热引发苯乙烯单体聚合用连续反应釜设计4500吨聚苯乙烯／年

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1、1.设计方案简介1.1聚苯乙烯的生产方法苯乙烯为无色或微黄色易燃液体。有芳香气味和强折射性。不溶于水，溶于乙醇、乙瞇、丙酮、二硫化碳等有机溶剂。苯乙烯的熔点为一30.6°C,相对密度为0.9019,沸点为145.2°C,折射率1.5463，闪点为31°C,临界温度为373°C,临界压力为4.IMPao闪点是指可燃性液体表面上的蒸汽和空气的混合物与火接触而初次发生闪光吋的温度。临界温度是该物质可能被液化的最高温度。临界压力是指在临界温度时使气体液化所需要的最小压力。苯乙烯受热会形成自由基，受热至120°C时自由基生成速率明显增

2、加，可用于引发聚合。因而，苯乙烯的聚合可以不加引发剂，而是在热的作用下进行热引发聚合。但苯乙烯的热聚合产物很复杂，至少有15种聚合物生成，其中，三烯化合物是真正的引发剂。三烯化合物与苯乙烯发生氢原子转移反应，生成两个单体自由基，然后进行引发聚合：木设计由于以甲苯为稀释剂，故采用的是溶液聚合。溶液聚合是将单体和引发剂溶于适当溶剂中进行的聚合反应。其基本组成由分单体、引发剂、溶剂组成,聚合场所在溶液内，是均相介质。溶液聚合的优点是散热控温容易，可避免局部过热，体系粘度较低，能消除凝胶效应。其缺点是溶剂回收麻烦，设备利用率低、聚合

3、速率慢、分子量不高。错误!未找到引用源。卜•面是陶氏化学公司溶液聚合生产聚苯乙烯流程（图b）,以乙苯作溶剂，降低反应混合物的粘度、提高传热效率。苯乙烯rx塔或乙苯110-1175%聚苯乙炜U5V塔塔130-逐珈〜40%T聚苯乙烯85~90%丁聚苯乙*仓b陶斥化常公司法本设计主要对第二个反应釜进行设计，选用立式搅拌反应釜。1.基本设计条件的选定2.1反应温度的确定目前工业上高温苯乙烯本体聚合在120—170°C上进行热聚合。本体聚合采用分段聚合，以解决本体聚合的散热问题，苯乙烯具有热引发聚合的特点，不加引发剂，在120°C以上

4、，即有较高的聚合速率。在170°C下聚合，几乎可达到完全转化。而反应最终聚合率为0.795,以甲苯为引发剂，故选取反应温度150°C。2.2反应器的选择木反应采用搅拌釜反应器。由于此设计是苯乙烯的聚合反应，可以近似看作是液一液反应，产量要求不大，因而本设计选用立式搅拌反应釜。2.3搅拌装置的选择搅拌装置的主要作用是强制物料流动，强化传热与传质效果；使物料充分接触，均匀混合。因此搅拌釜反应器对各种反应体系适应性强，操作弹性大，适用温度和压力范围广，既可用于间歇操作，又可用于连续操作。苯乙烯单体聚合反应中，聚合物是熔融状态，随着

5、聚合过程的进行粘度逐渐增大。粘度在75Pa.s以下，可用涡轮式搅拌器。当搅拌速度很高时，容易产生漩涡，大大降低了液体内部的混合效果，为了增加液体的剪切作用，加强搅拌的激烈程度，常在釜体内靠近器壁的地方装上挡板，增大被搅拌液体的湍流程度，改善搅拌效果。2.4换热装置的选择搅拌反应锅大多设有传热装置，以满足加热或冷却的需要。本设计是放热反应，因此传热装置是用于冷却。传热方式、传热结构形式和传热剂的选择主要决定于所需控制的温度的高低、反应热的大小、传热速度的快慢和工艺的要求等。选用在反应釜外设置供加热用的夹套传热装置。夹套传热的优

6、点是结构简单，耐腐蚀，适应性强。夹套高度应高于液面高度，以便于提供最大的传热面积。当传热速率要求不高和传热剂的工作压力较低时，通常使用夹套传热结构。当夹套内转热剂的压力大于0.6MPa时，夹套必须采用加强措施。当传热面积需要很大时则一般选用蛇管传热设备，设备的确定需要根据计算传热的结果来确定。2・5聚合工艺流程图1.物料衡算聚苯乙烯年生产量6500吨/年，每年工作330天，苯乙烯单体聚合一般采用4到5级反应釜进行反应，反应最终聚合率为79.5%,反应液最终聚合物的质量分数为70%,以甲苯为稀释剂，在反应液中质量分数为12%,

7、则苯乙烯的质量分数为88%,物料衡算有：苯乙烯每天需投入量：Ga=（空醫空）/0.795=24776.06蚣物料每天的投入总量：Gd=Ga/0.88=2477606/（1-0.12）=2815462kg甲苯每天投入的总量：Gb=2815462-2477606=337852g4•反应釜体的设计由于温度、溶剂、搅拌速度、搅拌时间等影响，聚合物的聚合度不同，由150°C下，苯乙烯的聚合度大概为1200,本操作反应属于溶液聚合的一级反应。1.1反应釜体积的计算4.1.1反应时间的确定热引发的苯乙烯单体聚合的反应级数一般认为是一级或二

8、级反应，本设计采用一级引发的机理计算。由一级反应的反应速度常数与温度的关系图查得反应温度为150°C下k二0.44力"，计算反应时间厂有：rA=kCA=%（1-心2）T=印0（心2-%）=勺2-S=0・646-0.45=]26力~rA~&（1心J0.44x（1-0.646）*4.1.2反应