内容发布更新时间 : 2024/12/23 19:42:27星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

（298.15K）=20.757 KJ/mol=4.96 Kcal/mol

故在25℃下，液态的QBD ＝18.7-4.96＝13.74 Kcal/mol；由于该乳聚反应在聚合釜中低温操作，反应前后压力的变化不大 ，故可近似的认为是恒压操作。

通常情况下，低温下的液体的比热容虽随温度的升高而增加，但是它是温度的弱函数故可将液体的比热容视为常数，则可查得：

CP(BD)=124.92J/(mol.k)=0.03 Kcal/(mol.℃)；CP(ST)＝178.23 J/(mol.k)＝0.042 Kcal/(mol.℃)；

在10℃下，QBD=QBD（25℃）+CP (T2 - T1 )=13.74+0.030×(10-25)=13.29 Kcal/mol；同理得：QST=16.05 Kcal/mol；

则 BD的质量聚合热Qm(BD)= QBD/MBD=13.29/0.054=246.11 Kcal/Kg ；同理得：Qm(ST)＝154.33 Kcal/Kg；由于胶乳中BD、ST质量分数为76%和24%，每小时聚合釜中的总聚合热为：Qp=m胶乳×〔（1-0.24）×13.29/0.054

+0.24×16.05/0.104〕＝43262.38×〔0.76×246.11+0.24×154.33〕＝9692469.01Kcal/h；

则反应时间为6.84h时，QP= Qp/6=1615411.50Kcal/h；反应时间为 7.6h时，QP= Qp/7=1384609.86Kcal/h

反应时间为9.88h时，QP= Qp/9=1076916.22 Kcal/h

5.3 聚合釜的搅拌热

为了简化整个的设计过程依据工业上实际投入生产中，取搅拌热是聚合热的5％，即Q搅拌 =5%×Q聚 。

则反应时间为6.84h时，，5%×Q聚 ＝1615411.50×5%=80770.58 Kcal/h；反应时间为7.6h时，Q搅拌 =1384609.86×5%=69230.49Kcal/h；

反应时间为9. 88h时，Q搅拌 =969246.90×5%=48462.35 Kcal/h

5.4 大气给热

当反应时间为6.84 h时，第一釜的热损失量：

Q1 ＝（Q显 +Q聚 + Q搅拌）×5％＝（113998.47+1615411.50+80770.58）×5%=90509.03Kcal/h；

第二釜的热损失量： Q2＝89018.17Kcal/h； 第三釜至末釜的热损失量： Q3＝84809.10Kcal/h；

当反应时间为7.6 h时，第一釜的热损失量：

Q1 ＝（Q显 +Q聚 + Q搅拌）×5％＝（113998.47+1384609.86+69230.49） ×5%= 78391.94Kcal/h； 第二釜的热损失量： Q2＝76601.09Kcal/h； 第三釜至末釜的热损失量： Q3＝72692.02Kcal/h；

则在不同的反应时间里，物料的热量衡算表如下所示： 计算得反应时间为6.84热量平衡如表：

表2-4 反应时间为6.84h时第一反应釜的热量平衡表

冷

却

显

热聚合热 (Kcal/h) 1615411.50 冷剂带走的热量 -1719671.52

搅

拌

热总量 (Kcal/h 1810180.55 总量 -1810180.55

(Kcal/h)

带进釜的热量

带走的热量

113998.47 热损失 -90509.03

(Kcal/h) 80770.58

表2-5 反应时间为6.84h时第二反应釜的热量平衡表

冷却显热(Kcal/h) 聚合热

(Kcal/h)

带进釜的热量

带走的热量

78181.40 热损失 -89018.17

1615411.50 冷剂带走的热量 -1174531.74

搅拌热 (Kcal/h) 80770.58

总量 (Kcal/h) 1774363.48 总量 -1774363.48

表2-6 反应时间为6.84h时第三至末釜的热量平衡表

带进釜的热量

带走的热量

冷却显热 (Kcal/h) 0 热损失 -84809.10

聚合热 (Kcal/h) 1615411.50 冷剂带走的热量 -1611372.98

搅拌热 (Kcal/h) 80770.58

接下表5-6 总量 (Kcal/h) 1696182.08 总量 -1696182.08

计算得反应时间为7.6h的热量平衡如表：

表2-4 反应时间为7.6h时第一反应釜的热量平衡表

冷

却

显

热聚合热 (Kcal/h) 1384609.86 冷剂带走的热量 -1489446

搅

拌

热总量 (Kcal/h) 1567837.94 总量 -1567837.94

(Kcal/h)

带进釜的热量

带走的热量

113998.47 热损失 -78391.94

(Kcal/h) 69230.49

表2-5 反应时间为8.4h时第二反应釜的热量平衡表

冷却显热(Kcal/h) 聚合热

(Kcal/h)

带进釜的热量

带走的热量

78181.40 热损失 -76601.09

1384609.86 冷剂带走的热量 -1455420.66

搅拌热 (Kcal/h) 69230.49

总量 (Kcal/h) 1532021.75 总量 -1532021.75

表2-6 反应时间为8.4h时第三至末釜的热量平衡表

带进釜的热量

带走的热量

冷却显热 (Kcal/h) 0 热损失 -72692.02

聚合热 (Kcal/h) 1384609.86 冷剂带走的热量 -1381148.33

搅拌热 (Kcal/h) 69230.49

总量 (Kcal/h) 1453840.35 总量 -1453840.35

5.5 氨用量计算

已知m×Hr=Q冷剂 m：氨用量 Hr：氨的汽化潜热

查得7℃时Hr =295.7kcal/kg；5℃时Hr =297.252kcal/kg[2] 则反应时间为6.84h所需氨用量： 第一反应釜所需氨用量： m=

QHr1810180=295.7＝6132.67kg/h

Q89018.17?20295.7第二反应釜所需氨用量： m=Hr==5989.41kg/h Q84809.10?20295.7第三反应釜至末釜： m=Hr==5706.21kg/h

则反应时间为7.6h所需氨用量：

Q1567810.2第一反应釜所需氨用量： m=Hr=295.7＝5302.23kg/h

QHr第二反应釜所需氨用量： m==5188.96kg/h

Q第三反应釜至末釜： m=Hr=4924.16 kg/h

第 6 章 反应器和搅拌桨的选择

6.1 反应釜的选型

按聚合反应的特性及过程控制的重点在于除去聚合热的场合，可选用搅拌釜式反应器（参见《聚合反应工程基础》）。搅拌釜是乳液聚合最常用的反应器，也是应用最广的聚合反应器，釜式聚合反应器是一种形式多变的聚合装置，它广泛应用于低粘度的悬浮聚合过程，乳液聚合过程，也能用于高粘度的本体聚合和溶液聚合过程。从操作方式来看它能进行间歇、半连续、单釜和多釜连续操作，以满足不同聚合过程的要求。为了保证釜中物料的流动、混合与传热，液滴的分散或固体物料的均匀悬浮，釜中设有搅拌装置。

釜式反应器的除热主要采用夹套和各种内冷件，以立式最为常见。

综上所述，初选反应器为搅拌釜式反应器。由设计压力为3*105~5*105帕，热量衡算初选的反应器为φ2600*6600H，可选封头型式为：椭圆形底、盖，可拆盖，高度H=8740mm，公称容积为48m3,筒体内径为2600mm（参见陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋。《化工容器及设备简明设计手册》）。

反应釜的型号见下表：

表5-1 反应釜的型号

封头型式 公称容积 计算容积 椭圆底盖

48 m3 35 m3

筒体直径

筒体高度

高度 8740mm

材质壁厚 50mm

2600 mm 6600 mm

反应釜和搅拌桨示意图：

6.1.1 聚合釜直径和高度的计算

综上所述，初选搅拌釜式反应器的体积为48m3，则聚合釜的D0和H的确定可选

?为：4D0H=V-V封 ；其中：D0为反应釜的直径；H为反应釜的高度；V为反应釜的

体积；V封为反应釜封头的体积。

H＝k D0 (k取1～1.3) 则

D0＝

3（4V?V封）对

?kD0估算，取k＝1.2则有：D0＝

3（4V?V封）4?4013）=(=3.59m；经过圆整至标准的公称直径，取D0＝3600 mm

3.14?2?k当D0＝3600 mm时，查表以内径为公称直径的椭圆形封头尺寸，取曲面高度h1=900m

m；直边高度hL=50 mm；封头体积Vh=6.62 m3,则H＝4.32 m；经过圆整后为4300 mm。

由H＝k D0知k＝4300/3600＝1.194，符合k的取值范围。所以聚合釜的直径D0

＝3600 mm；H＝4300 mm；

反应釜的型号为：

D0=3600㎜，H=4300㎜，封头曲面高h1=900㎜，直边高度=50mm，内表面积=14.64mm2

封头直径D=3600 ㎜；材质为碳钢。

6.2 聚合釜搅拌装置的计算

6.2.1 计算桨叶直径