【正文】 的壓強(qiáng)降低?？梢哉J(rèn)為，、2900kpa的氣態(tài)四氟乙烯的熱焓值?；谝陨戏治?，蒸發(fā)器的熱量交換，、3000kpa的氣態(tài)四氟乙烯氣化焓所吸收的熱量為較熱的25℃、3500kpa的液態(tài)四氟乙烯所平衡。、3000kpa的氣態(tài)四氟乙烯氣化焓： H = Qm * m = 168309 * = （J）液態(tài)四氟乙烯在蒸發(fā)器中蒸發(fā)為氣態(tài)四氟乙烯時，會吸收大量熱量，為保證蒸發(fā)器中的溫度恒定，必須為其補(bǔ)充熱量，否則，蒸發(fā)操作不能順利進(jìn)行。由此可知H即為列管式換熱器的換熱量。 設(shè)計計算的合理性討論蒸發(fā)時是選用100Kpa，℃狀態(tài)計算各反應(yīng)的反應(yīng)焓，在實際計算中應(yīng)該是選用在100Kpa，20℃才是正確的，但考慮到浸取反應(yīng)中有些數(shù)據(jù)不全及100Kpa，℃和100Kpa，20℃兩種狀態(tài)下反應(yīng)焓的差別相對于蒸發(fā)過程的總熱量是非常小的，為此在計算中選用100Kpa，℃狀態(tài)計算各過程熱量是合理的。蒸發(fā)過程的剩余熱量相對于，剩余的熱量相對于蒸發(fā)過程的總熱量是非常小，且剩余的熱量不足于是料液的為度上升超過22℃，設(shè)計中設(shè)置浸取反應(yīng)的溫度點在20℃，浮動范圍在18℃～22℃，計算中的溫度符合設(shè)計的要求。由于液態(tài)四氟乙烯數(shù)據(jù)的缺乏，在能量衡算過程中，用等量相同狀態(tài)的氣體計算能量，根據(jù)能量守恒，這是合理的。 （j），也就是其所耗功率為32千瓦，若使用電加熱的方式加熱原料顯然是劃不來的。在本設(shè)計中，由于要將20℃、2900kpa的液態(tài)四氟乙烯用離心泵升壓為將20℃、3000kpa的液態(tài)四氟乙烯要耗費一定的壓頭與電能，但相比較而言還是合算的。并且同時冷卻了反應(yīng)器。從總體上看，在設(shè)計中使用的計算方法是符合要求的，綜合各方面的考慮，設(shè)計計算符合要求。為了用低溫四氟乙烯原料氣冷卻高溫聚四氟乙烯固體，四氟乙烯在蒸汽動力壓縮機(jī)中降為了常壓。 但常壓不滿足反應(yīng)工藝條件，必須用壓縮機(jī)將其壓縮為540 kpa。 壓縮機(jī)膨脹能量衡算 壓縮機(jī)膨脹熱量衡算計算簡圖 20度、100kpa 氣態(tài)四氟乙烯蒸汽動力壓縮機(jī)20度、2900kpa 70度、100kpa氣態(tài)四氟乙烯 氣態(tài)四氟乙烯 100度、100kpa 氣態(tài)四氟乙烯 圖3 壓縮機(jī)熱量衡算計算簡圖 氣態(tài)四氟乙烯膨脹能量衡算在蒸發(fā)器中吸收熱量由20度、3000kpa的液態(tài)四氟乙烯蒸發(fā)為20度、2900kpa的氣態(tài)四氟乙烯可利用其冷量冷卻反應(yīng)器之外，還有不可忽略的壓力能?？梢岳闷浣^熱膨脹做功輸出能量，本身的降低的內(nèi)能用來冷卻反應(yīng)器的涼水塔；充分利用能源。上述過程的示意圖為 絕熱膨脹20度、2900kpa氣態(tài)四氟乙烯 70度、661kpa氣態(tài)四氟乙烯 做功W2 涼水塔 加熱 絕熱膨脹20度、 20度、661kpa氣態(tài)四氟乙烯 做功W320度、2900kpa氣態(tài)四氟乙烯在絕熱條件下，絕熱膨脹，內(nèi)能降低，其值等于做功。則其溫度降低為70度的內(nèi)能變化即對外做功輸出能量w2： W2 =Q = C * M * (t1 – t2) = * *(273 + 20 – (273 – 70)) = 13963 (J) ≈ 14 （KW）70度、2900kpa氣態(tài)四氟乙烯在絕熱條件下，絕熱膨脹，壓力減低，時其壓力降可計算如下： 根據(jù)絕熱膨脹過程方程，有 其中r為絕熱過程指數(shù)， 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入，得 P2 = 2900* (203/293)^() = (KPa)同理，： P3 = 2900* (203/293)^() = (KPa) = (KPa)若考慮壓降，壓力P3可以視為大氣壓。由以上計算可知，20度、2900kpa的氣態(tài)四氟乙烯可以對外做功兩次，對外輸出總能量 Q總 = 14 * 2 = 28 （KW）考慮熱損失取為25KW，這些功通過壓縮機(jī)器傳給其他物質(zhì)，充分利用能量?？梢允顾姆蚁亩茸?yōu)榭捎脕矸磻?yīng)的100度，直接進(jìn)反應(yīng)器： W = Q = CP * m * （100 — T）將出涼水塔的原料溫度t = 30 度代入，得 W = **70 = 10860（W）考慮壓縮機(jī)的做功效率，源能量取為13000（W），則蒸汽機(jī)剩余輸出功率為15 kw ，則蒸汽機(jī)剩余輸出功率為12 kw為6 kw。這些機(jī)械功可以用來驅(qū)動各個離心水泵。 設(shè)計計算的合理性討論在蒸發(fā)器中吸收熱量由20度、3000kpa的液態(tài)四氟乙烯蒸發(fā)為20度、2900kpa的氣態(tài)四氟乙烯可利用其冷量冷卻反應(yīng)器之外，還有不可忽略的壓力能。從以上計算可以看出總過程20度、2900kpa氣態(tài)四氟乙烯絕熱膨脹變?yōu)?0度、100kpa氣態(tài)四氟乙烯總共對外做功功率約為25千瓦。本設(shè)計充分考慮了能量的充分合理應(yīng)用。因而使投資是合理的。 流化床換熱器能量衡算 流化床換熱的有關(guān)說明有鑒于聚四氟乙烯的顆粒較細(xì)，并且不怕磨損，故采用流化床換熱器器換熱。本設(shè)計中用到流化床換熱器的地方共有兩處：一是初步冷卻從流化床干燥器出來的100度的聚四氟乙烯產(chǎn)品至70度，并同時將40度的空氣加熱至60度：一是用從蒸汽動力壓縮機(jī)出來的—76度的四氟乙烯原料氣冷卻70度的聚四氟乙烯產(chǎn)品冷卻至30度，同時將—76度的四氟乙烯原料氣加熱至—36度。 產(chǎn)品的初步冷卻初步冷卻從流化床干燥器出來的80度的聚四氟乙烯產(chǎn)品至70度，并同時將40度的空氣加熱至60度,其流程如下：流化床換熱器 60度的聚四氟乙烯產(chǎn)品 80度的聚四氟乙烯 40度的空氣 60度的空氣 圖4 初步冷卻熱量衡算計算簡圖其能量的交換量就是100度的聚四氟乙烯產(chǎn)品至70度所放出的熱量，其具體值如下 Q1 = Cp * m * （t1 – t2） = * * （ 80 – 60） = （J） 產(chǎn)品的完全冷卻從蒸汽動力壓縮機(jī)出來的—50度的四氟乙烯原料氣冷卻70度的聚四氟乙烯產(chǎn)品冷卻至30度，同時將—50度的四氟乙烯原料氣加熱至—10度，其流程示意圖如下：流化床換熱器 20度的聚四氟乙烯產(chǎn)品 60度的聚四氟乙烯 —70度的四氟乙烯原料 —30度的四氟乙烯原料 圖5 最終冷卻熱量衡算計算簡圖其能量的交換量就是70度的聚四氟乙烯產(chǎn)品至30度所放出的熱量，其具體值如下： Q1 = Cp * m * （t1 – t2） = * * （ 70– 30） = （J） 列管式固定反應(yīng)器能量衡算列管式反應(yīng)器設(shè)計是本設(shè)計的核心，但總能量衡算很簡單。其反應(yīng)方程式如下所示： 引發(fā)劑 n CF2=CF2 —(—CF2CF2—)n— ；H = — 光或熱故列管式反應(yīng)器每秒放熱為： Q = n* H + m水*r0 = m/M * H + （ ）*2258 = * 1000/100 * 171380+（ —）*2258 = (J) 涼水塔的能量衡算 置換熱量衡算說明涼水塔涼水工藝分成兩段：一段用從流化床換熱器出來的36度的四氟乙烯原料氣，在冷卻反應(yīng)器的同時將原料氣加熱到32度；第二段 采用空氣將其冷卻。 熱量衡算計算簡圖 96度冷卻水 32度的四氟乙烯原料氣 30度的四氟乙烯原料氣 廢空氣 20度常溫空氣 94度冷卻水 圖6 涼水塔的能量衡算簡圖 能量衡算列管式反應(yīng)器放熱功率為331千瓦，尚還需冷卻功率q： Q = 331 – = （kw）第一段涼水塔中四氟乙烯原料氣的冷卻功率為： Q’= Cp * m * （t1 – t2）+ m水氣* r = * * 2*（ 20–（70））+ （） * *1000 = （w）= （kw）故第二段用空氣冷卻的涼水塔的冷卻功率為q”： q” = — = （kw） 能量衡算匯總表表6 能量衡算匯總表過程設(shè)備換熱功率/(kw)蒸發(fā)蒸發(fā)容器膨脹蒸汽動力壓縮機(jī)器25傳熱流化床換熱器反應(yīng)列管式固定反應(yīng)器331傳熱傳質(zhì)涼水塔5 主要設(shè)備工藝計算 列管式固定床反應(yīng)器 工藝說明 由于四氟乙烯的氟取代基電負(fù)性很強(qiáng)，氟將炭原子的電子電荷吸走，使得雙鍵幾乎裸露，并且氟原子半徑小，使得四氟乙烯較易聚合；因而可以在稍高溫度下熱引發(fā)進(jìn)行本體聚合。這樣可以克服溶液聚合的操作復(fù)雜等缺點。并且由本體聚合得到的聚合物無雜質(zhì)，品質(zhì)較好。所以本設(shè)計采用熱引發(fā)本體聚合制備聚四氟乙烯。本課題的設(shè)計內(nèi)容為年產(chǎn)5000噸聚四氟乙烯的生成車間工藝設(shè)計，其生產(chǎn)量較大，更由于聚合反應(yīng)的反應(yīng)放熱量大，為了使反應(yīng)具有較大的傳熱面積，同時也為了簡化操作，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，本設(shè)計的主設(shè)備采用列管式固定床反應(yīng)器。四氟乙烯氣體在列管式固定床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行熱引發(fā)聚合。由于聚四氟乙烯的強(qiáng)放熱效應(yīng)，為保證反應(yīng)器能夠充分散熱，其單程轉(zhuǎn)化率不能太高，未轉(zhuǎn)化的原料氣可以在反應(yīng)器后設(shè)置旋風(fēng)分離器分離出來，回流入反應(yīng)器；并且可以增大物料的流速，增大傳熱系數(shù)。故綜合考慮，. 由于“聚四氟乙烯的分子量由溫度T及原料四氟乙烯的濃度決定”（見以下分析），故在反應(yīng)過程中必須保持四氟乙烯原料氣的濃度及壓力不變，嚴(yán)格來說這是不可能的，因為在管式反應(yīng)器中運動肯定會受到阻力——必有壓降；但由于列管式反應(yīng)器管間的關(guān)系是并聯(lián)，氣體通過時阻力不會相加，對每一個氣體分子來說只有單管的阻力；并且單管的長度不是很長（見以下分析），故在聚合過程中認(rèn)為恒壓是合理的。聚合物的分子量是表征聚合物的重要指標(biāo)，也是高分子聚合要考慮的首要問題之一。影響自由基聚合速率的各個因素，如聚合溫度、聚合方式、反應(yīng)物濃度等是影響產(chǎn)物分子量的主要因素。表征聚合物分子量的指標(biāo)除了數(shù)均聚合度、重均聚合度之外還有動力學(xué)鏈長；下面推導(dǎo)動力學(xué)鏈長的表達(dá)式。動力學(xué)鏈長v的定義是每個活性中心即自由基從引發(fā)到終止所消耗的單體數(shù)。動力學(xué)鏈長可以由增長速率和引發(fā)速率之比求得。穩(wěn)態(tài)時，引發(fā)速率等于終止速率，因此動力學(xué)鏈長v應(yīng)該為 Rp Rp Rp V = ———— = ———— = ———— Rt + Rtr Rt + Rtr Ri + Rtr由以上推導(dǎo)得到：其中鏈增長速率Rp = d(M)/d(t) = A * [M]其中A為自由基聚合反應(yīng)速率系數(shù)，若考慮自動加速效應(yīng)，其值不再為常數(shù)，而是隨轉(zhuǎn)化率的提高而變化。A與轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系可以用下述關(guān)系式來表示：A = A0 * exp （A1 * x + A2 * x2 + A3 * x3 ）式中： A0 = * 105 *exp（10040/T）， * /s