【正文】 C4H8941010《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》C4H694480《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》⑻順丁橡膠物性數(shù)據(jù)見(jiàn)表99?！?熱導(dǎo)率lW/(m表910 冷凍鹽水物性數(shù)據(jù)定性溫度℃密度r比熱容CpkJ/(kg℃)數(shù)據(jù)來(lái)源CaCl2101245《化工手冊(cè)》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(jí)反應(yīng)，并且，鎳催化體系油溶劑丁二烯的表觀動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)的關(guān)聯(lián)式如下：另根據(jù)《基本有機(jī)化工工廠裝備》知，對(duì)于一級(jí)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：式中CAN —第N臺(tái)釜內(nèi)反應(yīng)物的濃度；mol/LCA0 — 反應(yīng)物初始濃度； mol/L—第N臺(tái)釜內(nèi)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率；k — 聚合反應(yīng)表觀速度常數(shù)； —平均停留時(shí)間；minN—連續(xù)槽式反應(yīng)器的臺(tái)數(shù)；[C0] —主催化劑的濃度；mol/Lkp—鏈增長(zhǎng)速度常數(shù)；L/(mol] —活性鏈總濃度；mol/LT—反應(yīng)溫度；Ka—催化劑利用率(在94℃下，a＝27％)為了便于計(jì)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(shí)間60 min；反應(yīng)溫度94℃。根據(jù)第八章第四節(jié)計(jì)算實(shí)例2，取[C0]＝ mol/L，將計(jì)算結(jié)果整理得表911。表912 各釜的物料組成物第一釜第二釜第三釜第四釜料kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)溶劑油丁 烯丁二烯聚丁二烯各釜物性數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果如表913表913 各釜物性數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果釜號(hào)溫度℃組分密度r比熱容CpkJ/(kg各釜對(duì)流傳熱系數(shù)a和傳熱系數(shù)K的計(jì)算(1)夾套內(nèi)冷卻鹽水的對(duì)流傳熱系數(shù)a1計(jì)算基本方程式：式中a1— 夾套對(duì)流傳熱系數(shù)，； 圖98 螺旋導(dǎo)流板Nu— 努塞爾準(zhǔn)數(shù)；Re— 雷諾準(zhǔn)數(shù)；— 傳熱面的特征尺寸，m；l— 流體的熱導(dǎo)率，；u— 流體的流速，m/s；r— 流體的密度，；m— 流體的粘度，Pa℃)；mw— 流體在壁溫條件下的粘度，Pa則傳熱面特尺寸為：那么：由于0Pr100 Re10000，所以：計(jì)算時(shí)取因鹽水在彎曲的螺旋導(dǎo)流板中流動(dòng)，所以要對(duì)a1進(jìn)行修正。(2)釜內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算根據(jù)《化學(xué)工程手冊(cè)》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(dāng)1 Re 1000時(shí)： Re 1000時(shí)： 考慮葉輪與槽壁間隙大小對(duì)傳熱的影響時(shí)： 攪拌雷諾準(zhǔn)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。以1號(hào)釜為例計(jì)算對(duì)流傳熱系數(shù) 同理，2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)釜計(jì)算結(jié)果如表914所示：表914 各釜對(duì)流給熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果釜號(hào)RePrNu1234 (3)各釜總傳熱系數(shù)K的計(jì)算 圖99聚合釜壁剖面圖如圖99所示，由于，所以按《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊(cè)P180式358計(jì)算各釜K值。對(duì)2號(hào)釜、3號(hào)釜、4號(hào)釜而言，取掛膠厚度為1mm，其它數(shù)據(jù)同上，各釜K值計(jì)算結(jié)果如表915所示：表915 各釜K值計(jì)算結(jié)果釜?jiǎng)ea1d1l1d2l2ada2K1234 聚合釜攪拌功率的計(jì)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(dòng)力粘度逐漸增加，一般從幾十厘泊增加到幾萬(wàn)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(jìn)行選擇。查《攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》P59知，當(dāng)雙螺帶式攪拌器的幾何參數(shù)為：～；～；；～；時(shí)，同時(shí)，在層流區(qū)操作時(shí)，其功率準(zhǔn)數(shù)為： 當(dāng)Re 100 時(shí)： 由前面計(jì)算結(jié)果可知，各釜的Re值均大于100，所以設(shè)計(jì)采用后面關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算，然后，再按下式求出攪拌功率。則：同理可求其它各釜的P和Pa。 熱量衡算⑴計(jì)算基準(zhǔn) 數(shù)量基準(zhǔn)：kJ/h；基準(zhǔn)溫度：0℃。粘度大，攪拌熱就大。⑸各釜熱量衡算1號(hào)釜熱量衡算(目的確定進(jìn)料溫度) Q1入＝GT1 ＝180。T1＝ kJ/h Q1反＝xDH反 ＝180。＝ kJ/h Q1攪＝55180。3600＝138600 kJ/h Q1沖入＝0(首釜不沖冷油) Q1夾＝0(因?yàn)槭赘獟炷z嚴(yán)重，傳熱系數(shù)較小，故不用夾套移熱) Q1出＝G(T2－T1) ＝180。(94－0)＝ kJ/h Q1沖出＝0由1號(hào)釜熱量平衡關(guān)系式知： Q1入＝Q1出－(Q1反＋Q1攪)＝－(＋138600)解得： T1＝52℃2號(hào)釜熱量衡算(目的確定沖冷油量) Q2入＝Q1出＝ kJ/h Q2反＝180。＝ kJ/h Q2攪＝55180。3600＝148500 kJ/h Q2沖入＝0(T2沖＝0) Q2出＝Q2入 Q2夾＝K2Dtm2已知：冷卻鹽水 t進(jìn)＝12℃，t出＝8℃。27180。＝ kJ/h由熱量平衡關(guān)系式知： Q2沖出＝Q2反＋Q2攪－Q2夾Q2沖出＝＋148500－＝ kJ/h冷抽余油用量： 冷卻鹽水用量： 3號(hào)釜熱量衡算(目的確定沖冷油量) Q3入＝Q2出＋Q2沖出＝Q3出＝ kJ/h Q3反＝180。＝ kJ/h Q3攪＝55180。3600＝158400 kJ/h Q3夾＝180。104180。180。180。27180。＝ Q4沖入＝0(T2沖＝0)由熱量平衡關(guān)系式知： Q4沖出＝Q4反＋Q4攪－Q4夾 Q4沖出＝＋168300－＝ kJ/h負(fù)數(shù)表示4號(hào)釜不用沖冷油只用夾套就可以滿足傳熱要求。Q4夾＝Q4反＋Q4攪Q4夾＝＋168300＝ kJ/h冷卻鹽水用量： ⑹1～4號(hào)釜熱量衡算總結(jié)果列表917。⑵聚合釜容積確定按4小時(shí)聚合時(shí)間確定聚合總?cè)莘e需12聚合釜臺(tái)數(shù)臺(tái)圓整為4臺(tái)，則需12聚合釜5臺(tái)。查《聚合物合成設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》P78知，一般釜的高徑比在1～3之間，高徑比大有利于傳熱，但不利于攪拌。②封頭容積及直邊高度確定 圖913封頭選用橢園形封頭，結(jié)構(gòu)如圖913所示。根據(jù)公式得取，則：V實(shí)＝＋＝考慮攪拌器等所占的容積，實(shí)際有效容積約12γ實(shí)⑷夾套直徑及高度確定①夾套直徑確定查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》P180表253知：Di在700～1800mm之間時(shí)，Dj＝Di＋100因Di＝1800mm，所以：Dj＝1800＋100＝1900mm夾套封頭采用橢園形封頭，直徑采用與夾套筒體相同的直徑，其它有關(guān)尺寸數(shù)據(jù)按前面介紹方法查得：h0封39。＝475mm；A封內(nèi)39。＝；G封39。＝；*A1米夾39。＝558kg(S=8mm)②夾套高度確定 圖914 圖915夾套越高傳熱面越大，但過(guò)高會(huì)影響封頭的裝卸。取h39。＝150mm，則：H夾＝－(＋)＝ m校核傳熱面積A＝A封＋A筒＝＋＝即傳熱面積完全滿足工藝要求。其幾何尺寸如圖98所示。⑹聚合釜封頭壁厚確定 設(shè)計(jì)中選用標(biāo)準(zhǔn)橢園封頭，其壁厚計(jì)算公式式中S — 標(biāo)準(zhǔn)橢園封頭的壁厚，mm；Di— 封頭內(nèi)直徑，mm；C — 封頭壁厚附加量，mm；C1— 鋼板負(fù)偏差，mm；C2— 腐蝕余量，mm； C3— 封頭熱加壓成型時(shí)壁厚減薄量，mm；S0— 計(jì)算壁厚，mm；— 設(shè)計(jì)壓力，MPa；— 設(shè)計(jì)溫度時(shí)的許用應(yīng)力，MPa；φ— 焊縫系數(shù)，若為整塊鋼板制造，則φ＝1；查《化工機(jī)械基礎(chǔ)》P362表236，取C1＝；C2＝2mm。查P361表233，?。?33MPa。⑺夾套筒體與封頭壁厚確定夾套選用鋼材為16MnR，其使用溫度范圍為20～475℃。代入上式計(jì)算得：夾套封頭計(jì)算C3＝(S0＋C2)＝(＋2)＝取夾套壁厚為8mm。②攪拌器軸徑確定根據(jù)電機(jī)功率55KW和攪拌轉(zhuǎn)速59rpm，查《攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》表511初選軸徑d39。39。③減速機(jī)的選擇根據(jù)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》上冊(cè)P972表913，選單級(jí)減速X系列行星擺線針輪減速機(jī)。⑽各物料進(jìn)出管管徑確定①釜底、釜頂進(jìn)出料管直徑確定根據(jù)51式進(jìn)行計(jì)算，由物料衡算知V＝；參照《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版P338表1517，并綜合考慮系統(tǒng)粘度情況，取u＝。同理其它管徑確定如下。③氮?dú)馊肟谥睆饺?0mm ，材質(zhì)1Cr18Ni9Ti。⑤鹽水出入口直徑取150mm 16Mn。⒊凝聚釜的確定選用凝聚釜1臺(tái)。；。設(shè)計(jì)主要校核水相與油相的停留時(shí)間。⒌熱水罐取φ26009000；V=50熱水罐1個(gè)。⒍膠液罐取4個(gè)容積為145膠液罐，裝料系數(shù)為80％。⒎引發(fā)劑配制系統(tǒng)設(shè)備確定各種引發(fā)劑配比和單位時(shí)間加入量匯總?cè)缦卤? 序號(hào)引發(fā)劑種類(lèi)配比加入量kg/h稀釋劑加入量L/h合計(jì)1環(huán)烷酸鎳鎳/?。?001002三異丁基鋁鋁/?。?三氟化硼乙醚絡(luò)合物硼/?。?防老劑%5終止劑醇/鋁＝6111⑴濃環(huán)烷酸鎳配制釜配制時(shí)間：50小時(shí)配制1次。其裝料系數(shù)為76％。其裝料系數(shù)為80％。其裝料系數(shù)為80％。②硼劑貯罐選φ50017003；V＝。③乙醇貯罐選φ1800180012；V＝。⑤鎳劑貯罐選φ1800180012；V＝。⑦計(jì)量罐鋁劑計(jì)量罐選用φ50020006；V＝。終止劑、防老劑計(jì)量罐選用φ80016006；V＝。⒏換熱器的選擇⑴丁油進(jìn)料預(yù)熱器、預(yù)冷器①預(yù)熱器加熱蒸汽物性數(shù)據(jù)：（表壓）MPa查《基礎(chǔ)化學(xué)工程》P328得加熱蒸汽的物性數(shù)據(jù)：溫度：179℃；比容積：；密度：；比熱容：；熱導(dǎo)率：；粘度：Pa丁油物性數(shù)據(jù)：組成：79%溶劑油；21%丁二烯(包括少量丁烯)。查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》下冊(cè)有關(guān)圖表，得定性溫度下的物性數(shù)據(jù)并整理如下表918所示。℃)密度r595630656580熱導(dǎo)率lW/(ms熱負(fù)荷： 180。(70－35)＝ kJ/h水蒸氣用量： 247。s公稱(chēng)面積A：3 管子排列方法：D管 長(zhǎng)： 3m 管子外徑d。各種校核略。表919　定性溫度（）下丁油物性數(shù)據(jù)物性nC5H12nC6H14nC7H16溶劑油C4H6丁油Mi728610054Wi(%)7921Xi(%)比熱容CpkJ/(kg℃)動(dòng)力粘度mPa℃)密度r：1245 熱導(dǎo)率l： W/(ms熱負(fù)荷： 180。(35－0)＝ kJ/h冷卻鹽水用量： 根據(jù)工藝條件，選用浮頭式列管換熱器。平均溫差： ℃ 根據(jù)管程冷卻鹽水動(dòng)力粘度查《化工原理課程設(shè)計(jì)》P16表11，取傳熱系數(shù)K為350，則：傳熱面積： 根據(jù)傳熱面積查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》下冊(cè)P145表326選擇FLB60085254浮頭式冷凝器，其結(jié)構(gòu)參數(shù)查P131 表319確定如下：公稱(chēng)直徑DN：600mm 換熱面積A：90公稱(chēng)壓力PN： 管 程 數(shù)：2管程換熱管長(zhǎng)度：6000mm 換熱管規(guī)格：f25180。殼程由《基礎(chǔ)化學(xué)工程》P176知，對(duì)于園缺擋板用下式計(jì)