年產(chǎn)12萬(wàn)噸PS本體聚合車(chē)間的工藝設(shè)計(jì)

1、12 萬(wàn)噸/年 ps 本體聚合車(chē)間的工藝設(shè)計(jì) 院 系： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)老師： 姓名學(xué)號(hào)： * * * * * * * * 完成時(shí)間： 2015 年 1 月 4 日 前前 言言 聚苯乙烯塑料簡(jiǎn)介聚苯乙烯系塑料指大分子鏈中包括苯乙烯的一類(lèi)塑料，包括苯乙烯及其共聚 物，具體品種包括 ps、 hips 及 abs 三類(lèi)。聚苯乙烯是指由苯乙烯單體經(jīng)自由基縮聚反應(yīng)合成的 聚合物，英文名稱(chēng)為 polystyrene，簡(jiǎn)稱(chēng) ps。ps 包括普通聚苯乙烯(gpps)、可發(fā)性聚苯乙烯 (eps)和茂金屬聚苯乙烯(sps)等。eps 為在 gppg 中浸漬低沸點(diǎn)的物理發(fā)泡劑，加工中受熱可發(fā)泡。 sps 為間同 p

2、s，詳見(jiàn)本節(jié)改性品種中介紹。 ps 的優(yōu)點(diǎn)為高透明性、其透光率可達(dá) 90%以上，電 絕緣性好、身著色、加工流動(dòng)性好、剛性好及耐化學(xué)腐蝕性好等。ps 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。到 2000 年，我國(guó) ps 的年產(chǎn)量可達(dá) 85 萬(wàn) t。主要生產(chǎn)廠(chǎng)家有:臺(tái)灣奇美惠州工廠(chǎng)(gpps300kt/a)、揚(yáng)子石化公司(gpps 和 hips120kt/a)、汕 頭海洋公司 ps 廠(chǎng)(gpps80kt/a)、湛江中美化學(xué)公司 (gpps80kt/a)、高橋石化公司 (gpps 和 hips50kt/a)、廣州石化總廠(chǎng) (gpps 和 hips50kt/a)、無(wú)錫華

3、騰化工塑料公司 (gpps 和 hips7.5kt/a) 、 上海石化總廠(chǎng)(eps30kt/a) 、 齊魯石 化 公司 (gpps36kt/a) 、 大 慶石 化總 廠(chǎng)(gpps 和 hips25kt/a)、吉化公司有機(jī)合成廠(chǎng) (gppsl0kt/a)、金陵石化公司塑料廠(chǎng) (epsl0kt/a)、 汕頭合成樹(shù)脂廠(chǎng)(gpps 和 hipsl0kt/a)、上海塑料制品七廠(chǎng) (eps3kt/a)、盤(pán)錦乙烯公司 (hips2kt/a)以及北京燕山石化二分廠(chǎng)、常州化工廠(chǎng)、大連氯酸鉀廠(chǎng)及哈爾濱化工四廠(chǎng)等。 、psps 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) ps 的大分子主鏈為飽和烴類(lèi)聚合物，具有良好的電絕緣性又因吸濕性小，可用于

4、潮濕環(huán)境中。 ps 的側(cè)基為體積大的苯環(huán)，分子結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)，大分子鏈運(yùn)動(dòng)困難，ps 呈現(xiàn)剛性和脆性，制品易 產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。 由于苯基的存在，主鏈上氫原子活化，易于被空氣中的氧氧化，制品長(zhǎng)期戶(hù)外使用 變黃變脆。但同時(shí)，苯基的存在又賦予其較高的耐輻射性能，在 106gy 輻射劑量下，性能變化很小。 、psps 的性能的性能 （a）一般性能 ps 為無(wú)色透明的粒料，燃燒時(shí)發(fā)濃煙并帶有松節(jié)油氣味，吹熄可拉長(zhǎng)絲；制品 質(zhì)硬似玻璃狀，落地或敲打金發(fā)出類(lèi)似金屬的聲音能斷不能彎，斷口處呈現(xiàn)蚌殼色銀光。 ps 的 吸水率為 0.05%，稍大于 pe，但對(duì)制品的強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性影響不大。 (b)光學(xué)性能透明性好是 p

5、s 最大的特點(diǎn)，透光率可達(dá) 88%92%，同 pc 和 pmma 一樣屬最優(yōu)秀 的透明塑料品種，人稱(chēng)三大透明塑料。ps 的折射率為 1.591.60，但因苯環(huán)的存在，其雙折射較 大，不能用于高檔光學(xué)儀器。 (c)力學(xué)性能 ps 硬而脆、無(wú)延伸性、拉伸至屈服點(diǎn)附近即斷裂。ps 的拉伸強(qiáng)度和彎曲在通用 熱塑性塑料中最高，其拉伸強(qiáng)度可達(dá) 60mpa但沖擊強(qiáng)度很小，難以用做工程塑料。ps 的耐磨性差， 耐蠕變性一般。ps 的力學(xué)性能隨溫度的影響比較大。 (d)熱學(xué)性能 ps 的耐熱性能不好，熱變形溫度僅為 7090，只可長(zhǎng)期在 6080溫度范 圍內(nèi)使用。 ps 的耐低溫性也不好，脆化溫度為 30。ps

6、 的熱導(dǎo)率低，一般為 0.040.13w/mk 線(xiàn)膨脹系數(shù)較大，與金屬相差懸殊，故制品不易帶金屬嵌件。 (e)電學(xué)性能 ps 的電絕緣性?xún)?yōu)良，且不受溫度和濕度的影響，介電損耗角正切值小，可耐適 當(dāng)?shù)碾姇灧烹姡碗娀⌒院?，適于做高頻絕緣材料。 (f)環(huán)境性能 ps 的化學(xué)穩(wěn)定性較好，可耐一般酸、堿、鹽、礦物油及低級(jí)醇等，但可受許多 烴類(lèi)、酮類(lèi)及高級(jí)脂肪酸等侵蝕，可溶于芳烴 (如苯、甲苯、乙苯及苯乙烯)、氯化烴(如四氯化碳、 氯仿及氯苯)等。ps 的耐候性不好，耐光、氧化性都差，不適長(zhǎng)期戶(hù)外使用，但 ps 的耐輻射性好。 ps 的主要用途為包裝產(chǎn)品 50%，透明產(chǎn)品 40%，注塑制品 10%。 受

7、歐洲債務(wù)危機(jī)加深等因素的影響，世界經(jīng)濟(jì)的不確定性也隨之增加。經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇放緩，國(guó)際市 場(chǎng)需求萎縮，加之人民幣匯率升值、中東地區(qū)局勢(shì)動(dòng)蕩等因素的影響，2011 年 ps 出口業(yè)務(wù)呈現(xiàn)放 緩的趨勢(shì)。中國(guó) ps 經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展，從進(jìn)口發(fā)展到有能力自給，再到出口大國(guó)，產(chǎn)品產(chǎn)量、 品質(zhì)、價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯。具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 本設(shè)計(jì)采用本體法連續(xù)聚合生產(chǎn)聚苯乙烯。 目 錄 前 言 1 1 目 錄 2 2 設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 4 4 1 ps 的聚合機(jī)理 4 4 1.1 聚合過(guò)程 4 4 1.1.1 鏈引發(fā) 4 4 1.1.2 鏈增長(zhǎng) 4 4 1.1.3 鏈終止 4 4 1.1.4 鏈轉(zhuǎn)移 4 4 1.2 聚合工藝

8、4 4 1.2.1 預(yù)聚合 4 4 1.2.2 聚合 5 5 1.2.3 分離及聚合物后處理 5 5 1.3 聚合體系各組分及作用 5 5 1.3.1 單體苯乙烯 5 5 1.3.2 引發(fā)劑 5 5 1.3.3 添加劑 6 6 2 聚苯乙烯工藝流程設(shè)計(jì) 6 6 2.1 工藝路線(xiàn) 6 6 2.2 單體原料路線(xiàn)的確定 6 6 2.3 溶劑的選擇 6 6 2.4 工藝流程及工藝參數(shù) 6 6 2.5 方案流程圖 7 7 2.6 工藝流程草圖 7 7 3 物料衡算及熱量衡算 8 8 3.1 生產(chǎn)規(guī)模 8 8 3.2 化學(xué)變化及物理化學(xué)變化 8 8 3.3 鏈增長(zhǎng) 8 8 3.3.1 計(jì)算主要原料投料流量

9、 8 8 3.3.2 物料平衡投料匯總 1010 3.4 熱量衡算 1111 4 反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 1212 4.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 1212 4.2 設(shè)備的工藝計(jì)算及選型 1212 4.2.1 聚合釜的計(jì)算 1212 4.2.2 泵的選擇 1313 4.3 換熱器的設(shè)計(jì) 1515 4.4 儲(chǔ)罐的選擇 1717 4.5 設(shè)計(jì)一覽表 1818 4.6 攪拌裝置的設(shè)計(jì) 1818 4.6.1 選擇攪拌槳葉形式 1818 4.6.2 攪拌附件的設(shè)計(jì) 1818 4.6.3 確定攪拌轉(zhuǎn)速 1919 4.6.4 計(jì)算攪拌槳葉排出流量 1919 4.6.5 計(jì)算攪拌功率 1919 4.7 傳熱裝置的計(jì)算 2020

10、 4.8 進(jìn)料口徑的計(jì)算 2121 4.9 軸封裝置 2121 5 參考文獻(xiàn) 2222 6 致謝 2323 1 1 psps 聚合機(jī)理聚合機(jī)理 1.11.1 聚合過(guò)程聚合過(guò)程 在烴類(lèi)物質(zhì)中，苯乙烯的單體活性較大。而對(duì)自由基而言，苯乙烯在烴類(lèi)之中自由基活性較小， 也就是說(shuō)苯乙烯自由基不活潑。這是因?yàn)楸揭蚁﹩误w的雙鍵與苯環(huán)產(chǎn)生共軛反應(yīng)，雙鍵上的電子云 易流動(dòng)極化，兀鍵易均裂，所以苯乙烯單體活潑。而當(dāng)苯乙烯形成苯乙烯自由基時(shí)，自由基的獨(dú)立 電子也可與苯環(huán)共軛而穩(wěn)定，故苯乙烯的自由基就不活潑。聚苯乙烯熱引發(fā)連續(xù)本體聚合時(shí)，其聚 合機(jī)理是基于典型的自由基聚合過(guò)程，它總是由鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)和鏈終止三個(gè)基本單

11、元組成。 熱引發(fā)就是苯乙烯單體受熱使部分苯乙烯的雙鍵打開(kāi)，進(jìn)行雙烯加成反應(yīng)， 形成中間產(chǎn)物， 再與單體進(jìn)行氫原子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生初級(jí)游離基，從而引發(fā)大量的苯乙烯進(jìn)行聚合反應(yīng)。 1.1.11.1.1 鏈引發(fā)鏈引發(fā) 苯乙烯單體的分子式中的雙鍵雖然與苯環(huán)產(chǎn)生共軛，相對(duì)穩(wěn)定，但在受熱激發(fā)后，仍可產(chǎn)生自 由活性種，最初的熱引發(fā)過(guò)程是進(jìn)行雙烯加成反應(yīng)，產(chǎn)生兩個(gè)初級(jí)游離基，在游離基的影響下，單 體的烯烴雙鏈會(huì)產(chǎn)生自由基活性種。 1.1.21.1.2 鏈增長(zhǎng)鏈增長(zhǎng) 活性種在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，將會(huì)彼此相遇而結(jié)合成多分子的聚合物，而且這些分子仍帶有活性（多 余的一個(gè)電子呈負(fù)極性），苯乙烯的活性種結(jié)合有三種方式，頭尾、頭頭、尾尾

12、相接。但實(shí)驗(yàn)證明 其主要是頭尾相接。因?yàn)轭^尾相接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定共軛，所以其能級(jí)較低；頭頭相接或尾尾相接，能級(jí)較 高，其結(jié)構(gòu)相對(duì)不穩(wěn)定。如此的鏈增長(zhǎng)是相當(dāng)迅速的。因鏈增長(zhǎng)的活化能低，苯乙烯的活化能為 32.7kj/mol，其在 0.01 秒幾秒之內(nèi)可能聚合成千上萬(wàn)、而鏈增長(zhǎng)中，聚苯乙烯的聚合熱為 69.9 kj/mol，如何處理好聚合熱是聚苯乙烯聚合反應(yīng)的關(guān)鍵。但實(shí)驗(yàn)證明，其主要是頭尾相接。因?yàn)轭^ 尾相接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定共軛，其能級(jí)較低。頭頭相接或尾尾相接，能級(jí)較高，其結(jié)構(gòu)相對(duì)不穩(wěn)定。如此的 鏈增長(zhǎng)是相當(dāng)迅速的。因鏈增長(zhǎng)的活化能低，苯乙烯的活化能為 32.7 kj/mol，其在 001 秒幾 秒之內(nèi)可能聚合成

13、千上萬(wàn)、而鏈增長(zhǎng)中，聚苯乙烯的聚合熱為 699 kjmol，如何處理好聚合熱 是聚苯乙烯聚合反應(yīng)的關(guān)鍵。 1.1.31.1.3 鏈終止鏈終止 鏈終止可以有雙鍵耦合終止和單基終止。據(jù)實(shí)驗(yàn)，苯乙烯在較低聚合溫度的情況下，幾乎百分 之百是偶合型終止。在高轉(zhuǎn)化率和高粘度的情況下，活性鏈與反應(yīng)器金屬表面碰撞發(fā)生金屬自由電 子結(jié)合，“粘壁”終止，或被高粘度聚合物包裹而終止。 1.1.41.1.4 鏈轉(zhuǎn)移鏈轉(zhuǎn)移 鏈轉(zhuǎn)移是指高分子活性鏈相互作用，結(jié)果使電子或氫原子的轉(zhuǎn)移，使活性鏈?zhǔn)セ钚远蔀榉€(wěn) 定高分子。聚苯乙烯的穩(wěn)定鏈也是通過(guò)鏈轉(zhuǎn)移得到的。鏈轉(zhuǎn)移的另一種形式是高分子活性鏈與單體 作用，使高分子的活性點(diǎn)轉(zhuǎn)移

14、到單體，單體成為活性種，這種鏈轉(zhuǎn)移不影響聚合速率。 1.21.2 聚合工藝聚合工藝 由于本體聚合體系的黏度大，聚合熱不容易導(dǎo)出，易引起局部過(guò)熱，輕者會(huì)使產(chǎn)品變形，影響 產(chǎn)品質(zhì)量，重者會(huì)引起爆聚，使聚合失敗。為了解決這個(gè)矛盾，苯乙烯熱聚合在工藝上分“預(yù)聚” 和“聚合”兩段進(jìn)行。 1.2.11.2.1 預(yù)聚合預(yù)聚合 預(yù)聚合在預(yù)聚釜中完成。預(yù)聚釜是帶攪拌裝置的壓力釜。帶有球形蓋及底的鋁質(zhì)或不銹鋼的圓 筒形設(shè)備，內(nèi)部有傳熱盤(pán)管，外壁有鋼質(zhì)夾套，并裝有不銹鋼的錨式或框式攪拌器。預(yù)聚釜容積視 生產(chǎn)能力而定，我國(guó)早期聚苯乙烯生產(chǎn)裝置的預(yù)聚釜的容積為 2m3。 預(yù)聚合的工藝條件：攪拌轉(zhuǎn)速為 3036r/min

15、，溫度保持 8090，6h7h，轉(zhuǎn)化率 30 35，這時(shí)苯乙烯聚合的自動(dòng)加速現(xiàn)象尚未出現(xiàn)或剛開(kāi)始。由預(yù)聚釜出來(lái)的混合物轉(zhuǎn)化率為 30%35%。 預(yù)聚合過(guò)程中要采用隋性氣體保護(hù)：反應(yīng)系統(tǒng)中采用 n2 保護(hù)，尤其是脫氧 n2 保護(hù)，可抑制 聚苯乙烯熱氧化而變黃。 1.2.21.2.2 聚合聚合 轉(zhuǎn)化率為 30%35% 的粘稠預(yù)聚漿自?xún)膳_(tái)預(yù)聚釜底部經(jīng)閥門(mén)沿加熱導(dǎo)管連續(xù)地流入聚合塔中， 溫度在 100200，轉(zhuǎn)化率約 98%，自聚合釜流出的物料中聚苯乙烯的濃度約為 7090%，尚有不 少未反應(yīng)的苯乙烯單體、溶劑和易揮發(fā)物，送入脫揮器以脫除可揮發(fā)組分。脫除可揮發(fā)組分后的熔 融聚苯乙烯可以直接造粒，包裝。

16、 1.2.31.2.3 分離及聚合物后處理分離及聚合物后處理 真空脫氣塔塔底裝有篩板，從塔底連續(xù)流出的 ps 熔融物經(jīng)真空系統(tǒng)脫除單體和低聚物后呈細(xì) 條狀擠出。經(jīng)牽引、流水冷卻后，用切粒機(jī)造粒。粒狀的 ps 用水流輸送到料倉(cāng)，過(guò)濾、脫水、干 燥得成品，然后包裝出售。 本次課題主要研究采用熱引發(fā)本體聚合的聚合工藝制備聚苯乙烯，首先是苯乙烯的預(yù)聚合反應(yīng)， 將苯乙烯單體、引發(fā)劑以及其他一些助劑加入攪拌轉(zhuǎn)速為 3036r/min，溫度保持在 8090的 預(yù)聚釜中反應(yīng) 67 小時(shí)。然后再進(jìn)行后聚合反應(yīng)，將轉(zhuǎn)化率為 3035% 的黏稠預(yù)聚漿自?xún)膳_(tái)預(yù)聚 釜底部經(jīng)閥門(mén)沿加熱導(dǎo)管連續(xù)地流入后聚合釜中進(jìn)行反應(yīng)，溫

17、度保持在 100200。最后進(jìn)行分 離及聚合物后處理，自后聚合釜流出的物料送入脫揮器，脫除單體和低聚物，然后從擠出機(jī)中呈細(xì) 條狀擠出，經(jīng)牽引、流水冷卻后，用切粒機(jī)造粒。粒狀的 ps 輸送到料倉(cāng)，過(guò)濾、脫水、干燥得成 品，然后包裝。 1.31.3 聚合體系各組分及作用聚合體系各組分及作用 1.3.11.3.1 單體苯乙烯單體苯乙烯 苯乙烯為無(wú)色或微黃色易燃液體。有芳香氣味和強(qiáng)折射性。不溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮、 二硫化碳等有機(jī)溶劑。苯乙烯的熔點(diǎn)為30.6，相對(duì)密度為 0.9019，沸點(diǎn)為 145.2，折射率 1.5463，閃點(diǎn)為 31，臨界溫度為 373，臨界壓力為 4.1mpa。 閃點(diǎn)是指

18、可燃性液體表面上的蒸 汽和空氣的混合物與火接觸而初次發(fā)生閃光時(shí)的溫度。臨界溫度是該物質(zhì)可能被液化的最高溫度。 臨界壓力是指在臨界溫度時(shí)使氣體液化所需要的最小壓力。 苯乙烯受熱會(huì)形成自由基，受熱至 120時(shí)自由基生成速率明顯增加，可用于引發(fā)聚合。因而， 苯乙烯的聚合可以不加引發(fā)劑，而是在熱的作用下進(jìn)行熱引發(fā)聚合。但苯乙烯的熱聚合產(chǎn)物很復(fù)雜， 至少有 15 種聚合物生成，其中，三烯化合物是真正的引發(fā)劑。三烯化合物與苯乙烯發(fā)生氫原子轉(zhuǎn) 移反應(yīng)，生成兩個(gè)單體自由基，然后進(jìn)行引發(fā)聚合： 由于苯乙烯分子中的乙烯基與苯環(huán)之間形成共軛體系，電子云在乙烯基上流動(dòng)性大，使得苯 乙烯的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡坏苓M(jìn)行均

19、聚合，也能與其他單體如丁二烯、丙烯腈等發(fā)生共聚合反 應(yīng)。是合成塑料、橡膠、離子交換樹(shù)脂和涂料等的主要原料。 苯乙烯在貯運(yùn)存過(guò)程中會(huì)發(fā)生自聚，一般加入少量阻聚劑對(duì)叔丁基鄰苯二酚（tbc）。使用前 應(yīng)該用氫氧化鈉水溶液洗滌、水洗、干燥純化。一般工業(yè)級(jí)苯乙烯中含有少量乙苯、2甲基苯乙 烯、異丙苯等雜質(zhì)，對(duì)聚合及產(chǎn)物性能會(huì)產(chǎn)生影響。 1.3.21.3.2 引發(fā)劑引發(fā)劑 為了更好地控制產(chǎn)品分子量及其分布、單體轉(zhuǎn)化率，熱引發(fā)苯乙烯本體聚合體系中還加入一定 量的引發(fā)劑。常用的引發(fā)劑有偶氮類(lèi)及過(guò)氧類(lèi)引發(fā)劑， 要求 t1/2 = 1hr （100140）為好 ，比如 bpo（中溫）和過(guò)氧化苯甲酸叔丁酯（高溫）的

20、復(fù)合引發(fā)劑。廣東化工2003 年第 30 卷 第 2 期文獻(xiàn)研究報(bào)道：研究者考察了熱引發(fā)方式和不同種類(lèi)、濃度下的引發(fā)劑引發(fā)方式在苯乙烯的 熱引發(fā) n 本體聚合中對(duì)聚合反應(yīng)速率和產(chǎn)品的分子量及其分子量分布的影響28。結(jié)果表明：引發(fā)劑用于苯 乙烯的本體聚合可縮短反應(yīng)停留時(shí)間、提高轉(zhuǎn)化率或提高產(chǎn)品的分子量、使分 子量分布變窄，雙官能團(tuán)引發(fā)劑的影響更為明顯。如雙功能引發(fā)劑過(guò)氧化壬二酸二叔丁酯使用 后可以明顯增加分子量，改善分子量分布： 1.3.31.3.3 添加劑添加劑 少量添加劑如抗氧劑、潤(rùn)滑劑、著色劑。 抗氧劑是一類(lèi)化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)其在聚合物體系中僅少量存在時(shí)，就可延緩或抑制聚合物氧化過(guò)程 的進(jìn)行，從

21、而阻止聚合物的老化并延長(zhǎng)其使用壽命，又被稱(chēng)為“防老劑”。 潤(rùn)滑劑的品種相當(dāng)多，常用的外潤(rùn)滑劑有石蠟、硬脂酸及其鹽類(lèi)；內(nèi)潤(rùn)滑劑有相對(duì)低分子量的 pe、ptfe、pp 等。這些低分子量的聚合物不但是優(yōu)良內(nèi)潤(rùn)滑劑，而且也是很好的外潤(rùn)滑劑。有時(shí) 候，一種潤(rùn)滑劑的效果往往不理想，需要幾種潤(rùn)滑劑配合使用，由此而產(chǎn)生了復(fù)合潤(rùn)滑劑，可以起 到多方面的作用。 著色劑主要分顏料和染料兩種。顏料按結(jié)構(gòu)可分為有機(jī)顏料和無(wú)機(jī)顏料。染料是可用于大多數(shù) 溶劑和被染色塑料的有機(jī)化合物、優(yōu)點(diǎn)為密度小、著色力高、透明度好，但其一般分子結(jié)構(gòu)小，著 色時(shí)易發(fā)生遷移。 2 2 聚苯乙烯工藝流程設(shè)計(jì)聚苯乙烯工藝流程設(shè)計(jì) 2.12.1 工

22、藝路線(xiàn)工藝路線(xiàn) 本次課題主要研究采用熱引發(fā)本體聚合的聚合工藝制備聚苯乙烯，首先是苯乙烯的預(yù)聚合反應(yīng)， 將苯乙烯單體、引發(fā)劑以及其他一些助劑加入攪拌轉(zhuǎn)速為 3036r/min，溫度保持在 8090的 預(yù)聚釜中反應(yīng) 67 小時(shí)。然后再進(jìn)行后聚合反應(yīng)，將轉(zhuǎn)化率為 3035% 的黏稠預(yù)聚漿自?xún)膳_(tái)預(yù)聚 釜底部經(jīng)閥門(mén)沿加熱導(dǎo)管連續(xù)地流入后聚合釜中進(jìn)行反應(yīng)，溫度保持在 100200。最后進(jìn)行分 離及聚合物后處理，自后聚合釜流出的物料送入脫揮器，脫除單體和低聚物，然后從擠出機(jī)中呈細(xì) 條狀擠出，經(jīng)牽引、流水冷卻后，用切粒機(jī)造粒。粒狀的 ps 輸送到料倉(cāng)，過(guò)濾、脫水、干燥得成 品，然后包裝。 2.22.2 單體原

23、料路線(xiàn)的確定單體原料路線(xiàn)的確定 苯乙烯的合成一般為精制的苯在三氯化鋁作用下與乙烯反應(yīng)生成烴化液，然后脫氫得到苯乙烯。 結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r，因地制宜，選擇合適的原料路線(xiàn)。選用工業(yè)成品苯乙烯作為生產(chǎn)原料，以下為苯乙 烯主要物性參數(shù)，如表 所示。 表 2.1 苯乙烯主要物性參數(shù)表 項(xiàng)目數(shù)值項(xiàng)目數(shù)值 沸點(diǎn)/ 凝固點(diǎn)/ 密度/(g/ml ) 聚合熱(hp)/(k/g) 聚合時(shí)體積收縮率/% 145.15 -30.6 0.297 -0.6702 17.0 溶解度（苯乙烯在水中，25） 溶解度（水在苯乙烯中，25） 溶解度（氧在苯乙烯中，25） 折光率(25)/nd 0.00032 0.00065 0.00005

24、 1.54395 2.32.3 溶劑的選擇溶劑的選擇 各種溶劑對(duì)反應(yīng)原料，產(chǎn)物及反應(yīng)所用的各種引發(fā)劑的溶解能力不同。從溶解度參數(shù)，體系黏 度，工程上傳熱與攪拌，生產(chǎn)能力提高，回收難以，毒性大小，經(jīng)濟(jì)，來(lái)源，輸送等幾方面對(duì)苯、 甲苯、乙苯等綜合比較，確定選乙苯。 2.42.4 工藝流程及工藝參數(shù)工藝流程及工藝參數(shù) 本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)年產(chǎn) 12 萬(wàn)噸聚苯乙烯聚合車(chē)間工藝的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括概述、 工藝路線(xiàn)選擇、工藝流程的設(shè)計(jì)、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)（反應(yīng)器和其他主要設(shè)備） 、設(shè)計(jì)評(píng)述等幾部分。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)

25、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)值是十二萬(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) 24000000kj。 2.52.5 方案流程圖方案流程圖 圖 2.1 方案流程圖 2.62.6 工藝流程草圖工藝流程草圖 圖 2.2 工藝流程草圖 3 3 物料衡算及熱量衡算物料衡算及熱量衡算 3.13.1 生產(chǎn)規(guī)模：生產(chǎn)規(guī)模： 年產(chǎn)量：12 萬(wàn)噸/a 生產(chǎn)時(shí)間：年工作日：330d/a.(24h/d) 相關(guān)技術(shù)指標(biāo)： 苯

26、乙烯 堿洗 水洗 減壓精餾 精制苯乙烯 擠出、造粒包裝 混合 乙苯 聚合 工藝配方：防老化劑：1%（質(zhì)量） 抗紫外線(xiàn)劑：1%（質(zhì)量） 投料配比：0.94:0.0 切粒、包裝工序物料損失率：e=0.5% 3.23.2 化學(xué)變化及物理化學(xué)變化化學(xué)變化及物理化學(xué)變化 變化關(guān)系，如表 3.1 表示 表 3.1 化學(xué)變化及物理化學(xué)變化的變化關(guān)系 化學(xué)物名稱(chēng)苯乙烯乙苯ps 鏈節(jié)聚合物 相對(duì)分子質(zhì)量符號(hào) msmp 相對(duì)分子質(zhì)量 10410610470000 3.33.3 物料衡算物料衡算 3.3.13.3.1 計(jì)算主要原料（計(jì)算主要原料（psps）投料流量）投料流量 該生產(chǎn) 12 萬(wàn)噸（年開(kāi)工 330d）連

27、續(xù)生產(chǎn)、切粒、包裝工序物料損失率 0.5% ps 熔體流量=120000 x/330 x24x（1-0.005）=15227.65kg/h 3 10 熔體流量= +(c+d)=1.0398 nx wmtps twtw sm 實(shí)際投料量=1.03785x 熔體流量 ）（）（）（000125 . 0 -100025 . 0 -10005. 0-1)001 . 0 1 ( tw sm 實(shí)際投料質(zhì)量流量=15227.65x1.03785=15804.02kg/h sm 投料摩爾流量=15804.02/104=151.9617kmol/h 101.0-苯乙烯 102.1-乙苯 101.1-苯乙烯 乙苯

28、201.2-苯乙烯 乙苯 低聚物 201.1-苯乙烯 乙苯 聚合物 202.2-苯乙烯 乙苯 低聚物 202.1-苯乙烯 乙苯 聚合物 203.2-苯乙烯 乙苯 低聚物 230.1-苯乙烯 乙苯 聚合物 204.2-苯乙烯 乙苯 低聚物 204.1-苯乙烯 乙苯 聚合物 301.1-苯乙烯 聚合物 301.2-苯乙烯 乙苯 (1)v101 物料衡算 101.0 sm: 15804.02kg/h v101.2 乙苯：15804.02x1/23.5=672.51 kg/h 合計(jì)：15804.02+ 672.51 =16476.53 kg/h （2） r201 物料衡算（轉(zhuǎn)化率 15%） 由于抽真空

29、有少量聚合物被帶出，同時(shí)帶出少量的乙苯、苯乙烯 聚合物： 15804.02x15%x0.999=2368.23 kg/h 苯乙烯： 15804.02x（1-15%）x0.999=13419.98 kg/h 乙 苯： 672.51x0.999=671.84 kg/h 201.1 671.84+13419.98+2368.23=16460.05 kg/h 201.2 672.51x0.001+15804.02 x15%x0.001+15804.02x(1-15%)x0.001=16.48kg/h 對(duì) r201 進(jìn)行物料平衡驗(yàn)算： 總進(jìn)料量：15804.02+ 672.51=16476.53 kg/

30、h 總出料量：16460.05+16.48=16476.53 kg/h (3) r202 物料衡算 （轉(zhuǎn)換率 35%） 由于抽真空有少量聚合物被帶出，同時(shí)帶出少量的乙苯、苯乙烯 苯乙烯：13419.98x（1-35%） x0.9995=8718.63 kg/h 乙苯：671.84x0.9995=671.50 聚合物： （2368.23+13419.98）x35%x0.9995=5523.11 kg/h 2368.23x65%=1539.35 kg/h 202.1 1539.35+8718.63+671.50+5523.11=16452.59 kg/h 202.2 13419.98x(1-35%

31、)+671.84+(2368.23+13419.98) x35%x0.0005=7.46 kg/h 對(duì) r202 進(jìn)行物料平衡驗(yàn)算： 總進(jìn)料量： 16460.05 kg/h 總出料量：16452.59+7.46=16460.05 kg/h （4） r203 物料衡算 （轉(zhuǎn)換率 55%） 由于抽真空有少量聚合物被帶出，同時(shí)帶出少量的乙苯、苯乙烯 苯乙烯： 8718.63x（1-55%）x0.99975=3922.48 kg/h 乙苯：671.5x0.99975=671.38 kg/h 聚合物： （5523.11 +1539.35 +8718.63）x55%x0.99975=8677.45 kg/

32、h （1539.35+5523.11）x(1-55%)=3178.15 kg/h 抽出的低聚物：（5523.11 +1539.35 +8718.63）x55%x0.00025=1.98 kg/h 抽出的乙苯、苯乙烯：（8718.63x0.45+671.5）x0.00025=1.15 kg/h 203.1 3922.48+671.38+8677.45+3178.15=16449.46 kg/h 203.2 1.98+1.15=3.13 kg/h 對(duì) r203 進(jìn)行物料平衡驗(yàn)算： 總進(jìn)料量：16452.59 kg/h 總出料量：16349.46+3.13=16452.59 kg/h (5) r20

33、4 物料衡算 （轉(zhuǎn)換率 75%） 由于抽真空有少量聚合物被帶出，同時(shí)帶出少量的乙苯、苯乙烯 苯乙烯：3922.48x（1-75%）x0.999875=980.50 kg/h 乙苯：671.38 x0.999875=671.30kg/h 聚合物： （3922.48+8677.45 +3178.15）x75%x0.999875=11832.08 kg/h (8677.45+3178.15) x(1-75%)=2963.9 kg/h 抽出的聚合物：3922.48x(1-75%)+671.30 x0.000125=0.20 kg/h 抽出的乙苯、苯乙烯： (3922.48+8677.45+3178.1

34、5) x75%x0.000125=1.48 kg/h 204.1 2963.9+980.50+671.30+11832.08=16447.78 kg/h 204.2 1.48+0.206=1.68 kg/h 對(duì) r204 進(jìn)行物料平衡驗(yàn)算： 總進(jìn)料量：16449.46 kg/h 總出料量：16447.78+1.68 =16449.46 kg/h （6）x301（蒸出 7.5%） 301.1 16447.78x(1-7.5%)=15214.20 kg/h 301.2 16447.78x7.5%=1233.58 kg/h 3.3.23.3.2 物料平衡投料匯總物料平衡投料匯總 表 3.2 ps 本

35、體法聚合連續(xù)操作物料平衡表 物流代號(hào)苯乙烯乙苯聚合物合計(jì) 101.0 101.1 101.2 201.1 201.2 202.1 202.2 203.1 203.2 204.1 204.2 301.1 301.2 3.43.4 熱量衡算熱量衡算 在化工過(guò)程中，各種熱量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可以用熱平衡方程表示： q =h進(jìn) -h出 其中q設(shè)備或系統(tǒng)與外界環(huán)境交換熱量之和，通常包括熱損失，kj； h進(jìn)離開(kāi)設(shè)備或系統(tǒng)的各股物料的焓之和，kj； h出進(jìn)入設(shè)備或系統(tǒng)的各股物料的焓之和，kj； 在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，熱平衡方程寫(xiě)成一下形式更容易計(jì)算： qt=q1+q2+q3+q4 式中 qt設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)物料與外界交

36、換熱量之和（傳入為正、傳出為負(fù)），kj； q1由于物料溫度變化系統(tǒng)與外界的熱量交換，kj； q2由于物料發(fā)生各種變化，系統(tǒng)與外界交換的熱量，kj； q3由于設(shè)備溫度改變，系統(tǒng)與外界交換的熱量，kj； q4設(shè)備向外界環(huán)境散失的熱量，kj； 上式熱平衡方程也可以寫(xiě)為如下形式： qt=q1+q2+q3+q4 (kj/h) 式中各項(xiàng) q 的物理意義與上式相對(duì)應(yīng)，上式是按交換的熱量建立的平衡方程，該式是按傳遞熱 速率建立的熱平衡方程，在實(shí)際中上式更具有使用意義。 由于反應(yīng)在恒溫恒壓下進(jìn)行并且為連續(xù)操作，所以對(duì)于各反應(yīng)釜而言q1=0，q2=0，的 10%。(1)r201 vr=19x0.8=15.2 ca

37、=15804.02/104/15.2=10.00kmol/(m*h) ra=kca=240 x10=2.4xkmol/h q2=hrravr=-70 x15.2x2.4x=-2.55 kj/h 6 10 qt=q2/(1-10%)=-2.83 kj/h 6 10 q4 =qtx10%=-2.83 kj/h 4 10 (2)r202 vr=15.2x(1-0.15)=12.92m ca=8718.63/104/12.92=6.49kmol/(m*h) ra=kca=285x6.49=1.85xkmol/h q2=hrravr=-70 x12.92x1.85x=-1.67x kj/h qt=q2/

38、(1-10%)=-1.86x kj/h q4 =qtx10%=-1.86x kj/h (3)r203 vr=12.92x(1-0.15)=10.98 ca=3922.48/104/10.98=3.43 () ra=kca=321x3.43=1.1xkmol/h q2=hrravr=-70 x10.98x1.1x=-8.45xkj/h qt=q2/(1-10%)=/(1-10%)=- kj/h q4 =qtx10%= x10%=-9.39x kj/h (4)r204 vr=10.98x(1-0.15)=9.33 ca=980.50 /104/9.33=1.01 () ra=kca=352x1.0

39、1=355.52kmol/h q2=hrravr=-70 x9.33x355.52=-2.32xkj/h qt=q2/(1-10%)=- kj/h q4 =qtx10%=-2.58x kj/h 4 4 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 4.14.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 本次設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是 12 萬(wàn)噸/年 ps 本體聚合及產(chǎn)物后處理生產(chǎn)車(chē)間的工藝設(shè)計(jì)中的一部分，主 要設(shè)計(jì)內(nèi)容有設(shè)計(jì)工藝計(jì)算，編寫(xiě)主要的設(shè)備工藝條件圖，編制聚合及后處理工段的 pfd 及 pid。 具體詳細(xì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求有： （1） 主要設(shè)備的工藝計(jì)算，主要是反應(yīng)釜，包括工藝參數(shù) 的選定，原材料的小號(hào)計(jì)算，動(dòng)力 計(jì)算及設(shè)備的工藝

40、尺寸計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （2） 典型輔助設(shè)備的選型及計(jì)算，主要是泵的選擇，換熱器的計(jì)算及儲(chǔ)罐的選擇，包括這些 設(shè)備的主要尺寸的計(jì)算和設(shè)備型號(hào)的規(guī)格的選定； （3） 以單線(xiàn)圖的形式繪制工藝流程圖，標(biāo)出主要設(shè)備輔助設(shè)備和主要工藝參數(shù)測(cè)量點(diǎn)，并繪 制聚合及產(chǎn)物后處理工段的 pfd 和 pid。 4.24.2 設(shè)備的工藝計(jì)算及選型設(shè)備的工藝計(jì)算及選型 4.2.14.2.1 聚合釜的計(jì)算聚合釜的計(jì)算 苯乙烯的本體集合過(guò)程采用連續(xù)四釜攪拌，而且四個(gè)釜的體積相同，其主要優(yōu)缺點(diǎn)有，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，返混程度與高/徑比及攪拌有關(guān)，軸向溫差大。主要原料有苯乙烯和乙苯，采用熱引發(fā)，不用 催化劑，在后處理過(guò)程中添加抗老化劑和

41、抗紫外線(xiàn)劑。 （一）基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 苯乙烯乙苯抗老化劑抗紫外線(xiàn)劑 94%4%1%1% 原料在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中虧損率為 10%；裝料系數(shù)為 0.85；物料在聚合釜內(nèi)平均停留時(shí)間為 3.5h 以第一個(gè)釜為例，設(shè)計(jì)溫度；釜內(nèi) 100，設(shè)計(jì)壓力；釜內(nèi) 0.06mpa （2）聚合釜體積計(jì)算 一年內(nèi)所需苯乙烯和乙苯的質(zhì)量；12（94%+4%）90%=13.07（萬(wàn)噸） 每小時(shí)處理物料量;13.073.533024910=63.47 所需總反應(yīng)體積：63.470.85=74.67 聚合釜體積：74.674=18.67 綜上所述，聚合釜為 4 臺(tái)，考慮 1.2 的備用系數(shù)，則需 19聚合釜 5 臺(tái) （二）聚合釜尺寸的

42、計(jì)算和選型 （1）選擇長(zhǎng)徑比 因反應(yīng)采用熱引發(fā)，所以聚合釜采用長(zhǎng)徑比（h/d）小即矮胖型，釜內(nèi)液體比表面積大，表面 更新容易，分子組分易氣化；攪拌軸較短，攪拌裝置旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定，攪拌槳直徑大，需要攪拌功率高， 對(duì)傳熱面積的增加不利；傳熱距離較長(zhǎng)，傳熱效果差。綜合取長(zhǎng)徑比（h/d）=1.2 （2）封頭及釜徑的確定 封頭的選型 上下封頭均用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，封頭高度：0.25d；封頭體積 0.131 釜徑的計(jì)算 設(shè)：h 為釜體直邊高度、h 為反應(yīng)器釜體總高度，則 h=h+20.25d=1.2d 所以 h=0.7d v=/4 d= 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取 3m 封頭尺寸確定（其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參考教材聚合物合成工藝設(shè)計(jì)186 頁(yè)

43、） d=3000mm 查表 3 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭得對(duì)應(yīng)的封頭曲面高度 封頭的直邊高度為 50mm， 厚度 =30mm 確定封頭與筒體的連接方式 焊接連接設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，且因?yàn)榇颂幏磻?yīng)器直徑較大，要抽真空，對(duì)密封要求比較高， 所以采用焊接連接。 計(jì)算并選擇釜體內(nèi)徑 取筒體厚度與封頭厚度相同 =30mm，則=d-2=3000-230=2940mm 釜總高計(jì)算 h=1.2d=3600mm 計(jì)算釜體直邊高度： 釜體的直邊高度為 3600-2750=2100mm 反應(yīng)器實(shí)際體積為： v=/4 反應(yīng)器實(shí)際長(zhǎng)徑比：h/d=3.6/3=1.2 計(jì)算最高液位，最低液位 ： =1.74m 4.2.24.2.2

44、泵的選擇泵的選擇 以第一聚合釜與第二聚合釜之間的輸送泵的選擇為例 鑒于輸送泵的特點(diǎn)及要求有流量穩(wěn)定，一般揚(yáng)程較高，粘度較大，泵入口溫度一般為常溫，但 某些中間輸送的入口溫度也可大于 100，因是連續(xù)反應(yīng)，所以工作時(shí)不能停車(chē)，泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周 期一般不小于 8000h，為適應(yīng) 3 年一次大檢修的要求，泵的設(shè)計(jì)壽命至少為 10，泵的備用率為 100%， 所以一般選用離心泵，揚(yáng)程很大時(shí)，可考慮用容積式泵或高速泵，但這次泵的揚(yáng)程不是很高，所以 采用離心泵。 （1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 輸送介質(zhì)：溶劑油（組成成分：苯乙烯 83% 乙苯 2% 聚苯乙烯 15%） 操作溫度：100 聚合釜液面壓力： 流量 60 入口 液

45、面至泵中心距離：3.5m 出口液面至泵中心距離：6.5m 吸入管管長(zhǎng)：15m（管徑 87止回閥 1 個(gè)、90彎頭 1 個(gè)） 排出管管長(zhǎng)：60m（管徑 76閘閥 1 個(gè)、90彎頭 3 個(gè)） （2）確定流量與量程 流量（考慮 1.2 倍的安全系數(shù)） v 以泵中心線(xiàn)為基準(zhǔn)，在第一聚合釜液面與第二聚合釜液面之間例伯努利方程式 h= 式中 re= 查化工原理上冊(cè)第 30 頁(yè)表 1-1，取 =0.35，則 /d=0.004375 查第 29 頁(yè)圖 1-32 得：摩擦系數(shù)：=0.03 查第 31 頁(yè)表 1-2 得：止回閥全開(kāi)：=2，=0.5；90彎頭：=0.75 /s re=（湍流） 查化工原理上冊(cè)第 30

46、 頁(yè)表 1-1，取 =0.35，則 /d=0.005 查第 29 頁(yè)圖 1-32 得：摩擦系數(shù)：=0.035 查第 31 頁(yè)表 1-2 得：閘閥 1/2 開(kāi)：=4.5，=1；90彎頭：=0.753=2.25 h=（6.53.5） （3）選泵的類(lèi)型 根據(jù)輸送物料的流量、揚(yáng)程及性質(zhì)，確定選擇 is 型單級(jí)單型離心泵。具體型號(hào)查化工原理 下冊(cè)表八（泵與風(fēng)機(jī)，）確定為 is100-65-250 型。有關(guān)性能如下： 轉(zhuǎn)速 2980r/min 流量 100/h 揚(yáng)程 80m 效率 72% 軸功率 30.3kw 電機(jī)功率 37kw 必須汽蝕余量 3.8m 泵重 95kg （4）電機(jī)的選擇 配套電機(jī)功率 37

47、kw，型號(hào) y200l2-2 （5）幾何安裝高度的確定 根據(jù) 化工原理上冊(cè) 78 頁(yè)（2-33），其最大允許安裝高度的計(jì)算公式 式中 聚合釜內(nèi)壓力，mpa 被輸送液體的飽和蒸汽壓，mpa 吸入管阻力損失，m 必須汽蝕余量，m 帶入相應(yīng)數(shù)據(jù)得： m15 . 5 )5 . 08 . 3(99 . 4 81. 9910 10)023 . 0 06 . 0 ( hg 6 即:泵應(yīng)安裝在聚合釜液面 5.15m 以上。 輸送泵總臺(tái)數(shù)為 4 臺(tái)（四個(gè)聚合釜之間），隨著反應(yīng)液黏度的增加，阻力損失增大，但可用減 少吸入和吸出的管長(zhǎng)來(lái)彌補(bǔ)阻力損失的增加，所以 4 個(gè)泵的型號(hào)可選擇一個(gè)型號(hào)。同時(shí)由于泵的備 用率為

48、100%，所以輸送泵總共 8 臺(tái)。其他類(lèi)型的泵，如計(jì)算泵的類(lèi)型的選擇過(guò)程可參考輸送泵的 選擇過(guò)程，型號(hào)與主要性能參數(shù)見(jiàn)設(shè)備一覽表。 4.34.3 換熱器的設(shè)計(jì)換熱器的設(shè)計(jì) 以四個(gè)聚合釜后的加熱器為例 加熱工藝物流的設(shè)備。一般采用水蒸氣作為加熱介質(zhì)，當(dāng)溫度要求高時(shí)可采用導(dǎo)熱油，熔鹽等 作為加熱介質(zhì)。因?yàn)槲锪蠝囟葹?220，溫度偏高，但仍然可以用水蒸氣做加熱介質(zhì)。 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 根據(jù)表壓為 4.7mpa 查化工原理第 261 頁(yè)（水與蒸汽的物理性質(zhì)）加熱蒸；汽的物理性質(zhì)： 溫度：260 密度：784/ 焓：1135.0kj/ 3 m 熱導(dǎo)率：0.6043w/（m.） 導(dǎo)溫系數(shù)： s/m10156 .

49、0 26 氣液焓差：1652.1kj/h 比體積：0.04199/ 3 m 動(dòng)力黏度： 比熱容： spa10 9 . 105 6- ）（kgkj/948 . 4 根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)組成：75%聚苯乙烯，25%苯乙烯（包括少量乙苯和低聚物）；取取進(jìn)口溫度 160、出口溫度 220；定性溫度 190。比熱容 2.34、 ）（ kgkj/ 密度：1050/、黏度、熱導(dǎo)率 0.8w/（m.） 3 mspa1 換熱面積的計(jì)算 預(yù)熱器熱負(fù)荷; kj/h108452. 8160-22034 . 2 601050 6 ）（ 水蒸氣用量： kg/h5354 1 . 1652108452 . 8 6 根據(jù)工藝條件，選擇

50、固定管板式換熱器，聚苯乙烯走管程，蒸汽走殼程。 平均溫差： 220-260 160-260 ln 220-260-160-260 tm ）（）（ 根據(jù)管程動(dòng)力黏度查化工原理第 231 頁(yè)表 6-8（管殼式換熱器的 k 值大致范圍）k 為 800w/ ，則： ）（m2 2 6 m85.168 48.65800 108452 . 8 a 換熱器的選型 根據(jù)化工原理上冊(cè)第 300 頁(yè)，選用型號(hào)為 jb/t4714-92 固定管板式換熱器，換熱器為 的換熱器（管心距 32mm）?；緟?shù)如下： mm25 公稱(chēng)直徑 1000mm 公稱(chēng)壓力 1.6mpa 管程數(shù) 2 管子根數(shù) 742 中心排管數(shù) 29 管

51、程流程面積 0.1285 換熱管長(zhǎng)度 3000mm 換熱面積 168.9 管子排列方法 正三角 按傳熱面確定需要設(shè)備臺(tái)數(shù)為： 9997. 0 9 . 16885.168 圓整為 1 臺(tái)換熱器。 k 值的校核 管程 1 m/s16 . 0 1285 . 0 3600 72 2925 8 . 0 11034 . 2 pr 51 . 2 1 78416 . 0 02 . 0 re 3 由于 re2000,0.48pr16700,所以按熱交換器原理與設(shè)計(jì)第 61 頁(yè)表 2-8 得 )/( 6 . 837409 . 1 ) 02. 0 3 ()51. 22925( 02. 0 8 . 0 86 . 1

52、)()(repr d 86 . 1 3/13/114 . 0 3/13/1 1 mw l d w ）（ 殼程 2 由基礎(chǔ)化學(xué)工程第 176 頁(yè)知，對(duì)于圓缺擋板用下式計(jì)算： 14 . 0 3/16 . 06 . 0 0 2 )(pr)(re)72 . 1 w l d 式中 )/( 6 . 294195. 087. 07 .384937 . 0 025 . 0 6043 . 0 72 . 1 95 . 0 87 . 0 /pr 7 . 3849re /0208 . 0 f / /83 . 6 784 5354 0909 . 0 fff 126. 03 . 0)025 . 0 7421 (4/14

53、. 3 )(4/f m0656 . 0 032 . 0 025. 0 -113 . 0 t d -1hdf m37 . 0 025 . 0 7421 025 . 0 742-1 ndd nd-d l 3/16 . 06 . 0 2 14 . 0 w 0 m 3 2 21 2222 2 2 0 1 2 2 22 22 mw c d smv hmv m mhndd p m m m ）?。?）（）（ 根據(jù)熱交換器原理與設(shè)計(jì)第 290 頁(yè)附錄 c 和附錄 e，取管內(nèi)污垢熱阻為 0.00019 ，管外污垢熱阻為 0.00036。 w/m2）（w/m2）（ w/m00138. 0 6 .2941 1 00

54、036 . 0 56.16/025. 000019. 0 5 . 7528 1 k 1 2 ）（ )/(w 6 . 724km 傳熱系數(shù) k 的儲(chǔ)備系數(shù)為 %45. 9 800 6 . 724-800 %100 k k-k 0 0 校核 k 值可滿(mǎn)足要求。其他換熱設(shè)備可參考上述過(guò)程進(jìn)行選型計(jì)算，具體型號(hào)見(jiàn)設(shè)備一覽表。 4.44.4 儲(chǔ)罐的選擇儲(chǔ)罐的選擇 為了滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要，對(duì)儲(chǔ)罐的選擇主要依據(jù)化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)5-244 頁(yè)（立式選擇如 下： （1）1-苯乙烯儲(chǔ)罐 選標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)：hg-21502.1-1992-205、容積：220、內(nèi)徑：6550mm、 3 m 高度：7250mm、材料：q235-

55、a，f、設(shè)計(jì)溫度：-19-150、設(shè)計(jì)壓力：-0.5-2kpa、公稱(chēng)容積質(zhì)量： 9760kg （2）2-乙苯儲(chǔ)罐 選立式橢圓型封頭儲(chǔ)罐（p4.0mpa），公稱(chēng)容積：40、公稱(chēng)直徑： 3 m 2880mm、高度 5600mm。 （3）14、19-儲(chǔ)罐 選立式橢圓型封頭儲(chǔ)罐（p0.4mpa）,公稱(chēng)容積：40、公稱(chēng)直徑： 3 m 2880mm、高度 5600mm。 （4）17-儲(chǔ)罐 選標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)：hg-21502.1-1992-205、容積：220、內(nèi)徑：6550mm、高度： 3 m 7250mm、材料：q235-a.f、設(shè)計(jì)溫度：-19150、設(shè)計(jì)壓力：-0.52kpa、質(zhì)量：9760kg 4.54

56、.5 設(shè)計(jì)一覽表設(shè)計(jì)一覽表 表 4.1 機(jī)泵類(lèi) 流程位號(hào)名稱(chēng)型號(hào) 流量 （/h） 3 m 揚(yáng)程（m） /壓力 （ka） 電壓 （v） 數(shù)量 6,27,28,29,30,31 輸送泵 is100-65-2501008038012 18,24 真空泵 2be1-153-0553203802 32,7 容積泵 vmf8029 鼓風(fēng)機(jī) 9-27-101n0122583801 表 4.1 冷換設(shè)備 流程位號(hào)名稱(chēng)型號(hào)型式 程數(shù) （n ） 根數(shù) （n ） 換熱面 積（） 擋板 距離 3 苯乙烯預(yù)熱器 jb/t4714-92 浮頭 638299.8300 4 冷凝器 jb/t4715

57、-92 浮頭 232484.8300 5 精制苯乙烯預(yù)熱器 jb/t4714-92 固定 1467106.3300 16 聚苯乙烯預(yù)熱器 jb/t4714-92 固定 2742168.9300 4.64.6 攪拌裝置的設(shè)計(jì)攪拌裝置的設(shè)計(jì) 4.6.14.6.1 選擇攪拌槳葉形式選擇攪拌槳葉形式 由于該工藝為本體聚合，剛開(kāi)始黏度較低，隨后持續(xù)增大，所以第一個(gè)釜內(nèi)選用推進(jìn)式漿（螺 旋槳），其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，適用液體黏度低，液量大的液體攪拌，利用較小的攪拌功 率通過(guò)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的槳葉能獲得較好的攪拌效果。而第二，三，四釜由于黏度大而選用框式槳，因?yàn)?體系黏度大，攪拌軸承受較大的扭矩，攪拌功率大，

58、能量消耗大，單靠流動(dòng)不能滿(mǎn)足混合需求，宜 采用具有刮壁效果的錨式或框式。 槳葉尺寸的確定（參考教材聚合物合成工藝設(shè)計(jì)第 77 頁(yè)表 6-4 攪拌槳葉的結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計(jì) 參數(shù)和化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)第 836 頁(yè)）得： 推進(jìn)式槳葉 葉片數(shù) z=3 攪拌直徑 d=1/4d=750mm, c=(11.5)d 取 c=900mm 框式槳 d=0.95d=2800mm 則攪拌器臂距釜內(nèi)壁距離 e=1/2(2940-2800)=75mm 框器高度 h=0.6d=1680mm c=(0.02-0.06)d=(56168)mm,取 c=e=75mm 臂寬 b=1/12d=233mm 取 b=240mm 4.6.24.

59、6.2 攪拌附件的設(shè)計(jì)攪拌附件的設(shè)計(jì) 對(duì)于第一個(gè)攪拌釜要設(shè)置攪拌裝置，后三個(gè)則不需要。 擋板的設(shè)計(jì)（作用是避免液體在旋轉(zhuǎn)的攪拌軸中心形成液面凹陷的漩渦現(xiàn)象，增大被攪拌液體 的湍動(dòng)程度，將切線(xiàn)流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向和徑向流動(dòng)，改善攪拌效果） 設(shè)計(jì)四塊擋板，擋板方式為緊貼著釜壁且垂直于釜壁，擋板寬 b=1/12= 取 b=250mm 內(nèi) d mm2452940 12 1 導(dǎo)流筒的設(shè)計(jì)（提高釜內(nèi)液體的攪拌程度，加強(qiáng)攪拌器對(duì)液體的攪拌作用，控制釜內(nèi)液體的循 環(huán)流量和循環(huán)方向，防止短路） （推進(jìn)式槳葉安裝在導(dǎo)流筒套內(nèi)或略低于導(dǎo)流筒的下端。 205829407 . 0d%70d 內(nèi)導(dǎo) ） 4.6.34.6.3 確

60、定攪拌轉(zhuǎn)速確定攪拌轉(zhuǎn)速 根據(jù)攪拌要求選擇攪拌等級(jí)（參考教材聚合物合成工藝設(shè)計(jì)第 81 頁(yè)表 6-5,6-6,6-7） 取第一釜為 2 級(jí)，第四釜為 9 級(jí)。 選擇總體流速（由攪拌級(jí)別查表 6-8 對(duì)應(yīng)的流體總體流速） 第一釜，第四釜 1- 1 minm7 . 3 1- 2 minm 5 . 16 4.6.44.6.4 計(jì)算攪拌槳葉排出流量計(jì)算攪拌槳葉排出流量 ）（）（） （ ）（）（） （ 1 -3 3 2 2 2d2 1 -3 3 2 1 11d minm 3 . 284 4 8 . 214 . 3 5 . 16 4 d q minm225 . 1 4 75. 014 . 3 7 . 3 4