【正文】 —平均停留時(shí)間；min?N—連續(xù)槽式反應(yīng)器的臺數(shù)；為了便于計(jì)算，按等溫等容處理，取總轉(zhuǎn)化率 60%；8 釜串聯(lián)；平均停留時(shí)間 60 min；反應(yīng)溫5℃。將上式進(jìn)一步整理得表 221 各釜純轉(zhuǎn)化率與累積轉(zhuǎn)化率 [18]第一釜 第二釜 第三釜 第四釜純 X(％)累積 X(％)純 X(％)累積 X(％)純 X(％)累積 X(％)純 X(％)累積 X(％) 第五釜 第六釜 第七釜 第八釜純 X(％)累積 X(％)純 X(％)累積 X(％)純 X(％)累積 X(％)純 X(％)累積 X(％) 60根據(jù)各釜純轉(zhuǎn)化率計(jì)算各釜的物料組成如表 222。表 222 各釜出料口物料組成物 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(%)水相 苯乙烯 丁二烯 聚合物 物 第五釜 第六釜 第七釜 第八釜料 kg/h W(%) kg/h W(%) kg/h W(%) kg/h W(%)水相 苯乙烯 丁二烯 聚合物 24 / 52表 223 物料衡算表組成 進(jìn)料量 Kg/h 出料量 Kg/h混合丁二烯 BD 混合苯乙烯 ST 未反應(yīng)丁二烯 乳化劑 EM 活化劑 ACT 調(diào)節(jié)劑 MOD 氧化劑 OXI 總量 25 / 52第 3 章 聚合工段熱量衡算Rt=8 小時(shí) 9/= （8 釜）為達(dá)到要求轉(zhuǎn)化率，使聚合反應(yīng)充分發(fā)生，取反應(yīng)時(shí)間 Rt=8 小時(shí)，聚合釜為 8 釜串聯(lián)。由于工藝程序中八個(gè)釜都要用到液氨的冷凝裝置，所以以第一釜為例計(jì)算能量守恒。在第一釜進(jìn)料之前已將原料從 10℃降至 5℃。 聚合熱BD::一小時(shí)第一釜中的聚合熱：Q=（MBD /54+ MST/104）kcal/h =(54) +(104) kcal/h = kcal/h 冷卻顯熱在第一反應(yīng)釜進(jìn)料之前就已經(jīng)將進(jìn)料的溫度從 10℃降至 5℃的冷卻顯熱如表 223所示：表 231 首釜冷卻顯熱FLOW(kg/h) △T(℃ ) Cp(kcal/kg℃)(5℃) q=FCp△T(kcal/h)BD 5 ST 5 EM 5 MOD 5 ACT 5 OXI 5 TOTAL 26 / 52 攪拌熱攪拌熱為聚合熱的 5%計(jì)算反應(yīng) 8 小時(shí)，則第一反應(yīng)釜的攪拌熱為:q1=q5%== 大氣吸熱反應(yīng)器 R302～309 5℃初定反應(yīng)器的型號為：φ2800H5820 （查≤化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計(jì)手冊≥）P998表面積 :A=2S 底+S 側(cè)=2π/4D 2+πDH= m2大氣吸熱公式：Q=qA q=(Q0Qr)/(1/α+x/λ)（x= α=7Kcal/.℃ Q r=20℃(室外常年平均溫度) Qs=15℃(表面溫度)則第一反應(yīng)釜的大氣吸熱為：λ=+=+（7+15 ）/2=q=(Q0Qr)/(1/α+x/λ)=(720)/(1/7+)=－A=Q=qA=－= － 所需氨的量 總QHrm??m：氨的質(zhì)量；Hr：氨的汽化潛熱，7℃時(shí)為 , 5℃時(shí)為 。則反應(yīng) 8 小時(shí)，冷卻第一釜所需氨的量： hkgm/??第一釜的熱量平衡表如表 231 所示：27 / 52表 232 反應(yīng)時(shí)間為 8 h 時(shí)第一釜的熱量平衡表釜聚合熱kcal/h冷卻顯熱 kcal/h攪拌熱kcal/h大氣吸熱kcal/h總計(jì) kcal/h第一釜 28 / 52第 4 章 反應(yīng)器的選擇 反應(yīng)釜的選型 [7]按聚合反應(yīng)的特性及過程控制的重點(diǎn)在于除去聚合熱的場合，可選用攪拌釜式反應(yīng)器（參見《聚合反應(yīng)工程基礎(chǔ)》 ） 。攪拌釜是乳液聚合最常用的反應(yīng)器，也是應(yīng)用最廣的聚合反應(yīng)器，釜式聚合反應(yīng)器是一種形式多變的聚合裝置，它廣泛應(yīng)用于低粘度的懸浮聚合過程，乳液聚合過程，也能用于高粘度的本體聚合和溶液聚合過程。從操作方式來看它能進(jìn)行間歇、半連續(xù)、單釜和多釜連續(xù)操作，以滿足不同聚合過程的要求。為了保證釜中物料的流動、混合與傳熱，液滴的分散或固體物料的均勻懸浮，釜中設(shè)有攪拌裝置 [19]。釜式反應(yīng)器的除熱主要采用夾套和各種內(nèi)冷件，以立式最為常見。綜上所述，初選反應(yīng)器為攪拌釜式反應(yīng)器。由設(shè)計(jì)壓力為 3105~5105 帕，熱量衡算初選的反應(yīng)器為 φ2800H5820，可選封頭型式為：橢圓形底、蓋，可拆蓋，高度H=5820mm，公稱容積為 38m3，筒體內(nèi)徑為 2800mm，壁厚為 12mm，A3 材質(zhì)，重量為 3680Kg，下軸泵為 LIGUM—VIJUE（參見《化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計(jì)手冊 》 ） [7]。反應(yīng)釜和攪拌槳示意圖 2圖 2 反應(yīng)釜和攪拌槳示意圖反應(yīng)釜的型號見下表 241：29 / 52表 241 反應(yīng)釜的型號封頭型式公稱容積計(jì)算容積筒體直徑筒體高度壁厚材質(zhì)下軸泵型號橢圓底、蓋38m3 32m32800mm5820mm12 mmA3LIGUM—VIJUE反應(yīng)器的體積計(jì)算苯乙烯密度 ρ1=103kg/m3丁二烯的密度 ρ2=103kg/m3聚丁苯橡膠的密度 ρ3=103kg/m3水的密度 ρ=103kg/m3通過質(zhì)量分?jǐn)?shù)算得 ρm=（72/295）+（28/295 ）+（195/295）1= 103kg/m3 ρm——反應(yīng)液混合密度，kgm 3VR=W/ρm=103=取聚合釜 VT=32m3，為提高釜的利用率，～，即η=，則V=32/= m3，所以釜的體積應(yīng)該取38 m 3。 罐體尺寸確定 筒體高徑比因此設(shè)計(jì)條件為低溫、乳聚，即：H/D i= 初步計(jì)算筒體直徑立式攪拌器的容積通常是筒體和下封頭容積之和。已知高徑比和η值后，仍不能確定筒體直徑和高度，因?yàn)楫?dāng)D i不知時(shí)，封頭體積也不知。因此選用粗估法計(jì)算，即先忽略封頭體積，然后再精確計(jì)算。30 / 52V≈（ π/4）D i2H=（π/4）D i3(H/Di)∴D i= )/(43 ???HV?圓整D i=當(dāng)D i=，封頭體積V=179。，直邊高度40mm，㎡筒體高度H= =2)4/(DivV??????驗(yàn)證：H/D i=,～，以上假設(shè)成立。 聚合釜壁厚的計(jì)算由公式： ??CtiPDS????2式中：P c—計(jì)算壓力取 Pc=1MPa； Di=2800mm； =；設(shè)計(jì)溫度為 5℃?查得 1Cr18Ni9Ti 在 5℃的[σ] t=205MPa???????S取腐蝕余量 C2=，鋼板厚度負(fù)偏差 C2=，則 Sn=S+C1+C2=++=圓整后取 Sn=10mm。復(fù)驗(yàn) Sn6%=12= mm＜，故不能取 C1=，取 C1= 重新計(jì)算： Sn=S+C1+C2=++=，圓整后取 Sn=12mm。復(fù)驗(yàn)，Sn6%=12= mm＞，故最后取 C1= mm。該聚合釜體可用 12mm 厚的16MnR 鋼板制造。因?yàn)閮?nèi)壓要比外壓大，所以按強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)筒的壁厚一定能滿足外壓穩(wěn)定的要求。因此，本設(shè)計(jì)中未做外壓的設(shè)計(jì)。31 / 52第 5 章 管道直徑與貯罐的計(jì)算 管道與貯罐的計(jì)算 丁二烯苯乙烯進(jìn)料管徑的計(jì)算查得工藝液體的流速范圍為 。取丁二烯的流速為 u=1m/s； qm=；? = d= ????? 取標(biāo)準(zhǔn)的管道直徑為 ?703，實(shí)際的流速為 u= =。24dqm??苯乙烯的流速 u=qm=；? =d= ??? 取標(biāo)準(zhǔn)的管道直徑為? 423，實(shí)際的流速為 u= =。24dqm? 貯罐體積的計(jì)算 貯罐是用來儲存一定量的進(jìn)料，以保證一定時(shí)間內(nèi)工藝程序按時(shí)按量的進(jìn)行。每8 小時(shí)一倒班加一次料。貯罐（丁二烯）：每小時(shí)丁二烯的進(jìn)料為 ,V=8 貯罐（苯乙烯）：每小時(shí)苯乙烯的進(jìn)料為 ,V=8其他貯罐均按以上方法計(jì)算，一些助化劑本身的損耗量很小甚至不損失，就按照一小時(shí)的計(jì)算量來計(jì)算。32 / 52第 6 章 泵的計(jì)算 泵 P—304 的設(shè)計(jì)圖 261 泵示意圖 條件依據(jù)以 P—304 苯乙烯進(jìn)料泵的計(jì)算為例，已知數(shù)據(jù)如下： 193。 管徑：D= 苯乙烯的平均密度： /cm?? 苯乙烯的粘度： sPa?74? 壓強(qiáng)： P1=5105Pa P2=1105Pa 管內(nèi)流體的流速（1）管內(nèi)流體的流速： s/ AQu2??? 雷諾數(shù)： 2d e???R 即：管內(nèi)流動狀態(tài)為湍流 取 ， 由 Re 、e 查《化工原理》上冊 P40 ， ?075. de? ??33 / 52（2）直管阻力和局部阻力的計(jì)算：(按照廠區(qū)布置推算，取管道長度為 50m)直管阻力的計(jì)算： kg/?udlhf?局部阻力的計(jì)算：有 90176。的彎頭 19 個(gè)，則 =??2fuJh=?總的阻力： 12f=fJh+.6（3）理論壓頭的計(jì)算： 由柏氏方程可得： = gh2 u gp zf1???? 泵的選型：由輸送溫度為常溫、低粘度、無腐蝕性、無固體顆粒的液體，選擇揚(yáng)程為 48，流量為 15 的旋渦泵，旋渦泵適合小流量高揚(yáng)程的場合。查《化工手冊》P471 [21]選泵3m的型號為：IS50—320—200 泵的效率的計(jì)算： %evaepgzqkw???34 / 52第 7 章 車間工藝布置及廠址選擇 工藝布置設(shè)計(jì)生產(chǎn)車間工藝布置合理與否直接影響生產(chǎn)工藝方案能否實(shí)現(xiàn)及工廠的效率、占地面積及建設(shè)投資等，對整個(gè)工廠的廠貌及其他設(shè)計(jì)都有重要的影響，在進(jìn)行生產(chǎn)工藝布置時(shí)，首先遵守工藝設(shè)計(jì)的整體原則，同時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。① 以組織形成工藝生產(chǎn)流水線為準(zhǔn)則，生產(chǎn)工藝流程要順，力求合理。盡量縮短半成品運(yùn)輸路線，盡可能避免運(yùn)輸路線交叉和往返。② 各生產(chǎn)車間的用膠一端，盡可能接近煉膠車間，便于膠料的搬運(yùn)和供應(yīng)。為了減少煉膠車間對生產(chǎn)廠房的污染，煉膠車間應(yīng)盡量布置在全年主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向。③ 生產(chǎn)設(shè)備的周圍，需留出足夠的操作面積和設(shè)備吊運(yùn)、拆裝、檢修所需要的空間，機(jī)臺之間的安全間距等。④ 各生產(chǎn)工序（或工段）之間，需留出足夠的物料和半成品存放面積。⑤ 各生產(chǎn)車間（或工段）之間，需留出車間內(nèi)部通道和運(yùn)輸?shù)缆?。?在布置大型生產(chǎn)設(shè)備（或機(jī)組）時(shí)，必須注意地基狀況、樓板荷載與廠房高度和柱的關(guān)系。有問題需與土建專業(yè)協(xié)商，采取相應(yīng)措施。還需注意大型設(shè)備基礎(chǔ)與廠房墻、柱基礎(chǔ)的關(guān)系。兩種基礎(chǔ)不能連結(jié)或緊靠。若間距過小，應(yīng)采取防震措施。⑦ 在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，應(yīng)充分利用自然采光和自然通風(fēng)條件，保障良好的生產(chǎn)操作環(huán)境。生產(chǎn)廠房四周，不要貼墻布置其他建筑物。⑧ 在生產(chǎn)車間工藝布置過程中，需同時(shí)考慮管道敷設(shè)、起重運(yùn)輸、自動控制、通風(fēng)設(shè)施、車間動力站、車間變電所等所需要的空間和比較合適的位置。需分別會同有關(guān)設(shè)計(jì)專業(yè)協(xié)商確定。⑨為了消防和安全生產(chǎn)，在布置車間內(nèi)部的主要通道時(shí)，需考慮人員迅速疏散的條件。對于易燃易爆生產(chǎn)工段，布置在主廠房的邊角地帶，并提供生產(chǎn)車間工藝平面布置圖和必要的立面布置圖。請有關(guān)專業(yè)在設(shè)計(jì)時(shí)采取必要的措施。⑩ 要為車間辦公室和車間生活室留出足夠的空間，以便有關(guān)設(shè)計(jì)專業(yè)進(jìn)行具體安排。結(jié)合長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，為進(jìn)一步擴(kuò)建預(yù)留出條件。 生產(chǎn)廠房的整體布置生產(chǎn)廠房的整體布置就是根據(jù)工藝、交通運(yùn)輸、動力供應(yīng)、生產(chǎn)管理多方面的要求結(jié)合地形、地貌和周圍環(huán)境等具體情況，進(jìn)行全廠各種建筑物、構(gòu)筑物和道路等的35 / 52布置。橡膠廠生產(chǎn)廠房的整體布置基本上可歸納為綜合性集中廠房和按車間劃分的分散廠房兩種形式。國內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐證明，綜合性集中廠房具有更多的優(yōu)點(diǎn)。本工藝也采用綜合性集中廠房。綜合性集中廠房把一種橡膠產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過程的幾個(gè)車間，甚至把幾種橡膠產(chǎn)品的幾個(gè)生產(chǎn)車間，按照生產(chǎn)工藝流程的合理性，集中布置在一個(gè)大廠房內(nèi)。這種形式的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)車間集中、廠區(qū)布置緊湊、節(jié)省占地面積；各生產(chǎn)車間連在一起，便于組織連續(xù)生產(chǎn)流水線；半成品可避免露天運(yùn)輸，不受外界環(huán)境影響，減少半成品在搬運(yùn)過程中變形，對嚴(yán)格控制半成品的規(guī)格，提高產(chǎn)品質(zhì)量極為重要；同時(shí)，某些生產(chǎn)設(shè)備還可就進(jìn)共用，或互為備用。此外，各種動力介質(zhì)管線均可相應(yīng)縮短，減少能量損耗。 廠址選擇依據(jù)與原則 [20]生產(chǎn)能力：本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)丁苯橡膠4萬噸交通運(yùn)輸：該廠屬于丁苯橡膠生產(chǎn)的大中型企業(yè)，需要有便利的交通運(yùn)輸條件，因而選擇水陸運(yùn)輸比較方便的地方建廠，且原料供應(yīng)充足。地貌地形：地勢較平緩、地帶平闊的丘陵地，保證建廠的土石運(yùn)用量不大。廠區(qū)的面積、形式和其他流程合乎需要，廠區(qū)留有發(fā)展的余地。氣候條件：主導(dǎo)風(fēng)向要求較穩(wěn)定，場地應(yīng)選擇在城鎮(zhèn)常年空氣下風(fēng)側(cè)，河流下游，盡量遠(yuǎn)離居民區(qū)。水文地質(zhì)：裝置需水量大，故廠址應(yīng)選擇在靠近水源充足和水質(zhì)良好的地域，以滿足裝置生產(chǎn)和生活用水及排水，靠近河流但避開洪水地段。