聚苯乙烯反應(yīng)器設(shè)計(jì)

摘要本文是對(duì)10萬(wàn)噸/年高抗沖聚苯乙烯（HIPS）的生產(chǎn)過(guò)程設(shè)計(jì)中反應(yīng)器進(jìn)行的設(shè)計(jì)，通過(guò)采用反應(yīng)器設(shè)計(jì)的一系列方法以及強(qiáng)度校核等方法，設(shè)計(jì)出了生產(chǎn)反應(yīng)所需的反應(yīng)器，并且對(duì)反應(yīng)器的零部件進(jìn)行了簡(jiǎn)要計(jì)算，進(jìn)而選出了零部件的型號(hào)；另外，本文還對(duì)所設(shè)計(jì)的反應(yīng)器的過(guò)程控制、開(kāi)停車(chē)方案以及危險(xiǎn)性分析等作了說(shuō)明，從而對(duì)所設(shè)計(jì)的反應(yīng)器進(jìn)行了全方位的分析；在本文的最后，附上了反應(yīng)器的裝配圖，便于制造時(shí)進(jìn)行參考?？傊疚臑檎麄€(gè)生產(chǎn)的工藝過(guò)程打下良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：反應(yīng)器設(shè)計(jì)；高抗沖聚苯乙烯生產(chǎn)；過(guò)程控制；反應(yīng)器裝配圖ABSTRACTThisarticleiswrittenforthereactorof50000tonsoneyearofHIPS’sproductionprocessdesign.Throughaserieswaysofreactordesignandstrengthcheck,thereactorneededforreactionisdesignedout,andabriefcalculationforpartsofthereactorhasbeencarriedout.Andthenthemodelsofthepartshasbeenselected.Inaddition,thearticlealsotalksaboutonthedesignofthereactorprocesscontrol,startingandendingtheprocess,aswellasriskanalysis.Andthusacomprehensiveanalysisofthereactoriscarried.Intheendofthisarticle,theassemblydrawingofthereactorisattached,whichisconvenienttorefertowhilemanufactured.Inshort,thisarticlelaysagoodfoundationfortheentireproductionprocess.Keywords:reactordesign;HIPSproduction;processcontrol;reactorassemblydrawing第一章設(shè)計(jì)要求、目標(biāo)說(shuō)明本文中所述的，是100000噸/年高抗沖聚苯乙烯生產(chǎn)項(xiàng)目中反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)器及其相關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)。反應(yīng)器是生產(chǎn)高抗沖聚苯乙烯的核心設(shè)備，以苯乙烯和順丁橡膠為原料，在DP275B為引發(fā)劑的條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)，生成HIPS以及少量的低聚物，產(chǎn)物流出反應(yīng)器后進(jìn)入閃蒸罐對(duì)未反應(yīng)的苯乙烯和乙苯進(jìn)行回收并循環(huán)利用。其中反應(yīng)過(guò)程共包含四臺(tái)臥式活塞流反應(yīng)器，反應(yīng)溫度分別為120℃‐140℃、140℃‐160℃、160℃‐180℃、180℃‐200℃，反應(yīng)壓力為微正壓約0.1MPa。相關(guān)附屬設(shè)備包括攪拌器，夾套，電動(dòng)機(jī)，支座，凸緣法蘭，底蓋，各種封頭等。反應(yīng)器設(shè)計(jì)需滿足如下條件：反應(yīng)器應(yīng)保證各組分均勻分布，滿足滿釜操作條件。反應(yīng)器應(yīng)具有良好的傳熱效果，并根據(jù)反應(yīng)需要對(duì)溫度進(jìn)行分段控制。反應(yīng)器的材料應(yīng)是耐高溫，耐腐蝕的。（4）反應(yīng)器應(yīng)利于物料的傳質(zhì)，有良好的攪拌裝置。（5）反應(yīng)器應(yīng)有利于產(chǎn)品的后處理和三廢的治理等問(wèn)題。反應(yīng)器的具體工藝條件見(jiàn)表1-1表1-1反應(yīng)器設(shè)計(jì)條件反應(yīng)器1反應(yīng)器2反應(yīng)器3反應(yīng)器4反應(yīng)溫度（℃）120-140140-160160-180180-200壓力（MPa）0.10.10.10.1反應(yīng)形式連續(xù)反應(yīng)連續(xù)反應(yīng)連續(xù)反應(yīng)連續(xù)反應(yīng)進(jìn)料方式連續(xù)進(jìn)料連續(xù)進(jìn)料連續(xù)進(jìn)料連續(xù)進(jìn)料操作方式滿釜滿釜滿釜滿釜反應(yīng)時(shí)間（h）1111反應(yīng)物料處理量（kg/h）17876.1317876.1317876.1317876.13設(shè)計(jì)方法說(shuō)明2.1綜述反應(yīng)器設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面：（1）根據(jù)物料以及反應(yīng)的要求確定反應(yīng)器的形式，進(jìn)而設(shè)計(jì)出反應(yīng)器的尺寸。（2）對(duì)反應(yīng)器的附件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，對(duì)能夠直接選型的附件進(jìn)行選型。（3）對(duì)設(shè)備的開(kāi)停車(chē)進(jìn)行描述，并對(duì)整套設(shè)備進(jìn)行HAZOP分析。（4）對(duì)公用工程的消耗量進(jìn)行精確計(jì)算，對(duì)整套設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確估價(jià)。2.2流程中擬運(yùn)用的方法反應(yīng)塔塔體壁厚的計(jì)算方法反應(yīng)塔塔體受外壓作用，按照外壓容器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)要說(shuō)明如下：第一，假設(shè)QUOTE，計(jì)算QUOTE，定出，值。第二，查圖得到系數(shù)A。第三，根據(jù)所用的材料，選擇相應(yīng)的厚度計(jì)算圖，通過(guò)A值查得B值。第四，計(jì)算許用外壓QUOTE第五，比較許用外壓[p]與設(shè)計(jì)外壓p，若p≦[p]，假設(shè)的厚度QUOTE可用，若小得過(guò)多，可將QUOTE適當(dāng)減小，重復(fù)上述計(jì)算；若p>[p]，須增大初設(shè)的QUOTE，重復(fù)上述計(jì)算，直至使p≦[p]為止。夾套壁厚的計(jì)算方法夾套受內(nèi)壓，按照內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，厚度計(jì)算公式為：其中：為夾套的名義壁厚，mm；p為夾套的設(shè)計(jì)壓力，MPa；Di為夾套的內(nèi)徑，mm；為材料的許用應(yīng)力，MPa；為焊接接頭系數(shù)，C為壁厚附加量，mm。攪拌功率的計(jì)算方法按照下面的通用公式計(jì)算攪拌功率式中Po—功率準(zhǔn)數(shù)；k—功率準(zhǔn)數(shù)校正總系數(shù)；Dj—攪拌器直徑，m；N—攪拌器轉(zhuǎn)速，m/s。攪拌器直徑的計(jì)算方法攪拌軸收到扭轉(zhuǎn)和彎曲的組合作用，其中以扭轉(zhuǎn)為主，所以工程上采用近似的方法來(lái)確定攪拌軸的直徑，即通過(guò)軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件與強(qiáng)度條件確定攪拌軸的直徑。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件：軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件：式中：為軸橫截面上的最大剪應(yīng)力，MPa；為軸所傳遞的扭矩，MPa；為軸的抗扭截面模量，mm3；為軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角，0/m，G為攪拌軸材料的剪切彈性模量，MPa；為軸截面的極慣性矩，mm4。傳熱計(jì)算得方法夾套中流動(dòng)的傳熱介質(zhì)為導(dǎo)生油，設(shè)計(jì)夾套換熱面積與反應(yīng)塔的換熱面積進(jìn)行比較，當(dāng)需要的換熱面積的較大值小于夾套與反應(yīng)塔的換熱面積時(shí)能夠滿足換熱要求。計(jì)算換熱面積的公式為式中：K——總傳熱系數(shù)W/(QUOTEm2.K)A——傳熱面積m2——對(duì)數(shù)平均溫差K附件的計(jì)算方法反應(yīng)塔的附件包括塔體法蘭，人孔及其法蘭，傳動(dòng)裝置，手孔，視鏡等，在對(duì)這些附件設(shè)計(jì)時(shí)，更多地采用了標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，根據(jù)已知條件直接選型。（7）容器試壓方法液壓試壓：要求滿足的強(qiáng)度條件：氣壓試驗(yàn)：需要滿足的強(qiáng)度條件：2.2.2假設(shè)（1）在計(jì)算反應(yīng)塔的容積時(shí)，需要有物料的流量，由于該物料為混合物，故不容易計(jì)算，因此假設(shè)忽略少量引發(fā)劑和助劑的流量，這樣計(jì)算的結(jié)果理論上雖然與精確結(jié)果不一樣，但在工業(yè)生產(chǎn)中是可以接受的，也是經(jīng)常采用的方法。（2）在查詢一些有范圍的參數(shù)時(shí)，均取了靠近有利于提高設(shè)備規(guī)格的值。（3）計(jì)算支座的載荷時(shí)，許多附件的質(zhì)量無(wú)法準(zhǔn)確得到，根據(jù)附件的大小，用的材料，對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行了假設(shè)，取比估算出的值大一些的數(shù)值，從而保證選出的支座足夠支撐起整套設(shè)備。（4）計(jì)算塔內(nèi)冷卻彎管時(shí)并根據(jù)換熱所需面積計(jì)算出管徑和管長(zhǎng)。（5）根據(jù)可行性研究報(bào)告，設(shè)計(jì)的四個(gè)聚合反應(yīng)器的尺寸相同，故設(shè)計(jì)以第一個(gè)反應(yīng)器為例，并依據(jù)其中有較高要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此來(lái)滿足四個(gè)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)要求。設(shè)備說(shuō)明本報(bào)告設(shè)計(jì)的是反應(yīng)過(guò)程的后四臺(tái)聚合反應(yīng)器，四臺(tái)反應(yīng)器串聯(lián)操作，每臺(tái)反應(yīng)器都帶有外部夾套和72組阿基米德螺旋線內(nèi)盤(pán)管，每?jī)山M內(nèi)盤(pán)管中間有一層雙槳平葉式攪拌器，共有36組槳葉，以保證物料均勻，從而達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。通過(guò)控制其攪拌速度、反應(yīng)溫度和出料速度，可控制物料在反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間，并使物料達(dá)到預(yù)定的轉(zhuǎn)化率。各后級(jí)反應(yīng)器均有物料回流至前級(jí)反應(yīng)器以保持臥式反應(yīng)器的滿釜操作，反應(yīng)熱由夾套和冷卻盤(pán)管散熱。物料在聚合反應(yīng)器中的停留時(shí)間約為1h，達(dá)到預(yù)期轉(zhuǎn)化率的物料通過(guò)齒輪泵并經(jīng)加熱器加熱后送往脫揮工序。3.1反應(yīng)器塔體和夾套工藝尺寸反應(yīng)器塔體和夾套的詳細(xì)工藝尺寸如下表3-1所示表3-1反應(yīng)器塔體和夾套的詳細(xì)工藝尺寸項(xiàng)目結(jié)果反應(yīng)器類(lèi)型帶夾套的攪拌臥式活塞流反應(yīng)器塔體設(shè)計(jì)壓力（MPa）0.20夾套內(nèi)設(shè)計(jì)壓力（MPa）0.15塔體內(nèi)設(shè)計(jì)溫度（℃）150夾套內(nèi)設(shè)計(jì)溫度（℃）150塔體材料Q235—C夾套材料Q235—C塔體及夾套焊接接頭系數(shù)0.8設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力QUOTE(MPa)Q235—C125Q235—C125塔體筒體計(jì)算厚度(mm)20夾套計(jì)算厚度（mm）8反應(yīng)塔公稱(chēng)直徑（mm）2000夾套公稱(chēng)直徑(mm)2400反應(yīng)塔高度（mm）10000續(xù)表3-1反應(yīng)器塔體和夾套的詳細(xì)工藝尺寸夾套高度(mm)10000反應(yīng)釜容積（QUOTEm3）23塔體質(zhì)量（kg）9550夾套質(zhì)量（kg）54503.2物料衡算說(shuō)明3.2.1原料、產(chǎn)品物性簡(jiǎn)介（1）苯乙烯常壓苯乙烯是無(wú)色透明油狀液體，能溶于醇及醚，難溶于水，遇明火極易燃燒。受熱、曝光或存在過(guò)氧化物催化劑時(shí)，極易聚合放熱導(dǎo)致爆炸。與氯磺酸、發(fā)煙硫酸、濃硫酸反應(yīng)劇烈，有爆炸危險(xiǎn)。有毒，對(duì)人體皮膚、眼和呼吸系統(tǒng)有刺激性?？諝庵凶罡呷菰S濃度為100ppm。（2）高抗沖聚苯乙烯高抗沖聚苯乙烯又稱(chēng)接枝型高沖擊強(qiáng)度聚苯乙烯，是由本體-懸浮聚合與本體聚合兩種方法制得，白色不透明珠狀或顆粒。相對(duì)密度1．04-1．06，熱變形溫度70-84℃。韌性好，耐沖擊，耐油、耐水。吸水性(24h)0．10％-0．14％,電絕緣性好，體積電阻率＞1016Ωm。溶于苯、甲苯、醋酸乙酯、二氯乙烷等有機(jī)溶劑。高溫下會(huì)發(fā)生斷鏈（280℃左右）。拉伸強(qiáng)度(MPa)15～30伸長(zhǎng)率〔％)35～60彎曲強(qiáng)度(MPa)29.4～50沖擊強(qiáng)度(N／M)0.09～0.16維卡軟化點(diǎn)((℃)84～100熔體指數(shù)(g／l0min)2～9根據(jù)可行性研究報(bào)告，本項(xiàng)目所選工藝配方如下：表3-2原料配方表物料重量份苯乙烯92聚丁二烯橡膠4乙苯2礦物油1引發(fā)劑0.16抗氧劑0.12鏈轉(zhuǎn)移劑0.08其他助劑0.643.3.2計(jì)算舉例物料流量計(jì)算：忽略引發(fā)劑、抗氧劑等少量組分的影響，則原料組成中苯乙烯92%，橡膠4%，乙苯2%，礦物油1%。產(chǎn)品高抗沖聚苯乙烯的年產(chǎn)量為10萬(wàn)噸，年工作時(shí)間為8400小時(shí)，則單位時(shí)間產(chǎn)量為，考慮到整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中有產(chǎn)品的損失，收率按98%計(jì)算，則理論上產(chǎn)品產(chǎn)量為。產(chǎn)品高抗沖聚苯乙烯由聚苯乙烯、橡膠、礦物油組成，其中苯乙烯轉(zhuǎn)化為聚苯乙烯的轉(zhuǎn)化率由工藝條件可知為75%。則：聚苯乙烯與橡膠的質(zhì)量比為：礦物油與橡膠的質(zhì)量比為：產(chǎn)品中聚苯乙烯所占質(zhì)量比為：產(chǎn)品中橡膠所占質(zhì)量比為：產(chǎn)品中礦物油所占質(zhì)量比為：每小時(shí)聚苯乙烯的產(chǎn)量為：所需的苯乙烯質(zhì)量流量為：所需的橡膠的質(zhì)量流量為：所需的礦物油質(zhì)量流量為：所需的乙苯溶劑的質(zhì)量流量為：由于橡膠溶液和副線進(jìn)料首先在預(yù)聚合反應(yīng)器中進(jìn)行初步聚合，完成相反轉(zhuǎn)，達(dá)到25--35％的轉(zhuǎn)化率后，送往下一級(jí)反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)。故假設(shè)在預(yù)聚釜中完成了30%的轉(zhuǎn)化，則進(jìn)入反應(yīng)器的苯乙烯質(zhì)量流量為10571.42kg/h，橡膠的質(zhì)量流量為459.61kg/h，礦物油的質(zhì)量流量為114.88kg/h，乙苯作為溶劑和鏈轉(zhuǎn)移劑使用10%，則進(jìn)入反應(yīng)器的乙苯的質(zhì)量流量為295.47kg/h。這部分原材料連續(xù)進(jìn)入四個(gè)臥室活塞流反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)料溫度分別為120℃、150℃、170℃、190℃，轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到39%、48%、60%、75%，各后級(jí)反應(yīng)器均有物料回流至前級(jí)反應(yīng)器以保持臥式反應(yīng)器的滿釜操作。從反應(yīng)器出來(lái)的聚合物液首先進(jìn)入壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行減壓，然后進(jìn)入預(yù)熱器中，用熱導(dǎo)生油加熱，溫度從210℃迅速升到230℃，然后再進(jìn)入一個(gè)帶夾套的閃蒸罐中，對(duì)這個(gè)閃蒸罐抽真空，將容器內(nèi)壓力控制在10mmHg以下，由于苯乙烯、乙苯的沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于高聚物，所以在罐中迅速氣化，實(shí)現(xiàn)閃蒸。另外假設(shè)在四個(gè)反應(yīng)器中乙苯的消耗量分別達(dá)12%、15%、20%和25%，橡膠和礦物油消耗量各反應(yīng)器相同，分別為40%、70%、90%、100%。則反應(yīng)過(guò)程主物料進(jìn)料總表如下：表3-3主物料進(jìn)料表物料進(jìn)料量（kg/h/)苯乙烯10571.42聚丁二烯橡膠459.61乙苯295.47礦物油114.88反應(yīng)過(guò)程主物料流量表如下：表3-4主物料流量表（單位kg/h）來(lái)源去往苯乙烯HIPS橡膠乙苯礦物油總計(jì)主進(jìn)料2#預(yù)聚釜1#反應(yīng)器10571.424809.65459.61295.47114.8816251.03局部進(jìn)料11#反應(yīng)器2#反應(yīng)器9212.246257.46393.95288.9198.4716251.03局部進(jìn)料22#反應(yīng)器3#反應(yīng)器7853.067872.70196.97279.0649.2416251.03局部進(jìn)料33#反應(yīng)器4#反應(yīng)器6040.819865.5065.66262.6516.4116251.03閃蒸罐4#反應(yīng)器閃蒸罐3775.5112229.290246.23016251.03循環(huán)進(jìn)料12#反應(yīng)器1#反應(yīng)器785.306787.2719.69727.9064.9241625.103循環(huán)進(jìn)料23#反應(yīng)器2#反應(yīng)器604.081986.556.566026.2651.6411625.103循環(huán)進(jìn)料34#反應(yīng)器3#反應(yīng)器377.5511222.929024.62301625.103對(duì)反應(yīng)器1進(jìn)行計(jì)算舉例：主進(jìn)料：苯乙烯：10571.42kg/h，高抗沖聚苯乙烯：4809.65kg/h，橡膠：459.61kg/h，乙苯：295.47kg/h，礦物油：114.88kg/h。由于后級(jí)反應(yīng)器均有物料回流至前級(jí)反應(yīng)器，所以對(duì)于1#反應(yīng)器，其循環(huán)進(jìn)料占2#反應(yīng)器出料的10%，則循環(huán)進(jìn)料流股的組成為：苯乙烯：785.306kg/h，高抗沖聚苯乙烯：787.27kg/h，橡膠：19.697kg/h，乙苯：27.906kg/h，礦物油：4.924kg/h。由于循環(huán)流股也具有一定的轉(zhuǎn)化率，則：苯乙烯：785.306×0.39=306.27kg/h橡膠：19.697×0.4=7.8788kg/h乙苯：27.906×0.12=3.349kg/h礦物油：4.924×0.4=1.9696kg/h可得到生成的高抗沖聚苯乙烯為：306.27+7.8788+3.349+1.9696=319.467kg/h再加上循環(huán)流股本身高抗沖聚苯乙烯，總生產(chǎn)量為：1106.737kg/h，相應(yīng)的剩余的苯乙烯：479.04kg/h，橡膠：11.8182kg/h，乙苯：24.557kg/h，礦物油：2.9544kg/h。同理可對(duì)另外三個(gè)聚合反應(yīng)器做同樣的計(jì)算，得到全過(guò)程詳細(xì)的進(jìn)出料組分如下表所示：表3-5全過(guò)程詳細(xì)物料流量一欄表（單位kg/h）來(lái)源去往苯乙烯HIPS橡膠乙苯礦物油總計(jì)第一聚合反應(yīng)器2#預(yù)聚釜1#反應(yīng)器10571.424809.65459.61295.47114.8816251.032#反應(yīng)器1#反應(yīng)器785.306787.2719.69727.9064.9241625.103第二聚合反應(yīng)器1#反應(yīng)器2#反應(yīng)器9691.287364.19405.77313.47101.4217876.133#反應(yīng)器2#反應(yīng)器604.081986.556.566026.2651.6411625.103第三聚合反應(yīng)器2#反應(yīng)器3#反應(yīng)器8167.189158.90198.94301.3849.7317876.134#反應(yīng)器3#反應(yīng)器377.5511222.929024.62301625.103第四聚合反應(yīng)器3#反應(yīng)器4#反應(yīng)器6191.8311319.8865.66282.3516.4117876.13閃蒸罐4#反應(yīng)器閃蒸罐3775.5112229.290246.23016251.033.3能量衡算根據(jù)假設(shè)，在能量衡算這一部分我們也只考慮組分較多的苯乙烯、橡膠、礦物油、乙苯和產(chǎn)品高抗沖聚苯乙烯，忽略少量引發(fā)劑和助劑等的量，進(jìn)行能量衡算如下（物性數(shù)據(jù)見(jiàn)附錄1）對(duì)第一聚合反應(yīng)器進(jìn)行計(jì)算舉例如下：第一聚合反應(yīng)器的進(jìn)料由兩部分組成：一是來(lái)自預(yù)聚釜的主進(jìn)料，二是來(lái)自后一級(jí)反應(yīng)器的循環(huán)進(jìn)料。主進(jìn)料：來(lái)自預(yù)聚釜的原料溫度為120℃，需要加熱到150℃，故平均溫度為：t=（120+150）/2=135℃根據(jù)附錄數(shù)據(jù)，用線性插值法計(jì)算得苯乙烯的定壓比熱容為：2.025kJ/（kg?K）同理，計(jì)算乙苯的定壓比熱容為：2.1385kJ/（kg?K）根據(jù)熱傳導(dǎo)公式，再利用物料衡算得到的數(shù)據(jù)，可得到下面的計(jì)算結(jié)果：循環(huán)進(jìn)料：來(lái)自下一級(jí)的循環(huán)物料溫度由170℃降低到150℃，故循環(huán)進(jìn)料的平均溫度為：t=（170+150）/2=160℃。查附錄得出此溫度下苯乙烯、乙苯的定壓比熱容分別為：2.106kJ/（kg?K）、2.309kJ/（kg?K）根據(jù)熱傳導(dǎo)公式，再利用物料衡算得到的數(shù)據(jù)，同理可得到下面的計(jì)算結(jié)果：計(jì)算反應(yīng)放熱以苯乙烯為基準(zhǔn)，原料在第一聚合反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化率達(dá)到39%，即有15102.03×0.39=5889.79kg/h的苯乙烯發(fā)生反應(yīng)，減去預(yù)聚釜反應(yīng)放出的熱量即為本反應(yīng)器的反應(yīng)放熱：第一聚合反應(yīng)器熱量匯總：整個(gè)過(guò)程所需的加熱量：整個(gè)過(guò)程放出的熱量：理論上需要向外部排除的熱量：對(duì)其余的三個(gè)聚合反應(yīng)器也可用同樣的方法進(jìn)行計(jì)算，得到的結(jié)果匯總到下表：表3-6 能量衡算總表預(yù)熱需熱量Q1×10-5/(kJ/h)反應(yīng)放熱量Q反×10-5/(kJ/h)總放熱量Q外×10-5/(kJ/h)對(duì)外放熱量Q外×10-5/(kJ/h)第一聚合反應(yīng)器9.18209.13629.71550.5335第二聚合反應(yīng)器6.09219.13629.68663.5945第三聚合反應(yīng)器5.965712.18212.7016.7353第四聚合反應(yīng)器5.700315.22715.2279.52673.4攪拌器設(shè)計(jì)說(shuō)明由于聚合反應(yīng)體系粘度較高，且反應(yīng)過(guò)程中會(huì)放出大量熱，故需要安裝攪拌器，一方面使物料混合均勻，另一方面使散熱均勻。對(duì)于反應(yīng)器的攪拌，應(yīng)控制在適宜水平，使既能使微粒充分分散形成，又不會(huì)破壞微粒的埋入結(jié)構(gòu)。攪拌漿提供的剪切力應(yīng)適當(dāng)，以便控制橡膠微粒直徑在合適水平（1～2μm）。攪拌的剪切力越大，橡膠微粒直徑越小。綜合各因素以及現(xiàn)有的成熟工藝進(jìn)行分析，選用雙槳平葉式攪拌器。設(shè)計(jì)四臺(tái)反應(yīng)器攪拌的功率基本相同，以便選用相同設(shè)備。隨著反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的升高，反應(yīng)物料的粘稠度也隨之上升，使攪拌漿的轉(zhuǎn)速顯著下降。四部攪拌器的轉(zhuǎn)速初步定為20RPM、15RPM、10RPM、5RPM詳細(xì)的設(shè)計(jì)結(jié)果如下表3-7所示。表3-7攪拌器詳細(xì)計(jì)算結(jié)果列表項(xiàng)目設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)攪拌器類(lèi)型三槳平葉式攪拌器攪拌層數(shù)單程攪拌槳直徑（mm）950攪拌軸轉(zhuǎn)速（r/min）0.25槳葉寬度（mm）50槳葉長(zhǎng)度（mm）90槳葉厚度（mm）16攪拌軸直徑（mm）85攪拌軸功率（kw）10.88攪拌軸材料45鋼軸所傳遞的扭矩（N.m）6926.9攪拌軸單位扭轉(zhuǎn)角（）0.943.5設(shè)備強(qiáng)度校核說(shuō)明塔體、夾套設(shè)計(jì)完厚度后，還要進(jìn)行強(qiáng)度校核，液壓試驗(yàn)等，若不滿足強(qiáng)度條件，則需要重新設(shè)計(jì)。詳細(xì)的強(qiáng)度校核數(shù)據(jù)如下二表所示。表3-8塔體強(qiáng)度校核數(shù)據(jù)列表項(xiàng)目設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)1塔體筒體名義厚度（mm）202厚度附加量（mm）2.84塔體筒體外徑（mm）20405筒體計(jì)算長(zhǎng)度（mm）10液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力（MPa）0.125QUOTEQUOTEσT(MPa)9.20.9QUOTEQUOTEσQUOTEsφ（MPa）211.5氣壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力（MPa）0.115QUOTEQUOTEσT(MPa)8.50.8QUOTEQUOTEσQUOTEsφ（MPa）188表3-9夾套強(qiáng)度校核數(shù)據(jù)列表項(xiàng)目設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)1夾套筒體名義厚度（mm）82厚度附加量（mm）2.84夾套筒體外徑（mm）22165夾套計(jì)算長(zhǎng)度（mm）10液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力（MPa）0.1875QUOTEQUOTEσT(MPa)45.20.9QUOTEQUOTEσQUOTEsφ（MPa）211.5氣壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力（MPa）0.172QUOTEQUOTEσT(MPa)41.40.8QUOTEQUOTEσQUOTEsφ（MPa）1883.6反應(yīng)器附件的設(shè)計(jì)說(shuō)明反應(yīng)器附件包括電動(dòng)機(jī)，支座，凸緣法蘭，底蓋，各種封頭等，均按照條件要求進(jìn)行選型即可。3.7各個(gè)管線接口的說(shuō)明管線接口包括夾套的上口接管與下口接管，反應(yīng)器苯乙烯和橡膠混合液進(jìn)料管，助劑進(jìn)料管，反應(yīng)器產(chǎn)品出料管，溫度計(jì)接口，液位計(jì)接口等，各個(gè)接口尺寸如下表3-10所示。表3-10各管線接口一覽表來(lái)源去往管徑d(mm)主進(jìn)料第一聚合反應(yīng)器80引發(fā)劑進(jìn)料第一聚合反應(yīng)器10循環(huán)物料第一聚合反應(yīng)器20第一聚合反應(yīng)器第二聚合反應(yīng)器80循環(huán)物料第二聚合反應(yīng)器20第二聚合反應(yīng)器第三聚合反應(yīng)器80循環(huán)物料第三聚合反應(yīng)器20第三聚合反應(yīng)器第四聚合反應(yīng)器80藍(lán)料等進(jìn)料第四聚合反應(yīng)器10過(guò)程控制4.1控制方案描述4.1.1溫度控制采用溫度控制器控制溫度，將溫控器與控制導(dǎo)生油的閥門(mén)組成一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，維持各個(gè)聚合工段反應(yīng)溫度在要求的范圍值內(nèi)。4.1.2壓力控制反應(yīng)壓力要求控制在0.2MPa以下，通過(guò)反饋調(diào)節(jié)來(lái)控制，改變進(jìn)料氣體（氮?dú)猓┕苈烽y門(mén)的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。4.2設(shè)備的管道儀表流程圖見(jiàn)附圖4.3設(shè)備開(kāi)停車(chē)方案4.3.1開(kāi)車(chē)方案初始化檢查管線圖檢查：確保施工是完全按照PID圖進(jìn)行的，并且所有閥門(mén)和儀表都已正確安裝。設(shè)備檢查：確保電動(dòng)機(jī)已有效地工作。容器檢查：對(duì)容器進(jìn)行由內(nèi)而外的探測(cè)，確保其按照預(yù)先設(shè)計(jì)要求制造的。材料檢查：確保管路，容器，閥，泵是采用制定材料制造的。泄放裝置檢查：檢查所有泄放閥是否安裝，并調(diào)試其對(duì)信號(hào)的反應(yīng)。電力過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)：檢查是否按照設(shè)計(jì)要求，安裝了電力過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)。管線檢查：確保連接閥，容器，取樣點(diǎn)的管線是暢通的。安全裝置與防火檢查：確保防火系統(tǒng)已正確安裝，并測(cè)試系統(tǒng)是否可靠；檢查安全警示標(biāo)志是否已安置在正確的位置，安全淋浴是否安裝在容易到達(dá)的位置，緊急撤離路線是否在平面圖中標(biāo)明。清潔度檢查：確保所有的管路和容器已經(jīng)被清洗和吹掃。廠區(qū)應(yīng)該沒(méi)有污染和零碎物品。撤離路線和進(jìn)入廠區(qū)的通道應(yīng)該絕對(duì)沒(méi)有障礙物。系統(tǒng)測(cè)試和泄露測(cè)試：檢查焊接的管路系統(tǒng)和容器是否已經(jīng)通過(guò)負(fù)壓檢測(cè)和法蘭系統(tǒng)泄露檢測(cè)。儀表和控制檢測(cè)：檢查所有指定的控制點(diǎn)是否已經(jīng)正確安裝，并檢查它們的工作范圍。容器內(nèi)件：檢查所有容器內(nèi)的內(nèi)件是否為設(shè)計(jì)要求內(nèi)件。人員要求：操作人員必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)和安全生產(chǎn)、防火防爆工具衛(wèi)生技術(shù)教育，熟練掌握本崗位安全操作規(guī)程及消防防護(hù)器材的使用，并經(jīng)考核合格取得“安全作業(yè)證”后方可上崗。操作人員按規(guī)定著裝，進(jìn)入裝置必須穿防靜電服裝，廠區(qū)內(nèi)禁止使用移動(dòng)電話。無(wú)關(guān)人員不得進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。開(kāi)啟公用工程由于公用工程要長(zhǎng)時(shí)間使用，故應(yīng)事先介入廠區(qū)內(nèi)，包括以下幾類(lèi)：電力公用工程，包括備用發(fā)電機(jī)。水力公用工程，包括冷卻水。消防用水。蒸汽管線。開(kāi)車(chē)順序打開(kāi)氣體入口閥門(mén)以及1、2、3、4號(hào)聚合反應(yīng)器的進(jìn)料、出料閥門(mén)，通入氮?dú)猓懦磻?yīng)器里面的空氣。打開(kāi)1號(hào)聚合反應(yīng)器進(jìn)料閥門(mén)，同時(shí)關(guān)閉2、3、4號(hào)聚合反應(yīng)器的進(jìn)料閥門(mén)，裝好引發(fā)劑并引入已預(yù)聚合的苯乙烯和順丁橡膠混合原料液及產(chǎn)品。加入反應(yīng)液的同時(shí)，打開(kāi)1號(hào)聚合反應(yīng)器夾套及塔內(nèi)冷卻彎管上下接管閥門(mén)，開(kāi)始通入導(dǎo)生油進(jìn)行換熱，同時(shí)打開(kāi)攪拌電機(jī)，開(kāi)始攪拌。待1號(hào)反應(yīng)器出料管檢測(cè)物料固含量滿足要求時(shí)，陸續(xù)打開(kāi)2、3、4號(hào)聚合反應(yīng)器的進(jìn)料和出料閥門(mén)，同時(shí)打開(kāi)相應(yīng)夾套和冷卻彎管導(dǎo)生油及出口閥門(mén)，保證聚合塔內(nèi)溫度和壓力穩(wěn)定。分別檢測(cè)2、3、4號(hào)反應(yīng)器出口物料固含量，滿足要求后開(kāi)始連續(xù)生產(chǎn)。利用控制系統(tǒng)維持操作條件穩(wěn)定，直至反應(yīng)結(jié)束。4.3.2停車(chē)方案（1）斷開(kāi)各原料進(jìn)口閥門(mén)以及循環(huán)流股閥門(mén)。（2）待溫度冷卻至室溫后，斷開(kāi)導(dǎo)生油閥門(mén)，停止冷卻。（3）關(guān)閉電機(jī)，停止攪拌。（4）打開(kāi)出料閥門(mén)，移出產(chǎn)物。4.3.3臨時(shí)停車(chē)方案當(dāng)系統(tǒng)維護(hù)時(shí)，需要進(jìn)行臨時(shí)停車(chē)。在這種情況下，將各反應(yīng)器中的物料分別導(dǎo)入其肥料中間儲(chǔ)罐，閃蒸罐蒸出的循環(huán)物料可存儲(chǔ)在其儲(chǔ)罐中，然后按照一般的停車(chē)操作順序停車(chē)。4.3.4緊急停車(chē)方案當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程中突然發(fā)生停電、停水、停汽或發(fā)生重大事故時(shí)，則要全面緊急停車(chē)。這種停車(chē)事前是不知道的，操作人員要盡力保護(hù)好設(shè)備，防止事故的發(fā)生和擴(kuò)大。對(duì)有危險(xiǎn)的設(shè)備，如高壓設(shè)備應(yīng)進(jìn)行手動(dòng)操作，以排出物料；對(duì)有凝固危險(xiǎn)的物料要進(jìn)行人工攪拌（如聚合釜的攪拌器可以人工推動(dòng)，并使本崗位的閥門(mén)處于正常停車(chē)狀態(tài)）。對(duì)于自動(dòng)化程度較高的生產(chǎn)裝置，在車(chē)間內(nèi)備有緊急停車(chē)按鈕，并和關(guān)鍵閥門(mén)鎖在一起。當(dāng)發(fā)生緊急停車(chē)時(shí)，操作人員一定要以最快的速度去按這個(gè)按鈕。為了防止全面緊急停車(chē)的發(fā)生，一般的化工廠均有備用電源。當(dāng)?shù)谝浑娫磾嚯姇r(shí)，第二電源應(yīng)立即供電。不同類(lèi)型的緊急停車(chē)狀況有不同的操作方案。（1）物料泄漏由于反應(yīng)器中的物料均為可燃的，因此當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)應(yīng)立即切斷原料液的進(jìn)料口，加大導(dǎo)生油流量，打開(kāi)所有泄放閥，將塔內(nèi)寄存的物料導(dǎo)入廢料儲(chǔ)罐中間罐，將可燃?xì)怏w通過(guò)塔頂排除輸送到火炬處處理。（2）電力系統(tǒng)故障電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，所有自動(dòng)控制都將失靈，攪拌器也會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，反應(yīng)變慢，此時(shí)要立即切斷原料液進(jìn)料管線，提高導(dǎo)生油系統(tǒng)流量，打開(kāi)所有泄放閥，將釜內(nèi)的積液導(dǎo)入廢料儲(chǔ)罐中間罐，將可燃?xì)怏w通過(guò)塔頂排除輸送到火炬處處理。4.3.5復(fù)車(chē)方案復(fù)車(chē)方案隨停車(chē)類(lèi)型的不同而有所區(qū)別。1、如果是臨時(shí)停車(chē)，只需按照正常的開(kāi)車(chē)順序進(jìn)行開(kāi)車(chē)即可。2、如果是緊急停車(chē)，在修復(fù)故障后將之前導(dǎo)去廢料中間儲(chǔ)罐的物料重新導(dǎo)回反應(yīng)器中，這樣可以節(jié)省復(fù)車(chē)時(shí)間，減少?gòu)?fù)車(chē)成本。第五章設(shè)備圖見(jiàn)附圖第六章設(shè)計(jì)討論：敏感性技術(shù)分析6.1原材料的影響6.1.1苯乙烯的影響苯乙烯單體是聚苯乙烯工藝中最核心的原料，對(duì)于在反應(yīng)器中生產(chǎn)低揮發(fā)分含量的聚合物，單體的純度是非常重要的。據(jù)FINA公司介紹，單體中聚合物含量低于500mg／kg以下時(shí)，對(duì)聚合反應(yīng)沒(méi)有嚴(yán)重影響，苯乙烯純度應(yīng)在99．6％以上。我廠在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)雜質(zhì)主要是乙苯時(shí)，單體純度降至99．0％時(shí)，通過(guò)調(diào)整配方及工藝參數(shù)仍能生產(chǎn)出性能優(yōu)異的HIPS。但甲基苯乙烯和二乙烯基苯是對(duì)聚合物質(zhì)量有嚴(yán)重影響的雜質(zhì)，應(yīng)該減至最少。苯乙烯中阻聚劑含量小于9mg／kg時(shí)，阻聚劑對(duì)預(yù)聚合反應(yīng)速度無(wú)顯著影響：而當(dāng)阻聚劑含量大于9mg／kg時(shí)，預(yù)聚合反應(yīng)速度明顯下降。同時(shí)，隨著阻聚劑含量的減小，相轉(zhuǎn)變過(guò)程變得越來(lái)越顯著，為使相轉(zhuǎn)變過(guò)程完成效果最佳，盡可能降低阻聚劑的含量是非常必要的。此外，隨著阻聚劑含是的增大，相轉(zhuǎn)變過(guò)程延遲。FINA公司認(rèn)為，阻聚劑含量在5-9mg／kg是比較理想的。6.1.2礦物油的影響礦物油為HIPS的分子內(nèi)部潤(rùn)滑劑，它與HIPS有一定的相容性，礦物油的加入可減少聚合物分子問(wèn)的內(nèi)聚力，明顯地降低聚合物的熔體粘度，有效地改善產(chǎn)品的流動(dòng)性能，使產(chǎn)品的熔融指數(shù)升高。另一方面，由于礦物油分子量較低，它的加入又導(dǎo)致大分子鏈排列疏松，降低鏈間作用力，有利于鏈段運(yùn)動(dòng)，提高了產(chǎn)品的落錘沖擊強(qiáng)度，但同時(shí)也使玻璃化溫度Tg降低，使產(chǎn)品的耐熱性能下降，表現(xiàn)為維卡軟化點(diǎn)或熱變形溫度下降：隨著礦物油百分含量的提高，彎曲強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率增大，而抗拉和撓曲強(qiáng)度下降。過(guò)量的礦物油或者分子量太低及粘度很低的礦物油還能使HIPS制品易發(fā)汗，降低了制品的表面硬度，制品易被劃傷，同時(shí)也使制品電鍍更加困難，因此礦物油的選擇和用量的控制十分重要。由于在HIPS生產(chǎn)過(guò)程中，脫揮是在高溫和真空條件下進(jìn)行的，因此選用的礦物油除要符合食品衛(wèi)生方面的要求外，為了提高礦物油的利用率和使用效果，揮發(fā)性是一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)。通常揮發(fā)度越低越好，由于在同一溫度下，石蠟基礦物油較環(huán)烷基礦物油餾出物少，因此在大多數(shù)情況下，選用石蠟基礦物油較合適。在同系列的石蠟基礦物油中，通常是粘度越大，揮發(fā)度越低，因此選用高粘度石蠟基礦物油更加有利。隨著橡膠用量的增加，HIPS的抗沖強(qiáng)度、落錘沖擊強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率顯著增加，熔融指數(shù)、維卡軟化點(diǎn)、拉伸屈服強(qiáng)度及拉伸斷裂強(qiáng)度則隨橡膠用量的增加而下降。但當(dāng)橡膠含量較高且超過(guò)一定值后，尤其是在脫揮工序中，橡膠接枝和交聯(lián)反應(yīng)會(huì)大為增加，過(guò)度的接枝和交聯(lián)使產(chǎn)品的伸長(zhǎng)率、落錘沖擊等反而下降；另一方面，橡膠含量的增加，也會(huì)增加生產(chǎn)成本。因此根據(jù)不同產(chǎn)品的要求，適當(dāng)控制橡膠含量十分重要。除了特殊產(chǎn)品的要求外，通常橡膠用量控制在5％～10％的范圍內(nèi)。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于預(yù)聚合反應(yīng)器中的停留時(shí)間較短，以及脫揮器中的交聯(lián)和降解作用對(duì)產(chǎn)品的性能有一定影響，故橡膠含量在8％時(shí)沖擊強(qiáng)度最好。6.2生產(chǎn)配方的影響6.2.1橡膠含量的影響苯乙烯與聚丁二烯橡膠共聚生產(chǎn)HIPS，橡膠是制取HIPS產(chǎn)品的關(guān)鍵，橡膠的用量對(duì)HIPS的產(chǎn)品性能有非常重要的影響。隨橡膠用量的增加，HIPS橡膠顆粒更完整，分布更均勻。橡膠用量大，反應(yīng)體系粘度高，同樣攪拌速率下的剪切力大，橡膠粒子變小。隨著橡膠用量的增加，HIPS中橡膠相體積分?jǐn)?shù)不是單調(diào)遞增的，而是在橡膠含量5％時(shí)，橡膠相體積分?jǐn)?shù)有一最大值，之后隨橡膠含量的增加，橡膠相體積分?jǐn)?shù)下降，影響HIPS綜合性能的關(guān)鍵在于橡膠相體積分?jǐn)?shù)而不是橡膠的重量含量。相同的橡膠重量含量下體積分?jǐn)?shù)的不同是由于橡膠顆粒內(nèi)包容物含量不同之故，包容物含量大則橡膠相的體積分?jǐn)?shù)增加，但樹(shù)脂包容物的含量也存在最佳值。6.2.2礦物油含量的影響礦物油作為HIPS的分子內(nèi)部潤(rùn)滑荊，與HIPS有一定的相容性，加入后可減少聚合物分子間的內(nèi)聚力。礦物油在橡膠中的溶解性比在聚合物中大，較多的礦物油分配在橡膠相中，使HIPS的橡膠相體積分?jǐn)?shù)增加，因而使抗沖強(qiáng)度增加，而過(guò)量的礦物油卻會(huì)使HIPS表面硬度降低。實(shí)踐證明，在一定的礦物油用量范圍內(nèi)，既能使HIPS保持較高的拉伸率和落錘沖擊性能，良好的流動(dòng)性，又能使產(chǎn)品的耐熱性能適中。但是過(guò)量礦物油的加入，則會(huì)使產(chǎn)品拉伸強(qiáng)度和耐熱性等大幅度下降，會(huì)嚴(yán)重影響材料的應(yīng)用，因此通常礦物油的用量控制在0％～6％范圍內(nèi)。6.2.3乙苯含量的影響乙苯蒸氣壓比苯乙烯低，在相同條件下，蒸發(fā)速度較快，蒸發(fā)過(guò)程能帶走反應(yīng)熱，而且乙苯作為溶劑又能對(duì)聚合物熔體起稀釋作用，降低聚合物的粘度，改善體系的傳熱狀況，尤其是乙苯易電離出H+，具有活性的大分子與氫結(jié)合后失活，終止反應(yīng)，因此乙苯能有效地控制反應(yīng)速度，具有調(diào)節(jié)聚合物分子量的作用。由于這一點(diǎn)，在HIPS生產(chǎn)過(guò)程中，常向系統(tǒng)加入一定量的乙苯，以使反應(yīng)的溫度和反應(yīng)速度易于控制。但是，乙苯的加入又給生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)其它影響。一方面，適量乙苯的加入，使蒸發(fā)更加均勻，且具有稀釋作用，減少了局部過(guò)熱發(fā)生，有利適度接枝反應(yīng)和減少交聯(lián)作用，故而有利于提高抗沖擊性能和落錘沖擊強(qiáng)度。但是，另一方面，當(dāng)乙苯增加超過(guò)一定量時(shí)，由于終止反應(yīng)的作用明顯提高，使聚合物平均分子量大為降低，故而導(dǎo)致了產(chǎn)品的強(qiáng)度等性能急劇下降，對(duì)材料的性能帶來(lái)十分不利的影響。因此其加入量的多少對(duì)產(chǎn)品的物理機(jī)械性能的影響是至關(guān)重要的。牛產(chǎn)實(shí)際表明，改變乙苯濃度是調(diào)整產(chǎn)品性能指標(biāo)的一種有效手段。通常根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量的要求控制2%-12％的乙苯含量是比較適宜的。6.3工藝條件的的影響6.3.1攪拌器的影響在H1PS生產(chǎn)裝置中，預(yù)聚反應(yīng)器是決定產(chǎn)晶質(zhì)量的最重要的設(shè)備之一。預(yù)聚合過(guò)程是橡膠和苯乙烯共聚發(fā)生相轉(zhuǎn)變的過(guò)程，通過(guò)攪拌器攪拌，產(chǎn)生剪切力，橡膠形成大小不一的粒子，均勻地分布在聚合物中。相反轉(zhuǎn)的條件是影響產(chǎn)物性能的關(guān)鍵因素，充分的混合、均勻的溫度分布和足夠的攪拌速率是完成相反轉(zhuǎn)的必要條件。一般情況下剪切速率必須高于最低臨界剪切速率，聚合體系的橡膠含量越低，最低臨界剪切速率就越高。如果剪切速率太高，橡膠粒徑降低，橡膠內(nèi)包藏的樹(shù)脂量(內(nèi)包藏量)減少，不利于提高產(chǎn)物的抗沖性能。如果剪切速率太低或混合不充分，相反轉(zhuǎn)不完全或造成“死角”，橡膠形成的海棉狀物質(zhì)與PS構(gòu)成雙連續(xù)相，產(chǎn)物的沖擊強(qiáng)度和加工流動(dòng)性不佳。因此，攪拌器的形式、轉(zhuǎn)速和散熱方式都非常重要。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于攪拌器形式和散熱方式已經(jīng)確定，因此，控制攪拌器轉(zhuǎn)速是調(diào)整橡膠顆粒大小的最直接的方式。通常，粒徑大于5um的大膠粒能有效地吸收外加能量而使HIPS獲得較好的柔韌性，lum左右的小膠?？色@得最好的懸臂梁沖擊強(qiáng)度。而隨著預(yù)聚合攪拌速度的增加，剪切力增大，橡膠粒子直徑逐漸減小，粒徑分布逐漸變窄，分布更均勻，粒子間的距離縮短；相反則橡膠粒徑增大。因此，控制適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣?，可使產(chǎn)品的沖擊性能和柔韌性能都保持在較高的水平，使材料獲得較好的綜合性能。甚至可以根據(jù)產(chǎn)品的要求，改變攪拌速度，使產(chǎn)品的某項(xiàng)性能滿足要求。6.3.2反應(yīng)溫度和停留時(shí)間的影響反應(yīng)溫度和物料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間對(duì)HIPS樹(shù)脂的性能有重大影響。首先，在達(dá)到適當(dāng)固定轉(zhuǎn)化率條件下，當(dāng)停留時(shí)間增長(zhǎng)時(shí)，反應(yīng)速度需減慢，反應(yīng)溫度相應(yīng)較低，而在低溫條件下，引發(fā)的活化分子數(shù)相對(duì)較少，有利于生成高分子量的大分子，使聚合物強(qiáng)度等性能提高。因此，采用提高液位，增大反應(yīng)器有效使用容積，或減慢生產(chǎn)速度，適當(dāng)延長(zhǎng)物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，均有利于提高產(chǎn)品的物理機(jī)械性能。但是依靠減慢生產(chǎn)速度來(lái)提高產(chǎn)品性能的辦法，又會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降，生產(chǎn)成本增加。反應(yīng)溫度和停留時(shí)間的控制要根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量本身的要求來(lái)確定。另外，隨著反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行，各級(jí)反應(yīng)器中物料轉(zhuǎn)化率越來(lái)越高，物料的粘度越來(lái)越大，反應(yīng)溫度也需逐級(jí)提高，以改善物料的輸送條件及傳質(zhì)傳熱效果。高溫下，除了大分子的接枝和交聯(lián)外，反應(yīng)器中殘留的苯乙烯單體又會(huì)被活化，產(chǎn)生低聚物，降低平均分子量，分子量分布變寬，致使產(chǎn)品的熔融指數(shù)升高，降低產(chǎn)品的強(qiáng)度性能。因此，各級(jí)反應(yīng)器的溫度和轉(zhuǎn)化率的控制也顯得相當(dāng)重要。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，預(yù)聚合反應(yīng)器溫度通?？刂圃谳^低的溫度，其它反應(yīng)器的溫度逐漸升高，物料在反應(yīng)系統(tǒng)中的停留時(shí)間以4～6h比較合適。安全、環(huán)境因素考慮7.1HAZOP危險(xiǎn)性分析表7-1反應(yīng)器的HAZOP分析偏差原因后果安全措施建議安全措施反應(yīng)塔壓力高1、壓力控制系統(tǒng)故障，釜內(nèi)氣體過(guò)多2、壓力指示儀表故障3、塔內(nèi)溫度過(guò)高發(fā)生爆炸安裝壓力檢測(cè)表壓力連鎖檢查壓力控制系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)，反應(yīng)塔壓力低1、壓力控制系統(tǒng)故障，釜內(nèi)氣體過(guò)少2、壓力指示儀表故障3、進(jìn)氣管堵塞產(chǎn)品不達(dá)標(biāo)安裝壓力檢測(cè)表壓力連鎖檢查壓力控制系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)及進(jìn)氣管閥門(mén)反應(yīng)塔溫度高溫度控制系統(tǒng)故障導(dǎo)生油流速變慢攪拌器出現(xiàn)故障產(chǎn)品收率降低安裝溫度檢測(cè)儀表溫度連鎖檢查溫度控制系統(tǒng)，進(jìn)入夾套和彎管的導(dǎo)生油管路反應(yīng)塔溫度低溫度控制系統(tǒng)故障2、導(dǎo)生油流速過(guò)快3、攪拌器出現(xiàn)故障產(chǎn)品產(chǎn)量降低，雜質(zhì)生成量增多安裝溫度檢測(cè)儀表溫度連鎖檢查溫度控制系統(tǒng)以及冷卻裝置管路反應(yīng)塔液位低1、進(jìn)料閥出現(xiàn)故障，原料加入不足2、反應(yīng)塔塔體發(fā)生泄漏3、液位測(cè)量裝置出現(xiàn)故障產(chǎn)品產(chǎn)量不足反應(yīng)塔液位指示器檢查進(jìn)料管路及閥門(mén)，反應(yīng)塔塔體的密封性，液位計(jì)是否正常續(xù)表7-1反應(yīng)器的HAZOP分析偏差原因后果安全措施建議安全措施反應(yīng)塔液位高1、原料計(jì)量罐計(jì)量不準(zhǔn)，加入原料過(guò)多2、原料進(jìn)料閥門(mén)沒(méi)有及時(shí)關(guān)閉攪拌不充分，反應(yīng)效果差液體溢出反應(yīng)塔液位指示器檢查原料計(jì)量罐計(jì)量是否準(zhǔn)確，檢查原料進(jìn)料閥門(mén)是否正常攪拌器不轉(zhuǎn)動(dòng)1、斷電2、攪拌器從攪拌軸脫落3、攪拌器槳葉被塔內(nèi)附件卡住反應(yīng)無(wú)法正常進(jìn)行電機(jī)過(guò)熱警報(bào)器，溫度連鎖，壓力連鎖檢查電力系統(tǒng)是否正常工作緊急停車(chē)，查看攪拌槳槳葉是否脫落，有無(wú)附件卡住槳葉夾套中沒(méi)有傳熱介質(zhì)1、夾套進(jìn)口管線堵塞2、導(dǎo)生系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題無(wú)法達(dá)到及時(shí)除去反應(yīng)熱進(jìn)出口流量控制閥警報(bào)檢查傳熱介質(zhì)輸送管路和閥門(mén)，檢查導(dǎo)生系統(tǒng)是否正常工作計(jì)量罐中無(wú)物料1、輸送物料的泵沒(méi)有正常運(yùn)轉(zhuǎn)2、物料輸送管路堵塞3、計(jì)量罐泄露不能為反應(yīng)提供原料計(jì)量罐液位指示器檢查泵是否正常工作，檢查物料輸送管路是否暢通，檢查計(jì)量罐是否有泄露進(jìn)料流量過(guò)大進(jìn)料管線閥門(mén)開(kāi)度過(guò)大輸送物料泵功率過(guò)高反應(yīng)器液位過(guò)高，泄露安裝進(jìn)料閥門(mén)警報(bào)系統(tǒng)安裝液位控制系統(tǒng)檢查管線閥門(mén)是否異常檢查進(jìn)料泵是否異常進(jìn)料流量過(guò)低進(jìn)料管線閥門(mén)開(kāi)度過(guò)低進(jìn)料管線有泄露進(jìn)料管線物料堵塞反應(yīng)器液位過(guò)低，后一級(jí)反應(yīng)器不能及時(shí)進(jìn)行安裝進(jìn)料閥門(mén)警報(bào)系統(tǒng)安裝流量檢測(cè)系統(tǒng)檢查管線閥門(mén)的開(kāi)度檢查進(jìn)料管線是否有泄露檢查進(jìn)料管線是否堵塞7.2物料危險(xiǎn)性分析7.2.1苯乙烯（1）性質(zhì)常壓苯乙烯是無(wú)色透明油狀液體，能溶于醇及醚，難溶于水，遇明火極易燃燒。受熱、曝光或存在過(guò)氧化物催化劑時(shí)，極易聚合放熱導(dǎo)致爆炸。與氯磺酸、發(fā)煙硫酸、濃硫酸反應(yīng)劇烈，有爆炸危險(xiǎn)。有毒，對(duì)人體皮膚、眼和呼吸系統(tǒng)有刺激性。健康危害對(duì)眼和上呼吸道粘膜有刺激和麻醉作用。急性中毒：高濃度時(shí)，立即引起眼及上呼吸道粘膜的刺激，出現(xiàn)眼痛、流淚、流涕、噴嚏、咽痛、咳嗽等，繼之頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、全身乏力等；嚴(yán)重者可有眩暈、步態(tài)蹣跚。眼部受苯乙烯液體污染時(shí)，可致灼傷。慢性影響：常見(jiàn)神經(jīng)衰弱綜合征，有頭痛、乏力、惡心、食欲減退、腹脹、憂郁、健忘、指顫等。對(duì)呼吸道有刺激作用，長(zhǎng)期接觸有時(shí)引起阻塞性肺部病變。皮膚粗糙、皸裂和增厚。急救措施急救措施按照不同的接觸部位分為以下幾種：1、皮膚接觸：脫去污染的衣著，用肥皂水和清水徹底沖洗皮膚。2、眼睛接觸：立即提起眼瞼，用大量流動(dòng)清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘，就醫(yī)。3、吸入：迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新鮮處，保持呼吸道通暢，如呼吸困難，給輸氧，如呼吸停止，立即進(jìn)行人工呼吸，就醫(yī)。4、食入：飲足量溫水，催吐，就醫(yī)。（4）消防措施及泄露應(yīng)急處理滅火方法：盡可能將容器從火場(chǎng)移至空曠處。噴水保持火場(chǎng)容器冷卻，直至滅火結(jié)束。滅火劑：泡沫、干粉、二氧化碳、砂土。用水滅火無(wú)效。遇大火，消防人員須在有防護(hù)掩蔽處操作。泄漏應(yīng)急處理：迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。切斷火源。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿防毒服。盡可能切斷泄漏源。防止流入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏：用活性炭或其它惰性材料吸收。也可以用不燃性分散劑制成的乳液刷洗，洗液稀釋后放入廢水系統(tǒng)。大量泄漏：構(gòu)筑圍堤或挖坑收容。用泡沫覆蓋，降低蒸氣災(zāi)害。用防爆泵轉(zhuǎn)移至槽車(chē)或?qū)Ｓ檬占鲀?nèi)，回收或運(yùn)至廢物處理場(chǎng)所處置。操作處置與儲(chǔ)存操作注意事項(xiàng)：密閉操作，加強(qiáng)通風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴過(guò)濾式防毒面具（半面罩），戴化學(xué)安全防護(hù)眼鏡，穿防毒物滲透工作服，戴橡膠耐油手套。遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備。防止蒸氣泄漏到工作場(chǎng)所空氣中。避免與氧化劑、酸類(lèi)接觸。灌裝時(shí)應(yīng)控制流速，且有接地裝置，防止靜電積聚。搬運(yùn)時(shí)要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。儲(chǔ)存注意事項(xiàng)：通常商品加有阻聚劑。儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源。庫(kù)溫不宜超過(guò)30℃。包裝要求密封，不可與空氣接觸。應(yīng)與氧化劑、酸類(lèi)分開(kāi)存放，切忌混儲(chǔ)。不宜大量?jī)?chǔ)存或久存。采用防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備和工具。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備和合適的收容材料。7.2.2乙苯性質(zhì)與用途易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險(xiǎn)。不溶于水，可混溶于乙醇、醚等多數(shù)有機(jī)溶劑。健康危害本品對(duì)皮膚、粘膜有較強(qiáng)刺激性，高濃度有麻醉作用。急性中毒：輕度中毒有頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、步態(tài)蹣跚、輕度意識(shí)障礙及眼和上呼吸道刺激癥狀。重者發(fā)生昏迷、抽搐、血壓下降及呼吸循環(huán)衰竭?？捎懈螕p害。直接吸入其液體可致化學(xué)性肺炎和肺水腫。慢性影響：眼及上呼吸道刺激癥狀、神經(jīng)衰弱綜合征。皮膚出現(xiàn)粘糙、皸裂、脫皮。環(huán)境危害該物質(zhì)對(duì)環(huán)境有危害，由于其揮發(fā)性比較大，在地表水體中的乙苯主要遷移過(guò)程是揮發(fā)和在空氣中的光解,故生物富集量不多。急救措施急救措施按照不同的接觸部位分為以下幾種：1、皮膚接觸：脫去被污染的衣著，用肥皂水和清水徹底沖洗皮膚。2、眼睛接觸：提起眼瞼，用流動(dòng)清水或生理鹽水沖洗，就醫(yī)。3、吸入：迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給予輸氧。如呼吸停止，立即進(jìn)行人工呼吸就醫(yī)。4、食入：飲足量溫水，催吐，就醫(yī)。5、呼吸系統(tǒng)防護(hù)：空氣中濃度超標(biāo)時(shí)，應(yīng)該佩戴自吸過(guò)濾式防毒面罩(半面罩)。緊急事態(tài)搶救或撤離時(shí)，應(yīng)該佩戴空，氣呼吸器或氧氣呼吸器。（5）消防措施及泄露應(yīng)急處理滅火方法：噴水保持火場(chǎng)容器冷卻。盡可能將容器從火場(chǎng)移至空曠處。處在火場(chǎng)中的容器若已變色或從安全泄壓裝置中產(chǎn)生聲音，必須馬上撤離。滅火劑：泡沫、干粉、二氧化碳、砂土；用水滅火無(wú)效。泄露應(yīng)急處理：迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。切斷火源。迅速用砂土、泥塊阻斷灑在地上的乙苯向四周擴(kuò)散。筑壩切斷被污染的水體的流動(dòng)，或用圍欄限制水面乙苯的蔓延。配戴防毒面具、手套，將漏液收集在適當(dāng)容器內(nèi)封存，并用砂土或其他惰性材料吸附漏液，轉(zhuǎn)移到安全地帶。當(dāng)乙苯灑到土壤中時(shí)，立即將被污染土壤收集起來(lái)，轉(zhuǎn)移到安全地帶。對(duì)污染地帶加強(qiáng)通風(fēng)，蒸發(fā)殘液，排除乙苯蒸氣。操作處置與儲(chǔ)存操作注意事項(xiàng)：密密閉操作，加強(qiáng)通風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過(guò)濾式防毒面具（半面罩），戴化學(xué)安全防護(hù)眼鏡，穿防毒物滲透工作服，戴橡膠耐油手套。遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備。防止蒸氣泄漏到工作場(chǎng)所空氣中。避免與氧化劑接觸。灌裝時(shí)應(yīng)控制流速，且有接地裝置，防止靜電積聚。搬運(yùn)時(shí)要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。儲(chǔ)存注意事項(xiàng)：儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源。庫(kù)溫不宜超過(guò)30℃。保持容器密封。應(yīng)與氧化劑分開(kāi)存放，切忌混儲(chǔ)。采用防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備和工具。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備和合適的收容材料。7.3水污染源及防治措施按照水質(zhì)的不同，本反應(yīng)器及其附屬設(shè)備排放的廢水主要為：生產(chǎn)廢水，生產(chǎn)凈廢水，生活污水和地面沖洗水。7.3.1生產(chǎn)廢水生產(chǎn)廢水量較少，主要產(chǎn)生于設(shè)備的清洗，廢水中含有少量的苯乙烯，乙苯等有機(jī)物。可將其運(yùn)輸?shù)綇S區(qū)所在地的污水處理廠進(jìn)行處理。7.3.2生產(chǎn)凈廢水本套裝置的換熱系統(tǒng)中的換熱介質(zhì)采用導(dǎo)生油，故幾乎不產(chǎn)生生產(chǎn)凈廢水。產(chǎn)生的少量生產(chǎn)凈廢水少部分用于地面沖洗，剩余進(jìn)凈下水管，輸送到廠區(qū)所在地的污水處理廠。7.3.3生活污水生活污水主要來(lái)自本工段的衛(wèi)生間，淋浴器，洗眼器。主要成分是顆粒懸浮物，苯乙烯，乙苯等，經(jīng)過(guò)污水輸送管輸送到污水處理廠處理。7.3.4地面沖洗水成分和生活污水類(lèi)似，處理方式一樣，輸送至污水處理廠進(jìn)行處理。7.4噪聲源及防治措施本工段生產(chǎn)噪聲的設(shè)備是生產(chǎn)過(guò)程中連續(xù)運(yùn)行的各種泵類(lèi)等設(shè)備的機(jī)械噪聲以及大修時(shí)吹掃放空噪聲。機(jī)泵噪聲多為低、中頻噪聲。主要是空化噪聲、氣蝕噪聲、輻射噪聲和機(jī)械噪聲。防治措施主要有：盡量使泵在最佳效率點(diǎn)操作；電機(jī)選型時(shí)把噪聲問(wèn)題考慮在內(nèi)，本設(shè)計(jì)中帶動(dòng)攪拌器的電機(jī)選型為Y225S-4，噪聲一級(jí)和二級(jí)分別為79dB和84dB，在電機(jī)所有型號(hào)中屬于噪聲較小的一類(lèi)；泵的入口關(guān)尺寸不能太小，以降低空化噪聲；對(duì)于噪聲特別大的泵，可以考慮加上隔聲罩。7.5綠化綠化可以美化環(huán)境，凈化空氣，減弱噪聲。現(xiàn)代化工廠中，綠化已成為一項(xiàng)不可或缺的環(huán)保措施，本工藝項(xiàng)目可在廠區(qū)種植一些抗污染的花草樹(shù)木，但不能影響到正常的生產(chǎn)運(yùn)輸工作。參考文獻(xiàn)[1]NationalResearchCouncilU.S.InternationalCriticalTables.NewYork：McGraw-Hill，1993.[2]劉光啟.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社,2002-5.[3]朱有庭等.化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].上卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005[4]賀匡國(guó).化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002[5]法蘭國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB/T9113.1—2000[6]壓力容器法蘭國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).JB/T4700—2000[7]柴誠(chéng)敬等.化工流體流動(dòng)與傳熱[M].第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007[8]陳昀.聚合物合成工藝設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.[9]張洋.高聚物合成工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.[10]李楊，王梅，劉宏海等.合成樹(shù)脂及塑料，1997，14(3)：10-14.[11]楊明山，李林楷.塑料改性工藝、配方與應(yīng)用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.[12]陳樂(lè)怡.近年來(lái)世界五大通用樹(shù)脂的實(shí)際生產(chǎn)能力和產(chǎn)量預(yù)測(cè).當(dāng)代石油化工，2005，13(11)：20-24，41.[13]全國(guó)合成樹(shù)脂及塑料工業(yè)信息總站《塑料工業(yè)》編輯部.2003-2004年國(guó)外塑料工業(yè)進(jìn)展.塑料工業(yè)，2005，(3)：1-22.[14]閆振華，張劍光.聚苯乙烯生產(chǎn)工藝與經(jīng)濟(jì)分析.化工設(shè)計(jì)，2005，15(3)：28-30.[15]胡景滄.聚苯乙烯技術(shù)發(fā)展趨向及國(guó)產(chǎn)化.石油化工設(shè)計(jì)，1998，15(1)：6-14.[16]薛祖源.聚苯乙烯生產(chǎn)與發(fā)展綜述.化工設(shè)計(jì)，2006，16(6)：6-16.[17]蔡麗娟.苯乙烯生產(chǎn)技術(shù).化工進(jìn)展，2001，20(3)：47-50.[18]陳連清，董正卿，王志等.高抗沖聚苯乙烯的合成、改性與表征.石油化工，2002，31(19)：725-729.[19]饒興鶴.苯乙烯生產(chǎn)現(xiàn)狀及工藝技術(shù)進(jìn)展.化工生產(chǎn)與技術(shù)，2002，9(5)：32-36.[20]百度百科附錄一物性數(shù)據(jù)表附1-1主要原料物理、化學(xué)性質(zhì)表苯乙烯乙苯導(dǎo)生油沸點(diǎn)/℃145136260-292蒸汽密度3.63.66＞120℃蒸汽壓/mmHg4.57.1＜1-25℃溶解度（水中）0.032﹪0.015﹪4-20ppm比重，25/25℃0.90340.8651.011味道甜味芳香味外觀無(wú)色液體無(wú)色液體淺黃色到無(wú)色液體閃點(diǎn)℃3121＞150燃燒極限﹪上限1.11.00.52下限6.16.77.3穩(wěn)定性易聚，30℃以下貯存不發(fā)生聚合危險(xiǎn)，但幾乎能在所有溫度下點(diǎn)燃良好的熱穩(wěn)定性，不發(fā)生聚合危險(xiǎn)通過(guò)查閱《化學(xué)化工物性手冊(cè)——有機(jī)卷》《合成橡膠工業(yè)》，可得：表附1-2苯乙烯液體的定壓比熱容Cp（kJ/（kg?K））物質(zhì)溫度℃406080100120140160180苯乙烯1.7031.7711.8391.8601.9752.0422.1062.245表附1-3乙苯液體的定壓比熱容Cp（kJ/（kg?K））物質(zhì)溫度℃406080100120140160180乙苯1.7831.8591.9342.0082.0832.1572.3092.388順丁橡膠Cp：2.9721kJ/(kg?K)苯乙烯汽化熱（200℃）：317.4kJ/kg乙苯汽化熱（200℃）：294.8kJ/kg聚苯乙烯Cp：1.3kJ/(kg?K)聚合反應(yīng)熱：16.7kcal/mol=672.18kJ/kg150℃下0Cr18Ni9（普通型奧氏體不銹鋼）的許用應(yīng)力：137MPa焊接接頭系數(shù)：0.8；45鋼的扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力：40MPa附錄二計(jì)算舉例2.1反應(yīng)器的設(shè)計(jì)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)徑、長(zhǎng)度、壁厚的設(shè)計(jì)由于反應(yīng)器滿釜操作，反應(yīng)器中物料的最大體積即為反應(yīng)結(jié)束后的體積，記，第一聚合反應(yīng)器的處理量為17876.13kg/h，混合物料的平均密度1000kg/m3，反應(yīng)器達(dá)到一定的轉(zhuǎn)化率所需要的時(shí)間t=1h。則物料的體積處理量裝填系數(shù)根據(jù)工藝條件f=0.8反應(yīng)器體積，取整取長(zhǎng)徑比，計(jì)算內(nèi)徑，取D1=2000mm反應(yīng)器內(nèi)徑為2m，反應(yīng)器長(zhǎng)度為10m。由于夾套中導(dǎo)熱油的壓力大于反應(yīng)器內(nèi)的壓力，故反應(yīng)器按外壓容器進(jìn)行設(shè)計(jì)，外殼材料選用Q235—C，設(shè)計(jì)壓力p=0.15-0.10=0.05MPa，為保證富裕量，設(shè)計(jì)壓力取到0.2MPa，取設(shè)計(jì)溫度為150℃。假設(shè)筒體的名義厚度，壁厚附加量C由兩部分組成，分別是鋼板負(fù)偏差C1和腐蝕裕量C2，其中鋼板負(fù)偏差按照下表選取。表附2-1鋼板負(fù)偏差與鋼板厚度/mm鋼板厚度22.22.52.8-3.03.2-3.53.8-44.5-5.5負(fù)偏差0.180.190.20.220.250.30.5鋼板厚度6-78-2526-3032-3436-4042-5052-60負(fù)偏差0.60.80.911.11.21.3查得C1=0.8mm，碳素鋼雙面腐蝕取C2=2mm，因此C=2.8mm。有效厚度筒體外徑筒體的計(jì)算長(zhǎng)度L=10000mm計(jì)算得：，查圖3—15得A=0.00022，由A查圖3—17得B=31.5MPa，計(jì)算。因此20mm的厚度滿足設(shè)計(jì)要求，取筒體壁厚2.2反應(yīng)器夾套的設(shè)計(jì)2.2.1夾套公稱(chēng)直徑的確定夾套的筒體內(nèi)徑與反應(yīng)器筒體內(nèi)徑之間的關(guān)系如下表所示：表附2-2夾套的筒體內(nèi)徑與塔體筒體內(nèi)徑之間的關(guān)系500-600700-18002000-3000QUOTEQUOTEQUOTEQUOTE+50QUOTEQUOTEQUOTEQUOTE+100QUOTEQUOTEQUOTEQUOTE+200因此，夾套的公稱(chēng)直徑D2=2000+200=2200mm2.2.2夾套壓力設(shè)計(jì)的確定根據(jù)已知的設(shè)計(jì)條件，夾套內(nèi)走的是0.12MPa的導(dǎo)熱油，設(shè)計(jì)壓力為0.15MPa。2.2.3夾套筒體的設(shè)計(jì)夾套高度H2=10000mm，夾套體積V2=3.14(1.12-12）×10=0.66m3。夾套厚度按內(nèi)壓容器計(jì)算：假設(shè)夾套名義厚度，鋼板負(fù)偏差C1=0.8mm，C2=2mm。有效厚度，設(shè)計(jì)溫度下材料的需用應(yīng)力為125MPa。則允許最大壓力為：滿足強(qiáng)度條件，最終確定下夾套厚度為。2.2.4夾套封閉件的設(shè)計(jì)夾套內(nèi)徑為2200mm，選用焊接不可拆卸封閉件。根據(jù)夾套封閉件設(shè)計(jì)要求，其厚度要大于夾套筒體厚度，故取10mm，每個(gè)反應(yīng)器左右各用一個(gè)封閉件，封閉件與反應(yīng)器筒體成30度角。2.3反應(yīng)器筒體及夾套的壓力試驗(yàn)2.3.1反應(yīng)器筒體的液壓試驗(yàn)所以滿足，液壓強(qiáng)度足夠。2.3.2反應(yīng)器筒體的氣壓試驗(yàn)所以滿足，氣壓強(qiáng)度足夠。2.3.3夾套的液壓試驗(yàn)所以滿足，液壓強(qiáng)度足夠。2.3.4夾套的氣壓試驗(yàn)所以滿足，氣壓強(qiáng)度足夠。2.4攪拌器的設(shè)計(jì)2.4.1攪拌器基本尺寸的確定根據(jù)工藝條件，攪拌器類(lèi)型選用雙槳平葉式攪拌器，攪拌槳直徑Dj滿足，取Dj=950mm。攪拌槳葉寬度、長(zhǎng)度和厚度均采用標(biāo)準(zhǔn)幾何關(guān)系，查表得：軸徑d0=50mm寬度b=90mm，厚度=16mm。2.4.2攪拌功率的計(jì)算按照下式計(jì)算攪拌器的功率：式中Po—功率準(zhǔn)數(shù)；k—功率準(zhǔn)數(shù)校正總系數(shù)；Dj—攪拌器直徑，m；N—攪拌器轉(zhuǎn)速，m/s。對(duì)于聚合反應(yīng)，黏度在變化，而且變化量大，根據(jù)第一聚合反應(yīng)器綜合考慮，黏度μ=0.0025Pa.s，轉(zhuǎn)速N=0.25r/s。計(jì)算攪拌雷諾數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)查圖得Po=0.90校正總系數(shù)k=k1k2，，計(jì)算校正總系數(shù)k=1。將以上數(shù)據(jù)帶入，得到2.4.3攪拌軸直徑的確定攪拌軸扭矩?cái)嚢栎S材料選用45鋼，取范圍內(nèi)的最低值60MPa抗扭截面模量攪拌軸需滿足：即圓整到85mm。下面進(jìn)行剛度校核：極慣性矩剪切彈性模量G=8.1×104MPa單位扭轉(zhuǎn)角因此攪拌軸剛度足夠，軸徑85mm滿足要求。2.4.4電動(dòng)機(jī)的選型軸封部位軸徑d0=50mm對(duì)于雙端面機(jī)械密封消耗的功率傳動(dòng)效率設(shè)定為0.9消耗的總功率根據(jù)消耗的功率，攪拌軸轉(zhuǎn)速，扭矩等條件，最終確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YD-225M-12，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速與攪拌軸設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速不一致，故在電機(jī)上安裝變頻器，使其輸出轉(zhuǎn)速與攪拌軸轉(zhuǎn)速一致，即組成一個(gè)帶變頻器的電機(jī)。2.5換熱計(jì)算對(duì)于第一聚合反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)平均溫度t平均=135℃，需要放出熱量Q1=0.5335×105kJ/h=14.82kW。選用L-QC320型導(dǎo)熱油，其比熱容在操作溫度下為2.42kJ/kg·℃。采用盤(pán)管和套管進(jìn)行換熱，設(shè)定導(dǎo)熱油的進(jìn)料溫度為90℃，出料溫度115℃。碳素鋼的總傳熱系數(shù)K值范圍為285-850W/(m2·K)，結(jié)合換熱介質(zhì)等因素，取K=500W/(m2·K)。由公式，推出換熱所需面積，其中因此換熱器總面積假設(shè)導(dǎo)熱油在盤(pán)管流動(dòng)時(shí)有5%的能量損失，則導(dǎo)熱油的質(zhì)量流量為：導(dǎo)熱油速度經(jīng)驗(yàn)為2—4m/s，且密度為800kg/m3。設(shè)定導(dǎo)熱油通過(guò)盤(pán)管的流量占總流量的80%，則盤(pán)管的截面積：盤(pán)管內(nèi)徑：，圓整取15mm。需要盤(pán)管的總長(zhǎng)度：，圓整取20m。同理，對(duì)其他三個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并選用標(biāo)準(zhǔn)管進(jìn)行校核，得到結(jié)果如下表：表附2-3反應(yīng)器換熱設(shè)計(jì)匯總進(jìn)口溫度T1/℃出口溫度T2/℃流量w/(kg/s)換熱面積S/m2套管內(nèi)徑d/mm盤(pán)管長(zhǎng)度L/m第一反應(yīng)器901150.2580.961520第二反應(yīng)器1201402.1724.333243第三反應(yīng)器1201404.0694.744038第四反應(yīng)器1201405.7554.7640382.6反應(yīng)器附件設(shè)計(jì)2.6.1反應(yīng)器法蘭設(shè)計(jì)根據(jù)參考《化工設(shè)備設(shè)