【正文】 0損失PVC 0回收VCM 087710合計(jì) 連續(xù)操作過程物料衡算氣提、離心、篩分和包裝過程都是連續(xù)操作，計(jì)算基準(zhǔn)為kg/h。由前面的計(jì)算結(jié)果可知，進(jìn)入氣提塔的VCM的量為： kg/h，經(jīng)過氣提后VCM單體的量降為： kg/h，出混料槽冷凝的水的總量為： kg/B，離心后母液含水總量為： kg/h，PVC損失總量為：。 連續(xù)部分物料衡算一覽表物料名稱進(jìn)料kg/h出料kg/hVCM水蒸汽冷凝水 0分散劑等PVC回收VCM 0損失PVC 0損失水 0合計(jì) 4 能量衡算在新設(shè)計(jì)的生產(chǎn)車間，能量衡算的主要目的是確定設(shè)備的熱負(fù)荷。根據(jù)設(shè)備的熱負(fù)荷的大小、所處理物料的性質(zhì)及工藝要求在選擇傳熱面的形式，計(jì)算傳熱面積、確定設(shè)備的主要工藝尺寸。確定傳熱所需要的加熱劑或冷卻劑的用量及伴有熱效應(yīng)的溫升情況，為后續(xù)工藝設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本設(shè)計(jì)中由于混料、離心、包裝部分的熱量衡算對(duì)后續(xù)工藝設(shè)計(jì)的影響較小，在此不作具體計(jì)算。 熱量衡算方程[33]能量守衡表達(dá)式為： ∑Q入=∑Q出+∑Q損 ()式中：∑Q入——輸入設(shè)備熱量的總和； ∑Q出——輸入設(shè)備熱量的總和；∑Q損——損失熱量的總和。熱平衡方程式為： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 ()式中：Q1——各股物料帶入的熱量；Q2——加熱劑（或冷卻劑）傳給設(shè)備和物料的熱量；Q3——各種熱效應(yīng)，如反應(yīng)熱，溶解熱等；Q4——各股物料帶走的熱量；Q5——消耗在加熱設(shè)備上的熱量；Q6 ——熱損失。 聚合釜的熱量衡算 有關(guān)參數(shù)的選擇[16]本設(shè)計(jì)采用的是135m3聚合釜，其相關(guān)參數(shù)是：釜內(nèi)直徑4200mm，釜直通高度8510mm，容積135m3，攪拌采用三層平直葉槳式，攪拌軸總長(zhǎng)10600mm，內(nèi)冷擋板直徑323mm，體外冷凝器換熱面積340m2，聚合釜平均傳熱系數(shù)2800kJ/m2h℃，聚合釜夾套和內(nèi)冷擋板采用22℃冷水，體外冷凝器采用32℃循環(huán)水，設(shè)計(jì)壓力釜體：，夾套： MPa，單釜生產(chǎn)能力7104t/a。進(jìn)料直接用95℃熱水，實(shí)施等溫人料，無升溫操作。由熱量衡算方程式可知：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5 ()Q1——水降溫所需的熱量(由于分散劑等含量甚微，故并入水中一起計(jì)算)；Q2——VCM降溫所需的熱量；Q3——聚合放出熱量；Q4——冷卻水所吸收的熱量；Q5——釜體升溫所需的熱量。 脫鹽水和VCM的部分已知數(shù)據(jù)表重量kg/ht初t 末△tCp/ kJ /(kg.℃)脫鹽水105955540VCM105955540由于廠址選擇的限制，應(yīng)根據(jù)太原地區(qū)的不同季節(jié)情況，設(shè)計(jì)不同的加熱量。根據(jù)王振華等[27]對(duì)太原市1916～2000年氣溫變化規(guī)律研究溫度的研究可知，夏季平均溫度變化范圍為：~℃，℃,具體操作方式如下。 夏季時(shí)聚合釜熱量衡算 ℃。Q1:脫鹽水(分散劑等)降溫放出熱量Q1=qm1Cp1△t=105(9555)=147352800 kJ/BQ2:單體降溫放出熱量Q2= qm2Cp2△t=105(9555)=39870460 kJ/BQ3:聚合釜升溫消耗熱量Q3=15KS△t=152800()= 130898460 kJ/BQ4:冷卻水消耗能量Q1+Q2+Q5=Q3+Q4 ()由于改聚合反應(yīng)為恒溫聚合，而反應(yīng)為放熱反應(yīng)，因此需要通循環(huán)冷卻水冷卻，聚合反應(yīng)的聚合熱查文獻(xiàn)[34]，因此可求出每批的反應(yīng)熱為Q5=105=793593450 kJ/B。假設(shè)進(jìn)口處冷卻水的溫度為5℃，出口處水的溫度為30℃，則循環(huán)冷卻水用量為W= kg/B。 夏季時(shí)聚合釜熱量衡算平衡一覽表物料名稱輸出kJ/B輸入kJ/B脫鹽水（分散劑等）0 147352800VCM039870460聚合反應(yīng)熱0793593450聚合釜1308984600冷卻水8499182500合計(jì)980816710980816710 汽提塔的熱量衡算[34,36]，氯乙烯：℃= cal/g℃ ，105℃時(shí)的汽化熱ΔHVCM= kJ /mol，水蒸氣：℃= kJ/kgK1，105℃時(shí)的焓值H=。設(shè)通入水蒸氣量y kg/h，則蒸汽冷凝放熱量為Q放=y()。設(shè)物料吸收熱量為Q1，部分VCM汽化熱為Q2，可知Q吸= Q1+ Q2=Q放 ()Q1=CpPVCWPVC△t+CpVCMWVCM△t+W水CP水△t ()Q1=(10580)+(10580)+(10580)= kJ/h ，Q2=() 247。1000= /h= 。 汽提塔熱量衡算平衡一覽表物料名稱輸出kJ/h輸入kJ/h脫鹽水VCMVCM汽化熱：0PVC水蒸氣0合計(jì) 氣流干燥部分熱量衡算[34,37]氣流干燥部分的計(jì)算可借用以下的物料和熱量衡算式解得： 物料衡算式：W(ω0－ω1)=G(H2－H0) ()熱量衡算式：Gi1+W(cm+ω0)tm0+Q補(bǔ)= Gi2+W(cm+ω1)tm1 + Q損 ()濕空氣的焓的表達(dá)式：I=(+)t+2490H ()式中：G——干空氣的重量，kg/h；W——干樹脂的重量，kg/h；ω0，ω1——樹脂在氣流前后的濕含量，%(干基)；H2，H0——樹脂在氣流干燥前后的濕含量，kg(水)/ kg(干空氣)；i1，i2——空氣在氣流干燥前后的熱焓，kJ/ kg(干空氣)；cm——樹脂比熱容，kJ/ kg℃；tm0，tm1——樹脂在氣流干燥前后的溫度，℃；I——濕空氣的焓，kJ/h。 氣流干燥部分的相關(guān)數(shù)據(jù)[31,34,38]濕物料預(yù)熱后進(jìn)口溫度：55℃(含水23%)；產(chǎn)品PVC出口溫度： 75℃(含水3%)；空氣預(yù)熱后的溫度：145℃；空氣離開干燥器的溫度：85℃；絕干PVC的熱容：cm=(kg℃)；熱損失為預(yù)熱氣體中獲得熱量的5%計(jì)算。廠址的氣溫和濕度：夏季平均氣溫：℃ 平均相對(duì)濕度：% 熱量衡算由XI圖可查的，H0= kg(水)/ kg(干空氣)。絕干物料的處理量W=，H0 =H1，ω0=247。(1－)=，ω1=247。(1－)= ，水分氣化量W1=。濕物料比熱容為：cm1=+= kJ/(kg℃) cm2=+= kJ/(kg℃)氣體的焓為：i0=(+) +2490 = kJ/ kg(干空氣)h1i1=(+) 145+2490 = kJ/ kg(干空氣) h1。由熱量衡算和物料衡算式可知：H2= kg(水)/ kg(干空氣)空氣用量為： G=(－)= kg(干空氣)/h預(yù)熱器的熱負(fù)荷 Q=(－) =h1氣化水分耗熱量 Q1= (2490+85－55)= kJh1物料升溫耗熱量 Q2=(75－55)= kJh1廢氣帶走熱量 Q3=(85－)= kJh1損失的熱量 Q損== kJh1補(bǔ)充的熱量 Q補(bǔ)= Q1 +Q2 +Q3+Q損－Q = kJh1。 夏季氣流干燥熱量衡算平衡一覽表名稱輸出kJ/h輸入kJ/h氣化水分耗熱量 0物料升溫耗熱量損失的熱量 00廢氣帶走熱量0補(bǔ)充的熱量 0預(yù)熱器的熱負(fù)荷0合計(jì) 沸騰床的熱量計(jì)算[16,34,39] 相關(guān)數(shù)據(jù)的選擇和設(shè)定濕物料進(jìn)口溫度：θ1=65℃(含水3% )產(chǎn)品PVC出口溫度：θ3=40℃(% )濕物料在第Ⅴ室的出口溫度：θ2=75℃熱風(fēng)的入口溫度：t1=120℃熱風(fēng)經(jīng)沸騰床Ⅰ到Ⅴ室，出第Ⅴ室溫度：t2=60℃第Ⅵ室冷風(fēng)溫度： 夏季：進(jìn)口20℃ 出口：35℃熱水入口溫度：90℃，經(jīng)Ⅰ到Ⅴ室出口溫度：80℃其中：熱空氣提供的熱量是干燥所需總熱量的的15%； 熱水提供的熱量是干燥所需總熱量的的85%； 冷風(fēng)用量占熱風(fēng)用量的1/5(體積流量)； 第Ⅵ室通冷卻水進(jìn)口溫度：10℃，出口溫度：30℃； 單位面積的風(fēng)量是相等的； PVC絕干物料進(jìn)料為： kg/ h，H2O： kg/ h；廠址的氣溫和濕度為： 夏季平均氣溫：℃ 平均相對(duì)濕度：49% 熱量衡算1. 干空氣用量的計(jì)算(1) 被蒸發(fā)的水分質(zhì)量公式：W=G1(H1H2) ()式中：G1：絕干物料進(jìn)沸騰床的流量，G1= kg/ hH1：干燥前干濕基含水量 H1= kg/kg絕干物料H2：干燥后干基含水量 H2= kg/kg絕干物料則W =()= kg/ h由設(shè)定值知有15%的熱量由空氣提供，所以有15%的水分被熱風(fēng)干燥W15%== kg/ h。(2) 空氣濕度的計(jì)算 由空氣—水系統(tǒng)的焓—溫度圖可查知：夏季：℃時(shí)，H0= kg/ kg絕干氣。(3) 熱量計(jì)算① 蒸發(fā)出的水分吸熱吸熱公式為：Q=W (I2I1) ()75℃時(shí)：I2= kJ/ kg ， 65℃時(shí)：I1= kJ/ kg可知Q1=()= kJ/ h。② 物料升溫吸熱 吸熱公式：Q =MCPΔt ()平均溫度為：t =(65+75)/2=70℃由聚氯乙烯和水的性質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)在平均溫度下用內(nèi)插法可算得：CP,PVC= kJ/(kgK) ，CP,H2O= kJ/(kgK) QPVC=(7565)= kJ/hQH2O=()(7565)= kJ/h可知：Q2= QPVC + QH2O = kJ/h③ 熱損失Q3(占10%)Q3/(Q1 + Q2 + Q3)=，解得：Q3= kJ/hQ總= Q1 + Q2 + Q3= kJ/h熱風(fēng)放熱量為：15%= kJ/h④ 熱風(fēng)放熱設(shè)有L(kg干空氣/ h)的熱風(fēng)放熱CH=+ ，CH：kJ/kg絕干氣℃ ()夏季：Qˊ=(+)(12060)L1ˊ= L1ˊL1ˊ=H2ˊ=ω/ L1ˊ+ H1ˊ=+ = kg/ kg絕干氣綜上可得：夏季絕干空氣用量： kg絕干氣/ h夏季熱風(fēng)： (1+ H1ˊ) = kg/ h2. 廢氣出口溫度t2的計(jì)算(1) 濕度的計(jì)算前五室出來的干空氣為：L夏= kg絕干氣/ h由前面計(jì)算知： H2夏= kg/ kg絕干氣已知溫度：t2=60℃，已知第六室冷風(fēng)用量為熱風(fēng)用量的1/5 則有：夏季：1/5L夏=1/5= kg絕干氣/ h可設(shè)：夏：t進(jìn)=20℃ t出=35℃則出口處濕度為：夏：Hˊ=H1ˊ1/6+H2ˊ5/6=(2) 由各處的焓值求t2公式為I=(+)t+2490H ()夏季： I1=(+)60+2490= kJ/ kg絕干氣 I2=(+)0+2490= kJ/ kg絕干氣I總=5/6 I1+1/6 I2= kJ/ kg絕干氣由I總=(+)t2ˊˊ+2490解得：t2ˊˊ=℃ 綜上可得： 夏季出口溫度：t2ˊˊ=℃3. 冷卻水用量冷卻水：t進(jìn)=10℃ t出=30℃濕物料在第Ⅴ室出口溫度：θ2=75℃產(chǎn)品出口溫度：θ3=40℃PVC放熱量為：Q= mCP△t在40℃到75℃時(shí)，平均氣溫t=此時(shí)：Cp,pvc= kJ/(kgK) ，Cp,H2O= kJ/(kgK)QPVC=(75－40)= kJ/hQH2O=(－)(75－40)= kJ/hQ放熱= QPVC + QH2O =+= kJ/h冷卻水的焓值：10℃ I1= kJ/kg 30℃ I2= kJ/kg冷風(fēng)的焓值：夏季：I1=(+)20+2490= kJ /kg絕干氣 夏季：I2=(+)35+2490= kJ /kg絕干氣冷風(fēng)用量： 夏季： kg干空氣/ h冷風(fēng)帶走的熱量為：夏季：Q=L夏(I2夏－I1夏) = kJ /h冷卻水帶走的熱量為：Q=M()= M夏季： M= 解得：M= kg/ h4. 熱水用量的計(jì)算由前面計(jì)算知：Q總= kJ /h熱水提供的熱量= Q總85% =85% = kJ /h熱水：t進(jìn)=90℃ I= kJ/kg