年产1000吨聚丙烯酸钠车间工艺设计(6)

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中和反应生成的水

中和反应完成后需加入的水为：

2) 配碱釜物料衡算

在装有水冷装置的配碱釜中加入一定量的水，然后在不断搅拌下加入纯度为98%的氢氧化钠。

中和用30%NaOH溶液质量为1093.63kg， 则需要纯度98%氢氧化钠固体质量为

需加入的水为

3)分散介质调配罐物料衡算

已知：分散介质：单体=4：1、分散剂为1%单体质量，则 分散介质抽余油质量：

循环分散介质抽余油质量：

新鲜分散介质抽余油质量：

分散剂：

4) 聚合反应釜物料衡算 反应前反应釜中各组分质量：

单体： 771.50kg 水： 942.94kg 分散介质： 3086.00kg 分散剂：7.72kg

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引发剂用量为0.16%单体质量 引发剂质量：

反应后聚合物质量:

表6-2 生产聚丙烯酸钠各工序物料衡算结果

工序名称

原料

配碱

98%烧碱 纯水

中和

30%氢氧化钠 丙烯酸 纯水

聚合

丙烯酸钠溶液 引发剂 分散介质 分散剂

输入

质量（kg） 758.54 钠

1093.63 丙烯酸钠溶液 591.05 其中丙烯酸钠 29.76 1.23 水 3086.00 分散介质 7.72 分散剂

水

1714.44 聚合物

产品

334.79 30%氢氧化

输出

质量（kg） 1093.63

1714.44 771.50 942.94 772.73 942.94 3086.00

7.72

6.2 热量衡算

选择最佳的操作条件，对生产设备进行设计和选型，制定出既经济又合理的能量消耗方案。

热量衡算[21]有两种情况：当生产过程中各个单元设备之间没有热量的交换时，只需要对单元设备做热量衡算计算；当各个单元操作或工序之间有热量交换时，必须做整个过程的热量衡算。

塑料制品的成型加工大都采用的是对单元设备的热量衡算。

热量遵循热力学第一定律：能量既不能产生，也不能消灭，只能从一种形式转变为另一种形式。即热量平衡方程式为：

式中：----设备或系统内物料与外界交换热量之和（传入能量为正、传出热量为负），

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kJ；

----由于物料温度变化，系统与外界交换的热量（当有相变时，应分段计算，升温

为正、降温为负），kJ；

----由于物料发生各种变化（化学反应、相变、溶解、混合等），系统与外界交换的

热量（吸热为正、放热为负），kJ；

----由于设备温度改变，系统与外界交换的热量（设备升温为正、设备降温为负），

kJ；

----设备向外界环境散失的热量（操作温度高于环境温度为正、操作温度低于环境

温度为负），kJ。

聚丙烯酸钠的生产可分为多个工序，每一个生产工序都有一定的能量变化，因此各工序分别计算。整个过程均采用25℃作为基准温度，生产1批聚丙烯酸钠产品各工序的原料需求情况按物料衡算表中计。 6.2.1 配碱工序

由物料衡算可知，在配碱工序中，需纯氢氧化钠328.09kg，溶解用水765.54kg，氢氧化钠的质量百分比浓度为30%，折算为物质的量为分别为：

氢氧化钠：

水：

查表可知氢氧化钠在此浓度下的溶解热为46.03kJ/mol，此浓度下溶液的平均比热为

3.348kJ/kg?K，水的比热为4.18kJ/kg?K，已知片碱和纯水的进料温度为25℃，氢氧化

钠溶液的出料的温度为30℃，配碱过程最大温升65℃，冷却水出入平均温差为10℃。

输入的热量溶解热

所以

包括氢氧化钠带入的热量

，纯水带入的热量

为0。

，氢氧化钠带入的

，由于氢氧化钠带人的热量和纯水带入的热量

输出的热量出包括氢氧化钠溶液由25℃升到30℃所需的热量和冷却移走的

年产1000吨聚丙烯酸钠车间工艺设计 20

热量。 其中由于

需要冷却水质量为

6.2.2 中和工序

已知条件：丙烯酸的进料温度为25℃，比热为2.76kJ/kg?K，氢氧化钠水溶液的进料温度为30℃，平均比热为3.348kJ/kg?K，中和液的平均比热为3.28kJ/kg?K，水的比热为4.18kJ/kg?K，100℃时水的蒸发热为2587kJ/kg，丙烯酸与氢氧化钠的中和热

55.67kJ/mol，中和液输出温度为30℃，冷却水平均温差为10℃。

中和工序的输人热量，丙烯酸中和热

包括：氢氧化钠水溶液引入的热量

，丙烯酸引人的热量

，其计算结果如下：

氢氧化钠水溶液带入对的热量：

丙烯酸引入的热量为0：

在中和工序中，中和度为100%，发生中和反应的丙烯酸反应热为

输入热量

输出的热量

出包括中和液移走的热量

，水分蒸发吸收的热量

，以及冷却水

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带走的热量。其计算结果如下：

这一工序水分蒸发很少，故水分蒸发热量可忽略不计。 所以 由于冷却水用量

所以

6.2.3 聚合反应工序

已知丙烯酸中和液的平均比热为3.28kJ/kg?K，中和液进料温度为30℃，丙烯酸钠的聚合热为77.7kJ/mol，水的比热为4.18kJ/kg?K，l00℃水的蒸发热为2587kJ/kg，聚合物混合物出料温度为60℃，聚合物平均比热为2.53kJ/kg?K，分散剂平均比热

2.30kJ/kg?K。

输入的热量包括：丙烯酸中和液引入的热量，丙烯酸钠聚合的聚合反应放热

，其计算结果如下：

丙烯酸钠中和液引入的热量：

聚合物反应放热：

则输入的热量

输出的热量

包括生成的聚合物从25℃升温到60℃所需的热量

，分散介质带走

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