南京工业大学聚合物合成工艺设计复习资料

2、有一丙烯聚合反应体系，采用搅拌釜反应器，年产量Wy=4000t·y-1,间歇操作,年工作时间 8000小时。τR＝3.5h、τa=1.5h、ρm＝500kg·m-3、体积收缩系数ε＝-0.2、φ＝0.6、H/D ＝1.8～2.5，上下封头均用标准椭圆封头，确定反应器几何外形尺寸。标准椭圆封头体积为 0.131D3，h封=0.25D，封头直边高度为50mm。 解：间歇操作周期为：τT=τR+τa=3.5+1.5=5.00hr； 年批次：8000/5=1600 反应液体积：VR=4000×103/（1600×500）=5.000m3 反应釜总体积：VT=VR/φ=5.000/0.6=8.333m3 令h为釜体直边高度，H为反应器釜体总高度，则： H＝h＋2h封＝h＋D/2=1.8D 取H/D＝1.8，则h=1.3D
相似模拟法：如果系统 B 与系统 A 的化学和物理过程基本相同，只是规模不同、尺寸不同， 则称模拟过程为“相似模拟法”。 类似模拟法： 如果系统 B 与系统 A 的化学和物理过程不同， 但系统 B 能够描述系统 A 的本质， 则称模拟过程为“类似模拟法”。 数学模拟法： 就是首先建立一个能够反映实际生产过程的综合数学模型， 然后通过在计算机 上求解该数学模型，模拟实际生产过程。 热量衡算:是指根据能量守恒定律对设备在操作过程中传入热量或传出热量的平衡计算。 定型设备：是由设备生产厂家标准化地、系列化地、成批地制造的，其特点是具有通用性， 且造价低。有产品目录或样本手册，有不同的型号、系列、规格及不同的生产厂家。 非定型设备： 是根据生产工艺的具体要求进行设计加工制造的， 这类设备是化工生产中专用 的特殊设备。特点：造价高，通用性差 。 流体输送：在生产过程中流体在管道中流动，从一个设备输送到另一个设备中，这一过程称 流体输送。 流量:泵在单位时间内抽吸或排出液体的体积，m3.h-1 或 L.min-1 扬程:单位重量(1N)液体流经泵后所获得的有效能量，m 液柱。 布置设计:在化工设计中，当工艺流程确定及工艺计算和设备工艺设计完成之后，进一步的 工作就是将各工段与各个工艺设备按生产流程在空间上(水平和垂直方向)进行组合、布置， 并用管道将它们连接起来。前者称车间布置，后者称管道布置或配管设计，统称布置设计。 车间布置： 包括车间各工段、 各设施在车间场地范围内的平面布置和设备在车间中的布置两 部分，前者为车间平面布置，后者称车间设备布置，总称车间布置。 车间设备布置：就是确定各个设备在平面与立面上的位置；确定场地与建、构筑物的尺寸； 确定管道、电气仪表管线、采暖通风管道的走向和位置。 化工厂建造的工作程序：立项阶段，工程设计阶段，施工阶段，开车验收阶段。 反应器的控制：主要应从反应温度，反应压力，反应器液位等几方面进行控制。设备选型及 设计的原则：合理性，安全性，经济性，先进性。 化工设计的主要特点：政策性强，技术性强，经济性强，综合性强。 简答题 1. 选择聚合物合成工艺路线的基本原则有哪些？ (1)满足产品的性能指标要求 (2)生产上的可靠性---是否成熟
所以，过剩空气量为 O2
出口
/ O2需＝3.59 /11×100％＝32.6％
五、分析设计题 1、 有一变容反应体系， 采用搅拌釜反应器， 日产量Wd=26.6t·d-1,间歇操作。 τR＝3h、 τa=0.5h、 ρm＝970kg·m-3、体积收缩系数ε＝-0.2、φ＝0.6、H/D＝1.5～2，上下封头均用标准椭圆封 头，确定反应器几何外形尺寸。 标准椭圆封头的体积为0.131D3、h封＝D/4，封头直边高度为50mm。 解：间歇操作周期： T R a 3 0.5 3.5h 反应液体积： V R
(3)技术上的先进性 (4)经济上的合理性 (5)生产装置大型化与连续化 (6)清洁生产、注重可持续发展 2.釜式反应器一般由哪几个基本部件构成？ 1 釜体 2 换热装置 3 搅拌器 4 轴密封装置
5 上、下封头
Байду номын сангаас6 工艺接管
3.化工工程设计的三段设计、两段设计、一段设计分别指的是什么？ ①工艺包设计（扩大初步设计） 、基础设计、详细设计（施工图设计） ②工艺包设计和施工图设计 ③施工图设计 4.反应温度控制的典型方案有哪几种？ 电加热控制 一次循环控制：连续操作 二次循环控制 反应液外循环控制 汽化冷凝控制 分程控制：间歇操作 5.工艺参数的确定方法分为三种 （1）逐级经验放大法 （2）数学模拟法 （3）改进数学模拟法 6.根据聚合类型，聚丙烯的生产工艺主要有哪四类？ 溶液法、溶剂法、本体法及气相法生产工艺。 7.随着化工装置大型化，车间布置总的发展趋势有什么特点？ 1 露天化 四、计算题 1. CH490％和 C2H610％（mol％）的天然气与空气在混合器中混合， 得到的混合气体含CH48％。试计算100mol天然气应加入的空气量及得 到的混合气量。 2 流程化 3 集中化 4 定型化。
釜体实际高度为：
VT 2 V封
h 2 h封＝2.020 2 1.8 / 4＝2.920m
釜体圆形直筒部分高度:2.020-2×0.05＝1.920m 反应器的实际体积为：
VT
D 2 h 0.262 D 3 0.785 1.8 2 2.02 0.262 1.8 3 6.666m 3 4
＝
8.333 2 0.131 1.8 3 ＝2.976m 0.785 1.8 2
釜体实际高度为：
h 2 h封＝2.976 2 1.8 / 4＝3.876m
釜体圆形直筒部分高度:2.976-2×0.05＝2.876m 反应器的实际体积为：
VT
D 2 h 0.262 D 3 0.785 1.8 2 2.976 0.262 1.8 3 9.097 m 3 4
解：
CnHm
N2
CO2 H2O
nCO2+0.5mH2O CO2 其中，R＝n+0.5m H2O
CnHm+RO2
空气
O2
亦可为：C+O2 基准：100㎏/h的油分；
H2 +0.5O2
x表示O2过剩量, y表示进料中的氮
输入流率：84㎏
C＝84/12＝7kmol 16㎏ H2＝16/2＝8kmol
3.6㎏ 所需O2为 实际O2为
Wd T 26.6 10 3 3.5 4.000m 3 m 24 970 24 VR
反应器总体积应为： VT


4 6.667 m 3 0 .6
令：h为釜体直边高度、H为反应器釜体总高度，则： H＝h+2×h封＝h+D/2=1.5D 若取H/D＝1.5，则有：h＝D
H2O＝3.6/18＝0.2kmol
(8/2+7)＝11kmol (11+ x ) kmol
氮气为y＝ (11+ x ) (0.79/0.21 ) ＝（41.38+3.76 x ）kmol 总输出气体量为 7+8+0.2+ x+ y＝(56.58+4.76 x) kmol 由题条件，出口气体中CO2 占9.5％，即 7/(56.58+4.76 x)=0.095 则，x＝3.59kmol 实际氧量为 11+3.59＝14.59kmol
VT D3
D 2 h 0.262 D 3 1.3D 3 0.262 D 3 1.283D 3 4 4
VT 8.333 3 1.866m 1.283 1.283
因为H/D取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为1.8m。 釜体的直边高度为：
h
VT 2 V封 0.785 D 2
VT
D 2 h 0.262 D 3 D 3 0.262 D 3 1.047 D 3 4 4
VT 6.667 3 1.853m 1.047 1.047
D3
因为H/D取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为1.8m。 釜体的直边高度为：
6.667 2 0.131 1.8 3 h ＝ ＝2.020m 0.785 D 2 0.785 1.8 2
解(1)(2)(3)方程得A=1025mol，M=1125mol，x=0.009mol 核算：空气含量为1-0.08-0.009＝0.911 加入空气量A＝1025mol，占混合气含量为： 1025/1125＝0.911 两者相等，所以计算正确。 2、 今有一油分，经质量分析得知，其中含有84％的碳和16％的氢，现以100㎏/h的油分与 含水3.6㎏/h的空气混合燃烧，分析燃烧尾气，其中含有9.5％的CO2(体积百分率)，试求供给 燃烧炉的空气过剩是多少？
解：设A－所需空气量，M－混合气量，x－混合气中C2H6的含量。 1画物料流程简图
CH40.08 100mol天然气 CH40.90
M mol 混合气
C2H6 χ 空气：1-0.08- χ C2H60.10
A mol 空气
2 选择计算基准：100mol天然气 3 列物料衡算式 总物料衡算式：100+A=M CH4 : 100×0.9=M×0.08 C2H6 ：100×0.1=M×x （ 1） （2） （3）
一、名词解释 设计：就是在做某项工作之前，根据一定的目的要求，预先制定方法、图样等。 化工设计：就是在建造化工生产装置之前，根据一定的任务要求，将化工装置的生产过程全 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：就是指将原料加工成产品的工作、方法、技术等。 聚合物合成工艺设计： 在此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。 物料衡算就是进行物料平衡的计算,是指“进入一个装置(设备)的全部物料重量必定等于离 开这个装置(设备)的全部物料重量，再加上损失掉大的与累积起来的物料重量”。 转化率：某一反应物反应掉的量占其输入量的百分数。 选择性：反应物反应成目的产物所消耗的量占反应物反应掉的量的百分数。 收率：目的产物的量除以反应物（通常指限制反应物）输入量，以百分数表示。 限制反应物： 化学反应原料不按化学计量比配料时， 其中以最小化学计量数存在的反应物称 为限制反应物。 过量反应物： 不按化学计量比配料的原料中， 某种反应物的量超过限制反应物完全反应所需 的理论量，该反应物称为过量反应物。 过量百分数：过量反应物超过限制反应物所需理论量的部分占所需理论量的百分数。 生产方法：在化工生产过程中是指使用何种原料、根据何种原理、选择何种实施方法、通过 何种操作过程实现从原料变为产品的方法。 连续操作:将反应物按比例和一定流量连续加入反应器，同时连续取出反应产物。 定态过程：就是在生产过程中，工艺参数只与其在装置中的位置有关，单不随时间变化而变 化。 工艺流程： 是指在整个生产过程中各种物料在各个工序及各个设备之间的流动过程及变化情 况，或是指整个生产过程中的各个工序和各个设备的任务，以及它们之间的相互联系。 主工艺流程:特指由原料变为产品的这股物流和与之直接相关的物流在整个生产装置中流动 过程及变化情况。 工艺参数：将表示物料状态及变化程度的参数统称为工艺参数。 模拟法：就是为了研究一个复杂的大规模的系统 A，先设法找到另一个比较简单的小规模的 系统 B，通过对系统 B 的研究来间接地研究系统 A。系统 B 称为系统 A 的“模型”，系统 A 称为系统 B 的“原型”。