【導讀】指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作。了明確的說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。本設計為年產(chǎn)3萬噸乳液聚合丁苯橡膠裝置工藝設計，以聚合工段為設計的主要對象。烯和苯乙烯為主要聚合單體，松香酸鉀皂、硫酸亞鐵、叔十二碳硫醇、過氧化氫對錳烷等為助劑，采用低溫乳液聚合法連續(xù)生產(chǎn)工藝合成丁苯橡膠。丁苯橡膠具有優(yōu)異的物理性能和良好的加工性。能，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中應用廣泛。說明書和設計計算書。

　　

【正文】 . 聚合工段進料表 表 224 聚合工段進料表 名 稱 組 分 質(zhì)量流量（ kg /h ） 單體 BD ST 乳化劑 (EM) WT 松香酸鉀皂液 電解質(zhì) WT 磷酸 氫氧化鉀 乙二胺四乙酸四鈉鹽 間次甲基二萘磺酸鈉 保險粉溶液 WT 連二亞硫酸鈉 活化劑溶液 (ACT) WT 乙二胺四乙酸四鈉鹽 化工與材料工程學院畢業(yè)設計 21 硫酸亞鐵 甲醛次硫酸鈉 調(diào)節(jié)劑溶液 (MOD) 叔十二碳硫醇 氧化劑溶液 (OXI) 過氧化氫對錳烷 終止劑溶液（ ) WT 二甲基二硫代氨基甲酸鈉 亞硝酸鈉 SDS 稀磷酸 WT PHS 總進料量 聚合工段出料計算 1）丁二烯出 料 丁二烯的轉(zhuǎn)化率 :60% 反應的丁二烯的含量： 60%= ㎏ /h 未反應丁二烯單體： = ㎏ /h 2）苯乙烯出料 計算依據(jù)： 氣提膠乳中結(jié)合的苯乙烯含量 %～ %，取氣提膠乳中結(jié)合的苯乙烯含量為 23%，即膠乳中 BD/ST=77/23。 反應的苯乙烯含量： 23/77= ㎏ /h 未反應苯乙烯單體： = ㎏ /h 3）膠乳總量 膠乳 =BD 出料＋ ST 出料 =＋ = ㎏ /h. 聚合工段出料表： 表 225 聚合工段出料表 流 量 膠乳總量 其它 未反應 BD 未反應的 ST 出料總量 質(zhì)量流量（ kg /h） 第 3 章 聚合工段熱量衡算 聚合反應釜需要計算以下熱量： （ 1） 各反應器的冷卻顯熱表 2— 3— 1 表 2— 3— 1 各反應器的冷卻顯熱 10℃ ~7℃ 7℃ ~5℃ （ 2）聚合熱 （ 3）攪拌熱 （ 4）大氣吸熱表 2— 3— 2 表 2— 3— 2 大氣吸熱 第一反應器入口 869kg/m3 ℃ 第二反應器入口 928kg/m3 ℃ 平均 899kg/m3 —— M 總 == kg /hr 平均流量 = M247。 899= m3/ h 則取反應釜體積 V=25 m3 每釜滯留時間 t=25247。 = 反應時間 7~10hr 當 t=7hr 7247。 =（ 6 釜 1 塔） t= 247。 =（ 7 釜 1 塔） t=10hr 10247。 =（ 8 釜 1 塔） 聚合熱 根據(jù)該 工藝的轉(zhuǎn)化率 — 時間函數(shù) 曲線可知，聚合反應轉(zhuǎn)化率與反應時間成正比 ， 基本呈直線關(guān)系，反應過程放熱比較均勻，因此單 釜的聚合熱 按照總聚合熱按照反應時間取平均計算 。 聚合熱 BD： ： 每小時釜中的聚合熱 Q=（ 179。 1000247。 54179。 +179。 1000247。 104179。 ）247。 2 = kcal 則：反應 7 小時，每釜的聚合熱 247。 = 反應 小時，每釜的聚合熱 247。 = kcal/ hr 反應 10 小時，每釜的聚合熱 247。 = kcal/ hr 化工與材料工程學院畢業(yè)設計 23 冷卻顯熱 第一反應釜溫度從 10℃降至 7℃的冷卻顯熱見下表 2— 3— 3： 表 2— 3— 3 第一反應釜溫度從 10℃降至 7℃的冷卻顯熱 Flow(kg/hr) ）℃T(? Cp(7℃ ) )/(** hk calTCFqp ?? BD 3 ST 3 EMF 3 MOD 3 ACT 3 OXT 3 TOTAL 第二反應釜從 7℃降至 5℃的冷卻顯熱見表 2— 3— 4： 表 2— 3— 4 第二反應釜從 7℃降至 5℃的冷卻顯熱 Flow(kg/hr) ）℃T(? Cp(7℃ ) )/(** hk calTCFqp ?? BD 2 ST 2 EMF 2 MOD 2 ACT 2 OXT TOTAL 2 攪拌熱 攪拌熱按聚合熱的 5%計算： 則：反應 7 小時的攪拌熱為： q=179。 5% = kcal/ hr 反應 小時的攪 拌熱為： q=179。 5%= kcal/ hr 反應 10 小時的攪拌熱為： q=179。 5%= kcal/ hr 大氣吸熱（略） 熱量統(tǒng)計 表 2— 3— 5 6 釜 2 塔 熱量 6 釜 1 塔 聚合熱 Kcal/hr 冷卻顯熱 Kcal/hr 攪拌熱 Kcal/hr 大氣 吸熱 Kcal/hr 總計 Kcal/hr 第一釜 —— 第二釜 —— 36 釜 —— —— 表 2— 3— 6 7 釜 2 塔 熱量 7 釜 1 塔 聚合熱 Kcal/hr 冷卻顯熱 Kcal/hr 攪拌熱 kcal/hr 大氣 吸熱 Kcal/hr 總計 Kcal/hr 第一釜 —— 第二釜 —— 37 釜 —— —— 表 2— 3— 7 8 釜 2 塔 熱量 8 釜 1 塔 聚合熱 kcal/hr 冷卻顯熱 Kcal/hr 攪拌熱 kcal/hr 大氣 吸熱 Kcal/hr 總計 Kcal/hr 第一釜 —— 第二釜 —— 38 釜 —— —— 所需氨的量的計算 hrQHrm ??? 總 化工與材料工程學院畢業(yè)設計 25 m： 氨的質(zhì)量； Hr：氨的汽化潛熱， 7℃時為 ,5℃時為 則：反應 7 小時冷卻第一釜所需氨的量 kgm 2 3 9 5 3 6 6 6 41 ??? 冷卻第二釜所需氨的量 kgm 8 8 9 7 2 2 4 7 02 ??? 冷卻三至末釜所需氨量 kgm ??? kgm ＝＋＋＝總 ? 則：反應 小時冷卻第一釜所需氨的量 kgm 4 4 9 5 1 9 9 9 41 ??? 冷卻第二釜所需氨的量 kgm 0 2 9 7 0 5 7 9 92 ??? 冷卻三至末釜所需氨量 kgm ??? kgm ＝＋＋＝總 ? 則：反應 10 小時冷卻第一釜所需氨的量 kgm ??? 冷卻第二釜所需氨的量 kgm 1 6 9 7 4 1 3 02 ??? 冷卻三至末釜所需氨量 kgm 2 1 9 7 5 8 2 03 ??? kgm 0 1 2 2 1 1 6 6 6 3 ＝＋＋＝總 ? 聚合過程中的能量統(tǒng)計 熱流圖 2— 3— 1： 聚合線路分為兩條123 456789 10 11G H IE301E302E303E304 E305E306 圖 2— 3— 1 熱流圖 1— 丁二烯 2— 循環(huán)堿液 3— 苯乙烯 4— 調(diào)節(jié)劑 5— 乳化劑 6— 活化劑 7— 氧化劑 8— 去往 B 線的單體與引發(fā)劑共混物，為總加料量的 1/2，溫度為 7℃ 9— 去往 A 線的單體與引發(fā)劑共混物，為總加料量的 1/2，溫度為 7℃ 10— 經(jīng)第一釜反應過的共混物，為總加料量的 1/2，溫度為 5℃ 11— 經(jīng)第二釜反應過 的共混物，為總加料量的 1/2，溫度為 5℃ 表 2— 3— 9 熱量轉(zhuǎn)換 序號 溫度（℃） t?（℃） 流量（ 1Kgs?? ） 比熱容（ 11KJ Kg K????） 熱交換量（ 1KJs?? ） 入口 出口 E301 15 30 15 E302 15 30 15 E303 24 30 6 E306 15 24 9 E304 24 15 9 E305 15 10 5 表 2— 3— 10 聚合釜的換熱 反應 釜序號 熱量 Q 氨的汽化潛 氨用量 M 氨的總用量 M化工與材料工程學院畢業(yè)設計 27 時間 （ Kcal/hr） 熱（ kcal/kg） （ Kg） （ Kg） 7 小時 第一釜 第二釜 三至末釜 小時 第一釜 第二釜 三至末釜 10 小時 第一釜 第二釜 三至末釜 第 4 章 反應器和攪拌槳的選擇 反應釜的選型 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。 釜式反應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，初選反應器為攪拌釜式反應器。由設計壓力為 3179。 105~5179。 105 帕，熱量衡算初選的反應器為φ 2400179。 6060H，可選封頭型式為：橢圓形底、蓋，可拆蓋，高度 H=8140mm，公稱容積為 25m3，筒體內(nèi)徑為 2400mm，壁厚為 12mm， A3F 材質(zhì)（參見《化工容器及設備簡明設計手冊》） [11]。 反應釜和攪拌槳示意圖 241： 圖 241 反應釜和攪拌槳示意圖 反 應釜的型號見下表 4— 1： 表 241 反應釜的型號 封頭型式 公稱 容積 筒體 直徑 筒體 高度 高度 壁厚 材質(zhì) 橢圓底、蓋 25m3 2400mm 6060mm 8140mm 12mm A3F 反應器的體積計算 化工與材料工程學院畢業(yè)設計 29 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)量分數(shù)算得 ρm=（ 72/295） 0 .912+（ 28/295） +（ 195/295） 1= 103kg/m3 ρm—— 反應液混合密度， kgm3 VR=W/ρm=103= 為提高釜的利用率，裝料系數(shù) η一般取在 ～ ，可取 ，即 η=， 則V=， 所以釜的體積應該取 25 m3。 罐體尺寸確定 . 筒體高徑比 因此設計條件為低溫、乳聚，可選擇高徑比為 ，即： H/Di= . 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 Di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。 V≈（ π/4） Di2H=（ π/4） Di3(H/Di) ∴ Di= m36 . 254)i/( 4 33 ????DH V? 圓整 Di= 當 Di=，封頭體積 V=179。，直邊高度 40mm，內(nèi)表面積 ㎡ 筒體高度 H= 2)4/( / DivV? ? ? = 25 / 0 . 8 52 ???? 驗證： H/Di=,在 ～ ，以上假設成立。 . 聚合釜壁厚的計算 由公式： ? ?CtiC PDPS ?? ??2 式中： Pc— 計算壓力 取 Pc=1MPa； Di=2800mm； ? =；設計溫度為 5℃ 查得 1Cr18Ni9Ti 在 5℃ 的 [σ]t=205MPa ? ? 0 52/2 4 0 01 ??????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=12mm。復驗