fā).9 2.1.2 鏈增長(zhǎng).9 2.1.3 鏈終止.9 2.1.4 鏈轉(zhuǎn)移.10 2.2 聚合工藝.10 2.2.1 預(yù)聚合.10 2.2.2 聚合.11 2.2.3 分離及聚合物后處理.11 2.3 聚合工藝流程圖.11 2.4 聚合體系各組分及作用.12 2.4.1 單體苯乙烯.12 2.4.2 引發(fā)劑.13 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 i 2.4.3 添加劑.13 第 3 章 聚合工藝介紹.14 3.1 聚合條件.14 3.2 聚合設(shè)備.14 3.3 預(yù)聚合釜的作用.

8、14 3.4 主要生產(chǎn)工藝.15 3.4.1 dow 化學(xué)公司.16 3.4.2 fina 公司.17 3.4.3 獵人化學(xué)公司/魯姆斯#克利斯特公司.19 3.4.4 三井東壓公司.20 第 4 章 物料衡算.22 第 5 章 反應(yīng)釜的設(shè)計(jì).26 5.1 反應(yīng)周期的確定.26 5.2 反應(yīng)釜的體積計(jì)算.26 5.3 反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)計(jì)算.27 5.4 攪拌裝置的設(shè)計(jì).28 5.4.1 攪拌器的尺寸計(jì)算.29 5.4.2 攪拌器的轉(zhuǎn)速和功率計(jì)算.29 5.5 電機(jī)的功率和減速機(jī)的選擇.31 5.5.1 電機(jī)的功率.31 5.5.2 減速機(jī)的選擇.31 5.6 泵的設(shè)計(jì).31 5.6.1 管內(nèi)流速的

9、計(jì)算.32 5.6.2 直管阻力和局部阻力損失的計(jì)算.32 5.6.3 確定泵軸功率.32 5.6.4 泵的選型.33 5.6.5 工藝管口的設(shè)計(jì).33 第 6 章 熱量衡算.36 6.1 熱量衡算的內(nèi)容及作用.36 6.1.1 為后續(xù)工藝設(shè)計(jì)提供依據(jù).36 6.1.2 熱量消耗的計(jì)算及能源的綜合利用.36 6.1.3 為其他專業(yè)設(shè)計(jì)提供依據(jù).36 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 ii 6.2 傳熱設(shè)備的熱量衡算.36 6.3 載熱體的消耗量.38 6.4 總傳熱系數(shù) k 的確定.38 6.5 夾套傳熱裝置的設(shè)計(jì).38 6.7 夾套幾何尺寸的計(jì)算.41 6.7.1 夾套直徑 dj 的計(jì)算.4

10、1 6.7.2 夾套高度 hj 的計(jì)算.42 第 7 章 自動(dòng)控制.43 7.1 控制方式.43 7.2 主要控制方案.43 7.2.1 泵的控制.43 7.2.2 反應(yīng)器的自動(dòng)控制.43 第 8 章 設(shè)計(jì)結(jié)果.44 參考文獻(xiàn).45 附錄.47 附表一、設(shè)計(jì)一覽表.47 附表二、主要符號(hào)說(shuō)明.47 致 謝.50 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 前 言 0 前前 言言 聚苯乙烯（polystyrene，縮寫 ps）是指由苯乙烯單體經(jīng)自由基加聚反應(yīng)合成 的聚合物 1。它是一種無(wú)色透明的熱塑性塑料，具有高于 100的玻璃轉(zhuǎn)化溫度， 因此經(jīng)常被用來(lái)制作各種需要承受開(kāi)水的溫度的一次性容器，以及一次性泡沫飯 盒

11、等。通常的聚苯乙烯為非晶態(tài)無(wú)規(guī)聚合物，具有優(yōu)良的絕熱、絕緣和透明性， 長(zhǎng)期使用溫度 070，但脆，低溫易開(kāi)裂。此外還有全同和間同以及無(wú)規(guī)立構(gòu) 聚苯乙烯。全同聚合物有高度結(jié)晶性，間同聚合物有部分結(jié)晶性。聚苯乙烯 （ps）包括普通聚苯乙烯，發(fā)泡聚苯乙烯2（eps） ，高抗沖聚苯乙烯（hips）及 間規(guī)聚苯乙烯（sps） 。普通聚苯乙烯樹(shù)脂為無(wú)毒，無(wú)臭，無(wú)色的透明顆粒，似玻 璃狀脆性材料，其制品具有極高的透明度，透光率可達(dá) 90%以上，電絕緣性能好， 易著色，加工流動(dòng)性好，剛性好及耐化學(xué)腐蝕性好等。普通聚苯乙烯的不足之處 在于性脆，沖擊強(qiáng)度低，易出現(xiàn)應(yīng)力開(kāi)裂，耐熱性差及不耐沸水等?？砂l(fā)性聚苯 乙烯為

12、在普通聚苯乙烯中浸漬低沸點(diǎn)的物理發(fā)泡劑制成，加工過(guò)程中受熱發(fā)泡， 專用于制作泡沫塑料產(chǎn)品。高抗沖聚苯乙烯為苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯 為分散相，提高了材料的沖擊強(qiáng)度，但產(chǎn)品不透明。間規(guī)聚苯乙烯為間同結(jié)構(gòu)， 采用茂金屬催化劑生產(chǎn)，發(fā)展的聚苯乙烯新品種3，性能好，屬于工程塑料。 本課題研究的是熱引發(fā)本體聚合的生產(chǎn)工藝，熱引發(fā)本體聚合即單體（或原 料低分子物）在不加溶劑以及其它分散劑的條件下，由熱的作用使其自身進(jìn)行聚 合引發(fā)的聚合反應(yīng)。有時(shí)也可加少量著色劑、增塑劑、分子量調(diào)節(jié)劑等。液態(tài)、 氣態(tài)、固態(tài)單體都可以進(jìn)行本體聚合。 進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，中國(guó)聚苯乙烯需求旺盛，消費(fèi)量飛速增長(zhǎng)。

13、但是 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力不足，進(jìn)口依賴度大，中國(guó)聚苯乙烯的生產(chǎn)能力雖然增長(zhǎng)很快，但 仍遠(yuǎn)不能滿足需求，不得不依靠大量進(jìn)口。因此對(duì)聚苯乙烯聚合工藝車間的設(shè)計(jì) 有廣擴(kuò)的前景和重要的意義。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 緒 論 0 第第 1 1 章章 緒緒 論論 1.11.1 聚苯乙烯簡(jiǎn)介聚苯乙烯簡(jiǎn)介 聚苯乙烯是四大通用熱塑性樹(shù)脂之一，它是由苯乙烯單體通過(guò)聚合反應(yīng)而得 到的高聚物，聚合方法有本體聚合4、懸浮聚合、溶液聚合等。目前，大多聚苯 乙烯生產(chǎn)廠家都采用本體聚合，通常用熱引發(fā)或引發(fā)劑引發(fā)進(jìn)行聚合反應(yīng)而得到 聚苯乙烯，其反應(yīng)都屬于自由基型的聚合。 1.21.2 聚苯乙烯的性能與應(yīng)用聚苯乙烯的性能與應(yīng)用 1.

14、2.11.2.1 聚苯乙烯的特性及用途聚苯乙烯的特性及用途 聚苯乙烯是一種無(wú)定型的透明熱塑性塑料。其分子中僅含 c、h 兩種元素， 平均分子量在 20 萬(wàn)左右，密度為 1.041.16g/cm3，比聚氯乙烯的密度小而大于 聚乙烯和聚丙烯。聚苯乙烯的主鏈上帶有結(jié)構(gòu)龐大的苯環(huán)，故柔順性差，質(zhì)硬脆， 抗沖擊性能差，其制品敲打起來(lái)能發(fā)出類似金屬的聲音。 聚苯乙烯無(wú)色透明，透光率為 88%90%，折光系數(shù)為 1.591.60，透光性 僅次于聚甲基丙烯酸甲酯。在受到光照和長(zhǎng)時(shí)間存放時(shí)，往往出現(xiàn)混蝕和發(fā)黃現(xiàn) 象。聚苯乙烯易于著色，有良好的可塑流動(dòng)性和較小的成型收縮率，是成型工藝 性最好的塑料品種之一。因此易

15、于制得形狀復(fù)雜的塑件。 聚苯乙烯的力學(xué)性能與制造方法、相對(duì)分子量的大小、含雜質(zhì)量和定向度有 關(guān)，相對(duì)分子量小者，機(jī)械強(qiáng)度要低些，一般低于硬質(zhì)聚氯乙烯5。聚苯乙烯具 有很小的吸水率，在潮濕環(huán)境中其形狀和尺寸的變化都很小。熱絕緣性也很好。 聚苯乙烯具有優(yōu)良的電絕緣性能，尤其在高頻條件下介電損耗仍然很小，是優(yōu)良 的高頻絕緣材料6。聚苯乙烯易燃燒，且離火后仍繼續(xù)燃燒，火焰呈橙黃色，并 有濃黑煙碳束，燃燒時(shí)塑料軟化，起泡并發(fā)出特殊的苯乙烯單體味。 聚苯乙烯的主要缺點(diǎn)是脆性大，若是成型制品的熱處理不恰當(dāng)，制品中存在較大 內(nèi)應(yīng)力時(shí)，在使用中制品可能自行開(kāi)裂。 聚苯乙烯被廣泛應(yīng)用于光學(xué)工業(yè)中，這是因?yàn)樗辛己?/p>

16、的透光性所致，可制 造光學(xué)玻璃和光學(xué)儀器7，也可制作透明或顏色鮮艷的，諸如燈罩、照明器具等。 聚苯乙烯還可制作諸多在高頻環(huán)境中工作的電氣元器件和儀表等。 單獨(dú)使用聚 苯乙烯作制品，脆性大，而在聚苯乙烯中加人少量其他物質(zhì)，如丁二烯即可明顯 降低脆性，提高沖擊韌性，這種塑料叫抗沖擊聚苯乙烯，它的力學(xué)性能大為提高， 可用此塑料制作出許多性能優(yōu)良的機(jī)械零件和構(gòu)件來(lái)。 1.2.21.2.2 聚苯乙烯的共混改性及用途聚苯乙烯的共混改性及用途 對(duì)于聚乙烯（pe）與聚苯乙烯（ps）體系，早期大多采用添加接枝物或嵌段 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 緒 論 1 共聚物作為相容劑，但這種增容方法的一個(gè)明顯的缺點(diǎn)在于增容

17、劑需要首先合成， 而且造價(jià)昂貴，因此難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。反應(yīng)增容則是對(duì) ps/pe 體系的又一種 增容方法，被認(rèn)為具有價(jià)廉、應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)，但也存在 pe，ps 需官能化及相 內(nèi)自交聯(lián)等缺陷。baker 將 rps（側(cè)基有過(guò)氧化鍵的 ps） 、cpe（羧基化 pe） 、 pe、ps 同時(shí)加入雙螺桿擠出機(jī)中，所制得的共混物性能比用 ps-g-pe 增容的 ps/pe 性能優(yōu)異。徐偉強(qiáng)等將 rps 和 mpe（馬來(lái)酸酐接枝 pe）加入反應(yīng)式擠出 機(jī)進(jìn)行熔融共混擠出，研究表明 mpe/rps 反應(yīng)共混體系的斷裂伸長(zhǎng)率及拉伸強(qiáng) 度比 rps/pe 的 大。據(jù) dma 分析 rps/mpe 反應(yīng)性共混物

18、具有部分交聯(lián)結(jié)構(gòu)，且 使 mpe 的結(jié)晶度及熔點(diǎn)均降低。而國(guó)內(nèi)陳建定、林明德等人用 rps 與 pe 進(jìn)行 共混反應(yīng)，制成 ps-g-pe，對(duì) ps/pe 具有增容作用，提高共混物的力學(xué)性能。 （1）ps/pp 共混體系 由于 ps 與 pp 不相容，表面張力大，pp/ps 共混物通常是具有不同形態(tài)的多 相體系，呈現(xiàn)粗糙的相形態(tài)，界面黏結(jié)差，導(dǎo)致力學(xué)性能差。通過(guò)加入合適的增 容劑如嵌段或接枝共聚物可以改善共混物中組分間的相互作用，影響共混物的相 形態(tài)。有效的增容劑分布在組分的界面，通過(guò)降低界面張力來(lái)改善界面黏合力和 提高分散相的分散性與抗團(tuán)聚的能力，促進(jìn)應(yīng)力在兩相界面的有效傳遞，防止在 相間缺

19、陷部位的斷裂，并改善共混物的物理與力學(xué)性能。 rps-mpp（馬來(lái)酸酐官能化聚丙烯）對(duì) ps/pp 體系有較好的反應(yīng)增容效果。 有研究報(bào)道，熔融共混法制取的 ps/pp 體系有 ps-g-pp 接枝物生成。 （2） ps/pc 共混體系 pc 和 ps 結(jié)構(gòu)中都有苯環(huán)，用 dsc 分析 pc/ps 共混物表明，pc 的玻璃化溫 度降低，而 ps 的玻璃化溫度升高，即兩組分的 tg 互相靠攏，說(shuō)明 pc 與 ps 可 部分相容。將 rps 與 pc 進(jìn)行反應(yīng)擠出共混，應(yīng)力-應(yīng)變?cè)囼?yàn)及動(dòng)態(tài)力學(xué)分析 （dma）表明，rps 和 pc 發(fā)生了接枝反應(yīng)。另外，rps 對(duì) ps/pc 共混體系有較 好的增

20、容效果。ps-g-mah（苯乙烯接枝馬來(lái)酸酐共聚物） 、sbs-g-mah 等增容 劑也可用來(lái)增容 pc/ps 共混體系。聚乙烯接枝馬來(lái)酸鋅（pe-g-mazn）離聚體對(duì) pc/ps 體系增容作用也較顯著。 （3） ps/pmma 共混體系 pmma 是透明性和耐候性均較好的塑料。ps 與之共混可望提高其耐熱性而不 影響體系的透明性。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，將 st/mma（苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯無(wú)規(guī)共 聚物） 、ps-g-mma 和 p（st-b-mma） （苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物）相 比，p（st-b-mma）對(duì) ps/pmma 體系有最好的增容效果。 （4） ps 增韌改性 河南城建學(xué)院本

21、科畢業(yè)設(shè)計(jì) 緒 論 2 剛性有機(jī)粒子增韌改性 ps 章文貢等使用混合稀土烷氧化合物摻雜 ps，因其摻雜的改性 ps 結(jié)構(gòu)中存在 著稀土金屬離子與苯環(huán)的配位作用，改性后的 ps 的玻璃化溫度隨稀土含量增加 而下降，但其抗沖性能卻顯著提高，表明三異丁氧基混合稀土對(duì) ps 有較好的增 韌作用。與單一稀土烷氧化合物相比，稀土摻雜量更大，產(chǎn)物透明度更高，增韌 效果更好，且混合稀土價(jià)格低，因而有更好的應(yīng)用前景。 剛性無(wú)機(jī)粒子增韌改性 ps 近年來(lái)隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米顆粒增韌 ps 也得到了迅速的研究。用平均 粒徑為 20nm 左右的 tio2 粒子，經(jīng)偶聯(lián)劑鈦酸酯處理后，與 hips 高速混合，制 備

22、 ps/納米 tio2 復(fù)合材料8。結(jié)果表明，在納米 tio2 的含量為 10時(shí)，復(fù)合材 料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到了最大。復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率也受到了 tio2 含量的影響， 當(dāng) tio2 用量為 23時(shí)，復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到了最大值。 王文等在對(duì)不同烷氧基鈥摻雜增韌 ps 的研究中發(fā)現(xiàn)，烷氧基鈥化合物摻雜的 ps 材料中存在著鈥離子與 ps 大分子中苯環(huán)的配位作用。改性后的 ps 的玻璃化 溫度隨鈥量增加而下降，并且隨著烷氧基鏈長(zhǎng)的增加而下降。烷氧基鈥摻雜改性 ps 存在明顯的增韌作用與材料中存在 ps 大分子苯環(huán) 電子與鈥的配位作用、柔 性烷氧基鏈引入和亞納米粒子的析出等有關(guān)。 彈性體增韌 p

23、s 體系 pse 是一類新型的茂金屬聚合物。唐衛(wèi)華等通過(guò) pse 與 ps 共混，結(jié)果發(fā)現(xiàn) pse 對(duì) ps 力學(xué)性能產(chǎn)生了明顯的影響9。研究結(jié)果表明，pse 樹(shù)脂與 ps 可以相 容，且這種相容性隨樹(shù)脂中苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而增大。不同苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù) 的 pse 對(duì) ps 的增韌效果有著明顯的影響。隨著苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，pse 的 增韌效果得到了明顯的提高，并且在苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 72時(shí)達(dá)到最大值。 1.2.31.2.3 苯乙烯系列共聚物苯乙烯系列共聚物 （1）高抗沖聚苯乙烯hips ： 與各種橡膠共混改善 ps 的抗沖性能。一般的 hips 是苯乙烯與丁二烯橡膠的 共聚物10。對(duì) ps

24、 性能的改善效果和性能，與丁二烯橡膠含量、橡膠粒徑、橡膠 的分子量均有關(guān)。 hips 具有良好的韌性、剛性、加工性和著色性，擴(kuò)大了通用 ps 的用途范圍， 通過(guò)優(yōu)化工藝條件、調(diào)整工藝配方等方法，提高 hips 的綜合性能，增加 hips 品 種。當(dāng)前研究開(kāi)發(fā)的重要內(nèi)容是在保持 hips 抗沖性能的基礎(chǔ)上，提高產(chǎn)品光澤、 剛性、耐化學(xué)性、透明性能等，改善其耐熱性和抗靜電性。目前已在進(jìn)行這方面 的工作，如透明 hips、高光澤高抗沖 hips 的研制。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 緒 論 3 （2）abs 樹(shù)脂 ： abs 樹(shù)脂是由丙烯腈（an） 、丁二烯（b）與苯乙烯（s）三單體為基礎(chǔ)合成 的系列

25、聚合物11的總稱，是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的聚合物共混物。它將 pan、pb、ps 的各種性能有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)，不僅具有韌、剛、硬相均衡的優(yōu)良 的力學(xué)性能，而且具有較好地耐化學(xué)性、表面光澤度、耐低溫性、著色性和加工 流動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)。作為工程塑料廣泛應(yīng)用。 abs 樹(shù)脂具有卓越的綜合性能，在機(jī)電、交通工業(yè)可替代金屬，制造齒輪、 軸承、儀表外殼、電機(jī)外殼、汽車車身、擋泥板、機(jī)器罩等，這些制品強(qiáng)度大、 重量輕、價(jià)格低。另 abs 還具有低溫抗沖性，無(wú)毒，可制造冷藏庫(kù)和冰箱的內(nèi) 襯、冰箱中的食品盤等耐寒制品?？勺龈鞣N用途的管材，abs 管道加工容易、有 較好的韌性、硬度、耐滲透和腐蝕性。還可代替木材制造

26、木椅等日用家具和文具 等等?？梢?jiàn)其用途之廣泛。 現(xiàn)在還正在研制更新型的 abs 樹(shù)脂，高抗沖 abs、耐侯 abs、mbs、耐熱 abs 等性能優(yōu)越的新型 abs 樹(shù)脂不斷出現(xiàn)。同時(shí)也出現(xiàn)了不少共混合金， abs/pvc、abs/pc 等共混物。 （3）其它 ps 共聚物 共聚單體共聚物特征共聚物主要用途 丙烯腈 （san） 高抗沖性、耐熱性、耐環(huán) 境開(kāi)裂性 汽車燈罩，電器、 儀表的箱殼 馬來(lái)酸酐 （sma） 高耐熱性熱塑性塑料 甲基丙烯酸甲 酯 耐氣候性、耐溶劑性，透 明 透明制品 丙烯腈、氯化 聚乙烯 （acs） 阻燃性、耐氣候性，耐熱 性物理性能與 abs 相似 辦公用自控設(shè)備塑 料部件

27、、打字設(shè)備、 阻燃材料 甲基丙烯酸甲 酯，丁二烯 （mbs） 增韌，透明性好改造硬質(zhì) pvc 的 加工性、抗沖性與耐 熱性 丁二烯（k 樹(shù) 脂） 透明度、沖擊強(qiáng)度好食品包裝、容器、 文具、醫(yī)療器械 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 緒 論 4 1.31.3 聚苯乙烯的使用及生產(chǎn)近況聚苯乙烯的使用及生產(chǎn)近況 聚苯乙烯有多種類型。可發(fā)性聚苯乙烯為在普通聚苯乙烯中浸漬低沸點(diǎn)的物 理發(fā)泡劑制成，加工過(guò)程中受熱發(fā)泡，專用于制作泡沫塑料產(chǎn)品12。高抗沖聚苯 乙烯為苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯為分散相，提高了材料的沖擊強(qiáng)度，但 產(chǎn)品不透明。間規(guī)聚苯乙烯為間同結(jié)構(gòu)，采用茂金屬催化劑生產(chǎn)，是近年來(lái)發(fā)展 的聚苯乙烯新品

28、種，性能好，屬于工程塑料。工業(yè)生產(chǎn)中用于擠塑成型或注塑成 型的聚苯乙烯主要采用熔融本體聚合（熱聚合）或加有少量溶劑的溶液-本體聚合 方法生產(chǎn)。 本體聚合工藝具有工藝流程簡(jiǎn)單、投資省、污染少和產(chǎn)品質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，因 此目前在聚苯乙烯樹(shù)脂的生產(chǎn)中被廣泛采用。苯乙烯的本體聚合反應(yīng)屬游離基加 聚反應(yīng)13，有熱引發(fā)和引發(fā)劑引發(fā)兩種引發(fā)方式。過(guò)去多數(shù)聚苯乙烯廠家采用熱 引發(fā)方式。在聚苯乙烯樹(shù)脂 50 余年發(fā)展史中，各生產(chǎn)廠根據(jù)市場(chǎng)的需求，在制 造工藝上展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)，不斷開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，開(kāi)拓新用途。幾十年來(lái)，聚苯乙 烯樹(shù)脂的市場(chǎng)不斷擴(kuò)大。在日本，聚苯乙烯系樹(shù)脂的產(chǎn)量已居五大通用熱塑性樹(shù) 脂之首。目前我國(guó)聚苯乙

29、烯技術(shù)發(fā)展已趨向國(guó)產(chǎn)化。 1.41.4 聚苯乙烯的發(fā)展現(xiàn)狀聚苯乙烯的發(fā)展現(xiàn)狀 2004 年全球 ps 產(chǎn)能約 20400kt，年消費(fèi)共約 17300kt，說(shuō)明全球整體的 ps 產(chǎn) 能已呈現(xiàn)過(guò)剩，而尤以歐洲、日本、韓國(guó)及中國(guó)臺(tái)灣等為甚14。由于原料成本的 增加，國(guó)外 ps 生產(chǎn)廠商正承受利潤(rùn)低和市場(chǎng)供應(yīng)過(guò)剩的打擊，幾大 ps 生產(chǎn)商則 紛紛減產(chǎn)并采取兼并、停產(chǎn)與關(guān)閉不少規(guī)模小的 ps 裝置，故全球消費(fèi)量近幾年 來(lái)增長(zhǎng) 率將降至 2%以下。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代，國(guó)內(nèi) ps 的需求則旺盛，消費(fèi)不斷 增長(zhǎng)。自上世紀(jì) 80 年代陸續(xù)從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)工藝技術(shù)和設(shè)備，使國(guó)內(nèi) ps 工業(yè)得 到了不斷發(fā)展

30、和壯大，生產(chǎn)技術(shù)由懸浮法基本轉(zhuǎn)為連續(xù)本體聚合法15。自給率已 由 2000 年的 3418%提高到 2004 年的 6017%。如 2004 年國(guó)內(nèi)產(chǎn)量約 2300 余 kt， 進(jìn)口量為 1560kt，表觀消費(fèi)量為 3860kt。為此，國(guó)外一些廠商/公司紛紛以合資或 獨(dú)資方式來(lái)國(guó)內(nèi)建設(shè)規(guī)模大的 ps 工廠以搶占中國(guó)市場(chǎng)。另一方面隨著進(jìn)口關(guān)稅 逐年降低，國(guó)外 ps 必將擁入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。為此，今后必將使國(guó)內(nèi)一些規(guī)模小、產(chǎn) 品檔次低、技術(shù)不先進(jìn)、成本高的企業(yè)受到嚴(yán)重沖擊。因此，國(guó)內(nèi) ps 企業(yè)的生 產(chǎn)與發(fā)展值得思考。 1.4.11.4.1 聚苯乙烯產(chǎn)量及消費(fèi)量聚苯乙烯產(chǎn)量及消費(fèi)量 2002 年后主要國(guó)

31、家和地區(qū)的 ps 產(chǎn)量及消費(fèi)量統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表 1。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 緒 論 5 表 1 主要國(guó)家和地區(qū) ps 的產(chǎn)量和消費(fèi)量（kt/a） 國(guó)家和地區(qū)產(chǎn)量消費(fèi)量 美國(guó)30253084 德國(guó)450400 日本1022770 韓國(guó)1130562 法國(guó)382280 比利時(shí)705140 中國(guó)臺(tái)灣省771187 加拿大195333 巴西314304 西班牙199211 1.4.21.4.2 聚苯乙烯的消費(fèi)結(jié)構(gòu)及預(yù)測(cè)聚苯乙烯的消費(fèi)結(jié)構(gòu)及預(yù)測(cè) 美國(guó)的聚苯乙烯主要用作包裝材料，約占總消費(fèi)量的 35%，其次是用于電子、 電器工業(yè)約占 10%，玩具業(yè)約占 10%，建筑業(yè)約占 8%，其它方面包括日用塑料 制品等

32、約占 37%。前幾年國(guó)外如美國(guó)、日本等人均年消費(fèi)在 1012kg 以上，近 年來(lái)日本及西歐人均年消耗由于受環(huán)保制約影響而有所下降（原來(lái)約為 61510kg/人#年） ，而亞洲地區(qū)在 2000 年人均年消耗才達(dá)到 1126kg，而我國(guó)按 2004 年的 ps 預(yù)計(jì)人均年消耗亦僅為 1165kg 左右。據(jù)美國(guó)著名咨詢機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)全球 ps 市場(chǎng)將持續(xù)增長(zhǎng)，且未來(lái)五年新增產(chǎn)能 80%將來(lái)自中國(guó)16。亞洲地區(qū)尤其是 我國(guó)人口眾多，因此近 510 年國(guó)內(nèi) ps 的潛在市場(chǎng)將會(huì)看好，但必須要注意向 高檔次牌號(hào)發(fā)展。 1.4.31.4.3 聚苯乙烯的主要生產(chǎn)廠商聚苯乙烯的主要生產(chǎn)廠商 按 2002 年初統(tǒng)計(jì)數(shù)字

33、，世界最大的幾個(gè) ps 生產(chǎn)公司/廠商的生產(chǎn)能力見(jiàn)表 2。 表 2 世界主要 ps 生產(chǎn)廠商生產(chǎn)能力統(tǒng)計(jì)（kt/a） 公司生產(chǎn)能力 basf2026 dow chemical1690 nova1391 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 緒 論 6 atofina1100 奇美700 chevron phillps450 日本 a l kgj u l d hf/28 . 0 081 . 0 2 099 . 0 20023 . 0 2 2 1 （2）局部阻力的計(jì)算： 有 7 個(gè) 90標(biāo)準(zhǔn)彎頭，查化工原理上冊(cè) p34 得局部阻力系數(shù)分別是： 進(jìn)口突然收縮 0.5 ，90標(biāo)準(zhǔn)彎頭 0.75 ， kgj u h

34、f/028 . 0 2 099 . 0 )5 . 0775 . 0 ( 2 22 2 總的阻力： kgjhhh fff /308 . 0 028 . 0 28 . 0 21 確定泵的揚(yáng)程 )0, 6(13. 6 2 2 1 2 2 pzmh g uu g p zh f 5.6.35.6.3 確定泵軸功率確定泵軸功率 泵的有效功率： wgqhnh57.1857)3600/75.10(8 . 9 9 . 905 對(duì)于小流量的離心泵： neph 10.6取取 泵軸功率： 559.02 h h n nw 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 反應(yīng)釜的設(shè)計(jì) 32 5.6.45.6.4 泵的選型泵的選型 由輸送溫度為

35、常溫、粘度小、無(wú)腐蝕性、無(wú)固體顆粒的液體，流量小、揚(yáng)程 小故選離心泵，離心泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，體積小，重量輕，安裝檢修方便。選 型號(hào)為 is50-32-160 泵四臺(tái)，正常使用三臺(tái)，備用一臺(tái)。is50-32-160 泵的流量 6.3m3/h，揚(yáng)程 8m，轉(zhuǎn)速 1450r/min，效率 4.8%，軸功率 0.29kw，電動(dòng)機(jī)功率 0.55kw；質(zhì)量（泵/底座）=50/38，必須汽蝕余量 2.0m. 5.6.55.6.5 工藝管口的設(shè)計(jì)工藝管口的設(shè)計(jì) （1）進(jìn)料口管徑 液體物料一般釜體上部加入，所以進(jìn)料管口設(shè)在釜蓋上。為了防止液體物料 沿釜壁流動(dòng)，可將進(jìn)料管口伸進(jìn)反應(yīng)器內(nèi)，有時(shí)還可將進(jìn)料管口插入反

36、應(yīng)液中。 為了防止液體物料飛濺到釜壁，可將出口端向攪拌軸方向做成 45的切口。 本設(shè)計(jì)進(jìn)料口開(kāi)在上封頭上，進(jìn)料管口插入反應(yīng)液至底部。 聚合釜每小時(shí)處理的反應(yīng)混合液量： hkgw/08.1464 d 混合液的密度為： 3 /833mkg m 則每秒進(jìn)料流率： 。 smv m /109 . 4 83360 08.1464 60 w 34- 22 d 進(jìn) 進(jìn)料流速為 0.15m/s，則進(jìn)料管直徑為： m u v d065 . 0 14 . 3 15 . 0 109 . 4 22 4- 1 進(jìn) 進(jìn)料口管徑取 dn75，進(jìn)料口管內(nèi)徑。 md075 . 0 1 （2）出料口管徑 出料口開(kāi)在聚合釜的反應(yīng)液液

37、面位置上。由于苯乙烯和聚苯乙烯的密度相差 不多，連續(xù)操作，進(jìn)入反應(yīng)釜的物料與出反應(yīng)釜的物料保持平衡，所以出口管徑 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 反應(yīng)釜的設(shè)計(jì) 33 與進(jìn)口管徑相同即： 。 mdd075 . 0 12 進(jìn)出料口與筒體的連接均采用榫槽面平焊管法蘭，公稱通徑 dn 為 75mm， 公稱壓力 pn 為 1.0mpa。其標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：hg5011-58；墊片材質(zhì)為橡膠石棉。 （3）儀表測(cè)量口 反應(yīng)液常用的儀表測(cè)量口有測(cè)溫口、測(cè)壓口、液位測(cè)量口等。這些測(cè)量口的 直徑通常是有規(guī)范的。測(cè)溫口一般設(shè)在反應(yīng)器的底部，溫度計(jì)需插入反應(yīng)液中。 為保護(hù)溫度計(jì)，可將溫度計(jì)放入金屬套管中，然后插入反應(yīng)液中。測(cè)壓口設(shè)在

38、反 應(yīng)器釜蓋上。 （4）人孔的選用 選用圓形人孔，圓形人孔直徑一般在 400600mm，因?yàn)槿萜鲏毫Σ惶螅?所以人孔可取大些更方便人進(jìn)入清理等。 本課程設(shè)計(jì)選擇直徑 600mm 的人孔，開(kāi)在聚合釜的上封頭上。人孔主要由 筒節(jié)、法蘭、手柄組成。 （5）飛機(jī)管架 當(dāng)工藝管口過(guò)多時(shí)，可將物料性質(zhì)相近的工藝管口組合在一起，做成組合管 架（飛機(jī)管架） ，減少釜蓋的開(kāi)口。一般分別將液體物料進(jìn)料管口組合在一起， 將氣體進(jìn)出口和測(cè)壓口、安全閥門、放空口等組合一起。 （6）支座的選用 本課程設(shè)計(jì)的聚合釜尺寸較大，而對(duì)于高大的釜設(shè)備最常用的支座就是裙式 支座。裙座的形式分為圓筒形和圓錐形，由于圓筒形裙座制造方便

39、、節(jié)省材料， 所以廣泛使用，本課程設(shè)計(jì)也選用圓筒形裙座。 裙座與釜體的焊接形式選擇對(duì)接焊縫，此種焊接形式可承受較高的軸向載荷， 適用于大型設(shè)備。對(duì)接焊縫要求裙座與釜體直徑相等，所以裙座的直徑也為 2.6m。 裙座斜邊與垂直方向的夾角應(yīng)控制在 15內(nèi)。 聚合釜設(shè)計(jì)匯總表 序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值 1聚合釜實(shí)際容積 t v14.33m3 2聚合釜公稱直徑 d2.6m 3聚合釜實(shí)際長(zhǎng)徑比 hd1.22m 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 反應(yīng)釜的設(shè)計(jì) 34 4釜體直邊高度 h1.8m 5釜體實(shí)際高度 h3.18m 6封頭直徑d取2.6m 7封頭高度h取0.69m 8封頭直邊高度h取0.04m 9進(jìn)料口管徑 1 d0.0

40、75m 10出料口管徑 2 d0.075m 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 熱量衡算 35 第第 6 6 章章 熱量衡算熱量衡算 熱量衡算是指根據(jù)能量守恒定律對(duì)設(shè)備在操作過(guò)程中傳入熱量或傳出熱量的 平衡計(jì)算。 6.16.1 熱量衡算的內(nèi)容及作用熱量衡算的內(nèi)容及作用 6.1.16.1.1 為后續(xù)工藝設(shè)計(jì)提供依據(jù)為后續(xù)工藝設(shè)計(jì)提供依據(jù) 連續(xù)操作過(guò)程的熱量衡算。計(jì)算正常操作時(shí)的傳熱速率，為設(shè)備傳熱面積， 傳熱介質(zhì)流量，工藝管徑等的計(jì)算及控制方案的選擇提供依據(jù)，對(duì)于完整的工藝 設(shè)計(jì)過(guò)程，還需計(jì)算連續(xù)裝置開(kāi)、停車時(shí)傳熱效率的變化情況，以便為輔助工藝 控制過(guò)程的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 6.1.26.1.2 熱量消耗的計(jì)

41、算及能源的綜合利用熱量消耗的計(jì)算及能源的綜合利用 熱量消耗的計(jì)算主要為經(jīng)濟(jì)核算等提供依據(jù)，因此需要按單位操作時(shí)間或處 理單位物質(zhì)質(zhì)量所需消耗熱量進(jìn)行計(jì)算。另外還需要根據(jù)熱量衡算的結(jié)果，解決 能源合理應(yīng)用的問(wèn)題。 6.1.36.1.3 為其他專業(yè)設(shè)計(jì)提供依據(jù)為其他專業(yè)設(shè)計(jì)提供依據(jù) 提出傳熱介質(zhì)的種類、相態(tài)、使用溫度范圍、使用壓力范圍、傳熱介質(zhì)流量 及用量、設(shè)備是否需要保溫等設(shè)計(jì)條件，為公用工程、自控儀表等提供依據(jù)。 6.26.2 傳熱設(shè)備的熱量衡算傳熱設(shè)備的熱量衡算 熱量衡算按照能量守恒定律，傳熱設(shè)備的熱量衡算由下式計(jì)算： 654321 qqqqqq q1物料帶入設(shè)備的熱量，kj q2加熱劑或者

42、冷卻劑傳遞的熱量（加熱劑加入熱量為“+”，冷卻劑吸收熱 量為“”） ，kj q3過(guò)程的熱效應(yīng)（放熱為“+”，吸熱為“”，與熱焓符號(hào)正好相反） ，kj q4離開(kāi)設(shè)備物料帶走的熱量，kj q5設(shè)備各部件所消耗的熱量，kj q6設(shè)備的熱損失，kj 要計(jì)算傳熱設(shè)備的熱負(fù)荷 q2 ，一般以進(jìn)料溫度作為基準(zhǔn)，所處理的物料帶 入設(shè)備中的熱量；熱量損失在工業(yè)上一般的估計(jì)： 0 1 q 265 15%qqq 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 熱量衡算 36 熱平衡式整理為： 85 . 0 34 2 qq q （1）計(jì)算 3 q pr qqq 3 其中， a a r m g q 1000 查圖，在 150下反應(yīng)液的聚合反

43、應(yīng)熱： ， molkjh ar /75)( 有=。 0 r qmolkjh ar /75)( 由于此聚合反應(yīng)沒(méi)有發(fā)生物料狀態(tài)變化熱效應(yīng)，故所產(chǎn)生的物理熱效應(yīng)可以 忽略不計(jì)，即，有 0 p q kjq m g qq r a a r 70 3 102 . 275 104 46.3092110001000 （2）計(jì)算 4 q 0d4 ttcgq pi 因?yàn)槲锪舷阮A(yù)熱到 80才進(jìn)料，故取基準(zhǔn)溫度80，查附表在 150時(shí)， 0 t 反應(yīng)液的比熱容 cp=2.1kj/（kg.k） ，有 kjttcgq pi 6 0d4 1017. 5)80150(1 . 202.35138)( （3） 計(jì)算 2 q （反

44、應(yīng)為放熱反應(yīng)，故須采kj qq q 7 76 34 2 1098 . 1 85 . 0 102 . 21016 . 5 85 . 0 用冷卻水冷卻） kj%qqq 67 265 1039 . 2 1059 . 1 15%15）（ 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 熱量衡算 37 熱量衡算表 項(xiàng)目輸入熱或反應(yīng)熱 kj輸出熱或熱損失 kj 物料05.17 106 熱效應(yīng)2.2 107 0 設(shè)備及介質(zhì)2.39 106 1.98 107 合計(jì)2.4 107 2.4 107 6.36.3 載熱體的消耗量載熱體的消耗量 要達(dá)到等溫操作，則載熱體帶出熱量應(yīng)等于熱量衡算式中的 q2 對(duì)于間歇釜式反應(yīng)器，在進(jìn)行熱量衡算

45、時(shí)是以每天處理的物料量為基準(zhǔn)，在 計(jì)算傳熱面積時(shí)是以小時(shí)為基準(zhǔn)。 進(jìn)出 t 2 tc q g p cp-載熱體的熱容，kj/（kg） -每天生產(chǎn)的次數(shù)， -反應(yīng)時(shí)間，h 夾套的冷卻水入口溫度 20，出口溫度 50，查表得冷卻水的比熱容 cp=4.174kj/（kg.k） 故 kj tc q g p 63.11670 36 . 1 8)2050(174 . 4 1059. 1 t 7 2 進(jìn)出 6.46.4 總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù) k k 的確定的確定 反應(yīng)器是進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程常伴有放熱或者吸熱反應(yīng)，為 了維持最佳的反應(yīng)溫度，反應(yīng)器中必須設(shè)置傳熱裝置。一般的攪拌釜是在釜體的 內(nèi)部或

46、外部設(shè)置供加熱或冷卻用的傳熱裝置，通常為釜體外部夾套或釜內(nèi)蛇管。 6.56.5 夾套傳熱裝置的設(shè)計(jì)夾套傳熱裝置的設(shè)計(jì) 夾套一般由普通碳鋼制備，它是套在反應(yīng)器筒外能形成密封空間的容器，既 簡(jiǎn)單又方便。為了強(qiáng)化傳熱，在夾套內(nèi)常采用螺旋導(dǎo)流板。夾套筒器身的間距視 容器公稱直徑的大小采用不同的數(shù)值，一般為 25100 mm。夾套的高度取決于 工藝要求的傳熱面積，但一般不能低于料液的高度，應(yīng)比液面高度高出 50100 mm，以保證傳熱。通常加套內(nèi)的壓力不能超過(guò) 1000 kpa，夾套傳熱的優(yōu)點(diǎn)是結(jié) 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 熱量衡算 38 構(gòu)簡(jiǎn)單，耐腐蝕，適應(yīng)性強(qiáng)。但是傳熱效率不太高。 計(jì)算 k 值的基

47、準(zhǔn)面積，習(xí)慣上常用設(shè)備的外表面積 ao，當(dāng) a0/ai2 時(shí)近似按 平壁計(jì)算，即 aiamao。在計(jì)算給熱系數(shù) 不考慮鍋壁厚度的影響。 z r k 夾套鍋內(nèi) 11 1 式中 k總傳熱系數(shù)，w/m2 -給熱系數(shù)，w/m2； rz-污垢熱阻，m2/w； -反應(yīng)器壁厚，m； -設(shè)備壁導(dǎo)熱系數(shù)，w/m。 1. 釜側(cè)的傳熱膜系數(shù) 可采用如下的關(guān)聯(lián)式求取。 c s ba prresj d 鍋 d鍋的直徑，m 流體的導(dǎo)熱系數(shù)，w/（mk） n攪拌轉(zhuǎn)速，s-1 d攪拌漿直徑，m 流體密度，kg/m3 ，s流體及其器壁上的黏度 pas 查文獻(xiàn)附表有聚乙烯的導(dǎo)熱系數(shù)： =0.17w/（m. ） ， 由附圖知在反應(yīng)

48、溫度下反應(yīng)液的粘度： =0.72 pa.s.則有以下計(jì)算 4001554 72 . 0 833)4/6 . 2(18 . 3 re 22 nd 1 .8894 17. 0 72. 0101 . 2 pr 3 p c 常數(shù) j、a、b、c 的值與攪拌器型式、res 的范圍、鍋內(nèi)有無(wú)擋板、反應(yīng)鍋幾 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 熱量衡算 39 何形狀等因素有關(guān)。由于本設(shè)計(jì)選取渦輪式攪拌器，有擋板，所以 j=0.74 a=0.67 b=0.33 c=0.14 即 c s ba prresj d 鍋 0.14 s 0.330.67 prres0.74 17 . 0 6 . 2 鍋 其中 =s 解得)/(3

49、3.216 2 kmw 鍋內(nèi) 2.夾套內(nèi)的傳熱膜系數(shù) 由于該聚合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，需冷卻，故夾套內(nèi)通的是冷水，則可采用如 下的關(guān)聯(lián)式：re3600 時(shí)： 20 80 9300 . e . d u 夾 本夾套操作反應(yīng)設(shè)置通冷卻水的入口溫度為 20，出口為 50，則定性溫度 是 （20+50）/2=35 查資料有夾套內(nèi)水的物性數(shù)據(jù)是： u = 1m/s 3 /95.993mkg)/( 8 . 62kmwspa 4 10224 . 7 22 1.91.8 4 () 4 44 0.20dj di 1001800 1001900mm (1.80.018 2) e a dm l 夾套直徑(） 所以 3600

50、275180 10224. 7 95.993120 . 0 re 4 ude 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 熱量衡算 40 故85.3540 20. 0 2 . 0 9300 d u 9300 2 . 0 8 . 0 0.2 e 8 . 0 夾 w/（m2k）85.3540 夾 設(shè)置反應(yīng)釜的壁厚為 反應(yīng)釜的材料為鑄鐵，則有導(dǎo)熱系 mmm018 . 0 18 數(shù) 取垢層阻力 rz=0.0004（井水） 則總傳熱系數(shù)有： )/( 8 . 62kmw )/(79.130 0004 . 0 8 .62 018. 0 85.3540 1 77.149 1 1 11 1 2 cmw r k z 夾套鍋內(nèi) 6.

51、66.6 傳熱面積的計(jì)算傳熱面積的計(jì)算 對(duì)于間歇釜式反應(yīng)器，在進(jìn)行熱量衡算時(shí)是以每天處理的物料量為基準(zhǔn)， 在計(jì)算傳熱面積時(shí)是以小時(shí)為基準(zhǔn)。 c tt tt tttt tm 34.114 50150 20150 ln )50150()20150( ln )()( 22 11 2211 2 35 2 02 . 7 34.11479.1303600 10109 . 3 m tk q f m 6.76.7 夾套幾何尺寸的計(jì)算夾套幾何尺寸的計(jì)算 6.7.16.7.1 夾套直徑夾套直徑 djdj 的計(jì)算的計(jì)算 dj 可根據(jù)罐體內(nèi)徑按下表推薦的數(shù)據(jù)選取。夾套封頭根據(jù)夾套直徑及所選 封頭形式按標(biāo)準(zhǔn)選取。 夾套

52、直徑 dj 與罐體直徑 dj 的關(guān)系（mm） di500600700180020003000 djdi+50di+100di+200 本反應(yīng)釜的公稱直徑 di =2600mm 故夾套直徑 dj =di +200 =2600+200=2800mm 6.7.26.7.2 夾套高度夾套高度 hjhj 的計(jì)算的計(jì)算 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 熱量衡算 41 主要決定于傳熱面積 ah 的要求，且一般不低于液面高度，以保證充分傳熱。 此時(shí)可按： 1m v 封頭 vv h a j va工藝計(jì)算給定容積，m3 v 封頭罐體下封頭容積，m3 v1m1m 高筒體容積，m3 1m 高筒體傳熱面積，m2 m f1 筒

53、體的傳熱面積，m2 筒 f 封頭的傳熱面積，m2 封 f 裝料系數(shù)，可取 0.60.85 取裝料系數(shù)則： 75. 0 m vv h a j 55 . 1 31 . 5 51 . 2 33.1475 . 0 v1m 封頭 故取=1.6m，夾套筒體高度 h=1.6+0.69=2.29m j h 查表反應(yīng)釜時(shí)，有 mmdn2600 3 1 31. 5mv m 2 1 66 . 5 mf m 故有 查表有 2 1 773 . 8 66 . 5 55 . 1 mfhf mj 筒 2 7383 . 3 mf 封 所以 22 m02 . 7 f51.127383. 3773 . 8 fmf封 筒 則換熱裝置

54、只選用夾套就足夠了。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 自動(dòng)控制 42 第第 7 7 章章 自動(dòng)控制自動(dòng)控制 7.17.1 控制方式控制方式 為了提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)過(guò)程和工藝設(shè)備的安全性，提高生 產(chǎn)方案變化的靈活性和適應(yīng)性，采用集散型控制系統(tǒng)（dcs）進(jìn)行集中監(jiān)控。 7.27.2 主要控制方案主要控制方案 根據(jù)國(guó)內(nèi)裝置多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，采用可靠成熟的控制方案。為了確保裝置運(yùn)行 和人員安全，設(shè)有緊急停車系統(tǒng)（esd） 。esd 與 dcs 間有通訊接口，將 esd 的 所有控制內(nèi)容狀態(tài)，全部顯示在 dcs 的 crt 上，以便操作人員全面掌握及控制 全廠的生產(chǎn)狀態(tài)。 所有工藝參數(shù)的顯示、打印、

55、趨勢(shì)記錄以及信號(hào)越限報(bào)警均由 dcs 來(lái)完成。 dcs 留有與上位機(jī)的通訊接口，以便將來(lái)與總廠調(diào)度通訊，使廠方的管理人員時(shí) 時(shí)刻刻掌握整個(gè)工廠的生產(chǎn)運(yùn)行狀況。 7.2.17.2.1 泵的控制泵的控制 流量控制 1）通過(guò)控制離心泵的轉(zhuǎn)速來(lái)控制泵的出口流量：這種控制方式在液體輸送 管道上不需要安裝調(diào)節(jié)閥，阻力損失小，機(jī)械效率高。用于循環(huán)水泵。 2）通過(guò)控制出口管路的閥門開(kāi)度控制泵出口流量：調(diào)節(jié)方便準(zhǔn)確，適于化 工自動(dòng)控制。用于原料進(jìn)料泵、回流泵、循環(huán)泵、產(chǎn)品泵等工藝泵。 7 7.2.2.2.2 反應(yīng)器的自動(dòng)控制反應(yīng)器的自動(dòng)控制 化學(xué)反應(yīng)器是化工生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)備。在化學(xué)反應(yīng)器中可按受控條件進(jìn) 行

56、化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)有箱狀和管狀兩種，前者容納均勻混合的反應(yīng)物，后 者則連續(xù)流過(guò)反應(yīng)物。反應(yīng)器的操作方式有批量和連續(xù)兩種?；瘜W(xué)反應(yīng)可按單相 和多相進(jìn)行，多相反應(yīng)通常在催化劑的作用下進(jìn)行。批量反應(yīng)在給定的時(shí)間內(nèi)進(jìn) 行，連續(xù)反應(yīng)沿反應(yīng)物流體的流線進(jìn)行，催化反應(yīng)沿催化劑的表面進(jìn)行。反應(yīng)器 控制的優(yōu)劣對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益有直接影響。反應(yīng)器的控制變量為反應(yīng)物的流 速，控制作用施加在反應(yīng)器內(nèi)或入口處的反應(yīng)物流體上，同時(shí)對(duì)流速的變化率和 范圍均有限制。因此，化學(xué)反應(yīng)器的控制屬于約束控制，常采用最優(yōu)預(yù)測(cè)和適應(yīng) 控制。 任何一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都有它最適宜的溫度。溫度控制的首要任務(wù)是正確選擇敏 點(diǎn)位置，把感溫元件安裝

57、在敏點(diǎn)處，可以及時(shí)反映整個(gè)反應(yīng)溫度的變化。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)結(jié)果 43 第第 8 8 章章 設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)結(jié)果 本次設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)結(jié)果如下： 物料衡算表 名稱輸入物料 kg/h輸出物料 kg/h 苯乙烯1288.825.77 甲苯175.69175.69 聚苯乙烯01262.03 總計(jì)1464.491464.49 聚合釜設(shè)計(jì)匯總表 序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值 1聚合釜實(shí)際容積 t v14.33m3 2聚合釜公稱直徑 d2.6m 3聚合釜實(shí)際長(zhǎng)徑比 hd1.22m 4釜體直邊高度 h1.8m 5釜體實(shí)際高度 h3.18m 6封頭直徑d取2.6m 7封頭高度h取0.69m 8封頭直邊高度h取0.04

58、m 9進(jìn)料口管徑 1 d0.075m 10出料口管徑 2 d0.075m 熱量衡算表 項(xiàng)目輸入熱或反應(yīng)熱 kj輸出熱或熱損失 kj 物料05.17 106 熱效應(yīng)2.2 107 0 設(shè)備及介質(zhì)2.39 106 1.98 107 合計(jì)2.4 107 2.4 107 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) 44 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 李愛(ài)英, 李玉柱, 張 帆, 等. 高支化聚苯乙烯的合成與表征j. 江蘇常熟理工學(xué)院, 江蘇,常 熟: 2006 年 35 卷 第 6 期 2 宋學(xué)君. 聚苯乙烯泡沫塑料回收與改性利用的研究d. 東北大學(xué), 博士學(xué)位論文, 2005 年 11 月 3 閆 展, 趙 妍, 趙振

59、河, 等. 低溫環(huán)保型聚丙烯酸酯黏合劑的合成及應(yīng)用d, 西安工程大 學(xué)紡織與材料學(xué)院, 陜西: 2011 8-12 4 王文清. 聚苯乙烯工業(yè)裝置的建模與優(yōu)化d, 浙江大學(xué), 博士學(xué)位論文, 2004 年 2 月 5 楊軍校, 隋海波, 楊海君, 等. 新型硫摻雜聚苯乙烯的制備與表征j, 西南科技大學(xué)材料科 學(xué)與工程學(xué)院, 四川: 2010 年 7 月 794-798 6 臺(tái)啟龍. 新型磷氮化合物的合成及其阻燃聚苯乙烯的研究d, 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué), 博士學(xué) 位論文, 2012 年 6 月 7 閆俊濤. 功能性聚苯乙烯復(fù)合粒子的合成與性能研究d, 吉林大學(xué), 博士學(xué)位論文, 2012 年 5 月

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