年产800吨聚丙烯酸钠絮凝剂的生产工艺设计论文

年产800吨聚丙烯酸钠絮凝剂的生产工艺设计论文内容摘要：

工序 在中和工序中采用氢氧化钠完全中和的丙烯酸中和度为 100设 1吨产品需丙烯酸的质量为 W 由方程式可以推算如下 反应需丙烯酸的质量为 W 需氢氧化钠的质量 407206 W 生成的丙烯酸钠的质量 94067206 W 生成的水分质量为 l87206 W 则可得 94067206 W 102 944 W 78866 kg 生成水的质量 187206 78866 19700 kg 中和反应需纯氢氧化钠的质量 407206 78866 43778 kg 折算为 25 的氢氧化钠溶液的质量 4377825 175112 kg 此过程水分蒸发量 17511278866250473 3505kg 6 配碱工序 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人 96 的氢氧化钠的质量为 4377896 45602 kg 需纯水 17511245602 129510 kg 7 生成聚丙烯酸钠各工序物料衡 算的数据整理如下见表 31 物料衡算图见图 31 表 3－ 1 生产聚丙烯酸钠各工序物料衡算结果 工序名称 输入 输出 原料 Kg 产品 Kg 配碱 中和 脱阻聚剂抽滤 聚合反应 干燥 粉碎包装 96％配碱 纯水 25％氢氧化钠溶液 中和液 其中丙稀酸钠 溶解水 活性碳 丙烯酸中和液 98％引发剂 助剂 湿胶体 干胶体 45602 129510 175112 78866 250473 102944 147529 1728 249446 016 001 228018 101112 25％氢氧化钠溶 液 中和液 其中丙稀酸钠 溶解水 水分蒸发 滤液中和液 滤渣及耗费 生成湿胶体 水分蒸发 湿胶体损耗 干胶体 干胶体损耗 干燥除水 聚丙烯酸钠产品 粉尘耗损 175112 250473 102944 147529 3505 247718 2755 229857 19589 1839 101112 607 126299 1000 1112 物料衡算图 32 热量衡算 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脱阻聚剂工序和粉碎包装工序只需要一定的动力损耗因此不计算这两个工序的能量平衡其它 工序分别计算整个过程均采用 25℃作为基准温度生产 1 吨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 [30] l 配碱工序 由物料衡算可知在配碱工序中需纯氢氧化钠 43778 公斤溶解用水 125942 公斤氢氧化钠的质量百分比浓度为 25 折算为物质的量为分别为 氢氧化钠 43778 100040 109445 摩尔 水 129510 l00018 71950 摩尔 水氢氧化钠 mol 比 71950109445 657 查表可知氢氧化钠在此浓度下的溶解热为 3716kJmolNaOH 此浓度下液的平均比热为 3587KJkg℃水的比热为 418KJkg℃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 Ql 人包括氢氧化钠带人的热量 Qll 纯水带入的热量 Q12 氢氧化钠带入的溶解热 Q13由于氢氧化钠带人的热量 Qll和纯水带入的热量 Q12为零 所以 Ql 人 Q13 3716 109445＝ 406697kJ 输出的热量 QI出包括氢氧化钠溶液由 25℃升到 30℃所需的热量 Q14和冷却移走 的热量 Q15 其中 Q14 3587 175112 30 25 31406 kJ 因为 Ql 人 1 出 0 Q15 QI 人 14 40669731406 375291 kJ 需冷却水的质量 ml 水 375291418 89782 kg 2 中和工序 已知条件丙烯酸的进料温度为 25℃比热为 276kJ 吨℃氢氧化钠水溶液的进料温度为 30℃平均比热为 3587KJk g℃中和液的平均比热为 328KJKg℃水的比热为 418KJKg℃ 100℃时水的蒸发热为 2587KJkg 丙 烯酸与氢氧化钠的中和热为 5567kJmolH2O 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 Q2 入包括氢氧化钠水溶引人的热量 Q21 丙烯酸引人的热量 Q22 丙烯酸中和热 Q23 其计算结果如下 氢氧化钠水溶液引人的热量 Q21 3587 175112 30－ 25 31406 kJ 丙烯酸引人的热量为零 Q22 0 在中和工序中中和度为 100 因此发生中和反应的丙烯酸为 788661000 7206 109445 mol 生成的水为 l00445mol 则丙烯酸中和热为 Q23 5567 109445 609280 kJ 输人热量 Q2 入 Q21Q22Q23 314060609280 640686 kJ 输出的热量 Q2 出包括中和液移走的热量 Q24 水分蒸发吸收的热量 Q26 以及冷却水带走的热量 Q26 其计算结果如下 中和液移走的热量 Q24 328 30－ 25 250479＝ 41078kg Q25 3505 418 100－ 25＋ 3505 2587＝ 101662kJ 因为 Q2 入 Q2 出 0 所以 Q26 640686－ 41078101662 497946 kJ 冷却水用量 m2 497946418 119126 kg 3 聚合反应工序 在这个工序中丙烯酸中和液与引发剂助剂充分混合温度会 上升很大幅度反应加剧同时蒸发大量水分此过程的热损失很大同时还要避免暴聚已知丙烯酸中和液的平均比热为 328KJKg℃中和液进料温度为 30℃丙烯酸钠的聚合热为777kJmol 水的比热为 418KJKg℃ l00℃水的蒸发热为 2587KJKg 树脂凝胶的出料温度为 60℃树脂平均比热为 253kJ kg℃由于助剂和引发剂的量很少在计算时可以忽略其带人的热量输人的热量 Q3 人包括丙烯酸中和液引入的热量 Q31 丙烯酸钠聚合的聚合反应放热 Q32 其计算结果如下 丙烯酸中和液引人的热量 Q31 328249446 30 25 40909 kJ 聚合反应放热 Q32 777109445 850387 kJ 则输人热量 Q3 人 Q31Q32 40909850387 891296 kJ 输出的热量 Q3出包括生成的胶体从 25℃升温到 60℃所需的热量 Q33水分从25℃到蒸发变成水气带走的热量 Q34 和聚合体系热量损耗 Q35 其计算结果如下 胶体带走的热量 Q33 253 2280181839 60 25 203538 kJ 水气带走热量 Q34 19589418 100 25 195892587 568179 kJ 聚合体系热量损耗 Q35 Q3 人 Q33Q34 891296203538568179 119579 kJ 4 干燥工序 从盘式反应器中出来的湿胶体经切碎后放入箱式干燥器干燥已知湿胶体的进入温度为 50℃胶体的平均比热为 253kJ k g℃干燥物料出口温度为 150℃聚丙烯酸钠的平均比热为 147KJ Kg℃水的比热为 418KJK g℃ 100℃水的蒸发热为2587kJkg 干燥效率取 85 输人的热量 Q4 人包括湿胶体带入的热量 Q41 干燥器提供给胶体的热量 Q42其中胶体带入的热量 Q41 25322801 8 50 25 1442214 kJ 输出的热量 Q4出包括干胶体带走的热量 Q43水分从 25℃到蒸发变成水气带走的热量 Q44 干燥体系热量损耗 Q45 其中干胶体带走的热量 Q43 为 Q43 147 101112607 150 25 186909 kJ 水气带走的热量 Q44 126299 418 10025 126699 2587 36736505 kJ 因为 Q4 人 Q4 出 0 且 Q45 l 一 85 Q42 1442214Q4218690936736505015Q42 0 干燥器提供给胶体的热 量 Q42 4372162 kJ 干燥体系热量损耗 Q45 015 4372162 655824 kJ 5 生产聚丙烯酸钠各工序热量衡算结果如表 32 表 32 生产聚丙烯酸钠各工序热量衡算表以吨计 工序名称 输入 KJ 输出 KJ Q11 0 Q14 31406 配碱 Q12 Q13 Q1 入 0 406697 406697 Q15 Q1 出 375291 31406 406697 中和 Q21 Q22 Q23 总 Q2 入 31406 0 609280 640686 Q24 Q25 Q2 出 41078 101662 497946 640686 聚合 Q31 Q32 Q3 入 40909 850387 891296 Q33 Q34 Q35 Q3 出 203538 568179 119579 891296 干燥 Q41 Q42 总计 Q4 入 1442214 4372162 45163834 Q43 Q44 Q45 Q4 出 186909 36736505 655824 45163835 第四章 主要设备工艺尺寸的计算及选型 41 配碱釜 l 釜体容积形式及材料 日产聚丙烯酸钠 242 吨需配碱液 242 175112 42377 kg 溶碱时最高温度为 50℃查得 25碱液的比重为 126gcm3则 4237t碱液的体积为 4237126 336 m3 按装料系数 0 8 计需配碱釜容积为 33608 42 m3 可选用 5m3 的配碱釜 [31] 生产工艺条件为所处理的为碱性溶液釜体内为常压温度为 50℃夹套为循环冷却水夹套内表压为 03MPa 温度小于 50℃故可确定该釜属于带搅拌装置的低压反应釜本设计采用圆筒形壳体和标准椭圆形封头作为釜体的结构型式盛装物料的碱液可选用材质为不锈钢釜 2 釜体的主要尺寸的确定 l 筒体直径 所处 理的物料为液 固相其筒体高度 Ht 于筒体直径 D 之比为1～ 13 由于容积不大化学反应平衡暂选 12 又因反应过程中不产生泡沫无沸腾现象故装料系数为 08 则釜体内径可按下式估算 Di 4V314 HtD 13 433631412 13 152m 式中 V 为操作容积 m3v 336m3 取 Di 15m 2 封头尺寸 标准椭圆形封头与筒体匹配其内径应与筒体相同若假定封头壁厚为 8mm 下表可得公称直径 DN 1500mm 的标准椭圆封头直边高度为 H0 40mm 表 41 标准椭圆形封头直边的高度 封头材料厚度与其直边高度的关系 封头材料 碳素钢普低钢 不锈钢耐酸钢 封头厚度 48 1018 20 39 1018 20 直边高度 25 40 50 25 40 50 公称直径与其直边高度的关系 公称直径 200 400 5002600 28003200 34004000 直边高度 25 2540 254050 4050 60 3 筒体高度 当 D 1500mmH 40mm 可得标准椭圆封头容积 Vt 31418Di3 06 m3筒体每一米高度的容积 Vm 33618 187m3 可按下式计算筒高 Ht VVtVm 33606 187 16m 取 Ht 15m 则 Ht 1615 107 与初选值 HD 12 相符 4 筒体容积 釜体总容积为 187 1806 15 4266m3 釜体有效体积 4266 085 362 336 符合要求 配用 120rmin减速箱 6kw的三相搅拌电机查图。