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聚合物合成工艺设计结课作业
表4-2 物料平衡表
苯乙烯 HAP SDBS SN 戊烷 BPO CP-O2 HBCD DCP DSP KPS EPS产品 水 总量 进料（kg/批） 100032.13 177.06 0.40 110.04 8394.70 196.06 80.03 689.22 34.91 39.01 1.40 -- 124039.84 233794.79 出料（kg/批） 2000.64 -- -- -- -- -- -- -- -- -- 107754.31 124039.84 233794.79
校验设计任务:
EPS年产量 ：1107754.31kg/批×466=5.02万t 其年产量为: 5.02万t
结果稍大于所给设计任务,故设计为合格.
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5 聚合工段热量衡算
热衡算式：进釜的热量=出釜的热量(冷剂带走的热量) Q显+Q聚+Q搅+Q损=Q吸
（1）（2）（3）（4）聚合釜（5）
（1）显热；（2）聚合热；（3）聚合釜搅拌热；（4）热量损失； （5）冷剂带走的热量。 1显热计算
本设计取：聚合阶段聚合釜进料温度20℃，聚合反应温度90℃，△T=70℃ 浸渍阶段聚合反应温度120℃，出料温度40℃，△T=80℃ 1Kcal=4.187KJ 由公式Q=qmCp△T计算得下表 表5-1：△T=80℃（Cp值查表）
表5-1第一阶段反应热
单体 ST 流量（㎏/批） 100032.13×90% 100032.13×10% 100032.13×2% 水 HAP 124039.84 177.06 SDBS SN C50 BPO CP-O2 HBCD DCP 总量 0.04 110.04 8394.70 196.06 80.03 689.22 34.91 △T(℃) 70 100 -80 20 20 -50 20 20 20 70 20 20 20 1.884 51.92 2.219 7.704 1.842 2.230 1.667 4.18 1.298 Cp（kJ/Kg.℃） 1.712 Q(kJ/批) 10789065.4 1712550.07 -274008.01 10369730.7 4596.40 -11491.19 15.076843 114260.7 372556.62 105732.84 2948.15 30739.27 1163.94 23217860 13
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2、聚合热
由ST转化率随时间变化曲线，可知每釜的转化率随时间的变化不大，故可似认为每个釜的聚合热相等。如图5-1所示：
图5-1苯乙烯转化率随时间变化曲线
计算如下：
由公式
T?T0.381?Tr0.38?VHT(KJ/mol)??VHT1[]??VHT1[c]1?Tr1Tc?T1，
查得单体ST的聚合热QST ＝70 kJ/mol＝16.72 Kcal/mol(25℃,气态，无定形)〔已知1 Kcal＝4.187 KJ〕； MST=0.104 kg/mol，
Cp=178.23 J/(mol·k)＝0.178kJ/（mol·k）。 计算得：ΔVHT（298.15K）=0.04Kcal/mol=0.167kJ/mol
在25℃下，液态的QST ＝70-0.167＝69.83 kJ/mol,反应前后压力的变化不大,故可近似的认为是恒压操作。
在
20℃下，QST=QST（25℃）+CP(T2- T1)=69.83+0.178×
(20-25)=16.47Kcal/mol
则ST的质量聚合热Qm(ST)= QST/MST=70/0.104=662.88kJ/kg
每小时聚合釜中的总聚合热为：Qp=m出料×Qm=100032.13×98%×662.88=64983112.37kJ/批；
3、聚合釜的搅拌热
根据工业实际生产，取搅拌热是聚合热的5%，即Q搅拌 =5%×Q聚，反应时间为10.76h时，Q搅拌=5%×64983112.37=3249155.62kJ/批
4、热量损失
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聚合反应阶段反应时间为8h的热量损失 Q1 ＝（Q显 +Q聚+ Q搅拌）×5％
＝（23217860+64983112.37+ 3249155.62）×5%=4572504.4KJ/批 所需蒸汽给热为：
(23217860+64983112.37+3249155.62)-4572504.4=91450087.99-4572504.4
=86877583.59kJ/批
聚合阶段热量平衡表见表5-2
表5-2 热量平衡表
进釜热量（Kj/批） 带走热量（Kj/批） 显热 23217860 热量损失 -4572504.4 聚合热 64983112.37 蒸汽给热 86877583.59 搅拌热 3249155.62 总量 91450087.99 91450087.99
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附 录
聚苯乙烯聚合工段CAD工艺流程图
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