安徽建筑大学本科生毕业论文
2.1 设计方案的确定 ....................................... 18
2.1.1 塔设计原则 ............................................... 18 2.1.2 装置流程的确定 ........................................... 18 2.1.3 板型选择 ................................................. 18 2.1.4 操作压力的选择 ........................................... 19 2.1.5 进料状态的选择 ........................................... 19 2.1.6 冷却方式的选择 ........................................... 19 2.1.7 加热方式的选择 ........................................... 19 2.1.8 回流比的选择与塔板数 ..................................... 20
2.2 操作条件确定和物料平衡 ............................... 22
2.2.1 聚合釜加料量 ............................................. 22 2.2.2 聚合一塔各物料组成 ....................................... 22 2.2.3 聚合二塔各物料组成 ....................................... 23
2.3 物性数据查找计算及汇总 ............................... 25
2.3.1 数均分子量计算（按摩尔百分比） ........................... 25 2.3.2 汽化潜热Hi（按质量百分比） ............................... 25 2.3.3 比热（按质量百分比） ..................................... 26 2.3.4 液相重度ρ（按质量百分比） ............................... 26 2.3.5 汽相重度D ................................................ 26 2.3.6 物性数据汇总表 ........................................... 27
2.4 精馏塔汽液负荷计算 ................................... 27
2.4.1 通过全塔热平衡计算再沸器的热负荷QS ....................... 27 2.4.2 提馏段上升汽量Vs′和下降液体量Ls′ ...................... 28
2.4.3 求精馏段气液负荷 ......................................... 29
2.5 精馏段塔体工艺计算 ................................... 30
2.5.1 塔径计算 ................................................. 31 2.5.2 塔截面积AT ............................................... 33
2.5.3 溢流堰及降液管的计算 ..................................... 33
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年产40000吨PVA聚合二塔系统的设计
2.5.4 液泛情况 ................................................. 37 2.5.5 降液管中液流速度Wf和停留时间τ ........................... 39 2.5.6 雾沫夹带eV和负荷上限uamax .................................. 39
2.6 提馏段塔体工艺计算 ................................... 40
2.6.1 塔径D和实际空塔速度W .................................... 40 2.6.2 溢流堰及降液管的设计 ..................................... 40 2.6.3 筛孔的设计 ............................................... 41 2.6.4 表面张力压头hσ和漏液点Wom ................................ 42 2.6.5 稳定性K和实际孔速W0及负荷下限1/K% ....................... 43 2.6.6 提馏段总压降ΔP2 .......................................... 43 2.6.7 全塔压降ΔP3 ............................................. 43 2.6.8 液体在管中液流速度Wf和液流停留时间τ ..................... 43 2.6.9 雾沫夹带eV负荷上限uamax .................................... 44
2.7 计算参数汇总表 ....................................... 44 2.8 符号说明表 ........................................... 44 第3章 塔附件计算选型 ....................................... 48 3.1 接管 ................................................. 48
3.1.1 进料管径DF ............................................... 48 3.1.2 回流管径dR ............................................... 48 3.1.3 塔顶出料管径dP ........................................... 48 3.1.4 塔底出料管dw ............................................. 48 3.1.5 添加水管径DH ............................................. 49 3.1.6 法兰 ..................................................... 49
3.2 塔筒体与封头 ......................................... 49
3.2.1 筒体壁厚 ................................................. 49 3.2.2 封头 ..................................................... 49 3.2.3 裙座 ..................................................... 49
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3.3 吊柱 ................................................. 50 3.4 人孔 ................................................. 50 第4章 塔总体高度设计计算 ................................... 51 4.1 塔顶部空间高度HD ..................................... 51 4.2 塔底部空间高度HB ..................................... 51 4.3 塔体总高度H ......................................... 51 第5章 附属设备的初步计算 ................................... 53 5.1 冷凝器计算与选型 ..................................... 53
5.1.1 冷凝器热负荷QN ........................................... 53 5.1.2 冷凝器换热面积AS ......................................... 53 5.1.3 冷凝器循环水量W .......................................... 53
5.2 再沸器计算与选型 ..................................... 53
5.2.1 再沸器的传热面积S ........................................ 54 5.2.2 再沸器选型 ............................................... 54 5.2.3 再沸器蒸汽用量及管径D .................................... 54
结论 ........................................................ 55 参考文献 .................................................... 56 致谢 ........................................................ 57 附录 ........................................................ 58
VI
年产40000吨PVA聚合二塔系统的设计
第1章 综述
1.1 概述
聚乙烯醇（简称PVA）是目前已发现的唯一具有水溶性且无毒的高聚物，别名为PVA。它是近三十年来发展起来的高分子化合物，由于合成技术的不断提高和价格的不断下降，其用途日益广泛，发展速度很快。其性能介于橡胶和塑料之间，按用途可分为纤维和非纤维两大用途[1]。
1.2 聚乙烯醇的性能
聚乙烯醇是一种无色塑胶，由聚乙烯酯(通常为聚乙酸乙烯酯)受酸或碱水解作用而得。完全水解的聚乙烯醇，仍含约5%剩余乙酸基在内[1]。聚乙烯醇的物理性质、抗水性及与韧化剂的混合性等与其水解程度有关，即与其在最终制品中的乙酸基与氢氧基之比例有关[1]。聚乙烯醇对于有机溶剂及气体皆为不透性，亦不能与之混和。除多元醇类、氨醇类以外，对能与水混合的多数溶剂皆能抗耐。完全水解的聚乙烯醇能溶于热水。水解程度愈低，对水的抗力愈大，加入各种添加物亦能增加其抗水性。聚合物粘度可通过调节其最初所用聚乙烯乙酸酯的粘度进行控制[2]。 1.2.1
聚乙烯醇的基本信息
中文名称： 聚乙烯醇
英文名称： polyvinyl alcohol，viny alcohol polymer，poval，简称PVA 分子式： [C2H4O]n
结构式： 1.2.2
乙烯醇的性状
干燥无塑性的聚乙烯醇为有机化合物，白色片状、絮状或粉末状固体，无味，无污染。可在80--90℃水中溶解，不溶于汽油、煤油、植物油、苯、甲苯、二氯乙
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烷、四氯化碳、丙酮、醋酸乙酯、甲醇、乙二醇等，微溶于二甲基亚砜。聚乙烯醇是重要的化工原料，有良好的耐磨性， 粘结力极强，耐油及化学药品，具有长链多元醇酯化、醚化、缩醛化等化学性质，用于制造聚乙烯醇缩醛、耐汽油管道和维尼纶合成纤维、织物处理剂、乳化剂、纸张涂层、粘合剂等[1]。 1.2.3
聚乙烯醇的毒性
聚乙烯醇水玻璃内墙涂料无臭、无毒；聚乙烯醇外墙绦料无毒、无味；聚乙烯醇缩甲醛脏为无毒、无味、水溶性胶体，掺入水泥可增强粘结力永溶性聚乙烯醇缩甲醛涂料无毒、耐水[3]。 1.2.4
聚乙烯醇的常用数据
比重1．27～1．31；折光率1．49～1．53；沸点200℃；抗张强度53.779～；伸长率l80～250%；抗扯强度高；耐油脂、有机溶剂；耐日光性优良；中毒燃烧性[3]。 1.2.5
聚乙烯醇的水溶性
近十几年来，国际市场上PVA作为粘结剂用品种发展很快，而国内这方面的发展较慢，仍以纤维使用为主。在这方面存在如下问题:国内生产的纤维级PVA聚合度很高(1700)，醇解度大于99%，由于其侧基—H和—OH的体积小，可进入结晶点中而不造成应力，故PVA大分子中的羟基之间会以氢键形式相互缔合在一起，大分子之间排列整齐(定向度高)，水分子难以进入PVA的大分子之间，而使溶剂化作用困难，水溶性变差[1]。
聚乙烯醇的水溶性随其醇解度的高低有很大差别[2]。醇解度为87%～89%的产品水溶性最好，不管在冷水还是在热水中它都能很快地溶解，表现出最大的溶解度。醇解度在89%～90%以上的产品，为了完全溶解，一般需加热到60～70℃。醇解度为99%以上的聚乙烯醇只溶于95℃的热水中，而醇解度在75%～80%的产品只能溶于冷水，不溶于热水。PVA醇解度降低，溶解性提高，是由于-OCOCH3的增多，进一步削弱了氢键的缔合，破坏了PVA大分子的定向性，从而使水分子容易进入PVA大分子之间，提高了溶剂化作用。但-OCOCH3是疏水性的，它的含量过高会使PVA的水溶性下降，所以当醇解度在66%以下时，水溶性下降，直到醇解度降到50%以下，聚乙烯醇即不再溶于水。因此，从水溶性要求来说，以醇解度为85%～88%的PVA为好[3]。
另外，随着聚合度的增加，PVA分子链增长，分子之间的作用力增强、缠结增多，使它的水溶性也逐渐降低，溶液黏度增大[2]。 1.2.6
成膜性及粘接力
聚乙烯醇(PVA)作为一种水溶性合成粘结剂，它的粘接机理是加热时溶剂挥发，
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