年產(chǎn)5000噸白乳膠生產(chǎn)工藝設(shè)計本科生設(shè)計46954524武漢理工大學本科生畢業(yè)設(shè)計年產(chǎn)5000噸白乳膠生產(chǎn)工藝設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導教師簽名：日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名：日期：

學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期：年月日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期：年月日導師簽名：日期：年月日

武漢理工大學本科生畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目:年產(chǎn)5000噸白乳膠生產(chǎn)工藝設(shè)計設(shè)計主要內(nèi)容：年產(chǎn)5000噸白乳膠生產(chǎn)工藝的確定完成主要設(shè)備的設(shè)計及其它配套設(shè)備的選型完成車間平面的布置要求完成的主要任務(wù):1.不少于15篇的相關(guān)文獻資料，其中英文文獻不少于3篇，完成開題報告2.完成設(shè)計圖紙四張（工藝流程圖Ａ２，設(shè)備平面布置圖Ａ０，主要設(shè)備裝配圖Ａ０，車間立面圖Ａ１）3.計說明說一份，字數(shù)不少于一萬字4.完成不少于五千字的用英文文獻翻譯必讀參考資料：《化工原理》，《化工制圖》，《化工設(shè)計》，《化工儀表及自動化》，《化工機械設(shè)備》，《化學工藝手冊》指導教師簽名系主任簽名院長簽名(章)武漢理工大學本科生畢業(yè)設(shè)計開題報告學生姓名專業(yè)班級選題題目：年產(chǎn)5000噸白乳膠生產(chǎn)工藝設(shè)計1、選題的目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）聚醋酸乙烯乳液即白乳膠,為單一組份的化合物。聚醋酸乙烯乳液為白色的粘稠液體,其粘接強度高、柔韌性好,用它制成的水性乳膠漆色彩鮮艷,耐酸堿和耐水洗滌,不易泛黃。聚醋酸乙烯乳液是以水為分散介質(zhì),不使用易污染的溶劑,具有生產(chǎn)方便、價格低、粘合強度高、無毒無腐蝕性、無火災(zāi)危險和耐候性好等特點,可制成高濃度的產(chǎn)品。它是廣泛用于木材、織物、包裝、建筑等行業(yè)的粘合劑,是市場上粘合劑用量最大的品種,在家具拼板中的用量日益增加。美國的聚醋酸乙烯的消費占醋酸乙烯用量的第一位。聚醋酸乙烯的最大用戶是粘合劑,其次是乳膠漆。美國用乙烯類單體為原料制造水性乳膠漆的產(chǎn)量已占涂料總產(chǎn)量的近半左右。西歐的聚醋酸乙烯主要用于涂料和建筑,其次用于粘合劑和纖維。西歐涂料工業(yè)中所消費的聚醋酸乙烯約占總消費量的37%。日本將聚醋酸乙烯主要用于粘合劑。國內(nèi)的聚醋酸乙烯的用途分別為:粘合劑占55%,印刷占10%,卷煙占10%,涂料與建筑占20%,織物加工占1%,其他4%。國外的用途分別為:粘合劑占37%,涂料和建筑占35%,紙張和織物加工占10%以上。相比之下,國內(nèi)的聚醋酸乙烯的應(yīng)用尚有相當?shù)牟罹?在織物加工與紙張加工方面尚有較大的市場潛力。聚醋酸乙烯乳液在建筑上可與其他的材料配合使用。在水泥砂漿中加入10%～20%可提高抗壓強度及拉伸強度。與填料等配合可用于地面、墻面施工等。聚醋酸乙烯乳液廣泛用于纖維、無紡布、植絨、紙張等的粘接。還可用于制造紙管、耐水瓦機紙板、鋁箔等。在粘合性、耐水性、貯存性等方面優(yōu)于其他粘合劑。在我國,應(yīng)拓展聚醋酸乙烯在涂料、建筑、造紙和織物加工等方面的應(yīng)用。美國的聚醋酸乙烯年需求增長率為3%,在紙業(yè)中的年用量已達到13萬噸。美國聚醋酸乙烯的年用量為64萬噸。西歐聚醋酸乙烯的年用量為68萬噸。國內(nèi)的年用量為24萬噸。年需求增長率為10%。由于白乳膠的應(yīng)用很廣泛，而且在世界范圍內(nèi)的需求量迅速增大，發(fā)展前景可觀，所以白乳膠的生產(chǎn)工藝流程很重要。我國是在二十世紀五十年代才開始研究白乳膠，在二十世紀七十年代才開始實現(xiàn)其工業(yè)化的生產(chǎn)。現(xiàn)在國內(nèi)對于白乳膠的應(yīng)用主要還是在膠黏劑方向，而水性漆方向是國內(nèi)的發(fā)展趨勢，所以針對不同特性的改性白乳膠需要尋求更好的生產(chǎn)工藝。2、設(shè)計的主要內(nèi)容和方案查閱資料得到配方如下：配方（質(zhì)量比）：醋酸乙烯50%，聚乙烯醇4%，鄰苯二甲酸二丁酯5%，蒸餾水40%，過硫酸鉀1%，，碳酸氫鈉適量。設(shè)計操作：（1）將聚乙烯醇和蒸餾水加入反應(yīng)鍋中，緩緩加熱升溫至80攝氏度，充分攪拌均勻，經(jīng)過4～6個小時充分溶解。（2）降溫到60～65攝氏度，實行保溫，一邊按配方量的15%醋酸乙烯，一邊按配方量的40%加入過硫酸鉀。（3）反應(yīng)時會放出熱量溫度回升高，在溫度達到80攝氏度左右時，按照配方用量分別加入醋酸乙烯，每次10%，在6～8個小時內(nèi)添加完畢。（4）在逐步滴加醋酸乙烯的過程中，每小時加入過硫酸鉀的4%～6%，等醋酸乙烯添加完后將余下的過硫酸鉀全部倒入反應(yīng)器內(nèi)，此時溫度上發(fā)生到90攝氏度到95攝氏度。（5）保溫30分鐘，冷卻到50攝氏度，加入鄰苯二甲酸二丁酯，攪拌均勻，用碳酸氫鈉調(diào)劑ＰＨ，然后冷卻，成品包裝。生產(chǎn)中需要注意的對反應(yīng)有影響的條件：（1）引發(fā)劑的影響醋酸乙烯乳液聚合常用的引發(fā)劑為過硫酸鹽。引發(fā)劑采用分次添加的方式，聚合開始后連續(xù)滴加，可以控制引發(fā)劑不過量，以免引起爆聚，造成乳液穩(wěn)定性下降。一般來說，適當減少引發(fā)劑用量可提高聚合度，制得粘接性較強的乳液。（2）乳化劑的影響乳化劑的品種對乳液粒徑、相對分子質(zhì)量、反應(yīng)速率和乳液穩(wěn)定性都有較大影響?？墒咕酆衔锶橐河懈蟮姆€(wěn)定性，乳液的固含量隨乳化劑用量的增加而增加，粘度也隨之增大，粘接力也相應(yīng)增強。（3）聚乙烯醇的影響在醋酸乙烯乳液聚合的過程中，聚乙烯醇既起到了乳化劑的作用，同時又起到了保護膠體的作用。不加聚乙烯醇而直接進行乳液聚合所得到的白乳膠在靜置幾分鐘后會立刻凝結(jié)，變成膠凍狀，無法使用。若加入聚乙烯醇的量過大，就會導致所得乳液粘度太高，流動性太差，也無法使用。（4）反應(yīng)溫度的影響反應(yīng)溫度影響聚合反應(yīng)速率和乳液的平均相對分子質(zhì)量。反應(yīng)溫度升高會使乳膠粒數(shù)目增大，平均直徑減小；反應(yīng)溫度升高，使乳膠之間發(fā)生重合，聚結(jié)速率增大，乳膠粒表面上的水化層變薄，都會導致乳液穩(wěn)定性下降，如果反應(yīng)溫度高于或等于乳化劑的濁點時，乳化劑就失去了作用，從而引起破乳。3、進度安排第三周：查閱白乳膠相關(guān)的文獻資料，明確白乳膠的相關(guān)知識第四周：確定白乳膠生產(chǎn)工流程設(shè)計的內(nèi)容，確定白乳膠的生產(chǎn)工藝的方案，完成開題報告。第五周：確定了生產(chǎn)白乳膠的原料及配方。第六周：初步根據(jù)所選定的工藝歷程選定反應(yīng)器為夾套型的反應(yīng)釜。再根據(jù)配方計算出密度，將質(zhì)量產(chǎn)量轉(zhuǎn)換成體積產(chǎn)量。根據(jù)反應(yīng)釜計算原理初步計算反應(yīng)釜的規(guī)格。第七周：確定反應(yīng)釜的規(guī)格后，進行壁厚等的細節(jié)計算。第八周：進一步驗算，確定釜的規(guī)格。第九周：確定釜的規(guī)格后，完成其它設(shè)備的初步選型。第十周：經(jīng)過反復驗算確定各種設(shè)備的型號。第十一周：開始使用繪圖軟件繪制設(shè)備裝配圖。第十二周：繪制主要設(shè)備的裝配圖。第十三周：最后完善主要設(shè)備的裝配圖。第十四周：繪制生產(chǎn)工藝流程圖。第十五周：繪制車間立面圖。第十六周：完成設(shè)計，答辯。4、指導教師意見指導教師簽名：年月日5、開題答辯小組意見答辯小組組長簽名：答辯小組成員簽名：1．2．3．4年月日目錄目錄 1摘要 2Abstract 31.緒論 42.物料衡算 62.1物料衡算的任務(wù) 62.2衡算的依據(jù) 62.3收集的數(shù)據(jù) 62.4衡算基準 62.5聚合釜投料量 62.6每釜年生產(chǎn)能力及釜的個數(shù) 72.7工藝流程的簡介 72.8物料流程簡圖 83.聚合釜的設(shè)計 93.1設(shè)計任務(wù) 93.2設(shè)計依據(jù) 93.3聚合釜幾何尺寸的確定 93.4夾套幾何尺寸的確定 103.5聚合釜壁厚的計算 103.6夾套厚度的計算 113.7水壓試驗應(yīng)力校核 123.7.1筒體水壓試驗應(yīng)力校核 123.7.2夾套水壓試驗應(yīng)力校核 123.8聚合釜有關(guān)數(shù)據(jù) 134.聚合釜攪拌器的設(shè)計 134.1設(shè)計任務(wù) 134.2設(shè)計依據(jù) 134.3攪拌器選型 144.4攪拌器轉(zhuǎn)速 144.5攪拌器軸功率 145.熱量衡算 155.1衡算任務(wù) 155.2收集的數(shù)據(jù) 155.3操作時間平衡表 155.4升溫階段的熱量衡算 165.5聚合階段的熱量衡算 165.6冷卻階段的熱量衡算 165.7蒸汽和冷卻水用量的計算 166.附體附件選型 176.1支座 176.2接管的選型 176.3配套設(shè)備選型 187.設(shè)計小結(jié) 188.設(shè)計參考圖 20參考文獻 22致謝 23

摘要本文根據(jù)多份文獻和多次試驗確定了生產(chǎn)白乳膠的配方以及生產(chǎn)的基本步驟。本次設(shè)計以大量的文獻和實驗為基礎(chǔ)設(shè)計出了具體的生產(chǎn)工藝流程，選擇了主要反應(yīng)器的類型，并且根據(jù)年產(chǎn)量計算了反應(yīng)器的尺寸，根據(jù)設(shè)計的具體流程計算并且選擇了其他的配套的設(shè)備。對生產(chǎn)的設(shè)備進行了車間內(nèi)的平面布置和立面布置。而且完成了主要設(shè)備裝配圖，工藝流程圖，車間平面布置圖，設(shè)備立面圖。本次設(shè)計的特色在于反應(yīng)原料的預處理，和對出產(chǎn)物的乳化機中和。通過預處理的時間與反應(yīng)時間的周期性來節(jié)約總的生產(chǎn)時間，在盡量節(jié)約設(shè)備使用的情況下節(jié)約下大量的時間。關(guān)鍵詞：白乳膠；反應(yīng)釜；筒體；夾套；封頭；直徑；高度；高徑比；壁厚；內(nèi)壓；外壓；攪拌；功率；電機；支座；接管AbstractBasedonanumberofdocumentsandnumerousteststodeterminethebasicstepsoftheproductionofwhitelatexformulationsandproduction.Thedesignisbasedontheliteratureandexperimentaldesignoftheproductionprocess,selectthetypeofreactor,andcalculatedthesizeofthereactoraccordingtotheannualoutput,accordingtothespecificprocessofthedesignandselectedothersupportingequipment.Workshoplayoutandelevationlayoutofproductionequipment.Andcompletedamajorequipmentassemblydrawings,processflowdiagrams,workshopfloorplan,equipmentelevations.Thecharacteristicsofthisdesignisthatthepretreatmentofthereactants,andtheproductoftheemulsificationmachine.Thecyclicalnatureofthepretreatmenttimeandreactiontimetosavethetotalproductiontime,saveunderalotoftimetrytosavetheequipment.Keywords:whitelatex,reactionkettle,tube,jacket,headdiameter,height,heighttodiameterratio,wallthickness,internalpressure,externalpressure,mixing,power,motors,bearings,pipe.1.緒論聚醋酸乙烯乳液即白乳膠,為單一組份的化合物。聚醋酸乙烯乳液為白色的粘稠液體,其粘接強度高、柔韌性好,用它制成的水性乳膠漆色彩鮮艷,耐酸堿和耐水洗滌,不易泛黃。聚醋酸乙烯乳液是以水為分散介質(zhì),不使用易污染的溶劑,具有生產(chǎn)方便、價格低、粘合強度高、無毒無腐蝕性、無火災(zāi)危險和耐候性好等特點,可制成高濃度的產(chǎn)品。它是廣泛用于木材、織物、包裝、建筑等行業(yè)的粘合劑,是市場上粘合劑用量最大的品種,在家具拼板中的用量日益增加。由于白乳膠的應(yīng)用很廣泛，而且在世界范圍內(nèi)的需求量迅速增大，發(fā)展前景可觀，所以白乳膠的生產(chǎn)工藝流程很重要。我國是在二十世紀五十年代才開始研究白乳膠，在二十世紀七十年代才開始實現(xiàn)其工業(yè)化的生產(chǎn)。現(xiàn)在國內(nèi)對于白乳膠的應(yīng)用主要還是在膠黏劑方向，而水性漆方向是國內(nèi)的發(fā)展趨勢，所以針對不同特性的改性白乳膠需要尋求更好的生產(chǎn)工藝。美國的聚醋酸乙烯的消費占醋酸乙烯用量的第一位。聚醋酸乙烯的最大用戶是粘合劑,其次是乳膠漆。美國用乙烯類單體為原料制造水性乳膠漆的產(chǎn)量已占涂料總產(chǎn)量的近半左右。西歐的聚醋酸乙烯主要用于涂料和建筑,其次用于粘合劑和纖維。西歐涂料工業(yè)中所消費的聚醋酸乙烯約占總消費量的37%。日本將聚醋酸乙烯主要用于粘合劑。國內(nèi)的聚醋酸乙烯的用途分別為:粘合劑占55%,印刷占10%,卷煙占10%,涂料與建筑占20%,織物加工占1%,其他4%。國外的用途分別為:粘合劑占37%,涂料和建筑占35%,紙張和織物加工占10%以上。相比之下,國內(nèi)的聚醋酸乙烯的應(yīng)用尚有相當?shù)牟罹?在織物加工與紙張加工方面尚有較大的市場潛力。聚醋酸乙烯乳液在建筑上可與其他的材料配合使用。在水泥砂漿中加入10%～20%可提高抗壓強度及拉伸強度。與填料等配合可用于地面、墻面施工等。聚醋酸乙烯乳液廣泛用于纖維、無紡布、植絨、紙張等的粘接。還可用于制造紙管、耐水瓦機紙板、鋁箔等。在粘合性、耐水性、貯存性等方面優(yōu)于其他粘合劑。在我國,應(yīng)拓展聚醋酸乙烯在涂料、建筑、造紙和織物加工等方面的應(yīng)用。美國的聚醋酸乙烯年需求增長率為3%,在紙業(yè)中的年用量已達到13萬噸。美國聚醋酸乙烯的年用量為64萬噸。西歐聚醋酸乙烯的年用量為68萬噸。國內(nèi)的年用量為24萬噸。年需求增長率為10%。由于白乳膠的消耗量巨大，并且發(fā)展前景尤為可觀所以本次設(shè)計選擇了白乳膠生產(chǎn)工藝設(shè)計這個題目。通過查閱各種文獻，和實驗室的實驗確定了合適的白乳膠生產(chǎn)配方，以及生產(chǎn)的工藝流程。相同的配方，不一樣的工藝就會生產(chǎn)出不同等級的產(chǎn)品，尤其是高分子合成，引發(fā)劑的加入時間，引發(fā)劑的加入頻率，加入的量的多少都決定了高分子聚合的進度，為了避免引起爆聚，要很注重引發(fā)劑的加入。乳液聚合容易在反應(yīng)后期破乳，所以聚合反應(yīng)的乳化劑的選擇很重要，不僅要求乳化效果好，還要價格便宜，單一的乳化劑并不能完全的滿足生產(chǎn)需求，所以可以使用多種乳化劑的復配使用。經(jīng)過實驗室的反復試驗確定了使用SDS和OP10，SDS是應(yīng)用很廣泛，而且價格比較合適的表面活性劑，OP-10的乳化效果很好，而且是液體乳化劑，兩者按照配方中的比例復配，達到了不錯的乳化效果。2.物料衡算2.1物料衡算的任務(wù)通過物料衡算確定聚合釜的個數(shù)、體積、每釜投料量及各工序進出物料量。為設(shè)備計算、選型和熱量衡算提供依據(jù)。2.2衡算的依據(jù)1設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)白乳膠5000噸2設(shè)計生產(chǎn)時間7500小時/年3生產(chǎn)周期24小時2.3收集的數(shù)據(jù)1白乳膠密度1.01g/cm3（25℃）2水的密度0.9982g/cm3（25℃）3參考配方表2-1配方列表（質(zhì)量比）名稱質(zhì)量分數(shù)(%)醋酸乙烯50蒸餾水40聚乙烯醇4鄰苯二甲酸二丁酯5過硫酸鉀1碳酸氫鈉適量2.4衡算基準以一釜物料為衡算對象，以釜中生成的樹脂為衡算基準。單位為kg/釜。2.5聚合釜投料量聚合過程中物料體積變化不大，因此以25℃時的物料體積為依據(jù)來計算釜內(nèi)物料體積。初步選取7.5m3聚合釜，聚合釜裝料系數(shù)取為0.8。則聚合釜有效體積為6m3聚合釜投料量根據(jù)參考配方按比例計算。計算過程略。表2-2聚合釜投料量表名稱質(zhì)量（kg)醋酸乙烯2800蒸餾水2600聚乙烯醇150鄰苯二甲酸二丁酯260過硫酸鉀60碳酸氫鈉適量2.6每釜年生產(chǎn)能力及釜的個數(shù)設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)白乳膠5000噸，設(shè)計生產(chǎn)時間為每年7500小時，生產(chǎn)周期為24小時，每釜生產(chǎn)能力為6000kg。則每釜年生產(chǎn)能力為：6000×7500÷24=1875000Kg=1875噸取聚合釜備用系數(shù)為1.1則聚合釜個數(shù)為：n=1.1×5000÷1875=2.93因此聚合釜個數(shù)可取為3個。2.7工藝流程的簡介（1）將聚乙烯醇和蒸餾水加入反應(yīng)鍋中，緩緩加熱升溫至80攝氏度，充分攪拌均勻，經(jīng)過4～6個小時充分溶解。（2）降溫到60～65攝氏度，實行保溫，一邊按配方量的15%醋酸乙烯，一邊按配方量的40%加入過硫酸鉀。（3）反應(yīng)時會放出熱量溫度回升高，在溫度達到80攝氏度左右時，按照配方用量分別加入醋酸乙烯，每次10%，在6～8個小時內(nèi)添加完畢。（4）在逐步滴加醋酸乙烯的過程中，每小時加入過硫酸鉀的4%～6%，等醋酸乙烯添加完后將余下的過硫酸鉀全部倒入反應(yīng)器內(nèi)，此時溫度上發(fā)生到90攝氏度到95攝氏度。（5）保溫30分鐘，冷卻到50攝氏度，加入鄰苯二甲酸二丁酯，攪拌均勻，用碳酸氫鈉調(diào)劑ＰＨ，然后冷卻，成品包裝。2.8物料流程簡圖醋酸乙烯過硫酸鉀聚乙烯醇的溶解反應(yīng)釜的聚合聚乙烯醇的溶解反應(yīng)釜的聚合反應(yīng)聚乙烯醇蒸餾水乳化劑乳化反應(yīng)釜乳化劑乳化反應(yīng)釜碳酸氫鈉碳酸氫鈉白乳膠儲槽去包裝車間白乳膠儲槽去包裝車間3.聚合釜的設(shè)計3.1設(shè)計任務(wù)選擇聚合釜及夾套材料，確定聚合釜和夾套的幾何尺寸，并對聚合釜及夾套進行強度計算。3.2設(shè)計依據(jù)1設(shè)計壓力聚合釜0.5MPa（外壓）夾套0.5MPa設(shè)計溫度聚合釜150℃夾套150℃3聚合釜體積7.5m33.3聚合釜幾何尺寸的確定初步選取公稱直徑為Dg1600的筒體，封頭選取Dg1600的標準橢圓封頭。查表得封頭的尺寸如下：曲邊高度h1=400mm直邊高度h2=50mm內(nèi)表面積Fh=2.9761m2容積Vh=0.6166m3查表得Dg2000的筒體的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：一米高容積V1=2.017m3一米高內(nèi)表面積F1=5.03m2則筒體高度計算為：H=（V-V封）/V1=（7.5-0.6166）÷2.017=4.23m=3.4m長徑比H/D=3400÷1600=2.125。釜的實際體積為：V實際=HV1+V封=3.4×2.017+0.6166=7.47m3釜的實際裝料系數(shù)為：η實際=V物/V實際=6÷7.47=0.803由此可見，聚合釜的尺寸是合理的。3.4夾套幾何尺寸的確定取公稱直徑為Dg1700的夾套，夾套封頭也采用標準橢圓封頭，并取與夾套筒體相同的直徑。查表得Dg1700的標準橢圓封頭的有關(guān)尺寸如下：曲邊高度h1=425mm直邊高度h2=50mm內(nèi)表面積Fh=5.57m2容積Vh=1.58m3聚合釜筒體部分物料的高度：H物=（V物-V封）/V1=（6-0.6166）÷2.017=2.67m液面高度H液=H物+h1+h2=2850+50+450=3120mm夾套包圍的筒體高度H包=H物+△=2.67+0.13=2.80m夾套筒體的高度H夾=H包+50=2800+25=2825mm聚合釜內(nèi)傳熱面積A=H包F1+Fh=2.825×5.03+2.9761=17.186m23.5聚合釜壁厚的計算聚合釜采用0Cr18Ni9與16MnR不銹鋼復合鋼板制造?？梢?6MnR鋼來進行強度計算。初步選取鋼板名義厚度δn=16mm，則鋼板有效厚度δe=δn-C,其中C=C1+C2C1為鋼板負偏差，取0.8mm,C2為腐蝕裕度，取1mm,則壁厚附加量C=1.8mm,δe=14.2mmD0/δe=（Di+2δn）/δe其中D0為聚合釜外徑，Di為聚合釜內(nèi)徑。則D0/δe=（1600+16×2）/14.2=115計算長度L=H+h2+1/3h1，其中H為筒體高度，h2為封頭直邊高度，h1為封頭曲邊高度。則L=3400+50+1/3×400=3583mmL/D0=3583/1632=2.2查《外壓或軸向受壓圓筒幾何參數(shù)計算圖》（見設(shè)計參考圖），得到系數(shù)A=0.00056然后查圖《外壓圓筒和球殼厚度計算圖（16MnR鋼）》（見設(shè)計參考圖）得到B=75MPa則計算許用外壓力［P］［P］=B/（D0/δe）=75/115=0.65MPa設(shè)計外壓P=0.5MPa，小于［P］且比較相近。則所選取的δn=16mm符合要求。即筒體厚度δn=16mm封頭厚度取與筒體相同的厚度16mm。3.6夾套厚度的計算夾套選用20R鋼板制造。夾套計算厚度為：δ=PcDi/（2φ［σ］t-Pc）式中Pc為計算壓力，取0.5MPa，Di為夾套內(nèi)徑，1700mm,φ為焊縫系數(shù)，取0.85（雙面對接焊，局部無損探傷）［σ］t為材料許用應(yīng)力，查表得113MPa則δ=0.5×1700/（2×0.85×113-0.5）=4.436mm鋼板名義厚度δn=δ+C+△其中C=C1+C2C1為鋼板負偏差，取0.8mm,C2腐蝕裕度取2mm,則壁厚附加量C等于2.8mm。那么，δn=4.436+2.8+△=8mm夾套封頭厚度取與夾套筒體相同的厚度8mm。3.7水壓試驗應(yīng)力校核3.7.1筒體水壓試驗應(yīng)力校核水壓試驗壓力PT=1.5P=1.5×0.5=0.75MPa水壓試驗時的薄膜應(yīng)力為σT=PT（Di+δe）/2δe考慮到液柱壓力，代入計算時PT取0.95MPaσT=0.75×（1600+14.2）/2×14.2=56.8MPa查表得16MnR的屈服極限σs=345MPa故0.9φσs=0.9×0.85×345=263.93MPa＞56.8MPa=σT則筒體厚度滿足水壓試驗時強度要求。3.7.2夾套水壓試驗應(yīng)力校核夾套水壓試驗壓力為PT=1.25P［σ］/［σ］T=1.25×0.5×113/113=0.625MPa水壓試驗時的薄膜應(yīng)力為σT=PT（Di+δe）/2δe，有效厚度δe=δn-C=8–2.8=5.2mm故σT=0.625×（1700+5.2）/2×5.2=102.5MPa查表得20R的屈服極限σs=235MPa故0.9φσs=0.9×0.85×235=179.78MPa＞102.5MPa=σT所以夾套厚度滿足水壓試驗時強度要求。水壓試驗的順序是先做聚合釜水壓試驗，試驗合格后再焊上夾套。然后做夾套水壓試驗。夾套水壓試驗壓力時，聚合釜內(nèi)至少要保持0.3MPa的壓力。3.8聚合釜有關(guān)數(shù)據(jù)查表直徑為1600mm，厚度為16mm的筒體一米高的質(zhì)量為636Kg，聚合釜封頭質(zhì)量為383Kg。直徑為1700mm，厚度為8mm的筒體一米高的質(zhì)量為676Kg，夾套封頭質(zhì)量為427Kg。則聚合釜質(zhì)量m1=636×3.4+636×2=3434.4Kg夾套質(zhì)量m2=676×2.825+427=2337Kg聚合釜總質(zhì)量m=3434+2337=5771kg表3-1聚合釜有關(guān)數(shù)據(jù)表項目直徑（mm）高度（mm）厚度（mm）封頭直徑（mm）材質(zhì)質(zhì)量（Kg）釜體16003400161600復合鋼板3434夾套170028258170020R23374.聚合釜攪拌器的設(shè)計4.1設(shè)計任務(wù)確定攪拌器的型式、幾何尺寸、轉(zhuǎn)速、軸功率以及電動機、減速機的選型。4.2設(shè)計依據(jù)釜的直徑T1600mm液面高度H3400mm白乳膠的密度（90℃）0.9653g/cm3白乳膠的粘度（90℃）0.317ｍPaＳ釜的體積7.5m34.3攪拌器選型根據(jù)攪拌物料的性質(zhì)，白乳膠的粘度很低，攪拌要求選用平直/D葉槳式攪拌器即可，由于料液層比較高，液面高度3120mm，H液/D=1.95,其比值大于1.4無哦一采用雙層攪拌槳。為了將物料攪拌均勻，故設(shè)計安裝層兩槳葉，相鄰兩層攪拌葉交錯成90o安裝，兩層槳葉的安裝位置如下：一層安裝在下封頭焊縫線高度上，另一層安裝在液面下約1800mm處。D/T取值范圍在0.2到0.5之間，其中D—攪拌器直徑T—釜的直徑。由于生產(chǎn)過程中的中物料的粘度都不高所以D/T的取值選擇0.5，可以得到攪拌器直徑取800mm。b/D的取值范圍在0.1到0.25之間，b為攪拌器的寬度，取其比值為0.1得到b=80mm。所選擇的攪拌器為雙層攪拌槳，且攪拌器直徑為800mm，攪拌槳的寬度為80mm。4.4攪拌器轉(zhuǎn)速根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，攪拌器轉(zhuǎn)速N可取125r/min,即2r/s。4.5攪拌器軸功率取D/T=0.5，其中D—攪拌器直徑T—釜的直徑，則D=0.5×1600=800mm 液體的平均密度:ρ平均=1.01g/cm3軸功率P=nρN3D5/（1.365×105）式中：P—軸功率，KW；n—葉個數(shù)；N—攪拌器轉(zhuǎn)速，r/min；D—葉輪直徑，m；ρ—流體密度，g/cm3。則P=2×1.01×（125）3×（0.8）5/（1.365×105）=8.4KW電動機的額定功率PＮ＝（P＇+P）／η傳動裝置的機械效率η可取0.9，軸封裝置的摩擦損失功率P＇約占攪拌功率的5％．則PＮ＝8.4×1.05／0.9＝9.8KW那么所選電動機型號為Y160M－1，11KW，效率90.8％所選減速機，由轉(zhuǎn)速125ｒ／min選用XLD12－25型軸徑計算：d=A(P/n)(1/3)上式中:d－軸徑;A－是由軸的材料和承載情況確定的系數(shù);P－攪拌軸的功率;n－軸的轉(zhuǎn)速;選軸的材料為45號鋼,因攪拌軸主要承受扭矩,可取A較小值,故取A=110則:d=A(P/n)(1/3)=110×(9.8÷125)(1/3)=48mm考慮到攪拌時介質(zhì)腐蝕等影響,故取攪拌軸的最小直徑為60mm..5.熱量衡算5.1衡算任務(wù)計算各個階段傳熱的速率，蒸汽和冷卻水的用量，校核傳熱面積以確定換熱設(shè)備的工藝尺寸。5.2收集的數(shù)據(jù)VA的比熱1.92KJ/（Kg·k）低碳鋼比熱0.11KJ/（Kg·K）PVA的比熱24KJ/mol不銹鋼比熱0.12KJ/（Kg·K）水比熱0.999KJ/（Kg·K）5.3操作時間平衡表1.進料1小時2預混合20--80℃6小時3.聚合80——65℃10小時4.冷卻80——50℃1小時5.放料1小時6.清釜2小時7.包裝3小時共計24小時5.4升溫階段的熱量衡算從常溫20℃升溫到80℃，升溫時間為6小時。則Δt=80-20=60℃聚合釜吸收的熱量：Q1=C1m1Δt=0.12×3434×60=24725kJ夾套吸收的熱量：Q2=C1m2Δt=0.11×2337×60=15424kJ由于助劑的量很少，故可忽略不計。下同。水吸收的熱量：Q3=C3m3Δt=0.999×2640×60=158242kJVA吸收的熱量：Q4=C4m4Δt=1.2×150×60=10800kJ則蒸汽供給的熱量：Q=Q1+Q2+Q3+Q4=209191kJ蒸汽的供熱速率：q1=Q/t=209191÷6=34865kJ/h5.5聚合階段的熱量衡算由于聚合過程中會自動升溫，只是需要在加入引發(fā)劑的時候一段很短的時間內(nèi)需要升溫，所以聚合過程中的聚合熱完全可以滿足溫度要求。5.6冷卻階段的熱量衡算80——50℃降溫，降溫時間為1小時。聚合釜放出的熱量：Q1’=C1m1Δt=0.12×3434×(80-50)=12362KJ夾套放出的熱量：Q2’=C2m2Δt=0.11×2323×(80-50)=7666KJ水放出的熱量：Q3’=C3m3Δt=0.999×2640×(80-50)=79121KJVA放出的熱量：Q4’=C4m4Δt=1.2×150×(80-50)=5400KJ則冷卻水帶走的熱量：Q7=Q1’+Q2’+Q3’+Q4’=104549KJ冷卻水的傳熱速率：q7’=Q/t=104549KJ/h5.7蒸汽和冷卻水用量的計算用0.5MPa的蒸汽加熱，蒸汽的汽化潛熱為2358kJ/kg，每釜需蒸汽供給熱量為209191kJ，則每釜蒸汽用量為209191÷2358=89Kg用冷卻水冷卻，取冷卻水溫度20——35℃，每釜需冷卻水帶走的熱量為Q7=104549KJ每釜需冷卻水用量為Q8/(cΔt)=104549/[0.999×(35-20)]=7噸6.附體附件選型6.1支座通過計算得到反應(yīng)釜的總質(zhì)量為5771kg，物料總質(zhì)量為6000kg，總重量為11771kg.即11.771噸，由于支座為四個所以單個承重則為2.95噸，所以選擇B型支座，單個承重為3噸的標準支座，地腳螺栓孔徑為30mm6.2接管的選型序號工程規(guī)格接管外徑與壁厚標準號接面形式用途1PN0.6，DN40HG20592PL/RF蒸汽入口2PN0.6，DN40HG20592PL/RF引發(fā)劑入口3PN0.6，DN400通104-3/18槽口人孔4PN0.6，DN65HG20592PL/RF原料進口5PN0.6，DN40HG20592PL/RF溫度計管口6PN0.6，DN50HG20592PL/RF壓料口7PN0.6，DN100HG20592PL/RF壓料管接管8PN0.6，DN65HG20592PL/RF出料口9PN0.6，DN40HG20592PL/RF冷凝水出口6.3配套設(shè)備選型由于反應(yīng)過程中，首先是聚乙烯醇的溶解，需要使用預溶解釜來溶解聚乙烯醇，由于聚乙烯醇的溶解很費時間，所以使用了預溶解釜，之所以使用一個預溶解釜，是因為，預溶解釜溶解好了供給第一個反應(yīng)釜后，繼續(xù)溶解，六個小時以后供給第二個釜，十二個小時之后供給第三個釜，地十八個小時，第一個反應(yīng)釜就快生產(chǎn)完成，供給給第一個反應(yīng)釜，到了第二十四個小時，第二個反應(yīng)釜就要反應(yīng)完全，供給第二各反應(yīng)釜，以此類推，添加了一個預溶解釜可以縮短每個釜的反應(yīng)時間，周期與預設(shè)的24個小時相比會縮短。這樣就有足夠的時間來清洗反應(yīng)釜并且包裝。序號名稱尺寸個數(shù)1蒸餾水儲槽立方米12醋酸乙烯儲槽立方米13聚乙烯醇儲罐立方米14過硫酸鉀溶液立方米15乳化劑儲槽立方米16預溶解釜立方米17乳化釜立方米18計量泵107.設(shè)計小結(jié)醋酸乙烯乳液聚合常用的引發(fā)劑為過硫酸鹽。引發(fā)劑采用分次添加的方式，聚合開始后連續(xù)滴加，可以控制引發(fā)劑不過量，以免引起爆聚，造成乳液穩(wěn)定性下降。一般來說，適當減少引發(fā)劑用量可提高聚合度，制得粘接性較強的乳液。乳化劑的品種對乳液粒徑、相對分子質(zhì)量、反應(yīng)速率和乳液穩(wěn)定性都有較大影響?？墒咕酆衔锶橐河懈蟮姆€(wěn)定性，乳液的固含量隨乳化劑用量的增加而增加，粘度也隨之增大，粘接力也相應(yīng)增強。在醋酸乙烯乳液聚合的過程中，聚乙烯醇既起到了乳化劑的作用，同時又起到了保護膠體的作用。不加聚乙烯醇而直接進行乳液聚合所得到的白乳膠在靜置幾分鐘后會立刻凝結(jié)，變成膠凍狀，無法使用。若加入聚乙烯醇的量過大，就會導致所得乳液粘度太高，流動性太差，也無法使用。反應(yīng)溫度影響聚合反應(yīng)速率和乳液的平均相對分子質(zhì)量。反應(yīng)溫度升高會使乳膠粒數(shù)目增大，平均直徑減??；反應(yīng)溫度升高，使乳膠之間發(fā)生重合，聚結(jié)速率增大，乳膠粒表面上的水化層變薄，都會導致乳液穩(wěn)定性下降，如果反應(yīng)溫度高于或等于乳化劑的濁點時，乳化劑就失去了作用，從而引起破乳。在反應(yīng)中各種物料添加的多少，添加的時間對于反應(yīng)的進行有著很大的影響，對于化學反應(yīng)而言，溫度，壓強都是至關(guān)重要的條件，反應(yīng)的時間也決定了反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率，以及反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。本次設(shè)計在最初確定反應(yīng)釜的尺寸的時候，先是確定反應(yīng)釜的個數(shù)，因為反應(yīng)釜的筒體部分是是由鋼板卷壓后焊接的，鋼板的尺寸的是有固定的標準。所以反應(yīng)釜的容量是有通用的標準的，因此設(shè)計時不是根據(jù)產(chǎn)量和周期，生產(chǎn)時間來計算出釜的容積，而是按照標準來選擇合適的標準體積的反應(yīng)釜，以及反應(yīng)釜的個數(shù)。確定了標準體積之后，只要生產(chǎn)的時候容積的誤差不大，并且有相當?shù)挠嗔?，就可以成立，根?jù)多方的計算就可以確定反應(yīng)釜的最終的尺寸，在畢業(yè)設(shè)計心得體會

隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設(shè)計也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。經(jīng)過反復的思考與設(shè)計，我明白，設(shè)計雖然沒有絕對的對與錯，但是設(shè)計一定要合理，不僅要求原料的價格便宜，也要保證原料可以保證生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)和各。不僅要求設(shè)備簡單，價格較低，更要經(jīng)久耐用，保證生產(chǎn)的連續(xù)性以及生產(chǎn)的安全保障。8.設(shè)計參考圖外壓或軸向受壓圓筒幾何參數(shù)計算圖外壓圓筒和球殼厚度計算圖（16MnR鋼）參考文獻[1]夏清,陳常貴.化工原理[M].天津大學出版社,2007.[2]刁玉瑋,王立業(yè),喻健良.化工機械設(shè)備基礎(chǔ)[M].大連理工大學出版社.2006.[3]R.K.Sinnott.ChemicalEngineeringDesign.[M].中國石化出版社.2006.[4]金日光.高分子物理[M].化學工業(yè)出版社.2007.[5]潘祖仁.高分子化學[M].化學工業(yè)出版社.2007.[6]魏崇光,鄭曉梅.化工制圖[M].化學工業(yè)出版社.1994.[7]呂安吉.化工制圖[M].化學工業(yè)出版社.2011.[8]侯榮濤.AOTOCAD2007計算機輔助設(shè)計教程[M].中國電力出版社.2008.[9]徐承意.AOTOCAD2007應(yīng)用教程與實訓[M].天津大學出版社.2009.[10]P..Flory.PrinciplsofpolymerChemistry[M].世界圖書出版公司.2003.[11]Bower.AnintroductiontopolymerPhyics[M].化學工業(yè)出版社.2004.[12]劉永田,金樂.機械制圖基礎(chǔ)[M].北京航空航天大學出版社.2009.[13]方叔起.化工設(shè)備課程設(shè)計指[M]