【導(dǎo)讀】依據(jù)有關(guān)部門下達(dá)的設(shè)計(jì)任務(wù)書或可行性研究報(bào)告的批文，環(huán)境影響報(bào)告書的批文，資源評(píng)價(jià)報(bào)告的批文，技術(shù)引進(jìn)報(bào)告的批文，技術(shù)引進(jìn)合同，設(shè)計(jì)合同，其它文件等。該車間設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)11000t順丁橡膠。三氟化硼乙醚絡(luò)合物；終止劑——乙醇；防老劑——（簡稱）。操作方式等方面綜合考慮選擇溶液聚合實(shí)施方法。該工藝路線包括了如反應(yīng)活性中心的形成。終止方式；產(chǎn)品防老化處理等特點(diǎn)。操作方式為連續(xù)操作。氫制丁二烯原料路線。各種溶劑對(duì)反應(yīng)原料、產(chǎn)物及反應(yīng)所用各種引發(fā)劑的溶解能力不同。國內(nèi)對(duì)上述引發(fā)體系曾采用過三種陳化。通過比較確定最佳方式為稀硼單加。止及鏈轉(zhuǎn)移等基元反應(yīng)機(jī)理。提高單體濃度聚合反應(yīng)速度增加，有利于提高產(chǎn)量。因此，要嚴(yán)格控制。考慮裝置的大修，采用年開工時(shí)間為8000h。全裝置主要采用連續(xù)操作方式，局部采用間歇操作方式。順丁橡膠的物理化學(xué)性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)的直接關(guān)系。丁二烯更難于結(jié)晶。是高彈性體，后者無彈性。

　　

【正文】 h 根據(jù)各釜純轉(zhuǎn)化率計(jì)算各釜的物料組成如表 912。 表 912 各釜的物料組成 物 第一釜 第二釜 第三釜 第四釜 料 kg/h W(%) kg/h W(%) kg/h W(%) kg/h W(%) 溶劑油 丁 烯 丁二烯 聚丁二烯 各釜物性數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果如表 913 表 913 各釜物性數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果 釜號(hào) 溫度 ℃ 組分 密度 ? kgm3 比熱容 Cp kJ/(kg℃ ) 熱導(dǎo)率 ? W/(m．℃ ) 門尼粘度 動(dòng)力粘度 ? Pa． s 一 94 膠液 50 二 94 膠液 50 三 94 膠液 45 四 94 膠液 45 注：根據(jù)各釜門尼粘度和膠液濃度查《高聚物合成工藝學(xué)》確定各釜?jiǎng)恿φ扯取? 各釜對(duì)流傳熱系數(shù) ? 和傳熱系數(shù) K 的計(jì)算 (1)夾套內(nèi)冷卻鹽水的對(duì)流傳熱系數(shù) ?1計(jì)算 基本方程式： ? ?`1 ? Nl u N u ? ??? ???0 027 0 8 0 330 14. Re Pr. ..?? Re? lu?? Pr ? Cp?? 式中 ?1— 夾套對(duì)流傳熱系數(shù)， W m C/ ( )2 0? ； Nu— 努塞爾準(zhǔn)數(shù)； Re— 雷諾準(zhǔn)數(shù)； l — 傳熱面的特征尺寸， m； ?— 流體的熱導(dǎo)率， W m C/ ( )2 0? ； u— 流體的流速， m/s； ?— 流體的密度， kgm/ 3 ； ?— 流體的粘度， Pa s； Cp— 流體的比熱 容， J/(kg℃ )； ?w— 流體在壁溫條件下的粘度， Pa s 查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》上冊(cè) P301表 414，取冷卻鹽水在螺旋導(dǎo)流板中的流速為 m/s；根據(jù)《攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》 P142 和《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第三冊(cè) P180 有關(guān)內(nèi)容，取聚合釜夾套內(nèi)螺旋導(dǎo)流板的幾何尺寸如圖 98 所示。則傳熱面特尺寸為： ? ?l mm m? ? ?? ? ? ?4 500 342 500 34 63 67 0 06367. . 那么： Pr . .. .? ? ? ? ??2 859 10 6 3 100 4885 36 873 3 Re . .. .? ? ?? ??0 06367 0 8 12456 3 10 10065 9243 由于 0?Pr?100 Re?10000，所以： ? ? ??1 0 8 130 140 027? ??? ???. Re Pr..l w 圖 98 螺旋導(dǎo)流板 計(jì)算時(shí)取 ??w?????? ?0 141 05.. ? ? ? ?? 1 0 8 130 027 0 08370 06367 10065 924 36 87 1 05 197 629? ? ? ? ? ?. .. . . . ..W m C/ ( )2 0? 因鹽水在彎曲的螺旋導(dǎo)流板中流動(dòng)，所以要對(duì) ?1進(jìn)行修正。查《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊(cè)P172 修正公式為： ? ?1 1 1 1 7739。 .? ???? ???lR 式中 R— 曲率半徑，設(shè)計(jì)取 916mm。 ? 1 197 629 1 1 77 0 063670 916 221 94339。 . . . . .? ? ? ???? ??? ?W m C/ ( )2 0? (2)釜內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù) ?2i 的計(jì)算 根據(jù)《化學(xué)工程手冊(cè)》第 5 篇《攪拌與混合》 P31 有關(guān)高粘度流體采用雙螺帶式攪拌槽的傳熱公式，即永田公式： 當(dāng) 1 Re 1000 時(shí)： Nuw? ??? ???4 2 13 13 0 14. Re Pr .?? Re 1000 時(shí)： Nuw? ??? ???0 42 23 13 0 14. Re Pr .?? 考慮葉輪與槽壁間隙大小對(duì)傳熱的影響時(shí)： Nu D dD? ??? ??? ???? ??? ?1 75 13 13 0 213. Re Pr .?? ? ?2i DNu? Re? d n2 ?? 攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù) 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)中取： D＝ ； d＝ ＝ ； n＝ 59r/min。 ??w ?09. 以 1 號(hào)釜為例計(jì)算對(duì)流傳熱系數(shù) ???11 Re . .. .? ? ? ? ?d n221 71 5960 606 83 5 498 51?? Pr . .. .? ? ? ? ?C p ?? 2 5744 10 3 50 0956 94251 0463 ? ?89 08 2 0. ( )W m C 同理， 2 號(hào)、 3 號(hào)、 4 號(hào)釜計(jì)算結(jié)果如表 914 所示： 表 914 各釜對(duì)流給熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果 釜號(hào) Re Pr Nu ?2 1 2 3 4 (3)各釜總傳熱系數(shù) K 的計(jì)算 聚合釜壁剖面圖如圖 99 所示，由于DD外內(nèi)? ?102 2. ，所以按《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊(cè) P180 式 358 計(jì)算各釜 K 值。 1 1 11112233 2K ? ? ? ? ???? ?? ?? ? 以 1 號(hào)釜為例 圖 99 已知： ? 1 2 0366 946? ?. ( )W m C ? 2 2 089 08? ?. ( )W m C 掛膠厚度 ? 1 10 0 01? ?mm m.， ?1 00 1396? ?. ( )W m C； 釜壁厚度 ? 2 16 0 016? ?mm m.， ?2 017 445? ?. ( )W m C； 取水垢厚度 ?3 0 5 0 0005? ?. .mm m，查《基礎(chǔ)化 學(xué)工程》上冊(cè) P180 表 39 得 25％ CaCl2鹽水的垢層系數(shù) ? d W m C? ?1395 6 2 0. ( )。 1 1221 943 0 010 1396 0 01617 445 11395 6 189 081K ? ? ? ? ?... . . . . . . ( ) /? ?0 089 2 0m C W ? ? ?K W m C1 2 011 24. ( ) 對(duì) 2 號(hào)釜、 3 號(hào)釜、 4 號(hào)釜而言，取掛膠厚度為 1mm，其它數(shù)據(jù)同上，各釜 K 值計(jì)算結(jié)果如表 915 所示： 表 915 各釜 K 值計(jì)算結(jié)果 釜?jiǎng)e ?1 ?1 ?1 ?2 ?2 ?d ?2 K 1 2 3 4 聚合釜攪拌功率的計(jì)算 攪拌器型式的確定，丁二烯溶液聚合生產(chǎn)順丁橡膠中，隨著單體轉(zhuǎn)化率的提高，體系的動(dòng)力粘度逐漸增加，一般從幾十厘泊增加 到幾萬厘泊，為此要從適合高粘度液體的錨式、框式、螺桿式及雙螺帶式等攪拌器中進(jìn)行選擇。目前，國內(nèi)有的生產(chǎn)廠家主要采用首釜為框式，其余為雙螺帶式，設(shè)計(jì)中根據(jù) 1998 年第 1 期《合成橡膠工業(yè)》“順丁橡膠技術(shù)開發(fā)中的幾個(gè)工程放大問題”中所分析的框式攪拌器，在使用中存在因湍流 程度不夠而造成釜內(nèi)溫度上下不均及混合分散程度差的缺點(diǎn)，決定全部采用雙螺帶式攪拌器，攪拌轉(zhuǎn)速為 59 r/min，其它幾何參數(shù)如下圖 910 所示。 查《攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》 P59知，當(dāng)雙螺帶式攪拌器的幾何參數(shù)為 ： d Di ?092. ～ ； hdi ?08. ～ ； sD?10. ；H D?09. ～ ； bdi ?010. 時(shí)，同時(shí)，在層流區(qū)操作時(shí)，其功率準(zhǔn)數(shù)為： Np hd i? ?340 1 0( )(R e ) . 當(dāng) Re 100 時(shí)： Np hd i? ?7 0 0 33. ( )(R e ) . 由前面計(jì)算結(jié)果可知，各釜的 Re 值均大于 100，所以設(shè)計(jì)采用后面關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算，然后，再 按下式求出攪拌功率。 53102 ip dngNP ???? ? 查《攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》 P161 知，電機(jī)功率為： ? ma NNP ?? 采用機(jī)械密封時(shí)： %10(填PPm ? ～ 15%) 式中 H— 聚合釜筒體高度， m； 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； s — 攪拌葉螺距， m； b — 攪拌葉寬度， m； 圖 910 Re— 攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)； Np— 攪拌功率準(zhǔn)數(shù)； P — 攪拌功率， KW； ? — 液體密度， kgM3 ； n — 攪拌轉(zhuǎn)速， r/s； g — 重力加速度， ms2 ； Pa— 電機(jī)功率， KW； Pm— 軸密封系統(tǒng)摩擦損失功率， KW； ?— 機(jī)械傳動(dòng)效率， KW； (一般 ?＝ ～ ) P 填 — 填料密封系統(tǒng)摩擦損失功率， KW； 以 1 號(hào)釜為例進(jìn)行計(jì)算： 設(shè)計(jì)中取 hdi??? ????23.； P 填 ＝ ； Pm＝ 填 ； ?＝ 。則： ? ? KWP 53 ???????????? ? ? KWPa ???? 同理可求其它各釜的 P 和 Pa。見表 916 表 916 各釜的 P 和 Pa 釜號(hào) Re Np P/KW Pa/KW 1 號(hào) 2 號(hào) 3 號(hào) 4 號(hào) 取其中最大的電機(jī)功率，同時(shí)考慮 的備用系數(shù)，則實(shí)際電機(jī)功率為 55KW。 熱量衡算 ⑴計(jì)算基準(zhǔn) 數(shù)量基準(zhǔn)： kJ/h；基準(zhǔn)溫度： 0℃。 ⑵總熱量衡算圖如下： Q1 出 Q1 沖出 Q2 出 Q2 沖出 Q3 出 Q3 沖出 Q3 出 Q3 沖出 Q1 沖入 Q2 沖入 Q3 沖入 Q4 沖入 Q1 反 Q2 反 Q3 反 Q4 反 Q1 夾 Q2 夾 Q3 夾 Q4 夾 Q1 攪 Q2 攪 Q3 攪 Q4 攪 Q1 入 Q2 入 Q3 入 Q4 入 圖 911 熱量 衡算總圖 ⑶各釜熱量衡算關(guān)系式： 1 號(hào)釜 Q1 入 ＋ Q1 反 ＋ Q1 攪 ＋ Q1 沖入 ＝ Q1 出 ＋ Q1 沖出 ＋ Q1 夾 2 號(hào)釜 Q2 入 ＋ Q2 反 ＋ Q2 攪 ＋ Q2 沖入 ＝ Q2 出 ＋ Q2 沖出 ＋ Q2 夾 3 號(hào)釜 Q3 入 ＋ Q3 反 ＋ Q3 攪 ＋ Q3 沖入 ＝ Q3 出 ＋ Q3 沖出 ＋ Q3 夾 4 號(hào)釜 Q4 入 ＋ Q4 反 ＋ Q4 攪 ＋ Q4 沖入 ＝ Q4 出 ＋ Q4 沖出 ＋ Q4 夾 ⑷攪拌熱 根據(jù)資料介紹，攪拌熱與膠液粘度大小有關(guān)。粘度大，攪拌熱就大。設(shè)計(jì)中取 1 號(hào)釜電機(jī)功率的 70％、 2 釜電機(jī)功率的 75％、 3號(hào)釜電機(jī)功率的 80％及 4號(hào)釜電機(jī)功率的 85％用于形成攪拌熱。 ⑸各釜熱量 衡算 1 號(hào)釜熱量衡算 (目的確定進(jìn)料溫度 ) Q1 入 ＝ G Cp T1 ＝ ??T1＝ kJ/h Q1 反 ＝ x G 丁二烯 ?H 反 ＝ ??＝ kJ/h Q1 攪 ＝ 55??3600＝ 138600 kJ/h Q1 沖入 ＝ 0(首釜不沖冷油 ) Q1 夾 ＝ 0(因?yàn)槭赘獟炷z 嚴(yán)重，傳熱系數(shù)較小，故不用夾套移熱 ) Q1 出 ＝ G Cp (T2－ T1) ＝ ??(94－ 0)＝ kJ/h Q1 沖出 ＝ 0 由 1 號(hào)釜熱量平衡關(guān)系式知： Q1 入 ＝ Q1 出 － (Q1 反 ＋ Q1 攪 ) ＝ － (＋ 13