年产9500吨年聚氯乙烯悬浮聚合工艺设计 --大学毕业(论文)设计

表4-1 Missenard法基团贡献值

基团 贡献J/mol·K

—CH3 9.55

—CH— 5.7

—O— 7.0

O=C—O 13.8

—C=O 10.2

则IPP的比热为：

C1=4.184×（9.55×4+5.7×2+7.0+13.8×2+10.2×2）/206.19=2.12 KJ/(Kg.℃) 经查有关资料知：

氯乙烯的比热为：C3=1.59KJ/(Kg.℃) 水的比热为：C4=4.18 KJ/(Kg.℃) 聚乙烯醇比热为：C5=1.67 KJ/(Kg.℃) 聚氯乙烯的比热为：C6=0.9675 KJ/(Kg.℃)

表4-2 物料比热表（KJ/(Kg.℃)）

物料种类 IPP 氯乙烯 水 聚乙烯醇 聚氯乙烯

比热KJ/(Kg.℃)

2.12 1.59 4.18 1.67 0.9675

氯乙烯的聚合热为：95.88KJ/mol=1534KJ/kg

4.1.2 混合热和搅拌热的考虑

由于溶质的量很少，混合热可忽略不计。

搅拌设备中的物料为低黏度流体，搅拌热也可忽略不计。

4.2 回流冷凝器热负荷的考虑

由于反应中严格控制反应温度恒定，冷凝器中的回流量极少，所以对冷凝器热负荷不予考虑。

4.3 物料带入聚合釜的热量

以0℃的一批物料为基准，设进料温度为20℃，则物料带入聚合釜的热量为：

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Q1=2.12×4.75×20+1.59×11875.05×20+4.18×21375.09×20+1.67×9.5×20 =2.2×10KJ

６

4.4 聚合反应放出的热量

以一批物料为基准，则聚合反应放出的热量为： Q2=24.64×9600=2.36×10KJ

５

4.5 物料带出聚合釜的热量

以一批物料0℃为基准，物料流出的温度为60℃，则物料升温所需要的热量为：

Q3=（2.12×4.75+0.9675×9600+4.18×21375.09+1.67×9.5+1.59×1.19×10）×（60-0）=6.03×10KJ

６

３

4.6 反应过程需要加入的热量

根据热量衡算进入系统的热量=出系统的热量，则反应过程所需加入的热量为（设热损失为10%）：

?Q=（Q3+ Q2-Q1）/（1-10%）=（6.03×10/90%=6.72×10kJ

６

６

+2.36×10

５

-2.2×10

６

）

4.7 加热水的用量:

根据式: Q=mCPΔT 得 m=Q/ CPΔT

热水进口温度为99℃,出口温度为60℃。水CP=4.22kJ/kg.K m=6.72×10/4.22/39 =4.08×10kg

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4.8 冷却水的用量：

根据式: Q= mCPΔT 得 m=Q/ CPΔT

冷却水进口温度为29℃,出口温度为26℃。水CP=4.22kJ/kg.K m=2.36×10/4.22×3 =1.86×10kg

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４５

表4-3 整套装置的热量衡算表：

物料带入聚合釜的热量Q1 聚合反应放出的热Q2 物料带出的热量Q3

反应过程需要加入的热量Q4 损失热量Q5

传入热量（×105KJ） 传出热量（×105KJ） 22

2.36 —— 67.2 —— 91.56

—— ——

60.3

——

31.26 91.56 0.408kg 0.186kg

Σ

加热水用量 冷却水用量

4.9传热面积

①最高热负荷Qmax Qmax=330GR/t

57℃时 T1/2(EHP)=2h 查表得热负荷分布指数 R=1.4 Qmax=330×52.5×1000×1.05×1.4/4.5=7835.7KW ②平均温差Δt

Δt=(47-17)/In(47/17)=30℃ ③总传热面积F

F=Q/KΔt=7835.7×1000/(200×30)= 1305.95m2

表4-4热量衡算汇总表

物料带入热量 Q1/（KJ/h） 聚合热 Q2水/（KJ/h） 搅拌热ΔH/（KJ/h） 物料升温吸热 Q3/（KJ/h） 物料带出热 Q4/（KJ/h） 釜表面散热 Q5/（KJ/h） 冷却水带走热 Q6/（KJ/h） 循环水用量 W/（KJ/h） 1.03×105 5.3×106 586800 1.64×105 3.4×105 2.65×106 2.84×106 2.3×104 15

第5章 设备工艺设计

5.1 聚合釜的设计

5.1.1 生产周期或生产批数

2P·d-1

5.1.2 根据年产量确定每批进料量

W=250556.5725kg/P

5.1.3 选择反应器装料系数

φ=VR/VT[7] （φ取0.85） VR——反应液体积，m3 VT——反应器实际体积，m3

5.1.4 计算反应器体积

氯乙烯密度[12]ρ1=0.831×103kg/ m3

过氧化二碳酸二异丙酯密度[12]ρ2=1.08×103kg/ m3 聚乙烯醇密度[12]ρ3=1.0002×103kg/ m3 水密度[12]ρ4=1.00×103kg/ m3 算得ρm=0.9393×103kg/ m3 ρm——反应液混合密度，kg·m-3

VR=W/ρm=250556.5725/0.9393×103=266.748 m3 VT=266.748/0.85=313.821m3 VTi= VT/nT

VTi=313.821/10=31.38 m3 取聚合釜VN=32 m3

取D=2650mm，则直边高H=5000mm

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