年產(chǎn)4000噸的聚苯乙烯反應裝置設計.doc

年產(chǎn)4000噸的聚苯乙烯反應裝置設計1. 生產(chǎn)能力：4000噸/年2. 原料：主原料：苯乙烯（88%） 溶劑：甲苯（12%） 引發(fā)劑：過氧化壬二酸二叔丁酯（0.025%）3. 主原料粘度：0.72Pas 密度：0.297g/ml 相對密度：0.9019 比重：88% 反應過程：四釜串聯(lián)生產(chǎn)過程 轉(zhuǎn)化率：84%目錄1.1聚苯乙烯簡介1.2聚苯乙烯性能與應用1.3聚苯乙烯生產(chǎn)工藝2.基本條件設定2.1溫度2.2反應裝置2.3攪拌裝置3反應裝置3.1工藝條件3.2反應裝置體積計算4攪拌裝置4.1尺寸4.2功率，轉(zhuǎn)速4.3電機5結(jié)論1.1聚苯乙烯簡介苯乙烯為無色或微黃色易燃液體。有芳香氣味和強折射性。不溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮、二硫化碳等有機溶劑。苯乙烯的熔點為30.6，相對密度為0.9019，沸點為145.2，折射率1.5463，閃點為31，臨界溫度為373，臨界壓力為4.1MPa。密度：1.05 g/cm3聚苯乙烯是質(zhì)硬、脆、透明、無定形的熱塑性塑料。聚苯乙烯的比重是1.0571.070克/厘米3。熱變形溫度70一98，與配方及后處理有關(guān)。聚苯乙烯的透明度達8892%，折光率為1.5921.60，由于這樣高的折光率使它有良好的光澤。聚苯乙烯能自由著色，無嗅無味無毒，不致菌類生長。具有良好耐水、耐光和耐化學性能，特別是具有優(yōu)異的電絕緣性能和低吸濕性。其主要缺點是機械強度不高，質(zhì)脆，耐熱性低并易燃。聚苯乙烯的識別特征：為無色透明，無延展性，似玻璃狀材料，制品落地或敲打時具有金屬的清脆梯“叮當聲。1.25。聚苯乙烯具有很小的吸水率，在潮濕環(huán)境中其形狀和尺寸的變化都很小。熱絕緣性也很好。聚苯乙烯具有優(yōu)良的電絕緣性能，尤其在高頻條件下介電損耗仍然很小，是優(yōu)良的高頻絕緣材料6聚苯乙烯易燃燒，且離火后仍繼續(xù)燃燒，火焰呈橙黃色，并有濃黑煙碳束，燃燒時塑料軟化，起泡并發(fā)出特殊的苯乙烯單體味。聚苯乙烯的主要缺點是脆性大，若是成型制品的熱處理不恰當，制品中存在較大內(nèi)應力時，在使用中制品可能自行開裂。聚苯乙烯被廣泛應用于光學工業(yè)中，這是因為它有良好的透光性所致，可制造光學玻璃和光學儀器7，也可制作透明或顏色鮮艷的，諸如燈罩、照明器具等。聚苯乙烯還可制作諸多在高頻環(huán)境中工作的電氣元器件和儀表等。單獨使用聚苯乙烯作制品，脆性大，而在聚苯乙烯中加人少量其他物質(zhì)，如丁二烯即可明顯降低脆性，提高沖擊韌性，這種塑料叫抗沖擊聚苯乙烯，它的力學性能大為提高，苯乙烯丙烯腈（SAN）SAN是Styrene Acrylonitrile的縮寫。苯乙烯丙烯腈是苯乙烯丙烯腈的共聚物，是一種無色透明，具有較高的機械強度的聚丙烯基工程塑料。SAN的化學穩(wěn)定性要比聚苯乙烯好。SAN類產(chǎn)品的透明度和抗紫外性能不如聚甲基丙烯酸甲酯類產(chǎn)品但是價格相對便宜。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）ABS是Acrylonitrile butadiene styrene的縮寫。這種塑料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物。具有高強度，低重量的特點。是常用的一種工程塑料之一。SBS橡膠SBS橡膠是一種聚（苯乙烯丁二烯苯乙烯）結(jié)構(gòu)的三段嵌段共聚物。這種材料同時具有聚苯乙烯和聚丁二烯的特點，是一種耐用的熱塑性橡膠。SBS橡膠經(jīng)常被用來制造輪胎。聚苯乙烯易加工成型，并具有透明、廉價、剛性、絕緣、印刷性好等優(yōu)點?？蓮V泛用于輕工市場，日用裝璜，照明指示和包裝等方面。在電氣方面更是良好的絕緣材料和隔熱保溫材料，可以制作各種儀表外殼、燈罩、光學化學儀器零件、透明薄膜、電容器介質(zhì)層等。2可用于粉類和乳液類化妝品。用于粉餅有很好的壓縮性,可改善粉的黏附性能。賦予皮膚光澤和潤滑感,是代替滑石粉和二氧化硅的高級填充劑。31.3（1） 通用級聚苯乙烯,是以苯乙烯為單體經(jīng)過自由基聚合或離子型聚合制得的。生產(chǎn)方法有本體聚合法、溶液聚合法、懸浮聚合法和乳液聚合法等。目前工業(yè)化生產(chǎn)所采用的主要是懸浮聚合法和本體聚合法。（2） 1.本體聚合法將苯乙烯單體送入預聚釜中,再加入少量添加劑和引發(fā)劑,于95115下加熱攪拌進行預聚合,待轉(zhuǎn)化率達到20%35%之后,再送入帶有攪拌器的塔式反應器內(nèi)進行連續(xù)聚合反應。聚合溫度逐段提高到170左右,以達到完全轉(zhuǎn)化。少量未反應的苯乙烯從塔頂放出,并可回收再用。聚合物連續(xù)從塔底出料,經(jīng)擠出造粒即得成品,包裝后出廠。（7）本體聚合法是聚苯乙烯樹脂的最主要生產(chǎn)方法，用于通用型PS于HIPS注塑料的生產(chǎn)。為了便于去除聚合熱以控制反應速率、降低熔融物的粘度以及生產(chǎn)HIPS時防止橡膠分子的交聯(lián)，加有少量溶劑甲苯或乙苯。此情況下不同于加有大量溶劑的溶液聚合法。單體苯乙烯以及少量溶劑，有些情況下還加有引發(fā)劑，連續(xù)送入第一個反應器中，反應器組由35個反應器組成，反應器形狀與結(jié)構(gòu)因去除聚合熱的方式和熔融物料的混合方式的不同而不同。反應條件根據(jù)生產(chǎn)聚苯乙烯分子量的要求、物料在反應器中停留的時間，即要求的生產(chǎn)量來決定。當所用溶劑數(shù)量一定時，提高反應溫度和生產(chǎn)速度則分子量降低。在多區(qū)反應器中或一組反應器中，反應溫度隨轉(zhuǎn)化率的提高而提高，以保持相對穩(wěn)定的反應速度和放熱速度。對于熱聚合，反應溫度一般為120180范圍，如加有引發(fā)劑，則此溫度下限范圍可擴展至90。（3） 懸浮聚合法2.懸浮聚合法以苯乙烯為單體,水為介質(zhì),以明膠或淀粉、聚乙烯醇、羥乙基纖維素等保護膠或碳酸鎂、硅酸鎂、磷酸鈣等不溶性無機鹽等為分散劑,順丁烯二酸酐-苯乙烯共聚物鈉鹽為助分散劑,以過氧化苯甲酰為引發(fā)劑,在85左右進行引發(fā)聚合。也可不用引發(fā)劑,在高壓聚合釜中于100以上的高溫下進行高溫聚合。聚合物經(jīng)洗滌、分離、干燥即得無色透明的細珠狀樹脂。（8）單體油相與水相的比例在0.8 : 12 : 1范圍，苯乙烯懸浮聚合在釜式壓力反應器中間歇操作，開始反應溫度為80，逐漸提高到140左右。反應時間為524h，然后經(jīng)酸洗使分散劑溶解，再經(jīng)離心分離脫除水后干燥、添加必要助劑與顏料后擠出造粒得到成品粒料。本設計由于以甲苯為稀釋劑，故采用的是溶液本體法。溶液聚合是將單體和引發(fā)劑溶于適當溶劑中進行的聚合反應。其基本組成由分單體、引發(fā)劑、溶劑組成，聚合場所在溶液內(nèi)，是均相介質(zhì)。溶液聚合的優(yōu)點是散熱控溫容易，可避免局部過熱，體系粘度較低，能消除凝膠效應。其缺點是溶劑回收麻煩，設備利用率低、聚合速率慢、分子量不高。21目前工業(yè)上高溫苯乙烯本體聚合在120170上進行熱聚合。本體聚合采用分段聚合，以解決本體聚合的散熱問題，各段溫度均不相同，預聚溫度為115125， 三臺聚合釜的反應溫度分別為125150、150160、155165。2.2本反應采用攪拌釜反應器。由于此設計是苯乙烯的聚合反應，可以近似看作是液液反應，產(chǎn)量要求不大，因而本設計選用立式攪拌反應釜,第一個釜為預聚合釜。采用上加料，底出料方式。2.3攪拌裝置的主要作用是強制物料流動，強化傳熱與傳質(zhì)效果；使物料充分接觸，均勻混合。因此攪拌釜反應器對各種反應體系適應性強，操作彈性大，適用溫度和壓力范圍廣，既可用于間歇操作，又可用于連續(xù)操作。苯乙烯單體聚合反應中，聚合物是熔融狀態(tài)，隨著聚合過程的進行粘度逐漸增大。粘度在75 Pa.s以下，可用渦輪式攪拌器。當攪拌速度很高時，容易產(chǎn)生漩渦，大大降低了液體內(nèi)部的混合效果，為了增加液體的剪切作用，加強攪拌的激烈程度，常在釜體內(nèi)靠近器壁的地方裝上擋板，增大被攪拌液體的湍流程度，改善攪拌效果。31. 工藝條件：預聚溫度為115125， 三臺聚合釜的反應溫度分別為125150、150160、155165；采用少量甲苯作為溶劑，溶劑量為12%。引發(fā)劑選用過氧化壬二酸二叔丁酯，攪拌時間45 h，加料和出料時間為1h，最終轉(zhuǎn)化率達84%。反應周期：由于溫度、溶劑、攪拌速度、攪拌時間等影響，聚合物的聚合度不同。熱引發(fā)的苯乙烯單體聚合的反應級數(shù)一般認為是一級或二級反應，本設計采用一級引發(fā)的機理計算。則取K=0.44，要求聚苯乙烯轉(zhuǎn)化率84%，計算反應時間 換成自己的轉(zhuǎn)化率輔助時間設為t=1 h 操作周期 圓整為6h物料衡算：熱引發(fā)本體聚合制備年產(chǎn)4000噸聚苯乙烯，每年工作330天，苯乙烯單體聚合一般采用4到5級反應釜進行反應，要求聚苯乙烯轉(zhuǎn)化率84%，以氮氣為保護氣，以甲苯為溶劑，甲苯在反應液中質(zhì)量分數(shù)為12%，則苯乙烯的質(zhì)量分數(shù)為88%。物料衡算：熱引發(fā)本體聚合制備年產(chǎn)4000噸聚苯乙烯，每年工作330天，苯乙烯單體聚合一般采用4到5級反應釜進行反應，要求聚苯乙烯轉(zhuǎn)化率83%，以氮氣為保護氣，以甲苯為溶劑，甲苯在反應液中質(zhì)量分數(shù)為12%，則苯乙烯的質(zhì)量分數(shù)為88%。 下面都按自己的產(chǎn)量算 苯乙烯每天需投入量： 則物料每天的投入總量：甲苯每天投入的總量：反應總體積計算： 每天生產(chǎn)批次為由密度與溫度的關(guān)系圖查得，反應溫度為150下反應液的密度，每批處理體積量取填料系數(shù)為0.7反應器所需容積為假設用一只反應釜，即m=1，得 求得： 因此本設計用一只反應釜計算。取反應釜 得 圓整為2m=2000mm確定封頭尺寸本設計選用橢圓形封頭標準件，它的內(nèi)徑應該與筒體內(nèi)徑相同，即封頭公稱直徑為，因此根據(jù)化工機械基礎（第二版）附錄中有關(guān)筒體和封頭數(shù)據(jù)，查得封頭公稱直徑為時，封頭容積， 封頭總高度。筒體高度 圓整為1.0m釜體實際高度為：按圓整后的筒體高度修正實際的容積，則實際長徑比：反應器最高液位高度：苯乙烯體積收縮系數(shù)：最低液位高度4、 攪拌裝置1. 尺寸：本實驗選擇渦輪式，用圓盤渦輪式攪拌槳。由于槳葉直徑D與釜徑的比值范圍0.20.5，取0.5，故D=1m葉輪距釜底高度 取0.2 故h=0.2m葉片寬度b=（0.1250.25）D 取0.25 故b=0.25m2. 轉(zhuǎn)速與功率：轉(zhuǎn)速：由于本設計選取圓盤渦輪式攪拌槳，u=410m/s，取u=6m/s故查資料得反應液的黏度=0.72 Pa.s，又反應液的密度據(jù)幾何條件，圓盤渦輪式攪拌槳，4塊寬度為0.1的擋板，