【正文】 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 。動(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)可以由增長(zhǎng)速率和引發(fā)速率之比求得。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(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)；下面推導(dǎo)動(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)的表達(dá)式。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。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)。本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容為年產(chǎn)5000噸聚四氟乙烯的生成車間工藝設(shè)計(jì)，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(shí)也為了簡(jiǎn)化操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，本設(shè)計(jì)的主設(shè)備采用列管式固定床反應(yīng)器。并且由本體聚合得到的聚合物無雜質(zhì)，品質(zhì)較好。 熱量衡算計(jì)算簡(jiǎn)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(jiǎn)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(dòng)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(jì)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。 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(shí)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(jì)算簡(jiǎn)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(dòng)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(shí)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(jì)算簡(jiǎn)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(jì)是本設(shè)計(jì)的核心，但總能量衡算很簡(jiǎn)單。 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(jì)充分考慮了能量的充分合理應(yīng)用。 設(shè)計(jì)計(jì)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?？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。則其溫度降低為70度的內(nèi)能變化即對(duì)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(shí)其壓力降可計(jì)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?？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。 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。從總體上看，在設(shè)計(jì)中使用的計(jì)算方法是符合要求的，綜合各方面的考慮，設(shè)計(jì)計(jì)算符合要求。在本設(shè)計(jì)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(fèi)一定的壓頭與電能，但相比較而言還是合算的。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(jì)算能量，根據(jù)能量守恒，這是合理的。 設(shè)計(jì)計(jì)算的合理性討論蒸發(fā)時(shí)是選用100Kpa，℃狀態(tài)計(jì)算各反應(yīng)的反應(yīng)焓，在實(shí)際計(jì)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(duì)于蒸發(fā)過程的總熱量是非常小的，為此在計(jì)算中選用100Kpa，℃狀態(tài)計(jì)算各過程熱量是合理的。、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(shí)，會(huì)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。可以認(rèn)為，、2900kpa的氣態(tài)四氟乙烯的熱焓值?！鱄: 單位質(zhì)量流體的反應(yīng)焓變； 蒸發(fā)熱量衡算計(jì)算簡(jiǎn)圖20℃、2900kpa蒸發(fā)器 20℃、3000kpa 20度、2900kpa的氣態(tài)四氟乙烯 的液態(tài)四氟乙烯 22℃、3000kpa 20℃、3000kpa 的液態(tài)四氟乙烯 的液態(tài)四氟乙烯 圖2 蒸發(fā)熱量衡算計(jì)算簡(jiǎn)圖 、3000kpa的氣態(tài)四氟乙烯的熱焓值與氣化焓之和。常溫即20度的壓力為3000kpa的四氟乙烯液體從原料儲(chǔ)罐中流出，在蒸發(fā)器中減壓到20℃的飽和壓力2900kpa，發(fā)生劇烈氣化為2900kpa 的四氟乙烯氣體。在這過程中上述兩種熱量損失在本設(shè)計(jì)中設(shè)為Q。在進(jìn)行設(shè)備的熱量衡算時(shí)，位能變化，動(dòng)能變化，外功等項(xiàng)相對(duì)比較小，可以忽略不計(jì)，因此流動(dòng)系統(tǒng)總能量衡算式可以簡(jiǎn)化為Q = △H 蒸發(fā)器熱量衡算 蒸發(fā)熱量衡算說明蒸發(fā)過程的熱量衡算是設(shè)備的熱量衡算的一類，在運(yùn)算過程中相對(duì)于流體的焓變與流體吸收或放出的熱量比較小，因此在進(jìn)行浸出熱量衡算時(shí)位能變化，動(dòng)能變化，外功等項(xiàng)可以忽略不計(jì)。由于聚四氟乙烯疏水，故其平衡含水率可以視為零。由于在氣體原料通過涼水塔，故原料中含有一定的水分。這些機(jī)械功可以用來驅(qū)動(dòng)各個(gè)離心水泵?？傔^程20度、2900kpa氣態(tài)四氟乙烯絕熱膨脹變?yōu)?6度、100kpa氣態(tài)四氟乙烯總共對(duì)外做功（具體計(jì)算過程見能量衡算）： W總 = w2 + w3 = 13963+ 13963 = 28000 （J）考慮熱損取為25KW，這些功通過壓縮機(jī)器傳給其他物質(zhì)，充分利用能量。22℃、3000kpa的液態(tài)四氟乙烯變?yōu)?0℃、3000kpa的液態(tài)四氟乙烯所放出的熱量為： Q1 = Cpl * m1 * （t1 – t2）若忽略氣化焓的變化，根據(jù)能量守恒，應(yīng)該等于22℃、3000kpa的氣態(tài)四氟乙烯變?yōu)?0℃、3000kpa的氣態(tài)四氟乙烯所放出的熱量： Q1 = Cpq * m1 * （t1 – t2 ）= H進(jìn)而可以得到： M1 = H /(Cpq * (t1 – t2))代入相關(guān)數(shù)據(jù)得： M1 = /(* (22 – 20)) = (kg/s) 蒸汽動(dòng)力壓縮機(jī)、。、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(shí)，會(huì)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?？梢哉J(rèn)為，、2900kpa的氣態(tài)四氟乙烯的熱焓值。、3000kpa的氣態(tài)四氟乙烯的熱焓值與氣化焓之和。故需要一股熱量作為補(bǔ)充。S導(dǎo)熱系數(shù)(，0℃)： w/(m以下是從化工原理課本中摘錄的有關(guān)水的蒸汽壓與溫度的關(guān)系：表4 水的蒸汽壓與溫度的關(guān)系溫度/ ℃絕壓/kPa蒸汽密度/(Kg/m3)氣體焓/(kJ/kg)液體焓/(kJ/kg)汽化熱/(kJ/kg)5023785560260665702624753148010026771102693.4611202709130140589150160 四氟乙烯原料的有關(guān)物性數(shù)據(jù)分子量： 沸點(diǎn)()： ℃液體密度(℃，)：1515 kg/m3氣體密度(20℃，)：相對(duì)密度(，20℃，空氣=1)：比容(℃，)： m3/kg氣液容積比(15℃，100kPa)：404 L/L壓縮系數(shù)：溫度℃壓縮系數(shù)100kPa400kPa1000KPa2000kPa1550臨界溫度： ℃臨界壓力： 4050kPa臨界密度： 588 kg/m3熔化熱(℃，)： kJ/kg氣化熱(℃，)： 比熱容(氣體，25℃)： CP=(kg每工作日生產(chǎn)任務(wù)為：m’ = = ,每秒鐘聚四氟乙烯產(chǎn)品產(chǎn)量為： M = * 1000/3600 = (Kg/s)以下計(jì)算（包括能量衡算）以每秒產(chǎn)量為計(jì)算基準(zhǔn)。本方法所值得的產(chǎn)品品質(zhì)好，雜質(zhì)少，且粒度細(xì)；應(yīng)用范圍廣泛，除了可以用于粉末涂裝涂料、水性涂裝涂料外，還可用于做高溫潤(rùn)滑劑、貼膜材料等。同時(shí)還結(jié)合中國(guó)當(dāng)代的基本國(guó)情，充分中國(guó)豐富的螢石資源，可以減少對(duì)自然環(huán)境中比較稀缺資源破壞。干燥工藝流程流程主要是用流化床流化干燥方法，這種方法直接通過一定的流速的