回收VCM 合计

0 1509791.86

87710 1509791.86

3.10.2 连续操作过程物料衡算

气提、离心、筛分和包装过程都是连续操作，计算基准为kg/h。由前面的计算结果可知，进入气提塔的VCM的量为：1044.17 kg/h，经过气提后VCM单体的量降为：0.74 kg/h，出混料槽冷凝的水的总量为：881959.35 kg/B，离心后母液含水总量为：12641.01 kg/h，PVC损失总量为：1316.2kg/h。

由以上结果可得连续部分物料衡算一览表3.10。

表3.10 连续部分物料衡算一览表

物料名称 VCM 水 蒸汽冷凝水 分散剂等 PVC 回收VCM 损失PVC 损失水 合计

进料kg/h 1044.17 73496.61 478.01 107.29 42977.9 0 0 0 118103.98

出料kg/h 0.74 83.93 0 107.29 41661.7 1043.43 1316.2 73890.69 118103.98

4 能量衡算

在新设计的生产车间，能量衡算的主要目的是确定设备的热负荷。根据设备的热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺要求在选择传热面的形式，计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。确定传热所需要的加热剂或冷却剂的用量及伴有热效应的温升情况，为后续工艺设计提供依据。本设计中由于混料、离心、包装部分的热量衡算对后续工艺设计的影响较小，在此不作具体计算。 4.1 热量衡算方程[33]

能量守衡表达式为： ∑Q入=∑Q出+∑Q损 (4.1) 式中：∑Q入——输入设备热量的总和； ∑Q出——输入设备热量的总和；

∑Q损——损失热量的总和。

热平衡方程式为： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 (4.2) 式中：Q1——各股物料带入的热量；

Q2——加热剂（或冷却剂）传给设备和物料的热量； Q3——各种热效应，如反应热，溶解热等； Q4——各股物料带走的热量； Q5——消耗在加热设备上的热量； Q6 ——热损失。

4.2 聚合釜的热量衡算 4.2.1 有关参数的选择[16]

本设计采用的是135m3聚合釜，其相关参数是：釜内直径4200mm，釜直通高度8510mm，长径比为2.03，容积135m3，搅拌采用三层平直叶桨式，搅拌轴总长10600mm，釜体换热面积97.7m2，内冷挡板直径323mm，换热面积6.6m2，体外冷凝器换热面积340m2，聚合釜平均传热系数2800kJ/m2·h·℃，聚合釜夹套和内冷挡板采用22℃冷水，体外冷凝器采用32℃循环水，设计压力釜体：1.31MPa，夹套：1.59 MPa，单釜生产能力7×104t/a。

进料直接用95℃热水，实施等温人料，无升温操作。

由热量衡算方程式可知：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5 (4.3)

Q1——水降温所需的热量(由于分散剂等含量甚微，故并入水中一起计算)； Q2——VCM降温所需的热量； Q3——聚合放出热量； Q4——冷却水所吸收的热量； Q5——釜体升温所需的热量。 已知条件如下表4.1。

表4.1 脱盐水和VCM的部分已知数据表

重量kg/h

t初

t 末

△t

Cp/ kJ /(kg.℃)

脱盐水 VCM

4.698×105 3.356×105

95 95

55 55

40 40

4.2 1.591

由于厂址选择的限制，应根据太原地区的不同季节情况，设计不同的加热量。根据王振华等[27]对太原市1916～2000年气温变化规律研究温度的研究可知，夏季平均温度变化范围为：22.1~24.1℃，平均为23.1℃,具体操作方式如下。 4.2.3 夏季时聚合釜热量衡算

设定此时聚合釜的起始温度为23.1℃。 Q1:脱盐水(分散剂等)降温放出热量

Q1=qm1Cp1△t=8.771×105×4.2×(95-55)=147352800 kJ/B Q2:单体降温放出热量

Q2= qm2Cp2△t=6.265×105×1.591×(95-55)=39870460 kJ/B Q3:聚合釜升温消耗热量

Q3=15KS△t=15×2800×97.7×(55-23.1)= 130898460 kJ/B Q4:冷却水消耗能量

Q1+Q2+Q5=Q3+Q4 (4.3) 由于改聚合反应为恒温聚合，而反应为放热反应，因此需要通循环冷却水冷却，聚合反应的聚合热查文献[34]可得为1507.3kJ/kg，因此可求出每批的反应热为Q5=5.265×105×1507.3=793593450 kJ/B。

假设进口处冷却水的温度为5℃，出口处水的温度为30℃，则循环冷却水用量为W=8094459.52 kg/B。

热量衡算表见表4.3。

表4.3 夏季时聚合釜热量衡算平衡一览表

物料名称

脱盐水（分散剂等） VCM 聚合反应热 聚合釜 冷却水 合计

输出kJ/B 0 0 0 130898460 849918250 980816710

输入kJ/B 147352800 39870460 793593450

0 0 980816710

4.3 汽提塔的热量衡算[34,36]

由3.5.2可知，氯乙烯：Cp92.5℃=0.412 cal/g·℃ ，105℃时的汽化热ΔHVCM=14.15 kJ /mol，水蒸气：Cp92.5℃=4.212 kJ/kg·K-1，105℃时的焓值H=2685.1kJ/kg。

设通入水蒸气量y kg/h，则蒸汽冷凝放热量为Q放=y(2685.1-2642.6)。 设物料吸收热量为Q1，部分VCM汽化热为Q2，可知Q吸= Q1+ Q2=Q放 (3.3) Q1=CpPVCWPVC△t+CpVCMWVCM△t+W(3.4)

Q1=1.8422×42896.83×(105-80)+0.412×4.1868×1042.20×(105-80)+4.212×73357.98×(105-80)=9745152.67 kJ/h ，Q2=14.15×(1042.20-0.74) ÷62.50×1000=235786.54kJ /h 由式3.3可知y= 234845.63kg/h。

热量衡算见表4.6。

表4.6 汽提塔热量衡算平衡一览表

物料名称 脱盐水 VCM

输出kJ/h 32443300.23 188764.27

输入kJ/h 24718704.94 143820.40

水

CP

水

△t