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1、上课时间、地点上课时间、地点周次周次星期一星期一星期二星期二星期三星期三星期四星期四星期五星期五3-53-5周周节次节次6-96-9节节上课上课课室课室HE105HE1053-73-7周周节次节次3-53-5节节指导指导课室课室HH301HH3011010周周节次节次全全天天答辩答辩课室课室HD102HD102课程设计说明书：课程设计说明书：不少于3000字；说明书结构为：（1）封面，）封面，（2）任务书，）任务书，（3）摘要，（）摘要，（4）关键词，）关键词，（5）目录，）目录，（6）正文，）正文，（7）参考文献。）参考文献。课程设计说明书正文应包括设计步骤、设计要课程设计说明书正文应包括设
2、计步骤、设计要点、主要技术关键的分析、设计思路和方案比点、主要技术关键的分析、设计思路和方案比较等内容。较等内容。课程设计的成绩分为优秀、良好、中等、及格和不及课程设计的成绩分为优秀、良好、中等、及格和不及格。格。每名学生的答辩时间每名学生的答辩时间510分钟，提问不少于分钟，提问不少于2个。个。 -5第第1章章 绪绪 论论第第2章章 设计内容与设计程序设计内容与设计程序 第第3章章 工艺流程设计工艺流程设计第第4章章 物料衡算物料衡算第第5章章 热量衡算热量衡算第第6 6章章 设备的工艺设计设备的工艺设计第第7 7章章 车间的布置车间的布置第1章绪论DesignofPolymerEngine
3、ering,ZhuhaiCampus, BIT 1.1高分子合成工艺设计的定义及作用高分子合成工艺设计的定义及作用高分子合成工艺设计是指将原料通过聚合反应制高分子合成工艺设计是指将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、设备得聚合物产品的生产过程中所用的方法、技术、设备等，全部用等，全部用图纸、表格、文字说明图纸、表格、文字说明等方式概述出来的等方式概述出来的过程及结果。过程及结果。它不仅有明确的、专业的设计内容，还需负责向所有非它不仅有明确的、专业的设计内容，还需负责向所有非工艺专业设计提供设计条件，负责组织与协调各专业设计间工艺专业设计提供设计条件，负责组织与协调各专业
4、设计间关系，负责监督整个施工过程，负责开车阶段的工作，直至关系，负责监督整个施工过程，负责开车阶段的工作，直至整个装置的运转与稳定，并要求达到设计所规定的指标。整个装置的运转与稳定，并要求达到设计所规定的指标。第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 1.2高分子合成工艺设计的特点及用途高分子合成工艺设计的特点及用途高分子合成工艺设计的特点高分子合成工艺设计的特点政策性、技术性、经济性、综合性强；政策性、技术性、经济性、综合性强；设计路线
5、具有多样性；设计路线具有多样性；高分子合成生产流程长、操作复杂、技术含量高；高分子合成生产流程长、操作复杂、技术含量高；影响聚合反应过程及最终产品质量的因素多；影响聚合反应过程及最终产品质量的因素多；与聚合反应过程有关化工基础数据少、可靠性、通用与聚合反应过程有关化工基础数据少、可靠性、通用性差。性差。第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 高分子合成工艺设计的用途高分子合成工艺设计的用途工业生产工业生产对已有生产装置进行综合评价；对已有生产装置进行综合评价；对整个生产装置进行优化操作；对整个生产装置进行优化操作；对已有工厂或车间进行
6、改建或扩建。对已有工厂或车间进行改建或扩建。科技开发科技开发基本建设基本建设一方面，配合科技开发；一方面，配合科技开发；另一方面，先对已有的生产装置进行标定、评定和优化，另一方面，先对已有的生产装置进行标定、评定和优化，然后对该生产过程做不同生产规模的系列化设计。然后对该生产过程做不同生产规模的系列化设计。组织管理组织管理第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 1.3高分子合成工艺设计种类高分子合成工艺设计种类根据项目性质根据项目性质新建项目设计新建项目设计重复建设项目设计重复建设项目设计已有装置的改造设计已有装置的改造设计包括新产品
7、设计和采用新工艺或新技术的产品设包括新产品设计和采用新工艺或新技术的产品设计。一般由开发研究单位提供基础设计计。一般由开发研究单位提供基础设计,再由工程再由工程研究部门根据具体情况进行工程设计。研究部门根据具体情况进行工程设计。某些产品因市场需要应再建生产装置，由于某些产品因市场需要应再建生产装置，由于新建厂的具体条件与原厂不同，即使是产品新建厂的具体条件与原厂不同，即使是产品规模、规格及工艺完全相同，还是需要由工规模、规格及工艺完全相同，还是需要由工程设计部门进行设计。程设计部门进行设计。有时候有时候,某些老生产装置所生产的产品质量某些老生产装置所生产的产品质量和产量不能满足客户要求或因技术
8、不过关、和产量不能满足客户要求或因技术不过关、原材料和能量消耗过高等使其缺乏竞争能原材料和能量消耗过高等使其缺乏竞争能力，此时必须对老生产装置进行改造。一力，此时必须对老生产装置进行改造。一般由生产企业的设计部门进行设计完成。般由生产企业的设计部门进行设计完成。第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 根据设计性质根据设计性质 新技术开发过程中的设计新技术开发过程中的设计工程设计工程设计概念设计概念设计:从工程角度出发进行从工程角度出发进行的一种假想设计的一种假想设计;中试设计中试设计:验证概念设计中的模验证概念设计中的模型和数据型和数
9、据;基础设计基础设计:是新技术开发的最终是新技术开发的最终成果，是工程设计的依据。成果，是工程设计的依据。根据工程的重要性、技术的复杂根据工程的重要性、技术的复杂性和成熟程度以及计划任务书的规性和成熟程度以及计划任务书的规定，工程设计可分为定，工程设计可分为三段设计三段设计(初步初步设计（基础设计）、扩大初步设计设计（基础设计）、扩大初步设计（工艺包设计）和施工图设计（详（工艺包设计）和施工图设计（详细设计）细设计）)、两段设计两段设计(扩大初步设计扩大初步设计和施工图设计和施工图设计)和一段设计和一段设计(施工图设施工图设计计)。初步设计初步设计:主要是确定全厂性的设计原主要是确定全厂性的设
10、计原则、标准和方案，水、电、气的则、标准和方案，水、电、气的供应方式与用量，关键设备的选供应方式与用量，关键设备的选型及产品成本、项目投资等重大型及产品成本、项目投资等重大技术经济问题技术经济问题,编制初步设计书。编制初步设计书。第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT -1.4本课的主要内容本课的主要内容根据工艺设计的根据工艺设计的任务任务，选择适当的，选择适当的工艺路线工艺路线，设计设计恰当的流程恰当的流程，进行正确的，进行正确的化工计算化工计算（物料、能（物料、能量衡算、设备选型和计算），以此为基础进行主要量衡算、设备选型和计算）
11、，以此为基础进行主要设备的选型和设计设备的选型和设计，最后能进行车间的布置（平面、，最后能进行车间的布置（平面、立面）和立面）和绘绘制，并绘制带控制点的工艺流程图、单制，并绘制带控制点的工艺流程图、单元操作设备的绘制，同时掌握一定的土建、公用工元操作设备的绘制，同时掌握一定的土建、公用工程以及安全、环保知识。程以及安全、环保知识。在设计中，始终遵循经济、合理、安全等原则。在设计中，始终遵循经济、合理、安全等原则。第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 给定题目或任务书给定题目或任务书查阅资料查阅资料确定生产方法、工艺流程确定生产方法、
12、工艺流程化工计算化工计算物料衡算物料衡算能量衡算能量衡算设备计算设备计算制图制图现场施工现场施工 学生设计基本程序学生设计基本程序第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 接收委托接收委托编写设计任务书编写设计任务书（主管部门认可）（主管部门认可）施工图设计，提出预算施工图设计，提出预算扩大初步设计，提出总概算扩大初步设计，提出总概算组织施工，制定开车方案组织施工，制定开车方案编制项目建议书编制项目建议书主管部门筛选主管部门筛选可行性研究报告可行性研究报告主管部门评价主管部门评价终止终止否否投料试车，考核验收投料试车，考核验收是是终止终
13、止否否是是主管部门评价主管部门评价终止终止否否是是工程总结，设计回访工程总结，设计回访厂址选择厂址选择技术考察技术考察环境影响环境影响2.1化工厂化工厂建造的工作程序建造的工作程序 第2章 设计内容与设计程序立项阶段：立项阶段：工程设计阶段：工程设计阶段：施工、试车阶段：施工、试车阶段：第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 一、一、项目建议书项目建议书进行可行性研究和编制任务书的依据进行可行性研究和编制任务书的依据1.项目建设的目的和意义项目建设的目的和意义2.产品需求初步预测产品需求初步预测3.产品方案和拟建规模产品方案和拟建规模
14、4.工艺技术方案工艺技术方案5.主要原料、燃料、动力等供应主要原料、燃料、动力等供应6.建厂条件和厂址的初步选择建厂条件和厂址的初步选择7.环境保护及安全生产措施环境保护及安全生产措施8.工厂组织和劳动定员工厂组织和劳动定员9.项目实施规划、投资估算和资金筹措设想项目实施规划、投资估算和资金筹措设想10.经济效益和社会效益的初步估计经济效益和社会效益的初步估计 第2章 设计内容与设计程序第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 二、二、可行性研究报告可行性研究报告以拟建项目进行全面分析及多方面比较，对其是否应该建设及以拟建项目进行全面分
15、析及多方面比较，对其是否应该建设及如何建设作出论证和评价，为上级机关投资决策和编制、审批设计如何建设作出论证和评价，为上级机关投资决策和编制、审批设计任务书提供可靠依据。任务书提供可靠依据。1.总论总论2.需求预测需求预测3.产品的生产方案及生产规模产品的生产方案及生产规模4.工艺技术方案工艺技术方案5.原材料、燃料及水电气的来源原材料、燃料及水电气的来源与供应与供应6.建厂条件和厂址选择布局方案建厂条件和厂址选择布局方案7.公用工程和辅助设施方案公用工程和辅助设施方案8.环境保护及安全卫生环境保护及安全卫生9.工厂组织、劳动定员和人员培训工厂组织、劳动定员和人员培训10.项目实施规划项目实施
16、规划11.投资估算和资金筹措投资估算和资金筹措12.经济效益评价及社会效益评价经济效益评价及社会效益评价13.结论结论 第2章 设计内容与设计程序第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 三、编制设计任务书三、编制设计任务书可行性研究报告呈报上级主管部门审批认可后可编写设计任务书可行性研究报告呈报上级主管部门审批认可后可编写设计任务书,作为设计项目的依据。作为设计项目的依据。1.项目设计的目的和依据项目设计的目的和依据2.生产规模、产品方案、生产方法或工艺原则生产规模、产品方案、生产方法或工艺原则3.矿产、水文地质、原材料、燃料、供水、
17、运输等协作条件矿产、水文地质、原材料、燃料、供水、运输等协作条件4.资源综合利用、环境保护、三废治理的要求资源综合利用、环境保护、三废治理的要求5.厂址与占地面积和城市规划的关系厂址与占地面积和城市规划的关系6.防空、防震等的要求防空、防震等的要求7.建设工期与进度计划建设工期与进度计划8.投资控制数投资控制数9.劳动定员及组织管理制度劳动定员及组织管理制度10.经济效益、资金来源、投资回收年限经济效益、资金来源、投资回收年限 第2章 设计内容与设计程序第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 四、扩大初步设计四、扩大初步设计工艺包设计
18、工艺包设计扩大初步设计是完成工艺专业扩大初步设计是完成工艺专业的初步设计工作，其工作程序和内的初步设计工作，其工作程序和内容如图容如图1-2所示所示。设设计计任任务务书书设设备备工工艺艺计计算算及及选选型型车车 间间 布布 置置 设设 计计工工艺艺流流程程图图设设计计编编写写设设计计说说明明书书工工 艺艺 方方 案案 设设 计计能能热热量量衡衡算算物物 料料 衡衡 算算概概 算算非非定定型型设设备备条条件件表表带带控控制制点点的的工工艺艺流流程程图图能能量量消消耗耗统统合合表表物物料料平平衡衡图图工工艺艺流流程程方方案案图图消消耗耗定定额额及及“三三废废”排排放放量量定定型型设设备备一一览览表
19、表车车间间平平面面及及立立面面布布置置图图概概算算书书、投投资资表表、材材料料表表工工 艺艺 包包 设设 计计 说说 明明 书书 第2章 设计内容与设计程序第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 六、设计代表工作六、设计代表工作 设计代表任务是参加基本建设的现场施工与安装（必要时进行修设计代表任务是参加基本建设的现场施工与安装（必要时进行修正设计），建成化工生产装置后参加试车运转工作，使装置达到设正设计），建成化工生产装置后参加试车运转工作，使装置达到设计所规定的各项指标。计所规定的各项指标。设计工作全面结束且试车成功后，应做工程总结
20、，积累经验，以设计工作全面结束且试车成功后，应做工程总结，积累经验，以利于设计质量的不断提高。利于设计质量的不断提高。 第2章 设计内容与设计程序五、施工图设计五、施工图设计详细设计详细设计施工图设计的任务是根据扩大初步设计审批意见，解决施工图设计的任务是根据扩大初步设计审批意见，解决扩大初步设计阶段待定的各项问题，并以它作为施工单位编制扩大初步设计阶段待定的各项问题，并以它作为施工单位编制施工组织设计、编制施工预算和进行施工的依据。施工组织设计、编制施工预算和进行施工的依据。第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 一、设计准备工作一
21、、设计准备工作1.熟悉设计任务书熟悉设计任务书全面深入地正确领会任务书提出的设计任务、要求及原则。全面深入地正确领会任务书提出的设计任务、要求及原则。2.制定工作计划制定工作计划参照整体设计进度制定出个人工作计划。参照整体设计进度制定出个人工作计划。3.查阅相关设计文献资料查阅相关设计文献资料按照设计要求，主要查阅与工艺路线、工艺流程和重点设备按照设计要求，主要查阅与工艺路线、工艺流程和重点设备有关的文献资料，并摘录笔记。有关的文献资料，并摘录笔记。4.收集第一手设计资料收集第一手设计资料深入生产与试验现场调查研究，尽可能广泛地收集齐全可取深入生产与试验现场调查研究，尽可能广泛地收集齐全可取的
22、原始数据并进行整理。的原始数据并进行整理。 第2章 设计内容与设计程序2.2工艺设计的主要内容及步骤工艺设计的主要内容及步骤第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 二、工艺方案设计二、工艺方案设计1.工艺路线的选择工艺路线的选择通过定量的技术经济比较着重评价总投资和成本通过定量的技术经济比较着重评价总投资和成本,从而从而选择一条技术上先进，经济上合理，安全上可靠，环境保护选择一条技术上先进，经济上合理，安全上可靠，环境保护得到解决，因地制宜可以实施的工艺路线。得到解决，因地制宜可以实施的工艺路线。2.工艺流程的设计工艺流程的设计包括车
23、间、工序、设备之间的相互连接顺序、物料流动包括车间、工序、设备之间的相互连接顺序、物料流动及变化情况、工艺参数的确定、自控方案的确定等项内容的及变化情况、工艺参数的确定、自控方案的确定等项内容的设计，最终以带控制点的工艺流程图及相应的文字说明形式设计，最终以带控制点的工艺流程图及相应的文字说明形式阐述清楚。阐述清楚。第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 三、化工工艺计算三、化工工艺计算 包括物料衡算、热量衡算和设备工艺计算三个内容。包括物料衡算、热量衡算和设备工艺计算三个内容。任务是在化任务是在化工工艺计算的基础上绘制物料流程图、热
24、量平衡图、主要设备工艺设工工艺计算的基础上绘制物料流程图、热量平衡图、主要设备工艺设计图和带控制点工艺流程图。计图和带控制点工艺流程图。 经验表明，在化工工艺计算阶段会用到大量的基本理论、基本概经验表明，在化工工艺计算阶段会用到大量的基本理论、基本概念和基本技能念和基本技能( (数据处理、计算技能、绘图能力等数据处理、计算技能、绘图能力等) )。 必要条件是概念清楚、方法正确、数据齐全可靠必要条件是概念清楚、方法正确、数据齐全可靠( (收集大量实际收集大量实际生产数据是保证计算质量的关键生产数据是保证计算质量的关键) )，并且必须按一定步骤进行，并且必须按一定步骤进行( (原因主原因主要是避免
25、出要是避免出错错,便于核算便于核算)。 第2章 设计内容与设计程序第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 四、车间布置设计四、车间布置设计化工工艺计算结束并绘出工艺流程图后即可进行车间布置设计，化工工艺计算结束并绘出工艺流程图后即可进行车间布置设计，其其主要任务是确定整个工艺流程中全部设备在平面上和空间中正确的主要任务是确定整个工艺流程中全部设备在平面上和空间中正确的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构型式。具体位置，相应地确定厂房或框架的结构型式。车间布置对生产的正常进行和经济指标都有重要影响，它为土建、车间布置对生产的正常进行和经
26、济指标都有重要影响，它为土建、暖通、电气、自控、给排水、外管等专业开展设计提供了重要依据。暖通、电气、自控、给排水、外管等专业开展设计提供了重要依据。车间布置设计完成后要绘制平面与立面的车间布置图。设计方法车间布置设计完成后要绘制平面与立面的车间布置图。设计方法除了常用的摆纸块法之外，现在广泛采用模型设计的方法。除了常用的摆纸块法之外，现在广泛采用模型设计的方法。五、化工管道设计五、化工管道设计 化工管道设计是在工艺流程设计与车间布置设计都完成的基础上化工管道设计是在工艺流程设计与车间布置设计都完成的基础上进行的，是施工图中最重要的设计内容。进行的，是施工图中最重要的设计内容。它的任务是确定生
27、产装置的它的任务是确定生产装置的全部管线、阀件、管件及各种管架的位置全部管线、阀件、管件及各种管架的位置, ,以满足工艺生产的要求。以满足工艺生产的要求。应注意节约管材，便于操作、检查和安装检修，而且做到整齐美观。应注意节约管材，便于操作、检查和安装检修，而且做到整齐美观。 第2章 设计内容与设计程序第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 六、提供设计条件六、提供设计条件 包括总图、土建、外管、非定型设备、自控、电气、电讯、电加包括总图、土建、外管、非定型设备、自控、电气、电讯、电加热、通风、空调、给排水、工业妒等非工艺专业的设计条件
28、。这是各热、通风、空调、给排水、工业妒等非工艺专业的设计条件。这是各专业能进行具体设计工作的依据，是确保设计质量的重要环节。专业能进行具体设计工作的依据，是确保设计质量的重要环节。 七、经济七、经济( (投资投资) )概算及概算书编制概算及概算书编制经济概算是对建设项目各项经济指标的大概计算，是整个生产经济概算是对建设项目各项经济指标的大概计算，是整个生产装置经济指标是否合理的具体体现装置经济指标是否合理的具体体现,主要包括建筑费、设备费、安装主要包括建筑费、设备费、安装费、其他费用等。此外费、其他费用等。此外,还有投资回收率、生产费用、消耗定额、劳还有投资回收率、生产费用、消耗定额、劳动力需
29、求、劳动生产率、工资总额等。动力需求、劳动生产率、工资总额等。经济概算工作贯穿于投资项目经济概算工作贯穿于投资项目的始终，的始终，但详细的经济概算主要是在施工图工作阶段，随着各专业设但详细的经济概算主要是在施工图工作阶段，随着各专业设计的全面展开而进行的。计的全面展开而进行的。 第2章 设计内容与设计程序第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 八、设计文件编制八、设计文件编制初步设计阶段与施工图设计阶初步设计阶段与施工图设计阶段的设计工作完成后都要编制设计段的设计工作完成后都要编制设计文件。它是设计成果的汇总，是进文件。它是设计成果的
30、汇总，是进行下一步工作的依据，行下一步工作的依据，内容包括设内容包括设计说明书、附图计说明书、附图(流程图、布置图、流程图、布置图、设备图等设备图等)和附表和附表(设备一览表、材设备一览表、材料汇总表等料汇总表等)。注注:对设计文件和图纸要进行对设计文件和图纸要进行认真的自校和复校。对文字说明部认真的自校和复校。对文字说明部分，要求做到内容正确、严谨，重分，要求做到内容正确、严谨，重点突出、概念清楚、条理性强、完点突出、概念清楚、条理性强、完整易懂；对设计图纸则要求消灭错整易懂；对设计图纸则要求消灭错误，整洁清楚，图面安排合理，考误，整洁清楚，图面安排合理，考虑施工、安装、生产和维修的需虑施工
31、、安装、生产和维修的需要，能满足工艺生产要求。要，能满足工艺生产要求。 第2章 设计内容与设计程序第1章绪论DesignofPolymerEngineering,ZhuhaiCampus, BIT 2.3国家和行业的基本设计政策和规范国家和行业的基本设计政策和规范化工企业总图运输设计规范化工企业总图运输设计规范HG/T206491998工矿企业总平面设计规范工矿企业总平面设计规范GB501871993石油化工工艺装置布置设计通则石油化工工艺装置布置设计通则SH3011-2000石油化工给水排水管道设计图例石油化工给水排水管道设计图例SH3089-1998石油化工管道器材标准（合订本石油化工管道
32、器材标准（合订本1996年）年）SH3401-3410石油化工管道布置设计通则石油化工管道布置设计通则SH3012-2000石油化工企业给水排水系统设计规范石油化工企业给水排水系统设计规范SH3015-2003 第2章 设计内容与设计程序Contents工艺流程设计工艺流程设计3物料衡算物料衡算4热量衡算热量衡算5设备工艺计算设备工艺计算6车间布置设计车间布置设计7管道设计管道设计8工艺辅助条件设计工艺辅助条件设计9计算机的应用计算机的应用10Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 3.1工艺路线的选择工艺路线的选择3.1.1高分子合
33、成工艺路线高分子合成工艺路线工艺路线也就是生产方法（工艺路线也就是生产方法（productiontechnique）,是是指使用指使用何何种原料、根据何种原理、选择何种实施方法、通过何种操作过程种原料、根据何种原理、选择何种实施方法、通过何种操作过程实实现从原料变为产品的方法现从原料变为产品的方法(引进国外技术新建工厂引进国外技术新建工厂;大型生产装置的大型生产装置的扩建扩建;选用国内开发成功的技术建厂选用国内开发成功的技术建厂;国内成熟工艺技术的扩建、搬国内成熟工艺技术的扩建、搬迁或改变生产技术路线迁或改变生产技术路线),无论是何种类型均具有多样性。无论是何种类型均具有多样性。3 工艺流程设
34、计工艺流程设计Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 原料不同原料不同 例如例如:生产尼龙生产尼龙6可用己内酰胺可用己内酰胺()开环聚合或开环聚合或-氨氨基己酸基己酸(NH2(CH2)5COOH)缩聚；缩聚；PET可先用对苯二甲酸二甲酯可先用对苯二甲酸二甲酯（DMT）和乙二醇）和乙二醇(EG)酯交换反应或对苯二甲酸（酯交换反应或对苯二甲酸（PTA）和）和EG直直接酯化得对苯二甲酸乙二醇酯（接酯化得对苯二甲酸乙二醇酯（BHET）,然后进行缩聚。然后进行缩聚。聚合机理不同聚合机理不同 聚合反应分为连锁聚合和逐步聚合，表聚合反应分为连锁聚合
35、和逐步聚合，表2-1为这两种反应机理的为这两种反应机理的比较。比较。Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 表表3-1两种聚合机理的比较两种聚合机理的比较有时有时,同一单体同一单体可由不同聚合机理可由不同聚合机理进行聚合进行聚合,如己内酰如己内酰胺以碱作催化剂时胺以碱作催化剂时属阴离子开环聚合属阴离子开环聚合,用水或酸作催化剂用水或酸作催化剂时属逐步聚合。时属逐步聚合。Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 实施方法不同实施方法不同 同一个反应体系可采用不同的工业实施方法。常
36、见的聚合工同一个反应体系可采用不同的工业实施方法。常见的聚合工业实施方法比较见表业实施方法比较见表3-2。 表表3-2常见聚合工业实施方法常见聚合工业实施方法Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 操作过程不同操作过程不同 同一个反应体系可采用不同的操作过程。常见的操作过程比同一个反应体系可采用不同的操作过程。常见的操作过程比较见表较见表3-3。 表表3-3常见聚合工业实施方法常见聚合工业实施方法选择生产方法选择生产方法是决定设计质量的是决定设计质量的关键一步，如果产关键一步，如果产品只有一种生产方品只有一种生产方法，无须选择；如法，
37、无须选择；如果产品有几种生产果产品有几种生产方法，就需逐个进方法，就需逐个进行分析研究、比较、行分析研究、比较、筛选，作为工艺流筛选，作为工艺流程设计的依据。程设计的依据。Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 3.1.2高分子合成工艺路线选择原则高分子合成工艺路线选择原则满足产品的性能指标要求满足产品的性能指标要求例如例如:1.在工业生产中在工业生产中,要得到高要得到高粘度粘度PET,为什么用为什么用PTA而而不用不用DMT为原料制备为原料制备?2.LDPE和和HDPE分子链结分子链结构、性能和用途有是什么构、性能和用途有是什么不同
38、不同?3.对于自由基聚合而言对于自由基聚合而言,四四种常见实施方法生产的聚种常见实施方法生产的聚合物性能有什么区别合物性能有什么区别,生生产工艺有什么不同产工艺有什么不同?生产上的可靠性生产上的可靠性技术上的先进性技术上的先进性经济上的合理性经济上的合理性生产装置大型化生产装置大型化清洁生产、注重可持续发展清洁生产、注重可持续发展符合国情符合国情Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 3.1.3高分子合成工艺路线选择主要步骤高分子合成工艺路线选择主要步骤收集资料、调查研究收集资料、调查研究根据建设项目的产品方案及生根据建设项目的产品方
39、案及生产规模，全面搜集国内外同类型产规模，全面搜集国内外同类型生产厂的有关资料，包括技术路生产厂的有关资料，包括技术路线及特点、工艺参数、原材料和线及特点、工艺参数、原材料和公用工程单耗、产品质量、三废公用工程单耗、产品质量、三废治理以及各种技术路线的发展情治理以及各种技术路线的发展情况与动向等。况与动向等。具体而言具体而言:国内外生产情况，各种生产方国内外生产情况，各种生产方法及工艺流程法及工艺流程;原料来源及产原料来源及产品应用情况品应用情况;试验研究报告试验研究报告;安安全技术及劳动保护措施全技术及劳动保护措施;综合综合利用及三废处理利用及三废处理;生产技术是生产技术是否先进，生产连续化
40、、自动化否先进，生产连续化、自动化程度程度;设备的大型化及制造、设备的大型化及制造、运输情况运输情况;基本建设投资、产基本建设投资、产品成本、占地面积品成本、占地面积;水、电、水、电、气、燃料的用量及供应，主要气、燃料的用量及供应，主要基建材料的用量及供应基建材料的用量及供应;厂址、厂址、地质、水文、气象等资料地质、水文、气象等资料;车车间（装置）环境与周围的情况间（装置）环境与周围的情况Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 分析与比较分析与比较全面分析对比的内容很多，主要有：全面分析对比的内容很多，主要有：几种技术路线在国内外几种
41、技术路线在国内外采用的情况及发展趋势；采用的情况及发展趋势；产品的质量情况；产品的质量情况；生产能力及产品规生产能力及产品规格；格；原材料、能量消耗情况；原材料、能量消耗情况；建设费用及产品成本；建设费用及产品成本；三废三废的产生及治理情况；的产生及治理情况；其他特殊情况。其他特殊情况。得出不同工艺路线各项经济技术指标的比较结果得出不同工艺路线各项经济技术指标的比较结果,掌握不同工艺掌握不同工艺路线的特点路线的特点。筛选与确定筛选与确定将不同工艺路线的对比分析结果与本项目设计任务书相结合将不同工艺路线的对比分析结果与本项目设计任务书相结合,根根据建厂实际条件提出一个或几个工艺路线方案据建厂实际
42、条件提出一个或几个工艺路线方案,然后汇集相关专业专然后汇集相关专业专家及上级领导进行综合论证与评定家及上级领导进行综合论证与评定,确定最终工艺路线。确定最终工艺路线。Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 3.2.1工艺流程设计的主要原则工艺流程设计的主要原则实现设计任务的基本要求实现设计任务的基本要求实现工艺路线的基本要求实现工艺路线的基本要求资源的合理利用资源的合理利用 满足开、停车的需要满足开、停车的需要满足安全生产及处理意外事故的需要满足安全生产及处理意外事故的需要满足满足”三废三废”处理的需要处理的需要适当留有发展余地适当留
43、有发展余地3.2 工艺流程设计工艺流程设计Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 3.2.2工艺流程设计的主要任务及步骤工艺流程设计的主要任务及步骤确定流程各生产过程的具确定流程各生产过程的具体内容、顺序和组合方式体内容、顺序和组合方式绘制工艺流程图绘制工艺流程图主要任务主要任务以图解形式表示生产过程以图解形式表示生产过程(包括物料经包括物料经过各个单元操作过程流向及物料和能过各个单元操作过程流向及物料和能量变化情况，所涉及的化工过程和设量变化情况，所涉及的化工过程和设备及其化工管道流程和计量控制流程备及其化工管道流程和计量控制流程)
44、 Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 确定控制方案确定控制方案画出工艺流程草图画出工艺流程草图配合物料衡算，画出物料流程图配合物料衡算，画出物料流程图(PFD)进行其它项目的设计进行其它项目的设计(化工计算、设备机械设计、车间布化工计算、设备机械设计、车间布置设计和管道设计等置设计和管道设计等) 画出工艺管道及仪表流程图画出工艺管道及仪表流程图(PID)“三废三废”处理及其它辅助设计工艺流程的设计处理及其它辅助设计工艺流程的设计主要步骤主要步骤选定主工艺流程，画出工艺流程方案图选定主工艺流程，画出工艺流程方案图选择工艺参数选择工艺
45、参数Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 3.2.3主工艺流程的确定主工艺流程的确定确定整个生产装置由几条生产线组成确定整个生产装置由几条生产线组成确定整个过程由哪些工序组成确定整个过程由哪些工序组成确定主工艺流程的主要内容确定主工艺流程的主要内容 确定各个工序由哪些设备组成确定各个工序由哪些设备组成确定各生产线、各工序间的交叉点确定各生产线、各工序间的交叉点确定各设备的操作条件确定各设备的操作条件确定控制方案确定控制方案对对”三废三废”处理过程及其它辅助过程提出工艺设计要求处理过程及其它辅助过程提出工艺设计要求Design of
46、Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 首先根据反应过程的特点、产品性能要求、物料特性、选定的首先根据反应过程的特点、产品性能要求、物料特性、选定的基本工艺条件来选定反应器的型式和数量基本工艺条件来选定反应器的型式和数量,确定反应器之间的连接方确定反应器之间的连接方式式,然后以反应器为中心提出向外展开设计的条件和要求。然后以反应器为中心提出向外展开设计的条件和要求。原料的预处理过程原料的预处理过程 实际生产中实际生产中, ,一般根据需要采取预热（冷）、汽化、干燥、粉碎一般根据需要采取预热（冷）、汽化、干燥、粉碎筛分、提纯精制、混合、配制、压缩等化工单元操
47、作对原料进行预筛分、提纯精制、混合、配制、压缩等化工单元操作对原料进行预处理。通常处理。通常, ,原料预处理的化工操作过程是根据原料性质、处理方原料预处理的化工操作过程是根据原料性质、处理方法而选取不同的装置及不同的输送方式，从而可能设计出不同的流法而选取不同的装置及不同的输送方式，从而可能设计出不同的流程。程。以反应过程为中心以反应过程为中心确定主工艺流程的工作方法确定主工艺流程的工作方法Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 产物后处理过程产物后处理过程根据从反应工序流出物料的组成和性质以及设计任务对产品性根据从反应工序流出物料的
48、组成和性质以及设计任务对产品性能质量指标要求能质量指标要求,对产物进行副产物处理对产物进行副产物处理、未反应物分离与回收未反应物分离与回收、溶溶剂或分散介质分离与回收以及产物聚集态处理等剂或分散介质分离与回收以及产物聚集态处理等,对应用于产物净化、对应用于产物净化、分离设备类型、连接方式及操作分离设备类型、连接方式及操作仍然是整个工艺流程设计关键。仍然是整个工艺流程设计关键。产品后处理过程产品后处理过程 聚合反应后的最终产品在聚合反应后的最终产品在出厂前出厂前一般必须经过一般必须经过检验、检验、 计量、计量、 包装、储存、包装、储存、 运输等过程运输等过程, ,这些过程一般比较简单或有成套定型
49、设这些过程一般比较简单或有成套定型设备可供参考选择备可供参考选择, ,一般不是本设计的重点。一般不是本设计的重点。Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 工艺配方工艺配方 引发剂或催化剂与单体的比例引发剂或催化剂与单体的比例、共聚时各单体的投料比例、溶、共聚时各单体的投料比例、溶液聚合时单体的浓度、悬浮聚合或乳液时分散介质与单体的比例、液聚合时单体的浓度、悬浮聚合或乳液时分散介质与单体的比例、分散稳定剂或乳化剂与单体的比例等分散稳定剂或乳化剂与单体的比例等。3.3 工艺参数的选择工艺参数的选择3.3.1工艺参数工艺参数工艺参数是指工艺
50、参数是指物料状态物料状态及及物料变化程度物料变化程度的参数。的参数。配比、组成、浓度、配比、组成、浓度、温度、压力、转化温度、压力、转化率和体积等率和体积等化学反应、温度变化、相态化学反应、温度变化、相态变化、浓度组成变化、质量变化、浓度组成变化、质量变化、流量变化、动能变化、变化、流量变化、动能变化、位能变化和静压能变化等。位能变化和静压能变化等。Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 反应控制条件反应控制条件反应终点产品指标反应终点产品指标加料方式、操作过程等加料方式、操作过程等反应过程工艺参数的确定依据反应过程工艺参数的确定依据
51、3.3.2反应过程工艺参数的确定反应过程工艺参数的确定反应温度及变化、反应压力及变化、反反应温度及变化、反应压力及变化、反应时间或停留时间、物料流量等。应时间或停留时间、物料流量等。单体转化率、单体转化率、相对分子量及其分布、相对分子量及其分布、共聚组成及分布、共聚组成及分布、颗粒大小及其分布颗粒大小及其分布等。等。基础物性数据基础物性数据物料衡算结果物料衡算结果基础动力学模型基础动力学模型(微观动力学模型微观动力学模型)混合、流动模型、传质、传热模型混合、流动模型、传质、传热模型反应器操作方程反应器操作方程Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campu
52、s, BIT 反应过程工艺参数的选择原则反应过程工艺参数的选择原则预期的产品质量指标预期的产品质量指标预期的产量预期的产量 经济效益经济效益生产过程的安全性、稳定性、生产过程生产过程的安全性、稳定性、生产过程是否容易操作、容易控制是否容易操作、容易控制Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 逐级经验放大法逐级经验放大法数学模拟法数学模拟法反应过程工艺参数的确定方法反应过程工艺参数的确定方法相似模拟法相似模拟法改进数学模拟法改进数学模拟法Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT
53、3.4 典型设备的控制方案典型设备的控制方案3.4.1泵的控制泵的控制离心泵离心泵当流体输送设备是离心泵时当流体输送设备是离心泵时,管路中的流体流量通常采用管路中的流体流量通常采用直接流直接流量调节和旁路流量调节量调节和旁路流量调节两种调节方式两种调节方式,此外还有此外还有分支流动控制方案分支流动控制方案,如图如图3-2所示所示。图3-2 离心泵流量调节(a) 直接流量调节 (b) 旁路流量调节 (c) 泵的分支流动控制方案Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 容积式泵（容积式泵（往复泵、齿轮泵、螺杆泵往复泵、齿轮泵、螺杆泵和和旋涡
54、泵旋涡泵等）等）当流量减小时当流量减小时,容积式泵的压力急剧上升，通常采用旁路调节容积式泵的压力急剧上升，通常采用旁路调节或改变转速、改变冲程大小来调节流程或改变转速、改变冲程大小来调节流程,而不能采用直接流量调而不能采用直接流量调节，如图节，如图3-3所示。所示。真空泵真空泵真空泵可采真空泵可采用吸入支路调用吸入支路调节和吸入管阻力节和吸入管阻力调节的方案调节的方案,见见图图3-4。图3-3 旁路调节图3-4 真空泵流量调节(a) 真空管吸入支路调节 (b) 真空管吸入管阻力调节Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 3.4.2换热
55、器的控制换热器的控制列管式换热器化工生产中应用最广泛的传热设备列管式换热器化工生产中应用最广泛的传热设备,其主要控制参其主要控制参数是物料出口温度数是物料出口温度,一般采用载热体流量的调节来控制一般采用载热体流量的调节来控制,此外还可调节此外还可调节传热面积传热面积(仅适用于蒸汽冷凝换热器仅适用于蒸汽冷凝换热器)和分流调节来控制和分流调节来控制,如图如图3-5所示。所示。图3-5 换热器控制方案(a) 换热介质流量调节方案 (b)传热面积调节方案 (c) 分流调节方案Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 3.4.3反应器的控制反应器
56、的控制1、反应温度的控制反应温度的控制反应温度的控制主要是通过与外界进行热量交换来实现的反应温度的控制主要是通过与外界进行热量交换来实现的,不不同的聚合反应器中同的聚合反应器中,聚合反应机理不同、操作方式不同、聚合反应机理不同、操作方式不同、温度控制温度控制要求不同、要求不同、传热介质、传热介质、传热方向及控制特点不同传热方向及控制特点不同。常见的传热方式及传热介质常见的传热方式及传热介质电加热电加热 安全、安全、无污染、无污染、控制过程简单控制过程简单,但费用较高但费用较高。冷却及加热介质冷却及加热介质表表3-4和和3-5分别为常见冷却介质及使用温度范围和常见加分别为常见冷却介质及使用温度范
57、围和常见加热介质及使用温度范围热介质及使用温度范围。Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 表3-4 常见冷却介质及使用温度围表3-5 常见加热介质及使用温度范围Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 典型反应温度控制方案典型反应温度控制方案电加热控制电加热控制通过调节加热电压改变加热功率来控制反应温度通过调节加热电压改变加热功率来控制反应温度,一般用于实一般用于实验室装置或小规模工业装置验室装置或小规模工业装置。一次循环控制一次循环控制通过调节传热介质的流量来控制反应器内通
58、过调节传热介质的流量来控制反应器内的温度的温度,这种控制方式比较简单灵活这种控制方式比较简单灵活适用于反适用于反应器连续操作时的温度控制应器连续操作时的温度控制,如图如图3-6所示所示。传热介质可以为液相传热介质可以为液相(流动方向一般为下进流动方向一般为下进上出上出)也可为气相也可为气相(流动方向一般为上进下出流动方向一般为上进下出)。图3-6 一次循环控制Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 二次循环控制二次循环控制通过调节一次循环通过调节一次循环(大循环大循环)传热介质的流量来改变二次循环传热介质的流量来改变二次循环(小循环小
59、循环)中传热介质的温度中传热介质的温度,从而控制反应器内温度从而控制反应器内温度,如图如图2-7所示所示。图3-7 二次循环控制Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 反应液外循环控制反应液外循环控制将反应器中的物料导出将反应器中的物料导出,在外置换在外置换热热交换后再送回反应器中热热交换后再送回反应器中,如图如图3-8所示所示。这种控制方式加热、撤热迅速、这种控制方式加热、撤热迅速、物料温度改变较快物料温度改变较快,由于在换热器中物由于在换热器中物料温度变化料温度变化510且无搅拌且无搅拌,因此此因此此控制方式控制方式不适宜对温度控
60、制严格的反不适宜对温度控制严格的反应体系和高粘流体、应体系和高粘流体、悬浮聚合及乳液悬浮聚合及乳液聚合聚合。图3-8 反应液外循环控制Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 汽化冷凝控制汽化冷凝控制单体、单体、溶剂、溶剂、分散介质等小分子化分散介质等小分子化合物汽化后从反应器上部进入一个冷凝合物汽化后从反应器上部进入一个冷凝器器,在冷凝器中冷凝后又回到反应器中在冷凝器中冷凝后又回到反应器中,如图如图2-9所示所示。这种控制方式是靠小分子化合物汽这种控制方式是靠小分子化合物汽化带走大量的热化带走大量的热,撤热迅速适合连锁聚撤热迅速适合连
61、锁聚合反应合反应。图3-9 汽化冷凝控制Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 分程控制分程控制当一个控制点的参当一个控制点的参数变化范围比较大时数变化范围比较大时,不不同范围需用不同的方法同范围需用不同的方法调节调节,通常根据控制器输通常根据控制器输出值的范围分别控制两出值的范围分别控制两个或两个以上的调节阀个或两个以上的调节阀,这种控制方式这种控制方式常用于间常用于间歇操作过程歇操作过程。图3-10氯乙烯悬浮聚合间歇操作温度控制方案示意图Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, B
62、IT 2、反应压力的控制反应压力的控制 聚合反应器中的压力控制随着反应体系性质的变化差别很大聚合反应器中的压力控制随着反应体系性质的变化差别很大, ,对应的压力控制方案也不同。对应的压力控制方案也不同。正压控制正压控制通过调节上升气体的流量来控制通过调节上升气体的流量来控制,适合于一般的溶液聚合、悬适合于一般的溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合浮聚合和乳液聚合,如图如图3-11(a)所示。所示。Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 图2-11 常见聚合反应压力控制方案示意图负压控制负压控制通过调节真空泵抽气量控制反应器内真空度通过调节真空
63、泵抽气量控制反应器内真空度,如图如图3-11(b)所示所示通过关闭缓冲罐上放空阀门控制反应器压力通过关闭缓冲罐上放空阀门控制反应器压力,如图如图3-11(c)所示所示图图3-11(d)为间歇缩聚为间歇缩聚时反应器压力控制方案。时反应器压力控制方案。Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 3、反应器液位的控制反应器液位的控制反应器间歇操作时反应器间歇操作时,反应器中的液位是通过每批加料量来决定的。反应器中的液位是通过每批加料量来决定的。一种是进料时打开进料泵一种是进料时打开进料泵,物料到达预定的液位时关闭进料泵物料到达预定的液位时关闭进
64、料泵,如图如图3-12(a)所示。所示。另一种是通过简单的溢流装置控制每批进料量相同另一种是通过简单的溢流装置控制每批进料量相同,如图如图3-12(b)所示。所示。Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 反应器连续操作时反应器连续操作时,反应器中的液位高度是一个重要的控制参数反应器中的液位高度是一个重要的控制参数,它与物料流量共同决定物料在反应器中的有效反应体积它与物料流量共同决定物料在反应器中的有效反应体积,从而确定物从而确定物料在反应器中的平均停留时间。料在反应器中的平均停留时间。一种是出料流量一定一种是出料流量一定,调节进料管路
65、上的阀门调节进料管路上的阀门,调节进料流量来控调节进料流量来控制反应器中液位高度制反应器中液位高度,如图如图3-12(C)所示所示一种是进料流量一定一种是进料流量一定,调节出料管路上的阀门调节出料管路上的阀门,调节出料流量来控调节出料流量来控制反应器中液位高度制反应器中液位高度,如图如图3-12(d)所示。所示。另一种是通过调节容积泵的流量来控制反应器中的液位高度另一种是通过调节容积泵的流量来控制反应器中的液位高度,如图如图3-12(e)所示所示Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 3.4.4报警、切断和连锁报警、切断和连锁报警报警
66、控制参数值超出控制范围但短时间内不至于引起生产事故控制参数值超出控制范围但短时间内不至于引起生产事故,且操且操作工人有时间采取措施解决事故的情况下采用声或光等方式报警。作工人有时间采取措施解决事故的情况下采用声或光等方式报警。切断切断对于不立即采取措施可能会产生安全事故的情况要设置自动切对于不立即采取措施可能会产生安全事故的情况要设置自动切断系统。断系统。联锁联锁一般是指两个或多个设备按固定程序执行的控制方式。对于生一般是指两个或多个设备按固定程序执行的控制方式。对于生产装置的开停车过程、间歇操作过程或发生意外时可部分采用这种产装置的开停车过程、间歇操作过程或发生意外时可部分采用这种控制方式。
67、控制方式。Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 3.5 工艺流程图的绘制工艺流程图的绘制化工工艺图纸大致分为化工工艺图纸大致分为工艺流程图、设备工艺条件图、车间工艺流程图、设备工艺条件图、车间及厂房布置图、管道布置图等及厂房布置图、管道布置图等。图纸的基本组成图纸的基本组成3.5.1化工工艺图纸绘制的基本知识化工工艺图纸绘制的基本知识一般工程制图纸大致由图、一般工程制图纸大致由图、图例、图例、图框、图框、标题栏、明细表、标题栏、明细表、技术说明等组成技术说明等组成,如图如图2-14所示。所示。图3-14 一般图纸布局Design o
68、f Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 图纸幅面图纸幅面图纸幅面应遵循国家标准图纸幅面应遵循国家标准技术制图图纸幅面及格式技术制图图纸幅面及格式(GB/T14689-93)的规定的规定,优先选用优先选用A0A4幅面幅面,如图如图2-15和表和表2-6所示。所示。图3-15 图纸幅面表3-6 图纸幅面尺寸Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 图形比例图形比例图形比例应遵循国家标准图形比例应遵循国家标准技术制图比例技术制图比例(GB/T14690-93)的规定的规定,在标题栏中注明在标题栏中注
69、明,若局部放大图若局部放大图、剖视图剖视图、剖面图等应在剖面图等应在视图上方标注比例如图视图上方标注比例如图2-16所示。所示。文字的格式文字的格式图纸中的汉字图纸中的汉字、字母字母、数字的书写格式要统一数字的书写格式要统一、大小要适当大小要适当图3-16 图形比例Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 工艺流程草图工艺流程草图(工艺流程示意图工艺流程示意图)工艺流程草图定性描述主物料流经的设备及流向工艺流程草图定性描述主物料流经的设备及流向,由设备示意图、由设备示意图、物料管线和文字注释组成物料管线和文字注释组成。方案流程图方案流程
70、图3.5.2非正式工艺流程图非正式工艺流程图大致体现所选工艺过程。大致体现所选工艺过程。物料平衡关系示意图物料平衡关系示意图通常通常,在工艺流程图管线上标明物料号在工艺流程图管线上标明物料号,用工艺流程图代替物料用工艺流程图代替物料流程图编入设计文件。流程图编入设计文件。Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 文字注释文字注释对设备进行注释对设备进行注释,在各设备轮廓内或附近注明设备的代号及在各设备轮廓内或附近注明设备的代号及名称名称;对流入、流出系统中各股物料标明名称、来源或去向。对流入、流出系统中各股物料标明名称、来源或去向。物料
71、管线物料管线用带箭头的粗实线画出全部主物料管线用带箭头的粗实线画出全部主物料管线,用带箭头的中粗实线用带箭头的中粗实线画出重要辅助物料管线如水、水蒸气、压缩空气和真空等画出重要辅助物料管线如水、水蒸气、压缩空气和真空等 设备示意图设备示意图将主要设备按物料流经顺序自左至右依次绘制。设备之间用物将主要设备按物料流经顺序自左至右依次绘制。设备之间用物料管线连接。料管线连接。工艺流程草图工艺流程草图(工艺流程示意图工艺流程示意图)Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 图3-17 PTA直接酯化缩聚连续操作工艺流程草图Design of P
72、olymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 图3-18 丙烯酸反相悬浮聚合间歇操作工艺流程草图Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 图3-19 丙烯酸反相悬浮聚合间歇操作物料平衡关系示意图图3-20 PTA直接酯化缩聚连续操作主反应器物料平衡关系示意图Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 3.5.3正式工艺流程图正式工艺流程图3.5.3.1工艺流程图工艺流程图工艺流程图内容包括工艺流程图内容包括整个工艺流程、主要控制方案、整个工艺流程、主
73、要控制方案、操作参操作参数和设备参数等。数和设备参数等。图纸主要内容有物料流程示意图、图纸主要内容有物料流程示意图、图例、图例、注释、注释、标题栏、标题栏、设备一览表等。设备一览表等。物料流程示意图的主要内容及画法物料流程示意图的主要内容及画法设备的画法设备的画法按主物料流经顺序自左向右依次绘制按主物料流经顺序自左向右依次绘制,备用设备不必画备用设备不必画,多条相同多条相同生产线只需画一条生产线即可生产线只需画一条生产线即可Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 用细实线按比例画用细实线按比例画出各设备外型轮廓及出各设备外型轮廓及主要
74、内部结构特征、主要内部结构特征、反应器的主要结构特反应器的主要结构特征、换热器的管程及征、换热器的管程及壳程的折流挡板等壳程的折流挡板等,泵、泵、压缩机等设备不按比压缩机等设备不按比例绘制。常见设备的例绘制。常见设备的画法如表画法如表2-7所示。所示。表3-7 常见设备的画法Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT PFD应在设备一览表中标注出设备的外型尺寸。应在设备一览表中标注出设备的外型尺寸。注明设备名称及位号注明设备名称及位号,设备分类代号可参考表设备分类代号可参考表2-8,标注方法可参标注方法可参考图考图2-21。表3-8 设备
75、分类代号图3-21 设备名称及位号标注方法Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 物料管线的表示方法物料管线的表示方法用带流向的粗实线作为物料管线表示物流及流向。用带流向的粗实线作为物料管线表示物流及流向。每一物流定义一个与物料平衡表相应的物流号放在菱形框或矩每一物流定义一个与物料平衡表相应的物流号放在菱形框或矩形框中形框中,也可写在物料管线的上方或左侧。对于关键的操作点还应也可写在物料管线的上方或左侧。对于关键的操作点还应当表示出该物流点的温度或压力。当表示出该物流点的温度或压力。物料管线间以及物料管线与控制仪表间的交叉需要断开绘制
76、。物料管线间以及物料管线与控制仪表间的交叉需要断开绘制。如主物料管线连接、辅助物料管线断开如主物料管线连接、辅助物料管线断开;断开水平线或断开垂直断开水平线或断开垂直线线;物料管线连接、控制仪表连线断开等如图物料管线连接、控制仪表连线断开等如图2-22所示。所示。图3-22 物料管线的画法Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 工艺流程图的物料管线上要画出主要的阀门和管件工艺流程图的物料管线上要画出主要的阀门和管件,常见阀门及常见阀门及管件的图形符号如表管件的图形符号如表3-9所示。所示。表3-9 常见阀门及管件的图形符号Design
77、 of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 当一张图不能完全表示出整个流程时当一张图不能完全表示出整个流程时,可在适当部位断开绘制成多张工艺流程图可在适当部位断开绘制成多张工艺流程图,多张图纸中的物料管线的进出点用尖方框多张图纸中的物料管线的进出点用尖方框表示表示,并说明物料来或去的流程图号及来并说明物料来或去的流程图号及来或去的设备位号或去的设备位号,如图如图2-23所示。所示。控制方案表示方法控制方案表示方法在流程图中应表示出主要设备的控制方案。在流程图中应表示出主要设备的控制方案。控制方案的主要内控制方案的主要内容有检测点、检测控制参数、仪表功
78、能、调节阀门、执行机构、仪容有检测点、检测控制参数、仪表功能、调节阀门、执行机构、仪表安装位置等表安装位置等,它是通过仪表图形符号、调节阀门及执行机构图形符它是通过仪表图形符号、调节阀门及执行机构图形符号、仪表连线等表示出来的。号、仪表连线等表示出来的。图3-23 多张图纸中的物料管线的进出点表示方法Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 仪表图形符号应表示出仪表安装位置、仪表图形符号应表示出仪表安装位置、检测控制参数、检测控制参数、仪表仪表功能等内容功能等内容,它由仪表安装位置图形符号和仪表位号组成它由仪表安装位置图形符号和仪表位号
79、组成,表表3-10为常见仪表安装位置图形符号为常见仪表安装位置图形符号,图图3-24为仪表图形符号的画法。为仪表图形符号的画法。表3-10 常见仪表安装位置图形符号Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 图图3-24中中,仪表符号由字母和仪表符号由字母和数字组成数字组成,第一字母表示检测参数第一字母表示检测参数,第二及其以后字母表示该参数所需第二及其以后字母表示该参数所需的仪表功能的仪表功能,如表如表3-11所示为常用检所示为常用检测控制参数代号及仪表功能代号。测控制参数代号及仪表功能代号。前两位为仪表所在工序序号前两位为仪表所在工序
80、序号,后面后面数字为仪表序号数字为仪表序号图3-24 仪表图形符号的画法表3-11 常用检测控制参数代号及仪表功能代号Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 各种调节阀门通常需配置执行机构各种调节阀门通常需配置执行机构,一般画在物料管线上一般画在物料管线上,执行执行机构画在阀门上。以机构画在阀门上。以闸阀为例闸阀为例的执行机构图形符号如表的执行机构图形符号如表2-12所示。所示。 仪表连线用于表示检测点、调节阀门及控制仪表间的相互关系。仪表连线用于表示检测点、调节阀门及控制仪表间的相互关系。表3-12 执行机构图形符号Design o
81、f Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 图例及注释图例及注释 工艺图纸中所涉及大量的设备、物料管线、管件及阀门、自工艺图纸中所涉及大量的设备、物料管线、管件及阀门、自控仪表等图形符号等在整个工程设计中必须保持一致控仪表等图形符号等在整个工程设计中必须保持一致, ,还必须用还必须用图例说明各种图形符号表示的具体内容图例说明各种图形符号表示的具体内容, ,无法用图形方式表明的无法用图形方式表明的设计数据及要求等可用文字注释。设计数据及要求等可用文字注释。标题栏及设备一览表标题栏及设备一览表 标题栏一般包括设计单位名称、标题栏一般包括设计单位名称、 工程项
82、目名称、工程项目名称、 图纸名称、图纸名称、 图号、图号、 图纸比例、图纸比例、 日期、日期、 设计、设计、 绘图、绘图、 审核等人员签名等。审核等人员签名等。 设备一览表通常放在标题栏上面设备一览表通常放在标题栏上面, ,主要包括序号、设备位号、主要包括序号、设备位号、设备名称、规格或型号、数量、外型尺寸、重量、设计图纸号、设备名称、规格或型号、数量、外型尺寸、重量、设计图纸号、备注等。标题栏及设备一览表备注等。标题栏及设备一览表格式如图格式如图2-25和和2-26所示所示Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 图3-25 标题栏格
83、式图3-26 设备一览表格式Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 3.5.3.2管道仪表流程图管道仪表流程图(带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图)绘制管道仪表流程图绘制管道仪表流程图同工艺流程图一样同工艺流程图一样, ,图中的设备、管路、管件及阀门、自控仪表图中的设备、管路、管件及阀门、自控仪表等的画法一致等的画法一致, ,但它的内容更加具体和细化但它的内容更加具体和细化, ,是配管和仪表专业开展是配管和仪表专业开展工作的基本依据。工作的基本依据。设备设备 管道仪表流程图中需画出所有设备包括所用备用设备、开停车管道仪表流程图中
84、需画出所有设备包括所用备用设备、开停车及处理事故使用的设备等及处理事故使用的设备等, ,不仅要表示出设备的基本外型不仅要表示出设备的基本外型, , 还要表示还要表示清楚设备的进出口位置、标高等清楚设备的进出口位置、标高等, ,同时还要在流程图标注有该设备的同时还要在流程图标注有该设备的操作及设计条件。操作及设计条件。Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 管道管道 要有主要管道、次要管道、开车管道、旁路管道等要有主要管道、次要管道、开车管道、旁路管道等,所有管道都必所有管道都必须进行明确的标注须进行明确的标注,表表3-13为常见管道线
85、画法为常见管道线画法,图图3-27为管道的标注为管道的标注方法。方法。表3-13 常见管道线画法Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 表表3-14为常见通用物料代号，为常见通用物料代号，表表3-15为常用保温伴热代号为常用保温伴热代号图3-27 管道的标注方法表3-14 常见通用物料代号Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 编制管线表编制管线表 管线表是管道仪表流程图中全部管道的索引管线表是管道仪表流程图中全部管道的索引, ,包括管线号、公包括管线号、公称直径、管路等级、
86、管路走向、管线仪表流程图的图号、保温措称直径、管路等级、管路走向、管线仪表流程图的图号、保温措施、操作条件、介质类别、吹扫条件、设计调节以及试压条件施、操作条件、介质类别、吹扫条件、设计调节以及试压条件表3-15 常用保温伴热代号Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT Design of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 高分子工程设计高分子工程设计Design of Polymer Engineering, Shaanxi University of Technology Company
87、LOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 化工生产装置设计中所涉及的化工生产装置设计中所涉及的工艺计算包括物料衡工艺计算包括物料衡算、热量衡算和设备工艺计算算、热量衡算和设备工艺计算三个方面。三个方面。4.1物料衡算的基本知识物料衡算的基本知识4.1.1物料衡算的定义、物料衡算的定义、类型、作用及理论依据类型、作用及理论依据定义定义 指根据各种物料之间的定量转化关系对进出指根据各种物料之间的定量转化关系对进出整个整个生产装置、生产装置、生产生产工序或工序或单台单台设备的各股物料的数量及组成进行平衡计算设备的各股物料的数量及组成进
88、行平衡计算,它是在工艺流它是在工艺流程确定后最先进行的工艺计算。程确定后最先进行的工艺计算。4物料衡算物料衡算CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 作用作用为热量衡算、设备工艺计算、管道计算、辅助工序及公用工为热量衡算、设备工艺计算、管道计算、辅助工序及公用工程设计计算、生产成本核算等提供依据。程设计计算、生产成本核算等提供依据。在确定生产装置由几条生产先组成以及工艺参数的确定中起在确定生产装置由几条生产先组成以及工艺参数的确定中起着非常重要的作用。着非常重要的作用。是指导生产过程的重要依据。是指导生产过程的重
89、要依据。CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 对于没有化学反应的生产过程来说对于没有化学反应的生产过程来说,质量守恒定律质量守恒定律:物料进入量物料进入量=物料离开量物料离开量+装置内积累量装置内积累量+过程损失量过程损失量 对于有化学反应的生产过程来说对于有化学反应的生产过程来说,质量守恒定律质量守恒定律:物料进入量物料进入量=物料离开量物料离开量+反应消耗量反应消耗量+装置内积累量装置内积累量+过程损失量过程损失量注意注意:对于没有化学变化及物理化学变化的对于没有化学变化及物理化学变化的密封设备或工序如泵、
90、换热器等可不密封设备或工序如泵、换热器等可不进行物料衡算进行物料衡算;对于只有物料损失的设备或工序如对于只有物料损失的设备或工序如切粒机、打包机等可只做总物料衡算切粒机、打包机等可只做总物料衡算;对于有化学变化或物理化学变化的设备或工序如对于有化学变化或物理化学变化的设备或工序如反应器、精馏塔、蒸发器、反应器、精馏塔、蒸发器、结晶器、干燥装置等不仅要进行总物料衡算还要对各组分及组成分别进行物料结晶器、干燥装置等不仅要进行总物料衡算还要对各组分及组成分别进行物料衡算衡算。理论依据理论依据 物料衡算的理论依据是物料衡算的理论依据是质量守恒定律。质量守恒定律。CompanyLOGODesign of
91、 Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 流量流量4.1.2物料衡算的基本概念物料衡算的基本概念单位时间内物料流过设备单位时间内物料流过设备的数量的数量,如质量流量、体积如质量流量、体积流量流量产量产量单位时间内生产装置生产单位时间内生产装置生产出产品的数量出产品的数量,如年产量、如年产量、月产量、月产量、日产量等日产量等消耗量消耗量生产单位数量产品所需原生产单位数量产品所需原材料的数量材料的数量损失量损失量生产单位数量产品损失掉生产单位数量产品损失掉原材料的数量原材料的数量纯度纯度物料中含主要成分的百分物料中含主要成分的百分比比配料比配料比进入生产装置
92、的各种原料进入生产装置的各种原料之间的比例关系之间的比例关系,如质量比、如质量比、摩尔比摩尔比转化率转化率反应物参加反应的百分率反应物参加反应的百分率单程单程收率收率生产为目标产物的反应物生产为目标产物的反应物数量占反应物起始数量的数量占反应物起始数量的百分比百分比,等于转化率乘以选等于转化率乘以选择性择性回收率回收率副产物或未参加反应的反副产物或未参加反应的反应物经处理后可以重新利应物经处理后可以重新利用的百分比用的百分比选择性选择性生成目标产物的反应物数生成目标产物的反应物数量占参加反应的反应物数量占参加反应的反应物数量的百分比量的百分比CompanyLOGODesign of Polym
93、er Engineering, Zhuhai Campus, BIT 4.1.3计算基准及单位计算基准及单位 在进行物料衡算时在进行物料衡算时,一般不同的操作方式、不同的计算目的一般不同的操作方式、不同的计算目的,对应选择的计算基准以及确定的计算单位不同。对应选择的计算基准以及确定的计算单位不同。连续生产过程连续生产过程整套生产装置的操作状态不随时间的变化而变化整套生产装置的操作状态不随时间的变化而变化,属于定态操作属于定态操作过程过程,一般选时间为计算基准一般选时间为计算基准,对应计算对应计算单位为单位为Kg/h、Kmol/h、m3/h等。等。CompanyLOGODesign of Pol
94、ymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 间歇生产过程间歇生产过程 物料都是一批批加入生产装置进行加工处理的物料都是一批批加入生产装置进行加工处理的,属于非定属于非定态操作过程态操作过程,一般选一般选批为计算基准批为计算基准,对应计算单位为对应计算单位为Kg/B、Kmol/B、m3/B。原料消耗计算、成本核算原料消耗计算、成本核算可以单位产品数量作为计算基准。可以单位产品数量作为计算基准。CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 4.1.4计算步骤计算步骤1.画出物料平衡关系示意图画
95、出物料平衡关系示意图 在了解工艺操作过程的基础上在了解工艺操作过程的基础上,根据工艺流程草图画出物料平衡根据工艺流程草图画出物料平衡关系示意图。其中关系示意图。其中,设备或工序可用方框表示、无物料变化的设备设备或工序可用方框表示、无物料变化的设备或工序可省去不画、图中应表明物流号、名称及流向。或工序可省去不画、图中应表明物流号、名称及流向。2.注明变化过程注明变化过程明确物料在个设备或工序中发生的化学变化及物理化学变化明确物料在个设备或工序中发生的化学变化及物理化学变化,写写出主、副反应方程式出主、副反应方程式。CompanyLOGODesign of Polymer Engineering,
96、 Zhuhai Campus, BIT 3.收集数据资料收集数据资料 生产规模、生产规模、生产时间、生产时间、相关技术指标相关技术指标(如原料消耗量、各设如原料消耗量、各设备损失量、配料比、循环比、回流比、转化率、单程收率、回收备损失量、配料比、循环比、回流比、转化率、单程收率、回收率等率等)、质量标准、质量标准(原料、助剂、中间产物和产品规格、组成及相原料、助剂、中间产物和产品规格、组成及相关物理化学常数关物理化学常数)、化学变化及物理化学变化的变化关系。、化学变化及物理化学变化的变化关系。4.选择计算基准及计算单位选择计算基准及计算单位 整个计算过程应保持计算基准与计算单位一致整个计算过程
97、应保持计算基准与计算单位一致,避免出错。有避免出错。有时根据特殊需要局部工序或设备可另设计算基准及单位时根据特殊需要局部工序或设备可另设计算基准及单位,最后要求最后要求进行单位换算建立各工序或各设备之间正确的物料时间平衡关系。进行单位换算建立各工序或各设备之间正确的物料时间平衡关系。CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 5.确定计算顺序确定计算顺序 对于已有生产装置进行的标定或挖潜改造做的物料衡算对于已有生产装置进行的标定或挖潜改造做的物料衡算,可直可直接采用顺流程计算。接采用顺流程计算。对于待建生产装置的工艺
98、设计对于待建生产装置的工艺设计,先将产量换算成单位时间处理先将产量换算成单位时间处理原料量原料量,然后采用然后采用顺流程顺流程计算。计算。对于复杂的生产过程对于复杂的生产过程,可先将生产过程分解到工序并对各工序可先将生产过程分解到工序并对各工序进行物料衡算进行物料衡算,然后将各个工序分解到各个设备并进行物料衡算。然后将各个工序分解到各个设备并进行物料衡算。对于简单的生产过程可直接对整套装置中的对于简单的生产过程可直接对整套装置中的各个设备各个设备进行物料进行物料衡算。衡算。CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT
99、6.展开计算展开计算 根据所收集的数据资料及选择的计算基准和单位根据所收集的数据资料及选择的计算基准和单位,按照确定的按照确定的计算顺序运用化学、化工及物化知识计算顺序运用化学、化工及物化知识(如质量守恒定律、化学计量、如质量守恒定律、化学计量、组分数量分率约束式、设备约束式组分数量分率约束式、设备约束式(包括进料比、相平衡关系、化包括进料比、相平衡关系、化学平衡关系、转化率和选择性等学平衡关系、转化率和选择性等),逐个工序、逐台设备建立物料逐个工序、逐台设备建立物料平衡关系式平衡关系式,进行物料平衡计算。进行物料平衡计算。7.整理并校核计算结果整理并校核计算结果 对每个工序或设备进行物料衡算
100、后必须立即根据约束条件对对每个工序或设备进行物料衡算后必须立即根据约束条件对计算结果进行校核计算结果进行校核,确保计算结果正确无误。当计算全部结束后必确保计算结果正确无误。当计算全部结束后必须及时整理、须及时整理、编写物料衡算说明书编写物料衡算说明书(包括数据资料、计算公式、全包括数据资料、计算公式、全部计算过程及计算结果等部计算过程及计算结果等)CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 8.绘制物料流程图绘制物料流程图,编写物料平衡表编写物料平衡表 物料流程图及物料平衡表是说明物料衡算结果的一种简捷物料流程图及物
101、料平衡表是说明物料衡算结果的一种简捷而清晰的表示方法而清晰的表示方法,它们能够清楚地它们能够清楚地表示出各种物料在流程中的表示出各种物料在流程中的位置、位置、数量、数量、组成、组成、流动方向、流动方向、相互之间的关系等。相互之间的关系等。物料衡算结束后，必须利用计算结果对全流程进行经济分析物料衡算结束后，必须利用计算结果对全流程进行经济分析与评价、考查生产能力、生产效率、生产成本等是否符合预期的与评价、考查生产能力、生产效率、生产成本等是否符合预期的要求，物料消耗是否合理，工艺条件是否合适等，同时及时发现要求，物料消耗是否合理，工艺条件是否合适等，同时及时发现和解决流程设计中存在的问题。和解决
102、流程设计中存在的问题。CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 4.2连续生产过程的物料衡算连续生产过程的物料衡算 对反应比较简单或仅有一个反应且只有一个未知数的情况可直对反应比较简单或仅有一个反应且只有一个未知数的情况可直接求算；对反应比较复杂，物料衡算应依物料流动顺序分步进行。接求算；对反应比较复杂，物料衡算应依物料流动顺序分步进行。 直接求算法直接求算法利用结点进行衡算利用结点进行衡算 在化工生产中常有某些产品的组成需要用旁路调节才能送往下在化工生产中常有某些产品的组成需要用旁路调节才能送往下一个工序的情况，
103、可采用结点进行衡算如图一个工序的情况，可采用结点进行衡算如图4-1所示。所示。CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 生产过程中常有不参加反应的物料，即惰性物料。由于这种惰生产过程中常有不参加反应的物料，即惰性物料。由于这种惰性物料数量在反应器的进出物料中不变化，因此可利用它与其它物性物料数量在反应器的进出物料中不变化，因此可利用它与其它物料在组分中的比例关系求取其它物料的数量，此惰性物料为衡算联料在组分中的比例关系求取其它物料的数量，此惰性物料为衡算联系物。系物。 利用联系组分进行物料衡算利用联系组分进行物料衡
104、算图4-1 结点CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 4.3间歇生产过程的物料衡算间歇生产过程的物料衡算 必须建立时间平衡关系，必须建立时间平衡关系，避免造成设备之间生产能力大小相避免造成设备之间生产能力大小相差悬殊的不合理状况。收集数据时要注意整个工作周期的操作顺差悬殊的不合理状况。收集数据时要注意整个工作周期的操作顺序和每项操作时间；把所有操作时间作为时间平衡的单独一项记序和每项操作时间；把所有操作时间作为时间平衡的单独一项记录，进行时间平衡时需考虑不均衡系数。可根据生产周期的每项录，进行时间平衡时需考虑不
105、均衡系数。可根据生产周期的每项操作时间分析影响提高生产效率的关系问题。操作时间分析影响提高生产效率的关系问题。 在化工生产中，循环过程比较多见，如部分产品的循环（如在化工生产中，循环过程比较多见，如部分产品的循环（如回流）回流）、未反应原料分离后循环再利用等。目的是维持操作。控、未反应原料分离后循环再利用等。目的是维持操作。控制产品质量。降低原料消耗。提高原料利用率等。制产品质量。降低原料消耗。提高原料利用率等。4.4循环过程的物料衡算循环过程的物料衡算CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 4.4.1典型稳定循
106、环过程典型稳定循环过程表示将再循环流包括在内表示将再循环流包括在内的整个过程；的整个过程；表示新鲜原料表示新鲜原料F与循环物与循环物料料R混合后的物料同进入工混合后的物料同进入工艺过程的总物料流间的物料艺过程的总物料流间的物料平衡；平衡；表示工艺过程的物料平衡表示工艺过程的物料平衡（总进料与总产物流间的平（总进料与总产物流间的平衡）；衡）；表示总产物流与它被分离表示总产物流与它被分离后所形成的净产品流后所形成的净产品流P和循和循环流环流R间的平衡；间的平衡；图4-2 典型的稳定循环过程CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus
107、, BIT 4.4.2其它类型循环过程其它类型循环过程 净化循环过程、旁路流程过程、双循环过程、多循环过程、净化循环过程、旁路流程过程、双循环过程、多循环过程、循环圈相套过程以及复杂循环过程。图循环圈相套过程以及复杂循环过程。图3-3(a)和和3-3(b)分别为净化分别为净化循环过程和旁路流程过程。循环过程和旁路流程过程。图4-3 其它类型循环过程CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 4.5物料衡算示例物料衡算示例例例1、PET连续聚合反应过程的物料衡算连续聚合反应过程的物料衡算本聚对苯二甲酸乙二醇酯本聚对苯二
108、甲酸乙二醇酯(PET)连续操作工艺是采用高纯度对连续操作工艺是采用高纯度对苯二甲酸（苯二甲酸（PTA）与乙二醇（）与乙二醇（EG）为原料，直接酯化后经缩聚反）为原料，直接酯化后经缩聚反应得到应得到PET。单条生产线每年可生产。单条生产线每年可生产10万吨万吨PET,这条生产线主要这条生产线主要由浆料配制工序、聚合工序、切粒包装工序、回收工序四个工序由浆料配制工序、聚合工序、切粒包装工序、回收工序四个工序组成。其中组成。其中,图图3-4为聚合工序的工艺流程草图，图中没有全部画为聚合工序的工艺流程草图，图中没有全部画出次要设备和次要物料管线。出次要设备和次要物料管线。CompanyLOGODesi
109、gn of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 图4-4 PTA直接酯化缩聚连续操作工艺流程草图CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 一、画出物料平衡关系示意图一、画出物料平衡关系示意图 完整完整PET连续操作工序的物料衡算过程比较复杂，为了说连续操作工序的物料衡算过程比较复杂，为了说明问题，只对流经反应器的物流进行物料衡算，流经反应器物明问题，只对流经反应器的物流进行物料衡算，流经反应器物料平衡关系简图料平衡关系简图,如图如图4-5所示所示。图4-5 PTA直接酯化
110、缩聚连续操作主反应器物料平衡关系示意图CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 二二、明确物料发生的化学变化与物理化学变化，写出主、副反、明确物料发生的化学变化与物理化学变化，写出主、副反应方程式应方程式化学变化。化学变化。PET合成过程中合成过程中,每个反应器中都发生酯化反应、酯每个反应器中都发生酯化反应、酯化缩聚反应和缩聚反应化缩聚反应和缩聚反应,其反应方程式其反应方程式(用官能团表示用官能团表示)如下如下:酯化反应酯化反应:CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Z
111、huhai Campus, BIT 酯化缩聚反应酯化缩聚反应:缩聚反应缩聚反应:CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 为了描述各反应进行的程度特做如下定义为了描述各反应进行的程度特做如下定义:酯化率酯化率:缩聚反应程度缩聚反应程度:乙二醇与乙二醇与PTA摩尔比摩尔比:平均聚合度平均聚合度:CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 物理化学变化（相变化）。在各物理化学变化（相变化）。在各酯酯化釜中，由于反应温度高化釜中，由于反应温度高
112、于水和于水和EG的沸的沸点点,酯酯化生成的水被蒸出反应体系。化生成的水被蒸出反应体系。根据根据气液平衡气液平衡关系，反应液中仍含有少量的水关系，反应液中仍含有少量的水,水蒸出时夹带出一定比例的水蒸出时夹带出一定比例的EG,蒸出蒸出的的EG经分离后全部返回到反应器中，经分离后全部返回到反应器中，因此各酯化反应器中因此各酯化反应器中原料配比不变原料配比不变,即即MrMr0。在缩聚反应釜中，为了使缩聚反应向生成聚合物的方向移动，在缩聚反应釜中，为了使缩聚反应向生成聚合物的方向移动，需尽量降低反应液中需尽量降低反应液中EG的含量，的含量，因此因此,缩聚阶段特别是反应后期，缩聚阶段特别是反应后期，需在高
113、真空的条件下进行需在高真空的条件下进行,各缩聚釜中生成各缩聚釜中生成的的EG大部分被蒸出，大部分被蒸出，使使MrMr0。CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 三、三、收集数据资料收集数据资料生产时间。年工作日：生产时间。年工作日：336d/a（24h/d）生产规模。设计任务书中规定的年产量生产规模。设计任务书中规定的年产量为为10万吨万吨相关技术指标相关技术指标工艺配方：工艺配方：催化剂用量：催化剂用量：c=0.05WtPTA消光剂用量：消光剂用量：d0.5WtPTA（配制成（配制成20EG混合浆液）混合浆液）
114、投料配比：投料配比：Mr0NE0:NT01.12切粒、包装工序物料损失率：切粒、包装工序物料损失率：e=0.5质量标准（略）质量标准（略）CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 化学变化及物理化学变化的变化关系化学变化及物理化学变化的变化关系 因各反应器中发生的主要化学反应相同因各反应器中发生的主要化学反应相同,反应的进行程度反应的进行程度(x、p)不同不同,因此因此,各反应器中物料组成变化的计量关系是相同的各反应器中物料组成变化的计量关系是相同的。各反应器反应液中聚合物数量为各反应器反应液中聚合物数量为:各反应
115、器反应液中乙二醇数量为各反应器反应液中乙二醇数量为:酯化反应生成水数量为酯化反应生成水数量为:CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 各酯化釜中水各酯化釜中水、EG的汽化量和反应液中残留量参考表的汽化量和反应液中残留量参考表4-1计算计算各缩聚釜蒸出各缩聚釜蒸出EG数量为数量为:四、四、选择计算基准与计算单位选择计算基准与计算单位 连续操作过程，连续操作过程，可选择时间为可选择时间为计算基准，计算单位为计算基准，计算单位为kg/h表4-1 各酯化釜中水、EG的汽化量和反应液中残留量CompanyLOGODesig
116、n of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 六、六、计算主要原料计算主要原料(PTA)投料流量投料流量五、五、确定计算顺序确定计算顺序可得到产品产量与主要原料（可得到产品产量与主要原料（PTA）投料量之间的比例关系，）投料量之间的比例关系，宜宜采用顺流程的计算顺序。采用顺流程的计算顺序。PET熔体流量与熔体流量与PTA理论投料理论投料WT的关系为的关系为:CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 该生产装置年产量为该生产装置年产量为10万吨万吨,年开工年开工336d,连
117、续生产连续生产,切粒、包切粒、包装工序物料损失率为装工序物料损失率为0.5%,因此因此PET熔体流量为熔体流量为:PTA实际投料质量流量为实际投料质量流量为:PTA实际投料摩尔流量为实际投料摩尔流量为:CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 七、顺流程逐个设备展开计算七、顺流程逐个设备展开计算R101物料衡算物料衡算图图4-6为为R101物料平衡示意图。物料平衡示意图。101.0CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 101.210
118、1.3101.1CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT R102物料衡算物料衡算图图4-7为为R102物料平衡示意图。物料平衡示意图。102.2102.30.9CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 102.1CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Cam
119、pus, BIT R201物料衡算物料衡算图图4-8为为R201物料平衡示意图。物料平衡示意图。 在在R201中加入消光剂中加入消光剂EG溶液溶液(003.1)。由于抽真空会有少量聚合物被夹带出使由于抽真空会有少量聚合物被夹带出使201.1中的中的NT0减少为减少为减少为减少为NT0,同时夹带出极少量同时夹带出极少量的消光剂和催化剂。的消光剂和催化剂。003.1(20%消光剂消光剂-EG混合浆液混合浆液)CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 201.1CompanyLOGODesign of Polymer E
120、ngineering, Zhuhai Campus, BIT 201.2CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 202.1R202物料衡算物料衡算图图4-9为为R202物料平衡示意图。物料平衡示意图。 在在R202中由于抽真空会有少量聚合物被夹带中由于抽真空会有少量聚合物被夹带出使出使201.1中的中的NT0减少为减少为减少为减少为NT0,同时夹带出极少量同时夹带出极少量的消光剂和催化剂。的消光剂和催化剂。CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campu
121、s, BIT 202.2CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT R203物料衡算物料衡算图图4-10为为R203物料平衡示意图。物料平衡示意图。203.1203.2CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 计算出的计算出的203.1数量与开始时求出的数量与开始时求出的PET熔体的流量相同熔体的流量相同,说明物说明物料衡算的整个过程是正确的。料衡算的整个过程是正确的。 八、绘制物料流程图八、绘制物料流程图,编写物料平衡表编写物料平衡表(
122、见图见图4-11,表表4-2)CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 图4-11 物料流程图CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 表4-2 物料平衡表CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 例例2、丙烯酸反相悬浮聚合间歇操作过程的物料衡算、丙烯酸反相悬浮聚合间歇操作过程的物料衡算丙烯酸反相悬浮聚合制备高吸水树脂的生产过程主要由原料准丙烯酸反相悬浮聚合
123、制备高吸水树脂的生产过程主要由原料准备工序、聚合工序、分离工序、聚合物后处理工序组成。本例中只备工序、聚合工序、分离工序、聚合物后处理工序组成。本例中只对聚合工序做物料衡算，其工艺流程草图见图对聚合工序做物料衡算，其工艺流程草图见图4-12。CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 一、画出物料平衡关系示意图一、画出物料平衡关系示意图 对于物料数量和组成都没有发生变化的设备可不做物料衡算对于物料数量和组成都没有发生变化的设备可不做物料衡算,因此示意图中可不画出因此示意图中可不画出T101、T102、P101、P10
124、2、P103等设备等设备,如图如图4-13所示所示。图4-13 丙烯酸反相悬浮聚合间歇操作物料平衡关系示意图CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 二、明确物料发生的化学变化与物理化学变化二、明确物料发生的化学变化与物理化学变化,写出主、写出主、副反应方程式副反应方程式V101、V103、V104中是单纯物料混合，无相变与化学变化中是单纯物料混合，无相变与化学变化。 V102中中75%的丙烯酸被中和的丙烯酸被中和,中和反应方程式如下中和反应方程式如下:R101中引发剂引发单体进行聚合反应中引发剂引发单体进行聚合反
125、应,其反应方程式如下其反应方程式如下:CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 三、收集数据资料三、收集数据资料生产时间。年工作日：生产时间。年工作日：330d/a（24h/d）;间歇操作间歇操作,V101、V102、V103、R101每天每天8批批,V104每天每天1批。批。生产规模。设计任务书中规定的年产量生产规模。设计任务书中规定的年产量为为4000吨吨相关技术指标相关技术指标(见表见表4-3)表4-3 相关技术指标CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuha
126、i Campus, BIT 化学变化参数。加入化学变化参数。加入NaOH能够与丙烯酸完全反应，生成丙烯酸能够与丙烯酸完全反应，生成丙烯酸钠。各组分相对分子质量如下：钠。各组分相对分子质量如下：质量标准。原料质量标准。原料NaOH溶液浓度为溶液浓度为50，其他原料均视为纯物质。，其他原料均视为纯物质。其中：其中：75%中和的丙烯酸单体混合物平均相对分子质量中和的丙烯酸单体混合物平均相对分子质量为为：720.25940.75=88.50聚合反应过程中单体完全参加反应，转化率可视为聚合反应过程中单体完全参加反应，转化率可视为100%，单体混，单体混合物与聚合物之间无化学计量上的变化，但引发剂结合到聚
127、合物分子合物与聚合物之间无化学计量上的变化，但引发剂结合到聚合物分子链上，会使聚合物数量略有增加。链上，会使聚合物数量略有增加。CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 四、选择物料衡算基准及计算单位四、选择物料衡算基准及计算单位 由于产物与原料之间化学计量关系比较简单，且整个工艺过程由于产物与原料之间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量之间的比例关系，所以比较简单，容易得到产量与单体原料投料量之间的比例关系，所以采用顺流程的计算顺序。采用顺流程的计算顺序。 间歇操作过程，基准
128、为间歇操作过程，基准为“批批”，单位为，单位为B/d。大部分设备的操。大部分设备的操作周期为作周期为8B/d，只有，只有V104操作周期为操作周期为1B/d。引发剂向。引发剂向R101进料周进料周期为期为8B/d，所以在做物料衡算时，物料，所以在做物料衡算时，物料M11的数量仍以的数量仍以8B/d计算。计算。在做设备工艺计算时，在做设备工艺计算时，V104的体积大小应按的体积大小应按1B/d处理量进行计算。处理量进行计算。五、确定计算顺序五、确定计算顺序CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 六、计算主要原料六、
129、计算主要原料(丙烯酸丙烯酸)投料数量投料数量该生产装置年产量该生产装置年产量4000t，年开工，年开工330d，每天生产，每天生产8批，后处理中批，后处理中聚合物损失率聚合物损失率2%。引发剂引发剂(0.2%单体质量单体质量)全部结合到聚合物中全部结合到聚合物中单体单体100%转化成聚合物转化成聚合物,且单体的相对分子质量与聚合物结构单元相且单体的相对分子质量与聚合物结构单元相对分子质量相同对分子质量相同丙烯酸相对分子质量丙烯酸相对分子质量:单体平均相对分子质量单体平均相对分子质量=72:88.5CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai
130、Campus, BIT 七、顺流程逐个设备展开计算七、顺流程逐个设备展开计算V102物料衡算物料衡算图图4-14为为V102物料平衡示意图。物料平衡示意图。M1(原料丙烯酸原料丙烯酸)丙烯酸丙烯酸M4(30%NaOH溶液溶液)CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT M6(45%单体溶液单体溶液)M5(无离子水无离子水B)CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT V101物料衡算物料衡算图图3-15为为V101物料平衡示意图。物料平衡示
131、意图。M4(30%NaOH溶液溶液)=1743.49KgB%1M2(50%NaOH溶液溶液)M3(无离子水无离子水A)=1220.44-523.05=697.39KgB-1CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT V103物料衡算物料衡算 图图3-16为为V103物料平衡示意图。物料平衡示意图。 已知正庚烷与单体配比为已知正庚烷与单体配比为4:1,分散剂用量为分散剂用量为2%单体质量。单体质量。M7M8M9CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus
132、, BIT R101物料衡算物料衡算图图4-17为为R101物料平衡示意图。物料平衡示意图。M10(待聚合液待聚合液)=M4+M9M11(引发剂水溶液引发剂水溶液)CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT M12(聚合物混合液聚合物混合液)V104(引发剂调配罐引发剂调配罐)物料衡算物料衡算M13引发剂引发剂= =M14H2O=CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 八、整理并校核计算结果八、整理并校核计算结果对如图对如图4-18所示
133、的聚合工序全面物料平衡计算所示的聚合工序全面物料平衡计算,利用物料守恒定利用物料守恒定律进行校核。律进行校核。九、绘制物料流程图九、绘制物料流程图,编写物料平衡表编写物料平衡表(见图见图4-19,表表4-4)CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 图4-19 物料流程图CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 表4-4 物料平衡表CompanyLOGO5 能量衡算能量衡算定能量衡算定义 根根据据能能量量守守恒恒定定律律，利利用用能能量
134、量传递和和转化化的的规则，用用以以确确定定能能量量比比例例和和能能量量转变的的定定量量关关系系的的过程程称称为能能量衡算。量衡算。CompanyLOGO能量衡算可以解决的问题 (1)(1)确定物料确定物料输送机械和其它操作机械所需要的功率；送机械和其它操作机械所需要的功率； (2)(2)确确定定各各单元元操操作作过程程所所需需热量量或或冷冷量量，及及其其传递速速率率；计算算换热设备的的工工艺尺尺寸寸；确确定定加加热剂或或冷冷却却剂的的消消耗耗量量，为其其他他专业如如供供汽汽、供供冷冷、供供水水专业提提供供设条件；条件； (3)(3)化化学学反反应常常伴伴有有热效效应，导致致体体系系的的温温度度
135、上上升升或或下下降降，为此此需需确确定定为保保持持一一定定反反应温温度度所所需需的的移移出出或或加加入的入的热传递速率；速率； (4)(4)为充充分分利利用用余余热，必必须采采取取有有效效措措施施，使使过程程的的总能能耗耗降降低低到到最最低低程程度度。为提提高高能能量量利利用用率率，降降低低能能耗耗提供重要依据。提供重要依据。 (5)(5)最最终确定确定总需求能量和能量的需求能量和能量的费用。用。CompanyLOGO能量平衡方程式 能量衡算平衡方程式能量衡算平衡方程式 E:E:表示体系能量总变化；表示体系能量总变化； Q:Q: 表示体系从环境吸收的热量；表示体系从环境吸收的热量； W: W:
136、 表示环境对体系所做的功。表示环境对体系所做的功。CompanyLOGO热量衡算热量衡算有两种情况：热量衡算有两种情况： 1 1）对单元设备做热量衡算；）对单元设备做热量衡算； 2 2）整个过程的热量衡算。）整个过程的热量衡算。 （当当各各个个工工序序或或单单元元操操作作之之间间有有热热量量交交换换时时，必必须须做做全全过过程程的的热热量衡算。）量衡算。）CompanyLOGO热量衡算方程式 QQ入入= Q= Q出出 - Q- Q损损 式中式中:Q:Q入入 一输入设备热量总和；一输入设备热量总和； Q Q出出 输出设备热量总和；输出设备热量总和； Q Q损损 损失热量总和。损失热量总和。 Co
137、mpanyLOGO热量衡算步骤(1)(1)绘制以单位时间为基准的物料流程图，确定热量绘制以单位时间为基准的物料流程图，确定热量 平衡范围；平衡范围；(2)(2)在物料流程图上标明已知温度、压力、相态等已在物料流程图上标明已知温度、压力、相态等已 知条件；知条件；(3)(3)选定计算基准温度。由于手册，文献上查到的热选定计算基准温度。由于手册，文献上查到的热 力学数据大多数是力学数据大多数是273K273K或或298K298K的数据，故选此温的数据，故选此温 度为基准温度，计算比较方便。计算时相态的确度为基准温度，计算比较方便。计算时相态的确 定也是很重要的；定也是很重要的；(4)(4)列出热量
138、衡算式，然后用数学方法求解未知值；列出热量衡算式，然后用数学方法求解未知值；(5)(5)整理并校核计算结果，列出热量平衡表。整理并校核计算结果，列出热量平衡表。CompanyLOGO进行热量衡算注意事项(1)(1)热量衡算量衡算时要先根据物料的要先根据物料的变化和走向，化和走向，认真分析真分析热量量间的关系，然后根据的关系，然后根据热量守衡定律列出量守衡定律列出热量关系式。量关系式。(2)(2)要弄清楚要弄清楚过程中出程中出现的的热量形式，以便搜集有关的量形式，以便搜集有关的物性数据物性数据。CompanyLOGO进行热量衡算注意事项 (3)(3)计算算结果是否正确适用，关果是否正确适用，关键
139、在于数在于数 据的正确性和可靠性。据的正确性和可靠性。 (4)(4)间歇操作歇操作设备，传热量量Q Q随随时间而而变 化，因此要用不均衡系数将化，因此要用不均衡系数将设备的的 热负荷由千焦台荷由千焦台换算算为千焦小千焦小 时。 (5)(5)选定定设备的的换热面面积要大于理要大于理论计算。算。 CompanyLOGO152第第6 6章章 设备的工艺设计设备的工艺设计1 设备选型及设计的原则2反应器的工艺设计3液体输送机械的选型设计4换热设备的选择及工艺设计5贮罐的选型及工艺设计贮罐的选型及工艺设计CompanyLOGOCompanyLOGOCompanyLOGOCompanyLOGOCompan
140、yLOGOCompanyLOGOCompanyLOGO1592 2反应器反应器(Reactor)(Reactor)的选型与设计的选型与设计 聚合反应过程的特点：聚合反应过程的特点： 反应机理复杂，产品质量指标反应机理复杂，产品质量指标多，大多数反应体系随聚合反应的多，大多数反应体系随聚合反应的进行，粘度急剧上升，物理粘壁现进行，粘度急剧上升，物理粘壁现象严重，搅拌流动困难，传热传质象严重，搅拌流动困难，传热传质不均匀等。不均匀等。CompanyLOGO1601 1 反应动力学要求反应动力学要求 （或产品质量与产量的要求）（或产品质量与产量的要求）2 2 热量传递的要求热量传递的要求3 3 质量
141、传递过程与动量传递过程的要求质量传递过程与动量传递过程的要求4 4 过程操作与控制的要求过程操作与控制的要求5 5 机械工程的要求机械工程的要求（1 1）结构型式）结构型式（2 2）材质选定）材质选定6 6 技术经济管理的要求技术经济管理的要求 一一 对反应器的工艺要求与设计要点对反应器的工艺要求与设计要点CompanyLOGO1611 1 1 1 反反反反应应应应动动动动力力力力学学学学要要要要求求求求（或或或或产产产产品品品品质质质质量量量量与与与与产产产产量量量量的的的的要要要要求）求）求）求） 根根根根据据据据动动动动力力力力学学学学确确确确定定定定一一一一定定定定的的的的转转转转化化
142、化化率率率率和和和和反反反反应应应应时时时时间间间间，从从从从而而而而决决决决定定定定满满满满足足足足一一一一定定定定生生生生产产产产规规规规模模模模所所所所需需需需的的的的反反反反应应应应器器器器容积，进而确定设备的工艺尺寸等。容积，进而确定设备的工艺尺寸等。容积，进而确定设备的工艺尺寸等。容积，进而确定设备的工艺尺寸等。该该该该因因因因素素素素对对对对设设设设备备备备的的的的选选选选型型型型、操操操操作作作作方方方方式式式式的的的的确确确确定定定定和和和和设设设设备台数都有较大影响。备台数都有较大影响。备台数都有较大影响。备台数都有较大影响。2 2 2 2 热量传递的要求热量传递的要求热量
143、传递的要求热量传递的要求 及时移出反应热，保证反应过程正常进行，及时移出反应热，保证反应过程正常进行，及时移出反应热，保证反应过程正常进行，及时移出反应热，保证反应过程正常进行，需要解决传热方式和传热装置问题，还需需要解决传热方式和传热装置问题，还需需要解决传热方式和传热装置问题，还需需要解决传热方式和传热装置问题，还需设计出可靠的计测控制系统以便对反应温设计出可靠的计测控制系统以便对反应温设计出可靠的计测控制系统以便对反应温设计出可靠的计测控制系统以便对反应温度实施有效的检测和控制。度实施有效的检测和控制。度实施有效的检测和控制。度实施有效的检测和控制。 CompanyLOGO3 3 3 3
144、 质量传递过程与流体动力学过程的要求质量传递过程与流体动力学过程的要求质量传递过程与流体动力学过程的要求质量传递过程与流体动力学过程的要求 为为为为使使使使反反反反应应应应和和和和传传传传热热热热正正正正常常常常进进进进行行行行反反反反应应应应系系系系统统统统的的的的物物物物料料料料流流流流动动动动需需需需满满满满足足足足既既既既定定定定要要要要求求求求。为为为为此此此此，设设设设计计计计时时时时采采采采用用用用在在在在管管管管式式式式反反反反应应应应器器器器外外外外面面面面加加加加设设设设泵泵泵泵用用用用以以以以调调调调节节节节流流流流量量量量和和和和流流流流速速速速，或在釜式反应器内设置搅
145、拌等措施。或在釜式反应器内设置搅拌等措施。或在釜式反应器内设置搅拌等措施。或在釜式反应器内设置搅拌等措施。4 4 4 4 工程控制的要求工程控制的要求工程控制的要求工程控制的要求 为为为为保保保保证证证证生生生生产产产产稳稳稳稳定定定定、可可可可靠靠靠靠、安安安安全全全全地地地地进进进进行行行行，设设设设计计计计反反反反应器时必须重视安全操作和自动控制。应器时必须重视安全操作和自动控制。应器时必须重视安全操作和自动控制。应器时必须重视安全操作和自动控制。例例例例如如如如设设设设置置置置防防防防爆爆爆爆膜膜膜膜、安安安安全全全全阀阀阀阀、自自自自动动动动排排排排料料料料阀阀阀阀以以以以及及及及快
146、快快快速速速速终终终终止止止止聚聚聚聚合合合合反反反反应应应应等等等等措措措措施施施施。为为为为此此此此目目目目的的的的而而而而设设设设计计计计地地地地工工工工艺艺艺艺接接接接管管管管和和和和辅辅辅辅助助助助设设设设备备备备等等等等均均均均需需需需仔仔仔仔细细细细考考考考虑虑虑虑，并并并并尽尽尽尽量量量量采采采采用用用用自自自自动动动动控制。控制。控制。控制。CompanyLOGO1635 5 5 5 机械工程的要求机械工程的要求机械工程的要求机械工程的要求（1 1 1 1）结结结结构构构构型型型型式式式式 保保保保证证证证反反反反应应应应设设设设备备备备在在在在操操操操作作作作条条条条件件件
147、件下下下下有有有有足足足足够的强度、足够的传热面积，并易制造。够的强度、足够的传热面积，并易制造。够的强度、足够的传热面积，并易制造。够的强度、足够的传热面积，并易制造。（2 2 2 2）材质选定）材质选定）材质选定）材质选定 设备所用的材料对反应介质具有设备所用的材料对反应介质具有设备所用的材料对反应介质具有设备所用的材料对反应介质具有稳定型。材质必须耐腐蚀，对反应介质稳定，稳定型。材质必须耐腐蚀，对反应介质稳定，稳定型。材质必须耐腐蚀，对反应介质稳定，稳定型。材质必须耐腐蚀，对反应介质稳定，且材质力求价廉易得，尽量立足于国内。一般且材质力求价廉易得，尽量立足于国内。一般且材质力求价廉易得，
148、尽量立足于国内。一般且材质力求价廉易得，尽量立足于国内。一般不用碳钢制作，以防铁离子渗入反应体系干扰不用碳钢制作，以防铁离子渗入反应体系干扰不用碳钢制作，以防铁离子渗入反应体系干扰不用碳钢制作，以防铁离子渗入反应体系干扰反应或污染产品。用搪瓷或搪玻璃的设备。反应或污染产品。用搪瓷或搪玻璃的设备。反应或污染产品。用搪瓷或搪玻璃的设备。反应或污染产品。用搪瓷或搪玻璃的设备。6 6 6 6 技术经济管理的要求技术经济管理的要求技术经济管理的要求技术经济管理的要求经济效果的好与差是衡量设计质量的关键因素。经济效果的好与差是衡量设计质量的关键因素。经济效果的好与差是衡量设计质量的关键因素。经济效果的好与
149、差是衡量设计质量的关键因素。设计成果应当投资少，符合优质高产低耗的要设计成果应当投资少，符合优质高产低耗的要设计成果应当投资少，符合优质高产低耗的要设计成果应当投资少，符合优质高产低耗的要求，需采取多方面的措施。求，需采取多方面的措施。求，需采取多方面的措施。求，需采取多方面的措施。 CompanyLOGO164 按基本结构分类如下：按基本结构分类如下：按基本结构分类如下：按基本结构分类如下：管式、塔式反应器管式、塔式反应器管式、塔式反应器管式、塔式反应器釜式反应器釜式反应器釜式反应器釜式反应器特种反应器特种反应器特种反应器特种反应器二二二二 聚合反应器分类与选型聚合反应器分类与选型聚合反应器
150、分类与选型聚合反应器分类与选型CompanyLOGO165 管式、管式、管式、管式、塔式反应器塔式反应器塔式反应器塔式反应器特点：传热面积较大，传热系数较高，流体特点：传热面积较大，传热系数较高，流体特点：传热面积较大，传热系数较高，流体特点：传热面积较大，传热系数较高，流体流速较快，因此反应物料停留时间短，便流速较快，因此反应物料停留时间短，便流速较快，因此反应物料停留时间短，便流速较快，因此反应物料停留时间短，便于分段控制以创造最适宜的温度梯度和浓于分段控制以创造最适宜的温度梯度和浓于分段控制以创造最适宜的温度梯度和浓于分段控制以创造最适宜的温度梯度和浓度梯度。结构简单、耐高压等优点。度梯
151、度。结构简单、耐高压等优点。度梯度。结构简单、耐高压等优点。度梯度。结构简单、耐高压等优点。应用：应用：应用：应用： 一般用于规模大的气体反应和某些液一般用于规模大的气体反应和某些液一般用于规模大的气体反应和某些液一般用于规模大的气体反应和某些液体反应，还可用于强烈放热或吸热的化学体反应，还可用于强烈放热或吸热的化学体反应，还可用于强烈放热或吸热的化学体反应，还可用于强烈放热或吸热的化学反应。如反应。如反应。如反应。如LDPE,PPLDPE,PPLDPE,PPLDPE,PP生产中所用的生产中所用的生产中所用的生产中所用的管式反应器管式反应器管式反应器管式反应器。CompanyLOGO166特点
152、：特点：特点：特点：可间歇操作也可连续操作，停留时间可可间歇操作也可连续操作，停留时间可可间歇操作也可连续操作，停留时间可可间歇操作也可连续操作，停留时间可长可短，温度、压力范围可高可低，停止操长可短，温度、压力范围可高可低，停止操长可短，温度、压力范围可高可低，停止操长可短，温度、压力范围可高可低，停止操作后易开启清理。作后易开启清理。作后易开启清理。作后易开启清理。 釜式反应器（釜式反应器（釜式反应器（釜式反应器（Tank ReactorTank ReactorTank ReactorTank Reactor）应用：应用：应用：应用：一般由于有液相参加的化学反应，如液一般由于有液相参加的化
153、学反应，如液一般由于有液相参加的化学反应，如液一般由于有液相参加的化学反应，如液固，液液，液气，液固气。如固，液液，液气，液固气。如固，液液，液气，液固气。如固，液液，液气，液固气。如PP,PSPP,PSPP,PSPP,PS生产中所用的生产中所用的生产中所用的生产中所用的釜式反应器釜式反应器釜式反应器釜式反应器。分类：分类：分类：分类：间歇操作间歇操作间歇操作间歇操作 连续操作连续操作连续操作连续操作 半间歇釜式反应器半间歇釜式反应器半间歇釜式反应器半间歇釜式反应器CompanyLOGO167特种反应器特种反应器 特点：高粘度聚合体系，如螺杆型反应器、表特点：高粘度聚合体系，如螺杆型反应器、表
154、特点：高粘度聚合体系，如螺杆型反应器、表特点：高粘度聚合体系，如螺杆型反应器、表面更新型反应器（面更新型反应器（面更新型反应器（面更新型反应器（聚酯生产中后缩聚反应聚酯生产中后缩聚反应聚酯生产中后缩聚反应聚酯生产中后缩聚反应采采采采用的单轴或双轴卧式反应器）。用的单轴或双轴卧式反应器）。用的单轴或双轴卧式反应器）。用的单轴或双轴卧式反应器）。CompanyLOGO-168PPPPPPPP环环环环管管管管生生生生产产产产装装装装置置置置CompanyLOGO-169缩聚釜缩聚釜CompanyLOGO-170PVC 间歇聚合釜PVC 间歇聚合釜CompanyLOGO171三三 釜式反应器的基本结釜
155、式反应器的基本结构构 1 1 1 1 釜体釜体釜体釜体 提供足够的反应体积保证反应物达到提供足够的反应体积保证反应物达到提供足够的反应体积保证反应物达到提供足够的反应体积保证反应物达到规定转化率所需的时间，并且有足够的强度规定转化率所需的时间，并且有足够的强度规定转化率所需的时间，并且有足够的强度规定转化率所需的时间，并且有足够的强度和耐腐蚀能力以保证运行可靠。和耐腐蚀能力以保证运行可靠。和耐腐蚀能力以保证运行可靠。和耐腐蚀能力以保证运行可靠。 2 2 2 2 换热装置换热装置换热装置换热装置 有效地输入或移出热量，以保证有效地输入或移出热量，以保证有效地输入或移出热量，以保证有效地输入或移出
156、热量，以保证反应过程最适宜地温度。反应过程最适宜地温度。反应过程最适宜地温度。反应过程最适宜地温度。CompanyLOGO1723 3 3 3 搅拌器搅拌器搅拌器搅拌器 加强反应物料与催化剂均匀混合使之加强反应物料与催化剂均匀混合使之加强反应物料与催化剂均匀混合使之加强反应物料与催化剂均匀混合使之接触良好，使各类助剂均匀分散，使悬浮接触良好，使各类助剂均匀分散，使悬浮接触良好，使各类助剂均匀分散，使悬浮接触良好，使各类助剂均匀分散，使悬浮体系或乳液体系保持稳定，强化釜内传热体系或乳液体系保持稳定，强化釜内传热体系或乳液体系保持稳定，强化釜内传热体系或乳液体系保持稳定，强化釜内传热与传质。与传质
157、。与传质。与传质。作用：作用：作用：作用： 混合功能混合功能混合功能混合功能 搅动功能搅动功能搅动功能搅动功能 分散功能分散功能分散功能分散功能 悬浮功能悬浮功能悬浮功能悬浮功能 CompanyLOGO1734 4 4 4 轴密封装置轴密封装置轴密封装置轴密封装置 用来防止釜体与搅拌轴之间的泄漏。用来防止釜体与搅拌轴之间的泄漏。用来防止釜体与搅拌轴之间的泄漏。用来防止釜体与搅拌轴之间的泄漏。5 5 5 5 上、下封头上、下封头上、下封头上、下封头6 6 6 6 工艺接管工艺接管工艺接管工艺接管 为适应工艺需要，设备上必须有各种加为适应工艺需要，设备上必须有各种加为适应工艺需要，设备上必须有各种
158、加为适应工艺需要，设备上必须有各种加料口、出料口、视镜、人孔及测温孔等，其大料口、出料口、视镜、人孔及测温孔等，其大料口、出料口、视镜、人孔及测温孔等，其大料口、出料口、视镜、人孔及测温孔等，其大小和安装位置均由工艺条件确定。小和安装位置均由工艺条件确定。小和安装位置均由工艺条件确定。小和安装位置均由工艺条件确定。 CompanyLOGO-1741 1 1 1 反应釜体积计算反应釜体积计算反应釜体积计算反应釜体积计算（1 1 1 1）间歇反应釜间歇反应釜间歇反应釜间歇反应釜 （2 2 2 2）连续反应釜连续反应釜连续反应釜连续反应釜2 2 2 2 确定封头型式确定封头型式确定封头型式确定封头型
159、式3 3 3 3 确定封头与筒体的连接方式确定封头与筒体的连接方式确定封头与筒体的连接方式确定封头与筒体的连接方式4 4 4 4 反应釜直径反应釜直径反应釜直径反应釜直径D0D0D0D0与筒体高度与筒体高度与筒体高度与筒体高度H H H H的确定的确定的确定的确定5 5 5 5 计算并选择釜体内径。计算并选择釜体内径。计算并选择釜体内径。计算并选择釜体内径。 计算釜体直边高度。计算釜体直边高度。计算釜体直边高度。计算釜体直边高度。 计算最高液位、最低液位。计算最高液位、最低液位。计算最高液位、最低液位。计算最高液位、最低液位。 画出反应器几何外型示意图。画出反应器几何外型示意图。画出反应器几何
160、外型示意图。画出反应器几何外型示意图。6 6 6 6 应用举例应用举例应用举例应用举例 7 7 7 7 釜式反应器小结釜式反应器小结釜式反应器小结釜式反应器小结 我我 四四 釜式反应器设计程序及计算方法釜式反应器设计程序及计算方法CompanyLOGO175a.a.a.a.根据年产量确定日产量根据年产量确定日产量根据年产量确定日产量根据年产量确定日产量Wd Wd Wd Wd ，kgkgkgkgd-1d-1d-1d-1b.b.b.b.确定生产周期或每天生产批数确定生产周期或每天生产批数确定生产周期或每天生产批数确定生产周期或每天生产批数T=T=T=T=R+ R+ R+ R+ a (6-1)a (
161、6-1)a (6-1)a (6-1)式中式中式中式中 T T T T一个生产周期的时间，一个生产周期的时间，一个生产周期的时间，一个生产周期的时间，h h h h； R R R R反应达到预期转化率所需反应时间，反应达到预期转化率所需反应时间，反应达到预期转化率所需反应时间，反应达到预期转化率所需反应时间，h h h h； a a a a 辅助操作时间，辅助操作时间，辅助操作时间，辅助操作时间，h h h h。 则：每天生产批数则：每天生产批数则：每天生产批数则：每天生产批数 24 /24 /24 /24 /T T T T ( ( ( (6-2) 6-2) 6-2) 6-2) c.c.c.c.
162、选择反应器装料系数选择反应器装料系数选择反应器装料系数选择反应器装料系数 VR/VTVR/VTVR/VTVR/VT (6-3)(6-3)(6-3)(6-3) 式中式中式中式中 VR VR VR VR 反应物料所占体积，反应物料所占体积，反应物料所占体积，反应物料所占体积，m3 m3 m3 m3 VT VT VT VT 反应器实际体积，反应器实际体积，反应器实际体积，反应器实际体积，m3m3m3m3。 搅拌釜反应器，搅拌釜反应器，搅拌釜反应器，搅拌釜反应器，取取取取0.70.70.70.70.80.80.80.8，有起泡或沸腾时，取，有起泡或沸腾时，取，有起泡或沸腾时，取，有起泡或沸腾时，取0.
163、40.40.40.40.60.60.60.6。间歇釜式反应器容积计算方法间歇釜式反应器容积计算方法CompanyLOGO176d.d.计算反应器体积及台数计算反应器体积及台数计算反应器体积及台数计算反应器体积及台数间歇釜式反应器容积计算方法间歇釜式反应器容积计算方法多台反应器并联使用多台反应器并联使用多台反应器并联使用多台反应器并联使用或WWd d 日产量日产量日产量日产量 ，kgkg d d-1-1T T一个生产周期的时间，一个生产周期的时间，一个生产周期的时间，一个生产周期的时间，h h 每天生产批数每天生产批数每天生产批数每天生产批数 反应器装料系数反应器装料系数反应器装料系数反应器装料
164、系数V VR R 反应物料所占体积，反应物料所占体积，反应物料所占体积，反应物料所占体积，mm3 3 V VT T 反应器实际体积，反应器实际体积，反应器实际体积，反应器实际体积，mm3 3CompanyLOGO177 a.a.根据年产量确定每小时处理物料量根据年产量确定每小时处理物料量根据年产量确定每小时处理物料量根据年产量确定每小时处理物料量 d d , kg, kg h h-1-1； b.b.确定物料平均停留时间确定物料平均停留时间确定物料平均停留时间确定物料平均停留时间 ，( (无辅助操作时间无辅助操作时间无辅助操作时间无辅助操作时间) )，h h； c. c.确定装料系数确定装料系数
165、确定装料系数确定装料系数(同间歇操作同间歇操作同间歇操作同间歇操作); ); d.d.计算反应器体积及台数。计算反应器体积及台数。计算反应器体积及台数。计算反应器体积及台数。 连续操作反应液体积计算公式如下：连续操作反应液体积计算公式如下：连续操作反应液体积计算公式如下：连续操作反应液体积计算公式如下：连续釜式反应器容积计算方法连续釜式反应器容积计算方法CompanyLOGO178 a.a.标准椭圆封头标准椭圆封头标准椭圆封头标准椭圆封头(standard ellipse head) (standard ellipse head) b.b.碟封头碟封头碟封头碟封头(dished head) (
166、dished head) c. c.锥形封头（锥形封头（锥形封头（锥形封头（conical head) conical head) d.d.球面封头（球面封头（球面封头（球面封头（spherical head) spherical head) 封头封头封头封头(end plate)(end plate)是化工设备的重要组成部分，它与圆是化工设备的重要组成部分，它与圆是化工设备的重要组成部分，它与圆是化工设备的重要组成部分，它与圆形直筒部分一起组成设备的外壳，如储罐、塔设备、形直筒部分一起组成设备的外壳，如储罐、塔设备、形直筒部分一起组成设备的外壳，如储罐、塔设备、形直筒部分一起组成设备的外壳，
167、如储罐、塔设备、换热器、反应器等设备的釜体均是由筒体与封头组成换热器、反应器等设备的釜体均是由筒体与封头组成换热器、反应器等设备的釜体均是由筒体与封头组成换热器、反应器等设备的釜体均是由筒体与封头组成的。的。的。的。 确定封头型式确定封头型式CompanyLOGO179封头的设计参数及特点封头的设计参数及特点封头名称封头高度（h）封头侧面积(s)封头体积(V)特 点半球封头0.5D0.5D1.571D1.571D2 20.2618D0.2618D3 3标准椭圆封 头0.25D0.25D1.083D1.083D2 20.131D0.131D3 3应力分布均匀，封头与筒体的强度相等，应用最广碟封头
168、0.225D0.225D1.063D1.063D2 20.122D0.122D3 3曲面连接处存在弯曲应力，强度不如标准椭圆封头球面封头0.134D0.134D0.842D0.842D2 20.0539D0.0539D3 3一般用于卧式容器的两端封头平封头0D0D0.785D0.785D2 20D0D3 3600锥封头0.866D0.866D1.571D1.571D2 20.2267D0.2267D3 3应力分布不均匀，加工简单，造价低，排料容易，可用于低压反应器。如间歇缩聚反应，产物粘度高，采用1200锥封头作为下封头便于出料。1200锥封头0.375D0.375D1.123D1.123D2
169、 20.1397D0.1397D3 3900锥封头0.5D0.5D1.111D1.111D2 20.1309D0.1309D3 3CompanyLOGO180各种封头的外形尺寸各种封头的外形尺寸CompanyLOGO181 封头与筒体的连接形式有两种封头与筒体的连接形式有两种封头与筒体的连接形式有两种封头与筒体的连接形式有两种: : : :焊接连接和法兰连焊接连接和法兰连焊接连接和法兰连焊接连接和法兰连接。法兰连接便于设备内部结构的安装与检修，但接。法兰连接便于设备内部结构的安装与检修，但接。法兰连接便于设备内部结构的安装与检修，但接。法兰连接便于设备内部结构的安装与检修，但造价较高，密封性能
170、较差造价较高，密封性能较差造价较高，密封性能较差造价较高，密封性能较差; ; ; ;焊接连接设备结构简单、焊接连接设备结构简单、焊接连接设备结构简单、焊接连接设备结构简单、造价低、密封性能好，但不利于设备安装与检修，造价低、密封性能好，但不利于设备安装与检修，造价低、密封性能好，但不利于设备安装与检修，造价低、密封性能好，但不利于设备安装与检修，为此常在釜体上封头上开设人孔。一般来说，对于为此常在釜体上封头上开设人孔。一般来说，对于为此常在釜体上封头上开设人孔。一般来说，对于为此常在釜体上封头上开设人孔。一般来说，对于搅拌釜反应器，若反应器直径较大，对密封要求较搅拌釜反应器，若反应器直径较大，
171、对密封要求较搅拌釜反应器，若反应器直径较大，对密封要求较搅拌釜反应器，若反应器直径较大，对密封要求较高时，应采用焊接连接。若直径较小，内部结构比高时，应采用焊接连接。若直径较小，内部结构比高时，应采用焊接连接。若直径较小，内部结构比高时，应采用焊接连接。若直径较小，内部结构比较复杂，对安装和检修要求较明确时，可采用法兰较复杂，对安装和检修要求较明确时，可采用法兰较复杂，对安装和检修要求较明确时，可采用法兰较复杂，对安装和检修要求较明确时，可采用法兰连接。容器法兰及垫片的设计标准参见附录。连接。容器法兰及垫片的设计标准参见附录。连接。容器法兰及垫片的设计标准参见附录。连接。容器法兰及垫片的设计标
172、准参见附录。 容器法兰的密封面型式有平面、凹凸面和榫槽面容器法兰的密封面型式有平面、凹凸面和榫槽面容器法兰的密封面型式有平面、凹凸面和榫槽面容器法兰的密封面型式有平面、凹凸面和榫槽面三种三种三种三种 ( ( ( (图图图图) ) ) )，其中榫槽面法兰密封性能最好，平面法，其中榫槽面法兰密封性能最好，平面法，其中榫槽面法兰密封性能最好，平面法，其中榫槽面法兰密封性能最好，平面法兰最差，但平面法兰造价低，因此可根据设备的性兰最差，但平面法兰造价低，因此可根据设备的性兰最差，但平面法兰造价低，因此可根据设备的性兰最差，但平面法兰造价低，因此可根据设备的性能要求进行选择。能要求进行选择。能要求进行选
173、择。能要求进行选择。确定封头与筒体的连接方式确定封头与筒体的连接方式CompanyLOGO182法兰的结构及密封面型式法兰的结构及密封面型式CompanyLOGO183 H H H H 釜体总高度釜体总高度釜体总高度釜体总高度 (Height(Height(Height(Height，包括封头高度，包括封头高度，包括封头高度，包括封头高度) ) ) )，m m m m； D D D D 釜体直径釜体直径釜体直径釜体直径 (Diameter)(Diameter)(Diameter)(Diameter)，m m m m。 H/DH/DH/DH/D小小小小 ( ( ( (矮胖型矮胖型矮胖型矮胖型)
174、) ) )，釜内液体比表面积大，表面更新，釜内液体比表面积大，表面更新，釜内液体比表面积大，表面更新，釜内液体比表面积大，表面更新容易，小分子组分易汽化容易，小分子组分易汽化容易，小分子组分易汽化容易，小分子组分易汽化; ; ; ;搅拌轴相对较短，搅拌装搅拌轴相对较短，搅拌装搅拌轴相对较短，搅拌装搅拌轴相对较短，搅拌装置旋转稳定；搅拌桨直径大，需要搅拌功率高；对置旋转稳定；搅拌桨直径大，需要搅拌功率高；对置旋转稳定；搅拌桨直径大，需要搅拌功率高；对置旋转稳定；搅拌桨直径大，需要搅拌功率高；对传热面积的增加不利传热面积的增加不利传热面积的增加不利传热面积的增加不利; ; ; ;传热距离较长，传热
175、效果差。传热距离较长，传热效果差。传热距离较长，传热效果差。传热距离较长，传热效果差。 H/DH/DH/DH/D大大大大 ( ( ( (瘦高型瘦高型瘦高型瘦高型) ) ) )，釜内液体比表面积小，有利于气，釜内液体比表面积小，有利于气，釜内液体比表面积小，有利于气，釜内液体比表面积小，有利于气体吸收体吸收体吸收体吸收; ; ; ;搅拌轴较长，加工困难，且旋转不稳定搅拌轴较长，加工困难，且旋转不稳定搅拌轴较长，加工困难，且旋转不稳定搅拌轴较长，加工困难，且旋转不稳定; ; ; ;单单单单位反应器体积夹套传热面积较大，传热距离较短，位反应器体积夹套传热面积较大，传热距离较短，位反应器体积夹套传热面
176、积较大，传热距离较短，位反应器体积夹套传热面积较大，传热距离较短，传热效果较好。传热效果较好。传热效果较好。传热效果较好。反应釜直径反应釜直径D D0 0与筒体高度与筒体高度H H的确定的确定CompanyLOGO184反应釜直径反应釜直径D D0 0与筒体高度与筒体高度H H的确定的确定CompanyLOGO185 例例例例6-1 6-1 有一变容反应体系，采用搅拌釜反应器，日有一变容反应体系，采用搅拌釜反应器，日有一变容反应体系，采用搅拌釜反应器，日有一变容反应体系，采用搅拌釜反应器，日产量产量产量产量Wd=26.6td-1,Wd=26.6td-1,间歇操作。间歇操作。间歇操作。间歇操作。
177、RR3h3h、a=0.5ha=0.5h、mm970kgm-3970kgm-3、体积收缩系数、体积收缩系数、体积收缩系数、体积收缩系数 -0.2-0.2、 0.60.6、H/DH/D1.51.52 2，上下封头均用标准椭圆封头，如本，上下封头均用标准椭圆封头，如本，上下封头均用标准椭圆封头，如本，上下封头均用标准椭圆封头，如本题附图所示，确定反应器几何外形尺寸。题附图所示，确定反应器几何外形尺寸。题附图所示，确定反应器几何外形尺寸。题附图所示，确定反应器几何外形尺寸。 可以取可以取可以取可以取V=12MV=12MCompanyLOGO186解：解：解：解：查表查表查表查表6-16-1标准椭圆封头
178、的体积为标准椭圆封头的体积为标准椭圆封头的体积为标准椭圆封头的体积为0.131D0.131D3 3、h h封封封封D/4D/4。令：令：令：令：h h为釜体直边高度、为釜体直边高度、为釜体直边高度、为釜体直边高度、H H为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则： H Hh h+ +2h2h封封封封h+D/2=1.5Dh+D/2=1.5D反应液体积：反应液体积：反应液体积：反应液体积：若取若取若取若取H/DH/D1.51.5，则有：，则有：，则有：，则有：h hD D反应器总体积应为：反应器总体积应为：反应器总体积应为：反应器总体积应为：间歇
179、操作周期：间歇操作周期：间歇操作周期：间歇操作周期：CompanyLOGO187 虽虽虽虽然然然然反反反反应应应应器器器器属属属属于于于于非非非非标标标标准准准准设设设设备备备备，但但但但用用用用于于于于制制制制造造造造反反反反应应应应器器器器的的的的上上上上下下下下封封封封头头头头仍仍仍仍应应应应该该该该选选选选用用用用标标标标准准准准封封封封头头头头（参参参参见见见见附附附附录录录录）。因因因因为为为为H/DH/D取取取取得得得得较较较较小小小小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为所以此处按公称尺寸选定釜体直径为所以此处按公称尺寸选定釜体直径为所以此处按公称尺寸选定釜体直径为1.8m1.8m
180、。 釜体的直边高度为：釜体的直边高度为：釜体的直边高度为：釜体的直边高度为： 釜体实际高度为：釜体实际高度为：釜体实际高度为：釜体实际高度为： 根据表6-2取封头直边高度为50mm,釜体圆形直筒部分高度:2.020-20.051.920m 反应器的实际体积为：CompanyLOGO188最低液位：最低液位：最低液位：最低液位： 反应器实际长径比为：反应器实际长径比为：反应器实际长径比为：反应器实际长径比为：H/D=2.92/1.8=1.622H/D=2.92/1.8=1.622。最高液位：最高液位：最高液位：最高液位：CompanyLOGO189 小小 结结 定操作方式定操作方式定操作方式定操
181、作方式 反应器体积计算反应器体积计算反应器体积计算反应器体积计算 确定封头型式及连接方式确定封头型式及连接方式确定封头型式及连接方式确定封头型式及连接方式 确定釜体高度和直径确定釜体高度和直径确定釜体高度和直径确定釜体高度和直径 确定反应器的实际体积确定反应器的实际体积确定反应器的实际体积确定反应器的实际体积 反应器的实际长径比反应器的实际长径比反应器的实际长径比反应器的实际长径比 计算最高液位、最低液位计算最高液位、最低液位计算最高液位、最低液位计算最高液位、最低液位 画出反应器几何外形示意图画出反应器几何外形示意图画出反应器几何外形示意图画出反应器几何外形示意图CompanyLOGO190
182、 例例例例6-2 6-2 有一丙烯聚合反应体系，采用搅拌釜反应器，有一丙烯聚合反应体系，采用搅拌釜反应器，有一丙烯聚合反应体系，采用搅拌釜反应器，有一丙烯聚合反应体系，采用搅拌釜反应器，年产量年产量年产量年产量Wy=4250ty-1,Wy=4250ty-1,间歇操作间歇操作间歇操作间歇操作, ,年工作时间年工作时间年工作时间年工作时间80008000小时。小时。小时。小时。RR3.5h3.5h、a=1.5ha=1.5h、mm500kgm-3500kgm-3、体积收缩系数、体积收缩系数、体积收缩系数、体积收缩系数 -0.2-0.2、 0.60.6、H/DH/D1.81.82.52.5，上下封头均
183、用标准，上下封头均用标准，上下封头均用标准，上下封头均用标准椭圆封头，如本题附图所示，确定反应器几何外形尺椭圆封头，如本题附图所示，确定反应器几何外形尺椭圆封头，如本题附图所示，确定反应器几何外形尺椭圆封头，如本题附图所示，确定反应器几何外形尺寸。寸。寸。寸。CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 191则，则，D=4.380mD=4.380m 解：间歇操作周期为：解：间歇操作周期为：解：间歇操作周期为：解：间歇操作周期为： T=R+a=3.5+1.5=5.00hrT=R+a=3.5+1.5=5.00hr； 年批
184、次：年批次：年批次：年批次：8000/5=16008000/5=1600 反应液体积：反应液体积：反应液体积：反应液体积：VR=4250103/VR=4250103/（16005001600500）=5.3125m3=5.3125m3 反应液总体积：反应液总体积：反应液总体积：反应液总体积：VT=VR/=5.3125/0.6=8.8542m3VT=VR/=5.3125/0.6=8.8542m3 查表查表查表查表1 1得标准椭圆封头体积为得标准椭圆封头体积为得标准椭圆封头体积为得标准椭圆封头体积为0.131D3,h0.131D3,h封封封封=0.25D=0.25D 令令令令h h为釜体直边高度，
185、为釜体直边高度，为釜体直边高度，为釜体直边高度，H H为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则： H Hh h2h2h封封封封h hD/2=1.8D(D/2=1.8D(取取取取H/DH/D1.8)1.8)，则，则，则，则h=1.3Dh=1.3D D=1.9039m D=1.9039m因为因为因为因为H/DH/D取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为1.8000m1.8000m 釜体的直边高度为：釜体的直边高度为：
186、釜体的直边高度为：釜体的直边高度为：CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT 192 根据表根据表根据表根据表2 2取封头直边高度为取封头直边高度为取封头直边高度为取封头直边高度为50mm,50mm,釜体圆形直筒部分高度釜体圆形直筒部分高度釜体圆形直筒部分高度釜体圆形直筒部分高度: : 2.8805-20.052.8805-20.052.7805m2.7805m 反应器实际体积：反应器实际体积：反应器实际体积：反应器实际体积： 反应器实际高度为反应器实际高度为反应器实际高度为反应器实际高度为H Hh h2h2h封封
187、封封h hD/2=2.8805D/2=2.88051.8000/21.8000/23.7805m3.7805m 反应器实际长径比：反应器实际长径比：反应器实际长径比：反应器实际长径比：H/D=3.7805/1.8=2.1003H/D=3.7805/1.8=2.1003 最高液位：最高液位：最高液位：最高液位： 最低液位：最低液位：最低液位：最低液位：CompanyLOGODesign of Polymer Engineering, Zhuhai Campus, BIT -193 解：间歇操作周期为：解：间歇操作周期为：解：间歇操作周期为：解：间歇操作周期为：T=R+a=3.5+1.5=5.00
188、hT=R+a=3.5+1.5=5.00h 年批次：年批次：年批次：年批次：8000/5=16008000/5=1600 反应液体积：反应液体积：反应液体积：反应液体积：VR=4250103/VR=4250103/（16005001600500）=5.3125m3=5.3125m3 反应液总体积：反应液总体积：反应液总体积：反应液总体积：VT=VR/=5.3125/0.6=8.8542m3VT=VR/=5.3125/0.6=8.8542m3 查表查表查表查表1 1得标准椭圆封头体积为得标准椭圆封头体积为得标准椭圆封头体积为得标准椭圆封头体积为0.131D3,h0.131D3,h封封封封=0.25
189、D=0.25D 令令令令h h为釜体直边高度，为釜体直边高度，为釜体直边高度，为釜体直边高度，H H为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则： H Hh h2h2h封封封封h hD/2=1.8D(D/2=1.8D(取取取取H/DH/D1.8)1.8)，则，则，则，则h=1.3Dh=1.3D则，则，D=4.380mD=4.380m 解：间歇操作周期为：解：间歇操作周期为：解：间歇操作周期为：解：间歇操作周期为： T=R+a=3.5+1.5=5.00hrT=R+a=3.5+1.5=5.00hr； 年批次：年批次：年批次：年批次：8000/5=1
190、6008000/5=1600 反应液体积：反应液体积：反应液体积：反应液体积：VR=4250103/VR=4250103/（16005001600500）=5.3125m3=5.3125m3 反应液总体积：反应液总体积：反应液总体积：反应液总体积：VT=VR/=5.3125/0.6=8.8542m3VT=VR/=5.3125/0.6=8.8542m3 查表查表查表查表1 1得标准椭圆封头体积为得标准椭圆封头体积为得标准椭圆封头体积为得标准椭圆封头体积为0.131D3,h0.131D3,h封封封封=0.25D=0.25D 令令令令h h为釜体直边高度，为釜体直边高度，为釜体直边高度，为釜体直边高
191、度，H H为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则：为反应器釜体总高度，则： H Hh h2h2h封封封封h hD/2=1.8D(D/2=1.8D(取取取取H/DH/D1.8)1.8)，则，则，则，则h=1.3Dh=1.3D则，则，则，则，D=4.380D=4.380因为因为因为因为H/DH/D取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为1.8000m1.8000m 釜体的直边高度为：釜体的直边高度为：釜体的直边高度为：釜体的直边高度为： 根
192、据表根据表根据表根据表2 2取封头直边高度为取封头直边高度为取封头直边高度为取封头直边高度为50mm,50mm,釜体圆形直筒部分高度釜体圆形直筒部分高度釜体圆形直筒部分高度釜体圆形直筒部分高度: : 2.8805-20.052.8805-20.052.7805m2.7805m 反应器实际体积：反应器实际体积：反应器实际体积：反应器实际体积：反应器实际高度反应器实际高度反应器实际高度反应器实际高度H Hh h2h2h封封封封5.345.3424/4=7.34m24/4=7.34m 反应器实际高度为反应器实际高度为反应器实际高度为反应器实际高度为H Hh h2h2h封封封封h hD/2=2.8805D/2=2.88051.8000/21.8000/23.7805m3.7805m 反应器实际长径比：反应器实际长径比：反应器实际长径比：反应器实际长径比：H/D=3.7805/1.8=2.1003H/D=3.7805/1.8=2.1003 最高液位：最高液位：最高液位：最高液位： 最低液位：最低液位：最低液位：最低液位：
