【正文】 的含水量≤ 5[28] 6 粉碎分級包裝 將干燥后的產(chǎn)物喂人顆式破碎機(jī)壓散經(jīng)傳送帶輸送到粉碎機(jī)粉碎將不同粒徑分別包裝包裝袋為內(nèi)套塑料薄膜的塑料編織袋每袋重量 25kg 同時(shí)抽取樣品送化驗(yàn)室檢驗(yàn) 第三章 物料衡算與能量衡算 31 物 料衡算 l 計(jì)算條件 生產(chǎn)能力年產(chǎn) 800 噸聚丙烯酸鈉年工作日 330 天 242td 每日三班 2 計(jì)算基準(zhǔn) 以生產(chǎn) 1 噸聚丙烯酸鈉為基準(zhǔn) 3 分子量丙烯酸 7206 氫氧化鈉＝ 40 丙烯酸鈉＝ 9406 水＝ 18 4 生產(chǎn)原理 丙烯酸中和 CH CHCOOHNaOH→ CH HCOONaH2O 丙烯酸鈉的聚合 n CHCOOCNa → CHCHnCOONa 5 各工序物料衡算 由于聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)要經(jīng)過配堿中和脫阻聚劑抽濾反應(yīng)干燥粉碎包裝等多個(gè)工序同時(shí)在每個(gè)工序中都有一定量的物料耗損故采用反推法來計(jì)算每個(gè)工序的物料輸送 l 破碎分級包裝工序 由于粉塵等因素在該工序中干燥膠體約有 11 的損耗因此要生產(chǎn) 1 噸聚丙烯酸鈉 輸人的干燥膠體的質(zhì)量為 1000 111 101112 kg 膠體損失 101112 11 1112 kg 2 干燥工序 在該工序中經(jīng)聚合反應(yīng)生成聚丙烯酸鈉濕膠體再通過干燥器脫除其中水分經(jīng)分析濕膠體固含量為 4461 整個(gè)工序樹脂損失為 06 損失的濕膠體質(zhì)量為 101112 06 607 kg 要得到 101112 公斤的干燥膠體需固含量為 4461 的濕膠體為 101112607 4461 228018 kg 干燥過程須除掉的水分 228018 l 一 4461 126299 kg 3 聚合反應(yīng)工序 在聚合反應(yīng)過程中脫除阻聚劑的中和液與引發(fā)劑助劑在一定條件下發(fā)生聚合反應(yīng)而生成絮凝劑濕膠體在整個(gè)工序中濕膠體損失約占膠體的 08 反應(yīng)前添加的引發(fā)劑占干膠體的 00072助劑約占干膠體的 00005中和液中丙烯酸鈉的含量約為 4010[29]可以推算出 生成的濕膠體的總量 228018 l08 229857 kg 損失的濕膠體的質(zhì)量 229857228018 1839 kg 添加的引發(fā)劑 229857 00072 016 kg 添加的助劑 229857 00005 001 kg 丙烯酸鈉中和液量 229857 4461016001 14110 249446 kg 聚合過程中水分蒸發(fā) 249446229857 19589 kg 4 脫阻聚劑抽濾工序 采用活性炭脫除丙烯酸鈉中和液中的微量阻聚劑在此工序中當(dāng)活性炭添加量為中和液的 069 時(shí)有較好的效果在此工序中過濾損耗及濾渣約占中和液總量的 11 設(shè)輸入的中和液為 X 則 X069X 24944611X 解得 X 250473 kg 添加的活性炭為 250473 069 1728 kg 過濾損耗為及濾渣 250473 11 2755 kg 中和液中丙烯酸鈉的總量為 250473 4110 102944 kg 5 中和工序 在中和工序中采用氫氧化鈉完全中和的丙烯酸中和度為 100設(shè) 1噸產(chǎn)品需丙烯酸的質(zhì)量為 W 由方程式可以推算如下 反應(yīng)需丙烯酸的質(zhì)量為 W 需氫氧化鈉的質(zhì)量 407206 W 生成的丙烯酸鈉的質(zhì)量 94067206 W 生成的水分質(zhì)量為 l87206 W 則可得 94067206 W 102 944 W 78866 kg 生成水的質(zhì)量 187206 78866 19700 kg 中和反應(yīng)需純氫氧化鈉的質(zhì)量 407206 78866 43778 kg 折算為 25 的氫氧化鈉溶液的質(zhì)量 4377825 175112 kg 此過程水分蒸發(fā)量 17511278866250473 3505kg 6 配堿工序 在裝有水冷裝置的配堿釜中加入一定量的水然后在不斷攪拌下加人 96 的氫氧化鈉的質(zhì)量為 4377896 45602 kg 需純水 17511245602 129510 kg 7 生成聚丙烯酸鈉各工序物料衡 算的數(shù)據(jù)整理如下見表 31 物料衡算圖見圖 31 表 3－ 1 生產(chǎn)聚丙烯酸鈉各工序物料衡算結(jié)果 工序名稱 輸入 輸出 原料 Kg 產(chǎn)品 Kg 配堿 中和 脫阻聚劑抽濾 聚合反應(yīng) 干燥 粉碎包裝 96％配堿 純水 25％氫氧化鈉溶液 中和液 其中丙稀酸鈉 溶解水 活性碳 丙烯酸中和液 98％引發(fā)劑 助劑 濕膠體 干膠體 45602 129510 175112 78866 250473 102944 147529 1728 249446 016 001 228018 101112 25％氫氧化鈉溶 液 中和液 其中丙稀酸鈉 溶解水 水分蒸發(fā) 濾液中和液 濾渣及耗費(fèi) 生成濕膠體 水分蒸發(fā) 濕膠體損耗 干膠體 干膠體損耗 干燥除水 聚丙烯酸鈉產(chǎn)品 粉塵耗損 175112 250473 102944 147529 3505 247718 2755 229857 19589 1839 101112 607 126299 1000 1112 物料衡算圖 32 熱量衡算 聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)可分為多個(gè)工序每一個(gè)生產(chǎn)工序都有一定的能量變化脫阻聚劑工序和粉碎包裝工序只需要一定的動(dòng)力損耗因此不計(jì)算這兩個(gè)工序的能量平衡其它 工序分別計(jì)算整個(gè)過程均采用 25℃作為基準(zhǔn)溫度生產(chǎn) 1 噸聚丙烯酸鈉產(chǎn)品各工序的原料需求情況按物料衡算表中計(jì) [30] l 配堿工序 由物料衡算可知在配堿工序中需純氫氧化鈉 43778 公斤溶解用水 125942 公斤氫氧化鈉的質(zhì)量百分比濃度為 25 折算為物質(zhì)的量為分別為 氫氧化鈉 43778 100040 109445 摩爾 水 129510 l00018 71950 摩爾 水氫氧化鈉 mol 比 71950109445 657 查表可知?dú)溲趸c在此濃度下的溶解熱為 3716kJmolNaOH 此濃度下液的平均比熱為 3587KJkg℃水的比熱為 418KJkg℃已知片堿和純水的進(jìn)料溫度為 25℃氫氧化鈉溶液的出料的溫度為 30℃配堿過程最大溫升 65℃冷卻水出入平均溫差為 10℃輸入的熱量 Ql 人包括氫氧化鈉帶人的熱量 Qll 純水帶入的熱量 Q12 氫氧化鈉帶入的溶解熱 Q13由于氫氧化鈉帶人的熱量 Qll和純水帶入的熱量 Q12為零 所以 Ql 人 Q13 3716 109445＝ 406697kJ 輸出的熱量 QI出包括氫氧化鈉溶液由 25℃升到 30℃所需的熱量 Q14和冷卻移走 的熱量 Q15 其中 Q14 3587 175112 30 25 31406 kJ 因?yàn)?Ql 人 1 出 0 Q15 QI 人 14 40669731406 375291 kJ 需冷卻水的質(zhì)量 ml 水 375291418 89782 kg 2 中和工序 已知條件丙烯酸的進(jìn)料溫度為 25℃比熱為 276kJ 噸℃中和液的平均比熱為 328KJKg℃ 100℃時(shí)水的蒸發(fā)熱為 2587KJkg 丙 烯酸與氫氧化鈉的中和熱為 5567kJmolH2O 中和液輸出溫度為 30℃冷卻水平均 溫差為 10℃ 中 和工序的輸人熱量 Q2 入包括氫氧化鈉水溶引人的熱量 Q21 丙烯酸引人的熱量 Q22 丙烯酸中和熱 Q23 其計(jì)算結(jié)果如下 氫氧化鈉水溶液引人的熱量 Q21 3587 175112 30－ 25 31406 kJ 丙烯酸引人的熱量為零 Q22 0 在中和工序中中和度為 100 因此發(fā)生中和反應(yīng)的丙烯酸為 788661000 7206 109445 mol 生成的水為 l00445mol 則丙烯酸中和熱為 Q23 5567 109445 609280 kJ 輸人熱量 Q2 入 Q21Q22Q23 314060609280 640686 kJ 輸出的熱量 Q2 出包括中和液移走的熱量 Q24 水分蒸發(fā)吸收的熱量 Q26 以及冷卻水帶走的熱量 Q26 其計(jì)算結(jié)果如下 中和液移走的熱量 Q24 328 30－ 25 250479＝ 41078kg Q25 3505 418 100－ 25＋ 3505 2587＝ 101662kJ 因?yàn)?Q2 入 Q2 出 0 所以 Q26 640686－ 41078101662 497946 kJ 冷卻水用量 m2 497946418 119126 kg 3 聚合反應(yīng)工序 在這個(gè)工序中丙烯酸中和液與引發(fā)劑助劑充分混合溫度會(huì) 上升很大幅度反應(yīng)加劇同時(shí)蒸發(fā)大量水分此過程的熱損失很大同時(shí)還要避免暴聚已知丙烯酸中和液的平均比熱為 328KJKg℃ l00℃水的蒸發(fā)熱為 2587KJKg 樹脂凝膠的出料溫度為 60℃樹脂平均比熱為 253kJ kg℃ 100℃水的蒸發(fā)熱為2587kJkg 干燥效率取 85 輸人的熱量 Q4 人包括濕膠體帶入的熱量 Q41 干燥器提供給膠體的熱量 Q42其中膠體帶入的熱量 Q41 25322801 8 50 25 1442214 kJ 輸出的熱量 Q4出包括干膠體帶走的熱量 Q43水分從 25℃到蒸發(fā)變成水氣帶走的熱量 Q44 干燥體系熱量損耗 Q45 其中干膠體帶走的熱量 Q43 為 Q43 147 101112607 150 25 186909 kJ 水氣帶走的熱量 Q44 126299 418 10025 126699 2587 36736505 kJ 因?yàn)?Q4 人 Q4 出 0 且 Q45 l 一 85 Q42 1442214Q4218690936736505015Q42 0 干燥器提供給膠體的熱 量 Q42 4372162 kJ 干燥體系熱量損耗 Q45 015 4372162 655824 kJ 5 生產(chǎn)聚丙烯酸鈉各工序熱量衡算結(jié)果如表 32 表 32 生產(chǎn)聚丙烯酸鈉各工序熱量衡算表以噸計(jì) 工序名稱 輸入 KJ 輸出 KJ Q11 0 Q14 31406 配堿 Q12 Q13 Q1 入 0 406697 406697 Q15 Q1 出 375291 31406 406697 中和 Q21 Q22 Q23 總 Q2 入 31406 0 609280 640686 Q24 Q25 Q2 出 41078 101662 497946 640686 聚合 Q31 Q32 Q3 入 40909 850387 891296 Q33 Q34 Q35 Q3 出 203538 568179 119579 891296 干燥 Q41 Q42 總計(jì) Q4 入 1442214 4372162 45163834 Q43 Q44 Q45 Q4 出 186909 36736505 655824 45163835 第四章 主要設(shè)備工藝尺寸的計(jì)算及選型 41 配堿釜 l 釜體容積形式及材料 日產(chǎn)聚丙烯酸鈉 242 噸需配堿液 242 175112 42377 kg 溶堿時(shí)最高溫度為 50℃查得 25堿液的比重為 126gcm3則 4237t堿液的體積為 4237126 336 m3 按裝料系數(shù) 0 8 計(jì)需配堿釜容積為 33608 42 m3 可選用 5m3 的配堿釜 [31] 生產(chǎn)工藝條件為所處理的為堿性溶液釜體內(nèi)為常壓溫度為 50℃夾套為循環(huán)冷卻水夾套內(nèi)表壓為 03MPa 溫度小于 50℃故可確定該釜屬于帶攪拌裝置的低壓反應(yīng)釜本設(shè)計(jì)采用圓筒形殼體和標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭作為釜體的結(jié)構(gòu)型式盛裝物料的堿液可選用材質(zhì)為不銹鋼釜 2 釜體的主要尺寸的確定 l 筒體直徑 所處 理的物料為液 固相其筒體高度 Ht 于筒體直徑 D 之比為1～