摘 要

本论文是年产8000吨抗冲击性聚苯乙烯车间工艺设计说明书。

本论文主要可分成六大内容。第一章节为绪论，简要介绍了抗冲击性聚苯乙烯的有关内容并确定了整个生产设计的生产方法以及对工艺路线的选择。第二章开始为正文内容，其中第二章是对工艺路线展开相应的物料衡算，以物料衡算为依据确认了相应聚合釜的个数、单釜体积、每釜投料量并对各工序物料进出量进行了衡算，这可对设备计算、设备选型以及釜内的热量衡算给予依据参考。第三章为聚合釜的设计，本章主要确定了聚合釜及其夹套的几何尺寸，并对它们进行强度计算。第四章为搅拌器的设计，本章主要确定了搅拌器的几何尺寸，转速，轴功率并依据计算数据选择相应电机和减速机。第五章对聚合釜进行了热量衡算，核算了其传热面积。第六章对干燥器、洗涤釜、相关辅助设备以及各种计量槽和贮槽进行了选型。

关键词：抗冲击性；聚苯乙烯；丁苯橡胶；本体悬浮聚合；聚合釜。

Abstract

This paper is an annual output of 8000 tons of High impact polystyrene workshop process design specification.

This paper can be divided into six main contents. The first chapter is the introduction, which briefly introduces the related content of High impact polystyrene and determines the production method of the whole production design and the selection of the process route. The second chapter is started for text content. The second chapter is to calculate the corresponding material balance for the process route and on the material balance calculation according to confirm the number of polymerizer , volume of single pot, volume of every reactor feeding and on the process of material in and out of balance, which can be given reference on computer devices, equipment selection and the reactor heat balance calculation. The third chapter is the design of the polymerizer , this chapter mainly determines the geometric size of the polymerizer and its kettle jacket, and calculates the strength for them. The fourth chapter is the design of agitator, this chapter mainly determines the geometric size, speed, shaft power of the agitator and the corresponding motor and speed reducer according to the calculation data. In the fifth chapter, the heat balance of the polymerizer is calculated, and the heat transfer area is calculated. In the sixth chapter, the type selection of dryer, washing tank, auxiliary equipment, metering tank and storage tank are carried out.

Key Words： High impact；polystyrene；styrene butadiene rubber；bulk suspension polymerization；polymerizer

目 录

第1章 绪论 1

1.1 抗冲击性聚苯乙烯的介绍 1

1.2 抗冲击性形成的工艺机理 2

1.3 HIPS的生产方法 2

1.4 生产方法的选择 3

1.5 工艺流程叙述 3

第2章 物料衡算 4

2.1 收集数据 4

2.2 设定为单釜间歇操作 5

2.3 选取30m³的聚合釜展开计算 6

2.4 聚合部分物料衡算 8

2.5 第一次离心洗涤过程物料衡算 10

2.6 第二次离心洗涤过程物料衡算 10

2.7 干燥部分物料衡算 11

2.8 包装部分物料衡算 12

第3章 聚合釜的设计 14

3.1 设计任务 14

3.2 设计依据 14

3.3 展开计算 14

3.3.1确定设计压力、温度 14

3.3.2 聚合釜的受压形式 14

3.3.3 封头、筒体的选型 14

3.3.4 确定筒体直径和高度 15

3.3.5 核定聚合釜的体积及装料系数 15

3.3.6 反应釜夹套直径的选取 16

3.3.7 夹套高度的选择 16

3.3.8 筒体壁厚的计算 16

3.3.9 筒体封头壁厚的确定 17

3.3.10 夹套筒体、夹套封头厚度计算 18

3.4 计算传热面积 19

3.5 聚合釜的水压试验和夹套的水压试验 19

3.5.1 聚合釜部分 19

3.5.2 夹套部分 19

3.6计算釜体及夹套重量 20

3.7小结 20

第4章 搅拌器的设计 21

4.1 设计任务 21

4.2 设计依据 21

4.3 搅拌器的选型 21

4.4 展开计算 21

4.4.1 求极限沉降速度 21

4.4.2 计算设计沉降速度 22

4.4.3 计算料层深度Z和聚合釜的直径T 22

4.4.4 选定叶轮直径与釜径的比值 22

4.4.5 计算搅拌器的转速 22

4.4.6 计算搅拌器所需的轴功率 23

4.5 搅拌器尺寸的确定及有关附件 23

4.6 电机、减速器的选择 23

4.7 搅拌轴直径的计算 24

4.8 选择机械密封的形式 25

4.9 支座的选择 25

第5章 聚合部分热量衡算 26

5.1 计算任务 26

5.2 计算依据 26

5.3 展开计算 27

5.3.1 列出热化学反应方程式 27

5.3.2 收集数据 27

5.3.3 确定计算基准 27

5.3.4 列热平衡方程式 27

5.3.5分阶段计算传热速率及蒸汽、冷却水用量 28

5.3.6 每年蒸汽和冷却水总用量计算 29

5.4 浆料的导热系数 30

5.5 浆料内侧的给热系数 31

5.6 总传热系数 31

5.7 传热面积的校核 32

第6章 干燥器以及辅助设备的选型 33

6.1 干燥器的选型 33

6.1.1 干燥器的选型依据 33

6.1.2干燥器的选型原则 33

6.1.3 干燥器的选择 33

6.2 辅助设备的选型 34

6.2.1离心机的选型 34

6.2.2风机选型 34

6.2.3输送机的选型 34

6.2.4计量槽的选型 35

6.2.5 贮槽的选型 35

6.2.6洗涤釜的选型 35

参考文献 36

附录 37

附录A 37

附录B 39

致谢 40

第1章 绪论

1.1 抗冲击性聚苯乙烯的介绍

抗冲击性聚苯乙烯（简称HIPS，下同）是采用苯乙烯和极小颗粒的丁苯橡胶为主物料通过本体接枝共聚的生产方法从而得到的一种改性聚苯乙烯（简称PS，下同）材料，HIPS不仅保持了普通PS所具有的基本性能如良好的刚性、热稳定性、尺寸稳定性、加工流动性、易涂装性、表面光泽性外，还大大改善了PS的脆性使其抗冲击性得到显著增强。

HIPS为PS的改性材料，分子中含有5-15%橡胶成份，使其韧性提高到PS的四倍左右，抗冲击性能大大提高，这使PS的应用范围得以广泛扩增，目前已在部分应用领域中代替了价贵的ABS材料。PS材料现已有阻燃级、高光泽度级、极高冲击强度级、抗应力开裂级、玻璃纤维增强级等不同应用分级。HIPS具有PS的成型加工简易、着色力强等优点，其制品为不透明性，标准的HIPS有许多重要性能参数:弯曲强度13.8～55.1MPa；密度1.035—1.04 g／ml；拉伸强度13.8—41.4MPa；断裂伸长率为15%—75％^[1]，此外HIPS的吸水性低，加工时可不需预先干燥。了解得到，HIPS的综合性能比普通PS材料显著提高且更为均衡，这使其在壳体材料应用领域中得到广泛的应用，如HIPS可注塑或者挤塑成许多制品，适用在家电产品外壳、冰箱内衬材料、仪器仪表配件、容器包装物、文教体育用品、建筑板材、电话机壳体、收录机壳体、儿童玩具、家用品、日用品、家居用具、用餐用具、结构泡沫制品、一次性用品等^[2]。总而言之，如今抗冲击性聚苯乙烯已广泛利用于各种家用电器制品、商用机器制品以及许多生活用品中。

据了解，进入20世纪90年代以来，我国HIPS需求量大消费量也随之飞快增长，2000年全国HIPS的总消费量达到273.2万吨,消费增长率达到12.47%，在五大通用合成树脂中它的消费增长速度是最快的，也是同时期世界HIPS消费增长平均速度的6倍，预计到2005年我国HIPS的消费量将达到359.18万吨,2010年将达到472.6万吨^[3]，可见其市场前景相当可观。对于巨大的消费需求量来说，尽管我国HIPS的生产力在快速提高但仍然无法满足，出现供不应求的境况，也不得不大量进口国外的HIPS产品以满足需求，这占到了内地HIPS消费量的一部分份额。经过分析，我国HIPS的生产量在逐年增加，同时进口量也在不断增加，然而出口量却有所减少，不难看出，国内的聚苯乙烯市场仍存在供不应求的情况，市场发展前景仍十分巨大，同时也看到相比较国外的HIPS产品，我国的HIPS产品还存在一些差距，这便是出口量不如人意的原因所在。因此，在抓住市场前景的同时我们更需要抓好产品质量的关口。

1.2 抗冲击性形成的工艺机理

在苯乙烯聚合体系中加入聚丁二烯，使苯乙烯在聚丁二烯主链上接枝聚合。 聚丁二烯与聚苯乙烯是互不相容的，所以苯乙烯与丁二烯链段会分别聚集，形成相分离。当受到冲击时，裂纹扩展的尖端应力会被相对柔软的橡胶颗粒吸收释放掉，使裂纹的持续扩展受到阻碍，因而提高了聚苯乙烯的抗冲击性能。这里需要提到橡胶颗粒的空穴理论。