【導(dǎo)讀】通過(guò)對(duì)各種合成工藝。路線綜合評(píng)價(jià)、分析比較，選擇合理的生產(chǎn)工藝，確定經(jīng)濟(jì)合理的工藝流程。批物料的進(jìn)料量、反應(yīng)熱，從而選擇合適的換熱方式和設(shè)備?！酆细?duì)其工藝工程進(jìn)行設(shè)計(jì)，繪制合理的工藝流程圖。導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致。含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)。的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法。律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。

　　

【正文】 第四種為全包覆式夾套。 整體夾套夾套的尺寸及連接型式 整體夾套和罐體有 2 種連接型式，即不可拆卸 式和可拆卸式。 不可拆卸式夾套的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封可靠，主要適用于碳鋼制的攪拌設(shè)備。 可拆卸式夾套的連接結(jié)構(gòu)，用在操作條件較差，以及要求定期檢查罐體外部表面或者要求定期清洗夾套內(nèi)污垢的場(chǎng)合。 夾套直徑確定見(jiàn)表 5。 表 5 整體夾套直徑的確定 Dg 500~600 700~1800 2020~3000 Dj Dg+50 Dg+100 Dg+200 夾套形式 溫度 (℃ ) 壓力（ kgf/cm2） 整體夾套 350 300 6 16 半圓管夾套 280 10~64 型鋼夾套 225 6~25 蜂窩夾套 250 25~40 178。178。 16 4 攪拌器 攪拌器分類及參數(shù) [28] 攪拌器是攪拌槽的核心設(shè)備，一般是根據(jù)不同的應(yīng)甩條件和不同的工藝要求而設(shè)計(jì)的，其主要在于攪拌葉輪的型拭和傳動(dòng) 裝置有區(qū)別。 （一）依據(jù)葉輪的形狀來(lái)分有： 1 槳式 —— 有分平槳和折槳兩種。其槳寬和葉徑之比多為 ～ ，折槳角度為45176。、 60176。一般只有兩片槳葉，槳葉外沿圓周速度為 ～ ／ s，轉(zhuǎn)速為 1～ 100rpm，適用粘度在 2P 以下的液體，葉徑和槽徑之比為 ～ ，個(gè)別可達(dá) ，可安裝成單層式或多層式。 2 渦輪式 —— 可分為開啟式和圓盤式，如平直葉，彎葉， 圓盤平葉，圓盤彎葉等，槳數(shù)一般為 6 片，葉寬與葉徑之比為 ~(以 居多 )， 葉沿圓周速度為 4～l0m／ s，轉(zhuǎn)速為 10～ 300rpm，分別適于粘度 50P 和 10P 以下的液體， 葉徑與槽徑之比為 ～ 。 3 推進(jìn)式 —— 一般有三片槳葉，螺距與葉徑之比約為 1～ 2，外沿圓周線速度達(dá) 3～15m／ s，轉(zhuǎn)速為 100～ 500rpm，適于粘度在 2P 以下的液體，葉徑和槽徑之比為 ～。 4 錨框式 —— 也是兩葉形式，外沿圓周速度為 l～ 5m／ s，轉(zhuǎn)速為 l～ 100rpm，適于粘度小于 100P 的液體攪拌， 葉徑與槽徑之比達(dá) ~，特別用于攪拌范圍較大或液體易粘附于槽壁的場(chǎng)合。 5 螺帶式 —— 圓周速度一般小于 2m／ s，轉(zhuǎn)速 ～ 50r／ min，葉徑與槽徑之比為 ～ ，適于粘度小于 100P 的場(chǎng)臺(tái)。 6 高剪切式 —— 有鋸齒式，三角葉式等，適用于需高剪切的情況。 （二）依據(jù)葉輪所造成的槽內(nèi)液體循環(huán)流動(dòng)途徑來(lái)分有（圖 17） 1 軸向流葉輪 —— 特點(diǎn)是直徑小，轉(zhuǎn)速高，循環(huán)量大，常用于互溶液混合、傳熱和固體懸浮，特別是沉降速度低、 無(wú)腐蝕的固體懸浮。一般要求精度 在 5P。以內(nèi)，可用于大容積的攪拌 槽，其標(biāo)準(zhǔn)形式是螺旋槳式葉輪。 2 徑向流葉輪 —— 葉輪施以離 心力，沿半徑方向流出，上下方補(bǔ) 圖 7 葉輪所造成的槽內(nèi)液體循環(huán)流動(dòng) 途徑 178。178。 17 充流入。有良好的適應(yīng)各種操作要求的性能，特別對(duì)于粘度高的液體攪拌。 攪拌器選型 [48] 攪拌器是根據(jù)不同攪拌目的的工藝要求而造型的。 不同工藝過(guò)程對(duì)槽中流動(dòng)的能量分配不同，攪拌槽中的混臺(tái)過(guò)程主要以混合是否均勻，即調(diào)勻度和以分散集中程度，即分隔尺寸等表示。 為了達(dá)到一定的調(diào)勻度，需要一定的總體流動(dòng)；為了達(dá)到一定的分隔尺度，則需要一定的湍流強(qiáng)度，不同的工藝過(guò)程對(duì)總體流動(dòng)與湍流強(qiáng)度有不同的要求。 一個(gè)好的選型方法最好具備兩個(gè)條件，一是選擇結(jié)果合理，一是選擇方法簡(jiǎn)便，而著兩點(diǎn)卻往往難以同時(shí)具備 。 由于液體的黏度對(duì)攪拌狀態(tài)有很大的影響，所以根據(jù)攪拌介質(zhì)粘度的大小來(lái)選型是一種基本的方法。 攪拌槽體及附件 [30] 槽體型式及尺寸 槽體型式多為立式，一般用圓形槽碟形底為多，應(yīng)避免錐底和帶棱角的槽，以免固體顆粒在死角處聚積，最好是槽中液深 H 和槽徑Ｄ之比為 1： 1，淺槽可為 1： 2或 1： 3，深槽在 1． 25： 1 以上時(shí)，就需安裝多個(gè)攪拌器葉輪，一般可按下式求得： 葉輪個(gè)數(shù)＝實(shí)際液體深179。液體比重247。槽徑 每個(gè)葉輪間距應(yīng)為 1～ 葉徑。 附件 攪拌槽附件包括檔板、 異流簡(jiǎn)等 1 檔板 —— 其作用是防止?jié){體打漩，以免固體顆粒因離心力向槽壁聚集和吸入空氣；此外，檔板還可增大湍動(dòng)程度。檔板為垂直安裝在槽內(nèi)壁，其數(shù)量可用“充分檔板化” 條件確定，所謂“充分檔板化” 就是再增加檔板數(shù)而不再能改善攪拌效果的擋板數(shù)量，可用下式估算： m(w/d)= （ 1— 7） 式中 m—— “充分擋板化”的檔板數(shù)； w 和 d—— 檔板寬和葉輪直徑。 一般取 w/d=1/10~1/12， m =6 已足夠。 檔板雖能減少水平環(huán)流，提高懸浮效果， 但也會(huì)在檔板的背面形成滯流區(qū)，引起178。178。 18 固體顆粒的聚積，為此，在檔板與槽壁之問(wèn)常留有一定縫隙，其寬度為檔板寬的~ 倍。 2 導(dǎo)流筒 —— 其作用主要是確定循環(huán)路徑以減少短路，同時(shí)亦加大筒內(nèi)液體的攪拌程度。但由于使阻力增加，消耗攪拌器的功率，因此需視具體要求決定是否設(shè)置。 葉輪位置與標(biāo)準(zhǔn)攪拌槽 [30] 葉輪一般設(shè)在槽中心，葉輪到槽底的距離 c 約等于葉輪直徑 d，但對(duì)沉降速度較快的固俸顆粒，則應(yīng)降低安裝位置。 葉輪直徑與槽徑之比 d／ D 與所選擇的葉輪型式有關(guān)，常用的范圍為： 平槳式 d／ D=～ ； 滑輪式 d／ D=～ ； 螺槳式 d／ D=～ 。 由于攪拌槽的幾何特性對(duì)液體流型與攪拌效果有較大影響，目前已研究確定一種“標(biāo)準(zhǔn)” 形式妁攪拌槽，其性能可滿足大多數(shù)工藝操作過(guò)程的要求。其幾何尺寸如下： d／ D=1／ 3， H1=d， H／ D=1。w1／ d=l／ 5， 111=4， L／ d=1／ 4； w ／ D： l／ 10。此外，葉輪為 6 片平槳滑輪，安裝在直徑為 s 的中心圓盤上。各式中： w1—— 葉輪寬， L 一葉片長(zhǎng)。 攪拌器功率的估算 [30] 對(duì)于不同的工藝過(guò)程需要不同的動(dòng)力，對(duì)于一 定結(jié)構(gòu)槽體和一定型式的攪拌器，當(dāng)用某種轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌，使攪拌器連續(xù)運(yùn)行所需的動(dòng)力就是攪拌器的功率。 影響攪拌器功率的因素 攪拌與槽內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，因此，影響流動(dòng)狀態(tài)的因素也會(huì)影響攪拌器的功率。如 1 攪拌器的幾何參數(shù) 槳葉直徑 d，槳葉寬 w1，槳葉角 θ，轉(zhuǎn)速 n，時(shí)數(shù) m，槳葉片離槽底高 c 等； 2 攪拌槽的幾何參數(shù)：槽徑 D，槽高 H0(液深 )，擋板寬 w，檔板數(shù) m，導(dǎo)流筒尺寸等； 3 攪拌漿體物性參數(shù)：漿體密度ρ，粘度μ，顆粒粒徑 d，密度ρ s 等。 功率估算方法 [31] 178。178。 19 本設(shè)計(jì)采用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián) 法。 一般關(guān)聯(lián)式 —— 從諸影響攪拌功率的因素中，暫不考慮形狀幾何參數(shù)的影響，其功率有如下函數(shù)式： N=Φρ n3dj5(n2dj/g)（α lgRe)/β (18) 式中α、β依槳型不同，可從表 6查得 。 表 6 推進(jìn)式、渦輪式攪拌槳的α、β值 槳型 dj/D α β 3葉推進(jìn)式 0 6葉渦輪式 178。178。 20 第 3 部分 工藝設(shè)計(jì) 本工藝采取種子乳液聚合法合成苯丙乳液，所選工藝流程： 物料混合 預(yù)乳化約 邊加料邊乳化約 3h調(diào) PH過(guò)濾。由表 1，單體最佳用量丙烯酸丁酯%、苯乙烯 %，由圖 1，乳化劑選用十二烷基硫酸鈉為 %， op10 為 %。由圖 2，溫度選擇 80℃。 由 圖 3，反應(yīng)時(shí)間取 3h更合適。本設(shè)計(jì)以 40000 噸年產(chǎn)量為基準(zhǔn)合成苯丙乳液，下面進(jìn)行物料及熱量衡算并確定工藝設(shè)備規(guī)格。 1 物料衡算 預(yù)乳化液組 成 （ W%） 表 7 預(yù)乳化液組成 引發(fā)劑組成 去離子水 %； 引發(fā)劑 APS % 各物料含量 由于工業(yè)操作、物料的轉(zhuǎn)移和反應(yīng)過(guò)程中原料的揮發(fā)等，可能會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，因此按照平均轉(zhuǎn)化率帶入計(jì)算，結(jié)果會(huì)存在一定的誤差。按每年工作 300天計(jì)算，每天生產(chǎn)三班次，生產(chǎn)乳液 M=40000 噸 /（ 3003） = 噸 /次 =103kg/次 按平均轉(zhuǎn)化率按 %來(lái)計(jì)算，則每批的 投料量 ,由于各物質(zhì)密度均大于水，故可按1g/ml 估算所需反應(yīng)釜體積 ： 103kkg/%=103kg m 水 =%103 =104kg V 水 =24639510ml mSDS=%103 =102 kg VSDS=296267ml mOP=%103 =102kg VOP=148133ml 甲基丙烯酸甲酯 (MMA) 2% 丙烯酸丁酯 (BA) % 丙烯酸 (AA) 2% 丙烯腈 （ AN） 2% 苯乙烯（ St） % 十二烷基硫酸鈉（ SDS） % Op10 % 去離子水 % 178。178。 21 mBA=%103=103 kg VBA=1229507ml mMMA=2%103=102 kg VMMA=987556ml mAN=2%103=102 kg VAN=987561ml mSt=%103=103 kg VSt=8838626ml mAA=2%103=102 kg VAA=987561ml mAPS=%103=102 kg VAPS=197511ml 總物料 V0= V 水 +VSDS+ VOP +VBA+VMMA+VAN+ VSt + VAA +VAPS =49377802ml= 將 V0=106ml 修整為 VR=50m3 2 熱量衡算 查物性手冊(cè)得 [32]： 摩爾生成焓的估算： ΔHfo=+[ ?? ? )2()/(k jhfMjWkhfNk] BA: ΔHfo=++3()+()= MMA:ΔHfo=++2()+()= KJ/mol AN: ΔHfo=++()= KJ/mol KJ/mol St: ΔHfo=++()= KJ/mol AA: ΔHfo=++()= KJ/mol 密度 : BA: = MMA: = kg/m3 AN: = kg/m3 St: 887 kg/m3 AA: = kg/m3 質(zhì)量進(jìn)料： BA: = MMA: = AN: = St: 887= AA: = 水： 103kg 178。178。 22 乳化劑： op10： SDS： 單體轉(zhuǎn)化率按 80%計(jì)算，則生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)料單體被轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的量為： BA: %= MMA: %= AN: %= St: %= AA: %= 假設(shè)全部聚合為一個(gè)分子： 17BA+2MMA+3AN+17St+3AA ΔHfo=+93n()+40n()+21n()+2n+3n[()]+3n( )+17n()+19n()= kJ/mol 聚合物質(zhì)量： ++++= kg 分子量： （ 17128+2100+353+17104+372） n = 4519n 所以每一批物料的反應(yīng)熱為： {（ ()[()+() +++()]} 103=[ （ ） /4519n+] 103 kJ 其中 n=1026 Q= 107 kJ/批 3 反應(yīng)釜設(shè)計(jì) VR=50106ml=50m3； 釜內(nèi)：物料比重 ρ=； 壓力 P1=； 溫度 t1=80℃ ； 黏度μ=s （水， 80℃ ） 夾套：溫度 t2=20℃ ； 壓力 P2= 178。178。 23 估算內(nèi)徑 ： 反應(yīng)器總體積 VT= VR/η=50/= 釜實(shí)際高 H=h+2h 封 =h+D/2= H/D 是釜體中心部位與邊緣部位傳熱均衡應(yīng)取較大值，取 H/D 為 則有 h=D VT=π/4D2h+=π/4D883+= VT—— 反應(yīng)器體積 （ m3） VR—— 物料體積 （ m3） 圖 8 反應(yīng)釜基本尺寸 D= 3 / = 3 圓整為 4300mm η—— 裝填系