yunyu毕业论文最终复习过程

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。yunyu毕业论文最终毕业设计（论文）题目:年产5万吨12淡色啤酒工厂工艺设计教学院：化学与化工学院专业名称：化学工程与工艺（生物化工）学号：201140810101学生姓名：冯立建指导教师：邹涛2015年5月9日原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名:日期:年

2、月日摘要本设计是以生产苯丙乳液为主要目的的，简明的介绍了苯丙乳液的研究现状。并且由各种合成工艺路线的综合评价以及分析比较之后，选取最为合理的生产工艺流程。通过对每一批物料的进料量和反应热的相关计算，进而选取最佳的换热方式以及相关设备。按照测得的物料粘度选取最佳的搅拌器，确定其搅拌功率，这样才能最终按照50000吨/年苯丙乳液的设计目的要求来设计出主要设备聚合釜，与此同时能对其工艺来进行设计，绘制出最佳的工艺流程图。关键词：苯丙乳液；搅拌装置；聚合釜ABSTRACTThispaperproductionstyrene-acryliclatexforthepurpose,expoundsthepr

3、esentsituationofthestudystyrene-acryliclatex,throughvarioussynthesisprocessroutecomprehensiveevaluation,theanalysisandcomparison,thechoiceofreasonableproductionprocess,determinetheeconomicandreasonableprocessflow.Calculatedeachbatchofmaterialfeedrate,reactionheat,tochooseasuitableheattransfermethods

4、andequipment.Accordingtothemeasurementofmaterialviscositychooseappropriatemixerandmixingpower,andintheendto40000tons/yearstyrene-acryliclatexdesignspecificationsofthemainequipment-polymerizationkettle,anditstechnologicalengineeringdesign,drawreasonableprocessflowdiagram.Keyword：Styrene-acrylicemulsi

5、on;theproductionprocess;stirringdevice;polymerizer.目录TOCo1-2hzuHYPERLINKl_Toc450075837摘要PAGEREF_Toc450075837h3HYPERLINKl_Toc450075838ABSTRACTPAGEREF_Toc450075838h4HYPERLINKl_Toc450075839第一章概述PAGEREF_Toc450075839h1HYPERLINKl_Toc4500758401.1苯丙乳液PAGEREF_Toc450075840h1HYPERLINKl_Toc4500758411.2苯丙乳液发展简况P

6、AGEREF_Toc450075841h1HYPERLINKl_Toc4500758421.3研究目的和步骤PAGEREF_Toc450075842h2HYPERLINKl_Toc450075843第二章厂址选择及工厂总平面设计PAGEREF_Toc450075843h3HYPERLINKl_Toc4500758442.1厂址选择PAGEREF_Toc450075844h3HYPERLINKl_Toc4500758452.2总平面设计PAGEREF_Toc450075845h3HYPERLINKl_Toc450075846第三章工艺流程设计PAGEREF_Toc450075846h4HYPER

7、LINKl_Toc4500758473.1工艺方案的确定PAGEREF_Toc450075847h4HYPERLINKl_Toc4500758483.2工艺原理PAGEREF_Toc450075848h5HYPERLINKl_Toc4500758493.3设计原则，依据和指导思想PAGEREF_Toc450075849h6HYPERLINKl_Toc450075850第四章原料，配方设计及选型依据PAGEREF_Toc450075850h7HYPERLINKl_Toc4500758514.1原料的用量PAGEREF_Toc450075851h7HYPERLINKl_Toc4500758524.

8、2选型依据PAGEREF_Toc450075852h8HYPERLINKl_Toc4500758534.3搅拌设备的传热PAGEREF_Toc450075853h10HYPERLINKl_Toc4500758544.4确定传热方式PAGEREF_Toc450075854h12HYPERLINKl_Toc4500758554.5搅拌器PAGEREF_Toc450075855h13HYPERLINKl_Toc450075856第五章工艺计算PAGEREF_Toc450075856h17HYPERLINKl_Toc4500758575.1物料衡算PAGEREF_Toc450075857h17HYPE

9、RLINKl_Toc4500758585.2热量衡算PAGEREF_Toc450075858h18HYPERLINKl_Toc450075859第六章设备计算PAGEREF_Toc450075859h20HYPERLINKl_Toc4500758606.1反应釜设计PAGEREF_Toc450075860h20HYPERLINKl_Toc4500758616.2传热面积PAGEREF_Toc450075861h21HYPERLINKl_Toc4500758626.3确定筒体厚度PAGEREF_Toc450075862h22HYPERLINKl_Toc4500758636.4夹套的设计38PAG

10、EREF_Toc450075863h23HYPERLINKl_Toc4500758646.5拌器设计39PAGEREF_Toc450075864h23HYPERLINKl_Toc450075865第七章环境保护及末端治理PAGEREF_Toc450075865h25HYPERLINKl_Toc4500758667.1环境现状PAGEREF_Toc450075866h25HYPERLINKl_Toc4500758677.2主要污染源与污染物PAGEREF_Toc450075867h25HYPERLINKl_Toc4500758687.3对策和措施PAGEREF_Toc450075868h25HY

11、PERLINKl_Toc450075869第八章工业卫生与劳动安全PAGEREF_Toc450075869h26HYPERLINKl_Toc4500758708.1工业卫生措施PAGEREF_Toc450075870h26HYPERLINKl_Toc4500758718.2劳动安全措施PAGEREF_Toc450075871h26HYPERLINKl_Toc450075872参考文献PAGEREF_Toc450075872h28HYPERLINKl_Toc450075873致谢PAGEREF_Toc450075873h30第一章概述1.1苯丙乳液苯乙烯以及丙烯酸酯共聚物乳液涂料同时又被称作为苯

12、-丙乳液涂料，是一种用苯乙烯改性的丙烯酸酯系共聚物乳液涂料，笨丙乳液是采用苯乙烯部分或者是全部代替纯丙乳液中的甲基丙烯酸甲酯。因为是在共聚物中引入了一部分的苯乙烯链段,能有效的提高其作为涂膜的耐水性、耐碱性、硬度、抗污性以及抗粉化性。苯丙乳液为乳白色液体，液体是带有蓝光。固体含量是4045，粘度是801500mPas，单体残留量为0.5%，pH值一般在89左右。苯丙乳液的附着力相当好，而且胶膜十分透明，耐水、耐油、耐热、耐老化性能都非常良好，不仅可以用来作为纸品胶粘剂，还可以与淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠等胶粘剂一起配合来使用。此物一般贮存于530的库房内，贮存期一般不会超过1年。该涂料的保

13、光性、保色性、户外耐久性、抗污性不错,还有对填料粘结强度相当高;同时还可以用来配制高光泽乳液涂料；考虑到经济原因，其成本比纯丙乳液涂料低上不少。这种涂料不仅仅能供水泥沙浆、灰泥沙浆、木材、混凝土底材的涂装,还能有效的配制沙浆喷涂漆和水泥系涂料，当然也可以大量地用来作为外墙的涂料。这类涂料用途十分广泛，在乳液涂料总产量中占有一席之地，是一类非常具有发展前途的乳液涂料。1.2苯丙乳液发展简介乳化剂体系的研究进展主要是由50-60年代开始，在当时，人们研究比较多的是表面活性引发剂和表面活性链转移剂；苯丙乳液的研究热潮是出现在20世纪末和21世纪初，随着可聚合乳化剂的优异性能慢慢被人们所发现，研究也就

14、越来越集中在可聚合乳化剂上面了。极具有代表性的研究是由欧盟资助、GuyotA3等领导的由8个学术和5个工业实验室联合进行的系统性研究。这些实验室系统性地研究了可以影响可聚合乳化剂应用性能的诸多影响因素，与此还探讨了怎么做才能使可聚合乳化剂达到他们所预期的最佳使用效果。从那以后的系统研究逐渐减少，人们开始热衷于进行新结构反应型乳化剂的合成与性能的研究，期望着可以找到性能更加优异的品种和开拓其应用领域市场等。另一方面，近些年来，研究相对多的是将可聚合乳化剂应用到微乳聚合中得以来制备无机或者是有机纳米粒子。我国国内有关反应型乳化剂的研究是近几年才开始兴起，就眼前而言，较为热门的几种可聚合乳化剂有阴离

15、子型、阳离子型马来酸酯类的和丙烯酰胺可聚合乳化剂等。这几年，在乳液聚合理论和技术发展的基础上，发现了有机-无机纳米复合高分子乳液，材料的复合也已经开始从单纯的机械共混逐步扩大发展到了亚微观的有机复合21。纳米复合高分子乳液中一相为有机聚合物相，另一相为无机相合物相，该类型的复合材料与常规的聚合物无机填料复合体系不同，不仅仅在于有机相与无机相的简单混合，而更为重要的是两相在纳米尺寸范围内可以复合而成的。有机-无机复合乳液聚合是把有机物和无机物的长处结合起来的一种新型乳液聚合技术。无机材料具有硬度高、耐老化、耐溶剂、价廉等长处，与此同时有机材料具有成膜性好、柔韧性好、可选择性强等优点。用有机-无机

16、复合乳液聚合所得来的高分子乳液具有着与生俱来的强大优势，比如说附着性能好、耐水性好、透气透湿性高、抗粘连性、力学性能好等优点，在化工、电子学、光学、机械、生物学等领域展现出广阔的应用前景，市场前景无比灿烂。就现在而言，有机-无机复合乳液聚合最关键的技术是要解决有机、无机两种材料的界面亲和性，高性能有机硅-丙烯酸酯复合乳液是有机-无机复合乳液聚合最典型的代表22。1.3研究目的和步骤本课题是以生产苯丙乳液为目的，通过研究合成工艺路线的差异，来选择最佳的且经济合理的工艺流程，设计的装置中的主要设备聚合釜。由于设计需要每一批的进料量、反应时所放出热量的速率、以及物料的粘度、密度和比热等数据，因此本设

17、计工作主要分为两步来进行：1、资料收集：通过查阅有关资料来确定物料的进料比、反应时间、反应温度等相关的操作条件，通过生产需求来确定实际生产的进料量，可以为工艺设计提供极其重要的计算数据，测产品的粘度密度等都要作为设计依据。2、设计计算：知道生产的进料量，进行物料衡算、热量衡算；根据相关工艺操作要求，设计出合适高效的操作方式和生产工艺；再就是设备的选型问题、计算得出聚合釜的主体尺寸；绘制出工艺流程图以及聚合釜总装图。第二章厂址选择及工厂总平面设计2.1厂址选择2.1.1厂址选择的原则1、符合当地城镇总体发展规划的要求，并尽量与附近企业相配合。2、面积和外形要满足啤酒生产工艺的要求，并留有适当的扩

18、建余地。3、厂址地形宜平坦，地面倾斜坡度最好不超过3%,便于厂区运输线路布置。2.1.2厂址选择从投资和经济效益考虑1、较方便的运输条件，距离公路或专用铁路最短为好，以节省投资。2、有一定供电条件，满足生产需要。3、所选厂址附近不仅有充足的水源，而且水质应较好。2.1.3厂址选择结果本设计综合以上各种因素，经过半个月的探访和实地考察，由于上窑发展较早，厂房建设较为密集，、金属等重污染行业，有完善的污水处理系统，及消防系统，利于工厂进驻。所以初步选择了黄石市上窑作为工厂的厂址。2.2总平面设计2.2.1总平面的设计的原则和要求总平面设计必须符合国家各项方针的前体下，符合防火，卫生规范，尽可能节约

19、用地，不占或少占农田，少劳动强度，节约建筑材料3。厂区占地面积包括厂区建筑物，露天原料，产品堆场，道路管廊，绿化用地等。第三章工艺流程设计3.1工艺方案的确定传统乳液聚合方法得到的苯丙乳液。最低成膜温度(MFT)比较高，常温下不能成膜,大大限制了它的应用范围。靠传统的聚合方法是不能解决这一问题的。核壳乳液聚合生成具有异相结构的胶粒，能很好地解决这一问题。制备核壳乳液最常用的方法就是种子聚合。乳液聚合是制造合成聚合物的主要实施方法之一。目前在世界范围内的乳液聚合法用来大量的制备各种类型乳液聚合物和聚合物乳液，其产品已广泛的应用于各个技术领域中，成为不可缺少的材料或工作物质。由于乳液聚合体系粘度低

20、，反应中心乳胶粒直径小，故容易散热；乳液聚合反应即可具有高的聚合反应速率，又可获得高分子量的聚合物，再者进行乳液聚合所用设备简单，工艺流程较短，不要求高温高压的反应条件，操作方便，技术容易掌握，生产灵活性大。同时聚合物乳液以水为介质，便宜，易得，不污染环境，不会对从事聚合物乳液生产和应用的操作人员造成人体伤害，且聚合物乳液可以直接用作涂料、粘合剂等性能优良的材料或工作物质，所以，许多年来乳液聚合科学与技术一直保持长盛不衰，乳液聚合理论、聚合物乳液和乳液聚合物的工业化生产和应用技术都得到了快速的发展。本实验采用种子乳液聚合法。3.1.1反应时间的选择25固定乳化剂质量分数为3%，引发剂用量质量分

21、数0.4%，反应温度80时，温度对黏度的影响，由图3-1可知，选择反应时间为3小时比较合适。3.1.2产品主要技术性能指标外观：带有蓝色荧光的白色乳液固含量：(402)%pH值：78粘度：801500mPas最低成膜温度：15图3-1乳化剂质量分数对粘度影响3.2工艺原理乳液聚合是以水为连续相（分散剂），在表面活性剂（乳化剂）存在下，使聚合反应发生在由乳化剂形成的乳胶粒内部（即表面活性剂形成的胶束作为微反应器），制备高分子材料的一种方法。乳液聚合技术较本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合相比较，有许多重要特点、优点，既可制备高分子量的聚合物，又有高的聚合反应速率。反应体系易散热，有利于聚合反应的控制。

22、生产设备和工艺简单，操作方便，灵活性大，代表了环境保护技术的发展方向，很多场合下，聚合物乳液可直接利用。因此，近年来乳液聚合技术发展很快，特别是在聚合技术上派生、发展了多种新技术、新方法。乳液聚合体系主要有四大组分：单体、分散介层（水）、乳化剂、引发剂，其次还有用了pH调节并改善乳液流动性的电解层，pH调节用的中和剂等。依据反应单体与反应性质，来选用不同的乳化剂。乳化剂是决定乳液稳定性的最主要因素，对反应速率、乳液粘度、胶粒尺寸等也有很主要的作用。乳化剂的选择除单体要求的种类外，一般以体系要求的HLB值决定其配比和用量，而且多以非离子型与离子型乳化剂复配，常用的乳化剂如下：用于乳液聚合的引发剂

23、主要是以过氧化氢为母体的衍生物，如过硫酸铵（NH4）2S2O8、过硫酸钾K2S2O8、有机过氧化氢，对某些体系，还可采用其他热分解引发剂如芳基偶氮氨基化合物等。经典的乳液聚合物工艺的定性理论（用以描述乳液聚合体系中各种物料所处的状态及它们之间的相互影响、相互作用和相互转化规律）将乳液聚合过程分为四个阶段：分散阶段：乳化剂在分散相（水）中形成胶束：加入部分单体后，在搅拌作用下，部分形成单体珠滴、部分增溶在乳化剂形成的胶束中或溶解在水相中。乳化剂、单体化水相、单体珠滴和胶束之间建立动态平衡。阶段（成核阶段）：水溶性引发剂加入到体系中后，在反应温度下引发剂在水相中开始分解出初始自由基，或扩散到胶束中

24、或在水相引发聚合，或扩散到单体珠滴中。无论那种情况都可引发单体聚合形成乳胶粒。阶段（乳胶粒长大阶段）：聚合反应发生在乳胶粒中，逐渐加入的单体形成单体珠滴，单体由单体珠滴通过水相扩散到乳胶粒中，在其中进行聚合反应，使乳胶粒长大，此时，乳化剂和导体在乳胶粒、水相和单体珠滴间建立动态平衡。单体珠滴消失。标志阶段结束。阶段（聚合反应完成阶段）：在该阶段，胶束和单体珠滴都不见了。绝大多数未反应的单体集中在乳胶粒内部，只有极少数的单体溶解在水相中，单体和乳化剂在水相和乳胶粒之间建立动态平衡。水相中的引发剂分解出自由基，扩散到乳胶粒中，在乳胶粒中引发聚合，使乳胶粒中的单体逐渐降低。使单体转化率达到最大至反应

25、结束。3.3设计原则，依据和指导思想3.2.1设计原则（1）本设计每一环节都遵循国家政策、法律、法令及行业规范；（2）在结合国情的前提下，采用世界先进生产工艺，合理的控制生产开销、坚决保证生产的安全以及对三废的严格处理。（3）采用国内现有生产的成套设备；（4）成品标准按国家标准、行业标准执行。3.3.2设计依据（1）依据学校下达的毕业设计任务书；（2）依据实习公司的有关资料；（3）依据图书馆及网上查询的有关资料。3.3.3指导思想(1)为了保证产品的高质量和生产过程的安全，采用悬浮聚合工艺；(2)生产过程采用自动化控制，机械化操作；(3)对于可能出现的危险，安装报警消防设施；(4)为达到环保要

26、求采用技术成熟的溶液聚合方法，并对生产过程中排放出来的废物进行处理；(5)为保证生产正常的进展和操作便利以及工作人员的安全，厂房、车间、设备的布局一定要严格执行土建标准。第四章原料，配方设计及选型依据4.1原料的用量4.1.1单体用量23不同的单体具有不同的性能，一种单体均聚物一般不具备全面的性能(表4-1)，需选用多种单体进行共聚合成。丙烯酸丁酯玻璃化温度较低，是一种软单体。如其含量较高，则产品强度低，但成膜性好。苯乙烯玻璃化温度较高，是一种硬单体，如其含量较高，则产品强度高，但成膜性差。故二者共用，通过调整比例，可使乳液性能较为理想。表4-1不同单体的性能性能成膜性硬度拉伸强度附着力耐湿性

27、耐热性耐紫外线丙烯酸丁酯有很软很低良好一般良好良好苯乙烯无硬高良好优优一般4.1.2乳化剂的选择和用量23在乳液聚合中，乳化剂的性能影响聚合反应的速度、相对分子质量大小及分布、乳胶粘度和稳定性。阴离子乳化剂赋予乳液较好的机械稳性；非离子乳化剂赋予乳液较好的化学稳定性。经实践对比，选用阴离子型乳化剂十二烷基硫酸钠与非离子型乳化剂op-10组成复合体系，可提高乳液的稳定性，解决胶体易破乳问题，同时根据乳化剂对粘度的影响，其最佳用量：十二烷基硫酸钠为0.6%，op-10为0.3%。图1乳化剂质量分数对粘度影响4.1.3引发剂的用量23引发剂是聚合反应的触媒。用量少则反应不完全，用量大则反应剧烈甚至爆

28、聚。因此适当的用量不仅可使聚合过程稳定，而且也可使聚合反应完全。一般引发剂用量占单体量的0.2%0.7%之间24，经实验，一般选择过硫酸铵为引发剂，用量为0.4%。4.2选型依据4.2.1总体概述为反应温度分布均匀，需使用搅拌反应釜。典型的搅拌反应器如图4所示，它主要由搅拌罐、搅拌装置和轴封三大部分组成。搅拌罐包括罐体、加热装置及附件。罐体为一个提供化学反应空间的容器。由于化学反应一般都要吸收和放出热量，因此在容器的内部或外部设置加热或者冷却装置。例如在容器外部设置夹套，或者在容器内部设置蛇管；为了与减速机和轴封相连接，顶盖上要焊装底座；为了便于检修内件及加料和排料，需要装焊人孔，手孔和各种管

29、件；为了在操作过程中有效地监视和控制物料的温度，压力和料面高度，则需要安装温度计，压力图4表，液面计，视镜和安全泄放装置；有是为了改变物料流型，增强搅拌强度，强化传质和传热，还要在罐体的内部焊装挡板和导流筒。另外，在罐体上还需设置工艺接管等附件，但是随着附件的增加，往往会给设备的制造和维修带来很多麻烦，增加设备制造和维修费用。所以在确定搅拌罐结构的时候应全面综合考虑，使设备满足生产工艺要求有做到经济合理，实现最佳化设计26。4.2.2罐体的长径比选择罐体的长径比应考虑的主要因素有3个方面，即长径比对搅拌功率的影响，对传热的影响以及物料搅拌反应特性对长径比的要求。罐体长径比对搅拌功率的影响一定结

30、构型式搅拌器的桨叶直径同与其装配的搅拌罐罐体内径通常有一定的比例范围。随着罐体长径比的减小，即高度减小而直径放大，搅拌器桨叶直径也相应放大。在固定的搅拌轴转数下，搅拌器功率与搅拌器桨叶直径的5次方成正比。所以，随着罐体直径的放大，搅拌器功率增加很多，这对于需要较大搅拌作业功率的搅拌过程是适宜的，否则减小长径比只能无谓地消耗一些搅拌器功率，长径比则可以考虑选得大一些。罐体长径比对传热的影响套传热有显著影响。容器一定时长径比越大则罐体盛料部分表面积越大，夹套的传热面积也就越大。同时长径比越大，则传热表面距离罐体中心越近，物料的温度梯度就越小，有利于提高传热效果。因此单从夹套传热角度考虑，一般希望长

31、径比取得大一些。物料特性对罐体长径比的要求某些物料的搅拌反应过程对罐体长径比有着特殊要求，例如发酵罐之类，为了使通入罐内的空气与发酵液有充分的接触时间，需要有足够的液位高度，希望长径比取得大一些。根据实践经验，几种搅拌罐的长径比大致如表4-2。表4-2几种搅拌罐的长径比种类设备内物料类型H/D一般搅拌器液-固相或液-液相物料11.5气液相物料发酵罐类.4.2.3装料系数26选择了罐体长径比之后，还要根据搅拌罐操作时所允许的装满程度考虑选择装料系数，然后经过初步计算，数值圆整及核算，最终确定筒体直径和高度。反应液体积VR与反应器实际体积VT有如下关系：VRVT（m3）（11）设计时应合理地选用装

32、填系数值，尽量提高设备利用率。通常可取0.60.85。如果物料在反应过程中起泡沫或呈沸腾状态，应取低值，约0.60.7；如果物料反应平稳，取0.80.85（物料黏度较大可取大值）。4.2.4确定筒体直径和高度27知道了筒体的长径比和装填系数之后，还不能直接算出筒体直径和高度，因为当筒体直径不知道时封头的容积就不知道，罐体全容积也不能最后知道。查表【7】标准椭圆封头的体积为0.131D3、h封=D/4。令：h为釜体直边高、H为反应器釜体总高度，则：H=h+2h封=h+D/2=1.5D若取H/D=1.5，则有：h=DVT=D2h/4+0.262D3=D3/4+0.262D3=1.047D3（12）

33、所以D=（13）圆整后查表【7】选取公称直径。所以，釜直边高h=(VT-2V封)/0.785D2（14）再重新计算H及新的长径比，大致符合要求便可。4.3搅拌设备的传热4.3.1传热方式反应器的加热和冷却有多种方式。可在容器的外部或内部设置供加热或冷却的换热装置，例如在容器外部设置夹套，在容器内部设置蛇管换热器等，一般用的最普遍的采用夹套传热的方式。4.3.2夹套传热传热夹套一般由普通碳钢制成，它是一个套在反应器筒体外面能形成密封空间的容器，既简单又方便（如图6）。夹套上设有水蒸汽、冷却水或其他加热、冷却介质的进出口。如果加热介质是水蒸气，则进口管应靠近夹套上端，冷凝液从底部排除；如果传热介质

34、是液体，则进口管应安置在底部，液体从地步进入，上部流出，使介质能充满整个夹套的空间。有时，对于较大型容器，为了得到较好的传热效果，在夹套空间装设螺旋导流板，以缩小夹套中的流体的流通面积，提高流体的流动速度和不避短路，但结构较为复杂一些。夹套的高度决定于传热面积F，而传热面积F是由工艺要求确定。但须注意的是夹套高度一般应不低于料液的高度，应该比器内液面高出50100mm左右，以保证充分传热。根据装料系数，则物料容积V，因此，夹套高度H夹可由下式来估算：H夹（V-V封）/f（15）f=D2/4（16）式中：f筒体横截面积（m2）；D容积内直径（m）；装料系数；V容器容积（m3）；V封封头容积(m3

35、)4.3.3蛇管传热当需要的传热面积较大、而夹套传热在允许的反应时间内不能满足要求时，或是壳体内衬有橡胶、耐火砖等隔热材料而不能采用夹套时，可采用蛇管传热，蛇管的管长与管径之比见表4-3。表4-3管长与管径之比值表蒸汽压力（kgf/cm2）0.451.25235管长与管径最大比l/d1001502002252754.3.4内传热挡板和夹套随着反应器容积的增大，传热问题显得突出起来，光靠夹套已很不够，常常要在反应器内附加传热挡板。传热挡板既可以增加传热面积，移走热量，又可以强化搅拌效果，起破坏涡流控制流型效果。4.4确定传热方式反应釜一般需采用夹套，而夹套又有多种类型各种类型夹套的适用范围见表4

36、-4。表4-4各种类型夹套的使用范围夹套形式温度()压力（kgf/cm2）整体夹套350300616半圆管夹套2801064型钢夹套225625蜂窝夹套25025404.4.1整体夹套的结构类型按照对罐体的包覆程度，夹套可分为4种类型。第一种仅圆筒的一部分有夹套，用在需要加热面积不大的场合。第二种为圆筒的一部分和下风头包有夹套。这种夹套是常用的类型结构。第三种是为减小罐体的外压计算长度L，或者为了实现在罐体的轴线方向分段地控制温度、进行加热和冷却而采用的分段夹套，各段之间设置加强圈或采用能够起到加强圈作用的夹套封口件。这种结构适用于罐体细长的场合。第四种为全包覆式夹套。4.4.2整体夹套夹套的

37、尺寸及连接型式整体夹套和罐体有2种连接型式，即不可拆卸式和可拆卸式。不可拆卸式夹套的结构简单，密封可靠，主要适用于碳钢制的搅拌设备。可拆卸式夹套的连接结构，用在操作条件较差，以及要求定期检查罐体外部表面或者要求定期清洗夹套内污垢的场合。夹套直径确定见表5。表5整体夹套直径的确定Dg500600700180020003000DjDg+50Dg+100Dg+2004.5搅拌器4.5.1搅拌器分类及参数28搅拌器是搅拌槽的核心设备，一般是根据不同的应甩条件和不同的工艺要求而设计的，其主要在于搅拌叶轮的型拭和传动装置有区别。（一）依据叶轮的形状来分有：1桨式有分平桨和折桨两种。其桨宽和叶径之比多为0.

38、10.25，折桨角度为45、60一般只有两片桨叶，桨叶外沿圆周速度为1.05.0ms，转速为1100rpm，适用粘度在2P以下的液体，叶径和槽径之比为0.350.80，个别可达0.9，可安装成单层式或多层式。2涡轮式可分为开启式和圆盘式，如平直叶，弯叶，圆盘平叶，圆盘弯叶等，桨数一般为6片，叶宽与叶径之比为0.150.3(以0.2居多)，叶沿圆周速度为4l0ms，转速为10300rpm，分别适于粘度50P和10P以下的液体，叶径与槽径之比为0.20.5。3推进式一般有三片桨叶，螺距与叶径之比约为12，外沿圆周线速度达315ms，转速为100500rpm，适于粘度在2P以下的液体，叶径和槽径之比

39、为0.20.5。4锚框式也是两叶形式，外沿圆周速度为l5ms，转速为l100rpm，适于粘度小于100P的液体搅拌，叶径与槽径之比达0.90.98，特别用于搅拌范围较大或液体易粘附于槽壁的场合。5螺带式圆周速度一般小于2ms，转速0.550rmin，叶径与槽径之比为0.90.98，适于粘度小于100P的场台。6高剪切式有锯齿式，三角叶式等，适用于需高剪切的情况。（二）依据叶轮所造成的槽内液体循环流动途径来分有（图4-1）1轴向流叶轮特点是直径小，转速高，循环量大，常用于互溶液混合、传热和固体悬浮，特别是沉降速度低、无腐蚀的固体悬浮。一般要求精度在5P。以内，可用于大容积的搅拌槽，其标准形式是螺

40、旋桨式叶轮。2径向流叶轮叶轮施以离心力，沿半径方向流出，上下方补图4-1叶轮所造成的槽内液体循环流动途径充流入。有良好的适应各种操作要求的性能，特别对于粘度高的液体搅拌。4.5.2搅拌器选型48搅拌器是根据不同搅拌目的的工艺要求而造型的。不同工艺过程对槽中流动的能量分配不同，搅拌槽中的混台过程主要以混合是否均匀，即调匀度和以分散集中程度，即分隔尺寸等表示。为了达到一定的调匀度，需要一定的总体流动；为了达到一定的分隔尺度，则需要一定的湍流强度，不同的工艺过程对总体流动与湍流强度有不同的要求。一个好的选型方法最好具备两个条件，一是选择结果合理，一是选择方法简便，而着两点却往往难以同时具备。由于液体

41、的黏度对搅拌状态有很大的影响，所以根据搅拌介质粘度的大小来选型是一种基本的方法。4.5.3搅拌槽体及附件30槽体型式及尺寸槽体型式多为立式，一般用圆形槽碟形底为多，应避免锥底和带棱角的槽，以免固体颗粒在死角处聚积，最好是槽中液深H和槽径之比为1：1，浅槽可为1：2或1：3，深槽在125：1以上时，就需安装多个搅拌器叶轮，一般可按下式求得：叶轮个数实际液体深液体比重槽径每个叶轮间距应为11.5叶径。附件搅拌槽附件包括档板、异流简等1档板其作用是防止浆体打漩，以免固体颗粒因离心力向槽壁聚集和吸入空气；此外，档板还可增大湍动程度。档板为垂直安装在槽内壁，其数量可用“充分档板化”条件确定，所谓“充分档

42、板化”就是再增加档板数而不再能改善搅拌效果的挡板数量，可用下式估算：m(w/d)1.2=0.35（17）式中m“充分挡板化”的档板数；w和d档板宽和叶轮直径。一般取w/d=1/101/12，m=6已足够。档板虽能减少水平环流，提高悬浮效果，但也会在档板的背面形成滞流区，引起固体颗粒的聚积，为此，在档板与槽壁之问常留有一定缝隙，其宽度为档板宽的0.10.15倍。2导流筒其作用主要是确定循环路径以减少短路，同时亦加大筒内液体的搅拌程度。但由于使阻力增加，消耗搅拌器的功率，因此需视具体要求决定是否设置。4.5.4叶轮位置与标准搅拌槽30叶轮一般设在槽中心，叶轮到槽底的距离c约等于叶轮直径d，但对沉降

43、速度较快的固俸颗粒，则应降低安装位置。叶轮直径与槽径之比dD与所选择的叶轮型式有关，常用的范围为：平桨式dD=0.500.83；滑轮式dD=0.330.40；螺桨式dD=0.10.33。由于搅拌槽的几何特性对液体流型与搅拌效果有较大影响，目前已研究确定一种“标准”形式妁搅拌槽，其性能可满足大多数工艺操作过程的要求。其几何尺寸如下：dD=13，H1=d，HD=1;w1d=l5，111=4，Ld=14；wD：l10。此外，叶轮为6片平桨滑轮，安装在直径为s的中心圆盘上。各式中：w1叶轮宽，L一叶片长。4.5.5搅拌器功率的估算30对于不同的工艺过程需要不同的动力，对于一定结构槽体和一定型式的搅拌器

44、，当用某种转速进行搅拌，使搅拌器连续运行所需的动力就是搅拌器的功率。4.5.1影响搅拌器功率的因素搅拌与槽内流动状态有关，因此，影响流动状态的因素也会影响搅拌器的功率。如1搅拌器的几何参数桨叶直径d，桨叶宽w1，桨叶角，转速n，时数m，桨叶片离槽底高c等；2搅拌槽的几何参数：槽径D，槽高H0(液深)，挡板宽w，档板数m，导流筒尺寸等；3搅拌浆体物性参数：浆体密度，粘度，颗粒粒径d，密度s等。4.5.2功率估算方法31本设计采用准数关联法。一般关联式从诸影响搅拌功率的因素中，暂不考虑形状几何参数的影响，其功率有如下函数式：N=n3dj5(n2dj/g)（-lgRe)/式中、依桨型不同，可从表4-

45、5查得。表4-5推进式、涡轮式搅拌桨的、值桨型dj/D3叶推进式0.470.370.330.300.222.62.32.11.7018.018.018.018.018.06叶涡轮式0.300.331.01.010.010.0第五章工艺计算5.1物料衡算5.1.1预乳化液组成（W%）表-1预乳化液组成甲基丙烯酸甲酯(MMA)2%丙烯酸丁酯(BA)24.9%丙烯酸(AA)2%HYPERLINK/suoxie/ZGdkZg.htmlt_blank丙烯腈（AN）2%苯乙烯（St）17.9%十二烷基硫酸钠（SDS）0.6%Op-100.3%去离子水34.45%5.1.2引发剂组成去离子水15.45%；引

46、发剂APS0.4%由于工业操作、物料的转移和反应过程中原料的挥发等，可能会对结果产生一定的影响，因此按照平均转化率带入计算，结果会存在一定的误差。按每年工作300天计算，每天生产三班次，生产乳液M=60000吨/（3003）=55，56吨/次=55.56103kg/次按平均转化率按90.00%来计算，则每批的投料量,由于各物质密度均大于水，故可按1g/ml估算所需反应釜体积：55，56103kkg/90.00%=61.73103kgm水=49.9%61.73103=3.08104kgV水=30800000mlmSDS=0.6%61.73103=3.7102kgVSDS=370000mlmOP=

47、0.3%61.73103=1.85102kgVOP=186000mlmBA=24.9%61.73103=1.54103kgVBA=15400000mlmMMA=2%61.73103=1.23103kgVMMA=1230000mlmAN=2%61.73103=1.23103kgVAN=1230000mlmSt=17.9%61.73103=1.105103kgVSt=11060000mlmAA=2%61.73103=91.23103kgVAA=1230000mlmAPS=0.4%61.73103=2.47103kgVAPS=247000ml总物料V0=V水+VSDS+VOP+VBA+VMMA+VA

48、N+VSt+VAA+VAPS=61.74m3将V0=61.7302106ml修整为VR=60m35.2热量衡算查物性手册得32：摩尔生成焓的估算：Hfo=10.835+BA:Hfo=10.835+53.712-313.545+3(-20.763)+(-45.947)=-357.234KJ/molMMA:Hfo=10.835+64.145+2(-45.947)+(-313.545)=-330.459KJ/molAN:Hfo=10.835+53.713+88.298-(-20.763)=173.608KJ/molKJ/molSt:Hfo=10.835+53.712+(-9.66)=54.887KJ

49、/molAA:Hfo=10.835+53.712+(-396.242)=-331.695KJ/mol密度:BA:0.894999.95=893.96kg/m3MMA:0.9431999.95=943.05kg/m3AN:0.8004999.95=800.36kg/m3St:887kg/m3AA:1.0511999.95=1051.05kg/m3质量进料：BA:15,4899.755=13766.98kgMMA:1.23943.05=1159.95kgAN:1.23800.36=984.44kgSt:11.05887=9801.35kgAA:1.231051.047=1292.79kg水：30.

50、8103kg乳化剂：op-10：154.4kgSDS：308.8kg单体转化率按80%计算，则生产过程中进料单体被转化为产品的量为：BA:13766.9880.00%=11013.5811013.58/128=86.04kmolMMA:1159.9580.00%=927.96927.96/100=9.28kmolAN:984.4480.00%=787.55787.55/53=14.86kmolSt:9801.3580.00%=7841.087841.08/104=75.39kmolAA:1292.7980.00%=829.0661034.23/72=14.576kmol假设全部聚合为一个分子：

51、17BA+2MMA+3AN+17St+3AAHfo=10.835+93n(-20.763)+40n(-3.766)+21n(-45.947)+2n17.119+3n88.298-(-20.763)+3n(-396.242)+17n(-9.66)+19n(-313.545)=10.835-9995.366nkJ/mol聚合物质量：11013.58+927.96+787.55+7841.08+1034.23=21604.4kg分子量：（17128+2100+353+17104+372）n=4519n所以每一批物料的反应热为：（21604.4/4519n(10.835-9995.336n)-34.8

52、39(-357.234)+3.921(-330.459)+6.029173.608+30.43354.887+5.788(-331.6960)103=21604.4（10.835-9995.366n）/4519n+11947.153103kJ其中n=6.021026Q=-3.584107kJ/批第六章设备计算6.1反应釜设计VR=60106ml=60m3；釜内：物料比重=953.76kg/m3；压力P1=0.192MP；温度t1=80；黏度=0.3565mPas（水，80）夹套：温度t2=20；压力P2=0.192MP6.1.1估算内径：反应器总体积VT=VR/=60/0.6=100m3釜实际

53、高H=h+2h封=h+D/2=1.5DH/D是釜体中心部位与边缘部位传热均衡应取较大值，取H/D为1.5则有h=DVT=/4D2h+0.262D3=/4D883+0.262D3=1.047D3VT反应器体积（m3）VR物料体积（m3）图8反应釜基本尺寸D=4.57m圆整为4600mm装填系数0.60.85，反应过程体积有微小变化，应取较小值，取0.6D釜体直径6.1.2封头设计27标准椭圆封头:取公称直径DN=4600mm封头曲面高h封=1150mm圆整取1100m直边高h2=50mm=2036取为20mm封头材料选取Q235-AF常压操作承受内压和外压相等釜直边高h=(VT-2V封)/0.7

54、85D2=(100-20.1314.63)/(0.7854.62)=4.57m圆整取4600m釜的实际高H=h+2h封=4600+21100=7000m6.1.3确定筒体高度釜体圆形直筒部分h1=h-2h2=4600-250=4500m内表面积34:S=1.083D2=1.0834.572=22.62m2V封=0.131D3=0.1314.573=12.50m3液面在圆形直筒部分的高度h0=(VR-V封)/(D/2)2=（50-10.415）/（0.7854.572）=2.897m6.2传热面积物料与釜接触的面积S0=F封+F筒=20.025+4.572.897=64.19m2计算传热面积是否

55、够用35：6.2.1确定流型测定苯丙乳液在80时的粘度为275mPaS，在壁温时的表观粘度w=270mPaS导热系数近似取为80水的导热系数6.74510-4KJ/ms平均密度=953.76kg/m3，80下平均比热容Cp=2.982KJ/kg12Re=ND2/=953.762004.572/（600.275）=2414446.2.2计算hjPr=Cp/=2.9820.275/(6.74510-4)=1216在Re=5000850000范围内，有挡板，传热关联式为：Nu=hjDT/=0.76Re0.66Pr0.33（/w)0.14=0.762414440.6612160.33(270/275)

56、0.14=28209hj=282096.74510-4/4.57=4.163KJ/m2s6.2.3计算总的传热系数釜壁与冷却水的对流传热系数可用普通方法计算36在该冷却条件下，取为h=3.39KJ/m2s水侧污垢系数一般取为1.44KJ/m2s5.2.4计算传热面积35平均传热温差：80804025T4055Tm=50S=q/KT=(2.657107/3)/(0.524360050)=93.900m2S-S0=93.900-56.845=37.055m2分析结果与解决办法：由于所需传热面积大于实际的传热面积，需内置蛇管增加传热面积。蛇管可以缩短传热距离，使传热均匀进行，同时可起到导流筒的作用，

57、强化搅拌效果37。并根据表1-6选用0.45kgf/cm2的蒸汽压力，蛇管管长与管径之比值为80。6.3确定筒体厚度考虑到壳体工作温度，材料要承受足够的强度，而且必须还具有腐蚀性能30，所以选材料Q235-AF28。筒体受0.192MP内压时（考虑到釜内的液体压力以及筒体外壁受到夹套中加热介质的压力，取其中的较大值），筒体的计算厚度：SPDi/(2t-P)（54）P：设计压力，装安全阀时是操作压力的1.1倍P=0.1921.1=0.2112MPt：材料Q235-AF在100时的许用应力t=113MP：焊缝系数，双面对接焊，局部无损探伤=0.8533壁厚附加量C=C1+C2=0.8+2=2.8釜

58、体承受0.192MP的外压时38筒体计算壁厚S0=PDi/(2t-P)=4.8mm设计厚度Sd=S0+C2=4.8+2=6.8mmC1=0.8考虑操作压力，取筒体壁厚Sd=18mm检查：t、C1无变化，Sd=18mm合适筒体外径D0=Di+2Sd=4636mm6.4夹套的设计38根据反应条件，夹套设计用半圆管夹套及蛇管换热。夹套内压为0.192MP。用水蒸汽加热，无腐蚀，与釜体选同一材料。6.4.1确定夹套直径D夹=4600mm+250mm=4850mm6.4.2确定夹套高度H夹=h0+h2=2.897+0.050=2.947m，取H夹=3.0m6.4.3确定夹套筒体壁厚S夹PD夹/(2t-P

59、)+C1=5.0+0.8=5.8mm取6mm，此处=0.8，不必全部探伤，且不能双面焊6.4.4确定夹套封头壁厚S夹封PD夹/(2t-0.5P)+C=5.4mm取S夹封=6mm6.5拌器设计396.5.1搅拌器类型选择查表5-1搅拌器型式及重要参数40，由反应机理即黏度可以知，适合选用平直叶开启涡轮式和推进式。由于一次处理物料较多，液面较高选用双层搅拌，两层都用涡轮式。平直叶开启涡轮式：dj/Di=0.20.5.选dj=1400mm，b=0.2dj=280mm，取z=6n=100500rpm，一般转速越低，搅拌效果越好，电机功率要求也大，反之亦然30，故可取n=200rpm。液面距釜底c=2.

60、627+1.075=3.802m，下面的搅拌器距釜底c1=1700mm1.2dj，双层搅拌器之间距离应为（11.5）dj，故可选取两搅拌器间距1700mm,即上面的开启涡轮式搅拌器距釜底3400mm。6.5.2搅拌功率计算开启涡轮式搅拌器的搅拌功率雷诺准数NRe=dj2n/=1.42200/60953.760.275=22659功率准数Np=6搅拌所需功率N需=Npn3dj5=6953.76（200/60）31.45=1139.90kw总功率计算釜内个影响因素的影响状况如下表740表5-1影响因素压料管温度计套管大于90直立管涡轮式0.20.10.3涡轮搅拌器桥正功率：N1=1139.90（1