武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）
对于搅拌内壁给热系数可用下列准数方程关系式计算：
1?nd2?23600c?g3?3?1?C()()()0.14 （2）
?wD??nd2ρ式(2)中 D 为釜内径，d 为搅拌叶直径，? 为密度，? 为粘度，()为搅拌雷诺数，
μ3600cμg)为普兰特准数， ?w 为近壁处粘? 为热导率，c 为比热容，g 为重力因子，(λ度，系数 C 为常数。国产 70m3 釜经实验标核 C=0.5，将 D=4m，d=1212mm， ? =0.6
μ? =998 kg/ m 3，??1.5 ?10?2 p ? s ，n=95r/min；流体冷却时，(μ)0.14=0.95。
w将以上数据带入公式（2）得：
0.61.583?1.2122?99833600?0.5?1.5?10-2?9.83?1?0.5??()?()?0.95 41.5?10-20.6?1526.96W/m2?k21对于釜外壁给热系数?2 ，采用夹套内装设螺旋倒导流板。关系式如下：
?2?0.023?deRePr(1?1.770.80.4de) (3) Rde)R式（3）中de为螺距的当量直径，R为弯曲直径，因釜径较大，一般矫正因子(1+1.77的数值不大，因此可以取1.05，因为水的导热系数??0.65W/m2?k，螺距=0.55m，水的普拉兰特数Pr?3.54，水的流速u?2m/s，故带入以上数据于式（3）得：
?2?0.023?0.650.55?2?10000.8?()?3.540.4?1.05?5198.68W/m2?k -60.55550?10由于缝隙泄漏一般的实测值约为计算值的 80%，因此
?2'?5198.68?8000?4158.94W/m2?k?
对于国产 70m 不锈钢聚合釜而言， 其釜壁热阻
1?8.13?10-4W/m2?k，
12303
∑δλ 一般为
故由式（1）知总传热系数为：
K?11?1?1?2????'?11?14158.94?112301526.96?585.36W/m2?k
ii.求总传热面积 A
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由物料衡算可知：VCM 的每批投量，总转化率 x=88%，反应时间θ=4.5h，高峰时 反应速率是平均反应速率的 1.5 倍，聚合反应热 ?H???96.3kJ/ mol ，反应温度 T=57℃， 总传热系数K?585.36Wm?k ，冷却水进口温度为5℃，冷却水进口温度差为5℃。
2
氯乙烯的相对分子质量 M=62.5g/mol，则平均反应速率为：
W单?x31805.76?103?0.88r???9.95?104mol/h
?M4.5?62.5-故平均热负荷
Q?r?H?9.95?104?96.3?958.35?104kJ/h
--反应发出的热量
31805.76?103?0.88?96.3QR??4.31?107kJ/h
62.5令最大热负荷Qmax 与平均热负荷之比等于热负荷分布指数R?对于本聚合反应 R=1.5，故：
Qmax?QR?9.58?106?1.5?1.437?107kJ/h?3.99?106W
-QmaxQ-，
对数平均温差为：
?tm??T-t1?-?T-t2???57-5?-?57-10??49.46℃
lnT-t1T-t2ln57-557-10又因Qmax=KAΔtm ，则总传热面积为：
Qmax3.99?106A???137.81m2
k?tm585.36?49.46由于最大水流量Qmax?qmCp?t?1.437?107kJ/h 故 qm?6.84?105kg/h
对于70m2不锈钢聚合釜，其夹套传热面积A?133.32?88.32m2，此转热面积满足要求。 整理以上计算结果，如表4-2所示：
表4-2 反应热量表
反应过程 Q入,KJ/釜 Q出，kJ/釜
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升温阶段
恒温阶段
Q1：水、明胶等升温吸收的热量 Q2：单体升温吸收的热量 Q3：设备升温吸收的热量 Q4：加热蒸汽带入的热量 QR: 反应放出的热量 Q水：冷却水带走的热量
总计
6617076.48 863081.10 106444.80
4.31×107 50686602.38
7586602.38 4.31×107
50686602.38
4.3 汽提塔热量衡算
料浆从汽提塔上部进入，下部通入蒸汽进行汽提，并与蒸汽逸出，蒸汽在塔顶冷 凝，VCM 则进入回收系统。进入汽提塔内的物料初始温度为66℃，汽提塔内压强为 0.06MPa，在此压强下水的沸点为 86 ℃，潜热为2293.9kJ/kg ，水蒸气的比热容 Cp=2.31kJ/(kg·℃）。进入汽提塔蒸汽的初始温度为 142℃，物料的升温以及 VCM 向蒸汽的扩散能由蒸汽的潜热和显热提供，而且单体的扩散能为71kJ/mol，假定在塔内 有 35%蒸汽冷凝，其余在塔顶冷凝，则物料升温所需热量如表 4-3：
表4-3 物料热量表
物料名称 水 VCM PVC 合计
重/kg/B 49234.20 12.39 27429.29
t初/℃ 66 66 66
t终/℃ 84 80 80
△t/℃ 14 14 14
CpKJ/(Kg℃)
4.2 0.848 1.764
kJ/h 2894959.20 147.09 677393.50 3572499.79
助剂所占比例甚微并入水中一起算。 单体的扩散能为：
12.02?71?13654.72kJ/h
62.5?10-3故所需的总热量为：
Q总?3572499.79?13654.72?3586154.51`kJ/h 设蒸汽的流量为V，则 Q总?2.31?(142-86)V?0.35V?2293.9?3586154.51kJ/h
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得 V?3846.88kJ/h
4.4 气流干燥塔热量衡算
（1）设计条件
①生产能力：干燥器每小时干燥湿26869.50kg
②空气状况：进预热器温度 t0=15℃，H0=0.0075kg 水/kg 绝干空气，离开预热器温 度 t1=140℃，离开干燥器温度 t2=58℃。
③物料状况：物料初湿含量w1?0.2，物料终湿含量w2?0.05，物料进干燥器温 度
?1?15℃，物料出干燥器时温度?2?50℃，物料密度 ?s?1400 kg/m3 绝干物料比 热
Cs?1.764 kJkg?℃，颗粒平均直径d=0.125mm。 设计计算
a、水分汽化量W
进、出干燥器的含水量为：
x1?x1?w10.2??0.25kg/kg干料1-w11-0.2w20.05??0.0526kg/kg干料1-w21-0.05 绝干物料的处理量为：26869.50Gc??7.46kg/s3600则水分汽化量为：W?Gc?x1-x2??7.46?(0.25-0.0526)?1.47kg/sb、空气用量L 汽化水分好热：
Q1?W(???Cpvt2-CpL?1)?1.47?(2500?1.88?58-4.19?15)?3742.90kW 物料升温耗热：
Q2?GcCpm2(?2-?1)
其中 Cpm2?CS?Cwx2?1.764?4.19?0.0526?1.98kJ/kg﹒℃ 因此 Q2?7.46?1.98?(50-15)?516.98kW 废气带走热量：
Q3=LCpH1(t2-t0)
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式中 CPH1=1.01+1.88H1=1.01+1.88×0.0075=1.02kJ/(kg﹒℃) 因此 Q3=L×1.02×(58-15)=43.86L 由热量衡算得：
Q=Q1+Q2+Q3
即 Q?L(I1-I0)?L(160-34)?3742.90?516.98?43.86L 得 L?51.86kg干气/s c、出口气体湿度 H2 由物料衡算式
L?W H2-H0W1.78?H0??0.0075?0.034kg/kg干气 L51.86H2? d、干燥塔直径D
采用等直径干燥塔，根据经验取干燥管入口的空气速度u=20m/s，干燥塔直径：
D=4LVH πuVH=(2.83×10-3+4.56×10-3H)(t+273) =(2.83×10-3+4.56×10-3×0.0075（)140+273）=1.18m3/kg D?4?51.86?1.18?1.97m
??20⑤干燥塔高度 Z
干燥塔高度Z=τ(ug-u0) ，现分别求出参数? 、ug 、u0 。 i. u0 —沉降速度 m/s，可用试差法求得。 设Re?0 -1000，即属于过渡流区，则 空气的物性按绝干空气在平均温度下：
tm=140+58=99℃ 2查得： λ=3.21×10-5，v=2.313×10-5m2/s,ρ=0.946kg/m3
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