材料合成工艺学课程设计精选.doc

材料合成工艺学 课程设计 学 院 生物与化学工程/轻工学院 专业班级 材料科学与工程122班 学生姓名 学 号 指导教师 日 期 2015年 7 月 7 日  目 录 一、 绪论 1 二、 工艺流程和方案的说明及论证 1 1.工艺流程 1 2.方案的说明 2 3.工艺流程图 4 三、 物料衡算 5 四、 热量衡算 10 五、 聚合釜及各设备选型 12 六、 生产车间布置 14 七、 对设计的评述及结论 17 八、 参考文献 17 绪论 化工设计是化工生产装置建设的灵魂，是将人们的要求变为现实生产的第一步。先进的设计思想、科学的设计方法、现代化的设计手段与工具、高水平高质量的设计作品是工程设计人员坚持的设计方针和追求的设计目标。聚合物合成生产装置设计属于化工设计的范畴，是针对聚合物合成生产过程的化工设计。 聚合物合成工艺设计就是指将单体原料通过聚合反应制得聚合物产品的生产过程中所用的方法、技术等，全部用图纸、表格、文字说明等方式概述出来的过程及结果。 工艺流程和方案的说明及论证 1.工艺流程 （1）把软水经过软水计量槽（W101）计量后放入聚乙烯醇溶解釜(V101)。 （2）把规定量的聚乙烯醇由入孔投入聚乙烯醇溶解釜(V101)内。 （3）向聚乙烯醇溶解釜(V101)的夹套中送入水蒸汽，升温至80摄氏度，搅拌4-6小时，配制成聚乙烯醇溶液。 （4）把醋酸乙烯酯投入单体计量槽(W102)内，把邻苯二甲酸二丁酯投入增塑剂计量槽(W103)内，并把预先配制的规定量的过硫酸钾溶液和碳酸氢钠溶液分别投入引发剂计量槽(W105)和PH调节剂计量槽(W104)。 （5）把聚乙烯醇溶液由聚乙烯醇溶解釜(V101)通过过滤器（V102） 物料衡算 （1）画出物料平衡关系示意图 图1为聚醋酸乙烯酯乳液聚合间歇操作物料平衡关系示意图。 对于物料数量和组分没有发生变化的设备可不做物料衡算，所以在物料平衡关系图中，可不画出T101，P101等设备。 图1 聚醋酸乙烯酯乳液聚合间歇操作物料平衡关系示意图 M1-软水；M2-聚乙烯醇；M3-聚乙烯醇溶液；M4-过滤后的聚乙烯醇溶液; M5-单体醋酸乙烯酯；M6-增塑剂DOP；M7-PH调节剂碳酸氢钠；M8-引发剂过硫酸钾；M9-乳化剂OP-10；M10-聚合物；M11-过滤后的聚合物；M12-实际还需加的水 （2） 明确物料发生的化学变化，写出主、副反应方程式 ① 在V101，V103中，只是物料的混合和过滤，没有发生相变化和化学反应; ② 在聚合釜R101中，引发剂引发单体发生自由基聚合,其反应方程式如下： （3）收集数据资料 ① 生产规模。年产量（生产能力）：2000t/a ② 生产时间。年工作日：300d/a 间歇操作，聚合釜R101每天2批，其它原料配制每天1批。 ③相关技术指标（表1） 表1 技术指标 项目内容 技术指标 项目内容 技术指标 过滤器过滤损失率 2%（质量） 过硫酸钾溶液浓度 20%（质量） 碳酸氢钠溶液浓度 10%（质量） 聚乙烯醇溶液浓度 30% 引发剂效率f 0.8 ④质量标准。原料均视为纯净物。 ⑤化学变化参数。醋酸乙烯酯在引发剂引发下发生自由基聚合反应，各组分相对分子质量如下： 组分 相对分子质量 单体 醋酸乙烯酯 86 介质 蒸馏水（总量） 18 （4）选择计算基准和计算单位 因为是间歇操作过程，所以基准为“批”，单位为B·d-1。聚合釜R101的操作周期是2B·d-1，而其他原料配制的操作周期是1B·d-1。但引发剂向R101进料周期仍与聚合釜的操作周期相同，所以在物料衡算时，物料M8的数量仍以2 B·d-1计算。在做设备工艺计算时，引发剂计量槽W105的体积大小应按1B·d-1计算。 确定计算顺序 由于产物与原料之间的化学计量关系比较简单，且整个工艺过程比较简单，容易得到产量与单体原料投料之间的比例关系，所以采用顺流程的计算顺序。 计算主要原料（醋酸乙烯酯）投料数量 用顺流程的计算顺序进行物料衡算必须先求出主要原料（醋酸乙烯酯）每批投料量。该生产装置年产量2000t，年开工300d，每天生产两批，过滤器过滤损失率为2%。 每批应生产聚合物数量= ①引发剂（0.25%单体质量）80%结合到聚合物中； ②单体100%转化成聚合物，且单体相对分子质量与聚合物结构单元相对