【文章內(nèi)容簡介】 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 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 反應需丙烯酸的質(zhì)量為 W 需氫氧化鈉的質(zhì)量 407206 W 生成的丙烯酸鈉的質(zhì)量 94067206 W 生成的水分質(zhì)量為 l87206 W 則可得 94067206 W 102 944 W 78866 kg 生成水的質(zhì)量 187206 78866 19700 kg 中和反應需純氫氧化鈉的質(zhì)量 407206 78866 43778 kg 折算為 25 的氫氧化鈉溶液的質(zhì)量 4377825 175112 kg 此過程水分蒸發(fā)量 17511278866250473 3505kg 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 4377896 45602 kg 需純水 17511245602 129510 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 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 45602 129510 175112 78866 250473 102944 147529 1728 249446 016 001 228018 101112 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 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 175112 250473 102944 147529 3505 247718 2755 229857 19589 1839 101112 607 126299 1000 1112 物料衡算圖 32 熱量衡算 聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)可分為多個工序每一個生產(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力損耗因此不計算這兩個工序的能量平衡其它 工序分別計算整個過程均采用 25℃作為基準溫度生產(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 [30] l 配堿工序 由物料衡算可知在配堿工序中需純氫氧化鈉 43778 公斤溶解用水 125942 公斤氫氧化鈉的質(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 43778 100040 109445 摩爾 水 129510 l00018 71950 摩爾 水氫氧化鈉 mol 比 71950109445 657 查表可知氫氧化鈉在此濃度下的溶解熱為 3716kJmolNaOH 此濃度下液的平均比熱為 3587KJkg℃水的比熱為 418KJkg℃已知片堿和純水的進料溫度為 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 3716 109445＝ 406697kJ 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 3587 175112 30 25 31406 kJ 因為 Ql 人 1 出 0 Q15 QI 人 14 40669731406 375291 kJ 需冷卻水的質(zhì)量 ml 水 375291418 89782 kg 2 中和工序 已知條件丙烯酸的進料溫度為 25℃比熱為 276kJ 噸℃氫氧化鈉水溶液的進料溫度為 30℃平均比熱為 3587KJk g℃中和液的平均比熱為 328KJKg℃水的比熱為 418KJKg℃ 100℃時水的蒸發(fā)熱為 2587KJkg 丙 烯酸與氫氧化鈉的中和熱為 5567kJmolH2O 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 其計算結(jié)果如下 氫氧化鈉水溶液引人的熱量 Q21 3587 175112 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)生中和反應的丙烯酸為 788661000 7206 109445 mol 生成的水為 l00445mol 則丙烯酸中和熱為 Q23 5567 109445 609280 kJ 輸人熱量 Q2 入 Q21Q22Q23 314060609280 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 以及冷卻水帶走的熱量 Q26 其計算結(jié)果如下 中和液移走的熱量 Q24 328 30－ 25 250479＝ 41078kg Q25 3505 418 100－ 25＋ 3505 2587＝ 101662kJ 因為 Q2 入 Q2 出 0 所以 Q26 640686－ 41078101662 497946 kJ 冷卻水用量 m2 497946418 119126 kg 3 聚合反應工序 在這個工序中丙烯酸中和液與引發(fā)劑助劑充分混合溫度會 上升很大幅度反應加劇同時蒸發(fā)大量水分此過程的熱損失很大同時還要避免暴聚已知丙烯酸中和液的平均比熱為 328KJKg℃中和液進料溫度為 30℃丙烯酸鈉的聚合熱為777kJmol 水的比熱為 418KJKg℃ l00℃水的蒸發(fā)熱為 2587KJKg 樹脂凝膠的出料溫度為 60℃樹脂平均比熱為 253kJ kg℃由于助劑和引發(fā)劑的量很少在計算時可以忽略其帶人的熱量輸人的熱量 Q3 人包括丙烯酸中和液引入的熱量 Q31 丙烯酸鈉聚合的聚合反應放熱 Q32 其計算結(jié)果如下 丙烯酸中和液引人的熱量 Q31 328249446 30 25 40909 kJ 聚合反應放熱 Q32 777109445 850387 kJ 則輸人熱量 Q3 人 Q31Q32 40909850387 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 其計算結(jié)果如下 膠體帶走的熱量 Q33 253 2280181839 60 25 203538 kJ 水氣帶走熱量 Q34 19589418 100 25 195892587 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入溫度為 50℃膠體的平均比熱為 253kJ k g℃干燥物料出口溫度為 150℃聚丙烯酸鈉的平均比熱為 147KJ Kg℃水的比熱為 418KJK g℃ 100℃水的蒸發(fā)熱為2587kJkg 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 25322801 8 50 25 1442214 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 147 101112607 150 25 186909 kJ 水氣帶走的熱量 Q44 126299 418 10025 126699 2587 36736505 kJ 因為 Q4 人 Q4 出 0 且 Q45 l 一 85 Q42 1442214Q4218690936736505015Q42 0 干燥器提供給膠體的熱 量 Q42 4372162 kJ 干燥體系熱量損耗 Q45 015 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 工序名稱 輸入 KJ 輸出 KJ Q11 0 Q14 31406 配堿 Q12 Q13 Q1 入 0 406697 406697 Q15 Q1 出 375291 31406 406697 中和 Q21 Q22 Q23 總 Q2 入 31406 0 609280 640686 Q24 Q25 Q2 出 41078 101662 497946 640686 聚合 Q31 Q32 Q3 入 40909 850387 891296 Q33 Q34 Q35 Q3 出 203538 568179 119579 891296 干燥 Q41 Q42 總計 Q4 入 1442214 4372162 45163834 Q43 Q44 Q45 Q4 出 186909 36736505 655824 45163835 第四章 主要設備工藝尺寸的計算及選型 41 配堿釜 l 釜體容積形式及材料 日產(chǎn)聚丙烯酸鈉 242 噸需配堿液 242 175112 42377 kg 溶堿時最高溫度為 50℃查得 25堿液的比重為 126gcm3則 4237t堿液的體積為 4237126 336 m3 按裝料系數(shù) 0 8 計需配堿釜容積為 33608 42 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)冷卻水夾套內(nèi)表壓為 03MPa 溫度小于 50℃故可確定該釜屬于帶攪拌裝置的低壓反應釜本設計采用圓筒形殼體和標準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～ 13 由于容積不大化學反應平衡暫選 12 又因反應過程中不產(chǎn)生泡沫無沸騰現(xiàn)象故裝料系數(shù)為 08 則釜體內(nèi)徑可按下式估算 Di 4V314 HtD 13 433631412 13 152m 式中 V 為操作容積 m3v 336m3 取 Di 15m 2 封頭尺寸 標準橢圓形封頭與筒體匹配其內(nèi)徑應與筒體相同若假定封頭壁厚為 8mm 下表可得公稱直徑 DN 1500mm 的標準橢圓封頭直邊高度為 H0 40mm 表 41 標準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 48 1018 20 39 1018 20 直邊高度 25 40 50 25 40 50 公稱直徑與其直邊高度的關(guān)系 公稱直徑 200 400 5002600 28003200 34004000 直邊高度 25 2540 254050 4050 60 3 筒體高度 當 D 1500mmH 40mm 可得標準橢圓封頭容積 Vt 31418Di3 06 m3筒體每一米高度的容積 Vm 33618 187m3 可按下式計算筒高 Ht VVtVm 33606 187 16m 取 Ht 15m 則 Ht 1615 107 與初選值 HD 12 相符 4 筒體容積 釜體總?cè)莘e為 187 1806 15 4266m3 釜體有效體積 4266 085 362 336 符合要求 配用 120rmin減速箱 6kw的三相攪拌電機查圖