2022年年產(chǎn)4000噸的聚苯乙烯反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)

1、.年產(chǎn) 4000 噸的聚苯乙烯反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)1. 生產(chǎn)才能： 4000 噸/ 年2. 原料：主原料：苯乙烯（88%） 溶劑：甲苯（ 12%）word文檔引發(fā)劑：過氧化壬二酸二叔丁酯（0.025%）3. 主原料粘度： 0.72pa·s密度： 0.297g/ml相對(duì)密度： 0.9019比重： 88%反應(yīng)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(jiǎn)介1.2 聚苯乙烯性能與應(yīng)用1.3 聚苯乙烯生產(chǎn)工藝2. 基本條件設(shè)定2.1 溫度2.2 反應(yīng)裝置2.3 攪拌裝置3 反應(yīng)裝置3.1 工藝條件3.2 反應(yīng)裝置體積運(yùn)算4 攪拌裝置4.1 尺寸4.2 功率，轉(zhuǎn)速4.3 電機(jī)5 結(jié)論1.

2、1 聚苯乙烯簡(jiǎn)介.3苯乙烯為無色或微黃色易燃液體； 有芳香氣味和強(qiáng)折射性； 不溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮、二硫化碳等有機(jī)溶劑； 苯乙烯的熔點(diǎn)為 30.6，相對(duì)密度為 0.9019， 沸點(diǎn)為 145.2，折射率 1.5463，閃點(diǎn)為 31，臨界溫度為 373 ，臨界壓力為4.1mpa；密度： 1.05 g/cm聚苯乙烯是質(zhì)硬、脆、透亮、無定形的熱塑性塑料；3聚苯乙烯的比重是 1.0571.070 克/ 厘米 ；熱變形溫度 70一 98 ，與配方及后處理有關(guān)；聚苯乙烯的透亮度達(dá) 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

3、菌類生長(zhǎng)；具有良好耐水、耐光和耐化學(xué)性能，特殊是具有優(yōu)異的電絕緣性能和低吸濕性；其主要缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度不高，質(zhì)脆，耐熱性低并易燃；聚苯乙烯的識(shí)別特點(diǎn)： 為無色透亮， 無延展性， 似玻璃狀材料， 制品落地或敲打時(shí)具有金屬的悅耳梯“叮當(dāng)" 聲；1.25 ；聚苯乙烯具有很小的吸水率，在潮濕環(huán)境中其外形和尺寸的變化都很??；熱絕緣性也很好；聚苯乙烯具有優(yōu)良的電絕緣性能，特殊在高頻條件下介電損耗仍舊很小，是優(yōu)良的高頻絕緣材料6 聚苯乙烯易燃燒，且離火后仍連續(xù)燃燒，火焰呈橙黃色，并有濃黑煙碳束，燃燒時(shí)塑料軟化， 起泡并發(fā)出特殊的苯乙烯單品味；聚苯乙烯的主要缺點(diǎn)是脆性大，如是成型制品的熱處理不恰當(dāng)，

4、制品中存在較大應(yīng)力時(shí)， 在使用中制品可能自行開裂；聚苯乙烯被廣泛應(yīng)用于 光學(xué)工業(yè)中，這是由于它有良好的透光性所致，可制造光學(xué)玻璃和光學(xué)儀器7 ，也可制作透亮或顏色明艷的，諸如燈罩、照明器具等；聚苯乙烯仍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(dú)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(xué)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，是一種無色透亮，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度的聚丙烯基工程塑料；san 的化學(xué)穩(wěn)固

5、性要比聚苯乙烯好；san 類產(chǎn)品的透亮度和抗紫外性能不如聚甲基丙烯酸甲酯類產(chǎn)品但是價(jià)格相對(duì)廉價(jià)；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(qiáng)度，低重量的特點(diǎn)；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(shí)具有聚苯乙烯和聚丁二烯的特點(diǎn)，是一種耐用的熱塑性橡膠；sbs橡膠常常被用來制造輪胎；聚苯乙烯易加工成型，并具有透亮、廉價(jià)、剛性、絕緣、印刷性好等優(yōu)點(diǎn)；可廣泛用word文檔于輕工市場(chǎng)， 日用裝璜，

6、 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，可以制作各種外表外殼、燈罩、光學(xué)化學(xué)儀器零件、透亮薄膜、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；給予皮3膚光澤和潤(rùn)滑感 ,是代替滑石粉和二氧化硅的高級(jí)填充劑；1.3（ 1）通用級(jí)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)所采納的主 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(yù)聚釜中,再加入少量添加劑和引發(fā)劑,于 95 115 下加熱攪拌進(jìn)行預(yù)聚合,待轉(zhuǎn)化率

7、達(dá)到 20% 35%之后 ,再送入帶有攪拌器的塔式反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)聚合反應(yīng)； 聚合溫度逐段提高到170 左右,以達(dá)到完全轉(zhuǎn)化； 少量未反應(yīng)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掌握反應(yīng)速率、降低熔融物的粘度以及生產(chǎn)hips 時(shí)防止橡膠分子的交聯(lián)，加有少量溶劑甲苯或乙苯；此情形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，有些情形下仍加有引發(fā)劑，連續(xù)送入第一個(gè)反應(yīng)器中，反應(yīng)器組由 35個(gè)反應(yīng)器組成，反應(yīng)器外形與結(jié)構(gòu)因去

8、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(yīng)條件依據(jù)生產(chǎn)聚苯乙烯分子量的要求、物料在反應(yīng)器中停留的時(shí)間，即要求的生產(chǎn)量來打算； 當(dāng)所用溶劑數(shù)量肯定時(shí)， 提高反應(yīng)溫度和生產(chǎn)速度就分子量降低；在多區(qū)反應(yīng)器中或一組反應(yīng)器中， 反應(yīng)溫度隨轉(zhuǎn)化率的提高而提高，以保持相對(duì)穩(wěn)固的反應(yīng)速度和放熱速 度；對(duì)于熱聚合，反應(yīng)溫度一般為120180 圍，如加有引發(fā)劑，就此溫度下限圍可擴(kuò)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、羥乙基纖維素等愛護(hù)膠或碳酸鎂、硅酸鎂、磷酸鈣等不溶性無機(jī)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

9、為引發(fā)劑,在 85 左右進(jìn)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(jìn)行高溫聚合；聚合物經(jīng)洗滌、分別、干燥即得無色透亮的細(xì)珠狀樹脂；（8）單體油相與水相的比例在0.8 : 12 : 1圍，苯乙烯懸浮聚合在釜式壓力反應(yīng)器中間歇操 作，開頭反應(yīng)溫度為80，逐步提高到140 左右；反應(yīng)時(shí)間為524h ，然后經(jīng)酸洗使分散劑溶解，再經(jīng)離心分別脫除水后干燥、添加必要助劑與顏料后擠出造粒得到成品粒料；本設(shè)計(jì)由于以甲苯為稀釋劑，故采納的是溶液本體法； 溶液聚合是將單體和引發(fā)劑溶于適當(dāng)溶劑中進(jìn)行的聚合反應(yīng)；其基本組成由分單體、引發(fā)劑、溶劑組成，聚合場(chǎng)所在溶液，是均相介質(zhì)；溶液聚合的優(yōu)點(diǎn)是

10、散熱控溫簡(jiǎn)單，可防止局部過熱，體系粘度較低， 能排除凝膠效應(yīng)；其缺點(diǎn)是溶劑回收麻煩，設(shè)備利用率低、聚合速率慢、分子量不高；2.1 目前工業(yè)上高溫苯乙烯本體聚合在120 170上進(jìn)行熱聚合；本體聚合采納分段聚合，以解決本體聚合的散熱問題，各段溫度均不相同，預(yù)聚溫度為115 125， 三臺(tái)聚合釜的反應(yīng)溫度分別為125 150 、 150 160 、 155 165 ；2.2 本反應(yīng)采納攪拌釜反應(yīng)器；由于此設(shè)計(jì)是苯乙烯的聚合反應(yīng)，可以近似看作是液液反應(yīng)，產(chǎn)量要求不大，因而本設(shè)計(jì)選用立式攪拌反應(yīng)釜,第一個(gè)釜為預(yù)聚合釜；采納上加料， 底出料方式；2.3 攪拌裝置的主要作用是強(qiáng)制物料流淌，強(qiáng)化傳熱與傳質(zhì)成

11、效；使物料充分接觸，勻稱混合；因此攪拌釜反應(yīng)器對(duì)各種反應(yīng)體系適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大，適用溫度和壓力圍廣， 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(yīng)中， 聚合物是熔融狀態(tài)， 隨著聚合過程的進(jìn)行粘度逐步增大； 粘度在 75 pa.s 以下，可用渦輪式攪拌器；當(dāng)攪拌速度很高時(shí)，簡(jiǎn)單產(chǎn)生漩渦，大大降低了液體部的混合成效， 為了增加液體的剪切作用， 加強(qiáng)攪拌的猛烈程度， 常在釜體靠近器壁的地方裝上擋板，增大被攪拌液體的湍流程度，改善攪拌成效；31. 工藝條件： 預(yù)聚溫度為 115 125 ， 三臺(tái)聚合釜的反應(yīng)溫度分別為125 150 、150 160 、 155 165 ；采納少量甲苯作為溶

12、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(shí)間45 h ，加料和出料時(shí)間為1h，最終轉(zhuǎn)化率達(dá) 84%；反應(yīng)周期：由于溫度、溶劑、攪拌速度、攪拌時(shí)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(yīng)級(jí)數(shù)一般認(rèn)為是一級(jí)或二級(jí)反應(yīng)，本設(shè)計(jì)采納一級(jí)引發(fā)的機(jī)理計(jì)算；就取 k=0.44 h1，要求聚苯乙烯轉(zhuǎn)化率84%，運(yùn)算反應(yīng)時(shí)間換成自己的轉(zhuǎn)化率'4.02715.027h幫助時(shí)間設(shè)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納4 到 5 級(jí)反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)，要求聚苯乙烯轉(zhuǎn)化率 84%，以氮?dú)鉃閻?/p>

13、護(hù)氣，以甲苯為溶劑，甲苯在反應(yīng)液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%，就苯乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?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納 4 到 5 級(jí)反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)，要求聚苯乙烯轉(zhuǎn)化率83%，以氮?dú)鉃閻圩o(hù)氣，以甲苯為溶劑，甲苯在反應(yīng)液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%，就苯乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88%；下面都按自己的產(chǎn)量算苯乙烯每天需投入量：ga 25001000 / 0.839127.42kg就物料每天的投入總量：gdga330/ 0.889127.42 / 0.8810372.07kg甲苯每天投入的總量：gbgdga10372.079127.421244.65kg反應(yīng)總

14、體積運(yùn)算：每天生產(chǎn)批次為 n24'2446由密度與溫度的關(guān)系圖查得，反應(yīng)溫度為150 下反應(yīng)液的密度833kg / m3，vgd10372 .07d83312.45m3vd每批處理體積量 vrn12.4543.1125m3取填料系數(shù)為0.7vr反應(yīng)器所需容積為 vt3.11250.74.45m3假設(shè)用一只反應(yīng)釜，即m=1 ，得mvt14.454.45m3求得：vt4.45m3因此本設(shè)計(jì)用一只反應(yīng)釜運(yùn)算；取反應(yīng)釜h / di1.3hd3vti 4di得 di1.63m圓整為 2m=2000mm確定封頭尺寸本設(shè)計(jì)選用橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)件，它的徑應(yīng)當(dāng)與筒體徑相同，即封頭公稱直徑為di2000mm

15、 ，因此依據(jù)化工機(jī)械基礎(chǔ) （其次版）附錄中有關(guān)筒體和封頭數(shù)據(jù)，查得封頭公稱直徑為 di2000mm時(shí)，封頭容積 v 封1 .126m， 封頭總高度 h封525mm ；筒體高度 hvt2v封20.7m3圓整為 1.0m0.785di釜體實(shí)際高度為：h 'h2h封2.05m按圓整后的筒體高h(yuǎn) ' / di度修正實(shí)際的容積，就v實(shí)20.262d 3dihi45.24m3實(shí)際長(zhǎng)徑比：h ' / di2.0521.025i反應(yīng)器最高液位高度：hmax= h封vrv封0.78520.5253.11250.7851.126221.16md苯乙烯體積收縮系數(shù)：0.174最低液位高度1h

16、minh封vrv封20.52510.1743.112521.1260.98m0.785di0.7852四、攪拌裝置1. 尺寸：本試驗(yàn)挑選渦輪式，用圓盤渦輪式攪拌槳；由于槳葉直徑d 與釜徑di 的比值圍 0.20.5 ，取 0.5，故 d=1m葉輪距釜底高度 h0.2 1 d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(shè)計(jì)選取圓盤渦輪式攪拌槳，u=410m/s，取 u=6m/su6故 nd3.14 11.91r / s114.65r/ min3查資料得反應(yīng)液的黏度=0.72 pa.s ，又反應(yīng)液的密度833kg / mnrend 28331.91 12 0.722210據(jù)幾何條件，圓盤渦輪式攪拌槳，4 塊寬度為 0.1 的擋板， b/d=1/5查得與 re 值的對(duì)應(yīng)的3.2n p3.2pn pn3d53.28331.913151.861