聚合釜的热量衡算

聚合釜的热量衡算

一． 聚合釜的热量衡算

聚合釜的操作控制，主要是升温和反应操作。由于聚合反应中链的引发阶段是吸热过程，需要从釜外供给所需热量。在链的增长阶段则是放热过程，需要将釜内的热量及时移除，将反应温度平稳的控制在规定值（选用偶氮二异庚腈为引发剂，聚合反应在57℃左右时发生）。这两个过程可分别向夹套中通入加热蒸汽和冷却水来完成。

聚合釜生产操作周期分配

操作

清釜

进水

进VCM

冷搅拌 升温

反应

出料

总计

时

间/min

20

15

15

20

30

270

20

390

1、 升温期的热量衡算（以70m 3为例计算）

升温阶段是物料由25℃加热至56.2℃，升温时间0.5小时。此阶段加热介质为饱和蒸汽，压力为0.4MPa ，温度为142℃。也即此阶段所需的总热量是釜体及釜内物料升温达到聚合条件所消耗的热量。即升温过程中，釜内物料主要是去离子水（分散剂含量甚微，可并入水中一起计算），VCM 单体。

33m 3的釜重27ton, 70m 3的釜重45ton 已知条件如下表：

名称

重量B kg 初t ℃ 终t ℃ △t ℃ p C kJ/（㎏·℃）

水

46205.7302

不含二次用水

25

57

32

4.2

单体 29849.3206 25

57

32

取1.4212

釜体

取釜体自重

45000 25

57

32

0.504

去离子水（助剂等）升温所需消耗的热量：

B

kJ 385.621004625-572.47302.46205t -P =⨯⨯=⋅=）（）（初终水水水t C W Q

VCM 单体升温消耗的热量：

Q 单体=W 单C p 单(t 终−t 初)=29849.3206×1.4212×(57−25)

=1357499kJ/B

釜体升温消耗的热量：

B kJ 72576025-57504.045000t -t

C W Q P =⨯⨯=⋅=）（）（初终釜釜釜

消耗的热量都是由加热介质饱和蒸汽提供的。

Q 蒸汽=Q 水+Q 单+Q 釜=8293305kJ/B

当达到聚合条件（温度升到57℃），进入恒温反应阶段。

2.恒温反应阶段的热量衡算

由物料衡算可知：VCM 的每批投投量kg 3206.29849W =单，总转化率x=88%，反应时间h 5.4=θ

，高峰时反应速率是平均反应速率的1.5倍，聚合反应热

mol /kJ 3.96-=∆H ，反应温度T=57℃，冷却水进口温度为5℃，冷却水进

出口温度差为5℃，氯乙烯的相对分子质量M =62.5g/mol 。

一釜料的总聚合热∑Q 取决于氯乙烯投料量W 单和最终转化率。

kJ 100473.4%885

.62103206.298493.9673

⨯=⨯⨯⨯

=⋅⋅=∑x M W ΔH Q 单

平均热负荷Q ：h kJ 10994.85

.410

0473.467

⨯=⨯==

∑θ

Q Q

令最大热负荷max Q 与平均热负荷-

Q 之比等于热负荷分布指数Q

Q R m ax =，对

于本聚合反应R=1.5，故最高热负荷：

W 107475.3h kJ 103491.15.110994.8676max ⨯=⨯=⨯⨯==R Q Q

对数平均温差为：()()()()

46.4910

57557ln 1057557ln 2

1

21=-----=-=

T-t T-t T-t T-t Δt m ℃

二. 求总传热系数K

1、复合导热系数、粘度、密度的计算

热导率、密度和粘度均应为悬浮混合液的复合值

①悬浮液导热系数λm的计算

λm=λc·[2λc+λd-2φd(λc-λd)]/[ 2λc+λd+φd(λc-λd)]

式中：λc，λd分别为连续相和分散相的导热系数

φd为分散相体积分率

以转化率达70%（任务书规定的转化率为88%）的氯乙烯悬浮聚合体系为例，有机粒子本身可看作聚氯乙烯分散在氯乙烯中的悬浮体系，再由有机粒子在水中构成总的悬浮体系。

a．PVC分散在VCM中的悬浮体系—有机粒子的λPVC-VCM

φPVC=11.86/（11.86+8.45）=0.584

液态VCM导热系数公式λVCM=A·ρVCM·C VCM·（ρVCM/M）1/3

其中：ρVCM=0.8423g/㎝3 C VCM=0.38 Kcal/ kg·℃（氯乙烯的比热）M=62.5（氯乙烯的分子量）A=1.52

∴λPVC

连=1.52×0.8423×0.38×（0.8423/62.5）1/3

=0.1158 Kcal/ hr m℃VCM的热导率

λPVC分=0.14 Kcal/ hr m℃（PVC的热导率）（该项为已知量）

∴

λ=0.1158×[2×0.1158+0.14-2×0.584×(0.1158-0.14)]/[2×0.1158+ 0.14+0.584×(0.1158-0.14)]=0.1295 Kcal/ hr m℃