【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的質(zhì)量: =(kg)添加的引發(fā)劑: %=(kg)添加的助劑: %=(kg)丙烯酸鈉中和液量：(%)/%=(kg)聚合過程中水分蒸發(fā): =(kg)4)脫阻聚劑，抽濾工序采用活性炭脫除丙烯酸鈉中和液中的微量阻聚劑，在此工序中，%時(shí)有較好的效果，%。設(shè)輸入的中和液為X:則 X+%X=+%X解得 X=(kg)添加的活性炭為: %=(kg)過濾損耗為及濾渣: %=(kg)中和液中丙烯酸鈉的總量為: %=(kg)5)中和工序在中和工序中采用氫氧化鈉完全中和的丙烯酸，中和度為100%，設(shè)1噸產(chǎn)品需丙烯酸的質(zhì)量為W，由方程式可以推算如下:反應(yīng)需丙烯酸的質(zhì)量為W。需氫氧化鈉的質(zhì)量(40/)W。生成的丙烯酸鈉的質(zhì)量()W。生成的水分質(zhì)量為(l8/)W。則可得: ()W=W=(kg)生成水的質(zhì)量:18/=(kg)中和反應(yīng)需純氫氧化鈉的質(zhì)量:40/=(kg)折算為25%的氫氧化鈉溶液的質(zhì)量:(kg)此過程水分蒸發(fā)量：+=（kg）6)配堿工序在裝有水冷裝置的配堿釜中加入一定量的水，然后在不斷攪拌下加人96%的氫氧化鈉的質(zhì)量為:(kg)=(kg)7)生成聚丙烯酸鈉各工序物料衡算的數(shù)據(jù)整理如下見表31，物料衡算圖見圖31。表3－1 生產(chǎn)聚丙烯酸鈉各工序物料衡算結(jié)果工序名稱輸入輸出原料Kg產(chǎn)品Kg配堿中和脫阻聚劑、抽濾聚合反應(yīng)干燥粉碎包裝96％配堿純水25％氫氧化鈉溶液中和液其中：丙稀酸鈉溶解水 活性碳丙烯酸中和液98％引發(fā)劑助劑濕膠體干膠體25％氫氧化鈉溶液中和液其中：丙稀酸鈉溶解水水分蒸發(fā)濾液（中和液）濾渣及耗費(fèi)生成濕膠體水分蒸發(fā)濕膠體損耗干膠體干膠體損耗干燥除水聚丙烯酸鈉產(chǎn)品粉塵耗損1000產(chǎn)品產(chǎn)品1000kg25%配堿干燥中和粉碎分級(jí)反應(yīng)脫阻聚劑 物料衡算圖聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)可分為多個(gè)工序，每一個(gè)生產(chǎn)工序都有一定的能量變化，脫阻聚劑工序和粉碎包裝工序只需要一定的動(dòng)力損耗，因此不計(jì)算這兩個(gè)工序的能量平衡，其它工序分別計(jì)算。整個(gè)過程均采用25℃作為基準(zhǔn)溫度，生產(chǎn)1噸聚丙烯酸鈉產(chǎn)品各工序的原料需求情況按物料衡算表中計(jì)。[30](l)配堿工序由物料衡算可知，在配堿工序中，，氫氧化鈉的質(zhì)量百分比濃度為25%，折算為物質(zhì)的量為分別為氫氧化鈉:1000/40=(摩爾)水:l000/18==71950(摩爾)水/氫氧化鈉(mol比):71950/=，℃，℃，已知片堿和純水的進(jìn)料溫度為25℃，氫氧化鈉溶液的出料的溫度為30℃，配堿過程最大溫升65℃，冷卻水出入平均溫差為10℃。輸入的熱量Ql人包括氫氧化鈉帶人的熱量Qll，純水帶入的熱量Q12，氫氧化鈉帶入的溶解熱Q13，由于氫氧化鈉帶人的熱量Qll和純水帶入的熱量Q12為零。所以Ql人=Q13=＝406697（kJ）輸出的熱量QI出包括氫氧化鈉溶液由25℃升到30℃所需的熱量Q14和冷卻移走的熱量Q15，其中Q14=(3025)=31406(kJ)因?yàn)镼l人1出 =0Q15=QI人14=40669731406=375291(kJ)需冷卻水的質(zhì)量：ml水=375291/=89782(kg)(2)中和工序已知條件:丙烯酸的進(jìn)料溫度為25℃，℃，氫氧化鈉水溶液的進(jìn)料溫度為30℃，℃，中和液的平均比熱為 ℃，℃，100℃時(shí)水的蒸發(fā)熱為2587KJ/kg，丙 ，中和液輸出溫度為30℃，冷卻水平均 溫差為10℃。中和工序的輸人熱量Q2入包括:氫氧化鈉水溶引人的熱量Q21，丙烯酸引人的熱量Q22，丙烯酸中和熱Q23，其計(jì)算結(jié)果如下:氫氧化鈉水溶液引人的熱量:Q21=(30－25)=31406(kJ)丙烯酸引人的熱量為零Q22:=0在中和工序中，中和度為100%，因此發(fā)生中和反應(yīng)的丙烯酸為:1000 /=(mol)則丙烯酸中和熱為:Q23==609280(kJ)輸人熱量:Q2入=Q21+Q22+Q23=31406+0+609280=640686(kJ)輸出的熱量Q2出包括中和液移走的熱量Q24，水分蒸發(fā)吸收的熱量Q26，:中和液移走的熱量:Q24=(30－25)＝41078（kg）Q25=（100－25）＋2587＝101662（kJ）因?yàn)镼2入Q2出=0，所以Q26=640686－41078101662=497946(kJ)冷卻水用量: m2=497946/=119126(kg)(3)聚合反應(yīng)工序在這個(gè)工序中，丙烯酸中和液與引發(fā)劑，助劑充分混合，溫度會(huì)上升很大幅度，反應(yīng)加劇，同時(shí)還要避免暴聚。℃，中和液進(jìn)料溫度為30℃，℃，l00℃水的蒸發(fā)熱為2587KJ/Kg，樹脂凝膠的出料溫度為60℃， /kg℃，由于助劑和引發(fā)劑的量很少，:丙烯酸中和液引入的熱量Q31，丙烯酸鈉聚合的聚合反應(yīng)放熱Q32，其計(jì)算結(jié)果如下:丙烯酸中和液引人的熱量:Q31=(3025)=40909(kJ)聚合反應(yīng)放熱:Q32==850387(kJ)則輸人熱量:Q3人=Q31+Q32=40909+850387=891296(kJ)輸出的熱量Q3出包括生成的膠體從25℃升溫到60℃，所需的熱量Q33，水分從25℃到蒸發(fā)變成水氣帶走的熱量Q34，和聚合體系熱量損耗Q35。其計(jì)算結(jié)果如下:膠體帶走的熱量:Q33=(+)(6025)=203538(kJ)水氣帶走熱量:Q34=(10025)+2587=568179(kJ)聚合體系熱量損耗:Q35=Q3人Q33Q34=891296203538568179=119579(kJ)(4)干燥工序從盤式反應(yīng)器中出來的濕膠體經(jīng)切碎后放入箱式干燥器干燥，已知濕膠體的進(jìn)入溫度為50℃， /k g.℃，干燥物料出口溫度為150℃，℃，℃，100℃水的蒸發(fā)熱為2587kJ/kg。干燥效率取85%。輸人的熱量Q4人包括濕膠體帶入的熱量Q41，干燥器提供給膠體的熱量Q42:其中:膠體帶入的熱量:Q41=(5025)=(kJ)輸出的熱量Q4出包括干膠體帶走的熱量Q43，水分從25℃到蒸發(fā)變成水氣帶走的熱量Q44，干燥體系熱量損耗Q45。其中干膠體帶走的熱量Q43為:Q43=(+)(15025)=186909(kJ)水氣帶走的熱量:Q44=(10025)+2587=(kJ)因?yàn)镼4人—Q4出=0，且Q45=(l一85%)Q42+=0干燥器提供給膠體的熱量:Q42:=4372162(kJ)干燥體系熱量損耗:Q45=4372162=655824(kJ)(5)生產(chǎn)聚丙烯酸鈉各工序熱量衡算結(jié)果如表32。表32生產(chǎn)聚丙烯酸鈉各工序熱量衡算表（以噸計(jì)）工序名稱輸入KJ輸出KJQ110Q1431406配堿Q12Q13Q1入0406697406697Q15Q1出37529131406406697中和Q21Q22Q23總Q2入314060609280640686Q24Q25Q2出41078101662497946640686聚合Q31Q32Q3入40909850387891296Q33Q34Q35Q3出203538568179119579891296干燥Q41Q42總計(jì)Q4入4372162Q43Q44Q45Q4出186909655824第四章 主要設(shè)備工藝尺寸的計(jì)算及選型(l)釜體容積，形式及材料，= (kg)。溶堿時(shí)最高溫度為50℃，查得25%。(m3)。按裝料系數(shù)0. 8計(jì)，(m3)。 可選用5m3的配堿釜。[31]生產(chǎn)工藝條件為:所處理的為堿性溶液，釜體內(nèi)為常壓，溫度為50℃，夾套為循環(huán)冷卻水，溫度小于50℃，故可確定該釜屬于帶攪拌裝置的低壓反應(yīng)釜。本設(shè)計(jì)采用圓筒形殼體和標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭作為釜體的結(jié)構(gòu)型式，盛裝物料的堿液可選用材質(zhì)為不銹鋼釜。(2)釜體的主要尺寸的確定l)筒體直徑 所處理的物料為液固相，其筒體高度Ht于筒體直徑D之比為1～。由于容積不大，化學(xué)反應(yīng)平衡，又因反應(yīng)過程中不產(chǎn)生泡沫，無沸騰現(xiàn)象。則釜體內(nèi)徑可按下式估算。Di=(4V/(Ht/D))1/3=(4) 1/3=式中V為操作容積，m3，v=。取Di=2)封頭尺寸 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭與筒體匹配，其內(nèi)徑應(yīng)與筒體相同。若假定封頭壁厚為8mm下表可得公稱直徑DN=1500mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭直邊高度為H0=40mm。表41標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭直邊的高度封頭材料、厚度與其直邊高度的關(guān)系封頭材料碳素鋼，普低鋼不銹鋼，耐酸鋼封頭厚度4~810~18203~910~1820直邊高度254050254050公稱直徑與其直邊高度的關(guān)系公稱直徑200400500~26002800~32003400~4000直邊高度2525,4025,40,5040,50603）筒體高度 當(dāng)D=1500mm，H=40mm，可得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭容積Vt=*Di3= m3，筒體每一米高度的容積Vm=，可按下式計(jì)算筒高Ht=V+Vt/Vm=()/=取Ht=，則Ht=。4)筒體容積+=釜體有效體積:=(符合要求)配用120r/min減速箱，6kw的三相攪拌電機(jī)。（查圖93攪拌過程求攪拌功率的算圖）[4142]5)配堿釜夾套尺寸Di=1500mm時(shí)，夾套直徑為DJ=Di+D=1500+200=1700mm夾套封頭，選用直徑為1700mm的橢圓形封頭。夾套高度Hi可按下式計(jì)算:Hj≥（gV一V)/Vm=()/==6)校核傳熱面積與確定夾套結(jié)構(gòu)高度DN=1500，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的表面積為Af=*=**= m2，*d=*=，釜體的傳熱部分面積為:Ar＝Af＋At= Af＋ Am()=+()=，符合要求，不需要其它的傳熱裝置。7)釜體壁厚，釜體下封頭壁厚，夾套壁厚，夾套下封頭壁厚1）。配堿釜的釜體采用雙面對(duì)接焊，焊縫進(jìn)行局部無損檢驗(yàn)，材料采用Q235A鋼，則壁厚按下式計(jì)算[32]St1=P*Di/(2[6]t216。P)+C=**1500/（2*113*—*）=式中P為設(shè)計(jì)壓力P=* [δ]t為設(shè)計(jì)溫度下的許用壓力[δ]t為111MPa ，216。為焊縫系數(shù)，216。=，C為壁厚附加量 C=C1+C2=+2=，C2為腐蝕裕量2），。設(shè)計(jì)應(yīng)以最惡劣的工作條件考慮，故該釜體設(shè)計(jì)壓力外。P=*= 假設(shè)S0=12mm由于夾套頂部到釜體法蘭面的距離為150mm，其計(jì)算長(zhǎng)度為：L