年产4000吨的聚苯乙烯反应装置设计说明

1、年产 4000 吨的聚苯乙烯反应装置设计88%)1. 生产能力： 4000 吨/年2. 原料：主原料：苯乙烯（溶剂：甲苯（0.025%)引发剂：过氧化壬二酸二叔丁酯3. 主原料粘度：0.72Pa s密度： 0.297g/ml相对密度： 0.9019比重： 88% 反应过程：四釜串联生产过程 转化率： 84%目录1.1 聚苯乙烯简介1.2 聚苯乙烯性能与应用1.3聚苯乙烯生产工艺2.基本条件设定2.1温度2.2反应装置2.3搅拌装置3反应装置3.1工艺条件3.2反应装置体积计算4搅拌装置4.1尺寸4.2功率，转速4.3电机5结论1.1聚苯乙烯简介苯乙烯为无色或微黄色易燃液体。有芳香气味和强折射性

2、。不溶于水，溶于乙醇、 乙醚、丙酮、二硫化碳等有机溶剂。苯乙烯的熔点为30.6 C,相对密度为0.9019，沸点为145.2 C,折射率1.5463，闪点为31C，临界温度为373C，临3界压力为4.1MP& 密度：1.05 g/cm聚苯乙烯是质硬、脆、透明、无定形的热塑性塑料。聚苯乙烯的比重是1.0571.070克/厘米肤光泽和润滑感，是代替滑石粉和二氧化硅的高级填充剂。1.3。热变形温度70C一 98 C，与配方及后处理有关。聚苯乙 烯的透明度达8892%折光率为1.5921.60，由于这样高的折光率使它有良好的光泽。聚苯乙烯能自由着 色，无嗅无味无毒，不致菌类生长。具有良好耐水、

3、耐光和耐化学性能，特别是具有优异的电绝缘性能和 低吸湿性。其主要缺点是机械强度不高，质脆，耐热性低并易燃。聚苯乙烯的识别特征：为无色透明，无延展性，似玻璃状材料，制品落地或敲打时具有金属的清脆梯“叮当”声。1.2。聚苯乙烯具有很小的吸水率，在潮湿环境中其形状和尺寸的变化都很小。热绝缘性也很好。聚苯乙烯具有优良的电绝缘性能，尤其在高频条件下介电损耗仍然很小，是优良的高频绝缘材料6聚苯乙烯易燃烧，且离火后仍继续燃烧，火焰呈橙黄色，并有浓黑烟碳束，燃烧时塑料软化，起泡并发出特殊的苯乙烯单体味。聚苯乙烯的主要缺点是脆性大，若是成型制品的热处理不恰当，制品中存在较大内应力时，在使用中制品可能自行开裂。聚

4、苯乙烯被广泛应用于光学工业中，这是因为它有良好的透光性所致，可制造光学玻璃和光学仪器 7，也可制作透明或颜色鲜艳的，诸如灯罩、照明器具等。聚苯乙烯还可制作诸多在高频环境中工作的电气元器件和仪表等。单独使用聚苯乙烯作制品，脆性大，而在聚苯乙烯中加人少量其他物质，如丁二烯即可明显降低脆性，提高冲击韧性，这种塑料叫抗冲击聚苯乙烯，它的力学性能大为提高，苯乙烯丙烯腈（SANSAN是 Styrene Acrylonitrile的缩写。苯乙烯丙烯腈是苯乙烯丙烯腈的共聚物，是一种无色透明，具有较高的机械强度的聚丙烯基工程塑料。SAN的化学稳定性要比聚苯乙烯好。SAN类产品的透明度和抗紫外性能不如聚甲基丙烯酸

5、甲酯类产品但是价格相对便宜。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 （ABSABS是 Acrylonitrilebutadiene styrene 的缩写。这种塑料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物。具有高强度，低重量的特点。是常用的一种工程塑料之一。SBS橡 胶SBS橡胶是一种聚（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）结构的三段嵌段共聚物。这种材料同时具有聚苯乙烯和聚丁二烯的特点，是一种耐用的热塑性橡胶。SBS橡胶经常被用来制造轮胎。聚苯乙烯易加工成型，并具有透明、廉价、刚性、绝缘、印刷性好等优点。可广泛用 于轻工市场，日用装璜，照明指示和包装等方面。在电气方面更是良好的绝缘材料和隔热保温材料，可以制作各种仪表外壳、

6、灯罩、光学化学仪器零件、透明薄膜、电容器介质层等。2可用于粉类和乳液类化妆品。用于粉饼有很好的压缩性可改善粉的黏附性能。赋予皮3（1）通用级聚苯乙烯，是以苯乙烯为单体经过自由基聚合或离子型聚合制得的。生产方法有本体聚合法、溶液聚合法、悬浮聚合法和乳液聚合法等。目前工业化生产所采用的主要是悬浮聚合法和本体聚合法。（2） 1.本体聚合法将苯乙烯单体送入预聚釜中，再加入少量添加剂和引发剂 ，于95115C下加热搅拌进行预聚合,待转化率达到20%- 35%之后,再送入带有搅拌器的塔式 反应器内进行连续聚合反应。聚合温度逐段提高到170 C左右，以达到完全转化。少量未反应的苯乙烯从塔顶放出，并可回收再用

7、。聚合物连续从塔底出料 ，经挤出造粒即得成品，包装 后出厂。（7）本体聚合法是聚苯乙烯树脂的最主要生产方法，用于通用型PS于HIPS注塑料的生产。为了便于去除聚合热以控制反应速率、降低熔融物的粘度以及生产HIPS时防止橡胶分子的交联，加有少量溶剂甲苯或乙苯。此情况下不同于加有大量溶剂的溶液聚合法。单体苯乙烯以及少量溶剂，有些情况下还加有引发剂，连续送入第一个反应器中，反应器组由35个反应器组成，反应器形状与结构因去除聚合热的方式和熔融物料的混合方式的 不同而不同。反应条件根据生产聚苯乙烯分子量的要求、物料在反应器中停留的时间，即要求的生产量来决定。当所用溶剂数量一定时，提高反应温度和生产速度则

8、分子量降低。在多区反应器中或一组反应器中，反应温度随转化率的提高而提高，以保持相对稳定的反应速度和放热速度。对于热聚合，反应温度一般为120180 C范围，如加有引发剂，则此温度下限范围可扩展至90C。（3） 悬浮聚合法2.悬浮聚合法 以苯乙烯为单体，水为介质，以明胶或淀粉、聚乙烯醇、羟乙基纤维素等保护胶或碳酸镁、硅酸镁、磷酸钙等不溶性无机盐等为分散剂，顺丁烯二酸酐-苯乙烯共聚物钠盐为助分散剂 ，以过氧化苯甲酰为引发剂，在85 C左右进行引发聚 合。也可不用引发剂，在高压聚合釜中于100C以上的高温下进行高温聚合。聚合物经洗涤、 分离、干燥即得无色透明的细珠状树脂。（8）单体油相与水相的比例在

9、 0.8 : 12 : 1范围，苯乙烯悬浮聚合在釜式压力反应器中间歇操作，开始反应温度为 80C，逐渐提高到140C左右。反应时间为 524h,然后经酸洗使 分散剂溶解，再经离心分离脱除水后干燥、添加必要助剂与颜料后挤出造粒得到成品粒料。本设计由于以甲苯为稀释剂，故采用的是溶液本体法。溶液聚合是将单体和引发剂溶于适当溶剂中进行的聚合反应。其基本组成由分单体、引发剂、溶剂组成，聚合场所在溶液内，是均相介质。溶液聚合的优点是散热控温容易，可避免局部过热，体系粘度较低，能消除凝胶效应。其缺点是溶剂回收麻烦，设备利用率低、聚合速率慢、分子量不高。2. 1目前工业上高温苯乙烯本体聚合在120 170C上

10、进行热聚合。本体聚合采用分段聚合，以解决本体聚合的散热问题，各段温度均不相同，预聚温度为115125C,三台聚合釜的反应温度分别为 125150 C、150160 C、155165C。2.2本反应采用搅拌釜反应器。由于此设计是苯乙烯的聚合反应，可以近似看作是液-液反,第一个釜为预聚合釜。采用上加料,应，产量要求不大，因而本设计选用立式搅拌反应釜 底出料方式。2.3搅拌装置的主要作用是强制物料流动，强化传热与传质效果；使物料充分接触，均匀混合。因此搅拌釜反应器对各种反应体系适应性强，操作弹性大，适用温度和压力范围广，既可用于间歇操作，又可用于连续操作。苯乙烯单体聚合反应中，聚合物是熔融状态，随着

11、聚合过程的进行粘度逐渐增大。粘度在75 Pa.s以下，可用涡轮式搅拌器。当搅拌速度很高时，容易产生漩涡，大大降低了液体 内部的混合效果，为了增加液体的剪切作用，加强搅拌的激烈程度，常在釜体内靠近器壁的地方装上挡板，增大被搅拌液体的湍流程度，改善搅拌效果。3.1.工艺条件：预聚温度为115125C,三台聚合釜的反应温度分别为125150C、150160 C、155165C ;采用少量甲苯作为溶剂，溶剂量为12%引发剂选用过氧化壬二酸二叔丁酯，搅拌时间 45 h，加料和出料时间为 1h,最终转化率达84%反应周期：由于温度、溶剂、搅拌速度、搅拌时间等影响，聚合物的聚合度不同。热引发的苯乙烯单体聚合

12、的反应级数一般认为是一级或二级反应，本设计采用一级引发的机理计1算。则取K=0.44 h ，要求聚苯乙烯转化率 84%计算反应时间换成自己的转化率辅助时间设为t=1 h圆整为6h热引发本体聚合制备年产4000吨聚苯乙4到5级反应釜进行反应，要求聚苯乙烯转'4.027 1 5.027h操作周期物料衡算:烯，每年工作330天，苯乙烯单体聚合一般采用化率84%以氮气为保护气，以甲苯为溶剂，甲苯在反应液中质量分数为12%则苯乙烯的质量分数为88%物料衡算：热引发本体聚合制备年产 4000吨聚苯乙烯，每年工作 330天，苯乙烯单 体聚合一般采用4到5级反应釜进行反应，要求聚苯乙烯转化率 83%以

13、氮气为保护气，以 甲苯为溶剂，甲苯在反应液中质量分数为12%则苯乙烯的质量分数为 88%下面都按自己的产量算苯乙烯每天需投入量：GA (2500 1000)/0.83 9127.42kg330则物料每天的投入总量：GD Ga/0.88 9127.42/0.88 10372.07kg甲苯每天投入的总量：GB GD Ga 10372.07 9127.42 1244.65kg反应总体积计算:每天生产批次为n24246由密度与温度的关系图查得，反应温度为150 C下反应液的密度3833kg/mgd10372.07833312.45m每批处理体积量Vr12.4543.1125m3取填料系数为0.7反应器

14、所需容积为VTVr 31125 4.45m30.7假设用一只反应釜，即m=1,得 mVT 1 4.454.45m33求得：Vt 4.45m因此本设计用一只反应釜计算。取反应釜H / Di 1.3Vt得 Di 1.63m 圆整为 2m=2000mm确定封头尺寸本设计选用椭圆形封头标准件，它的内径应该与筒体内径相同，即封头公称直径为Di 2000mm，因此根据化工机械基础（第二版）附录中有关筒体和封头数据，查得封头公称直径为 Di 2000mm时，封头容积v封1.126 m3 ,封头总高度h封 525mm。VT 2V封筒体高度HT封y 0.7m 圆整为1.0m0.785 Di釜体实际高度为：H&#

15、39; H 2h封2.05mD：H 0.262D；5.24m34实际长径比：H'/D2.05 21.025反应器最高液位高度:Vr V封hmax=h封 0.785 D20.5253.1125 1.1260.785221.16m苯乙烯体积收缩系数:0.174按圆整后的筒体高 H'/Di度修正实际的容积，则 V实最低液位高度h min矗寸)Vr(10.785 Di红 0.525(1 °.174)3112520.785 21.1260.98m四、搅拌装置1.尺寸：本实验选择涡轮式，用圆盘涡轮式搅拌桨。由于桨叶直径D与釜径Di的比值范围0.20.5，取0.5，故D=1m叶轮距釜底高度 h (0.21)D 取0.2故 h=0.2m叶片宽度 b=( 0.1250.25)D 取 0.25故 b=0.25m2.转速与功率:转速：由于本设计选取圆盘涡轮式搅拌桨，故 N 丄 61.91r/s 114.65r/minD 3.14 1u=410m/s，取u=6m/s查资料得反应液的黏度=0.72 Pa.s，又反应液的密度833kg/m3NReND2833 1.91 120.722210据几何条件，圆盘涡轮式搅拌桨,4块宽度为0.1的挡板,b/D=1/5查得与Re值的对应的3.2Np3.2p nP n3 d53.2 8333541.9111.