【《可熔性聚四氟乙烯（PFA）生产工艺的物料衡算和热量衡算计算案例》3800字】

PAGE37PAGE40可熔性聚四氟乙烯（PFA）生产工艺的物料衡算和热量衡算计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u187291.1物料衡算的基本关系 1235581.2物料衡算的化学方程式 2269911.3产量计算 2177651.4参数的设定 2251841.5制备PFA聚合过程的物料衡算 21331.6制备PFA固液分离过程的物料衡算 4286141.7制备PFA水洗过程的物料衡算 525951.8制备PFA干燥过程的物料衡算 7294651.9制备PFA粉碎过程的物料衡算 9324531.10制备PFA端基处理过程的物料衡算 9317561.11制备PFA筛分过程的物料衡算 111925第2章热量衡算 11283192.1聚合过程的热量衡算 1288172.2干燥过程的热量衡算 151.1物料衡算的基本关系进行物料衡算时，首先确定衡算的体系。能量守恒定律可知对某体系，输入体系的物料量与输出体系的物料量加体系内累积量相等。所以关系式为：（输入的量）=（输出的量）+（累积的量）若体系内发生化学反应，则在进行物料衡算时关系为：（输入的量）±（反映生成或消耗的量）=（输出的量）+（累积的量）1.2物料衡算的化学方程式1.3产量计算1.年产总量：2000吨；2.年产总时：300天（24h连续生产）；1.每小时PFA的产量：QUOTE（2000÷300）99×1000÷24=277.78Kg/h1.4参数的设定整个聚合反应中有94%的引发剂用于引发；单体转化率为99.7%。各过程的转化率具体如表3-1所示表3-1聚合过程的转化率聚合过程转化率气化99.9%固液分离97%水洗96%干燥97%粉碎97%端基处理100%筛分97%1.5制备PFA聚合过程的物料衡算在聚合过程中，物料变化如图所示：PFA粗产品去离子水PFA粗产品去离子水未反应的引发剂及杂质PAVE单体TFE单体过硫酸铵聚合聚合图3-1聚合过程物料流程简图根据各过程的转化率，可得PFA粗产品的量为：277.78×99.9%×97%×96%×97%×97%×97%=327.17Kg/h设单体质量流量为m1，则过硫酸铵质量流量为0.05%m1，去离子水质量流量为4m1。在反应过程中，99.8%的单体参与到聚合反应，生成聚合物，94%的引发剂参与聚合反应。则由此可列方程：0.94%×(0.05%m1)+99.8%m1=mPFA粗产品=327.17Kg/h可得：m1=327.67Kg/hm过硫酸钠=0.05%m1=0.16Kg/hm去离子水=4m1=1310.68Kg/hm未反应的引发剂及杂质=0.06×（0.05%m1）+0.2%m1=0.66Kg/h表3-1聚合过程中物料衡算数据表组成流量（Kg/h）总量（Kg/h）进料单体327.671638.51过硫酸钠0.16去离子水1310.68出料PFA粗产品327.171638.51去离子水1310.68未反应引发剂、杂质0.66由表3-1所示，可知，在聚合过程中，物料的进出流量基本相同，符合物料衡算。1.6制备PFA固液分离过程的物料衡算在固液分离过程中，物料变化如图所示：粗产品粗产品回收后的去离子水未回收掉的去离子水未反应的引发剂及杂质产品的损耗固液分离PFA粗产品固液分离PFA粗产品去离子水未反应的引发剂及杂质图3-2固液分离物料流程简图设固液分离过程中，转化率为97%，去离子水的回收率为97%，则mPFA粗产品1=97%mPFA粗产品=317.35Kg/hmPFA产品损耗=3%m粗产品=9.82Kg/hm回收掉的去离子水=97%m去离子水=1271.36Kg/hm未回收掉的去离子水=3%m去离子水=39.32Kg/h表3-2固液分离中物料衡算数据表组成流量（Kg/h）总量（Kg/h）进料PFA粗产品327.171638.51去离子水1310.68未反应的引发剂及杂质0.66出料PFA粗产品1317.351638.51回收掉的去离子水1271.36未回收掉的去离子水39.32未反应的引发剂及杂质0.66PFA产品损耗9.82由表3-2所示，可知，在固液分离过程中，物料的进出流量基本相同，符合物料衡算。1.7制备PFA水洗过程的物料衡算在水洗过程中，物料变化如图所示：40%含水量的PFA产品物料（含产品损耗、40%含水量的PFA产品物料（含产品损耗、未反应的引发剂及杂质、去离子水）粗产品去离子水未反映应的引发剂及杂质水洗水洗图3-3水洗过程物料流程简图设水洗过程中转化率为96%，则0.5m含水量40%的PFA=96%m粗产品1=302.66Kg/hm含水量40%的PFA=609.3Kg/h已知，水洗量是PFA粗产品的4倍，则m水：m粗产品1=4:1可得：m水=1269.4Kg/h已知未反应的引发剂及杂质的流量为0.66Kg/h，去除率为99.98%，则m水洗中的水=m水-0.5m含水量40%的PFA=1269.4-0.5×609.3=962.8Kg/hm物料=m未反应掉的引发剂及杂质+m水洗中的水=0.66+962.8=965.5Kg/hm产品损耗=4%×m粗产品1=0.04×317.35=12.7Kg/h表3-3水洗过程中物料衡算数据表组成流量（Kg/h）总量（Kg/h）进料PFA粗产品1317.351587.41水1269.4未反应的引发剂及杂质0.66出料含水量40%的PFA609.31587.41物料（未反应掉的引发剂及杂质、水洗中的水）962.8未反应掉的引发剂及杂质0.66PFA产品损耗12.7由表3-3所示，可知，在水洗过程中，物料的进出流量基本相同，符合物料衡算。1.8制备PFA干燥过程的物料衡算在干燥过程中，物料变化如图所示：PFAPFA（含水量0.04%）干燥的水分产品损耗干燥PFA产品(含水量40%)干燥PFA产品(含水量40%)图3-4干燥过程物料流程简图设干燥过程中转化率为97%，则mPFA(含水量40%)=609.3Kg/h97%mPFA(含水量40%)=mPFAPFA(含水量0.04%)+m被干燥的水分40%mPFA(含水量40%)=0.04%mPFA(含水量0.04%)+m被干燥的水分mPFA(含水量0.04%)=0.57÷（1-0.04%）×mPFA(含水量40%)=347.41Kg/h同理，当含水量为0时，mPFA（含水量0%）=347.3Kg/hM被干燥的水分=40%MPFA(含水量40%)-0.04%MPFA(含水量0.04%)=0.4×609.32-0.0004×347.45=241.9Kg/hM产品损耗=3%MPFA（含水量40%）=18.3Kg/hQUOTE表3-4干燥过程中物料衡算数据表组成流量（Kg/h）总量（Kg/h）进料PFA产品(含水量40%)609.3609.3出料PFA（含水量0.04%）347.41609.3干燥的水分241.59产品损耗18.3由表3-4所示，可知，在干燥过程中，物料的进出流量基本相同，符合物料衡算。1.9制备PFA粉碎过程的物料衡算在粉碎过程中，物料变化如图所示：产品产品粉料产品损耗PFA（含水量PFA（含水量0.04%）粉碎图3-5粉碎过程物料流程简图粉碎过程物料转化率为97%，则：m产品粉料=97%mPFA（含水量0.04%）=0.97×347.41=336.99Kg/hm产品损耗=3%mPFA(含水量0。04%）=0.03×347.41=10.4Kg/h表3-5粉碎过程中物料衡算数据表组成流量（Kg/h）总量（Kg/h）进料PFA（含水量0.04%）347.41347.41出料产品粉料336.99347.41产品损耗10.4由表3-5所示，可知，在粉碎过程中，物料的进出流量基本相同，符合物料衡算。1.10制备PFA端基处理过程的物料衡算在处理不稳定端基过程中，物料变化如图所示：TFEPPVETFEPPVE去离子水过硫酸钠粗产品去离子水未反应的引发剂及杂质端基处理端基处理图3-6端基处理过程物料流程简图因为端基处理过程（即氟化处理）物料转化率为100%，则PFA产品没有损耗,；而F2体积分率与N2体积分率的比例为1:3，则F2占氟氮气总体积的25%左右。用量为2g/KgPFA，那么：m氟气=2mPFA(不稳定端基)÷25%÷1000=0.008×336.99=2.7mPFA(稳定端基)=mPFA(不稳定端基)+m氟气=336.99+2.7=339.7表3-6氟化过程中物料衡算数据表组成流量（Kg/h）总量（Kg/h）进料PFA（不稳定端基）336.99339.7F22.7出料PFA（稳定端基）339.7339.7由表3-6所示，可知，在端基处理过程中，物料的进出流量基本相同，符合物料衡算。1.11制备PFA筛分过程的物料衡算在筛分过程中，物料变化如图所示TFETFEPPVE去离子水过硫酸钠筛分粗产品筛分粗产品去离子水未反应的引发剂及杂质图3-7筛分过程物料流程简图设筛分过程中转化率为97%，则：mPFA细分料=97%mPFA（稳定端基）=0.97×339.7=329.5Kg/hm产品损耗=3%mPFA（稳定端基）=0.03×339.7=10.2Kg/h表3-7粉碎过程中物料衡算数据表组成流量（Kg/h）总量（Kg/h）进料PFA（稳定端基）339.7339.7出料PFA（细粉料）329.5339.7产品损耗10.2由表3-7所示，可知，在筛分过程中，物料的进出流量基本相同，符合物料衡算。第四章热量衡算在制备PFA产品中，每个制备过程都伴随着能量的变化。本章重点介绍聚合过程、干燥过程等两个过程的热量衡算，其相应的物料计算以本章的物料数据为准。2.1聚合过程的热量衡算聚合过程中相关的生产工艺数据如下表：表4-1聚合过程中生产条件数据生产项目数据进料时单体、去离子水及引发剂的温度（to）20℃聚合过程中温度(t')40℃TFE单体的聚合热（Q聚合热）155KJ/molPAVE单体的聚合热（Q聚合热）155KJ/mol水的比热容2.183KJ(Kg.K）（20℃）2.178KJ(Kg.K）（35℃）PFA产品的比热容(Cp1)1.172KJ(Kg.K）夹套冷却水温度20℃（进口处t1）40℃（出口处t2）PFA产品出料温度(t3)50℃去离子水出料温度(t4)50℃PAVE单体占总的单体的4%左右，因此对聚合反应过程的影响较小，反应热为155KJ/mol。在聚合过程中，热量变化如下图所示：热热水反应反应釜单体粗产品粗产品去离子水去离子水去离子水去离子水引发剂引发剂反应反应热(Q)冷水 图4-1聚合过程中热量变化示意图聚合过程中所用到的符号如表4-2所示：表4-2聚合过程中热量衡算部分符号的含义产品类别符号PFA产品的热量Q1冷却水的热量Q2去离子水的热量Q3冷却水的质量流量mPFA产品的质量流量m1引发剂的质量流量m2去离子水的质量流量m3单体的质量流量m4根据热量衡算定律，进料热量=出料温度。可得：Q反应热=Q1+Q2+Q3其中：Q反应热=m4/m单体×Q聚合热=327.67×1000/100.01×155=507837.72KJ/hQ1=m4Cp1(t3-t')=327.67×1.172×10-3×（50-40）=1.84KJ/hQ3=m3Cp3(t4-t')=1310.68×2.178×（50-40）=54760.21KJ/hQ2=Q反应热-Q1-Q3=507837.72-1.84-54760.21=453071.67KJ/h且，Q2=mCp(t2-t1)可得：m=Q2÷Cp(t2-t1)=453071.67÷2.183÷（40-20）=5415.65KJ/h表4-3聚合过程中热量衡算汇总表组成流量（Kg/h）总量（Kg/h）进料反应热507837.72507837.72出料PFA产品的热量1.84507837.72冷却水的热量453071.67去离子水的热量54760.21由上表可知，出料热量总量与进料热量总量相等，则反映出该聚合过程热量平衡。2.2干燥过程的热量衡算QLQLt1H1Tt1H1T2ѱ2H2预热器T0ѱ0H0干燥器G1Ѳ2G1Ѳ2m4G3Ѳ3m3QpQDQD图4-2干燥过程的热量变化示意图干燥过程中所用到的符号如表4-4所示：表4-4聚合过程中热量衡算部分符号的含义产品类别符号数值湿物料的质量流量G1609.3Kg/h湿物料湿基的含水量m10.40（Kg水/Kg湿物料）湿物料干基的含水量X10.70（Kg水/Kg绝干物料）干物料的质量流量G2347.41Kg/h干物料湿基的含水量m20.0003（Kg水/Kg干燥产品）干物料干基的含水量X20.0003（Kg水/Kg绝干物料）蒸发水的质量流量m241.59Kg/h绝干物料G347.3Kg/h干燥产品的比热容Cm21.0172J/(Kg.K)新鲜湿空气进预热器温度t020℃新鲜湿空气进预热器湿度H00.004（Kg.水/Kg绝干空气）新鲜湿空气进预热器相对湿度ѱ040%新鲜湿空气出预热器温度t1110℃新鲜湿空气出干燥器温度t240℃新鲜湿空气出预热器湿度H10.004（Kg.水/Kg绝干空气）新鲜湿空气出干燥器湿度H20.054（Kg.水/Kg绝干空气）新鲜湿空气出干燥器相对湿度Ѱ275%湿物料进入干燥器的温度Ѳ125℃干燥产品离开干燥器的温度Ѳ265℃（1）相关湿物料的计算，如下所示：m1=m水/G1=241.59/609.3=0.40（Kg水/Kg湿物料）X1=m水/G=241.59/347.3=0.70（Kg水/Kg湿物料）（2）相关干燥产品的计算，如下所示：m2=m未蒸发的水/G2=(347.41-347.3)/347.41=0.0003（Kg水/Kg湿物料）X2=m未蒸发的水/G=(347.41-347.3)/347.3=0.0003（Kg水/Kg湿物料）（3）设在湿空气下t0、t1对应的湿度为H0、H2，则相关空气的质量流量计算，如下所示：L=m/(H2-H0)=241.59/(0.054-0.004)=4871.8Kg/干空气/h（4）相关预热器耗能的计算，如下所示：LI0+QF=LI1QF=L(I1-I0)=