【導(dǎo)讀】立研究、撰寫的成果。設(shè)計（論文）中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料，均。對本文研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已。在文中作了明確說明并表示了謝意。本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。等復(fù)制手段保存本設(shè)計（論文）。

　　

【正文】 =（ 20＋ 27＋ 2＋ 1） /338= kJ/(kg℃ ) （ C10H19OOH） Ｃ 11=（ 10＋ 20＋ 2） /172= kJ/(kg℃ ) （ Na2S2O4 ） C12=（ 2＋ 2＋ 4） /174= kJ/(kg℃ ) 物料的相關(guān)參數(shù)列表 計算整理如下表 ； 表 物料的相關(guān)參數(shù)列表 齊魯工業(yè)大學(xué) （論文） 26 原料及輔助原料 配 方 密度（ kg/m3） 相對分子 量 比熱容 KJ/(kg℃ ) 單體 丁二烯 70 620 54 苯乙烯 20 910 104 介質(zhì) 去離子 水 200 1000 18 調(diào)節(jié)劑 叔十二烷基硫醇 0. 2 845 202 乳化劑 歧化松香酸鈉 338 十六烷基苯磺酸鈉 348 引發(fā)劑體系 過氧化物 過氧化氫對孟烷 922 172 活活化劑 還還原劑 硫酸亞鐵 1897 152 雕白粉 1750 118 螯合劑 EDTA 292 磷酸鈉 1620 164 聚合釜的熱量計算 （ 1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 聚合溫度 5～ 7℃（設(shè)計取 5℃） ?； ?查《合成橡膠生產(chǎn)工藝》得到，溫度高會加速引發(fā)劑分解，從而加快聚合反應(yīng)速度，同時鏈終止速度也增加，其結(jié)果使橡膠的分子量降低；另外，支化、交聯(lián)現(xiàn)象嚴(yán)重，凝膠增多，使聚合物性能下降。溫度越低，分子量分布越窄，有利于加工。故低溫乳液聚合溫度 取 5～ 7℃。 物料進(jìn)釜溫度為 8～ 12℃（設(shè)計取 10℃）； 聚合反應(yīng)焓變 Δ H=； （ 2）計算基準(zhǔn) 齊魯工業(yè)大學(xué) （論文） 27 基準(zhǔn)溫度 0℃，把串聯(lián)的聚合釜作為一個系統(tǒng) （ 3）計算公式 Q1 ＋ Q2 ＋ Q3= Q4 ＋ Q5 ＋ Q6 （ ） Q1 —— 所處理的物料帶到設(shè)備中去的熱量（ kJ） 。 Q2 —— 由加熱劑（或冷卻劑）傳給設(shè)備和物料的熱量（ kJ）； Q3—— 過程的熱效應(yīng)（ kJ）； Q4 —— 反應(yīng)產(chǎn)物由設(shè)備帶出的熱量（ kJ）； Q5 —— 消耗在加熱設(shè)備上的熱量（ kJ）； Q6 —— 設(shè)備向四周散失的熱量（ kJ）。 對過程進(jìn)行分析可知，因系連續(xù)操作 Q5不計，計算基準(zhǔn)取 kJ/min。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(yīng)產(chǎn)物由設(shè)備帶出的熱量 Q4=0； 所處理的物料帶到設(shè)備中去的熱量 Q1 =Cp M (T1T4)=（ ＋ ）（ 105）＋ 22748 （ 105）＋（ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ）（ 105） = 105 kJ/h 過程的熱效應(yīng) Q3 = = 106kJ/h 設(shè)備向四周散失的熱量： Q6=∑ Fα T（ tt0） t’ 103 （ ） F—— 設(shè)備吸熱表面積 m2。 α T—— 吸熱表面向四周介質(zhì)的聯(lián)合給熱系數(shù)， W/ m2℃； t0—— 吸熱表面的溫度，℃； t—— 周圍介 質(zhì)溫度，℃； t’ —— 吸熱持續(xù)時間， S。 聯(lián)合給熱系數(shù)α T 是對流和輻射兩種給熱系數(shù)的綜合，可有經(jīng)驗公式求取。一般絕熱層外表溫度取 50℃。 則 α T=（ t0t） =（ 525） =9 估計聚合釜的傳熱表面積為 154m2，實際使用 10 個釜 齊魯工業(yè)大學(xué) （論文） 28 設(shè)備向四周散失的熱量 Q6=154 10 9（ 255） 103 3600= 106kJ/h 電動機(jī) H 的計算 H=55 90% 3600 10= 106 kJ/h 從而，計算得： 由加熱劑（或冷卻劑）傳給設(shè)備和物 料的熱量 Q2 = Q1 Q4 ＋ H ＋ Q3 ＋ Q6 = 105 0＋ 106＋ 106＋ 106 = 106 kJ/h 冷膠進(jìn)料冷卻器的熱量衡算 本設(shè)計總共只有一條生產(chǎn)線，此條生產(chǎn)線熱量計算如下： （ 1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 各物料在進(jìn)入第一個冷膠進(jìn)料冷卻器之前的溫度見下表，出口溫度則控制在1317℃；第二個冷膠進(jìn)料冷卻器的出口溫度控制在 812℃； 各物料的比熱容及單位時間的流量見上面的計算結(jié)果。 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(jìn)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(xué) （論文） 29 = 105kJ 第二個冷膠進(jìn)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(xué) （論文） 30 第六章 反應(yīng)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=； 取裝料系數(shù)φ =?。 ?查《合成橡膠生產(chǎn)工 藝》得到 ,釜式反應(yīng)器的裝料系數(shù)φ一般為 之間；聚合壓力一般為 ～ ， 9h② ； ② 查《合成橡膠生產(chǎn)工藝》得到 ,反應(yīng)時間過短，膠粒過細(xì)，膠乳穩(wěn)定性變壞。同時，由于反應(yīng)初期活性高，使支化、交聯(lián)反應(yīng)增多，使橡膠的加工性能變壞。反之，如果聚合時間長了，膠乳穩(wěn)定性好，但時間太長了則影響設(shè)備的生產(chǎn)能力。綜上所述，聚合反應(yīng)時間一般控制在 ～ 12h，最好控制在 8h 以上。 45m3③； ③查《聚合物乳液合成原理性能及應(yīng)用》得到 ,目前國內(nèi)采用的聚合釜體積 有1 45m3等多種，每條聚合生產(chǎn)線在 ～ 萬噸 /年，需配備聚合釜 8～12 臺。 8 ～ 12 個 ④ 。 ④查《高聚物合成工藝學(xué)》得到 ,生產(chǎn)中乳膠膠粒粒徑與在聚合釜內(nèi)的停留時間有關(guān)，串聯(lián)的聚合釜越多，停留時間分布函數(shù)越窄，使乳膠粒徑分布狹窄。因此生產(chǎn)上用 8～ 12 個釜串聯(lián)。 這樣。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 )。綜合各因素考慮，現(xiàn)在取 10個聚合釜串聯(lián)為一組 . 之間 ⑤ ； ⑤查《聚合 物乳液合成原理性能及應(yīng)用》得到，因聚合反應(yīng)溫度要低，故解決傳熱問題很重要。 高徑比越大，傳熱面積越大， 有利于傳熱，但不利于攪拌。乳液 聚合釜的長徑比一般為 。 6．設(shè)計串聯(lián)連續(xù) 連續(xù)釜式反應(yīng)器⑥ ； ⑥連續(xù)釜式反應(yīng)器， 與間歇釜式相比，具有生產(chǎn)效率高，勞動強(qiáng)度低，操作費用小，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，易實現(xiàn)自控等優(yōu)點。 齊魯工業(yè)大學(xué) （論文） 31 反應(yīng)釜計算 反應(yīng)釜數(shù)量 由設(shè)計反應(yīng)時間 9h，則 9h 內(nèi)物料的累計量 V= 9=。 則需要的聚合釜數(shù) N=V/（ 45φ） =10。 聚合釜筒體直徑（ D）和筒體高度（ H） [10] 參考《聚合物合成工藝設(shè)計》 ,得到如下表 ： 表 各種封頭的標(biāo)準(zhǔn) 封頭名稱 封頭高度 （ h） 封頭側(cè)面積 (s) 封頭體積 (V) 特 點 半球封頭 D2 D3 標(biāo)準(zhǔn)橢圓 封 頭 D2 D3 應(yīng)力分布均勻，封頭與筒體的強(qiáng)度相等，應(yīng)用最廣 碟封頭 D2 D3 曲面連接處存在彎曲應(yīng)力，強(qiáng)度不如標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 球面封頭 D2 D3 一般用于臥式容器的兩端封頭 平封頭 0D D2 0 D3 查《聚合物乳液合成原理性能及應(yīng)用》得到， 45 m2 釜徑一般為 2500～3100mm、徑 /高為 1/～ 。 計算如下： 查表，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為 、 h 封＝ D/4。 令： h 為釜體直邊高度、 H 為反應(yīng)器釜體總高度，則： 若取 H/D＝ ，則有：則有： h＝ 解： H＝ h＋ 2 h 封＝ h＋ D/2= 33332 DDDDhDV T ?????????? ??mVD T 33 ???齊魯工業(yè)大學(xué) （論文） 32 取整，直徑為 取整， h 為 H＝ h＋ 2 h 封＝ h＋ D/2=＋ 3/2= 綜上計算： 實際長徑比為： 聚合釜各參數(shù)的確定 1）材料的選擇： [12] 反應(yīng)釜操作條件并不苛刻，操作壓力、溫度并不高，根據(jù)經(jīng)濟(jì)原則， 選用 碳鋼（ 20R）材料。 2）聚合釜壁厚確定 壁厚的計算公式 δ = P c Di/(2[? ]tφ P c ) ＋ C () δ —— 筒壁厚度， mm。 Di—— 筒體直徑， mm； [? ]t—— 設(shè)計溫度下材料的 許用應(yīng)力， Mpa；φ —— 焊縫系數(shù)； C—— 壁厚附加量， mm。 查《化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)》得到數(shù)據(jù)， Pc= ， Di =， [? ]t=133Mpa，φ =（采用帶墊板的單面焊接接頭， 100%無損檢測）， C=3mm，代入公式， δ = P c Di/(2[? ]tφ P c ) ＋ C () = 3000/(2 133 )＋ 3= 圓整?。害?=11mm 3）封頭厚度確定 計算公式 δ =K P c Di /(2[? ]tφ P c) ＋ C K為系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭， K=1。 代入數(shù)據(jù)得， δ =K P c Di /(2[? ]tφ P c) ＋ C=, 與筒體厚度相差無幾，均取 。 圓整?。害?=11mm mDVVh T 2 2 32 ＝＝封 ? ???????齊魯工業(yè)大學(xué) （論文） 33 反應(yīng)釜和攪拌槳圖 傳熱結(jié)構(gòu)，夾套結(jié)構(gòu) 夾套是用焊接或法蘭連接的方式在容器的外側(cè)設(shè)各種形狀的結(jié)構(gòu)，使其與容器外壁形成密閉空間。在此空間充入冷、熱流體，以維持物料溫度在預(yù)定范圍內(nèi)。 查《化工機(jī)械設(shè)計制圖》得，當(dāng) 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(yīng)釜的設(shè)計體積。 Hj=（ φ .V Vh） / V1=( 452 )/（ 1） = 液氨的進(jìn)口管徑 估算夾套面積，按 Di=3m計算 S = S1 ＋ S2 () S1為夾套聚合釜外表面圓柱體部分 S2為封頭表面積 ∴ S = π DjHj＋ S2 = ＋ = ㎡ 液氨傳熱系數(shù) K=12800W/㎡ A = Q/ K△ T = ㎡ 10009840009 ??? ? ∴釜內(nèi)冷卻面積 : A1=A－ S=－ =㎡ ① 釜內(nèi)冷卻劑液氨的進(jìn)口管直徑 齊魯工業(yè)大學(xué) （論文） 34 釜內(nèi)冷卻劑移走的熱量： Q2=A1K△ T = 3600 400 [2－（ 30） ]= 109J= 106KJ 30℃時，液氨的物性數(shù)據(jù) Cp=℃ ρ =650kg/m179。 ∴ W1= 6^ ??= 104kg/h 體積流量 : V=W1/ρ = 104247。 650=179。/h 流速為 6m/s ∴ d3= ???= 圓整為： 70mm 故選用 :70 4mm ② 釜內(nèi)冷卻管長 設(shè)冷卻管直徑為 L=A1/π D=247。 247。 = 每根管子長度設(shè)為 則共需 247。 3= 343根，三角形排列 ③ 夾套進(jìn)口管徑 夾套移走熱量： Q1=Q－ Q2 = 106－ 106= 106KJ/h ∴體積流量 : V/= 6^