25000t丙烯酸悬浮聚合间歇操作工艺设计

11课程设计课程名称高分子化学与高分子材料25000t/a丙烯酸悬浮聚合间歇操作工艺设题目名称计专业班级学生姓名学号指导教师2014年1月19日《高分子化学与材料课程设计》任务书一、本课程设计的性质、任务与目的本课程设计的性质本课程是应用化学专业的一门实用性和技术性很强的专业课程。学生在学完高分子化学与材料课程后，综合运用所学的高分子化学与材料及化工原理相关知识，进行初步的工艺设计。本课程任务是：撰写简要设计说明书。绘制物料流程示意图一张。本课程设计的目的了解和掌握高分子材料基本类别、结构与性能，高分子材料制备过程中的基本反应类型、高分子合成材料添加剂与高分子材料成型工艺等内容基础知识；掌握检索文献的方法；通过阅读文献，了解并掌握高分子材料制备与设计的基本原理，并能独立完成特定高分子材料的合成方案。通过专业课程设计使学生掌握应具备的基本高分子化工设计技能。二、课程设计的主要内容设计方案选择，对给定或选定的设计方案进行简要论述。工艺计算，应完成工艺流程各过程的物料衡算，能量衡算。绘制物料流程示意图，编写物料平衡表及热量平衡表。主要设备设计，在满足工艺条件的前提下，进行主要设备的选型及结构设计。典型辅助设备设计选型，包括典型设备主要结构尺寸计算和设备型号规格的选定。三、设计说明书的基本要求设计说明书应当包括以下几个内容：封面任务书目录流程和方案的说明及论证武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书#第1章文献综述1.1丙烯酸1.1.1丙烯酸的用途丙烯酸及其酯类作为高分子化合物的单体，世界总产量已超过百万吨，而由其制成的聚合物和共聚物（主要是乳液型树脂）的产量将近500万吨。这些树脂的应用遍及涂料，塑料、纺织、皮革、造纸、建材，以及包装材料等众多部门。丙烯酸及其酯类可供有机合成和高分子合成，而绝大多数是用于后者，并且更多地是与其他单体，如乙酸乙烯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等进行共聚，制得各种性能的合成树酯、功能高分子材料和各种助剂等［1］。其主要应用领域有：经纱上浆料：由丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯腈、聚丙烯酸铵等原料配制的经纱上浆料，比聚乙烯醇上浆料容量退浆，节省淀粉。胶粘剂：用丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸-2-乙基己酯等共聚乳胶，可作静电植绒、植毛的胶粘剂，其坚牢性和手感好。水稠化剂：用丙稀酸和丙烯酸乙酯共聚物制成高分子量的粉末。可作稠化剂，用于油田，每吨产品可增产500t原油，对老井采油效果较好。4.铜版纸涂饰剂：用丙烯酸、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、苯乙烯等四元共聚乳胶作铜版纸涂料，保色不泛黄，印刷性能好，不粘辊，比丁苯胶乳好可节省干酷素。聚丙烯酸盐类：利用丙烯酸可生产各种聚丙烯酸盐类产品（如铵盐、钠盐、钾盐、铝盐、镍盐等）。用作凝集剂、水质处理剂、分散剂、增稠剂、食品保鲜剂耐酸碱干燥剂，软化剂等各种高分子助剂。1.2.2丙烯酸的需求近10年多来,我国丙烯酸工业发展很快,但仍不能满足迅速增长的市场需求,1996年供需缺口为2.38万吨，1998年上升至5.37万吨，2001年17.84万吨。国内自给率呈逐年下降趋势，由1996年的80%降至2001年的44%，对进口依赖度相应由20%增加到56%。但此后由于新建装置投产,对进口依存度呈下降趋势，由2002年42.3%下降至2004年40.3%、2005年19.9%、2006年9.6%和2007年8.2%。丙烯酸进口量由1996年2080吨增加到2001年6.71万吨、2002年10.88万吨、2003年10.97万吨和2004年11.40万吨,由于产量大幅增长，2005年进口量下降到10.11万吨，2006和2007年进口量分别下降到5.26万吨和5.12万吨。表2列出近年我国丙烯酸产量、进出口量和消费量表1-1近年我国丙烯酸进出口量和表观消费量，单位：万吨年份产量讲口量出□量表观消费200114.756.710.0521.41200214.9310.880.1225.69200315.4810.970.1326.32200417.0211.400.2828.14200537.1910.110.9146.39200651.305.262.0454.52200759.305.122.2162.21据分析，建筑、纺织、包装材料和卫生材料领域将成为中国丙烯酸酯市场未来发展的四大驱动力。中国居民住房条件和人均居住面积将会进一步改善和提高，住宅建设快速发展，对丙烯酸乳胶建筑涂料和建筑密封胶的需求量将会大幅增长。建筑行业仍将是我国丙烯酸及酯的主要消费领域。丙烯酸及酯在建筑涂料和胶粘剂方面的开发应用前景非常好，其中丙烯酸2-乙基己酯主要用于生产胶粘剂，聚丙烯酸乙酯则主要用于生产涂料。丙烯酸酯类建筑乳液产品因性能优异和对环境友好，可用作内、外墙涂料，深受用户青睐。预计2010年我国建筑涂料需求量将达280万吨，配套的通用丙烯酸酯消费量为30万吨。化纤工业已成为国民经济主导产业和外向型产业。预计到2010年，中国纺织服装出口额将达到1200亿美元，约占世界纺织品出口总额的30%。化纤和纺织服装业发展及产品档次提高，对丙烯酸酯类高档纺织浆料、涂料印花浆和加工用胶粘剂等需求必将大幅增长［2］。随着中国包装材料业迅速发展，包装胶粘带用丙烯酸酯类胶粘剂需求量将不断增长。2007年，中国压敏胶粘剂制品（胶带及标签）产量约为62亿m2,共消耗丙烯酸酯类压敏胶34万吨。预计今后中国压敏胶需求增速将高达20%。随着中国居民生活水平不断提高，卫生材料需求量日益扩大。预计上述卫生用品年均需求增速为12%一13%,到2010年对高吸水性树脂的需求量将达8万吨，将极大地拉动丙烯酸及酯的消费。国家限制或禁止使用磷酸盐类助洗剂，洗涤剂行业推行无磷化，将大大促进聚丙烯酸钠盐的发展。目前我国聚丙烯酸钠盐类助洗剂年消费量仅约为6000吨，若全国洗涤剂实现无磷化，按添加量1%计，聚丙烯酸钠盐类年用量可达3万吨，市场潜力巨大。在汽车工业，丙烯酸酯橡胶具有耐热、耐老化、耐油、耐臭氧、抗紫外线等性能，广泛应用于各种高温、耐油环境中，特别是用于汽车曲轴、阀杆、汽缸垫、液压输油管等。过去丁腈橡胶和氯丁橡胶制备的传统汽车配件已不能适应现代汽车的要求，将逐渐被性能优异的丙烯酸酯橡胶所替代［3］。2007年国内汽车工业对丙烯酸酯橡胶需求量达8700吨，2010年将达1.3万吨。综上所述，受建筑、纺织、包装和卫生材料领域拉动，中国丙烯酸酯市场未来仍将高速发展。2005年中国丙烯酸酯需求量达到72万吨，2006年中国丙烯酸酯需求量达84万吨，2007年需求量达88万吨，占世界总消费量的26%；2010年和2015年需求量将分别达到116万吨和170万吨，2010年消费量约占世界总消费量的31.4%，届时中国将成为名副其实的世界丙烯酸消费大国。高吸水树脂1.2.1高吸水树脂的性能高吸水树脂（SuperAbsorbentPolymer,SAP）是一种新型功能高分子材料。它具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优良，一旦吸水膨胀成为水凝胶时，即使加压也很难把水分离出来。因此，它在个人卫生用品、工农业生产、土木建筑等各个领域都有广泛用途。高吸水树脂是一类含有亲水基团和交联结构的大分子，最早由Fanta等采用淀粉接枝聚丙烯腈再经皂化制得。按原料划分，有淀粉系（接枝物、羧甲基化等）、纤维素系（羧甲基化、接枝物等）、合成聚合物系（聚丙烯酸系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系等）几大类。其中聚丙烯酸系高吸水树脂较淀粉系及纤维素系相比，具有生产成本低、工艺简单、生产效率高、吸水能力强、产品保质期长等一系列优点，成为当前该领域的研究热点。目前世界高吸水树脂生产中，聚丙烯酸系占到80%。高吸水树脂一般为含有亲水基团和交联结构的高分子电解质。吸水前，高分子链相互靠拢缠在一起，彼此交联成网状结构，从而达到整体上的紧固。与水接触时，水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到树脂中，链上的电离基团在水中电离。由于链上同离子之间的静电斥力而使高分子链伸展溶胀。由于电中性要求，反离子不能迁移到树脂外部，树脂内外部溶液间的离子浓度差形成反渗透压。水在反渗透压的作用下进一步进入树脂中，形成水凝胶。同时，树脂本身的交联网状结构及氢键作用，又限制了凝胶的无限膨胀。当水中含有少量盐类时，反渗透压降低，同时由于反离子的屏蔽作用，使高分子链收缩，导致树脂的吸水能力大大下降。通常，高吸水树脂在0.9%NaCl溶液中的吸水能力只有在去离子水中的1/10左右。吸水和保水是一个问题的两个方面，林润雄等对此进行了热力学探讨。在一定温度和压力下，高吸水树脂能自发地吸水，水进入树脂中，使整个体系的自由焓降低，直到平衡。若水从树脂中逸出，使自由焓升高，则不利于体系的稳定。差热分析表明，高吸水树脂吸收的水在150°C以上仍有50%封闭在凝胶网络中。因此，常温下即使施加压力，水也不会从高吸水树脂中逸出，这是由高吸水树脂的热力学性质决定的。高吸水聚合物是上世纪60年代末发展起来的。1961年美国农业部北方研究所首次将淀粉接枝于丙烯腈，制成一种超过传统吸水材料的HSPAN淀粉丙烯腈接枝共聚物。1978年日本三洋化成株式会社率先将高吸水聚合物用于一次性尿布，从此引起了世界各国科学工作者的高度重视。上世纪70年代末，美国UCC公司提出用放射线处理交联各种氧化烯烃聚合物，合成了非离子型高吸水聚合物，其吸水能力达到2000倍，从而打开了合成非离子型高吸水聚合物的大门。1983年，日本三洋化成又采用丙烯酸钾在甲基二丙烯酰胺等二烯化合物存在下，进行聚合制取高吸水聚合物。之后，该公司又连续制成了各种改性聚丙烯酸和聚丙烯酰胺组合的高吸水聚合物体系。上世纪末，各国科学家又相继进行开发，使高吸水聚合物在世界各国迅速发展。目前，已形成日本触媒、三洋化成和德国Stockhausen公司三大生产集团三足鼎立态势，它们控制着当今世界70％的市场，彼此之间又以技术合作方式进行国际性联合经营，垄断世界所有国家的高吸水聚合物销售权。1.2.2高吸水树脂用途目前其主要用途仍然是卫生用品，约占市场总量的70％左右。由于聚丙烯酸钠高吸水树脂吸水能力很大，并具有优异的保水性能，所以作为土壤保水剂在农业、林业方面应用范围很广。如果在土壤中加入少量的高吸水性聚丙烯酸钠，就能提高某些豆类的发芽率和豆苗的抗旱能力，使土壤的透气性能增强。另外，由于高吸水树脂的亲水性及优良的防雾性和抗结露性能，所以又可作为新的包装材料。利用高吸水聚合物独特性能制成的包装薄膜可有效地保持食品鲜度。在化妆品中加入少量的高吸水聚合物，还可使其乳液粘度增大，是一种理想的增稠剂。利用高吸水聚合物只吸水不吸油或有机溶剂的特点，在工业上又可作为脱水剂。由于高吸水聚合物具有无毒、对人体无刺激性、无副反应、不引起血液凝固等特点，近年来，已被广泛应用于医药领域。例如，用于含水量大、使用舒适的外用软膏；生产能吸收手术及外伤出血和分泌液，并可防止化脓的医用绷带及棉球；制造能使水分和药剂通过而微生物不能透过的抗感染性人造皮肤等。1.2.3高吸水树脂发展趋势随着科学技术的发展，环境保护已越来越受到人们的关注。如果将高吸水聚合物装入到一个可溶于污水的袋中，并将此袋浸入污水中，当袋子被溶解后，高吸水聚合物就可迅速地吸收液体而使污水固体化。在电子工业中，高吸水聚合物还可用作湿度传感器、水分测量传感器及漏水检测器等。高吸水聚合物可作为重金属离子吸附剂及吸油材料等。近年来，国内外有关交联聚丙烯酸耐盐性高分子吸水树脂的制备方法有很多报道，如于祖荣等提出采用甲醇对树脂进行处理；任敬福、张林香等采用活化高岭土作为树脂添加剂；Bailey等采用纤维素酯或醚和丙烯酸酯接枝共聚；Rebre、小林隆俊采用了不同的悬浮稳定剂。这些研究虽然在一定程度上提高了所制备的高吸水树脂的耐盐性但是仍没有解决吸盐水能力不强的问题，且有的方法后处理工艺复杂，提高了树脂的成本。总之，高吸水聚合物是一种用途非常广泛的高分子材料，大力开发高吸水聚合物树脂具有巨大的市场潜力。今年在我国北方大部分地区干旱少雨的情况下，如何进一步推广和使用高吸水聚合物，是摆在农业和林业科技工作者面前的一项迫切任务。在西部大开发战略实施过程中，在改良土壤的工作中，大力开发和应用高吸水聚合物的多种实用功能，具有现实的社会效益和潜在的经济效益。高吸水树脂是一种新型功能高分子材料，在工业上具有广泛的用途。由于其高的吸水和保水性能，近年来在种苗培育以及困难立地造林领域正越来越受到关注。但传统的高吸水树脂普遍存在吸收纯水能力较强而吸收盐水能力不足的问题，限制了高吸水树脂在农林领域的应用［4］。从组成来说，高吸水树脂主要有丙烯酸接枝淀粉（纤维素）类和聚丙烯酸盐两大类。其中，后者因为制备工艺相对简单、稳定性高、不易霉变，是目前市场超强吸水树脂的主要品种。反相悬浮聚合迄今已开发出来的高吸水性树脂有淀粉类、纤维素类和合成树脂类。淀粉类制备工艺复杂、产品耐热性能差、易腐烂变质、不易贮存。纤维素类吸水性能相对较差，而合成树脂类（尤其是聚丙烯酸）则具有原料来源丰富、合成工艺简单、能够防霉防变、吸水率高等优点，是当前市场上占绝对优势的品种。聚丙烯酸盐类高吸水性树脂主要采用溶液聚合法和反相悬浮法合成。如果聚合物不溶于单体溶液里，液滴中就会形成沉淀，这样就会形成不透明且通常为非规则形状的颗粒。而如果形成的聚合物部分溶于单体溶液中，那最终产物的组成就很难预测了。聚合产生的颗粒可以应用于很多技术中，比如模塑。然而它们的最大应用还是在色谱分离领域中作为分离材料（比如离子交换树脂，酶固载支撑材料）得以应用。这种应用通常需要大的比表面积，即在珠状颗粒内部结构中产生所需要尺寸大小的孔洞。聚合物珠子怎样才可以做到内部有孔可以在单体相中引入一种惰性稀释剂，也可以叫它做致孔剂。聚合结束后将它提取出来。其它添加剂可以包括紫外稳定剂（芳香酮或芳香酯），热稳定剂（乙烯氧衍生物，无机金属盐），模润滑剂以及泡沫剂［5］。其中反相悬浮法具有反应热易排除、聚合过程稳定、能够直接得到粒状产品、无须粉碎工序、产品易干燥、产物的综合吸水性能好等优点，采用反相悬浮法能够合成医疗卫生用品所需的高品质吸水性树脂，在我国具有广阔的应用前景。第2章工艺流程设计2.1工艺流程简介图2.1丙烯酸反相悬浮聚合间歇操作物料平衡关系图化工设计就是在建造化工生产装置之前，根据一定的任务要求，将化工装置的生产过程全部用图纸、表格、文字说明等方式概述出来的过程及结果。来自T101中的纯丙烯酸用原料泵P102分批加入V102中。T102NaOH水溶液的浓度为50%,在V101中被稀释成浓度为30%的溶液，然后按一定比例缓慢加入V102中与丙烯酸进行中和反应，得到中和度为80%的丙烯酸与丙烯酸钠混合物（简称单体），再加入适量水，得到单体浓度为50%的溶液。正庚烷与一定量的分散稳定剂在V103中进行配制得到分散液，其按比例与单体溶液共同进入反应器R101中，然后加入在V104中配制好的引发剂浓度为50%的水溶液［6］。反应大约进行2小时。反应结束后，聚合物混合液被送至分离工序及后处理工序进行分离、干燥、包装等处理，得到最终产物。正庚烷经蒸馏处理后循环使用。2.2工艺流程的分析2.2.1反应方程式在V101、V103、V104中是单纯的物料混合配制，无相变化与化学变化。在V102中80%的丙烯酸被中和，中和反应方程式如下：CH=CH-COOH+NaOHCH=CH-COONa+HO222在R101中引发剂引发单体进行自由基聚合，其反应方程式如下：:：COOHCOONaCH2=CH—CQOH-FCH2=CH—COONa—*■-^CH2一CHCH3一丙烯酸自由基聚合中单体相对分子质量与聚合物结构单元相对分子质量无化学计量上的变化，引发剂会结合到聚合物分子链上。2.2.2收集数据生产规模。设计任务书中规定的年产量(生产能力)：25000t/a生产时间。年工作日：300d/a(24h/d)间歇操作，V101、V102、V103、R101每天8批，V104由于引发剂用量很少，所以每天配制一批即可。质量标准。原料NaOH溶液浓度为50%，其他原料均视为纯物质。因为只对聚合工序做物料衡算，所以不用考虑产品的其他质量指标。化学变化参数。加入的NaOH能够与丙烯酸完全反应，生成丙烯酸钠。各组分相对分子质量如表2-1所示：表2-1各组分相对分子质量化合物丙烯酸NaOH丙烯酸钠HO单体混合物2相对分子质量72409418m混其中：75%中和的丙烯酸单体混合物的平均相对分子质量：M二72x0.2+94x0.8二89.6混聚合反应过程中单体完全参加反应，转化率可视为100%，单体混合物与聚合物之间无化学计量上的变化，但引发剂结合到聚合物分子链上，会使聚合物数量略有增加。⑤选择计算基准与计算单位因为是间歇操作过程，所以基准为“批”，单位为B/d。大部分设备的操作周期为8B/d,只有V104（引发剂调配罐）是1B/d。但引发剂向R101进料周期仍与其他设备相同，所以在做物料衡算时，物料M11的数量仍以8B/d计算。在做设备工艺计算时，V104的体积大小应按1B/d处理量进行。表2-2技术指标项目内容技术指标聚合后处理损失率1%聚合物质量丙烯酸中和度80%（摩尔）原料NaOH水溶液浓度50%（质量）中和用NaOH水溶液浓度30%（质量）单体水溶液浓度50%（质量）引发剂用量0.2%单体质量引发剂水溶液浓度50%（质量）分散稳定剂用量2%单体质量散介质（正庚烷）用量与单体质量为4:1正庚烷循环用量80%正庚烷总用量

第3章物料衡算3.1主要原料丙烯酸（CH=CH-COOH）的投料量2用顺流程的计算顺序进行物料衡算必须先求出主要原料（丙烯酸）每批投料量。该生产装置年产量25000t，年开工300天，每天生产8批，后处理中聚合损失率1%。每批应生产聚合物数量为：=10521.89kg/B25000x103=10521.89kg/B300x8x0.99引发剂（0.2%单体质量）全部结合到聚合物中；单体100%转化成聚合物，且单体相对分子质量与聚合物结构单元相对分子质量相同;单体混合物平均相对分子质量（丙烯酸的中和度为80%）：可得M=72x0.2+94x0.8=896混丙烯酸相对分子质量：单体平均相对分子质量=72:89.6丙烯酸投料量10521.8972丙烯酸投料量10521.8972x1+0.00289.6=8438.21kg/B表3-1数据汇总表（1）项目内容数据每批应生产聚合物数量10521.89kg/B丙烯酸投料量8438.21kg/B单体混合物相对分子质量89.63.2V102（中和罐）物料衡算图3.1图3.1V102物料平衡示意图已知：丙烯酸中和度=80%、丙烯酸相对分子质量=72、NaOH相对分子质量=40、单体平均相对分子质量=89.6Ml（原料丙烯酸）=8438.21kg/BM4（30%NaOH溶液）NaOH：8438.21NaOH：8438.21x0.8x4072=3750.32kg/BHO：20.73750.32x-8750.75kg/B0.3合计：M4-3750.32+8750.75-12501.07kg/BM6（50%单体溶液）单体：8438.21x89.6-10500.88kg/BHO：210500.88x0.5-10500.88kg/B0.5合计：M6-10500.88+10500.88-21001.76kg/BM5（无离子水B）对V102中组分水做物料衡算有：水二水-水-中和反应生成水M5M6M4中和反应生成水：3750.32x=1687.64kg/B40无离子水B：M5=10500.88-8750.75-1687.64=62.49kg/B对V102做全物料平衡计算，进行校核。由物料守恒定律应有:M1+M4+M5=M6即：8438.21+12501.07+62.49二21001.8kg/B二M6说明物料衡算是正确的。表3-3数据汇总表（2）项目内容数据Ml（原料丙烯酸）8438.21kg/BM4（30%NaOH溶液）12501.07kg/BM6（45%单体溶液）21001.76kg/BM5（无离子水B）62.49kg/B3.3V101（NaOH溶液调配罐）物料衡算图3.2V101物料衡算示意图M4（30%NaOH溶液）=12501.07kg/BNaOH：3750.32kg/BHO：8750.75kg/B2M2（50%NaOH浓溶液）NaOH：3750.32kg/BHO：3750.32kg/B2合计：M2=3750.32+3750.32=7500.64kg/B对V101中组分水做物料衡算：M3=水-水二8750.75-3750.32二5000.43kg/BM4M2对V101做全物料平衡计算，进行校核。由物料守恒定律得:M2+M3=M4即：7500.64+5000.43=12501.07kg/B说明物料衡算是正确的。表3-4数据汇总表（3）项目内容数据M2（50%NaOH浓溶液）3750.32kg/BM3（V101中组分水）5000.43kg/BM4（30%NaOH溶液）3750.32kg/BV103（分散介质调配罐）物料衡算已知：正庚烷：单体=4:1分散稳定剂=2%单体质量M7（正庚烷）=10500.88x4=42°°3.52kg/B循环正庚烷=42003.52x0.8=33602.82kg/B新鲜正庚烷=42003.52x°.2=8400,7kg/BM8（分散稳定剂）=10500-88xO.02=210-02kg/BM9（分散液）=42003.52+210.02=42213.54kg/B对V103做全物料衡算，进行校核。由物料守恒定律得：M7+M8=M9即：42003.52+210.02=42213・54kg/B说明物料衡算是正确的。表3-5数据汇总表（4）项目内容数据M7（正庚烷）42003.52kg/B循环正庚烷33602.82kg/B新鲜正庚烷8400.7kg/BM8（分散稳定剂）210.02kg/BM9（分散液）42213.54kg/BR101（聚合反应器）物料衡算图3.4R101物料平衡示意图M10（待聚合液）=M6+M9单体：10500.88kg/BHO：10500.88kg/B2M9（分散液）=42213.54kg/B合计：M10=10500.88+10500.88+42213.54=63215.3kg/BM11（引发剂水溶液）已知：引发剂用量=0.2%单体质量引发剂水溶液浓度=50%（质量）引发剂：10500.88x0.002二21.00kg/B则HO:21.00kg/B2合计：M11二21.00+21.00二42.00kg/BM12（聚合物混合液）分散稳定剂：210.02kg/B正庚烷：42003.52kg/Bho:21.00+10500.88=10521.88kg/B2聚合物：21.00+10500.88=10521.88kg/B（与设计任务相符合）合计：M12=210.02+4200352+1052188+1052188=632573kg/B对R101做全物料平衡计算，进行校核。由物料守恒定律应有：M10+M11=M12即：63215.3+42.00=63257.30kg/B=M12说明物料衡算是正确的。表3-6数据汇总表（5）项目内容数据M10（待聚合液）63215.3kg/BM11（引发剂水溶液）42kg/BM12（聚合物混合液）63257.30kg/B3.6V104（引发剂调配罐）物料衡算已知：引发剂溶液每天配制一批，供8批反应使用。M13（引发剂）：21.00x8=168kg/BM14（HO）：21.00x8=6B2表3-7数据汇总表（6）项目内容数据M13（引发剂）168kg/BM14(HO)2168kg/B3.7整理并校核计算结果图3.5总物料平衡示意图对聚合工序做全物料平衡计算（图3-5），进行校核。由物料守恒定律有M1+M2+M3+M5+M7+M8+M11=M12即：8438.21+7500.64+5000.43+62.49+42003.52+210.02+42=63257.31kg/B说明整个聚合工序的物料衡算过程是正确的。

物流号丙烯酸单体NaOHHO2引发剂正庚烷分散稳定剂聚合物合计M18038.218038.21M23750.323750.327500.64M35000.435000.43M43750.328750.7512501.07M562.4962.49M610500.8810500.8821001.76M742003.5242003.52M8210.02210.02M942003.52210.0242213.54M1010500.8810500.8842213.54210.0263215.3M1121.021.042.0M1210521.8842003.52210.0214730.6363257.3M13168168M14168168表3-2丙烯酸反相悬浮聚合间歇操作物料平衡表单位：kg/B第4章聚合物反应器的设计反应器的类型：釜式反应器：釜式反应器的基本结构如图4-1所示。这类反应器通常设有搅拌装置，所以又称为搅拌釜反应器(stirred-tankreactor)。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；强化表面更新作用，有利于小分子组分汽化；

使非均相物料分散。因此搅拌釜反应器对各种反应体系适应性强，操作弹性大，使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。用于间歇操作时，生产活性大，更换品种方便，适应市场需求能力强。用于连续操作时，反应器操作过程稳定，产品质量均一，且多釜串联连续操作产量大，因此，搅拌釜反应器在聚合物合成过程中广泛使用。据统计搅拌釜反应器在聚合反应器中占80%-90%，如乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯、丙烯腈等的聚合釜，聚酯合成中的聚合釜，以及丁苯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶合成中的聚合釜都采用搅拌釜式反应器。在聚合物生产过程中，除聚合反应器外，还有一些带搅拌装置的容器，如原料配制槽、溶解槽等。随着化学反应技术理论的发展，为增大产量、降低成本，搅拌釜反应器日趋大型化。如悬浮法生产聚氯乙烯的聚合釜已发展到200m3。大大提高了产品与产量的均一性，同时降低了生产成本。图4.1釜式反应器1-搅拌桨；2-加热盘管；3-釜体；4-进料口；5-传动装置；6-电机；7-轴封；8-入孔；9-搅拌轴；10-夹套；11-出料口反应器体积的计算求V101体积:p=pX+pX=1525X750°64+1000X500.43=955.03kg/m3M4M2M2M3M312501.0712501.07V二一M4RpV二一M4Rp12501.07955.03二13.09m3M4取甲二0.7，贝比V=Yr=取甲二0.7，贝比V=Yr=13.09=18.7m3T申0.7求V102体积:p=pX+pX+pXM6M1M1M4M4M5M58038.2112501.0762.49=1050x+955.03x+1000x21001.7621001.7621001.76二401.88+568.47+2.98二973.33kg/m3WV=M6=RpM621001-76=21.58m3973.33取甲二0.7,贝:=2158=30.83m30.7求V103体积:p=pX=680x42003.52=676.62kg/m3M9M7M742213.5442003.52V==62.08m3R676.62取甲二0.7，贝比V=Vr=62.08=88.68m3tp0.7对R101作工艺计算:p=pX+pXM12M10M10M11M11=pX+pX+pX4288560.2=773.09kg/4288560.2=773.09kg/m321001.7642003.52=973.33X+676.62X+1000x63257.363257.325000x10324xV=_W^V=300/=13.47m3Rpx24773.09x24M12取甲二0.7，贝比V=Vr=1347=19.24m3T申0.7外形尺寸的设计表5-1各种封头的设计参数封头高度封头侧面封头体积封头封头高度封头侧面封头体积封头名称（h）积（s）（v）名称（h）积（s）（v）0.2618D3标准椭圆半球封头0.5D1.571D2封头0.25D1.083D20.131D360°锥封0.866D1.571D20.2267D3碟封头0.225D1.063D20.122D3头120°标准0.3754D1.123D20.1397D3球面0.134D0.842D20.0539D3锥封头封头90°锥封0.5D1.111D20.1309D3平封头00.785D20头标准椭圆封头的体积（表5-1）为0.131D3，件寸二彳。令h为釜体直边高度，H为反应器釜体总高度，则：H=h+2xh二h+—=1.5D

封2取H/D=1.5，贝U有h=D兀兀V二D2h+2x0.131D3二（—+0.262）D3二1.047D3T44D珂-31924=2.639m31.047\1.047虽然反应器属于非标准设备，但用于制造反应器的上下封头仍选用标准封头。参照标准椭圆封头（JB/T4737-95）,此处按公称尺寸选定釜体直径为2.8m。釜体的直边高度为：h=S—2U=19・24—2x°131x28=3143m0.785xD20.785x2.63922.8釜体实际高度：H=h+2xh~=3.143+2x=4.543m封4由标准椭圆封头直边高度与直径关系表，取直边高度为50mm，釜体圆形直筒部分高度：3.143-2x0.05=3.043m反应器的实际体积为：兀V二一xD2h+2x0.131XD3=0.785x2.82x3.143+0.262x2.83=25.09m3T4反应器实际长径比：最高液面：h二反应器实际长径比：最高液面：h二hmaxH4.543]6”==1.623D2.8V-V117.14-0.131x2.83+r旷=2.8x_+1=3.018m封沢4xD240.785x2.&取体积收缩系数s=-0.2，最低液面：（1+s）xV-Vcc16-0.2）x13.47-0.131x2.83…°h=h+r封=2.8x—+=1.158mmin封兀”xD240.785x2.82聚合反应器釜体外型尺寸设计表一反应器工艺尺寸R101釜体积（