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第四章 聚合釜的能力衡算
表 1.4 冷冻盐水物性数据
定性温度℃ 密度kg 比热容 Cp M 3 热导率W/(m·℃) 0.57 数据来源 kJ/(kg·℃) CaCl2 5 1230 2.85 《化工手册》P2070
4.2 各聚合釜反应转化率确定
聚合釜反应转化率确定见表 4.5
表 4.5 各釜纯转化率与累积转化率 第一釜 纯 X (％) 40.00 累积 X (％) 40.00 第二釜 纯 X (％) 15.00 累积 X (％) 55.00 第三釜 纯 X (％) 15.00 累积 X (％) 70.00 第四釜 纯 X (％) 15.00 累积 X (％) 85.00
4.3 各釜物料组成及物性据数
总进料量：质量流量：10100kg/h 其中 100%异戊二烯：1380kg/h 戊二烯：11kg/h 溶剂油：8400kg/h
根据各釜纯转化率计算各釜的物料组成表1.6
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表4.6物料组成
物料
第一釜
第二釜
第三釜
第四釜
kg/h
溶剂油
W(%)
kg/h
W(%)
kg/h
W(%)
kg/h
W(%)
10030
0.8320
10030
0.8320
10030
0.8320
10030
0.8320
戊二烯
20
0.0017
20
0.0017
20
0.0017
20
0.0017
异戊二烯
1203
0.0998
902.25
0.0748
501.25
0.0416
300.75
0.0249
聚异戊二烯
802 0.0665 1102.75 0.0915 1503.75 0.1247 1704.25 0.1414
各釜物性数据计算结果如表 4.7
表 4.7 各釜物性数据计算结果
釜号 温度℃ 组分 密度 kg m 3 比热容 Cp kJ/(kg·℃) 热导率 W/(m．℃) 门尼粘度 动力粘度 nPa．s 一 40 胶液 641.4 2..6076 0.0956 30 0.43 二 48 胶液 632.7 2.5615 0.0986 40 0.38 三 57 胶液 622.7 2.5364 0.1005 50 0.26 四 65 胶液 612.5 2.5197 0.1016 60 0.21 注：根据各釜门尼粘度和胶液浓度查《高聚物合成工艺学》确定各釜动力粘度。
4.4各釜对流传热系数和传热系数K的计算
4.4.1夹套侧传热膜系数
夹套和内冷管均采用冷冻盐水冷却，其进口温度均为-3℃，夹套与内冷管的 传热负荷比为
?
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第四章 聚合釜的能力衡算 4：1，由能量衡算可知136.9 kg/h,所以冷冻盐水在内冷管的流量为W=27.38 kg / h ，夹套内冷冻盐水的流量为 W=109.52kg/h 。-3℃冷冻盐水的物性参数如下表 1.8 所示：
表 1.8 冷却用冷冻盐水特性参数
入口温度 普朗特数 汽化热 冷冻盐水粘度 导热系数 密度 热容 Cp -3 16.0 2074.8 0.00338 0.57 1230 2.70 ℃ － kJ/kg Pa.s W/m.℃ kg/m3 kJ/(kg·K) 冷冻盐水通过夹套作无相变强制对流时的传热膜系数，可参考《聚合物反应工程基础》 185 页中的 Lehrer 式进行计算：
由能量恒算可知，当夹套冷冻盐水进口温度为-3℃,流量为W=109.52kg/h ，查得该温度下冷冻盐水的密度为 1230 kg/m3,
接管内径为 di =20mm =0.02m,则 u为
109.54w3600u???0.079m/s 22?di?3.14?0.02?12304?当接管按切线方向安装时， uA 取夹套间隙流速，筒体高度 H =3.65 m
109.52?2w3600uA???0.00084m/sHj(D2?D1)?3.65?(2.216?2.2)?12303
把u0=0.079m/s,uA=0.00084m/s,μ=0.00338pa.s,ρ=1230kg/m,De =13.06mm 代入上
②式可算得
NRe?De??(?0??1)0.513.06?12301000?(0.079?0.00084)0.5?1328.70.00338
再查得，再查得-3oC下冷冻盐水的导热系数入=0.57W/(m2 .oc), 普朗特数为
Pr?传热系数为 cp???2700?0.00338?160.57
0.03N0.75Pr?0.03?1328.70.75?160.57Re??????396.70?1(16?1)D0.01306?11?1.74?1328.7e8(Pr?1)81?1.74NRe
4.4.2内冷管的冷却水传热膜系数
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参考《聚合反应工程基础》186 页，对于直立内冷管的冷却水传热膜系数计算，；可按下面公式来计算：
?ididiv?0.8cpu0.4?0.023()()???
di 为内式中， 冷管的内径，为冷却水在管中的流速。根据以上数据可以得v=0.04m/s, di=0.05m，ρ
2o=1230kg/m3， CP =2.70 kJ/(kg·K)，则αi=154.9 W/(m.c)
4.4.3釜液对釜壁的传热膜系数
随着反应的进行，有细小颗粒的生成，但相对来说，由于固体颗粒体积分率小于0.01,固体颗粒对于传热影响很小，此时可以应用均相体系的传热关联进行
热计算。参考《聚合反应工程基础》181页，对于低粘度均相液体在搅拌釜中的传热可用下式计算
??ND2??L??a???????b
式中， αj为被搅拌液体对壁面的传热膜系数； L 为定性长度，对夹套釜 L取釜径 T；
D 为搅拌桨叶直径；N 为搅拌器转速；入，CP ,ρ，μb 分别为流体在主体温度下的导热系数，比定压热容，密度和黏度；μw为壁温下流体的粘度，nb为直立管的数目。查表，代入数据可得αj=475.6W/(m2 .oc)
?cp?????????c??b??D?????????w??T?m0.33?2??n?b????0.24.4.4反应釜的总传热系数
钢材导热系数及垢层热阻见表 1.9。
表 4.9 钢材导热系数及垢层热阻
名称 釜体外层碳钢 釜体内层不锈钢
内冷管 夹套垢层热阻 蛇管内垢层热阻 釜壁内垢层热阻 内冷管外垢层热阻
厚度/m 0.01 0.002 0.005 0.00017197 0.00017197 0.00017197 0.00017197
导热系数/ W /m.℃ 52.34 16.28 52.34 m2.℃/W m2.℃/W m2.℃/W m2.℃/W
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