年产5万吨聚氯乙烯聚合干燥工序初步工艺设计(11)

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

M8（残留单体）=5218.7979kg/批 M9（料浆）：

聚氯乙烯=86632.0443kg/批 水=146126.34kg/批

聚乙烯醇（分散剂）=22.9627kg/批 过氧化二碳酸二异丙酯=31.3128kg/批

合计=146126.34+22.9627+31.3128+86632.0443=232812.6598kg/批

M8+M9=5218.7979+232812.6598=238031.4577kg/批

说明物料衡算是正确的。 （5）V103旋风分离器物料衡算：

M10（离心后的聚氯乙烯溶液）：

聚氯乙烯=86632.0443kg/批

水=146126.34-129948.0665=16178.2735kg/批 合计=129948.0665+86632.0443=216580.1108kg/批 M11（水及剩余助剂）：

水=146126.34-129948.0665=16178.2735kg/批

聚乙烯醇（分散剂）=22.9627kg/批 过氧化二碳酸二异丙酯=31.3128kg/批 合计16178.2735+22.9627+31.3128=16232.549kg/批 M10+M11=216580.1108+16232.549=232812.6598kg/批 说明物料衡算是正确的。

（6）对整个聚合工序做全物料衡算，进行校核。有物料守衡定律应有：

M1+M2+M3+M4 =M6+M8+M10+M11

即：104375.957 +146126.34+22.9627+31.3128=250556.5725kg/批 12525.1148+5218.7979+216580.1108+16232.549=250556.5725kg/批 说明整个聚合工序的物料衡算过程是正确的。

(7)物料平衡表

表18 聚合工序物料平衡表 单位：kg/p

物流号

M1 M2 M3

氯乙烯单体

104375.957

H2O

146126.34

引发剂

聚乙烯醇

22.9627

聚合物

合计

104375.957 146126.34 22.9627

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物流号

M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11

氯乙烯单体

17743.9127 12525.1148 5218.7979 5218.7979

H2O

146126.34

146126.34

146126.34 129948.0665 16178.2735

引发剂

31.3128 31.3128

31.3128

31.3128

31.3128

聚乙烯醇

22.9627

22.9627

22.9627

22.9627

聚合物

86632.0443

86632.0443

86632.0443 86632.0443

合计 31.3182 250556.573 12525.1148 238031.458 5218.7979 232812.659 216580.111 16232.549

4.7.5 热量衡算： 计算方法 4.7.5.1 设定[4]

QT——设备或系统内物料与外界交换热量之和(传入热量为正，传出热量为负），KJ； Q1——由于物料温度变化，系统与外界交换的热量（升温为正，降温为负），KJ； Q2——由于物料发生各种变化，系统与外界的交换的热量（吸热为正，放热为负），KJ； Q3——由于设备温度改变，系统与外界交换的热量（设备升温为正，设备降温为负），KJ； Q4——设备向外界环境散失的热量（操作温度高于环境温度为正，操作温度低于环境温度为负），KJ。

根据热量守恒定律，得 QT=Q1＋Q2＋Q3＋Q4 其中 Q1=WT2?T1CdT

Q2= W?Hr?x/M Q3=ΣWi CPi ?Tm

Q4=3.6×ΣAiαi (Ti－T0)×t

固体和液体热容可以采用柯普定律[5]计算 C(KJ/Kg.℃)=4.184×Ca×n/M 式中 Ca——基团的比热容，KJ/(Kg.℃) n——分子中同一元素的原子数 M——化合物的分子量， Kg/Kmol

单体的热容可以采用Missenard法基团贡献值[6]计算

表19 Missenard法基团贡献值

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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20 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 4.7.5.2 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。 4.7.5.3 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。 4.7.5.4 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： Q1=2.12×31.3128×20+1.59×104375.957×20+4.18×146126.34×20+1.67×22.9627×20 =1.5537×107KJ

4.7.5.5 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=24.64×86632.0443=2.135×106KJ 4.7.5.6 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=（2.12×31.3+0.9675×86632.0443+4.18×146126.34+1.67×22.9627+1.59×17743.9127）×（60-0）=4.34×107KJ

4.7.5.7 反应过程需要加入的热量

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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%）=（4.34×107+2.135×106-1.5537×107）/90%=3.318×107kJ 4.7.5.8 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=3.318×107/4.22×39 =2.02×105kg 4.7.5.9 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=2.14×106/4.22×3 =1.69×105kg

表21 整套装置的热量衡算表：

物料带入聚合釜的热量Q1

聚合反应放出的热量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 Σ

加热水用量 冷却水用量

331.778

486.778

2.02kg 1.69kg

33.1778

486.778

传入热量（×105KJ ）

155

传出热量（×105KJ）

19.6 434

5 聚合釜的设计：

釜体的设计： 半连续操作；

5.1 生产周期或生产批数：2P·d-1

5.2 根据年产量确定每批进料量：W=250556.5725kg/P 5.3 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

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5.4 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=1.08×103 …… 此处隐藏：2586字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……