【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 總計(jì)：(2)反應(yīng)后出料（加入終止劑前）轉(zhuǎn)化率為60%，聚合物中結(jié)合苯乙烯28%。 整理如下：表3—5反應(yīng)后出料量(加終止劑前)名稱純料（kg/h）雜質(zhì)（kg/h）總重（kg/h）聚合物苯乙烯丁二烯水固體 總計(jì)：(3)反應(yīng)后出料（加入終止劑后）表3—6反應(yīng)后出料的量（加入終止劑后）名稱純料（kg/h）雜質(zhì)（kg/h）總重（kg/h）聚合物苯乙烯丁二烯水固體 總計(jì)：由8臺(tái)聚合反應(yīng)釜組成一條生產(chǎn)線，反應(yīng)時(shí)間為8～12小時(shí)（取8小時(shí)），反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為60%?！?溫度T=5℃，PH=4～5，聚合帶有攪拌器，并用液氨作為冷凍介質(zhì)。根據(jù)《基本有機(jī)化工工廠裝備》知，對(duì)于一級(jí)反應(yīng)，連續(xù)釜式反應(yīng)器的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)速度常數(shù)之間的關(guān)系如下： （4—1） （4—2）式中—第N臺(tái)釜內(nèi)反應(yīng)物的濃度；mol/L— 反應(yīng)物初始濃度； mol/L—第N臺(tái)釜內(nèi)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率；k — 聚合反應(yīng)表觀速度常數(shù)； —平均停留時(shí)間；minN—連續(xù)槽式反應(yīng)器的臺(tái)數(shù)；為了便于計(jì)算，按等溫等容處理，取總轉(zhuǎn)化率60%；8釜串聯(lián)；平均停留時(shí)間60 min；反應(yīng)溫。將上式進(jìn)一步整理得表4—1 各釜純轉(zhuǎn)化率與累積轉(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(％)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(％)60根據(jù)各釜純轉(zhuǎn)化率計(jì)算各釜的物料組成如表912。表4—2 各釜出料口物料組成物第一釜第二釜第三釜第四釜料kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)水相 苯乙烯丁二烯聚合物物第五釜第六釜第七釜第八釜料kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)水相苯乙烯丁二烯聚合物本反應(yīng)為乳液聚合其反應(yīng)過(guò)程描述為用表面活性劑將單體乳化在水中，因此攪拌的作用有混合和攪動(dòng)雙重作用，由于表面活性劑是影響顆粒大小的主因，本設(shè)計(jì)的槳葉端轉(zhuǎn)速為，取這樣一個(gè)轉(zhuǎn)速，主要是防止破壞乳液的穩(wěn)定性。在這樣的一個(gè)前提下，再根據(jù)《聚合物合成工藝設(shè)計(jì)》表64 攪拌槳葉的結(jié)構(gòu)型式及設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇漿式攪拌器。同時(shí)查《聚合物合成工藝設(shè)計(jì)》表64 攪拌漿葉的結(jié)構(gòu)型式及設(shè)計(jì)參數(shù)知，槳式攪拌器的幾何參數(shù)為：；；，同時(shí)根據(jù)《化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書，攪拌設(shè)備全書設(shè)計(jì)》P51式（233）槳式攪拌器在層流區(qū)操作時(shí)，其功率準(zhǔn)數(shù)為： （4—3） （4—4）式中 d — 攪拌葉輪直徑，m；n — 攪拌轉(zhuǎn)數(shù)，r/s；D — 聚合釜內(nèi)徑，m。設(shè)計(jì)中?。篋＝；d＝1/3D＝；n＝100r/min。, 處于層流 （4—5）查《攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》P161知，電機(jī)功率為： （4—6）采用機(jī)械密封時(shí)：～15%)式中D— 聚合釜筒體內(nèi)徑，m；h — 攪拌器攪拌葉總高度，m； di— 攪拌葉外徑，m；b — 攪拌葉寬度，m；Re— 攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)；Np— 攪拌功率準(zhǔn)數(shù)；P — 攪拌功率，KW；r — 液體密度，； n — 攪拌轉(zhuǎn)速，r/s；g — 重力加速度，；Pa— 電機(jī)功率，KW； Pm— 軸密封系統(tǒng)摩擦損失功率，KW；h— 機(jī)械傳動(dòng)效率，KW；(一般h＝～)P填— 填料密封系統(tǒng)摩擦損失功率，KW；設(shè)計(jì)中?。?P填＝；Pm＝；h＝。則：，則實(shí)際電機(jī)功率為50KW。 （4—7）其中 —所處理的物料帶到設(shè)備中去的熱量(KJ)；—由加熱劑(或冷卻劑)傳給設(shè)備和所處理的物料之熱量(kJ)—過(guò)程的熱效應(yīng)(kJ)；—反應(yīng)產(chǎn)物由設(shè)備中帶出的熱量(kJ)；—消耗在加熱設(shè)備各個(gè)部件上的熱量(KJ)；—設(shè)備向四周散失的熱量(kJ)。—攪拌中產(chǎn)生的熱量經(jīng)查有關(guān)資料可知：表4—3相關(guān)物質(zhì)具體數(shù)據(jù)名稱相對(duì)分子質(zhì)量密度kg/m3比熱容kj/(kg℃)汽化熱kj/kg丁二烯54苯乙烯104水181000液氨17膠乳液Mn10104950注：丁苯橡膠的聚合熱為：以1小時(shí)的產(chǎn)量為基準(zhǔn)，設(shè)進(jìn)料溫度為15℃，反應(yīng)溫度為恒溫5℃，則物料帶入聚合釜的熱量為： ，（3）加液氨的量液氨進(jìn)口溫度為4℃,出口溫度為5℃，冷凝劑只進(jìn)行氣化，從而達(dá)到降溫的目的。設(shè)計(jì)溫度：釜內(nèi)，釜外；設(shè)計(jì)壓力：，；工藝要求容積：45~60操作形式：滿釜連續(xù)操作；材質(zhì)：0Cr18Ni9其它數(shù)據(jù)同前。根據(jù)年產(chǎn)量確定每小時(shí)進(jìn)料量：W=由于反應(yīng)物和介質(zhì)水的量很大，因此，一些添加的溶劑和反應(yīng)過(guò)程的體積變化不加考慮。同時(shí)由于該反應(yīng)是多釜串聯(lián)進(jìn)行，在此主要是對(duì)第一個(gè)反應(yīng)釜的計(jì)算。(1)反應(yīng)器的體積計(jì)算苯乙烯密度ρ1=103kg/m3丁二烯的密度ρ2=103kg/m3聚丁苯橡膠的密度ρ3=103kg/m3水的密度ρm=103 kg/m3通過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)算得ρm=103kg/m3 其中ρm——反應(yīng)液混合密度，kg/m3——根據(jù)年產(chǎn)量確定每小時(shí)處理物料量，——物料停留的時(shí)間，——反應(yīng)液體積（反應(yīng)液體積變化時(shí)，按反應(yīng)液最大體積計(jì)算），——反應(yīng)器實(shí)際體積，——裝料系數(shù)（攪拌釜反應(yīng)器，~，有氣泡或沸騰，~）(2)反應(yīng)釜的筒體計(jì)算因反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以解決好傳熱問(wèn)題非常重要。查《聚合物合成設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》P78知，一般釜的高徑比在1～3之間，高徑比大有利于傳熱，但不利于攪拌。，高徑比。(3)聚合釜筒體直徑確定設(shè)計(jì)中初選V封＝2，按下式估算聚合釜的筒體直徑： （5—1）式中Di — 聚合釜直徑，m；V — 聚合釜容積，；V封— 聚合釜封頭容積，；π— 圓周率；γ— 高徑比；。（4）封頭容積及直邊高度確定封頭選用橢園形封頭，根據(jù)筒體直徑查《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》附表5得有關(guān)數(shù)據(jù)如下：曲面高度h1＝750mm；直邊高度h0＝40mm；容積VA=，內(nèi)表面積A=（5）筒體高度確定由Di＝3000mm查《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》附表4得：V1米＝；A1米＝；當(dāng)時(shí)，G1米＝742 kg。根據(jù)公式得取，則：γ實(shí)(6)聚合釜壁厚的計(jì)算計(jì)算厚度：由公式： （5—2）式中S — 聚合釜的壁厚，mm；Di— 封頭內(nèi)直徑，mm；C — 封頭壁厚附加量，mm；C1— 鋼板負(fù)偏差，mm；C2— 腐蝕余量，mm；S0— 計(jì)算壁厚，mm；— 設(shè)計(jì)溫度時(shí)的許用應(yīng)力，MPa；φ— 焊縫系數(shù)；取Pc=；Di=3000mm；=；設(shè)計(jì)溫度為5℃,查得0Cr18Ni9在5℃的[σ]t=122MPa, , C2取2mm。,圓整取S=12mm表5—1反應(yīng)釜各主要項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)設(shè)計(jì)壓力，MPa釜內(nèi)釜外設(shè)計(jì)溫度,55焊接系數(shù)腐蝕余量,mm2容積,筒體直徑,mm3000封頭高度,mm750直邊高度,mm40筒體高度,m釜壁厚度,mm12①攪拌器形式采用槳式攪拌器，依據(jù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)見熱量衡算部分。依據(jù)《聚合物合成工藝設(shè)計(jì)》表64 攪拌槳葉的結(jié)構(gòu)型式及設(shè)計(jì)參數(shù)，取。槳的直徑：槳葉的寬度：攪拌葉距釜底的距離：本設(shè)計(jì)中槳葉的層數(shù)為3層，那么每層槳葉間的距離為：設(shè)計(jì)中槳葉的轉(zhuǎn)速為：100r/min其中D—釜體直徑，mm；d—攪拌槳葉直徑，mm。b—攪拌槳葉寬度，mm。Z—攪拌槳葉的葉數(shù)；C—攪拌葉距釜底距離，mm。②攪拌器軸徑確定攪拌軸的材料常用45鋼，本設(shè)計(jì)中的攪拌軸也是這個(gè)材料。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件： （5—3）式中—軸橫截面上的最大剪應(yīng)力，MPa?！S所傳遞的扭矩，；—軸的抗扭截面模量，；—降低后的材料的許用應(yīng)力， 45鋼取30~40MPa, MPa； （5—4）對(duì)于實(shí)心軸 （5—5） 得，式中：d—攪拌軸直徑，mm。 P—攪拌軸傳遞的功率，KW； n—攪拌軸的轉(zhuǎn)速，r/min；為了防止攪拌軸產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)變形，從而在運(yùn)轉(zhuǎn)中引起震動(dòng)，影響正常工作，應(yīng)把軸的扭轉(zhuǎn)變形限制