第3章 工艺设计计算
冷凝水中有2248Kg/h包含在胶粒内自振动筛中分出后去干燥脱水装置。余下的4184Kg/h-2240Kg/h=1944Kg/h冷凝水同循环水一起从振动筛中分出后去热水罐再排往污水池，循环水送往凝聚釜继续使用。假定催化剂及偶联剂等全部被1944Kg/h冷凝水带走。不在循环水内积累。
去干燥脱水装置物料组成：
聚丁二烯????????3787.86Kg/h 水?????????2284Kg/h
防老剂?????????28.02Kg/h 合计??????6099.88Kg/h
油溶剂????????????76Kg/h 去凝聚釜循环热水190t/h
去污水池的排污水组成为：水 1671.28Kg/h 催化剂等 31.48Kg/h 3.3.1.4干燥脱水
按规定，胶内含挥发分（水、油）<1％
胶内含水3787.8630.5％＝19Kg/h；则脱水量为2248-19＝2219Kg/h。 胶内含油3787.8630.1％＝3.8Kg/h；脱油量应为：76-3.8＝72.2Kg/h。 送去包装的干胶组成
SBS共聚物?????????????????????????3787.86Kg/h 防老剂??????????????????????????28.02g/h 水?????????????????????????????19Kg/h 溶剂????????????????????????????3.8Kg/h 合计 3838.68Kg/h 脱出挥发分组成
水?????????2219Kg/h 油?????????72.2Kg/h 3.3.1.5包装
不合格品扫地料损失为60Kg/hSBS共聚物，与此相应防老剂损失o.6Kg/h；失水量为0.36Kg/h，失油量为0.o6Kg/h，由此得每小时成品胶的量及组成为：
SBS共聚物???????????????????3727.86Kg/h 防老剂????????????????????27.42Kg/h 挥发分（水、油）???????????????22.38Kg/h 合计 3777.66Kg/h
扣除防老剂后生胶产量为3777.66-27.42=3750.2Kg/h=3750Kg/h；符合设计要求。 3.3.1.6油水分离器
丁二烯、苯乙烯无溶水损失
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溶剂在水中饱和溶解量
18316?0.0014?84?120Kg/h 18油相中溶剂量 21526-120=21406Kg/h 油相中溶剂、丁二烯、丁烯等总量为： 21406+162+61=21629Kg/h
油相中溶解饱和水量 2162930.0001=2.2Kg/h 水相中水量 18316-2.2=18313.8Kg/h 丁烯等全部进入油相
油相组成 水相组成 溶剂????????21406Kg/h
丁二烯等????????162Kg/h 水????????18313.8Kg/h 苯乙烯等????????61Kg/h 溶剂????????120Kg/h 水???????????2.2Kg/h
合计 21631.2Kg/h 合计 18433.8 Kg/h 3.3.1.7脱水塔
塔顶：含丁二烯、苯乙烯30％，则问题为223Kg/h÷0.3＝743Kg/h。其中除丁二烯、苯乙烯外，尚有丁烯、水2.2Kg/h，余下的是溶剂，其量为743-（223+2.2）＝517.8Kg/h 塔底：不含丁二烯、苯乙烯；水值<15ppm，略去不计，溶剂量应为21406-517.8=20888.2Kg/h 3.3.1.8回收塔
塔顶不含溶剂，则其组成为
丁二烯、苯乙烯????????????????????????223Kg/h 水?????????????????????????????2.2Kg/h 合计???????????????????????????225.2Kg/h 塔底不含丁二烯，由为517.8溶剂。 3.3.1.9脱重塔
此塔系连续进料，塔顶连续蒸出脱除重组分的溶剂，而塔底则为间歇排放，分析塔釜残留物含量超过1％时排放。
3.3.2热量衡算
3.3.2.1热平衡方程
在化工过程中，热量衡算可以热平衡方程表示：
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第3章 工艺设计计算
?Q??H出??H进
式中?Q——设备或系统与外界环境各种换热量的和，其中常常包括热损失（低温时是传入的热量），kcal；
?H出——离开设备或系统各股物料的焓和，kcal； ?H进——进入设备或系统各股物料的焓的，kcal。 此外，在解决实际问题中，热平衡方程还可以写成如下形式：
Q1?Q2?Q3?Q4?Q5?Q6
式中Q1——所处理的各股物料带入设备的热量，kcal；
Q2——由加热剂（或冷却剂）传给设备和物料的热量，kcal； Q3——各种热效应如化学反应热效应溶解热等，kcal； Q4——离开设备各股物料带走的热量，kcal； Q5——消耗在加热设备上的热量，kcal； Q6 ——设备向外界环境散失的热量，kcal。 3.3.2.2单元设备的热量衡算
30000t／a聚丁二烯橡胶聚合釜的热量衡算。 1、热平衡方程式
由图2－1可知，丁二烯、苯乙烯和溶剂油自釜顶进入聚合釜，催化剂也同时从底顶进入。在反应釜发生聚合反应，胶液（包括溶剂、和聚合物等）自釜底部流出终止釜。
对过程进行分析可知，因系连续操作Q5不计，计算基准宜取千卡／时2聚合时放出热量，故Q3为正值。釜外有夹套通冷却水移走聚合热，则Q6可不计，而Q2为负值，应移到方程式右端使为热量输出项。此外，搅拌热H属于热量输入项应置于方程式左端，于是得热量平衡方程式为
Q1?Q3?H?Q2?Q4
因为计算任务是确定需由冷却水移走的热量Q2，故上式又可写为：
Q2?Q1?Q3?H?Q4
2、设计数据参数
热量衡算时，已知物料量（Kg或Kg分子）、工艺条件（温度、压力等）和有关物性数据。
此过程的物料衡算可见上一节在流程设计时，确定采用双每系列单釜生产操作，即每一条生产线的生产能力为3000t／a，这条生产线上都只有有个聚合釜串联操作。聚合物生成量在100%。
已知每条生产线的每釜聚合物生成量为：
4030Kg/h
整理计算结果，将Ⅰ、Ⅱ釜的进、出物料量及工艺条件列于表3.3。
表3.3聚合釜物料平衡表
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组成 丁二烯 丁烯等 苯乙烯 苯乙炔等 溶剂 催化剂 偶联剂 活化剂 SBS共聚物 温度，℃
进料，Kg/h 2846 20 1164 3 21470 23.65 3.6 4.23 3807 35
出料，Kg/h 142 20 58 3 21470 23.65 3.6 4.23 3807 105
分析过程中存在的热量形式可确定收集那些物性数据。聚合釜内各种物料只有温度变化，没有相变化属于显热，可用比热计算。比热和聚合反应热可从手册查出，也可由实验测定。搅拌热可从现场测得。确定各物性数据的基准态为0℃饱和液体，结果如下表3.4所示。
表3.4数据表
系号
丁二烯、苯乙烯与溶剂油或胶液的比热,千卡
/Kg℃
温度 35℃ 60℃ 105℃
比热 0.56 0.58
搅拌热H,kcal/h
0.64
40000
系号 聚合热,kcal/Kg
聚合釜
热 330
表3.4所列丁二烯与溶剂油或胶液的比热值是根据工业计算中常见的简化方法选定的近似值,它所引起的计算误差在允许范围之内。由于丁二烯、溶剂油和胶液在相同的温度下，它们的比热值十分接近，所以取成相同的数值以便简化计算。 3、计算热量Qi （1）Ⅰ釜
Q1?W?CP?t?12082?0.56?35?2.37?105kcal/h
Q3?G?聚合热＝3807?330＝12.56?105kcal/h Q４?W?CP?t?12082?0.58?60?4.20?105kcal/h
Q2?Q1?Q3?H?Q4
??2.37?12.56?0.4?4.20??105kcal/ hh ?11.13?105kca/l4、计算设备热负荷与冷却水消耗量
聚合釜是连续操作，以千卡/时为计算基准，所以设备热负荷应当等于Q2。 当确定冷却水进、出口温度后，即可按下式计算其消耗量。
W?Q2Kg/h CP?t30
第3章 工艺设计计算
式中 CP——冷却剂的热容，kcal/Kg2℃。 5、列出热量平衡
表3.5聚合釜热量平衡表
Ⅰ釜
项目
Q入 105kcal/h
2.37 12.56 0.4 15.33
Q出 105kcal/h
4.20 11.13 15.33
Q1：物料带入热
Q3：聚合热
H：搅拌热
Q4：物料带出热 Q2：冷却水移热
合 计
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