1、聚合反應(yīng)過程及設(shè)備 項(xiàng)目實(shí)施過程報(bào)告項(xiàng)目名稱：苯乙烯聚合設(shè)備設(shè)計(jì)姓 名：項(xiàng) 目 組： 第三組時(shí) 間： 2013.4.13任務(wù)一：聚苯乙烯間歇釜式反應(yīng)器體積設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)原理 1、概念 生產(chǎn)時(shí)間（生）：間歇反應(yīng)器物料進(jìn)行反應(yīng)達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)化率所需要的時(shí)間。 輔助時(shí)間（輔）：除生產(chǎn)時(shí)間外還必須有的對(duì)生產(chǎn)起輔助作用的時(shí)間，如加料、卸料及清洗時(shí)間。 裝料系數(shù)（）：料液體積占罐總體積的比例，稱為填充系數(shù)，也稱裝料系數(shù)，表示加入釜內(nèi)的物料體積占釜總體積的分?jǐn)?shù)。 反應(yīng)器的有效體積（VR）：反應(yīng)物料所占體積。 反應(yīng)器的實(shí)際體積：單位裝料系數(shù)下是反應(yīng)器有效體積。 2、反應(yīng)器設(shè)計(jì)原理物料衡算式 進(jìn)入微元體積的反應(yīng)物

2、的速度=流出微元體積的反應(yīng)物的速度+在微元體積內(nèi)由于化學(xué)反應(yīng)而消耗的反應(yīng)物的速度+在微元體積內(nèi)反應(yīng)物的累積速度 或流入速度=流出速度+反應(yīng)掉的速度+累積速度間歇釜式反應(yīng)器物料衡算式 因釜內(nèi)各點(diǎn)的組成、溫度相同，其在反應(yīng)過程中無物料加入和引出故間歇釜式反應(yīng)器物料衡算式可變?yōu)椋焊獌?nèi)由于反應(yīng)而消耗反應(yīng)物A的速度=-釜內(nèi)反應(yīng)物A的累積速度= =反應(yīng)物A的消耗量（時(shí)間x反應(yīng)物的體積）反應(yīng)物的體積3、反應(yīng)器體積計(jì)算 反應(yīng)總時(shí)間總= 生產(chǎn)+ 輔助 有效體積VR=V0 總 實(shí)際體積V=VR/二、任務(wù)解讀 1、反應(yīng)器設(shè)計(jì)所需要的參數(shù)苯乙烯聚合設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)2、參數(shù)選定依據(jù)反應(yīng)溫度:140 根據(jù)書表6-1，聚苯乙烯

3、的平均分子質(zhì)量為1.5105左右，稀釋劑為12%時(shí)，選定溫度為140 。速率常數(shù)：0.25 根據(jù)表6-4反應(yīng)速率常數(shù)K與溫度的關(guān)系表，當(dāng)溫度為140 時(shí)，速率常數(shù)為0.25。輔助時(shí)間：通常選擇1-1.5h之間，所以選擇1h。密度：根據(jù)表6-11，溫度與密度關(guān)系，當(dāng)溫度為140 時(shí)，密度為880kg/m-。裝料系數(shù)：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般選取在0.75-0.85之間。三、苯乙烯間歇聚合釜體積設(shè)計(jì)聚合物生產(chǎn)速率：WD=70000007800=898kg/h反應(yīng)液流量： W =898 0.70=1282kg/h稀釋劑流量： Ws=1282 0.12=154kg/h苯乙烯流量： 1282 0.88=1128.

4、2kg/h當(dāng)T=140時(shí)，K=0.25，=880， =0.8, 采用二級(jí)反應(yīng)：CA0=V0/ =1128.2/880=1.28kmol/m=1/kXA/CA0（1-XA）=1/0.250.7/1.28（1-0.7)= 7.3h輔=1h總=7.3+1=8.3h因?yàn)閂R=V0V總所以VR=1128.28.3=9346.06=9.34606m又因?yàn)閂=VR所以V=9.346060.8 =11.705075m所以采用間歇釜式反應(yīng)器所得反應(yīng)器體積為11.705075m.任務(wù)二：聚苯乙烯連續(xù)釜式反應(yīng)器體積設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)原理 1、單級(jí)連續(xù)反應(yīng)器設(shè)計(jì)原理 單級(jí)反應(yīng)器的操作系統(tǒng)連續(xù)進(jìn)料和連續(xù)出料，釜內(nèi)各處的組成和

5、溫度均勻，不隨時(shí)間而變化，是穩(wěn)態(tài)操作，且出口組成與釜內(nèi)組成相同。 2、反應(yīng)器體積計(jì)算方法 物料衡算式 進(jìn)入微元體積的反應(yīng)物的速度=流出微元體積的反 應(yīng)物的速度+在微元體積內(nèi)由于化學(xué)反應(yīng)而消耗的 反應(yīng)物的速度+在微元體積內(nèi)反應(yīng)物的累積速度或流入速度=流出速度+反應(yīng)掉的速度+累積速度 單級(jí)連續(xù)反應(yīng)器物料衡算式 因?yàn)閱渭?jí)連續(xù)反應(yīng)器是連續(xù)穩(wěn)態(tài)過程，沒有 物料的累積所以物料衡算式可簡化為： 加入反應(yīng)物A的速度=引出反應(yīng)物A的速度+由于反應(yīng)而消耗的反應(yīng)物A的速度 v0CA0=v0CA+AVR CA0-CA= A VR/VO 或=VR/V0=(CA0-CA)/ A 式中 v0加入到反應(yīng)物的容積速度 平均停留

6、 由于反應(yīng)器內(nèi)各處的組成和溫度相同，且不隨時(shí)間而變化因而反應(yīng)速度恒定不變，即A為一常數(shù)所以利用上式計(jì)算時(shí)不必積分。 對(duì)于恒容過程，一級(jí)反應(yīng)時(shí)： A=kCA=kCA0(1-XA) 因?yàn)閄A=（CA0-CA)/CA0 所以=VR/V0=CA0XA/kCA0(1-XA)=XA/k(1-XA) 二級(jí)反應(yīng)： A=kCA 2=KCA0(1-XA) =VR/V0=CA0XA/kCA0(1-XA)=XA/kCA0(1-XA)二、任務(wù)解讀 1、反應(yīng)器設(shè)計(jì)所需要的參數(shù)苯乙烯聚合設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)三、單級(jí)連續(xù)苯乙烯聚合釜體積設(shè)計(jì)聚合物生產(chǎn)速率：WD=7000000 7800=898kg/h反應(yīng)液流量： W =898 0.

7、70=1282kg/h稀釋劑流量： Ws=1282 0.12=154kg/h苯乙烯流量： 1282 0.88=1128.2kg/h當(dāng)T=140時(shí)，K=0.25，=880， =0.8對(duì)于一級(jí)反應(yīng)：=1/kXA/（1-XA） =10.250.7/（1-0.7） =9.3h因?yàn)閂R=V0所以VR=1128.29.3=10529.87=10.5298m所以V=10.52980.8=13.16225m所以采用單機(jī)連續(xù)釜式反應(yīng)器所需體積為13.16225m。任務(wù)三：聚苯乙烯多級(jí)連續(xù)釜式反應(yīng)器體積設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)基本原理 1、多級(jí)串聯(lián)理想混合釜式反應(yīng)器設(shè)計(jì)原理 以每級(jí)反應(yīng)釜內(nèi)為理想混合、級(jí)際無返混為基礎(chǔ)。在多級(jí)

8、串聯(lián)理想混合釜式反應(yīng)器串聯(lián)的級(jí)數(shù)越多，越接近與平推流反應(yīng)器，在相同的反應(yīng)器容積時(shí)，所能達(dá)到的最終轉(zhuǎn)化率就越高，或者在相同的轉(zhuǎn)化率時(shí)所需的總?cè)莘e越小。多級(jí)串聯(lián)理想混合釜式反應(yīng)器的每一釜都可以看作一個(gè)單級(jí)理想混合連續(xù)反應(yīng)過程。 2、反應(yīng)器體積計(jì)算方法V0CA(i-1)=V0CAi+AiVRiCA(i-1)=CAi+AiiCA(1-i)=CAi+Aii 式中CA(i-1)進(jìn)入i級(jí)對(duì)應(yīng)物A的濃度 Cai離開第i級(jí)時(shí)反應(yīng)物A的濃度 =Vri/V0一級(jí)反應(yīng)：CA1=CA0/(1+k11）二級(jí)反應(yīng)：CA2=CA1/(1+k22)=CA0/(1+k11)(1+k22)二、任務(wù)解讀 1、反應(yīng)器設(shè)計(jì)所需要的參數(shù)苯

9、乙烯聚合設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)三、多級(jí)串聯(lián)理想混合釜式反應(yīng)器體積設(shè)計(jì)聚合物生產(chǎn)速率：WD=70000007800 898kg/h反應(yīng)液流量： W=898 0.70 1282kg/h稀釋劑流量： Ws=1282 0.12 154kg/h苯乙烯流量： 12820.88 1128.2kg當(dāng)T=140，k=0.25，=880kg/m-，CA0=V0/ =1282 8801.46取X1=0.5，X2=0.6，X3=0.7,X4=0.795VR1=V0X1/kCA0(1-X1）=1128.2 0.5/0.25 1.28（1-0.5） 7051.52=7.05152mVR2=V0(X2-X1)/kCA0(1-X2)=1128.2（0.6-0.5）/0.25 1.28（1-0.6） 2203.5156=2.2035mVR3=V0(X3-X2)/kCA0(1-X3) =1128.2(0.7-0.6) /0.25 1.28 (1-0.