【《聚丙烯酰胺的生产工艺物料衡算和能量衡算计算案例》2300字】

聚丙烯酰胺的生产工艺物料衡算和能量衡算计算案例1.物料衡算1.1设计基础数据依据设计任务：年产800吨聚丙烯酰胺年工作时间：6000小时总转化率：AM浓度：溶剂温度：反应温度：反应压力：1.2数据单位标准整个计算过程单位参照1.3聚合釜物料衡算聚丙烯酰胺制备量为：的AM配料溶液量：原料按转化率计算后如下：AM溶液用量：AM溶液用量：没反应的AM溶液量：原料带水量由的AM溶液包含：由的AM溶液包含：因进入反应时的AM溶液浓度为，由此算得溶剂用量：引发剂在反应设备中反应完全用量：出水量：表1聚合釜物料衡算结果统计表组分kg/ht/dt/aIN-AM44310.632318.96IN-AIBN0.00005320.000001280.000384IN-H2O107.72.584877.544IN-合计550.713.2168396.504OUT-PAM1333.19295.76OUT-AM20.0481.44OUT-H2O417.210.0128300.384OUT-合计552.213.2528397.5841.4一次研磨物料衡算按照的损失率计算得：其中损失：PAM：AM：水：获得：PAM：AM：水：该段总损失：表2一次研磨物料衡算结果统计表组分kg/ht/dt/aIN-PAM1333.19295.76IN-AM2.00.0481.44IN-H2O417.210.0128300.384IN-合计552.213.2528397.584OUT-PAM132.8673.18995.66OUT-AM1.9980.0481.439OUT-H2O416.782810.003300.08OUT-合计551.647813.240397.191.5水解工段物料衡算PAM水解方程式：设PAM的平均水解度为25%，NaOH溶液和AM单体完全反应，有：PAM：PAM-：AM-：NaOH溶液的消耗量为：的生成量：随50%NaOH溶液同时带来的水量：物料含水量：表3水解工段物料衡算组分kg/ht/dt/aIN-PAM132.8673.18995.66IN-AM1.9980.06231.8685IN-H2O416.782810.003300.08IN-NaOH66.061.585447.5632IN-合计617.707814.8250444.7496OUT-PAM99.652.391671.748OUT-AM-2.640.06341.9008OUT-H2O449.812810.7955323.8652OUT-PAM-43.931.054331.6296OUT-NH38.4370.20256.0746OUT-合计604.469814.5073435.21831.6二次研磨物料衡算按照的损失率计算得：其中损失：PAM-：PAM：AM-：NH3：水：得到物料：PAM-：PAM：AM-：NH3：水：该工段物料总损失：表4二次研磨物料衡算结果统计表组分kg/ht/dt/aIN-PAM-99.652.391671.748IN-AM-2.640.06341.9008IN-H2O449.812810.7955323.865IN-PAM43.931.054331.6296IN-NH38.4370.15454.6346IN-合计604.469814.5073435.2183OUT-PAM43.88611.053331.5979OUT-AM-2.63740.06331.8989OUT-H2O449.363010.7847323.54OUT-PAM-99.55032.389271.6762OUT-合计855.4020.5296615.888总损失0.60440.01450.4352水分干燥0.44980.01080.32391.7干燥工段物料衡算干燥物料衡算图如下所示：图2干燥工段流程图按干燥率水分挥发，氨气挥发，去除灰尘消耗率为，则上步得到的物料含水量：干燥前物料脱水量：干燥后含水量：除尘损失：PAM-：PAM：AM-：水：获得：PAM-：PAM：AM-：水：总损失：表5干燥工段物料衡算结果统计表组分kg/ht/dt/aIN-PAM43.88611.053331.5979IN-AM-2.63740.06331.8989IN-H2O449.36310.7847323.54IN-PAM-99.55032.389271.6762IN-NH38.42860.20236.0686IN-合计603.865414.4928434.7831OUT-PAM43.18391.036431.0924OUT-AM-2.59520.06231.8685OUT-H2O442.173210.6122318.3647OUT-PAM-97.95752.350970.5294OUT-合计585.909814.0618421.8550总损失9.5270.22866.8594水分干燥7.18980.17265.17671.8包装工段物料衡算包装工段流程图如下所示:图3包装工段物料流程图按除尘损耗，包装损耗计算得：其中：PAM-：PAM：AM-：水：获得：PAM-：PAM：AM-：水：工段总损失：表6包装工段物料衡算结果统计表组分kg/ht/dt/aIN-PAM43.18391.036431.0924IN-AM-0.06230.06231.8685IN-H2O442.173210.6122318.3647IN-PAM-97.95752.350970.5294IN-合计585.909814.0618421.8550OUT-PAM42.96821.031230.9371OUT-AM-2.58220.06201.8591OUT-H2O439.964110.5591316.7742OUT-PAM-97.46812.339270.1770OUT-合计582.982613.9916419.7475总损失2.92740.07032.1077水分干燥2.20910.05301.59062.热量衡算PAM生产过程包括几个程序，生产过程中仅有聚合反应有能量变化，因此仅必须计算聚合反应过程的热量衡算[10]。整个过程的控制温度设置为25℃，并根据物料平衡计算制造一批PAM产品的每个过程的原材料要求。

2.1聚合反应工序

已知丙烯酰胺单体溶液进料温度为25℃，聚合热为，比热容为，PAM平均比热容为[11]。

丙烯酰胺单体进罐时带的热量与聚合成PAM时放出热量组成总热量，其计算如下：因为AM单体溶液进料温度等同于温度标准25℃，则有则输入的总热量为：其中，热损耗为总热量的4%。反应可吸收热量为2.2工序热量衡算整理仅有热量衡算的工序衡算结果已由上文得出，所以得出PAM的聚合工序的热量衡算结果汇总如下表所示：表7生产PAM的工序热量衡算结果统计表工序名称进料kJ出料kJ聚合IN-Q10Q3440.496IN-Q211012.1Q410571.9043设备计算及选型3.1聚合釜计算3.1.1基础数据设计温度：聚合釜内温度，外温度，压力：釜里外分别为，；容量是；装料系数；AM溶液密度，PAM溶液密度为[12]。3.1.2聚合釜容积的确定参照为一个批次聚合时间计算出，物料体系密度：需13的聚合釜台数台取整为1台，则需13聚合釜1台。3.1.3聚合釜筒体直径与高度的计算聚合釜的高度与直径比值范围围绕1~3间，大虽然有利于热量传递，但搅拌起来较麻烦[13]。所以取值为。聚合釜筒体直径计算反应器用标准封头作为上下封头得：由下方公式可计算釜筒体直径大小为：直径取整为1.3m聚合釜封头体积及直边高度的确定：由上述数值查手册得筒体高度计算已知，又查手册得筒体的有关数据可得：体积面积质量根据公式得取,则计算得实际有效容积为。3.1.4夹热套直径及高度计算夹套直径计算查手册得在600-1900之间时夹套直径大小为且得夹套高度计算夹套与传热面积成正比，前者增大后者也增大，但不宜过高，不然封头不容易装拆[14]。选定后可查手册得法兰总质量为。取，则3.1.5聚合釜筒体壁厚计算根据，，夹套=，，查阅书籍可知，壁厚应在之间，此设计选用壁厚。3.1.6聚合釜封头壁厚计算壁厚封头壁厚封头热压成型时壁厚为焊接系数，为温度设计时应力。查手册得，，，则有取与壁厚相同。3.1.6夹套筒体和封头壁厚计算夹套温度波动在和之间。筒体壁厚度查阅资料得，，，代入公式夹套封头：3.1.7聚合釜质量计算3.2管道设计3.2.1基础数据按六小时为一批次，进料时间0.5h，25%AM溶液进料量为其溶液密度为其溶液流速波动在0.1～0.5m/s，取3.2.2进料管道的计算设进料管道截面的圆形内径是d，所以：进料体积：管道直径：现实中常用公称直径代替管内径计算流速，实际流速为：3.3泵的选择针对系统需要结合上述数据对聚合釜中的所需罐进行计算已知：AM组成成分为单体与水T=；P1=0.2MPa；P2=0.12MPa且有；确定进料管长可知管径；确定出料管长可知管径；查以下的AM溶液数据表得：黏度：；密度为；蒸汽压为[15]。流量与扬程计算流量考虑1.2的安全系数涉及到的伯努利方程为式中，为层流。查手册，取则；，又査相关书籍得：三