毕业论文3(1)(6)

齐鲁工业大学2013.届本科毕业设计（论文）

续表4.3 各反应釜出口物料组成 第九釜

物料

kg/h

水相 苯乙烯 丁二烯 聚合物

22748.17 1908.26 4452.63 5013.17

W(%) 66.68 5.59 13.05 14.68

kg/h 22748.17 1835.17 4282.10 5256.79

W(%) 66.68 5.38 12.55 15.39

第十釜

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第五章 能量衡算

5.1反应釜物料的热量衡算 5.1.1物料的比热容计算

1）查《合成橡胶生产工艺》得到：如表5.1

表5.1 物性参数表

名称 丁二烯 苯乙烯 水 液氨

相对分子质量

54 104 18 17

密度kg/m3

635 910 1000 631.7

比热容KJ/(kg℃)

2.28 1.74 4.20 --

汽化热KJ/kg

1663.25

由上表得，比热容：

1. 丁二烯 C1=2.280 KJ/(kg℃) 2. 苯乙烯 C2=1.740KJ/(kg℃) 3. 水 C3=1.740KJ/(kg℃)

2）查《实用化学手册》知，有些物料的比热容数据难于查找，采用柯普法计算：

Cp = 4.184 ∑（ n Cp / Ｍ ） (5.1)

Cp——原子的比热容，kJ/(kg·℃)； M——化合物的分子量，kg/kmol； n——分子中同一元素的原子数。 元素原子比热容如表5.2

表5.2 各种元素原子比热容Cp

元素 C H O S

Cp（固）

1.8 2.3 4.0 5.4

Cp（液）

2.8 4.8 6.0 7.4

元素 Si F B N

Cp（固）

3.8 5.0 2.7 6.2

Cp（液）

5.8 7.0 4.7 8.0

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P C

5.4 1.8

7.4 2.8

其他 Si

6.2 3.8

8.0 5.8

注：其他是指除去C、H、O、S、P、Si、F、B、N之外的所有元素。 （固态物料）比热容：

4.十六烷基苯磺酸钠（C18H29NaO3S）

C4=4.184（18×1.8＋29×2.3＋6.2×1＋4.0×3＋5.4×1）/348=1.475 kJ/(kg·℃) 5.硫酸亚铁（FeSO4）

C5=4.184（5.4×1＋6.2×1＋4.0×4）/152=0.760 kJ/(kg·℃) 6.雕白块（NaHSO2·CH2O）

C6 =4.184（6.2×1＋2.3×3＋4.0×3＋5.4×1＋1.8）/118=1.145 kJ/(kg·℃) 7.EDTA（ C10H16N2O8）

C7 =4.184（1.8×10＋2.3×16＋6.2×2＋4.0×8）/292=1.421 kJ/(kg·℃) 8.磷酸钠（Na3PO4）

C8=4.184（6.2×3＋5.4×1＋4.0×4）/164=1.020 kJ/(kg·℃) （液态物料）比热容：

9.叔十二烷基硫醇（C12H25SH）

C9=4.184（2.8×12＋4.8×26＋7.4×1）/202.4=3.427 kJ/(kg·℃) 10.歧化松香酸钾皂(C20H27OOK )

C10=4.184（2.8×20＋4.8×27＋6.0×2＋8.0×1）/338=2.545 kJ/(kg·℃) 11.过氧化氢对孟烷（C10H19OOH）

Ｃ11=4.184（2.8×10＋4.8×20＋6.0×2）/172=3.308 kJ/(kg·℃) 12.连二亚硫酸钠（Na2S2O4 ）

C12=4.184（6.2×2＋5.4×2＋4.0×4）/174=0.943 kJ/(kg·℃)

5.1.2物料的相关参数列表

计算整理如下表5.3；

表5.3 物料的相关参数列表

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原料及辅助原料

丁二烯 苯乙烯 去离子水 叔十二

调节剂

烷基硫醇

乳化剂

过氧化物 还

引发剂体系

活活化剂

还原剂 螯合剂

磷酸钠 EDTA 雕白粉

配方 70 20 200

密度（kg/m） 620 910 1000

3

相对分子量 54 104 18

比热容KJ/(kg℃)

2.280 1.740 4.200

单体

介质

0. 2 845 202 3.427

歧化松香酸钠

十六烷基苯磺酸钠 过氧化氢对孟烷 硫酸亚铁

4.5

0.15

338

348

2.545

1.475

0.08 0.05

922 1897

172 152

3.308 0.760

0.15 1750 118 1.145

0.07 0.08

1620

292 164

1.421 1.020

5.1.3聚合釜的热量计算

（1）基础数据

聚合温度5～7℃（设计取5℃）?；

?查《合成橡胶生产工艺》得到，温度高会加速引发剂分解，从而加快聚合反应速度，同时链终止速度也增加，其结果使橡胶的分子量降低；另外，支化、交联现象严重，凝胶增多，使聚合物性能下降。温度越低，分子量分布越窄，有利于加工。故低温乳液聚合温度取5～7℃。

物料进釜温度为8～12℃（设计取10℃）； 聚合反应焓变 ΔH=1255.2kJ/kg； （2）计算基准

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基准温度0℃，把串联的聚合釜作为一个系统

（3）计算公式

Q1 ＋ Q2 ＋ Q3= Q4 ＋ Q5 ＋ Q6 （5.2）

Q1 ——所处理的物料带到设备中去的热量（kJ）;

Q2 ——由加热剂（或冷却剂）传给设备和物料的热量（kJ）； Q3——过程的热效应（kJ）；

Q4 ——反应产物由设备带出的热量（kJ）； Q5 ——消耗在加热设备上的热量（kJ）； Q6 ——设备向四周散失的热量（kJ）。

对过程进行分析可知，因系连续操作Q5不计，计算基准取kJ/min。需要计算的数据是Q2 ，将上式转换得

Q2 = Q1 - Q4 ＋ H ＋ Q3 ＋ Q6

反应产物由设备带出的热量 Q4=0；

所处理的物料带到设备中去的热量

Q1 =Cp×M×(T1-T4)=（7961.86×2.28＋3412.20×1.74）×（10-5）＋22748×4.2×（10-5）＋（511.83×2.545＋17.06×1.475＋9.10×3.308＋5.68×0.760＋17.06×1.145＋7.96×1.421＋9.10×1.020＋22.75×3.427）×（10-5）

=6.056×105 kJ/h

过程的热效应 Q3 =1255.2×5256.79=6.598×106kJ/h 设备向四周散失的热量：

Q6=∑FαT（t-t0）t’ ×10-3 （5.3）

F——设备吸热表面积m2;

αT——吸热表面向四周介质的联合给热系数，W/ m2·℃； t0——吸热表面的温度，℃； t——周围介质温度，℃； t’——吸热持续时间，S。 联合给热系数α

T

是对流和辐射两种给热系数的综合，可有经验公式求取。

一般绝热层外表温度取50℃。

则 αT=8.1-0.045（t0-t）=8.1-0.045（5-25）=9 估计聚合釜的传热表面积为154m2，实际使用10个釜

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