30萬噸/年ABS樹脂乳液聚合生產(chǎn)車間的工藝設(shè)計萬葉輝 張濤 黨鋆（陜西理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院高分子072班）指導(dǎo)老師：張營堂 目錄1項目簡介1.1項目名稱21.2項目內(nèi)容 21.3設(shè)計依據(jù)及必要性 21.4市場前景分析 21.5產(chǎn)品方案 21.6技術(shù)方案及設(shè)備方案22生產(chǎn)方法與工藝流程2.1 生產(chǎn)方法 42.2 聚合工藝過程 4 2.3 工藝流程 9 2.4 工藝參數(shù) 10 2.5 主要設(shè)備控制方案 10 2.6 安全防護措施 113物料衡算以及熱量橫算 3.1物料衡算 12 3.2熱量衡算 154 設(shè)備工藝計算 4.1釜體的設(shè)計17 4.2攪拌器的確定18 4.3各物料進出管口直徑確定 19 4.4軸密封形式 19 4.5流體輸送機械的選型設(shè)計20 4.6 調(diào)節(jié)釜的設(shè)計 20 4.7 單體預(yù)乳化罐的設(shè)計20 4.8 過濾器的設(shè)計215參考文獻1項目簡介 1.1項目名稱 ： 30萬噸/年ABS樹脂乳液聚合生產(chǎn)車間的工藝設(shè)計。1.2項目內(nèi)容 1、設(shè)計方案簡介，選定的工藝流程、主要設(shè)備的型式進行簡單的論述。 2、對選定的工藝流程進行物料衡算，對某些設(shè)備進行熱量衡算，為設(shè)備的工藝計算提供依據(jù)。3、主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算，包括工藝參數(shù)的選定、原材料消耗計算、動力計算、設(shè)備的工藝尺寸計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計；典型輔助設(shè)備的選型和計算，包括典型輔助設(shè)備的工藝尺寸計算和型號規(guī)格的選定。 4、工藝流程圖一單線圖的形式繪制，標(biāo)出主要設(shè)備、輔助設(shè)備和主要工藝參數(shù)測量點，并繪制工藝流程草圖、PFD、PID圖。1.3設(shè)計依據(jù)及必要性 依據(jù)設(shè)計任務(wù)書或可行性研究報告的批文，環(huán)境影響報告書的批文，技術(shù)引進報告的批文以及其他相關(guān)性文件等。依據(jù)主要原料及物理性質(zhì)、生產(chǎn)方法、生產(chǎn)能力。 ABS樹脂是微黃色固體，有一定的韌性，密度約為1.041.06 g/cm3。它抗酸、堿、鹽的腐蝕能力比較強，也可在一定程度上耐受有機溶劑溶解。ABS樹脂是丙烯腈丁二烯苯乙烯的三元共聚物。ABS樹脂外觀微黃不透明，相對密度1.04。它具有良好尺寸穩(wěn)定性，突出的耐沖擊性、耐熱性、介電性、耐磨性，表面光澤性好，易涂裝和著色等優(yōu)點。ABS樹脂可以在-2560的環(huán)境下表現(xiàn)正常，而且有很好的成型性，加工出的產(chǎn)品表面光潔，易于染色和電鍍。因此它可以被用于家電外殼、玩具等日常用品。1.4市場前景分析 ： 1997年世界ABS樹脂生產(chǎn)能力為556萬噸/年，主要產(chǎn)地是亞洲、北美和西歐。亞洲的生產(chǎn)能力占世界總能力的60%以上。目前世界ABS生產(chǎn)能力發(fā)展的特點是“西方不振、東方高漲”，未來幾年內(nèi)世界新增能力仍主要集中在亞洲地區(qū)，韓國、中國和中國臺灣省以及馬來西亞都將新建或擴建ABS樹脂生產(chǎn)裝置，雖然亞洲地區(qū)的這些新增計劃不一定全部實現(xiàn)，但在未來幾年還是會有較大的發(fā)展。1999年，世界ABS樹脂需求量為375、2萬噸，1996-2010年的年均需求增長率為2.9%。隨著ABS樹脂逐漸向高性能、多功能樹脂發(fā)展，其需求量會大幅增加。1.5產(chǎn)品方案： 生產(chǎn)能力：ABS樹脂30萬噸年； 開工時間：330da,24hd。1.6技術(shù)方案及設(shè)備方案：（一）技術(shù)方案：ABS的工業(yè)生產(chǎn)方法很多，主要有乳液接枝、乳液接枝摻合法和連續(xù)本體法等。乳液接枝法是使苯乙烯單體和丙烯腈接枝在聚丁二烯膠乳上得到的ABS樹脂。這種方法現(xiàn)已為乳液接枝摻合法所取代。乳液接枝共混法是在ABS樹脂的傳統(tǒng)方法-乳液接枝法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它將部分苯乙烯單體和丙烯腈與聚丁二烯膠乳進行乳液接枝共聚，而以另一部分苯乙烯單體和丙烯腈單體進行共聚生成SAN，然后再將兩者以不同比例摻合可以得到各種牌號的ABS樹脂。這一方法根據(jù)SAN共聚工藝不同又可分為乳液接枝乳液SAN摻合、乳液接枝懸浮SAN摻合、乳液接枝本體SAN摻合三種， 目前乳液接枝一乳液SAN 共混法在發(fā)達國家已被淘汰；乳液接枝一懸浮SAN摻混法只適合于中小型生產(chǎn)裝置。 乳液聚合主要優(yōu)點有：聚合反應(yīng)可在較低溫度下進行，并能同時獲得高聚合速率和高分子量；以水為介質(zhì)，比熱容大，體系黏度小，有利于散熱；乳液產(chǎn)品（稱膠乳）可以直接作為膠粘劑和表面處理劑加以使用，而沒有易燃及污染環(huán)境等問題。 缺點：聚合物以固體使用時，需要加破乳劑，會產(chǎn)生大量廢水；而且要洗滌、脫水、干燥，工序多，生產(chǎn)成本比懸浮聚合高；產(chǎn)物中雜質(zhì)含量較高。（2） 設(shè)備方案：該項目主要生產(chǎn)設(shè)備為聚合釜、凝聚釜、接枝釜、貯槽、混合槽、沸騰干燥器等大型設(shè)備以及各類機泵、各種儀表等。2生產(chǎn)方法與工藝流程2.1 生產(chǎn)方法 選擇生產(chǎn)工藝路線就是指選擇生產(chǎn)方法。生產(chǎn)方法就是指在化工生產(chǎn)過程中使用何種原料、根據(jù)何種原理、選擇實施何種方法，通過何種操作過程實現(xiàn)從原料變?yōu)楫a(chǎn)品的方法。主要生產(chǎn)方法：采用低溫乳液共聚方法制備丙烯腈含量約為20%（質(zhì)量分數(shù)）的丁腈膠乳，之后制備丙烯腈含量為20%30% AS樹脂乳液，然后通過采用適當(dāng)比例將兩種乳液共聚、凝聚、分離、水洗、過濾、干燥和擠出造粒，即可得ABS樹脂。本項目基本工藝由原材料的配制、聚合、脫單體和成品包裝等工序?；窘M分是：單體、引發(fā)劑、乳化劑、分散劑、終止劑、分子量調(diào)節(jié)劑和抗氧劑等。 2.1.1 原料選擇：該項目選用的原料主要單體為：丁二烯，苯乙烯和丙烯腈。 2.1.2 聚合機理：連鎖聚合（增長鏈一經(jīng)引發(fā)，迅速增長，反應(yīng)一開始就生成相對分子量很高的聚合物，而轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)進行逐步增加的聚合反應(yīng)。） 2.1.3 實施方法：本項目擬采用乳液接枝共混法。 2.1.4 操作過程：采用間歇式操作。2.2 聚合工藝條件 2.2.1單體的選擇： ABS樹脂是丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物，其特性是由三組份的配比及每一種組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)，物理形態(tài)控制。丙烯腈表現(xiàn)的特性是耐熱性、耐化學(xué)性、剛性、抗拉強度；丁二烯表現(xiàn)的特性是抗沖擊強度；苯乙烯表現(xiàn)的特性是加工流動性，光澤性。這三組分的結(jié)合，優(yōu)勢互補，使ABS樹脂具有優(yōu)良的綜合性能。（1）1，3-丁二烯 1，3-丁二烯通常簡稱丁二烯，結(jié)構(gòu)式為CH2=CH-CH=CH2 。一般以乙腈、二甲基甲酰胺為抽提劑，從約含40%丁二烯的裂解C4中抽提而得，也可以采用丁烯氧化脫氫或其他方法得到。目前世界丁二烯的年生產(chǎn)能力約為7000kt,主要用于生產(chǎn)聚丁二烯、丁苯橡膠、丁苯樹脂、SBS、ABS等高分子材料。中國丁二烯年生產(chǎn)能力約為50余萬噸，20世紀(jì)70年代初開發(fā)成功丁烯氧化脫氫法生產(chǎn)丁二烯。目前主要采用乙烯裝置副產(chǎn)C4餾分溶劑萃取精餾法生產(chǎn)丁二烯。 表1 丁二烯的物理性質(zhì) 物理量名稱 量值 物理量名稱 量值相對分子質(zhì)量沸點/熔點/臨界溫度/臨界壓力/MPa臨界體積/(mlmol-1)臨界密度/(gmol-1)密度/(gml-1) 20 25 50 54.09 -4.41 -108.9 152 4.32 220 0.245 0.6211 0.6149 0.5818臨界熱/(Jg-1)蒸發(fā)熱/(Jg-1) 25 沸點下生成熱/(kJmol-1)(25) 氣體 液體空中爆炸極限/%(體積） 上限 下限 147.6 389 418 110.288.7 11.5 2.0 表2 工業(yè)用丁二烯國家標(biāo)準(zhǔn) 指標(biāo)名稱 指標(biāo)值 試驗方法 優(yōu)級品 一級品外觀1，3-丁二烯/%(質(zhì)量）總?cè)矡N/10-6 丁二烯二聚物/10-6 （以4-乙烯基環(huán)己烯計）羰基化合物（以乙醛計）/10-6水含量/10-6阻聚劑（TBC）/10-6 無色透明 無懸浮物 99.3 50 1000 10 20 50150 無色透明 無懸浮物 98.0 100 1000 20 500 50150 GB/T 6012-85GB/T 6013-85GB/T 6017-85GB/T 6015-85GB/T 6018-85GB/T 6023-85GB/T 6020-85 表3 不同溫度下丁二烯的穩(wěn)定貯存時間溫度/8565.66046.1時間/由于丁二烯具有上述性質(zhì)，在運輸、貯存和適用時必須采取嚴格的安全措施，絕氧、氮封。裝貯丁二烯的壓力容器必須符合壓力容器設(shè)計、制造、使用等一切規(guī)范，并經(jīng)專門機構(gòu)檢驗；丁二烯貯罐要有明顯標(biāo)志（即紅色危險物品標(biāo)志）并定期進行氣密性試驗，試壓之前要用水蒸氣清洗、氮氣置換。此外在蒸餾、加熱、室溫下長期貯存丁二烯時需加入一定量的阻聚劑，如叔丁基鄰苯二酚、氫醌等，加入量一般為(1002000)10-6,丁二烯貯罐氣相中的氧含量應(yīng)0.3%。（2） 苯乙烯 苯乙烯結(jié)構(gòu)式為C6H5CH=CH2，是不飽和芳烴中最簡單、最重要的成員，屬于帶有烯烴側(cè)鏈并與苯環(huán)形成共軛體系的單環(huán)芳烴，廣泛用作生產(chǎn)苯乙烯系樹脂和合成橡膠的原料，如GPPS、HIPS、ABS、SAN、SMA、SBR等。目前世界苯乙烯產(chǎn)量已達1900萬噸/年，90%以上都是通過乙苯催化脫氫制得，中國苯乙烯產(chǎn)量約為80萬噸/年。 表4 苯乙烯的物理性質(zhì)物理量名稱量值沸點（0.1MPa）/凝固點/閃點/ Tag開杯法 Cleveland開杯法自燃溫度/爆炸極限（空氣中）/%145.0-30.634.431.1490.01.16.1 表5 工業(yè)用苯乙烯質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（3) 丙烯腈 丙烯腈結(jié)構(gòu)式為CH2=CHCN。目前，世界總生產(chǎn)能力約為4870kt/a，其中90%采用Sohio法，中國丙烯腈生產(chǎn)能力約為430kt/a。丙烯腈在常溫常壓下，是一種具有苦杏仁氣味的無色透明液體。 表6 丙烯腈的主要物理性質(zhì) 表7 工業(yè)用丙烯腈規(guī)格2.2.2引發(fā)劑的選擇引發(fā)劑是乳液聚合配方的重要組成部分，引發(fā)劑種類和用量直接關(guān)系到反應(yīng)速率。聚合物乳液的穩(wěn)定性及產(chǎn)品的質(zhì)量。因此正確選擇引發(fā)劑也是進行乳液聚合配方設(shè)計很重要的問題。根據(jù)反應(yīng)體系不同可采用水溶性和油溶性引發(fā)劑也可按自由基生成機理選用熱引發(fā)劑. 在ABS合成中，常用的引發(fā)劑有：過氧化氫異丙苯、過硫酸鉀和偶氮二異丁腈等。乳液聚合所采用的大多是水溶性引發(fā)劑。水溶性較好的一般為無機過氧化物。例如過硫酸銨、過硫酸鉀。他們的使用溫度是6090.在過硫酸鹽中，以過硫酸鉀為引發(fā)劑，所得乳液耐水性較好，所以使用最廣泛。過硫酸鉀在水中溶解度最?。?.75%5.3%），價格最低。所以我們選用過硫酸鉀作為引發(fā)劑。引發(fā)劑用量一般控制為單體總量的0.1%2%之間。2.2.3 乳化劑的選擇能使兩種互不相溶的液體形成穩(wěn)定乳液、既具有親油性有具有親水性（用HLB值表示其親水親油性，數(shù)值越高表示其親水性越強)的物質(zhì)成為乳化劑。在用乳液法合成聚丁二烯膠乳及其與苯乙烯和丙烯腈的接枝反應(yīng)中，常用的乳化劑有：硬脂酸鉀、油酸鉀、松香酸鉀、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉等。 表8 合成ABS常用乳化劑參數(shù)乳化劑臨界膠束濃度CMC/(molL-1)膠束面積 /nm2HLB聚集數(shù)硬脂酸鉀油酸鉀松香酸鉀十二烷基苯磺酸鈉十二烷基硫酸鈉0.00050.00120.0120.00720.00139/0.280.300.350.35202019.110.9402482 表9 合成ABS常用乳化劑性狀名稱分子式相對分子質(zhì)量性狀硬脂酸鈉CH3(CH2)16COOK322.57白色粘稠狀液體，微具脂肪氣味，易溶于熱水或醇，緩溶于冷水，水溶液對石蕊和酚酞均呈強堿性。但醇溶液對酚酞呈微堿性。一般商品中含有相當(dāng)比例的棕櫚酸鹽。油酸鉀C17H33COOK320.56黃色或棕色軟質(zhì)固體，能溶解于水及醇，其水溶液對酚酞呈堿性。歧化松香酸鉀C19H28COOK342外觀為淺黃色透明液體，為脫氫松香酸鉀皂和氫化松香酸鉀皂的混合物，在水溶液中能分離吸附在單體乳膠粒子表面的陰離子（RCOO-),在堿性介質(zhì)中使用這種乳化劑十二烷基苯磺酸鈉CH3(CH2)11C6H4SO3Na348.48白色至淡黃色粉末或顆粒，能溶于水。其水溶液極易氣泡，但粘度較低，且易消失，有較好的滲透力和去污力。十二烷基硫酸鈉C12H25NaO4S288.38白色薄片或粉末結(jié)晶，有特殊氣味，溶于水呈不透明溶液，溶液呈中性。能乳化脂肪，稍溶于醇，幾乎不溶于氯仿、醚和輕石油。本品為含85%以上的十二烷基硫酸鈉及其他同系的烷基硫酸鈉的混合物。在濕熱空氣中分解。熔點約180（分解）。 綜合上述乳化劑參數(shù)及其性狀，選用油酸鉀作乳化劑。油酸鉀是質(zhì)量符合表10的油酸皂化而成。工業(yè)品油酸（順式十八碳-9-烯酸）是從黃色到紅色的油狀液體，有豬油氣味。當(dāng)曝露于空氣中時顏色能變深。不溶于水，溶于酒精、乙醚及多種有機溶劑。精制級油酸為無色透明，相對密度0.895（20），凝固點13.2，沸點286（13.1kPa），閃點372。易燃，無毒。 表10 油酸的質(zhì)量指標(biāo)指標(biāo)名稱指標(biāo)值 外觀 水分/% 酸值/（mgKOHg-1) 皂化值/（mgKOHg-1) 淡黃色透明油狀液體 5185202187205 油酸鉀的配制方法是在油酸中加入定量軟水，在攪拌下加入定量KOH ，升溫至7080，皂化0.51h。配制好的油酸鉀規(guī)格為PH值1113，濃度15%20%。2.2.4分散介質(zhì)(溶劑)的選擇 能使物質(zhì)分散于介質(zhì)中的助劑稱為分散劑，分散劑分為無機粉末和水溶性有機高分子兩大類。在ABS合成中常用的分散劑有活性磷酸鈣、聚乙烯醇和亞甲基二萘二磺酸鈉等。綜合考慮，選用聚乙烯醇作分散劑。 表11 聚乙烯醇的質(zhì)量指標(biāo)指標(biāo)名稱指標(biāo)值指標(biāo)名稱指標(biāo)值揮發(fā)度/%聚合度醋酸鈉/%517001003醇解度/%純度/%882902.2.5 終止劑的選擇 用于終止聚合反應(yīng)的物質(zhì)成為終止劑。ABS聚合時應(yīng)用最普遍的終止劑是俗稱福美鈉的二甲基二硫代氨基甲酸鈉（C2H6NCS2Na)。2.2.6分子量調(diào)節(jié)劑的選擇 在生產(chǎn)聚合物過程中，為了避免聚合物分子量過高和過度支化，或因交聯(lián)而引起的加工或成型困難，通常向聚合體系中加入分子量調(diào)節(jié)劑。ABS樹脂合成中，一般使用叔十二碳硫醇作為分子量調(diào)節(jié)劑。2.2.7抗氧劑的選擇 能延緩或阻止高分子材料氧化變質(zhì)過程的物質(zhì)稱為抗氧劑。使用它不但能保證高分子材料順利進行加工，而且還可延長其使用壽命。對抗氧劑的一般要求是用量小，效率高，價格便宜。在ABS樹脂中常用的抗氧劑有酚類如2，2，-亞甲基雙（4-甲基-6叔丁基苯酚）、（4-羥基-3，5-二叔丁基苯基）丙酸正十八碳醇酯、亞磷酸酯類等。2.2.8 ABS乳液聚合方案流程簡圖 圖 1 乳液接枝共混法生產(chǎn)ABS方案流程圖2.3 工藝流程(1)丁二烯膠乳的合成 以乳化劑油酸鉀皂、硫醇、過硫酸鉀等組成的助劑溶液與丁二烯一起加入聚合釜中，反應(yīng)溫度9093攝氏度，用液氨冷卻，丁二烯轉(zhuǎn)化率80%83%，物料在釜中停留時間約16小時。反應(yīng)后，膠乳進脫氣槽減壓脫灰發(fā)物，回收的丁二烯經(jīng)壓縮冷凝后循環(huán)使用。脫氣后的膠乳經(jīng)陳化34天后，送入儲槽供接支使用。表12 丁二烯膠乳制備得配方及工藝條件項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)丁二烯油酸鉀皂過硫酸鉀硫醇100份12份0.51份515份聚合溫度聚合時間轉(zhuǎn)化率909316小時80%83%(2）SAN膠乳的制備 由苯乙烯單體、丙烯腈和溶劑以及回收液組成的物料經(jīng)預(yù)熱后進入聚合釜，丙烯腈：苯乙烯單體=30：70。聚合反應(yīng)溫度為120150，壓力0.1960294MPa，反應(yīng)后從聚合釜出來的物料用齒輪泵送入第一脫揮器，在0、196MPa壓力下閃蒸除去大部分丙烯腈和部分苯乙烯單體、乙苯等揮發(fā)組分。然后經(jīng)管式加熱器加熱至240后，進入第二脫揮器，在2.67kPa壓力下再脫除殘余的苯乙烯單體等揮發(fā)組分。整個系統(tǒng)用290的熱油保溫。熔融的SAN送去擠條切粒，然后送至SAN料斗供與ABS接枝粉料摻混使用。 表13制備SAN樹脂的配方及工藝條件項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)苯乙烯/份丙烯腈/份溶劑/份60851540515聚合溫度/停留時間/h11016015（3） 后處理： ABS接枝膠乳、SAN膠乳和助劑共凝聚，洗滌，干燥，制得ABS粉料，擠壓造粒即得ABS樹脂成品。2.4工藝參數(shù)：2.4.1工藝配方（質(zhì)量分數(shù)）借鑒已有人某企業(yè)的配方：配料比 丁二烯 ：丙烯腈 = 65 ： 35乳化劑用量 c = 2.5%（丁二烯質(zhì)量分數(shù)）引發(fā)劑用量 d = 0.285% （丁二烯質(zhì)量分數(shù)）分子量調(diào)節(jié)劑 e = 0.7% （丁二烯質(zhì)量分數(shù)）2.4.2主要單體參數(shù)單體名稱相對分子質(zhì)量沸點/熔點/折射率密度丁二烯54.09-4.4-108.91.42921.878丙烯腈53.0677.3-821.3880.806苯乙烯 104.14 145.2-30.61.54690.906 2.4.3 主要工藝參數(shù) 聚合溫度 515 轉(zhuǎn)化率 70%75%損失率 0.8 2.5 主要設(shè)備控制方案 2.5.1 反應(yīng)器的溫度控制反應(yīng)溫度的控制主要是通過與夾套內(nèi)循環(huán)水進行熱量交換來實現(xiàn)的。不同的聚合反應(yīng)器，聚合反應(yīng)機理不同、操作方式不同、溫度控制不同、傳熱介質(zhì)、傳熱方向及控制特點的不同，如連鎖聚合反應(yīng)溫度較低，多為放熱反應(yīng)，反應(yīng)速率極快，所以反應(yīng)過程中撤熱必須及時，否則易發(fā)生爆聚。而縮聚反應(yīng)反應(yīng)熱效應(yīng)小，由于反應(yīng)溫度較高，所以大多需要供熱，反應(yīng)速率比較平穩(wěn)，傳熱速率也比較平穩(wěn)。連續(xù)操作反應(yīng)溫度控制必須平穩(wěn)，抗外界干擾能力要強。而間歇操作反應(yīng)溫度要盡量按預(yù)定要求控制，允許有小量的波動。恒溫反應(yīng)過程，反映前期速率較快，傳熱速率快，反應(yīng)溫度不易控制。而變溫反應(yīng)過程，反應(yīng)速率在一定時間內(nèi)比較平穩(wěn)，傳熱速率也比較平穩(wěn)，反應(yīng)溫度易控制。在乳液聚合連續(xù)操作溫度采用二次循環(huán)控制，二次循環(huán)（小循環(huán)）中的傳熱介質(zhì)流量大而且控制恒定，保證反應(yīng)過程中有較高的且穩(wěn)定的傳熱系數(shù)。 2.5.2 反應(yīng)器的壓力控制先將聚合釜抽真空在通入氮氣排除空氣，然后在減壓下進行聚合。通過調(diào)節(jié)真空泵的抽氣量控制反應(yīng)器的壓力。 2.5.2 反應(yīng)器液位的控制：（進料時打開進料泵，物料到達預(yù)定液位時，關(guān)閉進料泵） 在連續(xù)操作過程中，反應(yīng)器的液位高度是一個重要的控制參數(shù)，它與物料流量共同決定了物料在反應(yīng)器中的有效反應(yīng)體積，進而確定了物料在反應(yīng)器中的平均停留時間?？刹捎贸隽狭髁恳欢?，調(diào)節(jié)進料管路上的閥門，調(diào)節(jié)進料流量，控制反應(yīng)器的液位。 2.5.4 泵的控制 （直接流量調(diào)節(jié)）泵的控制有兩一是直接流量調(diào)節(jié)，二是旁路流量調(diào)節(jié)。直接流量調(diào)節(jié)控制方案簡單，易操作。所以在選擇時采用直接流量調(diào)節(jié)。2.6安全防護措施 2.6.1聚合工段設(shè)計中電氣設(shè)備一律選用隔爆式電氣設(shè)備，各設(shè)備均有接地線、跨接線等防靜電設(shè)施及防雷設(shè)施；各崗位設(shè)有排氣系統(tǒng)。此外生產(chǎn)中還要注意以下問題：禁止穿帶釘子鞋進入裝置現(xiàn)場；禁止吸煙；禁止隨意用鐵器碰擊設(shè)備；機動車不經(jīng)許可不得進入生產(chǎn)區(qū)。 生產(chǎn)人員必須熟悉相關(guān)崗位消防設(shè)施的種類和存放位置，并熟練準(zhǔn)確使用，了解現(xiàn)場物料的性質(zhì)。 生產(chǎn)人員必須佩戴好勞動保護用品，在接觸化合物時必須帶手套、面具及其他防護用品。 生產(chǎn)人員在生產(chǎn)過程中要及時檢查，消除漏點。 設(shè)備跑料、貯罐冒頂應(yīng)立即采取緊急措施，切斷物料來源，控制現(xiàn)場，通知附近使用明火單位立即停止，嚴禁開、停傳動設(shè)備，及時回收流失物料或用蒸汽蒸煮，消除危險。 生產(chǎn)裝置檢修敲打設(shè)備時，必須使用銅制工具或在鐵制工具上涂上黃干油，以免引起火花。 生產(chǎn)現(xiàn)場禁止存放大量易燃易爆物品。 設(shè)備開車前必須用氮氣置換。 各貯罐裝料不得超過規(guī)定的裝料系數(shù)，而且要有氮氣保護。 設(shè)備檢修必須將物料倒空，并用盲板切斷與其他設(shè)備的連接，清除可燃物，經(jīng)車間安全員同意，指令專人到現(xiàn)場監(jiān)護，檢修人員方可動火。 2.6.2后處理工段處理的電器、轉(zhuǎn)動設(shè)備多，生產(chǎn)人員上崗必須穿好工作服帶好安全帽。所有電器設(shè)備在運轉(zhuǎn)中禁止用手亂動。 生產(chǎn)人員工作服內(nèi)禁止帶東西，防止落入設(shè)備影響生產(chǎn)。非崗位人員禁止入內(nèi)，庫內(nèi)經(jīng)常保持衛(wèi)生。31 物料衡算 3.1.1如下圖示，對于物料數(shù)量與組成沒有變化的設(shè)備不做物料衡算。 圖 2 ABS乳液接枝共聚間歇操作物料平衡示意圖M1丁二烯，M2苯乙烯，M3丙烯腈，M4丁二烯膠乳，M5調(diào)節(jié)劑，M6引發(fā)劑，M7乳化劑，M8 丙烯腈苯乙烯共聚液，M9接枝ABS，M10丁腈膠乳，M11抗氧化劑，M12丁腈膠乳與AS樹脂混合液，M13丙烯腈苯乙烯共混液，M1420%30%AS樹脂，M15鹽酸，M16鹽水，M17ABS乳液3.1.2明確物料變化的化學(xué)變化，寫出主，副反應(yīng)方程式 在R101中發(fā)生 2mCH2=CHCH=CH2CH2CH=CHCH2m； 在R102中發(fā)生丁二烯膠乳與苯乙烯，丙烯腈生成含丙烯腈20 %的丁腈膠乳； 在R103中制備SAN樹脂； 在R104中的丁腈膠乳SAN樹脂共混共聚生成ABS。3.1.3收集數(shù)據(jù)生產(chǎn)規(guī)模：年生產(chǎn)量萬噸；生產(chǎn)時間：年工作日d/a（h/d）;間歇操作：R101 R102 R104 V101 V102每天1.5批； R103 V103每天4.8 批。3.1.4技術(shù)指標(biāo)損失率：2.0%產(chǎn)品質(zhì)量； 引發(fā)劑：0.5%單體質(zhì)量；分子量調(diào)節(jié)劑：0.8%產(chǎn)品質(zhì)量； 分散介質(zhì)：1：1單體質(zhì)量；乳化劑：2.7%單體質(zhì)量； 引發(fā)劑濃度：1.3%；抗氧化劑：0.2%。3.1.5確定計算順序有給定條件及物料平衡關(guān)系示意圖可采用順流程的計算順序。3.1.6計算主要原料（丁二烯）投料數(shù)量每批生產(chǎn)聚合物數(shù)量：300000000/（330x1.5x0.98）=618429.2kg/B所需丁二烯數(shù)量：618429.2/（1+0.005+0.008+0.013+0.027+0.002）x0.5x0.8=234475.53kg/B3.1.7順流程逐個計算 R101:M1=234475.53kg/B；M4=234475.53x(1+1+0.005+0.008+0.027)=478330.08kg/B;M5=234475.53x0.008=1875.80kg/B;M6=234475.53x0.005=1172.38kg/B;M7=234475.53x0.027=633084kg/B; V101:M2=234475.53x0.2/0.8=58618.88kg/B;M3=234475.53x0.05=11723.77kg/BM8=M2+M3=70342.65kg/B; R102:M4=234475.53x(1+1+0.005+0.008+0.027)=478330.08kg/B;M6=478330.08x0.005=2391.65kg/B;M7=478330.08x0.027=12914.91kg/B;M9=M4+M8+M6+M7=563979.29kg/B；M11=M9x0.002=1127.96kg/B;M10=M9+M11=565107.25kg/B; V103:M2=618429.2/（1+0.005+0.008+0.013+0.027+0.002）x0.5x0.7=205166.09kg/B;M3=618429.2/（1+0.005+0.008+0.013+0.027+0.002）x0.5x0.3=87928.23kg/B;M13=M2+M3=293094.32kg/B; R103:M6=293094.32 x0.005=1465.47 kg/B;M7=293094.32 x0.027=7913.55 kg/B;M14=M13+M6+M7=302473.34kg/B; V102:M10=M9+M11=565107.25kg/B; M13=M2+M3=293094.32kg/B;M12=M10+M14=867580.59 kg/B; R104:M15=618429.2x0.001=618.43 kg/B;M16=618429.2x0.4x0.2= 98948.67kg/B; M17=618429.2kg/B3.1.8 物料衡算表:ABS乳液聚合間歇操作物料衡算表物流號丁二烯苯乙烯丙烯腈丁腈膠乳分子量調(diào)節(jié)劑引發(fā)劑乳化劑苯乙烯丙烯腈共聚液含丙烯腈20 %的丁腈膠乳SAN樹脂ABS乳液合計M1234475.53234475.53M2205166.09205166.09M3293094.32293094.32M4302473.34302473.34M5618.43618.43M65029.55029.5M7653912.45653912.45M870342.6570342.65M9563979.29563979.29M10565107.25565107.25M111127.96M12867580.59867580.59M1326.03M1435.32M1510062.8610062.86M1698948.6798948.67M17618429.2618429.23.2：熱量衡算3.2.1.熱量衡算：工藝參數(shù)反應(yīng)溫度：90-93壓力：常壓101.325Kpa反應(yīng)程度：P=1-1/Xn=99.98%物料衡算結(jié)果見物料衡算表各物化數(shù)據(jù)：見于計算過程中升溫時 Cp(水)=4.2 J/(g*k) Cp（丁二烯）=2.02 J/(g*k) Cp（苯乙烯）=1.99 J/(g*k) Cp(丙烯腈)=2.49 J/(g*k) Cp(丁腈膠乳)=1.04 J /(g*k) CP(SAN樹脂)=2.51 J /(g*k) Cp (ABS乳液)=130/(1302+140+52+50+0.4+1.4+1.9+75+1)1.99+130/539.72.02+265/539.4.2+1.4/539.72.51+6.9/539.72.47+1.4/39.71.04=3.07J/(g*k)Q1=W*Cpt=10062.8610003.07(80-20)=1850000000J=1850000kJ加料時間為T=3hq1=Q1/T=1850000/3=620000KJ/hQ2(混合熱)=0，q3(反應(yīng)熱)=0Qt=(q1+q2+q3)/90%=689000KJ/hq4=10%Qt=68900KJ/h由q4=3.6Aiai(Ti-T。)t （1）aT=9.8+0.052(Tw-T。) （2）得：aT=9.8+0.052(80-20)=12.9w/(m2*k)3.612.9Si60=68900/3600求得：Si=6.87m2Gh=6890001000/4.2(95-80)=10900000g/h=10900kg/h放熱時 Hr=86.7KJ/molt=1hQ2=(2416.121000/128)86.795%=1550000KJQ2=Q2/t1550000/1=1550000KJ/hQt=q2/90%=1550000/0.9=1720000KJ/hq4=10%Qt =0.11720000 =172000KJ/h由（1）、（2）有：3.612.9Si60=172000/3600求得：Si=17.1m2Gh(4.260)=6830000Kg/h設(shè)備熱損釡體:D=2400mm H=2.538m A厚=6mm封頭：h=50mm a厚=5mmQ3=w*Cpt=PV*CptV=0.131(D+0.005)3-0.131D3+2Dh高h厚 =0.131（2.406）3-0.131(2.4)3-23.143.5380.06=0.01362+23.140.021228=0.15m3W=78000.15=1170KgQ3=117025.15660=82200kJq3=Q3/T=27400KJ/hQt=(q1+q2+q3)/90% =(27400=620000)/90% =719000KJ/hq4=10%Qt=71900KJ/h由（1）有3.612.9Si60=71900/3600求得：Si=7.19m2Gh=7190001000/(4.215)=11400Kg/h4設(shè)備工藝計算4.1釜體的設(shè)計 4.1.1反應(yīng)器體積的計算（間歇操作）a.根據(jù)年產(chǎn)量確定日產(chǎn)量Wd,kg/dWd=30000000/(3300.98)=90921.4kg/Bb.確定生產(chǎn)周期T=Ta+Tb=16h+1h=17hc.反應(yīng)器裝料系數(shù)P取0.75d.計算反應(yīng)器體積VR=(Wd/3)/(PM0.95)=31.32m3VT=VR/P=31.32/0.75=41.6m3 4.1.2釜體外形尺寸的設(shè)計a.選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭b.封頭與筒體的連接方式 選用焊接的連接方式，因為本反應(yīng)比較簡單，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也因此比較簡單，對設(shè)備的維修與安裝要求不高，因此選用焊接的連接方式，這樣可減少成本。而且本反應(yīng)釜的釜徑有2400mm,也要求用焊接的連接方式。c.初選長徑比因聚合反應(yīng)生成的高聚物呈高度分散狀態(tài)，反應(yīng)體系的黏度始終很低，且以水為分散介質(zhì)，且其反應(yīng)體系的黏度始終很低，且以水為分散介質(zhì)，其比熱大，對于聚合物的熱的清除十分有利。因此，選用“矮胖型”，其長徑比初步定為H/D=1.5d.計算釜體內(nèi)徑 查表6-1【聚合物合成工藝設(shè)計P74面】，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為0.131D3、h封=D/4。令h為釜體直邊高度、H為反應(yīng)釜總高度，則：H=h+2h封=h+D/2又H/D=1.5,故D=hVT=0.785D2h+20.131D3=1.047D3雖然反應(yīng)器屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，但用于制造反應(yīng)器的上下封頭仍選用標(biāo)準(zhǔn)封頭。因為H/D取得較小，所以此處按公稱尺寸選定釜體直徑為3.4m.即D=3.4m.e.計算釜體直邊高度為：h=（VT-2V封）/0.785D2=(41.6-0.262D3)/0.785D2=3.4釜體實際高度為：H=h+2h封=3.4+1.2=4.6m 長徑比H/D=4.6/3.4=1.35根據(jù)【聚合物合成工藝設(shè)計】P74表6-2取封頭直邊高度為50m，釜體圓形直筒部分高度：3.4-20.05=3.1m反應(yīng)器的實際體積為： VT=0.785D2h+0.262D3=0.7853.423.3+0.2623.43=104.3m34.1.3夾套直徑及高度的確定a夾套直徑的確定 查【聚合物合成工藝設(shè)計】P84表6-9知：D在20003000之間時夾套直徑為D夾=D+200.因D=2400mm,得D夾=2400+200=2600mm； 夾套封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，直徑采用與夾套筒體相同的直徑,其它有關(guān)尺寸數(shù)據(jù)按前面介紹方法查得：封頭曲面高度h1=650mm,直邊高度h2=50mm,封頭內(nèi)面積A封=1.083D夾2+3.14 D夾h2=7.729m2, V封=2.567m3.b.夾套高度的確定 夾套越高，傳熱面越大，但過高會影響封頭的裝卸。依下式計算： Hj(錯誤！未找到引用源。v)/(0.785D2)=(0.7515.098-0.1312.43)/(0.7852.42)=2.0m4.1.4聚合釜筒體 據(jù)公式： S=D(Mpl/2.6ED)錯誤！未找到引用源。0.4+C 其中，D=240cm,m=3,P=1.0MPa,L=243.8cm,E=2105Pa,C=C1+C2+C3=0.08+0.1+0=O.18, 代人數(shù)據(jù)得S=2.12cm4.1.5夾套筒體與封頭壁厚的確定依同樣的方法，確定筒=5mm 封=6mm4.2.攪拌器的確定4.2.1選擇攪拌槳葉型式，確定攪拌槳葉尺寸 采用直葉開啟式渦輪式槳葉,依據(jù)【化工設(shè)備設(shè)計手冊】上P832表10-1，P838表10-5和【聚合物合成工藝設(shè)計】P80 據(jù)【聚合物合成工藝設(shè)計】P77表6-4，計算設(shè)計參數(shù) Z=4-6,Z取6 （Z為槳葉數(shù)） d/D=1/4-1/2,取1/4,那么，d=0.6m （d為槳葉直徑） b/d=1/8-1/5,取1/8,那么，b=0.075 (b為槳葉寬度) C/D=1,那么C=2.4m (C為槳葉距釜底距離) Ut=2-10m/s,取ut=3m/s (ut為槳葉端線速度) 黏度按1Pas4.2.2設(shè)計攪拌附葉按裝四塊擋板，其上端與靜液面平齊，下端與反應(yīng)器直筒部分下沿對齊，寬度為D/12=2.4/12=0.2m,且擋板緊貼著釜壁且垂直于釜壁設(shè)置導(dǎo)流筒，且槳葉常置于導(dǎo)流筒的下端，且直徑為釜徑的70%。4.2.3確定攪拌轉(zhuǎn)數(shù) 攪拌等級選六級，其對應(yīng)的流體總體速度為u=11.0m/min 攪拌槳葉排出流量數(shù)qd=u（0.785d2）=11.0(0.785o.62)=3.109m3/min 計算攪拌轉(zhuǎn)速利用圖5-17【聚合物反應(yīng)工程基礎(chǔ)】P162,假設(shè)為湍流操作，查得Nqd=0.87,從而：N=qd/(Nqdd3)=3.109/(0.870.66)=16.5r/min此時的雷諾數(shù)為：NRw=pNd2/u=0.9581000(16.5/60)0.62/1=95由圖5-17讀出，Nq約為0.46，重新計算轉(zhuǎn)速：N=3.109/(0.460.630)=31.3r/min由此得雷諾數(shù)NRw=pNd2/u=0.9581000(31.3/60)0.62/1=180；由圖5-17讀出，Nq約為0.53，重新計算轉(zhuǎn)速得：N=27.2r/min計算雷諾數(shù)為NR