第六章攪拌聚合釜(二)

1、1(Part Two)2 1.Perry,R.H.and Chilton,C.H:“Chemical Engineerings,Handbook ”,5th Ed.New York McGraw.Hill,19732.Kirk-Othmer : “Encyclopedia of Chemical Technology”, 2nd Ed.,Vol.13.Jhon Wiley & Sons,19673.徐波,孫彤等.改善搪瓷釜傳熱性能的途徑. 遼寧工學院學報, 2001,21(6):63643Wilfred W. Smulders Macromolecular Architecture i

2、n Aqueous Dispersions - living free-radical polymerization in emulsion 4聚合過程的傳熱問題聚合過程的傳熱問題攪拌聚合釜傳熱方式的工程分析攪拌聚合釜傳熱方式的工程分析攪拌聚合釜的傳熱計算攪拌聚合釜的傳熱計算攪拌聚合釜的傳質過程攪拌聚合釜的傳質過程攪拌聚合釜的設計攪拌聚合釜的設計攪拌聚合釜的熱穩(wěn)定性攪拌聚合釜的熱穩(wěn)定性螺旋板式換熱器5 6聚合反應速率在反應進行過程中通常是變 化的，受引發(fā)劑濃度和單體 濃度變化的影響;整個聚合過程中，聚合熱 不 是均勻放出的，在反應速率 最高時，放熱量也最大,可達 平均值的兩三倍，達到了 “轉化

3、率-時間”曲線的峰值。 7891.聚合釜具有足夠大的傳熱面積，這是設計聚合釜時一定要妥善解決的問題。2.在工藝上和聚合釜的操作上，可以采取適當的措施，盡量使峰值降低，使轉化率 時間曲線變得平坦一些?！静讳P鋼反應鍋】10采用復合引發(fā)劑，在某些情況下向聚合釜中注入冷水，分批操作-分批加入單體和引發(fā)劑，連續(xù)多釜操作-逐漸加入單體和引發(fā)劑，在聚合過程的初期還需要解決另一種 傳熱問題，為使聚合產物的分子量分 布窄一些，要盡快將釜內物料溫度升高 到聚合溫度，這是也要求達到相當高的 傳熱溫度?！静讳P鋼反應鍋】11 聚合反應對傳熱裝置的要求： 傳熱速率高，結構簡單，表面平坦、光滑，不易結垢， 便于清洗， 一般

4、采用間接傳熱方式：夾套傳熱氣相釜外循環(huán)熱交換，氣相釜外循環(huán)熱交換， 液相釜外循環(huán)液相釜外循環(huán)熱交換熱交換1213熱量，傳熱任務量消耗溫差，操作過程中的能總包傳熱系數，資費用傳熱面積，意味設備投傳熱的基本方程QtKAtKAQmm當 Q 一定時，提高 K，可以降低A 或 tm 的數值，K 的倒數是傳熱阻力，在聚合反應中，最嚴重的傳熱阻力是附著在聚合釜內壁上的樹脂結成的垢層。14延緩結垢 盡可能提高聚合釜內壁的光潔度，并在釜壁涂復阻垢劑；提高夾套內傳熱介質的薄膜給熱系數 在夾套中安裝螺旋導流板以提高傳熱介質在夾套內的流速，一般可自500增至1500-2000 Kcal/(m2) (h)(oc);安裝

5、擾流噴嘴部分傳熱介質從噴嘴噴入夾套，可以使傳熱介質處于高度湍流狀態(tài)，從而提高薄膜給熱系數。15傳熱速率正比于傳熱面積，而傳熱面積是設備所決定的；設備形式對傳熱面積有影響，同樣容積的設備，長徑比不同，單位容積所具有的表面積不同。 因此，不同容積的聚合釜，在設計時應考慮不同的長徑比。列管冷凝器按材質分為碳鋼列管冷凝、不銹鋼列管式冷凝器和碳鋼 與不銹鋼混合列管式冷凝三種，按形式分為固定管板式、浮頭式、U型管式換熱器， 按結構分為單管程、雙管程和多管程。傳熱面積0.5-500m2,可根據用戶需要定制。 16 常用熱源電容易獲得高溫，使用和控制溫度方便，不污染環(huán)境，比較安全，但費用較高。蒸汽加熱溫度在9

6、0-260oC，是一種無毒安全的載熱體，燃料熱能的利用率可達70-75%。將電能轉化為熱能有以下幾種方法：17電阻加熱可用電熱絲或電熱棒通過輻射和對流直接使工作空間加熱，也可以用它加熱空氣或液體載熱體，再由載熱體加熱工作對象，這樣可以使加熱溫度比較均勻，也有利用設備本身的電組進行加熱的。 電感加熱利用導體在交變磁場中發(fā)熱的原理進行加熱,交變磁場由交變電流產生,頻率為50-1000周,溫度可高達3000oC.18 介電加熱用于加熱非導體的一些材料.交變電場的頻率為1-200兆周,電壓2000- 1000V /25.4mm(工件厚度),加熱設備的功率有達100KW. 微波加熱即頻率更高的介電加熱,

7、常用的兩個頻率為915和2450,加熱介電材料,效率高. 遠紅外加熱波長短于微波,能很好吸收原紅外線的能量. 電弧(等離子體)加熱電壓250V,容量250-1000kVA，當加熱溫度高達3500oC時,電弧爐是最經濟的設備.【蒸汽加熱導熱油循環(huán)加熱反應鍋】19幾種常用的冷凍方法工業(yè)水溫度隨地區(qū)季節(jié)而變， 冷凍水，50C 左右；冷凍鹽水，溫度更低；液氨在一個大氣壓下,沸點約-29oC. 氟里昂在一個大氣壓下,沸點約-25.5oC.乙烯沸點約 -99oC. 在工業(yè)上,從經濟角度考慮,常采用分級冷卻的方法,如可采用三級熱交換冷卻.2021000000()1()11()()()()iiiiiiiiww

8、iwiwQK A ttttKAArAArAAA 傳熱速率方程式載熱體的溫度（外側）過程加工流體的溫度（內側）總包傳熱系數內側給熱系數，外側給熱系數釜壁導熱系數，釜壁厚度傳熱內壁表面積，釜壁面積對數平均值傳熱外壁表面積220000111()()()()iiiiwwiwiKAArAArAA總包傳熱系數：薄膜給熱系數：內側，外側導熱系數：釜壁，釜壁厚度：傳熱表面積：內壁；外壁；,.iiiK對的影響即對傳熱速率的影響通常起控制作用的大小在很大程度上受攪拌的影響折流桿換熱器折流桿換熱器23 內側薄膜給熱系數 的大小受攪拌作用的影響，Nusselt 準數包含 ，iii/NuND)N()N(aNPrReNu

9、【外盤半管式加熱不銹鋼反【外盤半管式加熱不銹鋼反 應釜應釜(300L-15000L) 】2/31/3對于有擋板的釜，在湍流攪拌下，i24時測得當系式器夾套釜傳熱的基本關下式是采用透平式攪拌1T/Z, 3/1T/D)()C()ND(74. 0)T(14. 0w33. 0p66. 02i（6-5）25用懸浮聚合法生產聚氯乙烯，試求在聚合轉化率達到高峰用懸浮聚合法生產聚氯乙烯，試求在聚合轉化率達到高峰時，攪拌釜夾套中通入冷卻水的溫度？有關數據見表時，攪拌釜夾套中通入冷卻水的溫度？有關數據見表6-5。符號符號說明說明單位單位數值數值AWCRRRHRKtR夾套傳熱面積夾套傳熱面積單體進料量單體進料量 V

10、RvM總轉化率總轉化率總反應時間總反應時間高峰轉化率高峰轉化率/平均轉化率平均轉化率聚合熱聚合熱總包傳熱系數總包傳熱系數反應溫度反應溫度m2kg/m3批批-1h/批批-kcal/kgkcal/h m2 0C0C26.944000.9122.673662685026解解:1. 作作“轉化率轉化率-聚合聚合時間時間”和和“轉化速轉化速率率-聚合時間聚合時間”曲線曲線:如圖如圖6-8所示。所示。2. 當聚合溫度為當聚合溫度為 50 0C時，計算最高轉時，計算最高轉化率時所要求的冷化率時所要求的冷卻水溫度卻水溫度 tc。27符符號號說明說明單位單位數值數值AWCRRRHRKtR夾套傳熱面積夾套傳熱面積

11、單體進料量單體進料量 VRvM總轉化率總轉化率總反應時間總反應時間高峰轉化率高峰轉化率/平均轉化率平均轉化率聚合熱聚合熱總包傳熱系數總包傳熱系數反應溫度反應溫度m2kg/m3批批-1h/批批-kcal/kgkcal/h m2 0C0C26.944000.9122.6736626850解解: 3. 每批生產的每批生產的PVC: P=W CR = 44000.9 = 3980 kg/批批平均生產率平均生產率:P/R= 3980/12= 332 kg/h4. 聚合過程中平均放熱量聚合過程中平均放熱量: Qav=(P/R) HR =332366 = 122000 kcal/h聚合反應高峰放熱量聚合反應

12、高峰放熱量: Qp= RQav = 2.67122000 = 328000 kcal/h 28解解: 5. 轉化率達高峰時傳熱所要求的溫差轉化率達高峰時傳熱所要求的溫差: tp = tR tc = Qp /AK = 328000 / (26.9)(268) = 45.5 0C 6. 轉化率達高峰時所要求的冷卻水溫度轉化率達高峰時所要求的冷卻水溫度: tc= tR - tp = 50 - 45.5 = 4.5 0C符號符號說明說明單位單位數值數值AWCRRRHRKtR夾套傳熱面積夾套傳熱面積單體進料量單體進料量 VRvM總轉化率總轉化率總反應時間總反應時間高峰轉化率高峰轉化率/平均轉化率平均轉化

13、率聚合熱聚合熱總包傳熱系數總包傳熱系數反應溫度反應溫度m2kg/m3批批-1h/批批-kcal/kgkcal/h m2 0C0C26.944000.9122.673662685000()/328000/(26.9)(268)45.5iiiiipRcpQK A ttK A ttttQAKC傳熱速率方程式29攪拌容器中的分散過程影響分散相粒度（剪切力）大小的因素影響分散相粒度（剪切力）大小的因素：攪拌設備的幾何形狀，攪拌器的形式和大小，攪拌器的轉速；“一級渦流”-當攪拌作用使流體發(fā)生湍流時，表現為速度和壓力的漲落，漲落的“波長”與主流的尺度具有相同的數量級，稱為“一級渦流”?！静伙柡途埘渲O備】

14、Kolmogoroff 認為，比一級渦流小得認為，比一級渦流小得多的小渦流，統計地與大渦流無關，多的小渦流，統計地與大渦流無關，即存在各向同性的湍流。即存在各向同性的湍流。303122 / 32 / 32 / 31()();(),/poscccP DPduCVVPV是 單 位 體 積 流 體 中 輸 入 功 率2/ 30 . 60 . 20 . 4/,()(/)w ew epppccpcNNDDP DVDPV如果對于一定的攪拌設備,取為常數，：均方值具有下面的關系伯啟勒得出速度漲落的，為一級渦流的尺度內在渦流場中，在距離)L, 1dL(d32為分散相的體積分數拌器中，在有擋板，四葉漿式攪）為常

15、數在放大工作中，（代入上式，得將,75. 05 . 2f)N(fDD)N(DD,V/D)VD(N)N(DD,/DN)N()N( ,DN/PNd/wedp5/3wep35/235/2p/wepc32wewec53p531153111【多功能分散反應釜】3334.ND,)ND(DDD)91(f ,3/1T/D)75. 31(f ,3/2T/D,)N(f06. 0DD-Calderbank2 . 14 . 0pHH6 . 0weHp頂端線速度主要取決于葉輪漿葉的撞合時，分散相的粒徑也就是說分散相不發(fā)生趨于零時，由此可知，當）六葉透平式葉輪（）對于四葉漿式葉輪（液分散的影響，得到對液形狀研究了攪拌器葉

16、輪幾何35 關于液關于液- -液分散的一般結論，在很大程度上可以運用于氣液分散的一般結論，在很大程度上可以運用于氣體在液相中的分散，下面兩個式子是透平式攪拌器及漿式攪體在液相中的分散，下面兩個式子是透平式攪拌器及漿式攪拌器用于氣體在液相中的分散，分散相大小和攪拌裝置幾個拌器用于氣體在液相中的分散，分散相大小和攪拌裝置幾個物理量之間的關系式：物理量之間的關系式：透平式攪拌器：透平式攪拌器：漿式攪拌器：漿式攪拌器：容器直徑液位，Th),Th)(D1)(ND1(D)Th)(ND1(D6/13/1p2/1pU型管換熱器型管換熱器36特點：僅僅是物理過程，如氣體、固體或液體在液體中僅僅是物理過程，如氣體

17、、固體或液體在液體中 擴散和溶解；有的則伴隨著化學過程。擴散和溶解；有的則伴隨著化學過程。如果化學過程的速率大于物理的擴散過程，則擴散過程的速率將對傳質的總包速率起控制作用，就有必要研究如何提高擴散過程的速率。SUS316L換熱器換熱器 37固體顆粒懸浮在液體中，發(fā)生溶解或起化學反應，固-液相間發(fā)生傳質過程，傳質速率：)N,N(fN,D/DKNSherwooda)XX(aKMScReshABLshvLsvL準數為：與傳質過程關聯的與攪拌無關，質有效面積當固體完全懸浮時，傳3/1Sc2/1Resh2/1Sc2/1Resh)N()N(552.00 .2N)N()N(13.1NFroesslingH

18、igbie兩個傳質關系式：得出氣泡或固體球粒的和38討論了攪拌分散過程和傳質過程的關系，弄清攪拌器的尺寸、轉速、攪拌體系單位體積中的功耗, 和分散相的顆粒直徑與傳質速率的關系， 從而在分析和設計攪拌聚合釜時能夠作出合理的選擇。 可以得到這樣的概念，w提高攪拌的劇烈程度，理論上- 固然可以提高薄膜傳質系數，但和攪拌對薄膜傳熱系數的影響一樣，實際上- 當達到一定的分散、懸浮之后，為了增大薄膜傳質系數如采取再提高攪拌速度的辦法，將只是無謂地增加功率消耗而已。39線。線和中的一般可得到如圖的函數，度都表示為僅僅是反應溫和若將，右邊記作將上式的左邊記作得兩式中的為總包傳熱系數，消去為聚合釜容積，為反應熱

19、，為反應速度，為聚合釜傳熱面積，為反應液體積流量，：的物料衡算與熱量衡算系，寫出假設聚合體系是定容體rcrcrc0vc0pvMMvMc0pvM0vqq176tqqqqxMQF)tt (KA)tt (CFrKVQrAFVQr)tt (KA)tt (CFVrxMF40(1/) ( ) /(1/) () /() /,M/() /MpMcpMpMcdV dM VdrV d CVtdQrKA ttVCVddrCdt dQr KA ttV對于分批操作的聚合釜，也必須正確選擇傳熱方式才能有效地控制反應溫度，否則會發(fā)生在某一段時間內反應溫度急劇上升而失去控制。設在某一時間間隔內對單體作物料衡算和熱量衡算假定聚

20、合體系為定容體系，則均為常數，上面兩個式子可簡化為穩(wěn)2/2.87cmcKARTQr VE態(tài)操作條件也可用下式做粗略估計41對于在穩(wěn)態(tài)下操作的定容體系，物料衡算式可寫作對于在穩(wěn)態(tài)下操作的定容體系，物料衡算式可寫作即為穩(wěn)定操作點。然兩線的交點作圖通常為一曲線，顯對的函數，也是度在一定溫度下，反應速作圖，得一直線，將上式左邊對xxrxrxM)/1(MM042操作：攪拌聚合釜有用于連續(xù)操作， 有用于間歇（分批）操作。討論分批操作的操作和控制問題：生產周期：生產周期：排空、投料、升溫、聚合、回收、單體、出料、清釜等。43生產線1進料單元過程計算機聚合釜單元操作計算機單元操作計算機聚合釜分離及提純分離及提

21、純并批生產速率聚合務質量生產線11進料圖6-19 聚合過程計算機控制的簡單示意44聚合釜的生產率：以每立方米釜的容積每小時生產多少公 斤樹脂來表示。連續(xù)操作的設備，只要知道加料速率及聚合轉化率，就可以計算設備的生產能力。分批操作的設備，知道一個生產周期的產量Y，周期的時間 ，設備的容積V，則生產率等于Y/ V/(h)(m3).就分批操作的攪拌聚合釜來說，要提高生產率，主要是設法縮短生產一批產品的生產周期。45表表6-8 分批操作聚合釜的生產能力分批操作聚合釜的生產能力46為了縮短生產周期，首先可以設法縮短輔助時間，例如采取有效的阻垢措施，做到聚合若干釜才清洗一次釜，就可以顯著地提高聚合釜的生產

22、率。另一方面，采用活性高的引發(fā)劑，也可以縮短聚合時間。當前有采用復合引發(fā)劑的方法，既縮短時間又使聚和熱釋放比較均勻，以有利于聚合溫度的控制。William指數法則：設備的投資額和設備的面積成正比. 即和體積的2/3次方成正比.47由此,工廠的投資費用與生產能力的0.7次方成正比.還可以把單位產量的設備費寫作V2/3=V-1/3=L-1,即單位產量的設備費與設備的“代表長度”成正比,代表長度可以認為是設備的直徑.這也說明設備愈大,單位產量的設備投資費用愈低.48聚苯乙烯年產量10000T每年生產時間7800h (325天)稀釋劑甲苯，在反應液中含量為12%（重量）最終聚合率設反應液中最終含聚合物

23、70% （質量）， 聚合率 X = 0.70/(1-0.12) = 0.79549聚苯乙烯年產量10000T每年生產時間7800h (325天)稀釋劑甲苯，在反應液中含量為12%（重量）最終聚合率設反應液中最終含聚合物70% （質量）， 聚合率 X = 0.70/(1-0.12) = 0.795聚合物的生產速率 Wp= 104103/7800 = 1282 kg/h反應液流量 W = 1282/0.70 = 1832 kg/h其中稀釋劑流量 Ws= (1832) (0.12) = 220 kg/h50反應溫度的選定： 應考慮溫度對聚合產物分子量的及聚合反應速率的影響，溫度對反應器熱穩(wěn)定性及反應

24、液黏度的影響。 51反應溫度的選定： 應考慮溫度對聚合產物分子量的及聚合反應速率的影響，溫度對反應器熱穩(wěn)定性及反應液黏度的影響。 熱引發(fā)的苯乙烯本體聚合，聚合熱引發(fā)的苯乙烯本體聚合，聚合物的平均分子量與聚合溫度和稀物的平均分子量與聚合溫度和稀釋劑用量有關，為了獲得分子量釋劑用量有關，為了獲得分子量分布較窄的產物，確定各釜采用分布較窄的產物，確定各釜采用相同的聚合溫度。相同的聚合溫度。52 第一釜中反應物的黏度小于1泊，可采用透平式攪拌器， 以后各釜的粘度為20-2000泊,須選用適用于高黏度流體的攪拌器，可選用帶導流筒的螺軸式攪拌器(Crawford&Russel, 即C&R型

25、)，這種攪拌釜對于高黏度流體具有良好的傳熱性。53 第一釜聚合轉化率較高,單位容積的發(fā)熱量大,僅僅依靠夾套冷卻還不夠,可將原料液預冷作為降溫的輔助手段.第二釜以下物料的黏度增高,冷卻面上的薄膜給熱系數很小,攪拌軸上安裝刮板,可經常將冷卻面上的物料更新,以獲得較大的給熱系數.采用C&R型聚合釜,導流筒內外壁面皆作為冷卻面,增大傳熱面積, 從而增大了總包傳熱速率.54容積式換熱器容積式換熱器(1) 設各釜中反應液的流動模型為全混流.(2) 設反應的動力學模型為一級反應.(3) 除了向載熱體傳熱外沒有熱損失.,:0:()()0MviivMpiMcark MF MF Mr VWCttr VQK

26、A ttq物料衡算式熱量衡算式基于上列假設基于上列假設, ,可寫出反應速度可寫出反應速度方程式以及聚合釜中的物料恒算方程式以及聚合釜中的物料恒算式和熱量恒算式式和熱量恒算式: :55隨著反應的進行，反應液的密度 會發(fā)生變化,將 M表示為聚合率 x 的函數, 可寫出:0000 (1) /() /(1)()() /859.8()iccrafriafpiMMxVW xxkxKA ttqqqqqW MQ xxqPqWCtt式中：qc: 由載熱體傳走的熱量由載熱體傳走的熱量qr: 反應發(fā)熱量反應發(fā)熱量qa: 攪拌產生的熱攪拌產生的熱qf: 原料液溫度上升原料液溫度上升 到反應溫度的顯熱到反應溫度的顯熱:

27、()()0piMcaWCttr VQKA ttq熱量衡算式56設計的計算步驟及有關數據 (1) 選定反應溫度選定反應溫度 t. (2) 設定反應液與載體之間的容許溫度差設定反應液與載體之間的容許溫度差 t . (3) 設定聚合轉化率設定聚合轉化率 x. (4) 計算在指定計算在指定 t 值和值和 x 值時的聚合釜容積值時的聚合釜容積 V, 并算出該釜的傳熱面積并算出該釜的傳熱面積A. (5) 計算攪拌器轉速計算攪拌器轉速 N 和功率和功率 P,以及總包傳熱系數以及總包傳熱系數 K. (6) 由熱量衡算計算必須有聚合釜導出的熱量由熱量衡算計算必須有聚合釜導出的熱量 qc . (7) 計算欲導出熱

28、量計算欲導出熱量 qc , 反應物料與載熱體之間應有的溫差反應物料與載熱體之間應有的溫差 t ,若計算若計算 超過設定的容許值超過設定的容許值,則重新假設聚合率則重新假設聚合率 x,返回返回(3)這一步這一步. (8) 當算出的各釜之間的當算出的各釜之間的 t 差別較大時差別較大時,可以調整各釜的聚合率可以調整各釜的聚合率 x, 使之使之 大體相同大體相同.57圖中表示上述計算中圖中表示上述計算中所需要的各種溫度和所需要的各種溫度和聚合率聚合率x下的反應液下的反應液的密度的密度,熱容以及在熱容以及在1400C下反應液的下反應液的黏黏度度.585960第一釜的設計計算 (1)計算釜的容積和傳熱面

29、積 設第一聚合釜的聚合轉化率 x = 0.45, 由圖 6-11 查得 , 計算釜的有效容積,3m/kg85031m78. 6)45. 01)(8500)(26. 0()045. 0(1832)x1(k)xx(WV61選定筒體的長徑比為 1.5, 根據 JB1154-73 規(guī)定,選取筒體的公稱直徑為 1.80m,高H為 2.7m,則筒體部分的容積為 6.872m3. 根據JB1154-73選取橢圓形封頭 Dg1800,曲面高度 h1 = 0.450m, 直邊高度 h2 = 0.025m, 封頭容積為 0.826m3, 所以總容積為7.698m3, 裝料系數為 0.88, 料層深度為 2.815

30、m. 傳熱面積按直筒部分有效夾套高度 2.5m 計算,2m1 .14)5 . 2)(8 . 1(A62計算攪拌器的功率和轉速 選定槳葉直徑與釜徑的比值,初步求出槳葉直徑取聚合釜攪拌級別為7級,總體流速為12.8,因此泵送量:rmp193)6 . 0)(78. 0(5 .32DNQN,78. 0N12533. 0T/Dmin/m5 .32)8 . 1)(4(8 .12uAQ33QQ32s算得攪拌器轉速為查得時，自圖流區(qū)，在設攪拌體系的流型屬湍63根據減速機系列 SB5-44-65, 選 N = 200 rpm, 折算為3.33 rps.自圖6 13 查得 = 0.3, P = 0.03 kg/(

31、s)(m), 所以雷諾數為224Re(0.6) (3.33)(850)3.38 100.03D NN64.m93. 0,3/Z,m18. 04kW28.1510335. 1)6 . 0()200)(85. 0( 110335. 1DNnSP, 1n56. 131. 1T/Z.m60. 0D, 1C1038. 303. 0)850)(33. 3()6 . 0(NDN553553gcF422Re約為葉輪距釜底距離為寬度為塊擋板，釜壁安裝防止攪拌產生漩渦，在因反應液粘度不高，為，可安裝一個葉輪，為數，計算功率，確定葉輪層即取故校正因數攪拌體系屬湍流流型，65 在有擋板采用透平式攪拌器的情況下,夾套給

32、熱系數09. 810. 0/ )108)(49. 0()/C(N)s)(m/(kg2129. 0),h)(m/(kg108)s)(m/(kg03. 0),C)(h)(m/(kcal10. 0),C)(kg/(kcal49. 0C1100)1038. 3(N)()Hsinb()N()N(46. 0T3/13/1p3/1Prwoop3/243/2Re14. 0w9/2jp3/1Pr3/2Rej估算為由圖查得6619. 0n02. 015. 066. 0)4)(33. 0(n33. 0288. 05 . 2/ )6)(0 . 1)(120. 0(n)H/sinb(,4n,m5 . 2H,6n,90Q

33、,m12. 0bm15. 0L,m6 . 0D652215HG2/1B2/12/1BpjpBjpop擋板數數夾套高葉片數平葉，葉寬葉長選定攪拌器尺寸：根據67)C)(h)(m/(kcal12800782. 0/1Kkcal/ )C)(h)(m(00782. 00008. 014/010. 01000/15 .188/1f/r/1/1K/1),C)(h)(m/(kcal14,mm10r,kcal/ )C)(h)(m(0008. 0f),C)(h)(m/(kcal1000)C)(h)(m/(kcal5 .188)80. 1/10. 0)(76. 0)(37. 1)(789. 0)(09. 8)(1

34、100(46. 076. 0)/(37. 1)5 . 2/60. 0()H/D(789. 0)288. 0(n)H/sinb(02o2cs0joso2co20o2j14. 0w9/29/2j19. 0pjp則釜壁導熱系數釜壁厚釜壁兩側污垢系數設載熱體一側給熱系數68熱量衡算及溫差校核熱量衡算及溫差校核 計算苯乙烯的聚合反應熱，苯乙烯的分子量 Mm=104.20333 ()()1612(17.70 10 )(0.45)123.2 10/104.2100.447/(),()1832(0.447)(14010)106.5 10/imirmmoopfpiW MQ xxW Q xxqMMkcal hCC

35、kcal kgCqWCttkcal h將原料液預冷至再供入釜中，入口和出口熱容的算術平均值由此除去顯熱的熱量為69433315.2815.28 859.81.314 10/(123.213.1 106.5) 1029.9 10/,/29.9 10 / (128)(14.1)15.620acrafoocqkWkcal hqqqqkcal httqKACCt 計算由攪拌產生的熱量，可由攪拌功率算出：需要由夾套導出的熱量為：計算反應液與載熱體之間的溫差的設置是正確的70校核混合時間校核混合時間4Re2.32.310 ,1()(3.33)(0.6 /1.80)0.50.1%,ln(/ 2)(0.001

36、/ 2)11.30.673(6.78)(850) /18323.14mmmNNDKTKAintsKht裝有當板的透平攪拌器，混合時間可計算如下：令濃度不均勻幅度距理論平均濃度的偏差不大于混合時間平均停留時間與相比要小得多，因此假定流動模型是全混流是適當的。71第2-4釜的計算： (1)釜的容積和傳熱面積7273攪拌器的轉速及功率 從第二釜到第四釜反應液的黏度逐釜增大，對于高黏度流體的攪拌，攪拌器轉速由混合時間決定。以第二釜為例，平均停留時間為rpm50N205s40th13. 21832/ )874)(46. 4(b，選定，查圖取混合時間742200()/(2000 )52033,45.270

37、45/2700.16610&0.65(0.65)(1bbHNsmPCNtCCCtsNrpmrpmCRPDT第四釜中物料黏度高達（ ），超出圖的范圍，可用下列經驗公式計算，為常數，對于雙螺帶攪拌器對于帶導流筒的螺軸式攪拌器取，則轉速為型聚合釜出螺軸外還帶有刮板，攪拌功率應分兩部分計算。以第二釜為例，先求螺軸部分的功率。取攪拌器直徑22Re.4)0.91/(0.91) (874)/(40)(2.0)9.1bmNDt75kW83. 8PS0 .12)46. 4)(69. 2(V69. 2Pm/PS69. 2)20/50)(7 . 0(V/P,m/PS7 . 0V/P166,P2,67. 6/

38、Tm2 . 02/ )98. 04 . 1(2/ )DT(NPP,rpm20N166R&CPW708)40()91. 0)(0 . 2)(105 . 7(t /DNP105 . 7N215A347. 1A2A47. 1AAA2352b3pH5p進行轉速修正讀得自圖功率，可推算其它轉速時的的關系：利用轉速與為來計算，此圖的如圖公司的資料圖可利用刮板部分的功率得，查圖76H0.5152PP0.7088.819.528.2410.2(3)&(6 12),1.051()/()( )()0.01/( )( )(),0.49/()(AiojppopPkWkWCRC n NkcalmhCkc

39、alm hC Ckcalkg合需功率用同樣的方法，算得三、四兩釜的功率分別為和?？偘鼈鳠嵯禂档挠嬎阈途酆细磻阂粋鹊慕o熱系數的計算可用式聚合物的導熱系數缺乏精確的數據，取00.5152),1.051(0.10)(874)(0.49)(2)(50)78.0/()( )()ojCkcalmhC則77)C)(h)(m/(kcal6 .316 .43K)C)(h)(m/(kcal8 .650152. 01Kkcal/ )C)(h)(m(0152. 00008. 014008. 0100010 .781fr11K1,mm8rf ,020202cs0jsc0及值分別為的同樣可算得第三、四釜與第一釜相同

40、，及設7833333300(4)()/(1612)(17.70 10 )(0.6460.45)/104.253.7 10/(9.52)(860.4)8.2 10/(53.78.2) 1061.9 10/61.9 10 /(65.8)(27.2)34.540rmimacracqW Q xxMkcal hqkcal hqqqkcal htqKACC 熱量衡算及溫差校核第二釜反應熱攪拌熱小于。同66樣可算得三、四兩釜的這些數值，均列于表中。79 本章小結本章小結重點掌握1.聚合過程的傳熱問題2.攪拌分散過程和傳質過程的關系3.攪拌器的尺寸、轉速、攪拌體系單位體積中的功耗和分散相的顆粒直徑與傳質速率的

41、關系4.攪拌聚合釜的設計5.攪拌聚合釜的熱穩(wěn)定性80 1.在聚合過程中,可采取哪些措施控制聚合反應所產生的熱量?2.說出攪拌聚合釜的幾種傳熱方式和作用.3.如何提高總包傳熱系數K的值?4.闡述攪拌分散過程和傳質過程的關系,它們與攪拌器的設計有何聯系?811. 某中間貯槽容積為某中間貯槽容積為50m3，分裝幾臺分批反應，分裝幾臺分批反應器的產物，產物密度為器的產物，產物密度為1.05kg/m3, 最大波動為最大波動為0.03。黏度為。黏度為0.50 (N)(s)/m2。各批產品間黏度。各批產品間黏度無明顯變化。產品在貯罐中至少存放無明顯變化。產品在貯罐中至少存放2天。罐天。罐徑徑3m，直邊高，直邊高3.5m，罐底為碟形。試計算混，罐底為碟形。試計算混合放入貯罐的各批物料所需的攪拌器的功率。合放入貯罐的各批物料所需的攪拌器的功率。（采用（采用2級攪拌，總體流速為級攪拌，總體流速為3.7m/min，可不，可不進行黏度校正，取進行黏度校正，取CF=1）。）。 822. 某中間貯槽容積為某中間貯槽容積為 50m