【正文】 899kg/m3 ——22 / 52M=一共 2 條生產線，則每條的總物質的量為：M=平均流量=247。899= m3/ h，則取反應釜體積V=20m3每釜滯留時間 t=20247。=Rt=9 小時 9/=（8 釜）為達到要求轉化率，使聚合反應充分發(fā)生，取反應時間 Rt=9 小時，聚合釜為 8 釜串聯(lián)。(由 8 臺聚合反應釜組成一條生產線，反應時間為 8～12 小時（取 9 小時），反應的轉化率為 60%。聚合釜的操作壓力為 ～，溫度 T=5℃，PH=4 ～5，聚合帶有攪拌器，并用液氨作為冷凍介質。根據(jù)《基本有機化工工廠裝備》知，對于一級反應，連續(xù)釜式反應器的反應轉化率與反應速度常數(shù)之間的關系如下 [17]： 01ANNCx????????xkNN1?式中 CAN —第 N 臺釜內反應物的濃度；mol/LCA0 — 反應物初始濃度； mol/L—第 N 臺釜內反應物轉化率；xk — 聚合反應表觀速度常數(shù)； min?1—平均停留時間；min?N—連續(xù)槽式反應器的臺數(shù)；為了便于計算，按等溫等容處理，取總轉化率 60%；8 釜串聯(lián)；平均停留時間 60 min；反應溫5℃。將上式進一步整理得NAANCC023 / 52表 221 各釜純轉化率與累積轉化率 [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)各釜純轉化率計算各釜的物料組成以第一釜作為示例計算：水相：因反應中沒有消耗，所以流量不變，為 100%苯乙烯：進料： 出料：(1－%)=100%丁二烯：進料： 出料：(1－%)=聚合物：＋－(＋)=百分比： 水相：(＋＋＋)=% 苯乙烯： 丁二烯： 聚合物：以下計算中，上一釜的出料量即為下一釜的進料量，計算匯總見下表24 / 52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 25 / 52由于工藝程序中八個釜都要用到液氨的冷凝裝置，所以以第一釜為例計算能量守恒。在第一釜進料之前已將原料從 10℃降至 5℃。 聚合熱BD::一小時第一釜中的聚合熱：Q=（MBD /54+ MST/104）kcal/h =(54) +(104) kcal/h = 冷卻顯熱在第一反應釜進料之前就已經將進料的溫度從 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%計算反應 8 小時，則第一反應釜的攪拌熱為:q1=q5%== 所需氨的量 總QHrm??m：氨的質量；Hr：氨的汽化潛熱，7℃時為 , 5℃時為 。則反應 9 小時，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：表 232 反應時間為 9 h 時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總計 kcal/h第一釜 27 / 52第 4 章 反應器的選擇 反應釜的選型 [7]按聚合反應的特性及過程控制的重點在于除去聚合熱的場合，可選用攪拌釜式反應器（參見《聚合反應工程基礎》 ） 。攪拌釜是乳液聚合最常用的反應器，也是應用最廣的聚合反應器，釜式聚合反應器是一種形式多變的聚合裝置，它廣泛應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，釜中設有攪拌裝置 [19]。釜式反應器的除熱主要采用夾套和各種內冷件，以立式最為常見。綜上所述，初選反應器為攪拌釜式反應器。由設計壓力為 3105~5105 帕，熱量衡算初選的反應器為 φ2200H4950，可選封頭型式為：橢圓形底、蓋，可拆蓋，高度H=4950mm，公稱容積為 20m3，筒體內徑為 2200mm，壁厚為 12mm，A3 材質，重量為 3680Kg，下軸泵為 LIGUM—VIJUE（參見《化工容器及設備簡明設計手冊 》 ） [7]。反應釜和攪拌槳示意圖 2圖 2 反應釜和攪拌槳示意圖反應釜的型號見下表 241：28 / 52表 241 反應釜的型號封頭型式公稱容積計算容積筒體直徑筒體高度壁厚材質下軸泵型號橢圓底、蓋20m3m32200mm4950mm12 mmA3LIGUM—VIJUE反應器的體積計算苯乙烯密度 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通過質量分數(shù)算得 ρm=（72/295）+（28/295 ）+（195/295）1= 103kg/m3 ρm——反應液混合密度，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，所以釜的體積應該取38 m 3。 罐體尺寸確定 筒體高徑比因此設計條件為低溫、乳聚，即：H/D i= 初步計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，因為當D i不知時，封頭體積也不知。因此選用粗估法計算，即先忽略封頭體積，然后再精確計算。29 / 52V≈（ π/4）D i2H=（π/4）D i3(H/Di)∴D i= )/(43 ???HV?圓整D i=當D i=，封頭體積V=179。，直邊高度40mm，㎡筒體高度H= =2)4/(DivV??????驗證：H/D i=,～，以上假設成立。 聚合釜壁厚的計算由公式： ??CtiPDS????2式中：P c—計算壓力取 Pc=1MPa； Di=2200mm； =；設計溫度為 5℃?查得 1Cr18Ni9Ti 在 5℃的[σ] t=205MPa???????S取腐蝕余量 C2=，鋼板厚度負偏差 C2=，則 Sn=S+C1+C2=++=圓整后取 Sn=8mm。復驗 Sn6%=8= mm＜，故不能取 C1=，取C1= 重新計算： Sn=S+C1+C2=++=，圓整后取 Sn=8mm。復驗，Sn6%=8= mm＞，故最后取 C1= mm。該聚合釜體可用 8mm 厚的16MnR 鋼板制造。因為內壓要比外壓大，所以按強度計算內筒的壁厚一定能滿足外壓穩(wěn)定的要求。因此，本設計中未做外壓的設計。30 / 52第 5 章 管道直徑與貯罐的計算 管道與貯罐的計算 丁二烯苯乙烯進料管徑的計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= ???? 取標準的管道直徑為 703，實際的流速為 u= =。?24dqm??苯乙烯的流速 u=qm=； =?d= ?? 取標準的管道直徑為 423，?實際的流速為 u= =。24dqm?? 貯罐體積的計算 貯罐是用來儲存一定量的進料，以保證一定時間內工藝程序按時按量的進行。每8 小時一倒班加一次料。貯罐（丁二烯）：每小時丁二烯的進料為 ,V=8 貯罐（苯乙烯）：每小時苯乙烯的進料為 ,V=8其他貯罐均按以上方法計算，一些助化劑本身的損耗量很小甚至不損失，就按照一小時的計算量來計算。31 / 52第 6 章 泵的計算 泵 P—304 的設計圖 261 泵示意圖 條件依據(jù)以 P—304 苯乙烯進料泵的計算為例，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?7? 壓強： P1=1105Pa P2=5105Pa 管內流體的流速（1）管內流體的流速： s/ Qu2??? 雷諾數(shù)： 695 d e???R 即：管內流動狀態(tài)為湍流 取 ， 由 Re 、e 查《化工原理第四版》上冊 P37 ， ?0. de? ??32 / 52（2）直管阻力和局部阻力的計算：(按照廠區(qū)布置推算，取管道長度為 50m)直管阻力的計算： kg/?udlhf?局部阻力的計算： /?總的阻力： ??fffh（3）理論壓頭的計算： 由柏氏方程可得： = gh2u gp zf12??? 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，選擇揚程為 45，流量為 12 的旋渦泵，旋渦泵適合小流量高揚程的場合。查《化工手冊》P471 [21]選泵3m的型號為：IS50—310—100 泵的效率的計算： %?aeavePkwkgzq??33 / 52第 7 章 車間工藝布置及廠址選擇 工藝布置設計生產車間工藝布置合理與否直接影響生產工藝方案能否實現(xiàn)及工廠的效率、占地面積及建設投資等，對整個工廠的廠貌及其他設計都有重要的影響，在進行生產工藝布置時，首先遵守工藝設計的整體原則，同時還應注意以下幾點。① 以組織形成工藝生產流水線為準則，生產工藝流程要順，力求合理。盡量縮短半成品運輸路線，盡可能避免運輸路線交叉和往返。② 各生產車間的用膠一端，盡可能接近煉膠車間，便于膠料的搬運和供應。為了減少煉膠車間對生產廠房的污染，煉膠車間應盡量布置在全年主導風向的下風向。③ 生產設備的周圍，需留出足夠的操作面積和設備吊運、拆裝、檢修所需要的空間，機臺之間的安全間距等。④ 各生產工序（或工段）之間，需留出足夠的物料和半成品存放面積。⑤ 各生產車間（或工段）之間，需留出車間內部通道和運輸?shù)缆贰＂?在布置大型生產設備（或機組）時，必須注意地基狀況、樓板荷載與廠房高度和柱的關系。有問題需與土建專業(yè)協(xié)商，采取相應措施。還需注意大型設備基礎與廠房墻、柱基礎的關系。兩種基礎不能連結或緊靠。若間距過小，應采取防震措施。⑦ 在不影響產品質量的前提下，應充分利用自然采光和自然通風條件，保障良好的生產操作環(huán)境。生產廠房四周，不要貼墻布置其他建筑物。⑧ 在生產車間工藝布置過程中，需同時考慮管道敷設、起重運輸、自動控制、通風設施、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。需分別會同有關設計專業(yè)協(xié)商確定。⑨為了消防和安全生產，在布置車間內部的主要通道時，需考慮人員迅速疏散的條件。對于易燃易爆生產工段，布置在主廠房的邊角地帶，并提供生產車間工藝平面布置圖和必要的立面布置圖。請有關專業(yè)在設計時采取必要的措施。⑩ 要為車間辦公室和車間生活室留出足夠的空間，以便有關設計專業(yè)進行具體安排。結合長遠發(fā)展規(guī)劃，為進一步擴建預留出條件。 生產廠房的整體布置生產廠房的整體布置就是根據(jù)工藝、交通運輸、動力供應、生產管理多方面的要求結合地形、地貌和周圍環(huán)境等具體情況，進行全廠各種建筑物、構筑物和道路等的34 / 52布置。橡膠廠生產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。國內外生產實踐證明，綜合性集中廠房具有更多的優(yōu)點。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品的整個生產過程的幾個車間，甚至把幾種橡膠產品的幾個生產車間，按照生產工藝流程的合理性，集中布置在一個大廠房內。這種形式的優(yōu)點是生產車間集中、廠區(qū)布置緊湊、節(jié)省占地面積；各生產車間連在一起，便于組織連續(xù)生產流水線；半成品可避免露天運輸，不受外界環(huán)境影響，減少半成品在搬運過程中變形，對嚴格控制半成品的規(guī)格，提高產品質量極為重要；同時，某些生產設備還可就進共用，或互為備用。此外，各種動力介質管線均可相應縮短，減少能量損耗。 廠址選擇依據(jù)與原則 [20]生產能力：本設計為年產丁苯橡膠4萬噸交通運輸：該廠屬于丁苯橡膠生產的大中型企業(yè)，需要有便利的交通運輸條件，因而選擇水陸運輸比較方便的地方建廠，且原料供應充足。地貌地形：地勢較平緩、地帶平闊的丘陵地，保證建廠的土石運用量不大。廠區(qū)的面積、形式和其