摘 要

聚苯乙烯(PS)是现今世界五大通用塑料之一，具有着良好的力学性能、电绝缘性能和加工性能，聚苯乙烯材料尺寸稳定性好、易着色，被广泛应用于电器、装饰、建筑、交通、军工等各行各业之中。可是，聚苯乙烯遇火可燃烧，无法自熄。因此在实际生产应用聚苯乙烯时常常加入阻燃剂进行阻燃处理。

本文采取悬浮聚合法制聚苯乙烯，以苯乙烯为原料，并加入阻燃剂进行年产16000吨阻燃性聚苯乙烯车间工艺设计。根据设计任务书选取相应设备并确定生产工艺流程。进行工艺设计时，按操作单元进行物料衡算及整个工艺过程各原料的消耗量的计算，并进行了热量衡算，确定了加热蒸汽和冷却水的量。计算主要生产设备即聚合釜筒体和夹套的尺寸大小，完成搅拌器、离心机、干燥器等其它辅助生产设备的设计和选型。根据上述的设计结果，绘制了聚合釜设备图、平面布置图、工艺流程图。

关键词:阻燃性聚苯乙烯、生产工艺流程、工艺设计、车间布置

Abstract

Polystyrene (PS) is one of the world's five major general plastics, with good mechanical properties, electrical insulation properties and processing performance, polystyrene material size and stability, easy to color, is widely used in electrical appliances, decoration, construction , Traffic, military and other industries among the various. However, polystyrene fire can burn, can not self-extinguishing. Therefore, in the actual production of polystyrene often used to add flame retardant flame retardant treatment.

In this paper, polystyrene was used as the raw material, and the flame retardant was used to carry out the process design of 16,000 tons of flame retardant polystyrene workshop. Select the equipment according to the design task book and determine the production process. When the process design is carried out, the material is calculated according to the operation unit and the calculation of the consumption of the raw materials in the whole process, and the heat balance is calculated to determine the amount of heating steam and cooling water. Calculate the size of the main production equipment, namely, the size of the cylinder and jacket of the reactor, and complete the design and selection of other auxiliary production equipment such as agitator, centrifuge and dryer. According to the above design results, drawing the polymerization reactor equipment, plane layout, process flow chart.

Key words: flame retardant polystyrene, production process, process design, workshop layout

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 概论 1

1.2 研究内容及意义 1

1.3设计依据 1

1.4指导思想 2

1.5具体内容 2

1.6主要考虑因素 2

1.6.1外部工艺因素 2

1.6.2内部工艺因素 2

1.6.3经济因素 2

第2章 化学工艺流程 3

2.1 聚合方法的选择 3

2.1.1本体聚合 3

2.1.2溶液聚合 3

2.1.3悬浮聚合 3

2.1.4乳液聚合 4

2.1.5选择方案及原因 4

2.2生产工艺流程的确定 4

2.3 工艺流程的说明 5

第3章 物料衡算 6

3.1衡算任务及依据 6

3.1.1衡算任务 6

3.1.2化学反应式 6

3.1.3物料流程示意图 6

3.2衡算数据收集 6

3.3计算 7

3.3.1衡算基准 7

3.3.2总损失及损失分配 7

3.3.3确定原料配方 7

3.3.4 聚合段的物料衡算 8

3.3.5洗涤部分物料衡算 9

3.3.6离心部分物料衡算 10

3.3.7干燥部分物料衡算 10

3.4 校核 10

3.4.1全年产量校核 10

3.4.2消耗定额校核 11

第4章 聚合釜的计算 12

4.1设计任务 12

4.2设计依据 12

4.3展开计算 12

4.3.1确定设计压力与温度 12

4.3.2封头、筒体、夹套的选型计算 12

4.3.3筒体壁厚的计算 13

4.3.4夹套厚度的计算 14

4.3.5水压校核实验 14

4.3.6聚合釜相关数据 15

第5章 热量衡算 16

5.1设计任务 16

5.2 设计依据 16

5.3 展开计算 17

5.3.1热化学反应方程式 17

5.3.2收集数据 17

5.3.3.确定计算基准: 17

5.3.4热平衡方程式 17

5.4传热面积校核 21

5.4.1计算物料粘度µs 21

5.4.2计算内壁薄膜给热系数αj 21

5.4.3总传热系数 22

5.4.4传热面积的校核 22

第6章 搅拌器设计 23

6.1 设计任务 23

6.2 设计依据 23

6.3 搅拌器的选型 23

6.4 展开计算 24

6.4.1 搅拌器设计计算 24

6.4.2电机及减速器 24

6.4.3搅拌器轴径计算 24

第7章 干燥器的设计 25

7.1 设计任务 25

7.2 设计依据 25

7.3 设备选型 25

7.4 展开计算 25

7.4.1 计算依据 25

7.4.2 热量衡算 26

7.4.3 空气消耗量 26

7.4.4 蒸汽用量 26

7.4.5 传热面积计算 27

7.4.6 冷却相关计算 27

第8章 辅助设备选型 28

8.1 旋风分离器的选型 28

8.1.1 扩散式旋风分离器的主要结构特点 28

8.1.2 确定进口气速 28

8.2 离心机的选型 28

8.3 输送机的选型 29

8.4 风机的选型 29

8.5 计量槽的选型 30

8.5.1 软水计量槽 30

8.5.2 苯乙烯计量槽 30

8.6 贮槽的选择 31

8.6.1 软水贮槽的选择 31

8.6.2 苯乙烯贮槽的选择 31

8.7 洗涤釜的选择 31

第9章 结论 32

参考文献 33

附录 35

附录A 生产工艺流程图 35

附录B 聚合釜装配图 35

附录C 车间设备布置图 35

附录D 参考依据 35

附录E 主要符号表 35

致谢 37

第1章 绪论

• 1. 概论

聚苯乙烯(PS)是现今世界五大通用塑料之一，具有着良好的力学性能、

电绝缘性能和加工性能，聚苯乙烯材料尺寸稳定性好、易着色，被广泛应用于电器、装饰、建筑、交通、军工等各行各业之中^[1]。在我国聚苯乙烯是近年来需求增长最快的合成树脂，我国聚苯乙烯的生产能力虽然增长很快，尽管这样也不能满足要求，不得不依靠从外进口。未来发展，我国的聚苯乙烯的需求量还会增长。作为高需求量的聚苯乙烯易燃而且燃烧时熔滴现象严重,这就限制了聚苯乙烯在某些领域的应用^[2]。因此，具有阻燃性聚苯乙烯应运而生。

聚苯乙烯的阻燃改性经历了较长时间的发展，现已形成了以卤系阻燃体系、无机阻燃体系、本体阻燃材料、膨胀阻燃体系、磷系阻燃体系、黏土阻燃体系等多元发展的格局^[3]。加入阻燃剂可有效地改善聚苯乙烯阻燃性能，最大程度地避免了聚苯乙烯材料在应用中燃烧，同时也使得聚苯乙烯的应用领域得到大程度推广。本次设计目的就是确定阻燃性聚苯乙烯的合成工艺及生产车间布置。

• 1. 研究内容及意义

聚苯乙烯生产工艺主要包括以下几部分：工艺流程的确定；物料衡算、聚合釜的设计、热量衡算、搅拌器的设计、辅助设备选型。本设计在实验室实验基础上，将其生产过程扩大到工业生产单元。根据生产的化工产品进行工艺流程的设计，在工艺流程图完成后，按照车间布置规范按比例设计出化工厂车间的比例缩小平面模型，立面剖视模型，形成三维实物，然后进行校核、修改，直至满足化工厂安全合理生产的条件。