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1、毕毕 业业 设设 计计 题 目：年产 1 万吨聚苯乙烯聚合车间工艺设计 学 院： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成时间： 河南城建学院本科毕业设计 设计说明 设计说明设计说明 本次设计主要是针对年产 1 万吨聚苯乙烯聚合车间工艺的设计。设计的内容 主要包括绪论、聚苯乙烯的聚合机理、聚合工艺介绍、物料衡算、反应釜的设计、 热量衡算、自动控制等几部分。本设计采用的是热引发本体聚合的生产工艺，在 确定工艺流程的基础上对以下几部分进行了设计计算：物料衡算、反应釜的设计、 热量衡算等。本次设计年理论产值是一万吨经计算投料每小时需投入苯乙烯 1288.8kg，甲苯 175.69kg，每小时生
2、成的聚苯乙烯计算后可知，年产量为 1.08 万 吨。符合设计的要求。釜体容积 14.33m3，釜体高度 3.18m。共需反应热为 24000000KJ。 关键词关键词：热引发 本体聚合 聚苯乙烯 苯乙烯 预聚釜 聚合釜 河南城建学院本科毕业设计 Design Description DesignDesign DescriptionDescription This design is mainly aimed at the annual output of 10000 tons of polymerization polystyrene workshop process design. Desi
3、gn content mainly includes the introduction, polystyrene introduced the polymerization mechanism, polymerization process, material balance, the design of the reaction kettle, heat balance, automatic control and so on several parts. This design USES a thermal bulk polymerization production process, t
4、he technological process is determined on the basis of calculation in design of the following sections: the design of the material balance and the reaction kettle, heat balance, etc. The design theory of value is ten thousand tons of calculating charge per hour need for styrene 1288.8 kg, 175.69 kg,
5、 toluene per hour generated polystyrene after calculation, the annual output of 10800 tons. In line with the requirements of design. The kettle body volume of 14.33 m3, body height of 3.18 m. The total heat of reaction of 24000000 kJ. . Keywords：Heat cause Bulk polymerization polystyrene styrene The
6、 performed kettle Polymerization kettle 河南城建学院本科毕业设计 目 录 目目 录录 设计说明I DESIGN DESCRIPTION.I 前 言.1 第 1 章 绪 论.1 1.1 聚苯乙烯简介1 1.2 聚苯乙烯的性能与应用.1 1.2.1 聚苯乙烯的特性及用途.1 1.2.2 聚苯乙烯的共混改性及用途.1 1.2.3 苯乙烯系列共聚物.3 1.3 聚苯乙烯的使用及生产近况.5 1.4 聚苯乙烯的发展现状5 1.4.1 聚苯乙烯产量及消费量.5 1.4.2 聚苯乙烯的消费结构及预测.6 1.4.3 聚苯乙烯的主要生产厂商.6 1.4.4 新产品开发.
7、7 1.4.5 生产和发展的思考7 第 2 章 聚苯乙烯的聚合机理.9 2.1 聚合过程.9 2.1.1 链引发9 2.1.2 链增长9 2.1.3 链终止9 2.1.4 链转移10 2.2 聚合工艺.10 2.2.1 预聚合10 2.2.2 聚合11 2.2.3 分离及聚合物后处理11 2.3 聚合工艺流程图11 2.4 聚合体系各组分及作用.12 2.4.1 单体苯乙烯.12 2.4.2 引发剂13 河南城建学院本科毕业设计 目 录 i 2.4.3 添加剂13 第 3 章 聚合工艺介绍.14 3.1 聚合条件14 3.2 聚合设备14 3.3 预聚合釜的作用.14 3.4 主要生产工艺15
8、 3.4.1 Dow 化学公司16 3.4.2 FINA 公司.17 3.4.3 猎人化学公司/鲁姆斯#克利斯特公司.19 3.4.4 三井东压公司20 第 4 章 物料衡算.22 第 5 章 反应釜的设计.26 5.1 反应周期的确定26 5.2 反应釜的体积计算26 5.3 反应釜的设计计算27 5.4 搅拌装置的设计28 5.4.1 搅拌器的尺寸计算.29 5.4.2 搅拌器的转速和功率计算.29 5.5 电机的功率和减速机的选择.31 5.5.1 电机的功率.31 5.5.2 减速机的选择.31 5.6 泵的设计31 5.6.1 管内流速的计算.32 5.6.2 直管阻力和局部阻力损失
9、的计算.32 5.6.3 确定泵轴功率.32 5.6.4 泵的选型.33 5.6.5 工艺管口的设计.33 第 6 章 热量衡算.36 6.1 热量衡算的内容及作用36 6.1.1 为后续工艺设计提供依据.36 6.1.2 热量消耗的计算及能源的综合利用.36 6.1.3 为其他专业设计提供依据.36 河南城建学院本科毕业设计 目 录 ii 6.2 传热设备的热量衡算36 6.3 载热体的消耗量38 6.4 总传热系数 K 的确定.38 6.5 夹套传热装置的设计.38 6.7 夹套几何尺寸的计算41 6.7.1 夹套直径 Dj 的计算41 6.7.2 夹套高度 Hj 的计算42 第 7 章
10、自动控制.43 7.1 控制方式.43 7.2 主要控制方案.43 7.2.1 泵的控制43 7.2.2 反应器的自动控制43 第 8 章 设计结果.44 参考文献.45 附录.47 附表一、设计一览表47 附表二、主要符号说明47 致 谢.50 河南城建学院本科毕业设计 前 言 0 前前 言言 聚苯乙烯（Polystyrene，缩写 PS）是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成 的聚合物 1。它是一种无色透明的热塑性塑料，具有高于 100的玻璃转化温度， 因此经常被用来制作各种需要承受开水的温度的一次性容器，以及一次性泡沫饭 盒等。通常的聚苯乙烯为非晶态无规聚合物，具有优良的绝热、绝缘和透明性
11、， 长期使用温度 070，但脆，低温易开裂。此外还有全同和间同以及无规立构 聚苯乙烯。全同聚合物有高度结晶性，间同聚合物有部分结晶性。聚苯乙烯 （PS）包括普通聚苯乙烯，发泡聚苯乙烯2（EPS） ，高抗冲聚苯乙烯（HIPS）及 间规聚苯乙烯（SPS） 。普通聚苯乙烯树脂为无毒，无臭，无色的透明颗粒，似玻 璃状脆性材料，其制品具有极高的透明度，透光率可达 90%以上，电绝缘性能好， 易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等。普通聚苯乙烯的不足之处 在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。可发性聚苯 乙烯为在普通聚苯乙烯中浸渍低沸点的物理发泡剂制成，加工过程中受热发泡，
12、专用于制作泡沫塑料产品。高抗冲聚苯乙烯为苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯 为分散相，提高了材料的冲击强度，但产品不透明。间规聚苯乙烯为间同结构， 采用茂金属催化剂生产，发展的聚苯乙烯新品种3，性能好，属于工程塑料。 本课题研究的是热引发本体聚合的生产工艺，热引发本体聚合即单体（或原 料低分子物）在不加溶剂以及其它分散剂的条件下，由热的作用使其自身进行聚 合引发的聚合反应。有时也可加少量着色剂、增塑剂、分子量调节剂等。液态、 气态、固态单体都可以进行本体聚合。 进入 20 世纪 90 年代以来，中国聚苯乙烯需求旺盛，消费量飞速增长。但是 国内生产能力不足，进口依赖度大，中国聚苯乙烯的生产能力虽然增
13、长很快，但 仍远不能满足需求，不得不依靠大量进口。因此对聚苯乙烯聚合工艺车间的设计 有广扩的前景和重要的意义。 河南城建学院本科毕业设计 绪 论 0 第第 1 1 章章 绪绪 论论 1.11.1 聚苯乙烯简介聚苯乙烯简介 聚苯乙烯是四大通用热塑性树脂之一，它是由苯乙烯单体通过聚合反应而得 到的高聚物，聚合方法有本体聚合4、悬浮聚合、溶液聚合等。目前，大多聚苯 乙烯生产厂家都采用本体聚合，通常用热引发或引发剂引发进行聚合反应而得到 聚苯乙烯，其反应都属于自由基型的聚合。 1.21.2 聚苯乙烯的性能与应用聚苯乙烯的性能与应用 1.2.11.2.1 聚苯乙烯的特性及用途聚苯乙烯的特性及用途 聚苯乙
14、烯是一种无定型的透明热塑性塑料。其分子中仅含 C、H 两种元素， 平均分子量在 20 万左右，密度为 1.041.16g/cm3，比聚氯乙烯的密度小而大于 聚乙烯和聚丙烯。聚苯乙烯的主链上带有结构庞大的苯环，故柔顺性差，质硬脆， 抗冲击性能差，其制品敲打起来能发出类似金属的声音。 聚苯乙烯无色透明，透光率为 88%90%，折光系数为 1.591.60，透光性 仅次于聚甲基丙烯酸甲酯。在受到光照和长时间存放时，往往出现混蚀和发黄现 象。聚苯乙烯易于着色，有良好的可塑流动性和较小的成型收缩率，是成型工艺 性最好的塑料品种之一。因此易于制得形状复杂的塑件。 聚苯乙烯的力学性能与制造方法、相对分子量的
15、大小、含杂质量和定向度有 关，相对分子量小者，机械强度要低些，一般低于硬质聚氯乙烯5。聚苯乙烯具 有很小的吸水率，在潮湿环境中其形状和尺寸的变化都很小。热绝缘性也很好。 聚苯乙烯具有优良的电绝缘性能，尤其在高频条件下介电损耗仍然很小，是优良 的高频绝缘材料6。聚苯乙烯易燃烧，且离火后仍继续燃烧，火焰呈橙黄色，并 有浓黑烟碳束，燃烧时塑料软化，起泡并发出特殊的苯乙烯单体味。 聚苯乙烯的主要缺点是脆性大，若是成型制品的热处理不恰当，制品中存在较大 内应力时，在使用中制品可能自行开裂。 聚苯乙烯被广泛应用于光学工业中，这是因为它有良好的透光性所致，可制 造光学玻璃和光学仪器7，也可制作透明或颜色鲜艳的，诸如灯罩、照明器具等。 聚苯乙烯还可制作诸多在高频环境中工作的电气元器件和仪表等。 单独使用聚 苯乙烯作制品，脆性大，而在聚苯乙烯中加人少量其他物质，如丁二烯即可明显 降低脆性，提高冲击韧性，这种塑料叫抗冲击聚苯乙烯，它的力学性能大为提高， 可用此塑料制作出许多性能优良的机械零件和构件来。 1.2.21.2.2 聚苯乙烯的共混改性及用途聚苯
