湖南工学院 材料与化学工程系 高分子材料与工程1001班
本设计取：聚合阶段聚合釜进料温度20℃，聚合反应温度90℃，△T=70℃ 浸渍阶段聚合反应温度120℃，出料温度40℃，△T=80℃ 1Kcal=4.187KJ 由公式Q=qmCp△T计算得下表 表：△T=80℃（Cp值查表）
表4-1 第一阶段反应热
单体 ST
流量（㎏/批） 17602.52×90% 17602.52×10% 17602.52×2%
水 HAP
21827.12 31.16
△T(℃) 70 100 -80 20 20 -50
SDBS SN BPO CP-O2 C50 HBCD DCP 总量
0.07 19.36 34.5 14.08 1477.2 121.28 61.43
20 20 70 20 20 20 20
1.884 51.92 7.704 1.842 2.219 2.230 1.667 4.18 1.298
Cp（kJ/Kg.℃） 1.712
1898537.4 301355.14 -48216.82 1824747.23 808.91 -2022.28 2.64 20103.42 5315.76 518.71 65558.14 5409.09 2048.08 4074165.42 Q(kJ/批)
2、聚合热
由ST转化率随时间变化曲线，可知每釜的转化率随时间的变化不大，故可近似认为每个釜的聚合热相等。如图4-1所示：
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图4-1苯乙烯转化率随时间变化曲线
计算如下：由公式
T?T0.381?Tr0.38?VHT(KJ/mol)??VHT1[]??VHT1[c]1?Tr1Tc?T1，
查得单体ST的聚合热QST ＝70 kJ/mol＝16.72 Kcal/mol(25℃,气态，无定形)；〔已知1 Kcal＝4.187 KJ〕；MST=0.104 kg/mol，Cp=178.23 J/(mol·k)＝0.178kJ/（mol·k）。
计算得：ΔVHT（298.15K）=0.04Kcal/mol=0.167kJ/mol
在25℃下，液态的QST ＝70-0.167＝69.83 kJ/mol,反应前后压力的变化不大,故可近似的认为是恒压操作。
在
20℃下，QST=QST（25℃）+CP(T2- T1)=69.83+0.178×
(20-25)=16.47Kcal/mol
则ST的质量聚合热Qm(ST)= QST/MST=70/0.104=663.46kJ/kg
每小时聚合釜中的总聚合热为：Qp=m出料×Qm=17602.52×98%×663.46=11444996.56kJ/批；
3、聚合釜的搅拌热
根据工业实际生产，取搅拌热是聚合热的5%，即Q搅拌 =5%×Q聚，反应时间为10.76h时，Q搅拌=5%×11444996.56 =572249.828kJ/批
4、热量损失
聚合反应阶段反应时间为8h的热量损失
Q1 ＝（Q显 +Q聚+ Q搅拌）×5％＝（4074165.42+11444996.56+ 572249.828）×5%=804570.6KJ/批
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所需蒸汽给热为：16091411.81-804570.6=15286841.21kJ/批 聚合阶段热量平衡表见表4-2
表4-2 热量平衡表
进釜热量（Kj/批）
带走热量（Kj/批）
显热 24074165.4 热量损失 -804570.6
聚合热 11444996.56 蒸汽给热 -15286841.21
搅拌热 572249.828
总量 16091411.81
-16091411.81
5、蒸汽的用量 已知：Q总?m蒸汽×Hr
其中：m蒸汽?水蒸汽的用量、Hr?水的汽化潜热2258kJ/kg 所以蒸汽的用量：
m蒸汽?Q给Hr?16091411.81?4126.4kg/批2258
6、冷却水的用量m
渍阶段没有聚合热，所以Q聚=0，
Q吸= Q显+Q搅拌=4074165.4+572249.828=4646415.23kJ/批
已知：水进口温度15℃,出口温度35℃，由公式Q=m水Cp△T计算得：
Q水?Q吸4646415.23??55579.13kJ/批Cp水??t4.18?（35?15）
第五章 聚合釜及各设备选型
5.1 聚合釜的设计
5.1.1 聚合基本数据
设计釜内温度为120℃；
聚合阶段为常压，浸渍阶段为0.6-0.8Mpa； 材质为1Cr18Ni9Ti； 其他数据同前。 确定筒体和封头形式：
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选择圆柱形筒体和椭圆形封头
5.1.2 聚合釜容积确定
进料体积主要是由苯乙烯、水和戊烷决定，所以：
V总?VST+V水+V戊烷，其中由公式：
体积?质量密度
17602.52?19.43m3/批905.921827.12V水??21.83m3/批10001477.2V戊烷??2.34m3/批630 VST?V总=19.43+21.83+2.34=43.6m3已知：加料系数为0.7，则反应釜体积为：
V釜?
V总43.6??62.29m30.70.7
因此选用30m3的反应釜，共需要3个
5.2 泵的设计
以计算输送苯乙烯的泵为例：
5.2.1 计算依据
（1）采用普通钢管进料。
（2）苯乙烯进料的质量流量是17602.52kg/批，其密度是905kg/m3，粘度是0.72mPa.s
因此苯乙烯的体积流量为：
Q?17602.52?19.43m3/批
905（3）设计a、b两管内径D=100mm，如下图所示：
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