【正文】 (T2－ T1) ＝ ??(94－ 0)＝ kJ/h Q1 沖出 ＝ 0 由 1 號釜熱量平衡關(guān)系式知： Q1 入 ＝ Q1 出 － (Q1 反 ＋ Q1 攪 ) ＝ － (＋ 13860。 ?H 反 ＝ ??＝ kJ/h Q1 攪 ＝ 55??3600＝ 138600 kJ/h Q1 沖入 ＝ 0(首釜不沖冷油 ) Q1 夾 ＝ 0(因為首釜掛膠 嚴重，傳熱系數(shù)較小，故不用夾套移熱 ) Q1 出 ＝ G T1 ＝ ??T1＝ kJ/h Q1 反 ＝ x ⑸各釜熱量 衡算 1 號釜熱量衡算 (目的確定進料溫度 ) Q1 入 ＝ G粘度大，攪拌熱就大。 熱量衡算 ⑴計算基準 數(shù)量基準： kJ/h；基準溫度： 0℃。則： ? ? KWP 53 ???????????? ? ? KWPa ???? 同理可求其它各釜的 P 和 Pa。 查《攪拌設(shè)備設(shè)計》 P59知，當雙螺帶式攪拌器的幾何參數(shù)為 ： d Di ?092. ～ ； hdi ?08. ～ ； sD?10. ；H D?09. ～ ； bdi ?010. 時，同時，在層流區(qū)操作時，其功率準數(shù)為： Np hd i? ?340 1 0( )(R e ) . 當 Re 100 時： Np hd i? ?7 0 0 33. ( )(R e ) . 由前面計算結(jié)果可知，各釜的 Re 值均大于 100，所以設(shè)計采用后面關(guān)系式進行計算，然后，再 按下式求出攪拌功率。 1 1221 943 0 010 1396 0 01617 445 11395 6 189 081K ? ? ? ? ?... . . . . . . ( ) /? ?0 089 2 0m C W ? ? ?K W m C1 2 011 24. ( ) 對 2 號釜、 3 號釜、 4 號釜而言，取掛膠厚度為 1mm，其它數(shù)據(jù)同上，各釜 K 值計算結(jié)果如表 915 所示： 表 915 各釜 K 值計算結(jié)果 釜別 ?1 ?1 ?1 ?2 ?2 ?d ?2 K 1 2 3 4 聚合釜攪拌功率的計算 攪拌器型式的確定，丁二烯溶液聚合生產(chǎn)順丁橡膠中，隨著單體轉(zhuǎn)化率的提高，體系的動力粘度逐漸增加，一般從幾十厘泊增加 到幾萬厘泊，為此要從適合高粘度液體的錨式、框式、螺桿式及雙螺帶式等攪拌器中進行選擇。 ??w ?09. 以 1 號釜為例計算對流傳熱系數(shù) ???11 Re . .. .? ? ? ? ?d n221 71 5960 606 83 5 498 51?? Pr . .. .? ? ? ? ?C p ?? 2 5744 10 3 50 0956 94251 0463 ? ?89 08 2 0. ( )W m C 同理， 2 號、 3 號、 4 號釜計算結(jié)果如表 914 所示： 表 914 各釜對流給熱系數(shù)計算結(jié)果 釜號 Re Pr Nu ?2 1 2 3 4 (3)各釜總傳熱系數(shù) K 的計算 聚合釜壁剖面圖如圖 99 所示，由于DD外內(nèi)? ?102 2. ，所以按《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊 P180 式 358 計算各釜 K 值。 . . . . .? ? ? ???? ??? ?W m C/ ( )2 0? (2)釜內(nèi)對流傳熱系數(shù) ?2i 的計算 根據(jù)《化學(xué)工程手冊》第 5 篇《攪拌與混合》 P31 有關(guān)高粘度流體采用雙螺帶式攪拌槽的傳熱公式，即永田公式： 當 1 Re 1000 時： Nuw? ??? ???4 2 13 13 0 14. Re Pr .?? Re 1000 時： Nuw? ??? ???0 42 23 13 0 14. Re Pr .?? 考慮葉輪與槽壁間隙大小對傳熱的影響時： Nu D dD? ??? ??? ???? ??? ?1 75 13 13 0 213. Re Pr .?? ? ?2i DNu? Re? d n2 ?? 攪拌雷諾準數(shù) 式中 d — 攪拌葉輪 直徑， m； n — 攪拌轉(zhuǎn)數(shù)， r/s； D — 聚合釜內(nèi)徑， m。 .? ???? ???lR 式中 R— 曲率半徑，設(shè)計取 916mm。則傳熱面特尺寸為： ? ?l mm m? ? ?? ? ? ?4 500 342 500 34 63 67 0 06367. . 那么： Pr . .. .? ? ? ? ??2 859 10 6 3 100 4885 36 873 3 Re . .. .? ? ?? ??0 06367 0 8 12456 3 10 10065 9243 由于 0?Pr?100 Re?10000，所以： ? ? ??1 0 8 130 140 027? ??? ???. Re Pr..l w 圖 98 螺旋導(dǎo)流板 計算時取 ??w?????? ?0 141 05.. ? ? ? ?? 1 0 8 130 027 0 08370 06367 10065 924 36 87 1 05 197 629? ? ? ? ? ?. .. . . . ..W m C/ ( )2 0? 因鹽水在彎曲的螺旋導(dǎo)流板中流動，所以要對 ?1進行修正。℃ )； ?w— 流體在壁溫條件下的粘度， Pa 各釜對流傳熱系數(shù) ? 和傳熱系數(shù) K 的計算 (1)夾套內(nèi)冷卻鹽水的對流傳熱系數(shù) ?1計算 基本方程式： ? ?`1 ? Nl u N u ? ??? ???0 027 0 8 0 330 14. Re Pr. ..?? Re? lu?? Pr ? Cp?? 式中 ?1— 夾套對流傳熱系數(shù)， W m C/ ( )2 0? ； Nu— 努塞爾準數(shù)； Re— 雷諾準數(shù)； l — 傳熱面的特征尺寸， m； ?— 流體的熱導(dǎo)率， W m C/ ( )2 0? ； u— 流體的流速， m/s； ?— 流體的密度， kgm/ 3 ； ?— 流體的粘度， Pa 表 912 各釜的物料組成 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(%) 溶劑油 丁 烯 丁二烯 聚丁二烯 各釜物性數(shù)據(jù)計算結(jié)果如表 913 表 913 各釜物性數(shù)據(jù)計算結(jié)果 釜號 溫度 ℃ 組分 密度 ? kgm3 比熱容 Cp kJ/(kg 根據(jù)第八章第四節(jié)計算實例 2，取 [C0]＝ 192 105. ? ? mol/L，將計算結(jié)果整理得表 911。 ] — 活性鏈總濃度； mol/L T— 反應(yīng)溫度； K ?— 催化劑利用率 (在 94℃下， ?＝ 27％ ) 為了便于計算，按等 溫等容處理，取總轉(zhuǎn)化率 85%； 4釜串聯(lián)；平均停留時間 60 min；反應(yīng)溫度 94℃?！?) 數(shù)據(jù)來源 CaCl2 10 1245 《化工手冊》 P2070 各聚合釜反應(yīng)轉(zhuǎn)化率確定 根據(jù)《合成橡膠工業(yè)》第七卷 (1984)P67“丁二烯溶液聚合的工程分析”知：丁二烯聚合屬于一級反應(yīng)，并且，鎳催化體系油溶劑丁二烯的表觀動力學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)的關(guān)聯(lián)式如下： ? ? ? ?k P k Cp? ? ? ? 0 ? ?k Tp ? ? ?3 637 10 44558. e x p / 另根據(jù)《基本有機化工工廠裝備》知，對于一級反應(yīng)，連續(xù)槽式反應(yīng)器的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)速度常數(shù)之間的關(guān)系如下： ? ?C CkAN A N? ? 01 ? x CCN ANA? ?1 0 ? ?? ? ? ?x kN N1 11 ? 式中 CAN — 第 N 臺釜內(nèi)反應(yīng)物的濃 度； mol/L CA0 — 反應(yīng)物初始濃度； mol/L xN — 第 N 臺釜內(nèi)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率； k — 聚合反應(yīng)表觀速度常數(shù)； min?1 ? — 平均停留時間； min N— 連續(xù)槽式反應(yīng)器的臺數(shù)； [C0] — 主催化劑的濃度； mol/L kp— 鏈增長速度常數(shù)； L/(mol 表 910 冷凍鹽水物性數(shù)據(jù) 定性溫度 ℃ 密度 ? kgm3 比熱容 Cp kJ/(kg℃ ) 熱導(dǎo)率 ? W/(m℃ ) 數(shù)據(jù)來源 C4H8 94 1010 《化工工藝設(shè)計手冊》下 C4H6 94 480 《化工工藝設(shè)計手冊》下 ⑻順丁橡膠物性數(shù)據(jù)見表 99。 表 98 丁烯 、丁二烯物性數(shù)據(jù) 定性溫度 ℃ 密度 ? kgm3 比熱容 Cp kJ/(kg℃ ) 《化工工藝設(shè)計手冊》下 P645 Cp WCpi i?? 熱導(dǎo)率 ? W/(m . . . 表 94 脫水塔物料平衡 序號 組分 進料 塔頂 塔底 kg/h W（％） kg/h W（％） kg/h W（％） 1 C4H6 0 0 2 H2O 0 0 3 nC6H14 4 nC8H18 0 0 5 合計 100 100 100 以回收塔為物料衡算范圍，對溶劑油進行物料衡算： 6395 7836395 783 0 998 0 99999 0 023 33 3.. . . .? ?? ? ? ? ?D W D W 解得： W kg hD kg h3312 9886382 795?? . . 表 95 回收塔物料平衡 序號 組分 進料 塔頂 塔底 kg/h W（％） kg/h W（％） kg/h W（％） 1 nC6H14 100 2 nC8H18 0 0 3 合計 100 100 100 (二 )熱量衡算 主要對聚合釜進行熱量衡算 ⒈基礎(chǔ)數(shù)據(jù) (1)聚合釜物料衡算表； (2)聚合時間： 3～ 5h(設(shè)計取 4h)； (3)實用聚合釜臺數(shù)： 4 臺（確定方法見設(shè)備設(shè)計）； (4)聚合溫度： 94℃ (5)冷卻鹽水：入口溫度 12℃，出口溫度 8℃。 Ⅰ D1 Ⅱ D2 D3 F1’ 脫 提 回 水 濃 收 F F1 塔 F2 塔 F3 塔 W2 W3 W1 圖 97 溶劑回收部分物料衡算圖 對于Ⅰ衡算范圍，控制脫水塔底丁二烯餾出量為 。則溶劑回收進料組成如下表所示。 18 ＝ kg/h （ 2）油相系統(tǒng) 丁二烯： － ＝ kg/h 丁 烯： kg/h 溶劑油： － ＝ kg/h 油相中的飽和水量： (＋ ＋ ) ＝ kg/h 油水分離器物料衡算列下表。 序號 組分 kg/h t/d t/a W% 進 料 1 成 品 膠 100 不 2 損失聚丁二烯 合 3 損 失 防 老 劑 出 格 4 損 失 水 損 5 損 失 溶 劑 油 失 6 損 失 合 計 去 7 聚 丁 二 烯 料 包 8 防 老 劑 裝 9 揮