乳液法PVC糊用树脂聚合工段工艺设计任务书选编.docVIP

乳液法PVC糊用树脂聚合工段工艺设计任务书 一、? 设计题目： ??XXX吨乳液法PVC糊用树脂聚合工段工艺的设计 二、设计任务 1、 生产能力：年产量：??(10000+学号后三位×1000)吨； 2、年工作时数：7200小时； 3、原料：氯乙烯纯度（含丙烷）：99%； 氯乙烯总转化率85%； 4、 操作条件 本工艺为乳液聚合，间歇操作生产，聚合温度为48±0.5℃，聚合压力为0.9～1.2MPa。去离子水为溶剂，过硫酸钾为引发剂，十二醇硫酸钠为乳化剂，对苯二酚为终止剂，环戊二烯基树脂的混合物为防粘釜剂，NaOH为PH调节剂，十六醇为消泡剂，新鲜的单体和去离子水经预热后进入反应釜R0201-R0205。反应时间14小时，待聚合釜压力降至0.39MPa时结束反应，用真空泵将未反应单体抽出回收至气柜，进行循环使用，胶乳进入胶乳储罐。根据上述条件对聚合反应釜进行物料衡算和设备计算。? 表1 氯乙烯乳液聚合配方 物料质量/份VCM单体100水150引发剂0.02乳化剂0.6PH调节剂（NaOH）0.06终止剂0.02消泡剂0.02防粘釜剂0.002 三、设计内容： 1、工艺流程设计及流程说明 2、物料衡算 3、热量衡算 4、聚合釜尺寸设计 （1）?聚合釜体设计 （2）搅拌器设计 （3）夹套设计 5、聚合釜设备图（A2）和说明书 四、参考设计计算程序： 1.物料衡算 （1）根据已知条件确定进出聚合釜的物料，画出图。间歇操作生产，年生产时数7200小时，单次操作周期18小时，年产400批次，以kg/批为计算基准。 （2）聚合工段进料 （3）聚合工段出料 （4）聚合工段物料平衡表 2. 热量衡算 （1）查有关书籍得到相关数据和计算依据如下： ①选择温度为0℃时各组分的焓值为0kJ，作为计算的基准。 ②反应釜的操作压力是0.90～1.2MPa，操作温度是48±0.5℃。 ③氯乙烯单体的聚合热为1540 kJ/kg，搅拌热为反应放出热量的5%，设备损失的热量为总热量的5%。 ④氯乙烯的定压热容为1.53,PVC的定压热容在1.501~1.536 范围之内，水的定压热容为4.21。 ⑤热量计算公式为： （2）将输入和输出系统的热量作热量衡算 由于水和各种助剂进、出釜的温度均为48℃，带进和带出的热量非常少，可以忽略不计，则 经查得与相近，视为相等，且 所以 （3）计算聚合工段热量 （4）热量平衡表 3. 聚合反应釜设计 （1）反应釜体积的计算 查《石油化工基础数据手册》得知氯乙烯单体和水在各温度下的密度为： 表2 水和氯乙烯各温度下的密度 40℃48℃50℃水992.2kg/m3988.9 kg/m3988.1 kg/m3VCM875.7 kg/m3860.3 kg/m3856.4 kg/m3由于助剂的质量很少，故忽略不计。首先根据计算出水和氯乙烯混合物的密度，根据物料衡算算出的水和氯乙烯的质量，进而算出所需聚合釜有效容积。选择聚合釜装料系数，对于不起泡、不沸腾的液体，装料系数。计算聚合釜体积。根据《搅拌与混合设备设计选用手册》选择公称容积为80m3，筒体直径为3200mm，高度为9400mm的聚合釜，计算高径比是否符合下表。因产量大，需选用多台反应器时，间歇操作通常是多台聚合釜并联使用。 表3 常用搅拌容器的装液高径比 种类筒内物料类型H/D 反应釜、混合槽、溶解槽液-液或液固体系1~1.3反应釜、分散槽气-液体系1~2聚合釜悬浮液、乳化液2.08~3.85发酵搅拌罐气-液体系1.7~2.5根据《搅拌与混合设备设计选用手册》和《化工容器及设备简明设计手册》选择聚合釜，聚合反应釜的主要性能参数如下表所示： 表4 聚合反应釜主要性能参数 釜体数值封头数值公称容积（m3）80封头容积（m3）4.96筒体直径（mm）3200曲面高度（mm）800高度（mm）9400直边高度（mm）50高径比2.94内表面积（m2）11.6壁厚（mm）29+3（2）搅拌器的设计 1、设计依据 氯乙烯乳液聚合以胶束成核为主的成粒机理决定了对聚合釜搅拌的要求：低剪切、大循环、微悬浮。为此，在氯乙烯乳液聚合中应该选用循环型搅拌桨叶，采用缓慢的搅拌转速。根据《聚合反应工程基础》和《搅拌与混合设备设计选用手册》，可知以下条件： （1）搅拌釜容积V=80m3，釜径D=3200mm=3.2m （2）本设计选用推进式桨叶，di/D=0.1~0.33，选取di/D=0.3。Z=2、3、4（以3叶居多），选取Z=3。计算出搅拌浆直径。 （3）乳液聚合的搅拌级别为6~10