年產(chǎn)2.0萬噸順丁膠生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書畢業(yè)設(shè)計(jì)題目學(xué)院專業(yè)班級學(xué)生姓名性別指導(dǎo)教師職稱2015年6月15日衡算范圍對丁二烯作物料衡算，解得：表2-11提濃塔物料平衡組分進(jìn)料塔頂塔底kg/hwt(%)kg/hwt(%)kg/hwt(%)C4H6809.22839.86809.574982.4080.2n-C6H141218.3160.0216.52221199.03499.560H2O2.4160.12002.4160.24合計(jì)2029.954100826.0961001203.858100表2-12脫水塔物料平衡組分進(jìn)料塔頂塔底kg/hwt(%)kg/hwt(%)kg/hwt(%)C4H6811.6363.212811.63639.98300H2O4.8320.0194.8320.23800n-C6H1424507.06596.5981213.48659.77923293.57999.8n-C8H1846.7090.1710046.7090.2合計(jì)25370.2421002029.95410023340.288100以回收塔為物料衡算范圍，對溶劑油進(jìn)行物料衡算：解得：表2-13回收塔物料平衡組分進(jìn)料塔頂塔底kg/hwt(%)kg/hwt(%)kg/hwt(%)n-C6H1423293.74799.823293.5791000.1680.36n-C8H1846.5410.20046.54199.64合計(jì)23340.28810023293.57910046.709100

第三章熱量衡算3.1主要對聚合釜進(jìn)行熱量衡算3.1.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)=1\*GB2⑴抽余油的組成：2.1%，57.8%,40.1%(重量%)=2\*GB2⑵各物料的物性數(shù)據(jù)：=1\*GB3①不同溫度下，抽余油、丁二烯導(dǎo)熱系數(shù)、比熱Cp、比重、黏度見表5-5表5-5各物料物性參數(shù)項(xiàng)目溫度抽余油丁二烯（）=1\*GB3①700.0860.08830.082(kcal/m·h·oC)800.0830.08530.080850.0820.08430.079900.0800.08210.076=2\*GB3②Cp700.590.5830.637(kcal/kg·oC)800.6050.5970.655850.610.6010.670900.620.6100.680=3\*GB3③70615624560(kg/m3)806056155408560060953590595604520=4\*GB3④700.210.2280.12(Cp)800.1920.2080.113850.1850.2010.106900.180.1980.103m=iXiCpm=CpmXi=Xi=()-1=2\*GB3②聚丁二烯的、Cp、及生成熱數(shù)據(jù)=0.12kcal/m·h·oCCp=0.46kcal/kg·oC=910kg/m3△H=315kcal/kg=3\*GB3③含25%CaCl2冷凍鹽水-10oC、-4oC下的、Cp、、值見表5-6表5-6冷凍鹽水物性參數(shù)溫度（oC）（kcal/m·h·oC）Cp（kcal/kg·oC）（kg/m3）-100.4250.6851244640.4340.68812414.8用內(nèi)差法，可得-7oC如下：=0.4295kcal/m·h·oCCp=0.6865kcal/kg·oC=1242.5kg/m3=5.4Cp=3\*GB2⑶聚合釜的有效容積為21m3，由碳鋼制成，規(guī)格為F2200×4700×20mm，得到Dg=2200mm時(shí)，封頭內(nèi)表面積5.57m2。夾套傳熱面積F=pDH+3.73=3.14×2.2×5.3+5.57=42.18m2≈43m2。各聚合釜的溫度分別為70oC、80oC、85oC、90oC。3.2.2相關(guān)計(jì)算=1\*GB2⑴計(jì)算各釜轉(zhuǎn)化率1＃釜Kp=3.637×105exp()=0.836(m3/mol·min)=K··[C0]=0.836×0.23×=0.836×0.23×=5.94×10-3===52.04=1-=1-=23.60%2＃釜Kp2=3.637×105exp()=1.208(m3/mol·min)=1.208×0.23×=1.208×0.23×=7.99×10-3min===52.04=1-==46.05%3＃釜Kp3=3.637×105exp()=1.441(m3/mol·min)K3=Kp3[Co]=1.4410.23=1.4410.23=9.5310-3min-1===52.04=1-=63.93%4＃釜Kp4=3.637×105exp()=1.71(m3/mol·min)K4=Kp4·[Co]=1.710.23=1.710.23=11.3110min-1===52.04X=1－=77.30%=2\*GB2⑵各釜物料組成及物性計(jì)算=1\*GB3①各釜抽余油、丁二烯質(zhì)量含量1＃釜抽余油：9900+0.5493660=10262.538kg/h100%丁二烯：2916.7×(1-23.6%)=2228.3588kg/h聚丁二烯：2916.7×23.6%=688.3412kg/h合計(jì)：13179.238kg/h各組分含量：抽余油：10262.538/13179.238=77.87%100%丁二烯：2228.3588/13179.238=16.91%聚丁二烯：688.3412/13179.238=5.22%2＃釜抽余油：10262.538+1.50.75660=11005.038kg/hr100%丁二烯：2916.7×(1-46.05%)=1573.55965kg/hr聚丁二烯：2916.7×46.05%=1343.14035kg/hr合計(jì)：13921.738kg/h各組分含量：抽余油：11005.038/13921.738=79.05%100%丁二烯：1573.55965/13921.738=11.30%聚丁二烯：1343.14035/13921.738=9.65%3＃釜抽余油：10262.538+1.5660=11252kg/h100%丁二烯：2916.7×(1-63.93%)=1052.054kg/h聚丁二烯：2916.7×63.93%=1864.65kg/h合計(jì)：14169.242kg/h各組分含量：抽余油：11252.538/14169.242=79.42%100%丁二烯：1052.054/14169.242=7.42%聚丁二烯：1864.65/14169.242=13.16%4＃釜抽余油：10262.538+1.5660=11252.538kg/h100%丁二烯：2916.7×(1-77.3%)=662.091kg/h聚丁二烯：2916.7×77.3%=2254.6091kg/h合計(jì)：14169.238kg/h各組分含量：抽余油：11252.538/14169.238=79.42%100%丁二烯：662.091/14169.238=4.67%聚丁二烯：2254.6091/14169.238=15.91%=2\*GB3②各釜膠液物性1＃釜=∑=0.0883×77.87%+0.082×16.91%+0.12×5.22%=0.09Cp=∑=0.583×77.87%+0.637×16.91%+0.46×5.22%=0.58622.22＃釜0.0853×79.05%+0.080×11.30%+0.12×9.65%=0.0880.59624.74ML=50查得=8000CpML=20查得=3000Cp內(nèi)差法得ML=45=7166Cp3＃釜0.0843×79.42%+0.079×7.42%+0.12×13.16%=0.09ML=50查得=12000CpML=20查得=5200Cp內(nèi)差法得ML=45=8667Cp4＃釜0.0821×79.42%+0.076×4.67%+0.12×15.91%=0.088內(nèi)差法得ML=45=12000Cp=3\*GB2⑶夾套傳熱系數(shù)的計(jì)算`夾套內(nèi)走冷凍鹽水，其入口溫度-10oC，出口溫度-4oC，流速u1=u2=1.5m/su3=0.785m/s,u4=0.135m/s。定性尺寸取當(dāng)量直徑=2(Ｒ1-Ｒ2)=2×100=0.2m定性溫度=-7oC查得冷凍鹽水25oC下，密度=1186kg/,-4.5oC下=1241kg/，內(nèi)差法，可求出-7oC下=1245.66kg/。定性溫度下Cp=0.6865kcal/kg·oC,=0.4295kcal/m·h·oC=5.4Cp雷諾準(zhǔn)數(shù)Re=5-1普蘭特Pr=5-2夾套傳熱系數(shù),∵流體被加熱∴n=0.4釜Re1,2=(0.20×1.5×1245.66)÷5.4×10-3=6.9×10-3Pr1，2=（0.6865×5.4×10-3）/（0.4295÷3600）=31.07=0.023×0.4295/0.20×（6.9×104）0.8×31.0704=1637.33kcal/m·h·oC由于流體在夾套內(nèi)流動，對其校正為：=1451.03×[1+1.77×0.084÷（1.2-0.084/2）]=1637.33kcal/m·h·o釜Re3=0.2×0.785×1245.66÷5.4×10-3=36216.4Pr3=0.6865×5.4×10-3÷（0.4295/3600）=31.07=0.023×0.429/0.155×362160.8×31.0704=866.41kcal/m·h·oC=866.41×（1+1.77×0.084÷0.042）=977.65kcal/m·h·oC釜Re4=0.20×0.135×1245.66÷5.4×10-3=6228.3Pr3=0.6865×5.4×10-3÷（0.4295/3600）=31.07=0.023×0.4295/0.20×6228.30.8×31.0704=211..88kcal/m·h·oC=211.88×[1+1.77×0.084/（1.2-0.084/2）]=244.8kcal/m·h·oC=4\*GB2⑷各釜內(nèi)側(cè)薄膜傳熱系數(shù)攪拌雷諾5-3式中，d為攪拌器直徑∵=0.95∴d=0.95×2.2=2.09m為膠液密度N為攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)，N1=N2=N3=N4=60轉(zhuǎn)/分普蘭特準(zhǔn)7-4式中，Cp為膠液比熱為膠液導(dǎo)熱系數(shù)對雙螺帶攪拌器，當(dāng)1﹤﹤1000時(shí)，當(dāng)﹥1000時(shí)，式中，D為釜直徑，D=2.2m;=0.95釜NRe1=（2.092×60/60×629.06）÷3.5=785.08﹤10001=4.2×0.09÷2.2×785.041/3×812001/3×0.95=65.20釜NRe2=(2.092×60/60×634.41)÷7.166=386.71﹤1000NPr2=0.58×7.166÷(0.09÷3600)=166251.22=4.2×0.09÷2.2×386.71/3×166251.21/3×0.95=65.39釜NRe3=2.092×60/60×639.06÷8.667=322.08﹤1000=201074.43=4.2×0.09/2.2×322.081/3×201074.41/3×0.95=65.55釜NRe1=2.092×60/60×640.67÷12=233.21﹤1000=2784004=4.2×0.09/2.2×233.21/3×2784001/3×0.95=65.60=5\*GB2⑸計(jì)算各釜總傳熱系數(shù)5-5式中，：夾套傳熱系數(shù)b:釜壁材料厚度，0.02m:釜壁導(dǎo)熱系數(shù)，=40kcal/m·h·oC:釜外徑2.24m:釜內(nèi)徑2.2m:平均直徑=()/2=2.22m:釜內(nèi)壁傳熱系數(shù):鹽垢熱阻=0.00031kcal/m·h·oC：硅膠熱阻，=0.12kcal/m·h·oC釜1/=1/1673.33＋(0.02/40)×2.24÷2.22＋1/65.20×2.24÷2.2＋0.0031＋0.002÷0.12×2.24÷2.2=0.036788=27.18kcal/m·h·oC釜1/=1/1673.33＋0.02÷40×2.24÷2.22＋1/65.39×2.24÷2.2＋0.0031＋0.00143÷0.12×2.24÷2.2=0.031906=31.34kcal/m·h·oC釜1/=1/977.65＋0.02÷40×2.24÷2.22＋1/65.55×2.24÷2.2＋0.0031＋0.0014÷0.12×2.24÷2.2=0.032039=31.21kcal/m·h·oC釜1/=1/244.75＋0.02÷40×2.24÷2.22＋1/65.60×2.24÷2.2＋0.0031＋0.001÷0.12×2.24÷2.2=0.031696=31.55kcal/m·h·oC=6\*GB2⑹各釜聚合生成熱計(jì)算式中，：100%丁二烯進(jìn)料量，kg/h：丁二烯轉(zhuǎn)化率：聚丁二烯生成熱=325kcal/kg釜Q11=2916.7×23.60%×325=223710.89kcal/h釜Q12=2916.7×(46.05%-23.60%)×325=212809.72kcal/h釜Q13=2916.7×(63.93%-46.05%)×325=169489.437kcal/h釜Q14=2916.7×(77.3%－63.93%)×325=146737.91kcal/h=7\*GB2⑺各釜夾套傳出熱量的計(jì)算：5-6式中，總傳熱系數(shù)，kcal/m·h·oCF夾套傳熱面積，435-7其中，聚合溫度鹽進(jìn)水口溫度鹽出水口溫度釜=86.97oC31.34×43×86.97=117202.51kcal/h釜=91.97oCQ23=K3Ftm3=31.21×43×91.97=123426.50kcal/h釜=96.97oCQ24=K4Ftm4=31.55×43×96.97=131554.35kcal/h=8\*GB2⑻各釜攪拌熱式中，N電1=N電2=N電3=N電4=50kw=70%∴860.5×55×70%=30117.5kcal/h=9\*GB2⑼計(jì)算物料升溫吸收熱量釜=223710.89+30117.5=253828.39kcal/h設(shè)物料進(jìn)釜溫度20oC=0.558kcal/kg·oC=0.564kcal/kg·oC=0.537kcal/kg·oC=0.517kcal/kg·oC∴=0.564×2.1%+0.537×57.8%+0.517×40.1%=0.530kcal/kg·oC進(jìn)料組成：抽余油80.5%丁二烯19.5%=80.5%×0.530+19.5%×0.558=0.535kcal/kg·oC又式中，是釜總質(zhì)量13179.238kg/h/2=（0.535+0.58）/2=0.558kcal/kg·oC∴==35.48oC釜kcal/h釜kcal/h釜kcal/h=10\*GB2⑽計(jì)算各釜加抽余油量釜已知，10oC時(shí)抽余油Cp=0.530kcal/kg·oC=（）/2=（0.530+0.597）/2=0.5635kcal/kg·oC==kg/h釜/2=(0.530+0.601)/2=0.5635kcal/kg·oC===867.16kg/hm2/h釜=146737.91+30117.5=176855.41kcal/h=131554.35+39532.19=171086.54kcal/h二者基本相等=11\*GB2⑾各釜需冷凍鹽水量：式中，為鹽水平均比熱值=0.6865kcal/kg·oC分別為鹽水進(jìn)出口溫度釜=28454.118kg/h流量V2=W22/p=28454.118/1242.5=22.91/h釜=29965.16kg/h流量V3=W22/p=29965.16/1242.5=24.12/h釜=13374.52kg/h流量V4=W24/p=13374.52/1242.5=25.70/h=12\*GB2⑿各釜攪拌電機(jī)功率=1\*GB3①軸功率式中，：攪拌雷諾數(shù)：膠液密度N：攪拌轉(zhuǎn)數(shù)D：攪拌器直徑D=1.8×0.95=1.17m釜=8.74kw釜=17.90kw釜=21.75kw釜=29.96kw=13\*GB2⒀機(jī)械密封損失功率5-8式中，d接觸直徑15cmh填料高度40cm填料公稱壓力2.5kg/cm2填料與軸間摩擦系數(shù)0.06n攪拌轉(zhuǎn)數(shù)，=1.31kw=14\*GB2⒁攪拌電機(jī)功率5-9式中，k=2.5=0.95=24.38kw=48.48kw=58.62kw=80.22kw3.3各釜物料組成及物性據(jù)數(shù)總時(shí)料量：44.844m3/h60.539+5993.382+23230.734=29284.655kg/h其中100%丁二烯：5993.382kg/h丁烯：60.539kg/h溶劑油：23230.734kg/h根據(jù)各釜純轉(zhuǎn)化率計(jì)算各釜的物料組成如表3-7。表3-7各釜的物料組成第一釜第二釜第三釜第四釜物料kg/hwt(%)kg/hwt(%)kg/hwt(%)kg/hwt(%)溶劑油23230.73479.3323230.73479.3323230.73479.3323230.73479.33丁烯60.5390.2160.5390.2160.5390.2160.5390.21丁二烯3727.28412.732318.2407.921442.0084.92896.6103.06聚丁二烯2266.0987.733675.14212.544551.37415.545096.77217.40各釜物性數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果如表3-8所示。表3-8各釜物性數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果溫度℃組分密度kg/m3比熱容CpkJ/(kg?℃)熱導(dǎo)率W/(m?℃)門尼粘度動力粘度Pa?s94膠液606.82.57440.0956503.594膠液624.22.52830.0986507.594膠液635.52.50320.10054511.094膠液642.82.48650.10164518.0備注：根據(jù)各釜膠液濃度和門尼粘度查《高聚物合成工藝學(xué)》確定各釜動力粘度。3.4各釜對流傳熱系數(shù)和傳熱系數(shù)K的計(jì)算3.4.1夾套內(nèi)冷卻鹽水的對流傳熱系數(shù)1計(jì)算基本方程式： 3-6 3-7 3-8 3-9式中1表示夾套對流傳熱系數(shù)，W/(m2?℃)；l表示傳熱面的特征尺寸，m；表示流體的熱導(dǎo)率，W/(m2?℃)；u表示流體的流速，m/s；表示流體的密度，kg/m3；Nu表示努塞爾準(zhǔn)數(shù)；Re表示雷諾準(zhǔn)數(shù)；表示流體的粘度，Pa?s；w表示流體在壁溫條件下的粘度，Pa?s；cp表示流體的比熱容，J/(kg?℃)。查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》，取冷卻鹽水在螺旋導(dǎo)流板中的流速為1.5m/s；《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第三冊有關(guān)內(nèi)容，。則傳熱面特尺寸為：那么：由于0Pr100，Re10000，所以： 3-10計(jì)算時(shí)取W/(m2?℃)由于鹽水在彎曲的螺旋導(dǎo)流板中流動，因此要對1進(jìn)行修正，查《化學(xué)反應(yīng)工程》修正公式為： 3-11式中R表示曲率半徑，設(shè)計(jì)取916mm。W/(m2?℃) 3-123.4.2釜內(nèi)對流傳熱系數(shù)2i的計(jì)算根據(jù)《化工分離工程》有關(guān)高粘度流體采用雙螺帶式攪拌槽的傳熱公式，當(dāng)1<Re<1000時(shí)： 3-13Re>1000時(shí)： 3-14考慮葉輪與槽壁間隙大小對傳熱的影響時(shí)： 3-15 3-16攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù) 3-17式中n表示攪拌轉(zhuǎn)數(shù)，r/s；D表示聚合釜內(nèi)徑，m；d表示攪拌葉輪直徑，m；設(shè)計(jì)中?。篋＝1.8m，d＝0.95，D＝1.71m，n＝59r/min。以1號釜為例計(jì)算對流傳熱系數(shù)=89.08W/(m2?℃)同理，2號、3號、4號釜計(jì)算結(jié)果如表3-9所示。表3-9各釜對流給熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果釜號 RePrNu1498.5194251.0461677.238589.082239.31192314.911666.369291.283166.12273982.091660.119492.694102.68440521.651656.673293.513.4.3各釜總傳熱系數(shù)K的計(jì)算聚合釜壁剖面圖如圖3-1所示，由于，所以按《化工分離工程》總傳熱系數(shù)公式計(jì)算各釜K值。以1號釜為例：已知：掛膠厚度，；釜壁厚度，；取水垢厚度，查《化學(xué)反應(yīng)工程》得25％CaCl2鹽水的垢層系數(shù)。同樣對2號釜、3號釜、4號釜而言，設(shè)取掛膠厚度為1mm，其它數(shù)據(jù)同上，對各釜K值進(jìn)行計(jì)算結(jié)果如表3-10所示：表3-10各釜K值計(jì)算結(jié)果釜別11122d2K1221.9430.010.13960.01617.4451395.689.0811.242221.9430.0010.13960.01617.4451395.691.2841.223221.9430.0010.13960.01617.4451395.692.6941.504221.9430.0010.13960.01617.4451395.693.5141.673.4.4聚合釜攪拌功率的計(jì)算對攪拌器型式的確定，丁二烯溶液聚合生產(chǎn)順丁橡膠過程中，隨著連續(xù)反應(yīng)過程中單體轉(zhuǎn)化率的提高，體系中的動力粘度逐漸加大，一般從幾十厘泊增加到幾萬厘泊，所以要從適合高粘度液體的框式、螺桿式、錨式及雙螺帶式等攪拌器中進(jìn)行選擇。目前，國內(nèi)有些生產(chǎn)廠家主要采用首釜為框式，其余為雙螺帶式，決定全部采用雙螺帶式攪拌器，攪拌轉(zhuǎn)速為59r/min。查《攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》知，當(dāng)雙螺帶式攪拌器的幾何參數(shù)為：di/D=0.92~0.98；s/D=1.0；h/di=0.8~5.5；H/D=0.9~2.5；b/di=0.10時(shí)，同時(shí)，在層流區(qū)操作時(shí)，其功率準(zhǔn)數(shù)為： 3-18當(dāng)Re>100時(shí)： 3-19根據(jù)前面計(jì)算結(jié)果可知，各釜的Re值均大于100，所以設(shè)計(jì)采用后面關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算，然后，再按下式求出攪拌功率。 3-20查《攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》知，電機(jī)功率為： 3-21采用機(jī)械密封時(shí)：Pm=P填(10%~15%) 3-22式中g(shù)表示重力加速度，m/s；Re表示攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)；Np表示攪拌功率準(zhǔn)數(shù)；P表示攪拌功率，kW；表示液體密度，kg/m3；D表示聚合釜筒體內(nèi)徑，m；h表示攪拌器攪拌葉總高度，m；表示機(jī)械傳動效率，kW；P填表示填料密封系統(tǒng)摩擦損失功率，kW；Pa表示電機(jī)功率，kW；Pm表示軸密封系統(tǒng)摩擦損失功率，kW。H表示聚合釜筒體高度，m；di表示攪拌葉外徑，m；s表示攪拌葉螺距，m；b表示攪拌葉寬度，m；n表示攪拌轉(zhuǎn)速，r/s；以1號釜為例進(jìn)行計(jì)算：設(shè)計(jì)中??；P填＝0.1P；Pm＝0.15P填；＝0.95。則：Np=7.0×2.3×(498.51)-0.33=2.073同理可求其它各釜的P和Pa。見表3-11所示。表3-11各釜的P和Pa釜號ReNpP/kWPa/kW1號4981.512.07317.4818.6762號239.312.64122.90424.473號166.122.97926.30328.104號112.683.49231.18633.32取其中最大的電機(jī)功率，同時(shí)考慮1.65的備用系數(shù)，則實(shí)際電機(jī)功率為55kW。3.5熱量衡算(1)計(jì)算基準(zhǔn)數(shù)量單位基準(zhǔn)：kJ/h；基準(zhǔn)溫度：0℃。(2)聚合釜的有效容積為21m3，由碳鋼制成，規(guī)格F2200×4700×20mm，得到Dg=2200mm。(3)各釜熱量衡算關(guān)系式：1~4號釜：Q入+Q反+Q攪+Q沖入=Q出+Q沖出+Q夾(4)攪拌熱根據(jù)資料可知，攪拌熱與膠液粘度大小有關(guān)。粘度大，攪拌熱就大。設(shè)計(jì)中取1號釜電機(jī)功率的70%、2釜電機(jī)功率的75%、3號釜電機(jī)功率的80%及4號釜電機(jī)功率的85%用于形成攪拌熱。(5)各釜熱量衡算1號釜熱量衡算（目的確定進(jìn)料溫度）Q1入＝G?cp?T1 3-23=29284.655×2.2604×T1=66195.034T1kJ/hQ1反＝x?G丁二烯?H反 3-24＝0.3781×5993.382×1381.38=313042.088kJ/hQ1攪＝550.703600＝138600kJ/hQ1沖入＝0(首釜不沖冷油)Q1夾＝0(因?yàn)槭赘獟炷z嚴(yán)重，傳熱系數(shù)較小，故不用夾套移熱)Q1出＝G?cp?(T2－T1) 3-25＝29284.655×2.5744×(94-0)=7086699.088kJ/hQ1沖出＝0由1號釜熱量平衡關(guān)系式知：Q1入＝Q1出-(Q1反+Q1攪)66195.034T1=7086699.088-(3130342.088+138600)解得： T1＝58℃2號釜熱量衡算(目的確定沖冷油量)Q2入＝Q1出＝7086699.088kJ/hQ2反＝0.2351×5993.382×1381.38=1946425.35kJ/hQ2攪＝550.753600＝148500kJ/hQ2沖入＝0(T2沖＝0)Q2出＝Q2入Q2夾＝K2?A2?tm2已知：冷卻鹽水t進(jìn)＝-12℃，t出＝-8℃。t1＝T－t進(jìn)＝94-(-12)＝106℃t2＝T－t出＝94-(-8)＝102℃℃K2＝41.22W/(m2?℃)取A2＝27m2則：Q2夾＝41.22271043.6＝416684.74kJ/h由熱量平衡關(guān)系式知：Q2沖出＝Q2反+Q2攪－Q2夾Q2沖出＝kJ/h冷抽余油用量：冷卻鹽水用量：3號釜熱量衡算(目的確定沖冷油量)Q3入＝Q2出+Q2沖出＝Q3出＝8634939.698kJ/hQ3反＝kJ/hQ3攪＝550.803600＝158400kJ/hQ3夾＝41.50271043.6＝419515.2kJ/h由熱量平衡關(guān)系式知：Q3沖出＝Q3反+Q3攪－Q3夾Q3沖出＝kJ/h冷抽余油用量：冷卻鹽水用量：4號釜熱量衡算Q4入＝Q3出＋Q3沖出＝Q4出＝9584234.478kJ/hQ4反＝kJ/hQ4攪＝550.853600＝168300kJ/hQ4夾＝41.67271043.6＝421233.7kJ/hQ4沖入＝0(T2沖＝0)由熱量平衡關(guān)系式知：Q4沖出＝Q4反+Q4攪－Q4夾Q4沖出＝kJ/h冷抽余油用量：冷卻鹽水用量：1~4號釜熱量衡算總結(jié)果列表3-12表3-12總熱量衡算表項(xiàng)目1號釜2號釜3號釜4號釜VR/m344444444T/℃94949494/min60606060純/x(%)37.8123.5114.629.01沖油前/wt%7.7612.5815.5617.40沖油后/wt%7.7610.3011.4912.23K/W/(m2?℃)11.2441.2241.5041.67A/m227272727Δtm/℃104104104104Q入/kJ/h38177577086699.0888634939.6989584234.478Q攪/kJ/h138600148500158400168300Q反/kJ/h3130342.0881946425.351210409.98753401.561Q出/kJ/h7086699.0887086699.0888634939.6989584234.478Q沖出/kJ/h01548240.61949294.78500467.861Q夾/kJ/h0416684.74419515.2421233.7G沖/kg/h06397.8583922.8092068.104G鹽/kg/h036436.2336683.76436834.007

第四章設(shè)備計(jì)算及選型4.1聚合釜計(jì)算4.1.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)聚合釜結(jié)構(gòu)包括兩部分：筒體，上下封頭附件：夾套設(shè)計(jì)壓力：公稱直徑：Dg2200×20聚合釜的計(jì)算：筒體：JB1153-73每米高筒體:容積3.799內(nèi)表面積6.91封頭：JB1153-73容積1.58內(nèi)表面積5.57筒體高筒體高===4.70筒體高徑比：4.70/2.2=2.14傳熱面積=筒體內(nèi)表面積+下封頭內(nèi)表面積=6.91×4.70+5.57=38.05m24.2選取膠液貯罐(1)膠罐體積V=200m3，規(guī)格：F4600×9500mm設(shè)計(jì)壓力=0.1Mpa設(shè)計(jì)裝料系數(shù)=75%，選取75%膠液停留時(shí)間：24～36h選取35h膠液溫度：70oC(2)膠液組成比重見表5-7：表5-7膠液組成比重組分比重（kg/m3）C5C6C7抽余油丁二烯聚丁二烯575615640624560910(3)膠液各組分質(zhì)量分率：抽余油：14343.168/17287.67402=82.97%丁二烯：291.67/17287.67402=1.69%聚丁二烯：2609.25/17287.67402=15.09%(4)膠液比重：(5)膠液貯罐個(gè)數(shù)=6.53約7個(gè)。4.3選取凝聚釜體積：V=46m3規(guī)格：F2800×6500mm設(shè)計(jì)壓力：0.08MPa攪拌器：三層槳式攪拌器電機(jī)型號：BJO291-6攪拌機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)：79rpm4.4攪拌器的確定(1)攪拌器形式采用雙螺帶式攪拌器，依據(jù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)見熱量衡算部分。(2)攪拌器軸徑確定根據(jù)電機(jī)功率55kW和攪拌轉(zhuǎn)速59rpm，查《攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》表5-11初選軸徑d'＝113mm，再查可知，材質(zhì)1Cr18Ni9Ti時(shí)軸的變換系數(shù)為1.27~1.07，實(shí)取1.20時(shí)，則：軸徑：d''＝113×1.20＝135.6mm考慮軸上開有若干鍵槽等，應(yīng)增加25％，則：d＝135.6×9(1＋0.25)＝169.5mm取170mm。(3)減速機(jī)的選擇根據(jù)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》上冊972頁表9-13，選單級減速X系列行星擺線針輪減速機(jī)。型號：XLD55-11，傳動比1:17配套電機(jī)：X11YB280M-6；功率：55kW；380V.104.4A；轉(zhuǎn)速：980rpm；F級絕緣；750kg。4.5各物料進(jìn)出管管徑確定(1)釜底、釜頂進(jìn)出料管直徑確定根據(jù)4-1式進(jìn)行計(jì)算，由物料衡算知V＝44.844m3/h；參照《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》第二版，并綜合考慮系統(tǒng)粘度情況，取u＝0.2m/s。則： 4-1圓整取280mm，材質(zhì)1Cr18Ni9Ti。則實(shí)際流速為0.19m/s。同理其它管徑確定如下。沖冷油入口直徑：取90mm，材質(zhì)1Cr18Ni9Ti。氮?dú)馊肟谥睆剑喝?0mm，材質(zhì)1Cr18Ni9Ti。終止劑入口直徑確定：取45mm，材質(zhì)1Cr18Ni9Ti。鹽水出入口直徑：取280mm，材質(zhì)16Mn。人孔、熱電偶孔、采樣孔等直徑的確定參照有關(guān)資料分別確定為：人孔：350×500mm；熱電偶孔：45mm；采樣孔：45mm；放空孔：70mm；溫包孔：45mm(2)終止釜的設(shè)計(jì)按停留時(shí)間1小時(shí)考慮，選用與聚合釜相同結(jié)構(gòu)、相同尺寸的釜1臺。(3)凝聚釜的確定選用凝聚釜1臺。φ2800×6500釜1個(gè)；V=180m3。氣相停留時(shí)間為0.75min；液相停留時(shí)間18.51min。(4)熱水罐取φ2600×9000；V=180m3熱水罐1個(gè)。熱水停留時(shí)間26min。(5)膠液罐取4個(gè)容積為180m3膠液罐，裝料系數(shù)為80%。φ4000×12000。(6)引發(fā)劑配制系統(tǒng)設(shè)備確定各種引發(fā)劑配比和單位時(shí)間加入量匯總?cè)缦拢罕?-2各種引發(fā)劑配比和單位時(shí)間加入量匯總引發(fā)劑種類配比加入量kg/h稀釋劑加入量l/h合計(jì)環(huán)烷酸鎳鎳/?。?.0×10-51.760100100三異丁基鋁鋁/?。?.0×10-42.220三氟化硼乙醚絡(luò)合物硼/丁＝2.0×10-43.184防老劑丁二烯量的0.79%47.591終止劑醇/鋁＝63.094111(1)濃環(huán)烷酸鎳配制釜配制時(shí)間：50小時(shí)配制1次。取φ1400×1600×8；V＝2.5m3釜1臺。其裝料系數(shù)為76%。(2)稀環(huán)烷酸鎳配制釜取φ1800×1800×12；V＝6.0m3釜1臺。其裝料系數(shù)為80%。(3)終止劑、防老劑配制釜確定選φ1800×2200×12；V＝7m3釜1臺。其裝料系數(shù)為80%。(4)貯罐確定①三異丁基鋁貯罐選φ1400×1800×8；V＝4.0m3貯罐1個(gè)。②硼劑貯罐選φ500×1700×3；V＝0.35m3貯罐1個(gè)。裝料系數(shù)按80％。③乙醇貯罐選φ1800×1800×12；V＝6.0m3。④溶劑貯罐選φ1800×1800×12；V＝6.0m3。⑤鎳劑貯罐選φ1800×1800×12；V＝6.0m3。⑥終止劑、防老劑貯罐選φ1800×1800×12；V＝50m3。⑦計(jì)量罐鋁劑計(jì)量罐選用φ500×2000×6；V＝3.0m3計(jì)量罐1個(gè)。鎳劑計(jì)量罐選用φ500×2000×6；V＝2.0m3計(jì)量罐1個(gè)。終止劑、防老劑計(jì)量罐選用φ800×1600×6；V＝50m3計(jì)量罐1個(gè)。硼劑計(jì)量罐選用φ80×2000×4.5；V＝4.0m3計(jì)量罐1個(gè)。4.6換熱器的選擇(1)丁油進(jìn)料預(yù)熱器、預(yù)冷器①預(yù)熱器加熱蒸汽物性數(shù)據(jù)：根據(jù)0.9（表壓）MPa查《基礎(chǔ)化學(xué)工程》P328得加熱蒸汽的物性數(shù)據(jù)：溫度：179℃；比容積：0.1985m3/kg；密度：5.037kg/m3；比熱容：2.7083kJ/(kg?℃)；熱導(dǎo)率：0.327W/(m?℃)；粘度：1.54×10-9Pa?s；汽液焓差：2022.26kJ/h。丁油物性數(shù)據(jù)：組成：79%溶劑油；21%丁二烯(包括少量丁烯)。取進(jìn)口溫度35℃、出口溫度70℃，定性溫度：52.5℃。查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》下冊有關(guān)圖表，得定性溫度下的物性數(shù)據(jù)并整理如下表4-3。表4-3定性溫度（52.5℃）下丁油物性數(shù)據(jù)物性n-C5H12n-C6H14n-C7H16溶劑油C4H6丁油Mi728610090.154Wi(%)2.157.840.17921Xi(%)2.6560.9736.3869.2730.73比熱容Cp/kJ/(kg·℃)2.61632.39442.33582.37562.54512.3957密度/kg/m3595630656639.4580625.94熱導(dǎo)率/W/(m·℃)0.10120.10580.11280.10850.09770.1062動力粘度/Pa·s1.8×10-42.4×10-42.88×10-42.6×10-41.3×10-42.2×10-4熱負(fù)荷： 8031.1882.3957(70－35)＝673411.1kJ/h水蒸氣用量： 673411.1÷2022.26＝333kg/h根據(jù)工藝條件，選用固定管板式換熱器，丁油走管程，蒸汽走殼程；平均溫差：根據(jù)管程動力粘度查《化工原理課程設(shè)計(jì)》第16頁表1-1，取傳熱系數(shù)K為600W/(m2·℃)，則：根據(jù)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》上冊P119表3-9和表3-10，選用G159=1\*ROMANI-25-3固定管板式換熱器，其基本參數(shù)如下：外殼直徑D：159mm，公稱壓強(qiáng)：0.25Pa·s，公稱面積A：m3管長l：3m，管子外徑do：25mm，管子總數(shù)N：13，管程數(shù)：1，殼程數(shù)：1，管程通道截面積：0.0045m2按傳熱面確定需要設(shè)備臺數(shù)：臺考慮20%的備用系數(shù)，則圓整取4臺換熱器進(jìn)行串聯(lián)使用，各種校核略。(2)預(yù)冷器取丁油進(jìn)口溫度35℃，出口溫度0℃，則定性溫度為：℃冷卻鹽水進(jìn)口溫度-12℃，出口溫度-8℃，則定性溫度為：℃查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》得定性溫度下丁油的物料性數(shù)據(jù)如表4-4。表4-4定性溫度（17.5℃）下丁油物性數(shù)據(jù)物性n-C5H12n-C6H14n-C7H16溶劑油C4H6丁油Mi728610090.154Wi(%)2.157.840.17921Xi(%)2.6560.9736.3869.2730.73比熱容Cp/kJ/(kg·℃)2.46972.38602.26042.33742.33582.3371密度/kg/m3614648672657630651熱導(dǎo)率/W/(m·℃)0.10930.11280.11860.11510.11680.1155動力粘度/Pa·s2.1×10-42.8×10-43.6×10-43.1×10-41.8×10-42.7×10-4查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》知定性溫度下冷卻鹽水的物料性數(shù)據(jù)如下：比熱容Cp：2.8590kJ/(kg·℃)；密度：1245kg/m3；熱導(dǎo)率：0.4885W/(m·℃)；動力粘度：6.15×10-3Pa·s；熱負(fù)荷：8031.1882.3371(35－0)＝656939.13kJ/h冷卻鹽水用量： 根據(jù)工藝條件，選用浮頭式列管換熱器。確定丁油走殼程，冷卻鹽水走管程。平均溫差： 根據(jù)管程冷卻鹽水動力粘度查《化工原理課程設(shè)計(jì)》P16表1-1，取傳熱系數(shù)K為350W/(m2·℃)，則：傳熱面積：根據(jù)傳熱面積查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》下冊P145表3-26選擇FLB600-85-25-4浮頭式冷凝器，其結(jié)構(gòu)參數(shù)查第131頁表3-19確定如下：公稱直徑DN：600mm，換熱面積A：90m2，公稱壓力PN：2.5MPa，管程數(shù)：2管程，換熱管長度：6000mm，換熱管規(guī)格：252.5，排管數(shù)：194根，排列方式：正方形旋轉(zhuǎn)45°，管中心距：32mm，擋板間距：300mm，管程能道面積：305m2，材質(zhì)：1Cr18Ni9Ti。由于Re<2100，所以需按《基礎(chǔ)化學(xué)工程》第177頁表3-8強(qiáng)制對流情況進(jìn)行計(jì)算。殼程由《基礎(chǔ)化學(xué)工程》第176頁知，對于園缺擋板用下式計(jì)算。式中取根據(jù)《化工原理課程設(shè)計(jì)》取管內(nèi)污垢熱阻0.000264(m2?℃)/W取管外污垢熱阻0.001056(m2?℃)/WK=419.9W/(m2?℃)傳熱系數(shù)K的貯備系數(shù)滿足要求。其它校核略。

第五章技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析5.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析原料、輔助材料及動力價(jià)格見表5-1。表5-1原料、輔助材料及動力價(jià)格原料及輔助材料單價(jià)丁二烯溶劑（加氫汽油）環(huán)烷酸鎳三異丁基鋁三氟化硼乙醚絡(luò)合物乙醇防老劑包裝袋公用工程新鮮水6500元/噸5000元/噸28000元/噸45000元/噸14000元/噸3500元/噸23000元/噸2元/個(gè)3.5元/立方米1.5元/立方米聚丁二烯裝置定員120人，人均工資3.5萬元/人、年，職工福利費(fèi)按年工資總