年產(chǎn)1000噸PVB生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)年產(chǎn)5000噸白乳膠生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）： 專業(yè)班級(jí) ： 學(xué)生姓名 ： 指導(dǎo)老師 ： 學(xué)位論文原創(chuàng)性說明本人鄭重申明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所得到的研究結(jié)果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律效果后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士論文評選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文

2、的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密囗，在 年解密后適用本授權(quán)書2、不保密囗 。（請?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）作者簽名： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 年 月 日武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名 ： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師 ： 工作單位： 設(shè)計(jì)題目: 年產(chǎn)5000噸白乳膠生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：1. 年產(chǎn)5000噸白乳膠生產(chǎn)工藝的確定2. 完成主要設(shè)備的設(shè)計(jì)及其它配套設(shè)備的選型3. 完成車間平面的布置要求完成的主要任務(wù):1.不少于15篇的相關(guān)文獻(xiàn)資料，其中英文文獻(xiàn)不少于3篇，完成開題報(bào)告2.完成設(shè)計(jì)圖紙四張 （工藝流

3、程圖，設(shè)備平面布置圖，主要設(shè)備裝配圖，車間立面圖 ）3.計(jì)說明說一份，字?jǐn)?shù)不少于一萬字4.完成不少于五千字的用英文文獻(xiàn)翻譯必讀參考資料：化工原理，化工制圖，化工設(shè)計(jì)，化工儀表及自動(dòng)化，化工機(jī)械設(shè)備，化學(xué)工藝手冊指導(dǎo)教師簽名 系主任簽名 院長簽名(章) 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 選題題目：年產(chǎn)5000噸白乳膠生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)1、選題的目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）聚醋酸乙烯乳液即白乳膠,為單一組份的化合物。聚醋酸乙烯乳液為白色的粘稠液體,其粘接強(qiáng)度高、柔韌性好,用它制成的水性乳膠漆色彩鮮艷,耐酸堿和耐水洗滌,不易泛黃。聚醋酸乙烯乳液是以水為分散介質(zhì),不使用易污染的溶

4、劑,具有生產(chǎn)方便、價(jià)格低、粘合強(qiáng)度高、無毒無腐蝕性、無火災(zāi)危險(xiǎn)和耐候性好等特點(diǎn),可制成高濃度的產(chǎn)品。它是廣泛用于木材、織物、包裝、建筑等行業(yè)的粘合劑,是市場上粘合劑用量最大的品種,在家具拼板中的用量日益增加。美國的聚醋酸乙烯的消費(fèi)占醋酸乙烯用量的第一位。聚醋酸乙烯的最大用戶是粘合劑,其次是乳膠漆。美國用乙烯類單體為原料制造水性乳膠漆的產(chǎn)量已占涂料總產(chǎn)量的近半左右。西歐的聚醋酸乙烯主要用于涂料和建筑,其次用于粘合劑和纖維。西歐涂料工業(yè)中所消費(fèi)的聚醋酸乙烯約占總消費(fèi)量的37%。日本將聚醋酸乙烯主要用于粘合劑。國內(nèi)的聚醋酸乙烯的用途分別為:粘合劑占55%,印刷占10%,卷煙占10%,涂料與建筑占20

5、%,織物加工占1%,其他4%。國外的用途分別為:粘合劑占37%,涂料和建筑占35%,紙張和織物加工占10%以上。相比之下,國內(nèi)的聚醋酸乙烯的應(yīng)用尚有相當(dāng)?shù)牟罹?在織物加工與紙張加工方面尚有較大的市場潛力。聚醋酸乙烯乳液在建筑上可與其他的材料配合使用。在水泥砂漿中加入10%20%可提高抗壓強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度。與填料等配合可用于地面、墻面施工等。聚醋酸乙烯乳液廣泛用于纖維、無紡布、植絨、紙張等的粘接。還可用于制造紙管、耐水瓦機(jī)紙板、鋁箔等。在粘合性、耐水性、貯存性等方面優(yōu)于其他粘合劑。在我國,應(yīng)拓展聚醋酸乙烯在涂料、建筑、造紙和織物加工等方面的應(yīng)用。美國的聚醋酸乙烯年需求增長率為3%,在紙業(yè)中的年用量

6、已達(dá)到13萬噸。美國聚醋酸乙烯的年用量為64萬噸。西歐聚醋酸乙烯的年用量為68萬噸。國內(nèi)的年用量為24萬噸。年需求增長率為10%。由于白乳膠的應(yīng)用很廣泛，而且在世界范圍內(nèi)的需求量迅速增大，發(fā)展前景可觀，所以白乳膠的生產(chǎn)工藝流程很重要。我國是在二十世紀(jì)五十年代才開始研究白乳膠，在二十世紀(jì)七十年代才開始實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化的生產(chǎn)?，F(xiàn)在國內(nèi)對于白乳膠的應(yīng)用主要還是在膠黏劑方向，而水性漆方向是國內(nèi)的發(fā)展趨勢，所以針對不同特性的改性白乳膠需要尋求更好的生產(chǎn)工藝。2、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和方案查閱資料得到配方如下：配方（質(zhì)量比）： 醋酸乙烯50%，聚乙烯醇4%，鄰苯二甲酸二丁酯5%，蒸餾水40%，過硫酸鉀1%，碳酸氫鈉

7、適量。設(shè)計(jì)操作： （1） 將聚乙烯醇和蒸餾水加入反應(yīng)鍋中，緩緩加熱升溫至80攝氏度，充分?jǐn)嚢杈鶆颍?jīng)過46個(gè)小時(shí)充分溶解。（2） 降溫到6065攝氏度，實(shí)行保溫，一邊按配方量的15%醋酸乙烯，一邊按配方量的40%加入過硫酸鉀。（3） 反應(yīng)時(shí)會(huì)放出熱量溫度回升高，在溫度達(dá)到80攝氏度左右時(shí)，按照配方用量分別加入醋酸乙烯，每次10%，在68個(gè)小時(shí)內(nèi)添加完畢。（4） 在逐步滴加醋酸乙烯的過程中，每小時(shí)加入過硫酸鉀的4%6%，等醋酸乙烯添加完后將余下的過硫酸鉀全部倒入反應(yīng)器內(nèi)，此時(shí)溫度上發(fā)生到90攝氏度到95攝氏度。（5） 保溫30分鐘，冷卻到50攝氏度，加入鄰苯二甲酸二丁酯，攪拌均勻，用碳酸氫鈉調(diào)劑

8、，然后冷卻，成品包裝。生產(chǎn)中需要注意的對反應(yīng)有影響的條件：（1） 引發(fā)劑的影響醋酸乙烯乳液聚合常用的引發(fā)劑為過硫酸鹽。引發(fā)劑采用分次添加的方式，聚合開始后連續(xù)滴加，可以控制引發(fā)劑不過量，以免引起爆聚，造成乳液穩(wěn)定性下降。一般來說，適當(dāng)減少引發(fā)劑用量可提高聚合度，制得粘接性較強(qiáng)的乳液。 （2） 乳化劑的影響 乳化劑的品種對乳液粒徑、相對分子質(zhì)量、反應(yīng)速率和乳液穩(wěn)定性都有較大影響?？墒咕酆衔锶橐河懈蟮姆€(wěn)定性，乳液的固含量隨乳化劑用量的增加而增加，粘度也隨之增大，粘接力也相應(yīng)增強(qiáng)。（3） 聚乙烯醇的影響 在醋酸乙烯乳液聚合的過程中，聚乙烯醇既起到了乳化劑的作用，同時(shí)又起到了保護(hù)膠體的作用。不加聚乙

9、烯醇而直接進(jìn)行乳液聚合所得到的白乳膠在靜置幾分鐘后會(huì)立刻凝結(jié)，變成膠凍狀，無法使用。若加入聚乙烯醇的量過大，就會(huì)導(dǎo)致所得乳液粘度太高，流動(dòng)性太差，也無法使用。 （4） 反應(yīng)溫度的影響 反應(yīng)溫度影響聚合反應(yīng)速率和乳液的平均相對分子質(zhì)量。反應(yīng)溫度升高會(huì)使乳膠粒數(shù)目增大，平均直徑減??；反應(yīng)溫度升高，使乳膠之間發(fā)生重合，聚結(jié)速率增大，乳膠粒表面上的水化層變薄，都會(huì)導(dǎo)致乳液穩(wěn)定性下降，如果反應(yīng)溫度高于或等于乳化劑的濁點(diǎn)時(shí)，乳化劑就失去了作用，從而引起破乳。3、進(jìn)度安排第三周：查閱白乳膠相關(guān)的文獻(xiàn)資料，明確白乳膠的相關(guān)知識(shí)第四周：確定白乳膠生產(chǎn)工流程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，確定白乳膠的生產(chǎn)工藝的方案，完成開題報(bào)告。第

10、五周：確定了生產(chǎn)白乳膠的原料及配方。第六周：初步根據(jù)所選定的工藝歷程選定反應(yīng)器為夾套型的反應(yīng)釜。再根據(jù)配方計(jì)算出密度，將質(zhì)量產(chǎn)量轉(zhuǎn)換成體積產(chǎn)量。根據(jù)反應(yīng)釜計(jì)算原理初步計(jì)算反應(yīng)釜的規(guī)格。第七周：確定反應(yīng)釜的規(guī)格后，進(jìn)行壁厚等的細(xì)節(jié)計(jì)算。第八周：進(jìn)一步驗(yàn)算，確定釜的規(guī)格。第九周：確定釜的規(guī)格后，完成其它設(shè)備的初步選型。第十周：經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)算確定各種設(shè)備的型號(hào)。第十一周：開始使用繪圖軟件繪制設(shè)備裝配圖。第十二周：繪制主要設(shè)備的裝配圖。第十三周：最后完善主要設(shè)備的裝配圖。第十四周：繪制生產(chǎn)工藝流程圖。第十五周：繪制車間立面圖。第十六周：完成設(shè)計(jì)，答辯。 4、指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 5、

11、開題答辯小組意見答辯小組組長簽名： 答辯小組成員簽名：1 23 4 年 月 日 目 錄摘 要1Abstract31.緒論42.物料衡算62.1 物料衡算的任務(wù)62.2衡算的依據(jù)62.3 收集的數(shù)據(jù)62.4 衡算基準(zhǔn)62.5聚合釜投料量62.6每釜年生產(chǎn)能力及釜的個(gè)數(shù)72.7物料流程圖73.聚合釜的設(shè)計(jì)93.1設(shè)計(jì)任務(wù)93.2 設(shè)計(jì)依據(jù)93.3 聚合釜幾何尺寸的確定93.4 夾套幾何尺寸的確定103.5 聚合釜壁厚的計(jì)算103.6 夾套厚度的計(jì)算113.7 水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核123.7.1筒體水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核123.7.2夾套水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核123.8 聚合釜有關(guān)數(shù)據(jù)134. 聚合釜攪拌器的設(shè)計(jì)1

12、34.1 設(shè)計(jì)任務(wù)134.2 設(shè)計(jì)依據(jù)134.3 攪拌器選型144.4 攪拌器轉(zhuǎn)速144.5 攪拌器軸功率145. 熱量衡算155.1 衡算任務(wù)155.2 收集的數(shù)據(jù)155.3 操作時(shí)間平衡表155.4 升溫階段的熱量衡算165.5 聚合階段的熱量衡算165.6 冷卻階段的熱量衡算165.7蒸汽和冷卻水用量的計(jì)算166.附體附件選型176.1支座176.2接管的選型176.3配套設(shè)備選型187.設(shè)計(jì)小結(jié)188.設(shè)計(jì)參考圖20參考文獻(xiàn)22致謝2323摘 要本文根據(jù)多份文獻(xiàn)和多次試驗(yàn)確定了生產(chǎn)白乳膠的配方以及生產(chǎn)的基本步驟。本次設(shè)計(jì)以大量的文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出了具體的生產(chǎn)工藝流程，選擇了主要反應(yīng)

13、器的類型，并且根據(jù)年產(chǎn)量計(jì)算了反應(yīng)器的尺寸，根據(jù)設(shè)計(jì)的具體流程計(jì)算并且選擇了其他的配套的設(shè)備。對生產(chǎn)的設(shè)備進(jìn)行了車間內(nèi)的平面布置和立面布置。而且完成了主要設(shè)備裝配圖，工藝流程圖，車間平面布置圖，設(shè)備立面圖。本次設(shè)計(jì)的特色在于反應(yīng)原料的預(yù)處理，和對出產(chǎn)物的乳化機(jī)中和。通過預(yù)處理的時(shí)間與反應(yīng)時(shí)間的周期性來節(jié)約總的生產(chǎn)時(shí)間，在盡量節(jié)約設(shè)備使用的情況下節(jié)約下大量的時(shí)間。關(guān)鍵詞：白乳膠；反應(yīng)釜；筒體；夾套；封頭；直徑；高度；高徑比；壁厚；內(nèi)壓；外壓；攪拌；功率；電機(jī)；支座；接管AbstractBased on a number of documents and numerous tests to det

14、ermine the basic steps of the production of white latex formulations and production. The design is based on the literature and experimental design of the production process, select the type of reactor, and calculated the size of the reactor according to the annual output, according to the specific p

15、rocess of the design and selected other supporting equipment. Workshop layout and elevation layout of production equipment. And completed a major equipment assembly drawings, process flow diagrams, workshop floor plan, equipment elevations.The characteristics of this design is that the pretreatment

16、of the reactants, and the product of the emulsification machine. The cyclical nature of the pretreatment time and reaction time to save the total production time, save under a lot of time try to save the equipment.Key words: white latex, reaction kettle, tube, jacket, head diameter, height, height t

17、o diameter ratio, wall thickness, internal pressure, external pressure, mixing, power, motors, bearings, pipe.1.緒論聚醋酸乙烯乳液即白乳膠,為單一組份的化合物。聚醋酸乙烯乳液為白色的粘稠液體,其粘接強(qiáng)度高、柔韌性好,用它制成的水性乳膠漆色彩鮮艷,耐酸堿和耐水洗滌,不易泛黃。聚醋酸乙烯乳液是以水為分散介質(zhì),不使用易污染的溶劑,具有生產(chǎn)方便、價(jià)格低、粘合強(qiáng)度高、無毒無腐蝕性、無火災(zāi)危險(xiǎn)和耐候性好等特點(diǎn),可制成高濃度的產(chǎn)品。它是廣泛用于木材、織物、包裝、建筑等行業(yè)的粘合劑,是市場上粘合劑用

18、量最大的品種,在家具拼板中的用量日益增加。由于白乳膠的應(yīng)用很廣泛，而且在世界范圍內(nèi)的需求量迅速增大，發(fā)展前景可觀，所以白乳膠的生產(chǎn)工藝流程很重要。我國是在二十世紀(jì)五十年代才開始研究白乳膠，在二十世紀(jì)七十年代才開始實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化的生產(chǎn)?，F(xiàn)在國內(nèi)對于白乳膠的應(yīng)用主要還是在膠黏劑方向，而水性漆方向是國內(nèi)的發(fā)展趨勢，所以針對不同特性的改性白乳膠需要尋求更好的生產(chǎn)工藝。美國的聚醋酸乙烯的消費(fèi)占醋酸乙烯用量的第一位。聚醋酸乙烯的最大用戶是粘合劑,其次是乳膠漆。美國用乙烯類單體為原料制造水性乳膠漆的產(chǎn)量已占涂料總產(chǎn)量的近半左右。西歐的聚醋酸乙烯主要用于涂料和建筑,其次用于粘合劑和纖維。西歐涂料工業(yè)中所消費(fèi)的聚

19、醋酸乙烯約占總消費(fèi)量的37%。日本將聚醋酸乙烯主要用于粘合劑。國內(nèi)的聚醋酸乙烯的用途分別為:粘合劑占55%,印刷占10%,卷煙占10%,涂料與建筑占20%,織物加工占1%,其他4%。國外的用途分別為:粘合劑占37%,涂料和建筑占35%,紙張和織物加工占10%以上。相比之下,國內(nèi)的聚醋酸乙烯的應(yīng)用尚有相當(dāng)?shù)牟罹?在織物加工與紙張加工方面尚有較大的市場潛力。聚醋酸乙烯乳液在建筑上可與其他的材料配合使用。在水泥砂漿中加入10%20%可提高抗壓強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度。與填料等配合可用于地面、墻面施工等。聚醋酸乙烯乳液廣泛用于纖維、無紡布、植絨、紙張等的粘接。還可用于制造紙管、耐水瓦機(jī)紙板、鋁箔等。在粘合性、耐

20、水性、貯存性等方面優(yōu)于其他粘合劑。在我國,應(yīng)拓展聚醋酸乙烯在涂料、建筑、造紙和織物加工等方面的應(yīng)用。美國的聚醋酸乙烯年需求增長率為3%,在紙業(yè)中的年用量已達(dá)到13萬噸。美國聚醋酸乙烯的年用量為64萬噸。西歐聚醋酸乙烯的年用量為68萬噸。國內(nèi)的年用量為24萬噸。年需求增長率為10%。由于白乳膠的消耗量巨大，并且發(fā)展前景尤為可觀所以本次設(shè)計(jì)選擇了白乳膠生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)這個(gè)題目。通過查閱各種文獻(xiàn)，和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)確定了合適的白乳膠生產(chǎn)配方，以及生產(chǎn)的工藝流程。相同的配方，不一樣的工藝就會(huì)生產(chǎn)出不同等級(jí)的產(chǎn)品，尤其是高分子合成，引發(fā)劑的加入時(shí)間，引發(fā)劑的加入頻率，加入的量的多少都決定了高分子聚合的進(jìn)度，為了

21、避免引起爆聚，要很注重引發(fā)劑的加入。乳液聚合容易在反應(yīng)后期破乳，所以聚合反應(yīng)的乳化劑的選擇很重要，不僅要求乳化效果好，還要價(jià)格便宜，單一的乳化劑并不能完全的滿足生產(chǎn)需求，所以可以使用多種乳化劑的復(fù)配使用。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室的反復(fù)試驗(yàn)確定了使用SDS和OP10，SDS是應(yīng)用很廣泛，而且價(jià)格比較合適的表面活性劑，OP-10的乳化效果很好，而且是液體乳化劑，兩者按照配方中的比例復(fù)配，達(dá)到了不錯(cuò)的乳化效果。2.物料衡算2.1 物料衡算的任務(wù)通過物料衡算確定聚合釜的個(gè)數(shù)、體積、每釜投料量及各工序進(jìn)出物料量。為設(shè)備計(jì)算、選型和熱量衡算提供依據(jù)。2.2衡算的依據(jù)1設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模 年產(chǎn)PVB1000噸2 設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)間

22、7200小時(shí)/年3 生產(chǎn)周期 8小時(shí)2.3 收集的數(shù)據(jù)1 白乳膠密度 1.08g/cm3（25） 2水的密度 0.9982g/cm3（25）3參考配方表2-1 配方列表（質(zhì)量比）名稱質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)醋酸乙烯50蒸餾水40聚乙烯醇4鄰苯二甲酸二丁酯5過硫酸鉀1碳酸氫鈉適量2.4 衡算基準(zhǔn)以一釜物料為衡算對象，以釜中生成的樹脂為衡算基準(zhǔn)。單位為kg/釜。2.5聚合釜投料量聚合過程中物料體積變化不大，因此以25時(shí)的物料體積為依據(jù)來計(jì)算釜內(nèi)物料體積。初步選取7.5m3聚合釜，聚合釜裝料系數(shù)取為0.8。則聚合釜有效體積為6m3 聚合釜投料量根據(jù)參考配方按比例計(jì)算。計(jì)算過程略。表2-2 聚合釜投料量表名稱質(zhì)

23、量（kg)醋酸乙烯2800蒸餾水2600聚乙烯醇150鄰苯二甲酸二丁酯260過硫酸鉀60碳酸氫鈉適量2.6每釜年生產(chǎn)能力及釜的個(gè)數(shù) 設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn) 白乳膠5000噸，設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)間為每年7500小時(shí)，生產(chǎn)周期為24小時(shí)，每釜生產(chǎn)能力為6000kg。 則每釜年生產(chǎn)能力為：6000×7500÷24=1875000Kg=1875噸 取聚合釜備用系數(shù)為1.1 則聚合釜個(gè)數(shù)為： n=1.1×5000÷1875=2.93 因此聚合釜個(gè)數(shù)可取為3個(gè)。 2.7工藝流程的簡介（1） 將聚乙烯醇和蒸餾水加入反應(yīng)鍋中，緩緩加熱升溫至80攝氏度，充分?jǐn)嚢杈鶆?，?jīng)過46個(gè)小時(shí)充

24、分溶解。（2） 降溫到6065攝氏度，實(shí)行保溫，一邊按配方量的15%醋酸乙烯，一邊按配方量的40%加入過硫酸鉀。（3） 反應(yīng)時(shí)會(huì)放出熱量溫度回升高，在溫度達(dá)到80攝氏度左右時(shí)，按照配方用量分別加入醋酸乙烯，每次10%，在68個(gè)小時(shí)內(nèi)添加完畢。（4） 在逐步滴加醋酸乙烯的過程中，每小時(shí)加入過硫酸鉀的4%6%，等醋酸乙烯添加完后將余下的過硫酸鉀全部倒入反應(yīng)器內(nèi)，此時(shí)溫度上發(fā)生到90攝氏度到95攝氏度。（5） 保溫30分鐘，冷卻到50攝氏度，加入鄰苯二甲酸二丁酯，攪拌均勻，用碳酸氫鈉調(diào)劑，然后冷卻，成品包裝。2.8物料流程簡圖 醋酸乙烯 過硫酸鉀 聚乙烯醇的溶解反應(yīng)釜的聚合反應(yīng)聚乙烯醇 蒸餾水 乳化

25、劑乳化反應(yīng)釜碳酸氫鈉白乳膠儲(chǔ)槽去包裝車間3.聚合釜的設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)任務(wù) 選擇聚合釜及夾套材料，確定聚合釜和夾套的幾何尺寸，并對聚合釜及夾套進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。3.2 設(shè)計(jì)依據(jù)1 設(shè)計(jì)壓力 聚合釜 0.5M Pa（外壓） 夾套 0.5M Pa2 設(shè)計(jì)溫度 聚合釜 150 夾套 1503 聚合釜體積 7.5m33.3 聚合釜幾何尺寸的確定初步選取公稱直徑為Dg1600的筒體，封頭選取Dg1600的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。查表得封頭的尺寸如下：曲邊高度h1=400mm 直邊高度h2=50mm內(nèi)表面積Fh=2.9761m2 容積Vh=0.6166m3查表得Dg2000的筒體的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：一米高容積V1=2.017m

26、3 一米高內(nèi)表面積F1=5.03m2則筒體高度計(jì)算為：H=（V-V封）/V1=（7.5-0.6166）÷2.017=4.23 m = 3.4m長徑比 H/D=3400÷1600=2.125。釜的實(shí)際體積為：V實(shí)際 = HV1+V封 = 3.4×2.017+0.6166 = 7.47m3釜的實(shí)際裝料系數(shù)為：實(shí)際=V物/V實(shí)際=6÷7.47=0.803由此可見，聚合釜的尺寸是合理的。3.4 夾套幾何尺寸的確定取公稱直徑為Dg1700的夾套，夾套封頭也采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，并取與夾套筒體相同的直徑。查表得Dg1700的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的有關(guān)尺寸如下：曲邊高度h1=42

27、5mm 直邊高度h2=50mm 內(nèi)表面積Fh=5.57m2 容積Vh=1.58m3聚合釜筒體部分物料的高度： H物=（V物-V封）/V1=（6-0.6166）÷2.017=2.67m液面高度H液=H物+h1+h2=2850+50+450=3120mm夾套包圍的筒體高度H包=H物+=2.67+0.13=2.80m夾套筒體的高度H夾=H包+50=2800+25=2825mm聚合釜內(nèi)傳熱面積 A=H包F1+Fh=2.825×5.03+2.9761=17.186m23.5 聚合釜壁厚的計(jì)算 聚合釜采用0Cr18Ni9與16MnR不銹鋼復(fù)合鋼板制造?？梢?6MnR鋼來進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。初

28、步選取鋼板名義厚度n=16mm，則鋼板有效厚度e=n- C ,其中C = C1+C2 C1為鋼板負(fù)偏差，取0.8mm,C2為腐蝕裕度，取1mm, 則壁厚附加量C=1.8mm,e=14.2mmD0/e=（Di +2n）/e 其中D0為聚合釜外徑，Di為聚合釜內(nèi)徑。則D0/e=（1600+16×2）/14.2=115 計(jì)算長度 L=H+h2+1/3h1 ， 其中H為筒體高度，h2為封頭直邊高度，h1為封頭曲邊高度。則L=3400+50+1/3×400=3583mm L/D0=3583/1632=2.2查外壓或軸向受壓圓筒幾何參數(shù)計(jì)算圖（見設(shè)計(jì)參考圖），得到系數(shù)A=0.00056

29、然后查圖外壓圓筒和球殼厚度計(jì)算圖（16MnR鋼）（見設(shè)計(jì)參考圖）得到B=75MPa則計(jì)算許用外壓力PP=B/（D0/e）=75/115=0.65 M Pa設(shè)計(jì)外壓P=0.5MPa ，小于P且比較相近。則所選取的n=16 mm符合要求。即筒體厚度n=16mm封頭厚度取與筒體相同的厚度16mm。3.6 夾套厚度的計(jì)算夾套選用20R鋼板制造。夾套計(jì)算厚度為： = PcDi/（2t-Pc）式中 Pc為計(jì)算壓力，取0.5MPa，Di為夾套內(nèi)徑，1700mm,為焊縫系數(shù)，取0.85（雙面對接焊，局部無損探傷）t為材料許用應(yīng)力，查表得113MPa則=0.5×1700/（2×0.85

30、15;113-0.5）=4.436mm鋼板名義厚度n=+C+ 其中C = C1+C2 C1為鋼板負(fù)偏差，取0.8mm,C2腐蝕裕度取2mm,則壁厚附加量C等于2.8mm。那么，n=4.436+2.8+ = 8mm夾套封頭厚度取與夾套筒體相同的厚度8mm。3.7 水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核3.7.1筒體水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核水壓試驗(yàn)壓力PT =1.5P=1.5×0.5=0.75MPa水壓試驗(yàn)時(shí)的薄膜應(yīng)力為 T =PT（Di+e）/2e 考慮到液柱壓力，代入計(jì)算時(shí)PT 取0.95MPaT =0.75×（1600+14.2）/2×14.2=56.8MPa 查表得16MnR的屈服極限s=

31、345MPa故 0.9s = 0.9×0.85×345=263.93M Pa 56.8MPa =T 則筒體厚度滿足水壓試驗(yàn)時(shí)強(qiáng)度要求。3.7.2夾套水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核夾套水壓試驗(yàn)壓力為PT =1.25P/T =1.25×0.5×113/113=0.625MPa水壓試驗(yàn)時(shí)的薄膜應(yīng)力為T = PT（Di+e）/2e ，有效厚度e=n- C = 8 2.8 = 5.2mm故 T = 0.625×（1700+5.2）/2×5.2=102.5MPa查表得20R的屈服極限s=235MPa故 0.9s=0.9×0.85×235=1

32、79.78MPa 102.5MPa =T所以夾套厚度滿足水壓試驗(yàn)時(shí)強(qiáng)度要求。水壓試驗(yàn)的順序是先做聚合釜水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后再焊上夾套。然后做夾套水壓試驗(yàn)。夾套水壓試驗(yàn)壓力時(shí)，聚合釜內(nèi)至少要保持0.3MPa的壓力。3.8 聚合釜有關(guān)數(shù)據(jù) 查表直徑為1600mm，厚度為16mm的筒體一米高的質(zhì)量為636Kg，聚合釜封頭質(zhì)量為383Kg。 直徑為1700mm，厚度為8mm的筒體一米高的質(zhì)量為676Kg，夾套封頭質(zhì)量為427Kg。 則聚合釜質(zhì)量m1=636×3.4+636×2=3434.4Kg夾套質(zhì)量m2=676×2.825+427=2337Kg聚合釜總質(zhì)量m = 343

33、4+2337 =5771kg表3-1 聚合釜有關(guān)數(shù)據(jù)表項(xiàng)目直徑（mm）高度（mm）厚度（mm）封頭直徑（mm）材質(zhì)質(zhì)量（Kg）釜體16003400161600復(fù)合鋼板3434夾套170028258170020R23374. 聚合釜攪拌器的設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)任務(wù)確定攪拌器的型式、幾何尺寸、轉(zhuǎn)速、軸功率以及電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)的選型。4.2 設(shè)計(jì)依據(jù)釜的直徑T 1600mm 液面高度H 3400mm白乳膠的密度（90） 0.9653g/cm3 白乳膠的粘度（90） 0.317Pa釜的體積 7.5m34.3 攪拌器選型根據(jù)攪拌物料的性質(zhì)，白乳膠的粘度很低，攪拌要求選用平直/D葉槳式攪拌器即可，由于料液層比較

34、高，液面高度3120mm，H液 /D=1.95,其比值大于1.4無哦一采用雙層攪拌槳。為了將物料攪拌均勻，故設(shè)計(jì)安裝層兩槳葉，相鄰兩層攪拌葉交錯(cuò)成90º安裝，兩層槳葉的安裝位置如下：一層安裝在下封頭焊縫線高度上，另一層安裝在液面下約1800mm處。D/T取值范圍在0.2到0.5之間，其中 D攪拌器直徑 T釜的直徑。由于生產(chǎn)過程中的中物料的粘度都不高所以D/T的取值選擇0.5，可以得到攪拌器直徑取800mm。b/D的取值范圍在0.1到0.25之間，b為攪拌器的寬度，取其比值為0.1得到b=80mm。所選擇的攪拌器為雙層攪拌槳，且攪拌器直徑為800mm，攪拌槳的寬度為80mm。4.4 攪

35、拌器轉(zhuǎn)速根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，攪拌器轉(zhuǎn)速N可取125r/min, 即2r/s。 4.5 攪拌器軸功率取D/T=0.5 ，其中 D攪拌器直徑 T釜的直徑，則D=0.5×1600=800mm液體的平均密度:平均=1.01g/cm3軸功率 P=n N3D5/（1.365×105）式中： P軸功率，KW； n葉個(gè)數(shù)； N攪拌器轉(zhuǎn)速，r/min； D葉輪直徑，m； 流體密度，g/cm3。則 P=2×1.01×（125）3×（0.8）5/（1.365×105）=8.4 KW 電動(dòng)機(jī)的額定功率P（P+P）傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率可取0.9，軸封裝置的摩擦損失功率

36、P約占攪拌功率的5則 P8.4×1.050.99.8 KW那么所選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y160M1，11KW，效率90.8所選減速機(jī)，由轉(zhuǎn)速125min選用XLD1225型軸徑計(jì)算： d=A(P/n) (1/3)上式中: d軸徑; A是由軸的材料和承載情況確定的系數(shù);P攪拌軸的功率; n軸的轉(zhuǎn)速;選軸的材料為45號(hào)鋼,因攪拌軸主要承受扭矩,可取A較小值,故取A=110則: d=A(P/n) (1/3) =110×(9.8÷125)(1/3)=48mm考慮到攪拌時(shí)介質(zhì)腐蝕等影響,故取攪拌軸的最小直徑為60mm.5. 熱量衡算5.1 衡算任務(wù)計(jì)算各個(gè)階段傳熱的速率，蒸汽和冷卻

37、水的用量，校核傳熱面積以確定換熱設(shè)備的工藝尺寸。 5.2 收集的數(shù)據(jù)PVB的比熱1.758KJ/（Kg·k） 低碳鋼比熱0.11KJ/（Kg·K）PVA的比熱1.825KJ/（Kg·k） 不銹鋼比熱0.12KJ/（Kg·K）水比熱 0.999KJ/（Kg·K） 5.3 操作時(shí)間平衡表 1.進(jìn)料 1小時(shí)2.預(yù)混合 20- 80 6小時(shí) 3.聚合 8065 10小時(shí) 4.冷卻 8050 1小時(shí) 5.放料 1小時(shí) 6.清釜 2小時(shí) 7.包裝 3小時(shí)共計(jì) 24小時(shí) 5.4 升溫階段的熱量衡算從常溫20升溫到80，升溫時(shí)間為6小時(shí)。則t=80-20=60

38、聚合釜吸收的熱量： Q1=C1m1t=0.12×3434×60=24725 kJ夾套吸收的熱量： Q2 =C1m2t=0.11×2337×60=15424 kJ由于助劑的量很少，故可忽略不計(jì)。下同。水吸收的熱量： Q3=C3m3t=0.999×2640×60=158242 kJVA吸收的熱量： Q4=C4m4t=1.2×150×60=10800 kJ則蒸汽供給的熱量： Q= Q1+Q2+ Q3+Q4=209191 kJ蒸汽的供熱速率： q1=Q/t=209191÷6=34865 kJ/h5.5 聚合階段的

39、熱量衡算由于聚合過程中會(huì)自動(dòng)升溫，只是需要在加入引發(fā)劑的時(shí)候一段很短的時(shí)間內(nèi)需要升溫，所以聚合過程中的聚合熱完全可以滿足溫度要求。5.6 冷卻階段的熱量衡算8050 降溫，降溫時(shí)間為1小時(shí)。聚合釜放出的熱量：Q1= C1m1t =0.12×3434×(80-50)=12362 KJ夾套放出的熱量：Q2= C2m2t =0.11×2323×(80-50)=7666 KJ水放出的熱量：Q3= C3m3t =0.999×2640×(80-50)=79121KJVA放出的熱量：Q4= C4m4t=1.2×150×(80-5

40、0)=5400 KJ則冷卻水帶走的熱量：Q7 = Q1+ Q2+ Q3+ Q4=104549 KJ冷卻水的傳熱速率：q7=Q/t=104549KJ/h5.7蒸汽和冷卻水用量的計(jì)算 用0.5MPa的蒸汽加熱，蒸汽的汽化潛熱為2358kJ/kg，每釜需蒸汽供給熱量為209191kJ，則每釜蒸汽用量為209191÷2358=89 Kg 用冷卻水冷卻，取冷卻水溫度2035，每釜需冷卻水帶走的熱量為 Q7 =104549 KJ每釜需冷卻水用量為 Q8/(ct)=104549/0.999×(35-20)=7噸6.附體附件選型6.1支座通過計(jì)算得到反應(yīng)釜的總質(zhì)量為5771kg，物料總質(zhì)量

41、為6000kg，總重量為11771kg.即11.771噸，由于支座為四個(gè)所以單個(gè)承重則為2.95噸，所以選擇B型支座，單個(gè)承重為3噸的標(biāo)準(zhǔn)支座，地腳螺栓孔徑為30mm6.2接管的選型序號(hào)工程規(guī)格接管外徑與壁厚標(biāo)準(zhǔn)號(hào)接面形式用途1PN0.6，DN40j45*35HG20592PL/RF蒸汽入口2PN0.6，DN40j45*35HG20592PL/RF引發(fā)劑入口3PN0.6，DN400通104-3/18槽口人孔4PN0.6，DN65j76*5.5HG20592PL/RF原料進(jìn)口5PN0.6，DN40j45*35HG20592PL/RF溫度計(jì)管口6PN0.6，DN50j57*3.5HG20592PL

42、/RF壓料口7PN0.6，DN100j108*4HG20592PL/RF壓料管接管8PN0.6，DN65j76*5.5HG20592PL/RF出料口9PN0.6，DN40j45*35HG20592PL/RF冷凝水出口6.3配套設(shè)備選型由于反應(yīng)過程中，首先是聚乙烯醇的溶解，需要使用預(yù)溶解釜來溶解聚乙烯醇，由于聚乙烯醇的溶解很費(fèi)時(shí)間，所以使用了預(yù)溶解釜，之所以使用一個(gè)預(yù)溶解釜，是因?yàn)?，預(yù)溶解釜溶解好了供給第一個(gè)反應(yīng)釜后，繼續(xù)溶解，六個(gè)小時(shí)以后供給第二個(gè)釜，十二個(gè)小時(shí)之后供給第三個(gè)釜，地十八個(gè)小時(shí)，第一個(gè)反應(yīng)釜就快生產(chǎn)完成，供給給第一個(gè)反應(yīng)釜，到了第二十四個(gè)小時(shí)，第二個(gè)反應(yīng)釜就要反應(yīng)完全，供給第二各

43、反應(yīng)釜，以此類推，添加了一個(gè)預(yù)溶解釜可以縮短每個(gè)釜的反應(yīng)時(shí)間，周期與預(yù)設(shè)的24個(gè)小時(shí)相比會(huì)縮短。這樣就有足夠的時(shí)間來清洗反應(yīng)釜并且包裝。序號(hào)名稱尺寸個(gè)數(shù)1蒸餾水儲(chǔ)槽20立方米12醋酸乙烯儲(chǔ)槽20立方米13聚乙烯醇儲(chǔ)罐7.5立方米14過硫酸鉀溶液20立方米15乳化劑儲(chǔ)槽5立方米16預(yù)溶解釜7.5立方米17乳化釜7.5立方米18計(jì)量泵107.設(shè)計(jì)小結(jié)醋酸乙烯乳液聚合常用的引發(fā)劑為過硫酸鹽。引發(fā)劑采用分次添加的方式，聚合開始后連續(xù)滴加，可以控制引發(fā)劑不過量，以免引起爆聚，造成乳液穩(wěn)定性下降。一般來說，適當(dāng)減少引發(fā)劑用量可提高聚合度，制得粘接性較強(qiáng)的乳液。 乳化劑的品種對乳液粒徑、相對分子質(zhì)量、反應(yīng)速

44、率和乳液穩(wěn)定性都有較大影響?？墒咕酆衔锶橐河懈蟮姆€(wěn)定性，乳液的固含量隨乳化劑用量的增加而增加，粘度也隨之增大，粘接力也相應(yīng)增強(qiáng)。在醋酸乙烯乳液聚合的過程中，聚乙烯醇既起到了乳化劑的作用，同時(shí)又起到了保護(hù)膠體的作用。不加聚乙烯醇而直接進(jìn)行乳液聚合所得到的白乳膠在靜置幾分鐘后會(huì)立刻凝結(jié)，變成膠凍狀，無法使用。若加入聚乙烯醇的量過大，就會(huì)導(dǎo)致所得乳液粘度太高，流動(dòng)性太差，也無法使用。 反應(yīng)溫度影響聚合反應(yīng)速率和乳液的平均相對分子質(zhì)量。反應(yīng)溫度升高會(huì)使乳膠粒數(shù)目增大，平均直徑減?。环磻?yīng)溫度升高，使乳膠之間發(fā)生重合，聚結(jié)速率增大，乳膠粒表面上的水化層變薄，都會(huì)導(dǎo)致乳液穩(wěn)定性下降，如果反應(yīng)溫度高于或等于乳化劑的濁點(diǎn)時(shí)，乳化劑就失去了作用，從而引起破乳。在反應(yīng)中各種物料添加的多少，添加的時(shí)間對于反應(yīng)的進(jìn)行有著很大的影響，對于化學(xué)反應(yīng)而言，溫度，壓強(qiáng)都是至關(guān)重要的條件，反應(yīng)的時(shí)間也決定了反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率，以及反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。本次設(shè)計(jì)在最初確定反應(yīng)釜的尺寸