毕业设计（论文）苯胺法高压搅拌合成2巯基苯并噻唑反应器（3m3）的设计（全套图纸）

1、全套cad图纸，联系qq1538937061绪论1.1工艺概述1.1.1促进剂的发展促进剂2-巯基苯并噻唑(以下简称)是一种橡胶通用型硫化促进剂，是一种淡黄色粉末或颗粒,具有令人不愉快的气味。熔点在173. 0以上;相对密度为1.411.48;难溶于水和正己烷,易溶于丙酮,可溶于乙醇,微溶于苯。2-巯基苯并噻唑呈酸性,硫化促进性强,硫化曲线比较平坦,且污染性小。该品低毒,刺激皮肤和粘膜,能引起皮炎及难以治疗的皮肤溃疡, 可致敏。硫化促进剂是能够加快橡胶与硫化剂反应速率的物质，简称促进剂。促进剂1既可提高硫化速率 降低硫化温度、减少硫化剂用量，同时也能使硫化橡脏的物理机械性能得到相应的改善,具有

2、硫化促进作用快、硫化平坦性低以及混炼时无早期硫化等特点，广泛用于橡胶加工工业。1.1.2 的苯胺法合成工艺1.1.2.1合成方法的合成方法工业上大多采用邻硝基氯苯法、苯胺法、硝基苯和苯胺混合法这3种方法。其中邻硝基氯苯法生产 由于原料价格高，生产工艺复杂，故国内大多数助剂生产企业均不采用此法。硝基苯和苯胺混合不但生产成本低，而且可使反应产生的比苯胺法降低13，但由于存在着反应难以控制和对反应器材质要求高的问题，目前国内仅南京化工厂一家利用此法生产。苯胺法合成是我国各助剂厂普遍采用的方法。苯胺法生产的特点是原料来源稳定，操作难度小，对反应器材质要求低，其缺点是由于该法生产的粗中的含量较低(85)

3、，焦油量大，收率较低。因此，如何完善高压合成生产工艺，提高产品收率，综合利用轻组分(主要是苯并噻唑)一直是国内生产企业研究的重要课题。11.1.2.2合成原理苯胺法合成是以苯胺、和硫磺为原料,在 200300 ,9.010.0 mpa 条件下反应,生成的粗再经精制得到成品的生产方法。其原理2是苯胺和硫磺先反应生成2,2-二氨基二苯基二硫,再经酰化作用生成2, 2- 二巯基二苯硫脲,最后转化为。也就是反应方程式:原料规格：苯胺含量不小于 99.3%,水分含量不大于0.5%。硝基苯含量不大于 0.015%, 含量不小于98.5%。h2s含量不大于0.9%,残渣含量不大于0.02%。硫磺含量不小于9

4、8.5%,水分含量不大于0.3%,灰分含量不大于0.1%。1.2机械设计方案对比1.2.1材料选用针对促进剂的生产，对反应釜的设计，材料选择上应考虑其物料性质对釜体的影响。在反应过程中有生成，同时反应过程压力较大，温度较高，对其进行综合性的考虑。1.2.2 搅拌装置选用1.2.2.1 驱动方案对比磁力驱动是把机械能转变成磁能， 再由磁能转变为机械能的过程， 是利用磁体与磁体之间能通过空气或非磁性材料的磁力作用，可非接触地进行力传递。使轴在被密封介质和大气之阀不用连接而形成无密封的搅拌，以达到绝对无泄漏。目前国内已定型的标准釜用机械密封产品,由于其设计压力等参数的限制, 已远远不能满足要求;从防

5、止污染及安全、节能等角度出发,对轴封装置的可靠性、寿命、泄漏量和经济性等方面的要求也越来越高。3主要技术难点有:1） 由于反应器的工艺特点,压力、温度、物料的形态等都随时间而变化, 在压力循环和冷热循环的作用下,密封端面易变形,导致密封失效;2） 由于反应器操作温度较高,机械密封在运转时,摩擦面发热及釜内的热传导,将使密封腔内温度进一步上升,从而引起摩擦面液膜汽化,产生“干运转”,并加速腐蚀、磨损,加快密封圈老化,致使密封很快失效;3） 该反应器操作压力接近10mpa , 密封介质压力是引起密封环变形的主要作用力, 其变形也是密封失效的主要因素之一;4） 反应器搅拌轴的摆动量和振动必然较大,

6、因而容易使摩擦副间隙内流体液膜厚度产生变化, 摩擦副之间不能很好地贴合,有时还会将石墨环撞坏;5） 间歇操作、频繁启动造成端面比压、摩擦力矩反复变化,易使密封失效,寿命降低。另外,由于用户的维修技术水平不高,安装不良也很容易造成釜用机械密封的失效。所以设计时应从便于安装、检修方面加以考虑。对传统的填料密封4,虽然可以通过改进各种填料和填料函的结构提高其密封性能,但泄漏是不可避免的。因为搅拌轴都存在一定量的径向跳动和偏心,而起密封作用的润滑油膜不总是处在理想的粘着状态,所以填料只能对泄漏起节流作用而不能完全杜绝泄漏。反应釜使用机械密封可使通过动、静环接触面的泄漏减小到最小,但其制造技术复杂,安装

7、要求高,检修工作量大,影响了釜用机械密封在危险介质中的应用。无泄漏釜用磁力传动就是为实现零泄漏而设计、制造的。其最大特点就是把搅拌轴的动密封改成隔离套的静密封,从而达到不泄漏的目的。内磁钢衬在钢套上,钢套与搅拌轴相连,搅拌轴由2个轴承进行轴向固定。在内磁钢外面是隔离套,隔离套与容器相连承受容器内压力。隔离套外是外磁钢,外磁钢与减速机输出轴相连,支承轴的两轴承固定在釜盖上。由于取消了填料函轴封,所以可节能约10 %。磁力传动部分使用状况良好, 减少了环境污染, 保证了安全。由于空气被隔绝于釜外, 这对于空气氧化敏感的物料具有特殊意义, 可以因此提高产品收率和其它理化指标。由于磁力传动的特殊优点,

8、可在条件适合的反应釜上应用,但不是所有反应釜上都能使用。如在反应过程中有较多固体产物时则不能应用,因为固体产物可能对搅拌产生较大的负载而使内磁钢滑脱。在介质温度太高时也不能使用,此时会产生退磁现象。1.2.2.2 搅拌器设计方案搅拌过程有赖于搅拌器的正常运转，当然搅拌器的结构，强度液是不容忽视的问题。由于搅拌操作的多样性，使搅拌器存在着多种型式。各种搅拌器在配备各种可控制流动状态的附件后，能使流动状态以及供给能量的情况出现多种变化，更有利于强化不同的搅拌过程。典型的搅拌器型式有桨式，涡轮式，推进式，锚式，框式，螺带式，螺杆式等。下面对几种搅拌器进行简单的介绍： 5 桨式搅拌器 桨式搅拌器又可分

9、为平直叶和折叶搅拌器两种。这类搅拌器的结构和加工都比较简单。搅拌器直径d 与釜径d 之比d/ d 为0.350.8 , 其运转速度为10 100r/ min , 为大型低速搅拌器,适用于低、中等粘度物料的混合及促进传热, 可溶固体的混合与溶解等场合。运转时以剪切力为主。就平直叶和折叶两种相比较而言, 由于折叶桨式搅拌器的叶片与旋转平面形成夹角, 因此在旋转时产生的轴向流要大于平直式, 其宏观混合效果更好些。在实际生产中, 会遇到釜深液高的情况, 此时单层桨式搅拌器难以搅拌均匀, 通常采用的方法是装几层桨叶, 相邻二层桨叶间成90角交错安装。由于桨式搅拌器制造和更换方便, 因此常用于化工生产中有

10、防腐蚀和金属污染要求的工况。 涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器又可分为开启涡轮式和圆盘涡轮式两类, 每类又可分为平直叶、折叶、后弯叶三种。涡轮式搅拌器外形结构上与桨式搅拌器类似, 只是叶片较多。搅拌器直径d 与釜径d 之比d/ d 为0117015 , 转速为30500r/ min。旋转时有较高的局部剪切作用, 能得到高分散度微团, 适用于气液混合及液液混合或强烈搅拌的场合, 常用于低中等粘度物料( 5 104cp) 。就开启式和圆盘式相比较而言, 其构造上差异造成开启式比圆盘式循环流量更大, 轴向混合效果更好。涡轮式搅拌器的叶片形状除了有平直叶和折叶外, 还有一种弯叶, 在搅拌中, 此种叶片受损程度

11、、消耗功率都低, 适用于固体悬浮、固体溶解等搅拌场合。 推进式搅拌器推进式搅拌器也常被称为旋桨式搅拌器。顾名思义, 其叶片形式类似于轮船上的螺旋桨。搅拌器直径d 与釜径d 之比d/ d 为012015 , 转速较高, 为100800r/ min。运转时产生较大的轴向循环流量, 宏观混合效果较好, 适用于均相液体混合等搅拌不是非常强烈的以宏观混合为目的的搅拌场合, 常用于低粘度料液( 涡轮式 桨式。反之, 高粘度料液混合时的流动形式通常是层流。由于料液高粘度这一特性, 使得搅拌时不能象低粘度料液那样依靠惯性力, 因此搅拌叶轮直径d 与釜径d 之比d/ d 尽量大, 所以应先选择锚式和框式搅拌器,

12、 也可选螺带式。搅拌目的：均相液体混合均相低粘度液体混合流动状态为湍流, 即循环流量起决定性因素。按此特点选择的搅拌器依次为: 推进式 涡轮式 桨式。非均相液体混合为了使其中一相以尽可能小的液滴状均匀分散到另一相中去, 就要求液体被搅拌时有较大的剪切力和循环流量, 以此来选择的优劣依次为:涡轮式 推进式 桨式。固液混合固液混合要求让固体悬浮于液体中需要容积循环好。如固体比重与液体比重差小时, 可选用推进式搅拌器。因为此类搅拌器为轴流型, 循环速率高。当固体比重与液体比重差大时, 则应选用开启式涡轮搅拌器, 此类搅拌器工作时会把沉降的固体颗粒浮起来而推进式则正好相反。气液混合与液液互不相溶混合相

13、似, 在剪切力作用下尽可能将大气泡打碎成小气泡以增大接触面积,使之均匀分散至液相, 剪切力起决定作用, 应优先选用涡轮式搅拌器, 又以平直叶圆盘涡轮搅拌器最为合适。因为此搅拌器中间的圆盘可将气泡(一般由容器底部通入) 压至其下, 而后均匀分散至液相, 避免了气泡直接由搅拌轴短路。强化液体与器壁的传热此类操作的总体循环流量和换热面积上的高速流动起主要作用, 可优先选用涡轮式搅拌器1.2.3加热方案的对比水蒸汽加热方式水蒸汽加热包括直接加热(与反应物混合) 和间接加热(预热器预热) 两种方式。一般情况下,普通的小型工厂很难能将反应物升温至280 的饱和蒸汽。因此,不能采用水蒸汽加热的方式来实现氨化

14、反应管道化技术的连续操作生产方式。电加热方式以反应器内需要提供的热量为1333kw为例 ,这样,仅预热器需要的配电容量就已达1333kva ,故公司电力需要增容,增加固定资产投资;同时每天用于生产的耗电量将高达24 1333 = 32000kwh ,即每天的电费将高达1. 6 万元(按0. 5 元/ kwh) 。因此,从经济性角度来讲,采用电加热方式也不合适。有机介质加热方式6由于有机介质在预热器中存在相变化,传热系数k 较大;同时,在传热过程中,传热的平均推动力tm 也较大。这样,需要的预热器的传热面积a( q = ka tm) 较小,则预热器的体积较小,设备费用也较少。导热油加热方式导热油

15、具有较高的比热、导热系数和传热系数,在正常运转下可不加氮封。同时,液相导热油加热系统还具有无毒、无味,对设备无腐蚀,不需要采取防腐措施,粘度适中,泵输送性能较好,不易堵塞管线或设备等特点。2苯胺法制m促进剂的工艺计算2.1最佳反应条件的确定：2.1.1投料比对促进剂 收率的影响在反应温度：,压力：,反应时间 ：时,投料比对促进剂 收率的影响见下表：7 表(2-1）投料比对促进剂 收率的影响编号收率 / %11.0：0.9：0.51.421.0：1.2：0.535.531.0：1.3：1.280.241.0：1.4：1.395.051.0：1.5：1.487.7可以看出,投料比对促进剂收率有较大

16、的影响。当苯胺用量相对过量时,促进剂 的收率较低；当苯胺用量相对减少时,促进剂 的收率显著提高；苯胺用量进一步减少时,促进剂的收率反而减小,这可能是由于副反应增加的缘故。因此,选择投料比为： =1.0：1.4：1.32.1.2反应温度及时间对促进剂 收率的影响合成反应是吸热反应，其温度与时间成反比关系，即反应温度越低，则所需时间越长。8在投料比 =1.0：1.4：1.3时，反应釜内压力的条件下，反应温度及时间对促进剂 收率的影响见下表7表(2-2） 反应温度及时间对促进剂收率的影响编号收率 / %12202402.016.322202402.535.732402602.567.24240260

17、3.076.152402603.571.862602802.083.472602802.589.382602803.095.092602803.587.5102803002.581.7可以看出,反应温度较低，反应时间较短时,合成反应不完全,促进剂的收率很低；当温度在,反应3h时,促进剂的收率达到95.0%;进一步提高反应温度或者延长反应时间,促进剂的收率反而降低,这主要是因为,进一步提高反应温度或延长反应时间时,副反应增多,而且温度较高时,压力控制难度增加 ,容易发生爆破现象。 因此 ,适宜的反应温度为,反应时间为3h。2.1.3搅拌强度对促进剂收率的影响在投料比 =1.0：1.4：1.3时，

18、反应釜内压力的条件下，搅拌强度对促进剂 收率的影响见下表：表(2-3）搅拌强度对促进剂收率的影响编号搅拌强度 收率 / %1086.726088.339092.3414094.5518095.0由表中数据可以看出：随搅拌强度对增加，促进剂的收率从86.7%提高到90%以上并趋于稳定，这可能是因为硫磺比重相对较大,投料后,容易沉在反应釜底部,不能完全溶解在二硫化碳和苯胺中,在没有搅拌时,反应的传热和传质效果相对较差 ,局部区域反应不充分,从而影响促进剂 的收率。因此,选择搅拌强度为 90r/min。2.1.4促进剂的最佳工艺条件确定以反应温度(因素a) ,反应时间（因素b）, (因素c)为考察对

19、象，对促进剂收率进行测试，结果见下表。7表(2-4）正交试验结果编号abc收率 / %12402602.51.00：1.35：1.2571.422402603.01.00：1.40：1.3076.132402603.51.00：1.45：1.3571.542602802.51.00：1.40：1.3088.652602803.01.00：1.45：1.3594.162602803.51.00：1.35：1.2587.572803002.51.00：1.45：1.3581.782803003.01.00：1.35：1.2584.392803003.51.00：1.40：1.3082.9可以看出,

20、影响收率效果大小的次序是a b c,最佳反应条件为：反应温度：,压力：,反应时间 ：，投料比：=1.00：1.40：1.30。在此条件下,选择固定搅拌强度90做了 5次平行试验,结果分别为: 93.7%, 93.0%,92.2%,94.5%和 92.3%,工艺条件比较稳定 ,每次促进剂的收率都达到 90%以上。2.2物料衡算各种物料的投料质量：物料：苯胺， , 硫磺。投料比：7温度取25查得：苯胺在25时的密度； 与的混合物在25时代密度。由文献7中可知最佳投料比为：由此可得出苯胺的质量分数：混合液的平均密度： （2-1）式中：混合液的平均密度； 苯胺的质量分数； 苯胺的密度； 与的混合物密度

21、。得出：由机械设计部分可知本设计的投料系数，即投料体积为：釜内的总投料量： （2-2）由此得出各个物料的投量：苯胺：；：硫磺：2.3各物质的黏度以及混合黏度的计算2.3.1基团贡献法9对应状态法的优点是通用和简捷，一般说，又有一定的可靠性，也便于计算机使用。它的不足之处是过于依赖临界性质，当估算值不可靠时，将使随后的对应状态法处于危险的基础上。还要指出，有许多类型的化合物，几乎所有的多基团化合物，单基团化合物中的芳香酸，芳香醛，二烯烃等，至今难于估算其临界性质，因而可以说对应状态法也难于估算这些类型化合物的所有物性。基团贡献法（简称基团法）是把物性与分子的基团结构相联系的方法，其基本假定是纯物

22、质或混合物的物性，对于构成此物质或混合物的各种基团对于此物质贡献值的总和，也就是说，基团法假定在任何体系中，同一种某种基团对某个物性的贡献值都是相同的。基团法定优点是具有最大的通用性。以周期表中100多个元素所组成的双原子分子就能超过3000种，三原子分子有几十万种，只以c和h组成的有机烃类化合物有工业意义的就超过万种，由这些分子构成的混合物更是难以计数，要通过实验取得这么多纯物质或混合物的全部物理性质和化学性质几乎是不可能的。但是，构成常见有机物的基团仅100多种，因此若能利用已有一些物性实验数据来确定为数不多的基团对各种物质的贡献值，就可以再利用它们去预测无实验值物系的物性值。由以上分析可

23、知，基团法主要用于计算有机化合物的物性。大多数基团法不依赖于任何其他物性，但也有一些关系式中需要其他物性参数，例如在计算时时常引入值，计算相平衡时，要引入基团的表面积参数和体积参数等微观参数。物性估算：定温：280 定压：10mpa2.3.2对促进剂的估算：2.3.2.1估算促进剂的沸点：沸点一般指“常压沸点”，即纯物质蒸气压是101.325kpa所对应的平衡温度。数据手册上也常常见到压力下的平衡温度，例如有些物质沸点测定时，压力不是101.325kpa，这样的沸点要注明压力，许多有机物在接近常压沸点前已经分解，为了表达该物质挥发的难易，也要表明低压下的平衡温度。9在20世纪80年代，joba

24、ck提出的方法可以估算各种有机物的，平均误差12.9k。 （2-3）由其分子结构可知m有4个环，3个环，一个,一个，一个。查文献9表2-5可得：2.3.2.2估算促进剂的临界参数临界参数包括临界温度，临界压力，临界体积，临界密度和临界压缩因子。早在1822年就发现了气液相临界现象，但是当时对此现象的认识尚很模糊，到1869年，andrews发现，在温度高于31.1时，即使在3040mpa压力下也不能被液化。经过一系列的后续研究，逐渐形成了如下较清晰的临界点概念：每种气体都有这样一个温度，在该温度以上，无论加多大的压力，气体也不能被液化。该温度就叫临界温度，在下使气体液化的压力称临界压力，在和下

25、单位量流体的体积称临界体积，若用单位质量表示则为临界密度，这个定义只适用于纯物质。9热力学关系式为： （2-4-1）或简化为： （2-4-2）这个定义可适用于纯物质，也可以用于混合物。临界点是流体能分成两相和不能分成两相的分界点;或者说，在临界点，处于平衡两相的热力学性质趋于一致。 临界参数是最重要的物性参数之一，很多估算方法和计算公式都以临界参数作为物性计算的参照点，例如估算各种物性广为应用的对应状态法以临界参数为基础，使用状态方程法时也离不开临界参数。临界参数准确与否影响许多计算方法的成败。由于临界参数的重要性，它一直是热力学的重要研究内容之一。9用joback法估算m的临界参数（临界温度

26、：，临界压力，临界体积：）joback法基团为：4个环，3个环，一个,一个一个。 由式： （2-5）得：2.3.2.3计算促进剂的偏心因子偏心因子和临界压缩因子是在对应状态法中被广泛应用的第三参数，在化工热力学计算中占有很重要的地位。的定义是： （2-6）式中，是为0.7时的对比饱和蒸汽压。球形非极性气体的为0，值随分子结构的复杂程度和极性的增加而增加，因此值反映了组分的形状，也反映了分子的极性。值一般小于1，大部分在00.5之间。除外，值都是正的。如果在手册上未找到值，可自行按定义进行估算，即先估算，然后寻找合适的（实验的或估算的）关系，利用沸点及临界点关系，可把转化为关系。因此每一个的温度

27、关系式都可以对应一个的估算关系，由clapeyrou式，可得edmister方程：9 （2-7） 式中 ；：临界压力。计算m的偏心因子得：2.3.2.4估算促进剂常压下553k的黏度 用przezdziecki-sridhar法9，此方法是在hildebrand方程的基础上，提出一个对应状态为基础的方法。 （2-8） （2-9） （2-10）式中，是熔点（k），是下的液体摩尔体积（），而是所求温度下的液体摩尔体积（），的单位分别为k,mpa，。本法所用的数据中，是很难找到实验值的，有时也缺少值，为此原作者建议配合gunn-yamade法，使用一已知的值（对应温度为），求取任意温度下的。 （2-

28、11）或 （2-12） (2-13)原作者处理27个化合物，当已知时，平均误差为8.7%，最大为40%。下面将用此方法对m常压下553k的黏度进行估算：在293k时，由式(2-13)： 得： 在553k时， 同理计算得：在453.2k（m的熔点）时，同理计算得：根据式 (2-14)得：由式:式中：代入式中得：由式： (2-15)得：促进剂的黏度： (2-16)计算得：2.3.2.5估算促进剂在553k，100bar时的黏度在石油，机械和化学工业领域中都需要不同压力下的液体黏度，即不同压力下过冷液体黏度。过冷液体黏度大于饱和液体的黏度，但在低，中压下改变很小，即压力与饱和相差不大时，将无明显的变

29、化。当压力很高时，将有较大的增加，在数百mpa下，会有数量级的增加。压力的影响还与温度有关，温度较低，压力影响越大。关联的方法以经验式为主，其中主要的有： (2-17) (2-18)以上关系式中大都以压力为变量，也有点以密度为变量。上式还以低压下的黏度为参照量。这些关系式都用来关联等温下不同压力的黏度值，若还要关联不同温度下的实验值，还要加上温度项。10dymond等的关联方程是有一定的理论基础的。 (2-19)此式有三个待定参数。它们又与温度有关。分别为液体摩尔体积和分子紧密堆积摩尔体积，单位均为，前者需要输入，后者需要回归求出。此方程主要用与烃类。10张建侯等在前面的基础上，组合模型，提出

30、关联式： (2-20)式中有三个与压力无关的参数，在一定温度范围内，对温度也不敏感，因而此法可同时关联温度，压力都变化的实验值。本模型用34种纯物质的1049个数据点（压力范围为），平均误差为2.64%，作为对比，明显好于法的15.8%。1981年提出了经验性三参数对应估算方程： (2-21)式中，是饱和液液体黏度，是偏心因子，是蒸汽压。原作者用55个极性和非极性液体考核了本法，平均误差小于10%。本法只要及，而不要加压下液体的黏度，因此这是一个估算方法，液是唯一实用的不需要加压下数据的估算方法。加压下的还可用等的方法，该法是绝对速度理论的修正，结合关系和蒸发内能可同时考虑温度和压力的影响，有

31、如下关联式： (2-22)式中，与为两个物质的特性参数，需要试验值回归而得。用本法于106个物质，1473个点，平均误差为1.51%，明显优于张建侯等的关联式，但也明显更复杂。本法也可用于常压附近，因而可列入前面讨论，但需要的数据有一定难度，若无必要不便使用，还要注意它仅仅是一种关联方法。10 利用方程计算m在553k,100bar时的黏度已知在553k时m的黏度为。 式中： 得：根据式：得： m在553k,100bar时的黏度：得：2.3.3对cs2的估算2.3.3.1对cs2的基团分析 由cs2的结构可知：其由1个,2个非环。2.3.3.2 用法估算cs2的临界参数（其中临界温度=558k

32、11）1）法：基团为1个,2个非环。则有：由式：得： 2.3.3.3计算的偏心因子9 式中：; ：临界压力。 得：2.3.3.4估算常压下553k的黏度 由于0.70，所以用法进行估算91）求： (2-23) 代入得： 2）根据式： (2-24) 得：2.3.3.5在553k,100bar时的黏度估算 已知在553k时，饱和液体黏度为，其物性常数： 利用方程计算在553k时的饱和蒸气压：10 得：根据式： (2-25)得：在553k,100bar下的黏度：得: 2.3.4对苯胺的估算2.3.4.1对苯胺的基团分析：由苯胺的结构可知其含有5个环，1个环，1个92.3.4.2用joback法估算苯

33、胺的物性常数（临界温度，临界压力，临界体积） 1）joback法，基团为：5个环，1个环，1个。由式：得：2.3.4.3计算苯胺的偏心因子9 式中：; ：临界压力。得：2.3.4.4估算苯胺常压，553k的黏度苯胺在553k时的 在低下，估算方法常是基于的直线关系，这种直线关系在（相应带压）时要发生偏离。在接近处，有几种对应状态是可被选择的，其中法三参数对应状态法最常用9 （2-26）在不同的下，的值见文献9表（9-11）。此外也可用下式求得： （2-27）将代入上式得：苯胺常压，553k下的黏度：2.3.4.5估算苯胺在100bar，553k下的黏度由（2-4）的计算可知，苯胺的饱和液体黏度

34、为，相关的物性常数：。 利用lee-kesler方程计算m在553k时的饱和蒸汽压：10 （2-28）得：根据式：得：苯胺在553k,100bar下的黏度：得：2.3.5对硫磺的估算2.3.5.1估算硫磺在常压，553k下的黏度 用法进行估算：s的物性参数：在时：。由式：得：在385.8k（的熔点）时，。同理可得：在553k时，。同理可得：得：由式： 得：由式：得：s在常压，553k在的黏度：得：2.3.5.2估算硫磺在100，553k下的黏度 已知在533时硫磺的黏度为。其物性常数为：，。利用方程计算在553k时的饱和蒸气压： 得：根据式(2-25)： 得：硫磺在553k,100bar下的黏

35、度：得: 2.3.6物料在100bar，553k下的混合黏度：经过上述计算可知各物料在100bar，500k下的黏度分别为：经比较发现，m的黏度值远大于其他物料。由此可推测：反应釜中混合物料的最大黏度值应当是收率达到最高时，即m占比例最大的时候。为了方便计算，取反应即将结束，即苯胺全部反应完时的状态作为参考。设这一时刻为。当反应到时，理想状态下，物料中含有。下面采用两两混合的方法进行混合黏度的计算。2.3.6.1计算混合物的黏度：根据坎贝尔（kandall）和莫诺尔（monroe）指出二元液体混合物的黏度的立方根是组成的线性函数即：11 （2-29）式中：混合物黏度，cp； a组分的黏度，cp

36、； b组分的黏度，cp； 混合物中a组分的分子分数。得：则有：2.3.6.2计算的混合物与m混合后的黏度：同理可得：则有：2.4各物质的导热系数以及混合物导热系数的计算2.4.1方案概述由于理论上对液体导热系数的推演难于成功，目前所有的估算方法都只是经验性的，方法虽然不少，但误差较大，其分类也难于严谨。对于指定温度下的的估算，沸点下导热系数可用于估算其他温度下的 ，其估算方法是法。9 （2-30-1）式中，m是相对摩尔质量。下导热系数可用下式： （2-30-2）式中是下液体密度和比热容,是相对摩尔质量，是分子中原子数。式中的常数还可改用0.0084. 早在上一世纪就曾提出用同样的温度下的液体比

37、热容和密度估算，以后有多种修正式，其总结可见蒔田董的专著或等的专著，这些公式例子如下： （2-31） （2-32） （2-33） （2-34）式中的单位,，。在后两个式子中，除和外，又引入了和，这些数据未必是齐全的。 常用的还有对应状态法，下面对几种方法进行简要的介绍。10 1）的沸点法（也称法）它是在自身的基础上与温度关联式结合而得的。 （2-35） 2)法 基于的方法，得出： （2-36）在中含有及作为参数，因此此法是型方程的发展。 3）双参考流体法 作为对应状态法的一种发展，等提出不固定参考流体的双参考流体法。此类方法除可用于估算热力学性质外，还可以用于估算传递性质，其中包括导热系数。基

38、本关系式为： （2-37） （2-38）式中，是摩尔质量，是临界温度,是临界体积。2.4.2 在下的导热系数用的沸点法估算在下的导热系数。由式： 式中： 则有：2.4.3 在一个大气压，下的导热系数用的沸点法估算在一个大气压，下的导热系数。由式：式中： 则有：2.4.4 苯胺在一个大气压，下的导热系数用的沸点法估算苯胺在一个大气压，下的导热系数。由式：式中： 则有：2.4.5 硫磺在一个大气压，下的导热系数用的沸点法估算硫磺在一个大气压，下的导热系数。由式：式中： 则有：2.4.6混合物的导热系数102.4.6.1方案概述估算混合物的导热系数，考虑实际生产情况，取反应的最初状态。即当物料处于一

39、个大气压，时的状态。液体混合物导热系数的估算方法很多，下面介绍其中常用的几种，以便作出比较，选择其中适合的方法进行下一步的计算。1）方程： （2-39）式中，是组元1，2的质量分率，而是纯组元的导热系数，而组元排列是。当已有一些实验值时，式中0.72可改为回归参数，即此式又可变为回归方程使用。式中的还可用摩尔分率代替。2）等方法： （2-40）式中，可回归求得，无实验值时，可取为1，本法误差大致在7%以内。3）等的方法： （2-41）式中，是组元的摩尔分率，而式中的是基于法的，式中，而。此法曾对50对二元物系（包括高极性物系）的600个数据点进行计算，平均误差3%。经比较，最适合本设计的方法是

40、方程。9采用两两混合的方法进行计算。2.4.6.2 与的混合物导热系数首先计算与的混合物导热系数，在前面物料衡算中可知投入料量：1363.40，：535.6.用方程：式中：的质量分率； ：的质量分率； ：的导热系数； ：的导热系数。得： 2.4.6.3苯胺与的混合物混合后的导热系数估算苯胺与的混合物混合后的导热系数，参考前面的物料衡算可知：苯胺的投入量为1193.36.用方程：式中：苯胺的质量分率； ：混合物的质量分率； ：苯胺的导热系数； ：混合物的导热系数。得：2.5反应热的估算2.5.1 生成焓有关chl，298的估算运用cardozo法，参考文献10184页 式（6-1b）、式（6-2

41、）、式（6-3）及表6-1。chl，298=-196.98-610.13n （2-42）n=nc+式中，n是当量链长，nc是化合物中碳原子总数，ni是各种结构的和相态的修正系数（表2-1）。式（2-42）是与气态水相照应的燃烧热。与气态水相照应的生成焓可由下式求得：fh298=-393.78nc-121.00(nh-nx)-271.81nf-92.37ncl-36.26nbr+24.81ni-297.26ns-chl，298 （2-43）式中，nc、nh、nf、ncl、nbr、ni 和ns分别是化合物中碳、氢、氟、氯、溴、碘和硫的个数，而nx是卤原子总数。那么与液态水照应的生成焓应加上1mol

42、该物质燃烧生成的水的汽化热。水的汽化热为：44.01kj/mol如下表格摘自cardozo法计算燃烧热修正系数表，得：（表 2-1）燃烧热修正系数表物质种类修正结构ni（l）y1苯环-1.173m1伯胺+0.21s硫基-0.27u硫醚+0.535m3叔胺+0.33d11-烯烃-0.189w伯硫醇+0.5242.5.1.1苯胺的生成焓(298k)从表 2-1查得苯胺的各种结构和相态的修正系数，n=nc+=6+0.21-1.173=5.037将n代入式（2-42）得苯胺与气态水相照应的燃烧热:chl，298=-196.98-610.13n=-196.98-610.132.037=-3270.205

43、kj/mol苯胺与液态水相照应的燃烧热:chl，298=-3270.205-44.017/2=-3424.24 kj/mol代入式（2-43）得苯胺与液态水相照应的生成焓：fh298=-393.78nc-121.00(nh-nx)-271.81nf-92.37ncl-36.26nbr+24.81ni-297.26ns-chl，298=-393.78nc-121.00nh -chl，298=-393.786-121.007 -(-3424.24) =214.56 kj/mol2.5.1.2 的生成焓(298k)从表 2-1查得的各种结构和相态的修正系数,n=nc+=7+0.535+0.33-0.

44、189+0.524-1.173=7.027将n代入式（2-42）得与气态水相照应的燃烧热:chl，298=-196.98-610.13n=-196.98-610.137.027=-4485.556kj/mol与液态水相照应的燃烧热:chl，298=-4485.556-44.015/2=-4594.389 kj/mol代入式（2-43）得与液态水相照应的生成焓：fh298=-393.78nc-121.00(nh-nx)-271.81nf-92.37ncl-36.26nbr+24.81ni-297.26ns-chl，298=-393.78nc-121.00nh -chl，298=-393.787-

45、121.005 -(-4594.389) =1232.929 kj/mol2.5.2苯胺生成的反应热查得以下物质在298.15k时的生成焓(表 2-2) 物质生成焓物质cs2(g)s（s）h2s(g)co2(g)fh298（kj/mol）115.270-20.146-393.514查文献12附录，可得以下物质的比热容cp,mcp,m=a+bt+ct2 （kj/mol）ab 103c 106co2(g)28.6635.702h2s(g)29.3715.40o2(g)36.1620.845cs2(g)52.096.69h2o(g)30.0010.71n2(g)27.874.27s(s,斜)14.9

46、826.11cp,m（苯胺，l）=190.8（kj/mol）cp,m（硝基苯,l）=185.8（kj/mol）苯胺生成的反应热：2（l）+ 2 cs2（g）+ s （s）2 （l）+ h2s（g）298k时，苯胺生成的反应热为：rhm(298k)= fhmi =-20.146+21232.929-2115.27-2214.56 =1786.052 kj/mol运用文献9153页式（5-27）及表5-7，如下：cpl=+（）t+（）t2 基团aibi(k-1)di(k-2)m中包含的数目cb-（h）2.2609-0.250000.125924cb-（c）1.5070-0.133060.01179

47、92cb-（cn）1.93893.0269-0.472761s-(c)29.2306-3.00870.456251s-(h)(c)10.994-3.21130.473680.473681将上表各基团值代入式，得：=+（）t+（）t2=（42.2609+21.5070+1.9389+9.2306+10.994）+（-40.25000-20.13306+3.0269-3.0087-3.2113）t+（40.12592+2 0.011799-0.47276+0.45625+0.47368）t2=34.2211-4.45922 t+0.984448t2 （）=(产物)-(反应物) =34.2211-4

48、.45922 t+0.984448t2+29.37+15.4010-3t-190.8-(52.09+6.6910-3t)-(14.98+26.1110-3t) =-194.279-4.47662t+0.984448t2 （）从而，可由298k时的反应热计算其他温度下的反应热533k（加热到2600c）时的反应热为： 由上述计算可推知整个反应所需的热量 理想情况下，反应至533k时需吸收的热量为：59058 （15.05+2.12）103-396.2362.12103=2.5.3总传热量的计算：对生产促进剂进行的总传热量的计算，由于反应较复杂，上述的估算方法存在很大的偏差问题。采用另一种方案进行计算，即使用鹤壁山城区康博联合制剂厂的1.5反应釜加热数据作为参考，以大致计算本设计反应釜加热所需热量。由生产数据可知：电压：，电流：，通电加热时间：。由式：计算中电压采用平均值原则，即：。以苯胺为基准，投料中，1.5反应釜投苯胺为440，本设计反应釜苯胺的投量为1193.36，即为1.5反应釜的2.7倍，则所需热量也应大致为1.5反应