蔡正芹聚合反应过程及设备

1、聚合反应过程及设备 项目实施过程报告项目名称：苯乙烯聚合设备设计姓 名：项 目 组： 第三组时 间： 2013.4.13任务一：聚苯乙烯间歇釜式反应器体积设计一、设计原理 1、概念 生产时间（生）：间歇反应器物料进行反应达到所要求的转化率所需要的时间。 辅助时间（辅）：除生产时间外还必须有的对生产起辅助作用的时间，如加料、卸料及清洗时间。 装料系数（）：料液体积占罐总体积的比例，称为填充系数，也称装料系数，表示加入釜内的物料体积占釜总体积的分数。 反应器的有效体积（VR）：反应物料所占体积。 反应器的实际体积：单位装料系数下是反应器有效体积。 2、反应器设计原理物料衡算式 进入微元体积的反应物

2、的速度=流出微元体积的反应物的速度+在微元体积内由于化学反应而消耗的反应物的速度+在微元体积内反应物的累积速度 或流入速度=流出速度+反应掉的速度+累积速度间歇釜式反应器物料衡算式 因釜内各点的组成、温度相同，其在反应过程中无物料加入和引出故间歇釜式反应器物料衡算式可变为：釜内由于反应而消耗反应物A的速度=-釜内反应物A的累积速度= =反应物A的消耗量（时间x反应物的体积）反应物的体积3、反应器体积计算 反应总时间总= 生产+ 辅助 有效体积VR=V0 总 实际体积V=VR/二、任务解读 1、反应器设计所需要的参数苯乙烯聚合设备设计参数2、参数选定依据反应温度:140 根据书表6-1，聚苯乙烯

3、的平均分子质量为1.5105左右，稀释剂为12%时，选定温度为140 。速率常数：0.25 根据表6-4反应速率常数K与温度的关系表，当温度为140 时，速率常数为0.25。辅助时间：通常选择1-1.5h之间，所以选择1h。密度：根据表6-11，温度与密度关系，当温度为140 时，密度为880kg/m-。装料系数：根据经验，一般选取在0.75-0.85之间。三、苯乙烯间歇聚合釜体积设计聚合物生产速率：WD=70000007800=898kg/h反应液流量： W =898 0.70=1282kg/h稀释剂流量： Ws=1282 0.12=154kg/h苯乙烯流量： 1282 0.88=1128.

4、2kg/h当T=140时，K=0.25，=880， =0.8, 采用二级反应：CA0=V0/ =1128.2/880=1.28kmol/m=1/kXA/CA0（1-XA）=1/0.250.7/1.28（1-0.7)= 7.3h辅=1h总=7.3+1=8.3h因为VR=V0V总所以VR=1128.28.3=9346.06=9.34606m又因为V=VR所以V=9.346060.8 =11.705075m所以采用间歇釜式反应器所得反应器体积为11.705075m.任务二：聚苯乙烯连续釜式反应器体积设计一、设计原理 1、单级连续反应器设计原理 单级反应器的操作系统连续进料和连续出料，釜内各处的组成和

5、温度均匀，不随时间而变化，是稳态操作，且出口组成与釜内组成相同。 2、反应器体积计算方法 物料衡算式 进入微元体积的反应物的速度=流出微元体积的反 应物的速度+在微元体积内由于化学反应而消耗的 反应物的速度+在微元体积内反应物的累积速度或流入速度=流出速度+反应掉的速度+累积速度 单级连续反应器物料衡算式 因为单级连续反应器是连续稳态过程，没有 物料的累积所以物料衡算式可简化为： 加入反应物A的速度=引出反应物A的速度+由于反应而消耗的反应物A的速度 v0CA0=v0CA+AVR CA0-CA= A VR/VO 或=VR/V0=(CA0-CA)/ A 式中 v0加入到反应物的容积速度 平均停留

6、 由于反应器内各处的组成和温度相同，且不随时间而变化因而反应速度恒定不变，即A为一常数所以利用上式计算时不必积分。 对于恒容过程，一级反应时： A=kCA=kCA0(1-XA) 因为XA=（CA0-CA)/CA0 所以=VR/V0=CA0XA/kCA0(1-XA)=XA/k(1-XA) 二级反应： A=kCA 2=KCA0(1-XA) =VR/V0=CA0XA/kCA0(1-XA)=XA/kCA0(1-XA)二、任务解读 1、反应器设计所需要的参数苯乙烯聚合设备设计参数三、单级连续苯乙烯聚合釜体积设计聚合物生产速率：WD=7000000 7800=898kg/h反应液流量： W =898 0.

7、70=1282kg/h稀释剂流量： Ws=1282 0.12=154kg/h苯乙烯流量： 1282 0.88=1128.2kg/h当T=140时，K=0.25，=880， =0.8对于一级反应：=1/kXA/（1-XA） =10.250.7/（1-0.7） =9.3h因为VR=V0所以VR=1128.29.3=10529.87=10.5298m所以V=10.52980.8=13.16225m所以采用单机连续釜式反应器所需体积为13.16225m。任务三：聚苯乙烯多级连续釜式反应器体积设计一、设计基本原理 1、多级串联理想混合釜式反应器设计原理 以每级反应釜内为理想混合、级际无返混为基础。在多级

8、串联理想混合釜式反应器串联的级数越多，越接近与平推流反应器，在相同的反应器容积时，所能达到的最终转化率就越高，或者在相同的转化率时所需的总容积越小。多级串联理想混合釜式反应器的每一釜都可以看作一个单级理想混合连续反应过程。 2、反应器体积计算方法V0CA(i-1)=V0CAi+AiVRiCA(i-1)=CAi+AiiCA(1-i)=CAi+Aii 式中CA(i-1)进入i级对应物A的浓度 Cai离开第i级时反应物A的浓度 =Vri/V0一级反应：CA1=CA0/(1+k11）二级反应：CA2=CA1/(1+k22)=CA0/(1+k11)(1+k22)二、任务解读 1、反应器设计所需要的参数苯

9、乙烯聚合设备设计参数三、多级串联理想混合釜式反应器体积设计聚合物生产速率：WD=70000007800 898kg/h反应液流量： W=898 0.70 1282kg/h稀释剂流量： Ws=1282 0.12 154kg/h苯乙烯流量： 12820.88 1128.2kg当T=140，k=0.25，=880kg/m-，CA0=V0/ =1282 8801.46取X1=0.5，X2=0.6，X3=0.7,X4=0.795VR1=V0X1/kCA0(1-X1）=1128.2 0.5/0.25 1.28（1-0.5） 7051.52=7.05152mVR2=V0(X2-X1)/kCA0(1-X2)=1128.2（0.6-0.5）/0.25 1.28（1-0.6） 2203.5156=2.2035mVR3=V0(X3-X2)/kCA0(1-X3) =1128.2(0.7-0.6) /0.25 1.28 (1-0.