【正文】 ..... 25 聚合釜的熱量計算 ....................................................................... 26 冷膠進料冷卻器的熱量衡算 .......................................................... 28 第六章 物料衡算 聚合釜的參數(shù) ................................................................................. 30 反應釜計算 ..................................................................................... 31 反應釜數(shù)量 ................................................................................. 31 聚合釜筒體直徑（ D）和筒體高度（ H） [10]........................... 31 聚合釜各參數(shù)的確定 ...................................................................... 32 齊魯工業(yè)大學 （論文） 3 反應釜和攪拌槳圖 ......................................................................... 33 傳熱結構，夾套結構 ...................................................................... 33 液氨的進口管徑 .............................................................................. 33 物料進口管徑 ................................................................................. 34 攪拌裝置 ......................................................................................... 35 攪拌器選擇 .................................................................................. 35 攪拌器轉(zhuǎn)速 .................................................................................. 35 攪拌功率 ...................................................................................... 35 攪拌軸 .......................................................................................... 35 電動機功率 ..................................................................................... 36 攪拌器附件 ................................................................................... 36 擋板 ............................................................................................ 36 導流筒 ........................................................................................ 36 聚合釜參數(shù)匯總 ............................................................................ 37 聚合釜的參數(shù)如下表 。對本文研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示了謝意。目前，醇酸漆仍然是重要的涂料品種之一，其產(chǎn)量約占涂料工業(yè)總量的 20％～ 25％。從膩 子 、底漆、面漆、磁漆、清漆到各種專用漆。三 十多年來 ,12 種合成樹脂涂料競相發(fā)展 ,但無齊魯工業(yè)大學 （論文） 6 論在產(chǎn)量規(guī)模 ,還是在發(fā)展速度方面醋酸樹脂涂料均居首位 。故它們與順酐制作醇酸樹脂時聚合速度快，在生產(chǎn)操作中，稍不注意，就會因控制不當引起膠化，出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì) 量事故。同時由于順酐和松香加成后的三元結構可增加分子交聯(lián)程度，使分子鏈不易相對滑移，因而強度也增加，耐水性能更好。有效地通過工藝投料順序的控制，確定醇酸樹脂產(chǎn)物的主體結構。 日本 JSR公司發(fā)明了一種用兩步法聚合工藝生產(chǎn)中苯乙烯含量的 ESBR新方法。美國固特異輪胎橡膠公 司是目前世界上最大的丁苯橡膠生產(chǎn)廠家， 2021 年生產(chǎn)能力達到 萬 t／ a，約占世界丁苯橡膠總生產(chǎn)能力的%；其次是中國石油化工集團公司，生產(chǎn)能力為 萬 t／ a，約占世界總生產(chǎn)能力的 %；再次是韓國錦湖石油化工公司，生產(chǎn)能力為 萬 t／ a，約占世界總生產(chǎn)能力的 %；第 4 是日本合成橡膠公司，生產(chǎn)能力為 萬 t／ a，約占世界總生產(chǎn)能力的 %?！?1 】 按國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，從 2021 年至 2021 年，我國涂料產(chǎn)量從 萬 t/a增至 745 萬 t/a，已成為世界涂料生 年產(chǎn) 450 噸醇酸樹脂的工廠設計 齊魯工業(yè)大學 （論文） 10 11 產(chǎn)和消費第一大國，其中工業(yè)涂料年需求量在 400 萬 t 左右，廣泛應用在石油、化工、汽車、船舶、冶金、電力、機械制造等各個領域， 據(jù)不完全統(tǒng)計，目前醇酸樹脂涂料年產(chǎn)量在 120 萬 t 左右，醇酸樹脂涂料具有原料眾多、價格便宜、低污染、工藝及設 備簡單、節(jié)省能源、品種多樣和用途極其廣泛等優(yōu)勢。 醇解后的油由于露出了具有 反應活性的醇羥基，因此當加入多元酸時既可與多元酸發(fā)生酯化反應，生成醇酸樹脂。具體的做法是取一體積反應混合物與 4 體積 95%乙醇混合，在 25℃下，如能得到透明溶液，即達到醇解終點，否則應繼續(xù)醇解。聚合反應的終點主要根據(jù)門尼粘度和單體轉(zhuǎn)化率來控制，轉(zhuǎn)化率是根據(jù)取樣測定固體含量來計算，門尼粘度由取樣測定來確定。 [4] 4）后處理工段 混合好的乳膠用泵送到絮凝槽中，加入 24%～ 26%食鹽水進行破乳而形成漿狀物，然后與濃度 %的稀硫酸混合 后連續(xù)流入膠粒皂化槽，在劇烈攪拌下生成膠粒，操作溫度均為 55℃左右。在常溫、常壓下為無色氣體，相對分于質(zhì)量為 。 ②苯乙烯 苯乙烯為無色或微黃色的油狀液體，有特殊的氣味，熔點為 306℃，密度為900kg/m3，沸點為 145~146℃。 [4] 3）操作點的控制 由于共聚物組成的要求 (苯乙烯含量為 23%左右及組成均 — )，工業(yè)生產(chǎn)中確定轉(zhuǎn)化率達到 60 士 2%時必須停止聚合。 4）單體的純度要求 單體純度的要求較高，如丁苯橡膠合成時，丁二烯和苯乙烯的純度各要求＞99%及＞ %。 生產(chǎn)中應該注意的問題 ① 聚合釜的傳熱問題 由于低溫乳液聚合的溫度要求在 5℃左右，因此，對聚合釜的冷卻效率要求很高，工業(yè)上多采用在聚合釜內(nèi)安裝垂直管式氨蒸發(fā)器的方法進行冷卻。 丁苯橡膠的生產(chǎn)工藝流程圖 齊魯工業(yè)大學 （論文） 16 第四章 物料衡算 聚合釜總物料衡算 計算依據(jù) 本設計為年產(chǎn) 5 萬噸（丁苯橡膠）， 如下是物料衡算需要基礎數(shù)據(jù)： 1）設定一年的開工時間（除去節(jié)假日和設備檢修時間）為 280 天，每天 24小時連續(xù)生產(chǎn)； 2）單體配比為 70/30，聚合物中苯乙烯含量 %[2]； 研究表明，結合苯乙烯為 %時，膠的綜合性能好，最適合于生產(chǎn)輪胎。同時，高轉(zhuǎn)化率下會引起較多的支鏈和交聯(lián)，使橡膠質(zhì)量變壞，一般收控制轉(zhuǎn)化率為 60%左右。 V—— 各組分體積加料量， L/min。 得到： A?X＋ A?（ 1X） ?X＋ A?（ 1X） 2?X ＋ …＋ A?（ 1X） 9?X = () 解方程得 ； X=% 表 各釜純轉(zhuǎn)化率與累計轉(zhuǎn)化率 第一釜 第二釜 第三釜 第四釜 純 X(%) 累積 X（ %） 純 X(%) 累積 X（ %） 純 X 累積 X（ %） 純 X(%) 累積 X （ %） 續(xù)表 各釜純轉(zhuǎn)化率與累計轉(zhuǎn)化 率 第五釜 第六釜 第七釜 第八釜 純 X(%) 累積 X（ %） 純 X(%) 累積 X（ %） 純 X 累積 X（ %） 純 X(%) 累積 X （ %） 齊魯工業(yè)大學 （論文） 21 續(xù)表 各釜純轉(zhuǎn)化率與累計轉(zhuǎn)化率 第九釜 第十釜 純 X(%) 累積 X（ %） 純 X (%) 累積 X（ %） 60 根據(jù)轉(zhuǎn)化率計算各釜的物料組成。 （固態(tài)物料）比熱容： （ C18H29NaO3S） C4=（ 18 ＋ 29 ＋ 1＋ 3＋ 1） /348= kJ/(kg℃ ) （ C10H19OOH） Ｃ 11=（ 10＋ 20＋ 2） /172= kJ/(kg需要計算的數(shù)據(jù)是 Q2 ，將上式轉(zhuǎn)換得 Q2 = Q1 Q4 ＋ H ＋ Q3 ＋ Q6 反應產(chǎn)物由設備帶出的熱量 Q4=0； 所處理的物料帶到設備中去的熱量 Q1 =Cp M (T1T4)=（ ＋ ）（ 105）＋ 22748 （ 105）＋（ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ）（ 105） = 105 kJ/h 過程的熱效應 Q3 = = 106kJ/h 設備向四周散失的熱量： Q6=∑ Fα T（ tt0） t’ 103 （ ） F—— 設備吸熱表面積 m2。同時，由于反應初期活性高，使支化、交聯(lián)反應增多，使橡膠的加工性能變壞。既可使膠乳粒子的粒徑分布狹窄，又可提高產(chǎn)品的質(zhì)量 (產(chǎn)品的分子量分布較狹，支聯(lián)也較少 )。 計算如下： 查表，標準橢圓封頭的體積為 、 h 封＝ D/4。 查《化工機械設計制圖》得，當 Di=2021mm～ 3000mm；夾套內(nèi)徑 Dj為： Dj=Di＋ 200=3200mm 夾套高度 ∴ Hj=（φ .V Vh） / V1 () 式中： V1 1m高的桶體的容積； Vh是封頭體積； φ 裝填系數(shù)； V反應釜的設計體積。 = 每根管子長度設為 則共需 247。 圓整?。害?=11mm mDVVh T 2 2 32 ＝＝封 ? ???????齊魯工業(yè)大學 （論文） 33 反應釜和攪拌槳圖 傳熱結構，夾套結構 夾套是用焊接或法蘭連接的方式在容器的外側(cè)設各種形狀的結構，使其與容器外壁形成密閉空間。 則需要的聚合釜數(shù) N=V/（ 45φ） =10。因此生產(chǎn)上用 8～ 12 個釜串聯(lián)。 表 聚合物料的溫度 單位： ℃ 物料 丁二烯 苯乙烯 乳化劑 活化劑 調(diào)節(jié)劑 終止劑 溫度 2832 2226 1620 常溫 1317 常溫 注：計算中，各溫度值取區(qū)間的中間值 （ 2）計算公式： Q=∑（ M CpΔ T ） () Q：冷卻過程中產(chǎn)生的熱量 Cp：物料的比熱容 Δ T：溫度前后變化 （ 3）計算 第一個冷膠進料冷卻器時氨需要帶走的熱量 Q1=∑（ M CpΔ T ） = （ 3015）＋ （ 2415） ＋ 22748 （ 2015）＋（ ＋ ）（ 1815） ＋（ ＋ ＋ ＋ ＋ ）（ 2515） ＋ （ 1515） 齊魯工業(yè)大學 （論文） 29 = 105kJ 第二個冷膠進料冷卻器時氨需要帶走的熱量 Q2=∑（ M CpΔ T ） =（ ＋ ）（ 105）＋ 22748 （ 105）＋（ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ）（ 105） = 105kJ 齊魯工業(yè)大學 （論文） 30 第六章 反應器和攪拌裝置的選擇 聚合釜的參數(shù) ：取釜內(nèi) 60℃；低溫乳液聚合溫度取 5～ 7℃； ，取 P= Mpa；因為操作壓力 ～ ，按最大壓力計算，安全系數(shù) ， Pc=；