年產(chǎn)1.1萬噸順丁橡膠聚合車間工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、論文題目：年產(chǎn)1.1萬噸順丁橡膠聚合車間工藝設(shè)計(jì) 摘 要順丁橡膠是順式1，4-聚丁二烯橡膠的簡稱，國際通用代號(hào)為br，是目前僅次于丁苯橡膠的世界上第二大通用合成橡膠。本文介紹了順丁橡膠的市場需求與生產(chǎn)現(xiàn)狀，討論了原料路線、聚合方法、催化劑、終止劑、防老劑的優(yōu)缺點(diǎn)并進(jìn)行選擇。通過確定順丁橡膠的生產(chǎn)流程，查閱各種物質(zhì)的工藝參數(shù)，對(duì)產(chǎn)量為15000噸順丁橡膠聚合工藝進(jìn)行了計(jì)算，包括所有設(shè)備的物料衡算，聚合釜的熱量衡算以及聚合釜的設(shè)備計(jì)算。繪制了pid圖、pfd圖以及聚合釜的詳細(xì)設(shè)備圖。關(guān)鍵詞：順丁橡膠，丁二烯，聚合，轉(zhuǎn)化率，催化劑，聚合釜 subject: process design of 1，3

2、-polybutadiene rubber polymeric workshop with annual output of 11,000 tons specialty: chemical engineering and technology abstractbutadiene rubber is the type 1, 4-like polybutadiene rubber abbreviation, general international code for br, is currently the second only to styrenebutadiene rubber of th

3、e worlds second largest general synthetic rubber this paper introduces the butadiene rubber market demand and production status, discussed the raw material route, polymerization methods, catalyst, termination agent, the advantages and disadvantages of age-resistant choice. through the determination

4、of butadiene rubber production processes, refer to all kinds of material process parameters, to produce 15000 tons of butadiene rubber polymerization process of detailed calculation, including all the equipment of material balance calculate, the quantity of heat of polymerization kettle calculation

5、and polymerization kettle calculation of the equipment. draw the pid figure, pfd diagram and polymerization kettle equipment of detailed picture.key words: butadiene, butadiene, polymerization, conversion, catalyst, polymerization kettle 65目錄第一章 前 言11.1順丁橡膠11.1.1 順丁橡膠的發(fā)展歷史11.1.2 順丁橡膠的優(yōu)缺點(diǎn)11.1.3順丁橡膠的優(yōu)

6、點(diǎn)21.1.4順丁橡膠的缺點(diǎn)21.1.5順丁橡膠的用途21.2我國順丁橡膠的發(fā)展歷程21.3順丁橡膠的生產(chǎn)需求狀況41.4選題的目的與意義41.4工藝路線的確定51.4.1 聚合方法的確定51.4.2 單體原料路線的確定61.4.3溶劑的選擇61.4.4引發(fā)劑的選擇71.4.5 終止劑與防老劑81.5車間組成9第二章 工藝計(jì)算及主要設(shè)備選型102.1物料衡算102.1.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)102.1.2聚合釜物料衡算102.1.3終止釜的物料衡132.1.4凝聚釜的物料衡算15基礎(chǔ)數(shù)據(jù)152.1.5緩沖槽、振動(dòng)篩、洗膠罐物料衡算182.1.6干燥脫水物料衡算202.1.7 包裝物料衡算222.1.8油水

7、分離器物料衡算232.1.9溶劑回收部分物料衡算242.2熱量衡算272.2.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)272.2.2各聚合釜反應(yīng)轉(zhuǎn)化率確定292.2.3各釜物料組成及物性數(shù)據(jù)302.2.4聚合釜的熱量衡算382.3設(shè)備的計(jì)算及選型432.3.1聚合釜計(jì)算432.3.2各反應(yīng)器的確定512.4泵的選擇（以溶劑油泵為例）592.4.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)592.4.2確定流量與揚(yáng)程602.4.3選泵622.4.4選電機(jī)622.4.5幾何安裝高度的確定62參 考 文 獻(xiàn)63致謝65第一章 前 言1.1順丁橡膠順丁橡膠，即順式-1,4-聚丁二烯橡膠，呈白色或微黃色,簡稱br。順丁橡膠具有良好的耐寒性，耐磨性，彈性很優(yōu)異。動(dòng)負(fù)荷

8、下發(fā)熱少，耐老化性較好。根據(jù)順式1,4含量的不同，順丁橡膠可分為低順式，中順勢和高順勢。低順式的順式1,4含量為35%-40%；中順勢的順式1,4含量為90%；高順勢的順式1,4含量可達(dá)96%-99%。1.1.1 順丁橡膠的發(fā)展歷史低順式順丁橡膠最早由美國費(fèi)爾斯通輪胎與橡膠公司于1955年開發(fā)，1961年投產(chǎn)，催化劑為丁基鋰；中順式順丁橡膠由美國菲利浦石油公司開發(fā)(1956)，并于1960年由美國合成橡膠公司建廠投產(chǎn)，催化劑是四碘化鈦-三烷基鋁;高順式順丁橡膠可用鈷系（一氯二烷基鋁-鈷鹽）和鎳系（環(huán)烷酸鎳-三烷基鋁三氟化硼乙醚絡(luò)合物）催化劑進(jìn)行生產(chǎn)。鈷系催化劑由意大利蒙特卡蒂尼公司開發(fā)并投產(chǎn)（

9、1963），而鎳系催化劑則是由日本合成橡膠公司采用橋石輪胎公司的技術(shù)于1965年工業(yè)化的。目前，有中國、美國、日本、英國、法國、意大利、加拿大、俄羅斯、德國等15個(gè)國家生產(chǎn)順丁橡膠， 20多個(gè)品種。1980年世界年產(chǎn)量已超過 1.8mt，總產(chǎn)量僅次于丁苯橡膠，在合成橡膠中居第二位。1.1.2 順丁橡膠的優(yōu)缺點(diǎn)采用ni系引發(fā)劑合成的順丁橡膠順式1,4含量為9698%,屬于高順式丁二烯橡膠,其分子結(jié)構(gòu)比較規(guī)整,主鏈上無取代基,分子間作用力小,分子長而細(xì),分子中有大量的可發(fā)生內(nèi)旋轉(zhuǎn)的c-c單鍵,使分子十分柔軟.同時(shí)分子中還存在許多具有反應(yīng)性的c=c鍵,這樣的分子結(jié)構(gòu)決定了此種橡膠具有如下特性1.1.

10、3順丁橡膠的優(yōu)點(diǎn)耐磨性好耐低溫性能好彈性高動(dòng)負(fù)荷下發(fā)熱小耐老化性較好1.1.4順丁橡膠的缺點(diǎn)加工性能差生膠的冷流傾向大抗撕裂強(qiáng)度差抗張強(qiáng)度較低抗?jié)窕圆缓玫沁@些缺點(diǎn)可以通過與丁腈橡膠，丁苯橡膠，天然橡膠的混合使用來改善。1.1.5順丁橡膠的用途順丁橡膠主要用于輪胎制造，所制造的輪胎胎面，在苛刻的行駛條件下（如高速、路況差、氣溫低等）可以顯著改善耐磨耗性能，提高輪胎的使用壽命。此外，還可以用來制造其他耐磨制品（如膠鞋、膠帶、膠輥等）以及各種耐寒性要求較高的橡膠制品。1.2我國順丁橡膠的發(fā)展歷程20世紀(jì)50年代，我國建成了氯丁和乳聚丁苯橡膠失誤生產(chǎn)裝置。當(dāng)我國合成橡膠工業(yè)正在起步時(shí)，國外發(fā)現(xiàn)新型

11、ziegler-natta定向聚合催化劑。1960年美國開始了順丁橡膠的工業(yè)化生產(chǎn)。世界出現(xiàn)新型溶液聚合新技術(shù)。由于西方世界對(duì)我國實(shí)行經(jīng)濟(jì)和技術(shù)封鎖，想要橡膠工業(yè)的發(fā)展與世界同步，只能自力更生，走創(chuàng)新之路。1950年我國研制成功鈦、鈷元素組成的催化劑，合成出性能相近的順丁橡膠同時(shí)發(fā)現(xiàn)鎳系三元新型ziegler-natta催化劑建成了七套萬噸級(jí)生產(chǎn)裝置，總生產(chǎn)能力達(dá)40多萬噸/年。1960開展了鈦系催化劑的研究，研制成功四碘化鈦和三異丁基鋁組成的催化體系，制得物理機(jī)械性能與國外同類產(chǎn)品相近的順丁橡膠。但鈦系催化劑是非均相的，用量高，又需碘元素，膠為棕色，順式含量偏低，并含有副產(chǎn)物，使膠具有不愉快

12、的味道，以及用苯作溶劑等缺點(diǎn)。1961年開展了均相鈷系催化劑的研究，解決了鈷系順丁橡膠加工性能差等一系列關(guān)鍵技術(shù)問題，成功研制出鈷或鈷鎳混合的三種催化劑體系，合成的順丁橡膠性能均達(dá)到國外同類橡膠的水平。鈷系催化劑的活性高于鈦系，用量低，順式含量高，可制得非污染型膠。但鈷系催化劑仍需用芳烴作溶劑，聚合溫度須嚴(yán)格控制才能制得高順式的順丁橡膠，生產(chǎn)成本高。1962年、開展了鎳和稀土元素作為主催化劑合成順丁橡膠的研究，次年發(fā)現(xiàn)新型三元鎳系催化劑，制得加工和物性均優(yōu)的高順式聚丁二烯橡膠。到1964年末，研制成功5種催化體系，均可合成性能較好的順丁橡膠。1965年中科院在北京召開了鑒定會(huì)，建議對(duì)鎳系催化劑

13、合成順丁橡膠生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。1969年9月建成了規(guī)模為15kt/a,采用了以苯為溶劑萬噸級(jí)順丁橡膠生產(chǎn)裝置。但是苯為溶劑雖然掛膠輕，產(chǎn)品質(zhì)量好，但苯的毒性較大，國內(nèi)資源不足，在北方的冬季需用伴熱管線等多方面不利因素，最終決定萬噸級(jí)順丁橡膠生產(chǎn)裝置采用毒性小、來源充足的加氫抽余油為溶劑。1971年北京燕山石油化工公司建成了第一套鎳系順丁橡膠生產(chǎn)裝置，年產(chǎn)量為1.5w噸，采用抽余油為溶劑，環(huán)烷酸鎳，三氟化硼乙醚絡(luò)合物和三異丁基鋁為催化劑。1998年錦州石油化工公司與中科院長春應(yīng)化所合作在萬噸級(jí)鎳系順丁橡膠生產(chǎn)裝置上以絕熱聚合方式實(shí)現(xiàn)了釹系稀土順丁橡膠的工業(yè)化生產(chǎn)。2000年茂名石化公司從fina

14、引進(jìn)了低順式順丁橡膠的生產(chǎn)裝置并生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，齊魯石油化工公司也研究開發(fā)出氯化順丁橡膠。2003年北京燕化石油化工公司研究院開研發(fā)出低順式順丁橡膠的生產(chǎn)技術(shù)，在sbs生產(chǎn)裝置上進(jìn)行了全流程的試生產(chǎn)。2005年8月，大慶石化順丁橡膠裝置擴(kuò)能改建后，順丁橡膠年產(chǎn)量大幅上升。截止2005年底我國共有8套順丁橡膠生產(chǎn)裝置，其中7套采用了國內(nèi)生產(chǎn)工藝。1.3順丁橡膠的生產(chǎn)需求狀況我國完全依靠自己的科研人員和科研成果，獨(dú)立自主的開發(fā)成功具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的順丁橡膠生產(chǎn)技術(shù)，不僅建廠成本低、回報(bào)高，而且我國技術(shù)與國外相比，具有催化劑用量低、反應(yīng)時(shí)間短、聚合反應(yīng)器生產(chǎn)強(qiáng)度高、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長，居世界領(lǐng)先地位。產(chǎn)品成

15、本低、質(zhì)量好，尤其耐屈撓性能突出，可用于子午線輪胎胎側(cè)膠。我國順丁橡膠投產(chǎn)后，市場占有率隨著產(chǎn)量增加而提高，現(xiàn)在保持在97%以上，還出口歐洲、亞洲、非洲等187個(gè)國家和地區(qū)。目前，我國順丁橡膠主要用于輪胎、制鞋、高抗沖聚苯乙烯(hips)以及abs樹脂的改性等方面。據(jù)中投顧問發(fā)布的2010-2015中國合成橡膠行業(yè)投資分析及前景預(yù)測報(bào)告顯示，輪胎領(lǐng)域需求量約占順丁橡膠總需求量的64.9%，制鞋約占10.2%，高抗沖聚苯乙烯加工改性約占9.7%，膠管、膠帶約占8.8%，其他方面約占6.4%。 順丁橡膠是僅次于丁苯橡膠的世界第二大通用合成橡膠。近年來，由于汽車、高鐵、航空航天等領(lǐng)域發(fā)展迅速，我國順

16、丁橡膠的需求量在不斷增加。然而，隨著我國順丁橡膠市場的需求量出現(xiàn)大幅增長，我國順丁橡膠產(chǎn)能增長的速度卻要低于需求量增長的速度，使得目前我國順丁橡膠市場出現(xiàn)了供不應(yīng)求的狀況。1.4選題的目的與意義順丁橡膠（br）在世界七大合成橡膠品種中，其產(chǎn)量僅次于sbr，居第二位；在通用橡膠品種中，其消耗僅次于nr和sbr，居第三位。br具有高彈性、高耐磨性、高耐屈撓性及低滯后損失等特點(diǎn)，最適用于汽車輪胎。此外，在非輪胎領(lǐng)域也具有廣泛的通用性。目前,全世界30 多個(gè)國家和地區(qū)約50 套工業(yè)生產(chǎn)裝置進(jìn)行商品化生產(chǎn)。作為國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)序列中的一大門類,順丁橡膠在中國橡膠工業(yè)現(xiàn)已形成輪胎、膠管、膠帶、膠鞋、工業(yè)制品、

17、乳膠制品等品種齊全，生產(chǎn)、科研、設(shè)備制造以及炭黑、助劑等原材料基本配套的工業(yè)體系。近10年來，中國橡膠工業(yè)生產(chǎn)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展，年遞增速度在8%左右；技術(shù)進(jìn)步顯著，新產(chǎn)品、新工藝、新設(shè)備發(fā)展迅速；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整大有成效，代表輪胎發(fā)展方向的子午線輪胎的產(chǎn)量已占總量的13%，膠鞋的高檔產(chǎn)品已超過膠鞋總量的25%，并開發(fā)了為汽車、電子、建筑、家電等行業(yè)配套的大量精細(xì)橡膠制品；產(chǎn)品出口量年年大幅增長。因此對(duì)順丁橡膠聚合車間工藝的設(shè)計(jì)具有非常大的意義。1.4工藝路線的確定1.4.1 聚合方法的確定根據(jù)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，從自由集聚合，陰離子聚合，陽離子聚合，配位聚合等反應(yīng)機(jī)理中確定選擇出配位聚合。同時(shí)考慮配位聚合所

18、用原料，引發(fā)劑，傳熱，物料輸送，產(chǎn)物溶解，回收，操作方式等方面綜合考慮選擇溶液聚合實(shí)施方法。該工藝路線包括了如反應(yīng)活性中心的形成過程；特殊引發(fā)劑組分的安全防護(hù)；由于溶劑存在必然要考慮的回收，循環(huán)，利用；反應(yīng)的終止方式；產(chǎn)品防老化處理等特點(diǎn)。操作方式選擇連續(xù)操作。溶液聚合法主要工序如圖所示：丁二烯的聚合催化劑橡膠的脫水與干燥單體溶劑的回收和精制膠液的凝聚終止劑防老劑丁二烯圖1-1 主要工序圖1.4.2 單體原料路線的確定丁烯氧化脫氫法（中國丁烯制丁二烯裝置均采用此法）優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)化率高，選擇性好，投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較低。缺點(diǎn)：氧化過程中產(chǎn)生副產(chǎn)物，使精丁二烯中不可避免的含有少量含氧化合物，影響丁二烯的質(zhì)

19、量，并帶來污水處理問題。丁烷脫氫催化法優(yōu)點(diǎn)：原料來源豐富，適用范圍廣，反應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，催化劑強(qiáng)度大，活性高，壽命長。缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)化率低，收率小。催化劑表面結(jié)碳速度快，需要幾個(gè)反應(yīng)器輪流反應(yīng)和再生，而且需要大量水蒸氣做稀釋劑才能在低的丁烷分壓下反應(yīng)。c4餾分分離法優(yōu)點(diǎn)：基本建設(shè)投資少，生產(chǎn)成本低。缺點(diǎn)：需要輸入大量能量才能獲得有經(jīng)濟(jì)效益的轉(zhuǎn)化率，而且溶劑回收設(shè)備多且復(fù)雜。其中用到dmf法，萃取塔和汽提塔底部要求溫度高。乙炔法，乙醇法。丁烯脫氫法前兩個(gè)此工藝路線年代久遠(yuǎn)，成本高，生產(chǎn)流程長，原料來源不廣泛，能量消耗大，不適合大量生產(chǎn)。丁烯脫氫法60年代已被丁烯氧化脫氫法取代。通過比較乙炔法，乙醇法，

20、丁烷脫氫催化法，丁烯氧化脫氫法，丁烯脫氫法，c4餾分分離法等生產(chǎn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本地情況，因地制宜，選擇合適的丁烯氧化脫氫法制丁二烯的原料路線。1.4.3溶劑的選擇表1-1順丁橡膠生產(chǎn)所用溶劑有苯，甲苯，甲苯-庚烷，溶劑油。溶劑單體溶解能力引發(fā)劑溶解能力膠液粘度比較毒性回收與經(jīng)濟(jì)學(xué)來源苯高好高高容易甲苯高好高高成本高甲苯-庚烷高好較高低成本高溶劑油高一般低無容易廣泛使用溶劑油做溶劑，除了對(duì)三氟化硼乙醚絡(luò)合物的溶解度稍差，但是對(duì)單體丁二烯與引發(fā)劑環(huán)烷酸鎳和三異丁級(jí)鋁的溶解度都很好，尤其是溶劑油可以大大降低膠液的粘度，利于傳熱和攪拌，而且生產(chǎn)能力大。我國石油資源較為充足，來源也廣泛，所以選用溶劑

21、油做溶劑。1.4.4引發(fā)劑的選擇i目前工業(yè)中使用的是鋰、鈦、鈷和鎳四種引發(fā)體系，各有其特點(diǎn)，說明如下： 鋰系：常用的是丁基鋰，屬于陰離子型引發(fā)劑，所得的聚丁二烯中順式-1，4-含量為35%40%。反應(yīng)中添加極性化合物，如thf，可使1，2-含量由5%10%提高到35%55%，常稱這種聚合物為中乙烯基聚丁二烯。優(yōu)點(diǎn)是引發(fā)劑是單組分的，組成簡單，聚合反應(yīng)容易控制。又引發(fā)劑活性高，用量少，聚合后不需要從產(chǎn)品中除去，適宜單釜連續(xù)聚合，生產(chǎn)能力高，成本低。缺點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量差，分子量較低，生膠的冷流傾向大。因?yàn)槭顷庪x子活性聚合反應(yīng)，分子量分布很窄，加工性能較差。 鈦系：是配位陰離子聚合引法劑，不溶于反應(yīng)介質(zhì)

22、中，是非均相體系。所得聚合物分子量較高，可高達(dá)50萬，故可大量充油和充碳黑。因分子量分布較窄，加工性能不及鈷系及鎳系引發(fā)劑。 鈷系：是可溶性配位陰離子聚合引發(fā)劑，產(chǎn)物質(zhì)量均勻，分子量易控制，分子量分布較鈦系要寬，易加工。產(chǎn)品中順式-1，4-結(jié)構(gòu)可高達(dá)96%98%。橡膠的綜合物理機(jī)械性能較好，但聚合過程中的操作條件要求嚴(yán)格。 鎳系：這種引發(fā)劑的特點(diǎn)與鈷系相似，故鈷系所具有的優(yōu)點(diǎn)鎳系也有。而鎳系引發(fā)劑更為特殊的優(yōu)點(diǎn)是聚合時(shí)可提高單體濃度，也可提高反應(yīng)溫度（不超過100）增加生產(chǎn)能力。在同樣反應(yīng)條件下若采用鈷系引發(fā)劑，就會(huì)使聚合物中順式-1，4含量下降，凝膠含量上升。ii新型催化劑的研究與開發(fā) 釹系

23、：釹系順丁橡膠又稱稀土順丁橡膠，運(yùn)用這種橡膠為原料制造輪胎可以極大提高輪胎的質(zhì)量和性能。在丁二烯存在及50下，使釹系化合物，如新癸酸釹、異辛酸釹以及異辛酸改性的膦酸釹與al（i-bu）2h反應(yīng)，再與al（i-bu）2cl作用，可形成均相穩(wěn)定的釹系催化劑體系。結(jié)果表明，該催化劑不僅可以提高丁二烯聚合的催化活性及立體定向性（順式-1，4-結(jié)構(gòu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于96），而且具有單一活性中心的特征，可合成相對(duì)分子質(zhì)量分布指數(shù)接近于200的聚丁二烯。目前國內(nèi)在稀土聚丁二烯市場開發(fā)方面需要解決價(jià)格、性能、質(zhì)量和供應(yīng)問題，并且完善技術(shù)，盡早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。 鐵系：對(duì)高乙烯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于80的鐵系聚丁二烯橡膠（fvbr

24、）的生膠性能、混煉行為、硫化特性、硫化膠性能、黏彈性能以及耐熱老化性能與溶聚丁苯橡膠（ssbr）的性能進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，fvbr的混煉行為良好，添加適量的操作油，可以得到性能理想的硫化膠。fvbr硫化膠的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和耐熱老化性能等與ssbr相當(dāng)。此外，fvbr在60下的tan較低，表明它具有較低的滾動(dòng)阻力。開發(fā)鐵系催化劑主要是為了達(dá)到提高活性、調(diào)節(jié)相對(duì)分子質(zhì)量、減少催化劑和聚合體系毒性，同時(shí)也能降低催化劑成本，這是一個(gè)重要信息。國內(nèi)合成橡膠企業(yè)應(yīng)重視鐵系催化劑的研究與開發(fā)，盡早實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。綜合上述引發(fā)劑的優(yōu)缺點(diǎn)及實(shí)際生產(chǎn)的需要，本次設(shè)計(jì)采用鎳系引發(fā)劑。1.4.5 終止劑與防老劑終止

25、劑：乙醇來源：95%的工業(yè)乙醇當(dāng)聚合反應(yīng)進(jìn)行到轉(zhuǎn)化率85%時(shí)，應(yīng)加入終止劑，破壞尚有活性的催化劑，終止少量正在增長的分子鏈，使聚合反應(yīng)終止，為了使終止劑能溶于溶劑油，使之均勻的分散和終止，在工業(yè)生產(chǎn)中常用工業(yè)乙醇作為終止劑。終止劑：264，即2,6二叔丁基4甲基苯酚。橡膠在加工、儲(chǔ)存、使用過程中受空氣中的氧，熱合機(jī)械力作用，使橡膠變硬發(fā)脆或變軟發(fā)粘，使其物理性能下降，加入防老劑可延緩老化，延長橡膠的壽命。1.5車間組成采用溶液聚合的方法，使丁二烯、溶劑、引發(fā)劑等在連續(xù)釜式反應(yīng)器中進(jìn)行配位聚合，制得粘稠膠液，再通過水蒸氣凝聚、洗膠、干燥、壓塊等過程獲得最終產(chǎn)品順丁橡膠。車間組成：該車間主要由聚合

26、工段和后處理工段組成。聚合工段主要由罐區(qū)、計(jì)量、聚合、配制、黏度等崗位組成，后處理主要由混膠、凝聚、干燥、壓塊、包裝等崗位組成。第二章 工藝計(jì)算及主要設(shè)備選型2.1物料衡算2.1.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)產(chǎn)量：15000t； 開工時(shí)間：8000小時(shí)/年； 每噸順丁橡膠消耗丁二烯1.045噸； 轉(zhuǎn)化率：85%； 丁二烯濃度1215g/100ml； 丁油入釜溫度40；末釜溫度110； 聚合系統(tǒng)壓力0.44mpa；計(jì)量罐壓力0.1mpa；計(jì)量壓力泵0.8mpa。選用配方（質(zhì)量比）：鎳/丁二烯=2.010-5；鋁/丁二烯=1.010-4；硼/丁二烯=2.010-4；鋁/鎳=3-8；鋁/硼0.25；醇/鋁=6；防老劑

27、/丁二烯=0.79%(質(zhì)量比)。裝置總收率為95.3%，總損耗為4.7%。2.1.2聚合釜物料衡算聚合釜的物料衡算圖如圖所示終止釜終止釜終止釜終止釜掛膠去終止釜硼組分鋁組分丁二烯鎳組分溶劑油圖2-1 聚合釜的物料衡算丁二烯系統(tǒng)產(chǎn)膠量: 15000100080001.875103 kg/h需純度為100%丁二烯量: 1.8751031.0451959.375 kg/h除去2.5%的丁二烯損失: 1959.375（12.5%）1910.391 kg/h需要純度100%的丁二烯 1910.39185%2247.519 kg/h（轉(zhuǎn)化率85%） 41.621 kmol/h未反應(yīng)的丁二烯: 2247.5

28、191910.391 337.128 kg/h所需純度99%的原料丁二烯: 2247.5190.992270.221 kg/h1%按正丁烯計(jì)算: 2270.2212247.51922.702 kg/h表2-1 計(jì)算結(jié)果組分wkg/ht/dt/am3/h正丁烯1%22.7020.545181.6160.305丁二烯99%2247.51953.94017980.1523.579合計(jì)100%2270.22154.48518161.7683.440注：正丁烯的密度：596kg/m3；丁二烯的密度：628kg/m3；溶劑油的密度：661kg/m3。溶劑油系統(tǒng)取丁二烯13.5g/100ml則 丁二烯135

29、 kg/m3每小時(shí)進(jìn)入聚合釜的丁油量 2270.22113516.816 m3 每小時(shí)進(jìn)入聚合釜的丁二烯原料量 3.440m3每小時(shí)進(jìn)入聚合釜的溶劑油量 16.8163.44013.376 m3 13.3766608828.160 kg引發(fā)劑系統(tǒng)引發(fā)劑用量計(jì)算公式：引發(fā)劑用量丁二烯進(jìn)料量(引發(fā)劑/丁二烯)引發(fā)劑摩爾質(zhì)量 環(huán)烷酸鎳 (cnh2n-1coo)2ni m鎳 58.7kg/kmol 2247.519542.010-558.70.0489 kg/h 0.048958.70.00083 kmol/h成品中環(huán)烷酸鎳的含量為7.5%，則所需環(huán)烷酸鎳為 0.04890.0750.625 kg/h

30、 三異丁基鋁 al(i-c4h9)3 m al(i-c4h9)3198 kg/kmol mal27 kg/kmol 2247.519541.010-41980.824 kg/h 其中鋁為 0.824271980.1124 kg/h 0.1124270.00416 kmol/h 三氯化硼乙醚絡(luò)合物 bf3(c2h5)2o m bf3(c2h5)2o 142 kg/kmol mb10.811 kg/kmol 則所需bf3(c2h5)2o的量為 2247.51954210-41421.182 kg/h 其中硼為 1.18210.8111420.090 kg/h 0.09010.8110.0083 k

31、mol/h聚丁二烯系統(tǒng)聚丁二烯 2247.5190.851910.391 kg/h掛膠損失 1959.3750.0119.594 kg/h去終止釜的干膠量 1910.39119.5941890.797驗(yàn)證配方 al/ni0.00416/0.000835 合格 al/b0.00416/0.00830.5 合格表2-2 聚合釜物料衡算組分kg/ht/dt/aw進(jìn)料丁烯22.7020.545181.6160.205%丁二烯2247.51953.94017980.15220.246%溶劑油8828.160211.87670625.28079.526%環(huán)烷酸鎳0.6250.0155.000.005%三異

32、丁基鋁0.8240.0206.5920.007%三氟化硼乙醚絡(luò)合物1.1820.0289.4560.011%合計(jì)11101.012266.42488808.086100%出料丁烯22.7020.545181.1610.205%丁二烯337.1288.0912697.0243.037%溶劑油8828.16021187670625.28079.525%去終止釜聚丁二烯1890.79745.37915126.37617.033%三種引發(fā)劑2.6310.06321.0480.024%掛膠損失19.5940.470156.7520.176%合計(jì)11101.012192.78188808.086100%2

33、.1.3終止釜的物料衡終止釜的無聊衡算如圖所示去凝聚釜終止釜防老劑246終止劑乙醇聚合釜來的膠液圖2-2 終止釜的物料衡算終止劑、防老劑系統(tǒng) 終止劑用量計(jì)算（95的工業(yè)酒精，密度為810kg/m3）乙醇用量100%丁二烯物質(zhì)的量(鋁/丁)(醇/鋁)乙醇摩爾質(zhì)量 / (乙醇純度乙醇密度) (41.6211.010-4646)(0.95810) 0.001493 m3/h 0.001493810 1.210 kg/h含水量為：1.2100.050.0605 kg/h100%乙醇用量為：1.210.06051.1495kg/h 防老劑用量計(jì)算防老劑/丁二烯0.79%，防老劑配制濃度為 117g/l防

34、老劑總用量2247.5190.0079 17.755 kg/h17.7551170.152 m3/h由于防老劑與乙醇都是溶解在溶劑油中，所以264與溶劑油的用量防老劑用量乙醇用量 0.152 m3/h0.001493 m3/h 0.1505 m3/h其質(zhì)量約為：0.150566099.33 kg/h表2-3 終止釜的物料衡算組分kg/ht/dt/aw進(jìn)料膠液11081.418065.95488651.34498.943%終止劑1.2100.029049.680.011%水0.06050.00150.4840.0005%防老劑17.7550.0461142.040.1585%帶入溶劑99.332

35、.3832794.640.8869%總計(jì)11199.7735268.79489598.188100%出料丁烯22.7020.545181.6160.2027%丁二烯337.1288.0912697.0243.010%三種引發(fā)劑2.6310.06321.0480.0235%溶劑油8927.49214.26070619.9279.711%干膠1890.79745.37915125.37616.882%終止劑1.2100.029049.680.011%水0.06050.00150.4840.0005%防老劑17.7550.0461142.040.1585%總計(jì)11199.7735268.794589

36、59.188100%2.1.4凝聚釜的物料衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)終止釜無聊衡算表中的出料數(shù)據(jù)；a. 循環(huán)水量：水/膠液7.5 (體積比)；b. 循環(huán)水入口溫度：90；c. 表壓為0.9mpa的水蒸氣耗量：水蒸氣/膠5:1 (質(zhì)量比)；d. 凝聚溫度95；e. 凝聚壓力(表壓)：0.02mpaf. 膠液入釜溫度：20；g. 油水分離內(nèi)，水在烴中的飽和溫度為100 mg/kg；溶劑油在水中的飽和溶解度1410-6 (摩爾分?jǐn)?shù))；i. 溶劑油(以正己烷計(jì))汽化熱為316.522 kj/kg；20-95的平均比熱容約為428kj/(kg)；j. 95時(shí)丁二烯的汽化熱為131.884 kj/kg；20-90的平均

37、比熱容為2.554 kj/(kg)；k.丁烯（以正丁烯計(jì)）95時(shí)的汽化熱為254.139kg/kj；20-95的平均比熱容約為2.679kj/(kg攝氏度)；l. 經(jīng)振動(dòng)篩后自由水全部脫除，脫粒內(nèi)含60%，含油約為0.5%；m.干燥脫水裝置使膠粒內(nèi)含水和油（即揮發(fā)份）小于0.75%；注：、數(shù)據(jù)來自化工工藝設(shè)計(jì)手冊下冊；來自高聚物合成工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第30頁；其余來自某橡膠廠現(xiàn)場數(shù)據(jù)。凝聚釜物料衡算如圖所示溶劑油、丁二烯、水蒸氣去油水分離器凝聚釜熱水機(jī)械損失渣沫損失膠液熱水、膠粒去振動(dòng)篩0.9mpa水蒸氣圖2-3 凝聚釜物料衡算（1） 循環(huán)熱水量水/膠液7.5（體積比）則用水量 （16.8160.1

38、52）7.5127.26 m3/h取用水量為127m3/h，即127t/h。（2） 損失量丁二烯機(jī)械損失 2247.5190.00511.238 kg/h聚丁二烯渣沫損失 2247.5190.00511.238 kg/h防老劑損失 17.7550.0050.089 kg/h（3） 去振動(dòng)篩的聚丁二烯膠粒量聚丁二烯 1890.79711.2381879.559 kg/h膠粒內(nèi)防老劑 17.7550.08917.666 kg/h膠粒內(nèi)含油 1890.7970.0059.454 kg/h膠粒內(nèi)含水 1890.7970.61134.478 kg/h（4） 水蒸氣冷凝量溶劑油氣化量 8927.499.4

39、548918.036 kg/h丁烯氣化量 22.702 kg/h丁二烯氣化量 337.1811.238325.942 kg/h注：未扣除膠液罐中回收的丁二烯量。查基礎(chǔ)化學(xué)工程上冊，第338頁表10得：表壓為0.9mpa水蒸氣焓值h汽2781.71kj/kg；第337頁表9得：95飽和水蒸氣焓值h水397.75kj/kg?？傻?，焓差：h2781.71397.752383.96 kj/kg估算水蒸氣冷凝量：計(jì)算公式：gw質(zhì)量 汽化熱95平均汽化熱（9520） / 焓差 溶劑油氣化所需冷凝量gw(溶劑油)8918.036316.5222.428(9520)2383.961865.270 kg/h 丁

40、烯氣化所需冷凝量gw(丁烯)22.702254.1392.679(9520)2383.964.333 kg/h 丁二烯所需冷凝量 gw(丁二烯)325.942131.8842.554(9520)2383.9644.221 kg/h 循環(huán)水（90升溫至95）所需冷凝量 gw(循環(huán)水)1270004.1868(9590)2386.961113.809 kg/h所需冷凝量總和g1865.2704.33344.2211113.809 3027.633 kg/hg中有1134.478 kg/h包含在膠粒內(nèi)，全部冷凝水與循環(huán)水一起去振動(dòng)篩。（5） 進(jìn)入凝聚釜的蒸汽總量（水蒸氣/膠5/1） 1.875103

41、59375 kg/h 去油水分離器的水蒸氣量： 93753027.6336347.367 kg/h表2-4 凝聚釜物料衡算組分kg/ht/dt/aw進(jìn)料膠液11199.7735268.79458958.1887.59%循環(huán)水1270003048101600086.058%水蒸氣9375225750006.352%合計(jì)147574.77353514.79451180598.188100%出料去振動(dòng)篩聚丁二烯1879.55945.10915036.4721.425%防老劑17.6660.424141.3280.013%溶劑油9.4540.227226.8960.007%三種引發(fā)劑2.6310.06

42、321.0480.002%終止劑1.2100.0299.680.001%水130027.6633120.6641040221.30498.552%去1號(hào)篩合計(jì)131938.1833166.5161055505.464100%去油水分離器丁烯22.7020545181.6160.145%丁二烯325.9427.8232607.5362087%溶劑油8918.036214.03371346.44857.115%水蒸氣6347.376152.33750779.00840.652%合計(jì)15614.056374.373124912.448100%損失丁二烯11.2380.27089.90449.803%

43、損失干膠11.2380.27089.90449.803%損失防老劑0.0890.021360.7120.394%合計(jì)22.5650.542180.52100%出料合計(jì)147575.2843541.8071180602.2722.1.5緩沖槽、振動(dòng)篩、洗膠罐物料衡算物料衡算如圖所示 洗膠熱水1# 振動(dòng)篩2# 振動(dòng)篩洗膠罐緩沖槽凝聚來的膠粒和水 去污水池循環(huán)熱水去 去洗滌凝聚釜 熱水罐圖2-5 物料衡算進(jìn)料系統(tǒng)（1）凝聚來的膠粒和總水量 131938.183 kg/h（2）洗膠的熱水量 27 m3/h，即27000 kg/h出料系統(tǒng)（1）去凝聚熱水罐 127000 kg/h（2）去洗滌熱水罐的洗膠

44、熱水 270000 kg/h（3）去干燥脫水聚丁二烯：1879.559 kg/h 溶劑油：9.454 kg/h防老劑： 17.666 kg/h 水： 1134.478 kg/h （4）去污水池（假設(shè)引發(fā)劑、終止劑全部被洗掉）引發(fā)劑：2.631 kg/h 終止劑：1.210 kg/h 水：(130027.66327000)(12700027000)1134.4781893.185 kg/h表2-5 振動(dòng)篩和洗膠罐的無聊衡算組分kg/ht/dt/aw進(jìn)料膠粒和水131938.1833166.5161055505.46483.012%洗膠水27000.000648.000216000.00016.9

45、88%合計(jì)158938.1833814.5161271505.464100%出料循環(huán)水去凝聚循環(huán)熱水罐的水127000.0003048.0001016000.00079.919%去洗滌熱水罐的水27000.000648.000216000.00016.991%去干燥脫水聚丁二烯1879.55945.10915036.4271.183%防老劑17.6660.424141.3280.011%溶劑油9.4540.227226.8960.006%水1134.47827.2209075.8240.714%合計(jì)3041.15772.34024113.2561.897%去污水池引發(fā)劑2.6310.06321

46、.0480.002%終止劑1.2100.0299.6800.001%水1893.18545.43644.1401.191%合計(jì)1897.02645.52915176.2081.194%出料總合計(jì)158911.1833813.8681271289.464100%2.1.6干燥脫水物料衡算物料衡算如圖所示干燥、脫水 含水膠粒 去包裝 水、溶劑油去污水池圖2-6干燥脫水物料衡算按指標(biāo)規(guī)定膠內(nèi)揮發(fā)份（水、油）0.75%，設(shè)計(jì)取0.74%，其中含水0.064%，含油0.1%，所以：膠內(nèi)含水量：1897.5590.006412.144 kg/g膠內(nèi)含油： 1897.5590.0011.898 kg/h脫水

47、量： 1134.47812.1441122.334 kg/h脫油量： 9.4541.8987.556 kg/h故，去包裝部分聚丁二烯：1897.559 kg/h水： 12.144 kg/h防老劑： 17.666 kg/h溶劑油： 1.898 kg/h脫除揮發(fā)份組成：水： 1122.334 kg/h溶劑油： 7.556 kg/h表2-6 干燥、脫水物料衡算組分kg/ht/dt/aw進(jìn) 料含水膠粒等3041.15772.34024113.256出料去包裝聚丁二烯1879.55945.10915036.427防老劑17.6660.424141.3280.01%水12.1440.29197.1520.0064%溶劑油1.8980.04615.1840.001%合計(jì)1911.26745.87015290.136去污水水1122.33426.9368978.672溶劑油7.5560.18160.448合計(jì)1129.89027.1179039.12出 料 合 計(jì)3041.157100%2.1.7 包裝物料衡算（1） 不合格產(chǎn)品及落地料損