齐鲁工业大学2013.届本科毕业设计（论文）
设备向四周散失的热量
Q6=154×10×9×（25-5）×10-3×3600=0.998×106kJ/h 电动机H的计算
H=55×90%×3600×10=1.782×106 kJ/h 从而，计算得：
由加热剂（或冷却剂）传给设备和物料的热量 Q2 = Q1 - Q4 ＋ H ＋ Q3 ＋ Q6
=6.056×105 -0＋1.782×106＋6.598×106＋0.998×106 =9.984×106 kJ/h
5.2冷胶进料冷却器的热量衡算
本设计总共只有一条生产线，此条生产线热量计算如下： （1）基础数据
各物料在进入第一个冷胶进料冷却器之前的温度见下表，出口温度则控制在13-17℃；第二个冷胶进料冷却器的出口温度控制在8-12℃；
各物料的比热容及单位时间的流量见上面的计算结果。
表5.4 聚合物料的温度 单位：℃
物料 温度
丁二烯 28-32
苯乙烯 22-26
乳化剂 16-20
活化剂 常温
调节剂 13-17
终止剂 常温
注：计算中，各温度值取区间的中间值
（2）计算公式：
Q=∑（ M× Cp×ΔT ） (5.4)
Q：冷却过程中产生的热量 Cp：物料的比热容 ΔT：温度前后变化 （3）计算
第一个冷胶进料冷却器时氨需要带走的热量
Q1=∑（ M× Cp×ΔT ）=7961.86×2.28×（30-15）＋3412.20×1.74×（24-15） ＋22748×4.2×（20-15）＋（511.83×2.545＋17.06×1.475）×（18-15） ＋（9.10×3.308＋5.68×0.760＋17.06×1.145＋7.96×1.421＋9.10×1.020）×（25-15）
＋22.75×3.427×（15-15）
28
齐鲁工业大学2013.届本科毕业设计（论文）
=8.081×105kJ
第二个冷胶进料冷却器时氨需要带走的热量 Q2=∑（ M× Cp×ΔT ）
=（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）
=6.056×105kJ
29
齐鲁工业大学2013.届本科毕业设计（论文）
第六章 反应器和搅拌装置的选择
6.1聚合釜的参数
1.设计温度：取釜内60℃；低温乳液聚合温度取5～7℃；
2.设计压力，取P=0.6 Mpa；因为操作压力0.2～0.45MPa，按最大压力计算，安全系数1.4，Pc=0.6MPa；取装料系数υ=0.82?。
?查《合成橡胶生产工艺》得到,釜式反应器的装料系数υ一般为0.70-0.85之间；聚合压力一般为0.2～0.45MPa，
3.设计反应时间9h②；
②查《合成橡胶生产工艺》得到,反应时间过短，胶粒过细，胶乳稳定性变坏。同时，由于反应初期活性高，使支化、交联反应增多，使橡胶的加工性能变坏。反之，如果聚合时间长了，胶乳稳定性好，但时间太长了则影响设备的生产能力。综上所述，聚合反应时间一般控制在7.5～12h，最好控制在8h以上。
4.设计聚合釜的体积为45m3③；
③查《聚合物乳液合成原理性能及应用》得到,目前国内采用的聚合釜体积有12、20、30、45m3等多种，每条聚合生产线在4.0～4.5万吨/年，需配备聚合釜8～12台。
5.设计每条生产线的反应釜数目取8 ～12个④。
④查《高聚物合成工艺学》得到,生产中乳胶胶粒粒径与在聚合釜内的停留时间有关，串联的聚合釜越多，停留时间分布函数越窄，使乳胶粒径分布狭窄。因此生产上用8～12 个釜串联。这样。既可使胶乳粒子的粒径分布狭窄，又可提高产品的质量(产品的分子量分布较狭，支联也较少)。综合各因素考虑，现在取10个聚合釜串联为一组.
6.反应釜长径比取1.5-4.0之间⑤；
⑤查《聚合物乳液合成原理性能及应用》得到，因聚合反应温度要低，故解决传热问题很重要。高径比越大，传热面积越大，有利于传热，但不利于搅拌。乳液聚合釜的长径比一般为1.5-4.0。
6．设计串联连续连续釜式反应器⑥；
⑥连续釜式反应器，与间歇釜式相比，具有生产效率高，劳动强度低，操作费用小，产品质量稳定，易实现自控等优点。
30
齐鲁工业大学2013.届本科毕业设计（论文）
6.2反应釜计算 6.2.1 反应釜数量
由设计反应时间9h，则9h内物料的累计量V=40.686×9=366.17m3。 则需要的聚合釜数 N=V/（45υ）=10。
6.2.2 聚合釜筒体直径（D）和筒体高度（H）[10]
参考《聚合物合成工艺设计》,得到如下表6.1：
表6.1 各种封头的标准
封头名称 半球封头 标准椭圆 封 头 碟封头 球面封头 平封头
封头高度封头侧面积封头体积（h） 0.5D 0.25D 0.225D 0.134D 0D
(s)
(V)
1.571 D2 0.2618 D3
特 点
等，应用最广
1.083 D2 0.131 D3 应力分布均匀，封头与筒体的强度相1.063 D2 0.122 D3 曲面连接处存在弯曲应力，强度不如
标准椭圆封头
0.842 D2 0.0539 D3 0.785 D2
0 D3
一般用于卧式容器的两端封头
查《聚合物乳液合成原理性能及应用》得到，45 m2釜径一般为2500～3100mm、径/高为1/1.0～1.8。
计算如下：
查表，标准椭圆封头的体积为0.131D3、h封＝D/4。 令：h为釜体直边高度、H为反应器釜体总高度，则： 若取H/D＝2.4，则有：则有：h＝1.9D 解：
H＝h＋2×h封＝h＋D/2=2.4D D?3
VT??D2?h?0.262D3??1.9?D3?0.262?D3?1.754D344
??VT45?3?2.949m1.7541.75431
齐鲁工业大学2013.届本科毕业设计（论文）
取整，直径为3.0m
45.0?2?0.131?3.03h?＝＝5.368m22 0.785?D0.785?3.0VT?2?V封取整，h为5.4m
H＝h＋2×h封＝h＋D/2=5.4＋3/2=6.9m 综上计算： 实际长径比为：2.3
6.3聚合釜各参数的确定
1）材料的选择：[12]
反应釜操作条件并不苛刻，操作压力、温度并不高，根据经济原则， 选用 碳钢（20R）材料。 2）聚合釜壁厚确定 壁厚的计算公式
δ= P c Di/(2[σ]tυ- P c ) ＋ C (6.1)
δ——筒壁厚度，mm; Di——筒体直径，mm；
[σ]t——设计温度下材料的许用应力，Mpa；υ——焊缝系数； C——壁厚附加量，mm。
查《化工设备设计基础》得到数据， Pc=0.6MPa ，Di =3.0m，
[σ]t=133Mpa，υ=0.90（采用带垫板的单面焊接接头，100%无损检测）， C=3mm，代入公式，
δ= P c Di/(2[σ]tυ- P c ) ＋ C (6.2)
=0.6×3000/(2×133×0.90-0.6)＋3=10.54mm 圆整取：δ=11mm 3）封头厚度确定
计算公式 δ=K P c Di /(2[σ]tυ-0.5 P c) ＋ C K-为系数，标准椭圆封头， K=1。 代入数据得，
δ=K P c Di /(2[σ]tυ-0.5 P c) ＋ C=10.528mm, 与筒体厚度相差无几，均取10.54mm。 圆整取：δ=11mm
32