丁基橡膠的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

1、丁基橡膠的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)B線項(xiàng)目報(bào)告丁基橡膠的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：目錄引言3摘要4一、丁基橡膠的簡介5二、丁基橡膠的發(fā)展史5(1)世界史5(2)中國三、丁基橡膠的生產(chǎn)狀況6(1)生產(chǎn)能力6(2)國內(nèi)生產(chǎn)主要牌號(hào)及質(zhì)量指標(biāo)7四、丁基橡膠的結(jié)構(gòu)和特性81、結(jié)構(gòu)82、特性8五、丁基橡膠的生產(chǎn)91、生產(chǎn)工藝92、反應(yīng)機(jī)理93、主要原4、工藝條件95、主要生產(chǎn)技術(shù)特點(diǎn)106、生產(chǎn)流程107、反應(yīng)影響因素12六、丁基橡膠的用途13七、生產(chǎn)安全問題14八、澳化丁基橡膠加工研究進(jìn)展14九、我國丁基橡膠生產(chǎn)存在問題及建議151、存在問題152、為了使中國丁基橡膠工業(yè)快速健康發(fā)展，建議：16參考

2、文獻(xiàn)17引言本設(shè)計(jì)主要對(duì)丁基橡膠的發(fā)展史，生產(chǎn)狀況，生產(chǎn)工藝，以及用途和新發(fā)展做了簡要的介紹，其中詳細(xì)介紹了丁基橡膠的生產(chǎn)工藝，對(duì)丁基橡膠的淤漿法做了介紹，由于編寫時(shí)間比較倉促，難免出現(xiàn)出錯(cuò)，懇請(qǐng)大家提出批評(píng)。摘要異丁烯與少量異戊二烯共聚而成的一種合成橡膠，簡稱IIR。具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，最突出的是氣密性和水密性。它對(duì)空氣的透過率僅為天然橡膠的1/7,丁苯橡膠的1/5,而對(duì)蒸汽的透過率則為天然橡膠的1/200,丁苯橡膠的1/140。因此主要用于制造各種內(nèi)胎、蒸汽管、水胎、水壩底層以及墊圈等各種橡膠制品。關(guān)鍵詞：丁基橡膠異丁烯異戊二烯乙烯丙烯復(fù)迭制冷一、丁基橡膠的簡介異丁烯與少量異戊

3、二烯共聚而成的一種合成橡膠，簡稱IIR。具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，最突出的是氣密性和水密性。它對(duì)空氣的透過率僅為天然橡膠的1/7,丁苯橡膠的1/5,而對(duì)蒸汽的透過率則為天然橡膠的1/200,丁苯橡膠的1/140。因此主要用于制造各種內(nèi)胎、蒸汽管、水胎、水壩底層以及墊圈等各種橡膠制品丁基橡膠是合成橡膠的一種，由異丁烯和少量異戊二烯合成。制成品不易漏氣，一般用來制造汽車、飛機(jī)輪子的內(nèi)胎。丁基橡膠是異丁烯和異戊二烯的共聚物，它在1943年投入工業(yè)生產(chǎn)。丁基橡膠英文：butylrubber二、丁基橡膠的發(fā)展史(1)世界史?1943年Exxon公司在美國BatonRouge工廠實(shí)現(xiàn)了丁基橡膠的工業(yè)

4、化生產(chǎn)。?1944年加拿大Polysar公司采用美國技術(shù)在Sarnia建成丁基橡膠生產(chǎn)裝置。?1959年后，法國、英國、日本也開始生產(chǎn)丁基橡膠。?1960年EXXON公司開始生產(chǎn)氯化丁基橡膠。?1965年P(guān)olysar公司開發(fā)了澳化丁基橡膠。?1991年，Bayer公司購買Polysar全部合成橡膠業(yè)務(wù)，Exxon公司也收購了在法國的丁基橡膠生產(chǎn)裝置，從此世界丁基橡膠的生產(chǎn)基本上被Exxon和Bayer兩大公司所壟斷。(2)中國史中國丁基橡膠的研究開發(fā)始于20世紀(jì)60年代，并建立了中試生產(chǎn)裝置，后因各種原因而停止。1999年，北京燕山石油化工公司合成橡膠廠引進(jìn)意大利PI公司技術(shù)，建成到目前為止

5、中國惟一的一套30kt/a丁基橡膠生產(chǎn)裝置。該裝置能夠生產(chǎn)IIR1751、IIR1751F和IIR0745三個(gè)牌號(hào)的普通丁基橡膠產(chǎn)品，其中IIR1751屬于內(nèi)胎級(jí)產(chǎn)品，中等不飽和度，高門尼粘度，相當(dāng)于Exxon公司的268、Bayer公司的301及俄羅斯的BK1675N產(chǎn)品牌號(hào)，主要用于制造輪胎內(nèi)胎、硫化膠囊和水胎等制品；IR1751F是食品、醫(yī)藥級(jí)產(chǎn)品，中等不飽和度，高門尼粘度可用于口香糖基礎(chǔ)料以及醫(yī)用瓶塞的生產(chǎn)；IIR0745是絕緣材料、密封材料和薄膜級(jí)產(chǎn)品，極低不飽和度、低門尼粘度，主要用于電絕緣層和電纜頭薄膜的生產(chǎn)。最初兩年，由于技術(shù)、設(shè)備等方面的原因，該裝置難以連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，開工率較

6、低，產(chǎn)品合格率低，原材料消耗、動(dòng)力消耗及成本偏高。2000年和2001年產(chǎn)量分別只有4.055kt以及和4.190kto經(jīng)過近兩年的技術(shù)攻關(guān)，生產(chǎn)裝置的運(yùn)行狀況有了很大程度的改善，產(chǎn)量逐年增加，2002年產(chǎn)量達(dá)到21.545kt,其中產(chǎn)品合格率為84.7%,2003年產(chǎn)量進(jìn)一步增加到27kt,其中產(chǎn)品合格率達(dá)到95.4%。三、丁基橡膠的生產(chǎn)狀況(1)生產(chǎn)能力目前，世界上只有美國、德國、俄羅斯和意大利4個(gè)國家擁有丁基橡膠生產(chǎn)技術(shù)，在國際市場上，美國Exxon公司和德國Bayer公司的丁基橡膠產(chǎn)品處于壟斷地位，生產(chǎn)能力約占世界總生產(chǎn)能力的80%,此外，這兩大公司在新產(chǎn)品和新技術(shù)的開發(fā)方面也處于世界

7、領(lǐng)先地位。9個(gè)國家13套丁基橡膠裝置，總能力104萬噸/年(117)其中：Exxon公司約占51.5%Bayer公司約占28.6%中國燕化公司3.9萬噸/年，約占4.37%1999年，中石化北京燕山石油化工公司合成橡膠廠引進(jìn)意大利PI公司技術(shù)，建成到目前為止我國唯一的一套年產(chǎn)能3.0萬t的丁基橡膠生產(chǎn)裝置。先后解決了產(chǎn)品門尼粘度波動(dòng)大、降解、變色和不飽和度低等質(zhì)量問題，生產(chǎn)裝置的運(yùn)行狀況有了很大程度的改善，產(chǎn)量逐年增加。盧*TVOErfi1390K門 MTZTM物:醇(2)國內(nèi)生產(chǎn)主要牌號(hào)及質(zhì)量指標(biāo)IIIKTlR0；UTillFIN生理hit11j*|!3-I.K*幣配！r*/IvtiIl%.

8、i101(MlHbIK|fr*.*JLrj.ant、glBtOi11.QOB門t11gXMI四、丁基橡膠的結(jié)構(gòu)和特性1、結(jié)構(gòu)CH3CH3CH2C=CHCH2(CH2C)mnCH3其中，異戊二烯分子以反式1,4結(jié)構(gòu)形式無規(guī)地分布于分子鏈中，幾乎不存在1,2結(jié)構(gòu)和3,4結(jié)構(gòu)2、特性優(yōu)點(diǎn)(1)透氣率低，氣密性好丁基橡膠分子鏈中側(cè)甲基排列密集，限制了聚合分子的熱運(yùn)動(dòng)。(2)熱穩(wěn)定性好可在100c或稍低溫度下于空氣中長期使用。脫硫的丁基橡膠使用溫度可達(dá)150C至U200C(3)吸能性好丁基橡膠分子結(jié)構(gòu)中缺少雙鍵，且側(cè)鏈甲基分布密度大。(4)耐臭氧和耐天候老化性(5)化學(xué)穩(wěn)定性好(6)電絕緣性較好(7)水

9、滲透率極低缺點(diǎn)(1)硫化速度慢(2)互黏性差(3)相容性差(4)與補(bǔ)強(qiáng)劑之間作用弱五、丁基橡膠的生產(chǎn)1、生產(chǎn)工藝目前國內(nèi)丁基再生膠的生產(chǎn)工藝有六七種之多，主要有蒸煮法、炒制法、擠出法、微波法、輻射法、高溫連續(xù)催化法、化學(xué)機(jī)械法等，但無論采用何種方法，目的是采用最經(jīng)濟(jì)、最科學(xué)的方法把廢丁基橡膠由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變成線型結(jié)構(gòu)。2、反應(yīng)機(jī)理丁基橡膠的生產(chǎn)以淤漿法為主，其聚合機(jī)理是典型的陽離子聚合機(jī)理。以氯甲烷為溶劑、三氯化鋁為引發(fā)劑、在-100C低溫下進(jìn)行陽離子共聚合。離子聚合所用的引發(fā)劑對(duì)水極為敏感。因此，離子聚合的實(shí)施方法中不能用以水為介質(zhì)的聚合方法，即不能采用懸浮聚合和乳液聚合，只能采用本體聚合和溶液

10、聚合。并且單體和其它原料中含水量應(yīng)嚴(yán)格控制其含水量以10-6計(jì)。在離子聚合中溶液聚合方法為主。本體聚合法中只有低壓法HDPE的生產(chǎn)。在溶液聚合方法中常根據(jù)聚合物在溶劑中的溶解情況不同分為均相溶液聚合（常稱為溶液法）和非均相溶液聚合（常稱為淤漿法）。溶液聚合法主要用于中壓聚乙烯PE、聚丁二烯橡膠（PBR）、聚異戊二烯橡膠（PIPR）、乙-丙橡膠（E-PR）和溶液丁-苯橡膠（SSBR）等的生產(chǎn)。淤漿法主要用于聚丙烯（PP）和丁基橡膠（PIBR）的生產(chǎn)3、主要原料單體：異丁烯和異戊二烯（質(zhì)量比為97:3）,引發(fā)劑：三氯化鋁濃度為0.20.4溶劑：氯甲烷終止劑：異丙醇阻聚劑：TBC（對(duì)叔丁基鄰苯二酚）

11、4、工藝條件聚合溫度：-100c-96C聚合壓力：0.2Mpa0.3Mpa聚合轉(zhuǎn)化率：80%90%物料在釜內(nèi)停留時(shí)間：30分鐘60分鐘聚合釜操作周期：24小時(shí)60小時(shí)5、主要生產(chǎn)技術(shù)特點(diǎn)(1)在低溫下進(jìn)行,-98C(2)放熱反應(yīng)，反應(yīng)速度極快，反應(yīng)難控制(3)反應(yīng)周期較短，聚合釜切換頻繁，操作難度大6、生產(chǎn)流程生產(chǎn)流程圖流程簡述：精制過的異丁烯和異戊二烯配制成25%氯甲烷的溶液，經(jīng)兩級(jí)冷卻后由聚合釜底送入聚合釜， 催化劑氯化鋁經(jīng)緩沖罐送入聚合釜， 兩者在聚合釜內(nèi)迅速發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)熱由通入聚合釜的冷卻列管中的液態(tài)乙烯蒸發(fā)帶走(乙烯丙烯復(fù)迭制冷)。聚合后，含丁基橡膠微粒的淤漿從聚合釜上部導(dǎo)出管溢入

12、閃蒸釜，在攪拌下與熱水接觸，閃蒸出未反應(yīng)的單體和溶劑。聚合物與水的混合物料送入脫氣釜，脫除膠中殘留的氯甲烷，氯甲烷進(jìn)行回收循環(huán)利用，然后送往膠液罐，再經(jīng)過脫水篩進(jìn)行脫水，再經(jīng)過擠壓，干燥，壓塊，最后進(jìn)行包裝。在氯甲烷的回收過程中，得到了精制的氯甲烷。加入異戊二烯的目的是為了在大分子主鏈上提供雙鍵，因?yàn)楫惗∠┑木畚锎蠓肿渔溕蠠o雙鍵，不易硫化為橡膠制品。反應(yīng)特點(diǎn)：聚合反應(yīng)速率快陽離子聚合的特點(diǎn)之一是聚合反應(yīng)速率快，即使在低溫下進(jìn)行反應(yīng)也能在瞬間完成。因此，聚合熱的去除就成了很重要的問題。聚合反應(yīng)熱常借助反應(yīng)器夾套中液體乙烯的蒸發(fā)而移出對(duì)原料的純度要求很高水、醛、醇和氨等極性物質(zhì)都會(huì)使引發(fā)劑失去活

13、性；正丁烷有鏈轉(zhuǎn)作用；不飽和雜質(zhì)丁烯-1和丁烯-2則會(huì)生成凝膠。聚合前原料必須提純，一般要求異丁烯的純度要達(dá)到99%以上，異戊二烯的純度要達(dá)到98%,氯甲烷的純度要95%7、反應(yīng)影響因素1 .溫度溫度高，分子量低；溫度低，分子量高。聚合溫度對(duì)異丁烯和異戊二烯的共聚反應(yīng)有很大的影響，溫度高聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量降低，不飽和度和橡膠的物理機(jī)械性能降低。在常溫下生成低相對(duì)分子質(zhì)量的化合物， 要得到具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的聚合物,聚合溫度必須控制在-100C以下。因此，原料、系統(tǒng)的冷卻和聚合體系的冷卻都需要大量的冷凝器和壓縮設(shè)備，給經(jīng)濟(jì)上和操作上都帶來很大麻煩。2.催化劑用量催化劑加入量大，反應(yīng)劇烈，門尼低。

14、催化劑加入量低，反應(yīng)弱，門尼高。3.單體濃度（圖）有一適宜的濃度4 .異戊二烯與異丁烯配比保證不飽和度5 .水值聚合體系中適量的水，有助于對(duì)反應(yīng)的調(diào)節(jié)控制，過多過少均有不影響6.其它雜質(zhì)影響如丁烯-1,二甲醛,阻聚劑TBC（對(duì)叔丁基鄰苯二酚）等會(huì)影響聚合反應(yīng)，不同程度影響聚合物分子量，分子量分布和反應(yīng)轉(zhuǎn)化率六、丁基橡膠的用途丁基橡膠制作各種輪胎的內(nèi)胎、無內(nèi)胎輪胎的氣密層、各種密封墊圈，在化學(xué)工業(yè)中作盛放腐蝕性液體容器的襯里、管道和輸送帶，農(nóng)業(yè)上用作防水材料。2005年， 我國丁基橡膠消費(fèi)量近15萬噸， 國產(chǎn)丁基橡膠不足3萬噸,80%依靠進(jìn)口，從1999年至2004年，進(jìn)口量年均增長率達(dá)26.9

15、%。由于，國際石油市場價(jià)格不斷上升，丁基橡膠價(jià)格也不斷攀升。近幾年來丁基橡膠的價(jià)格由15000元/T左右，上升呈現(xiàn)在的32000元/T以上。而丁基橡膠制品的價(jià)格雖然有所上升，但整體算價(jià)格上升幅度不超過30%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上丁基橡膠價(jià)格成倍的上升。 所以很多使用丁基橡膠的企業(yè)把目光轉(zhuǎn)向了丁基橡膠的最佳替代產(chǎn)品一一丁基再生橡膠。丁基再生橡膠除了類似原聚合物的性能之外，還具有某些特殊的配合優(yōu)點(diǎn)，如改善尺寸穩(wěn)定性，升熱性較低，減少焦燒。氣密性同原丁基橡膠一樣，比其它合成橡膠更好地保留原生膠的各種性能，所以丁基再生膠的經(jīng)營良好， 是制造輪胎內(nèi)胎最佳選擇材料。 丁基橡膠中含有少量的異戊二烯，故其不飽和度較低，

16、其硫化膠耐老化性能非常優(yōu)良，這說明其很耐氧化，經(jīng)試驗(yàn)也證明，廢硫化丁基橡膠再生時(shí)，氧起的作用很小，所以再生脫硫比天然橡膠困難。內(nèi)胎、水胎硫化膠囊氣密層電線絕緣材料防水建筑材料減震材料藥用瓶塞（食品級(jí)，包括鹵化丁基）食品（口香糖基料）（食品級(jí)）粘合劑橡膠水壩七、生產(chǎn)安全問題?有毒有害異丙醇毒性等級(jí)為：中級(jí)；氯甲烷低毒；異丁烯易引起窒息、弱麻醉和弱刺激，有毒?易燃易爆異丁烯，異戊二烯異丙醇都是易燃易爆物?低溫、負(fù)壓?腐蝕性強(qiáng)含水異丙醇有腐蝕性作用八、澳化丁基橡膠加工研究進(jìn)展澳化丁基橡膠是制造無內(nèi)胎輪胎不可替代的原材料，也是醫(yī)用橡膠制品的必須原料，屬于戰(zhàn)略物資。目前澳化丁基橡膠的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)裝置，

17、只有美國和德國擁有，且技術(shù)不對(duì)外轉(zhuǎn)讓。由于我國尚不能生產(chǎn)澳化丁基橡膠，完全依賴進(jìn)口，導(dǎo)致國內(nèi)市場、價(jià)格被外商壟斷控制。2000-20092000-2009 年丁基橡膠表觀消費(fèi)量年均增長率約為 24.65%24.65%。0909 年消費(fèi)量 25.25.8 8 萬噸，預(yù)計(jì)到 1212 年丁基橡膠的需求量 3030 萬噸，其中鹵化丁基橡膠約 2525 萬噸，澳化丁基橡膠占鹵化的 57%57%約 14.2514.25 萬噸。20102010 年 1111 月 3030 日，浙江龍盛發(fā)布關(guān)于澳化丁基橡膠項(xiàng)目中試結(jié)果的公告：近日，公司下屬的杭州龍山化工有限公司和浙江齊成科技有限公司、浙江大學(xué)教授陳甘棠等兩

18、人成立的澳化丁基橡膠中試小組試驗(yàn)的工業(yè)化澳化丁基橡膠生產(chǎn)技術(shù)取得突破，經(jīng)北京橡膠工業(yè)研究所設(shè)計(jì)指標(biāo)與進(jìn)口同類產(chǎn)品質(zhì)量相當(dāng)，這意味著我國無內(nèi)胎輪胎原料生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破。浙江龍盛披露，目前該技術(shù)尚處在中試的第一階段，中試小組投資建設(shè)的設(shè)計(jì)能力為 10001000 噸/年的中試裝置，在該中試的第二階段將建設(shè)設(shè)計(jì)能力為 30003000噸/年的中試裝置，在中試完成后，將根據(jù)中試最終結(jié)果，并結(jié)合該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益最終確定投資項(xiàng)目計(jì)劃。九、我國丁基橡膠生產(chǎn)存在問題及建議1 1、存在問題通過引進(jìn)國外技術(shù)，中國建成了一套 30kt/a30kt/a 的丁基橡膠生產(chǎn)裝置，并且通過近幾年的不斷努力，實(shí)現(xiàn)了安全

19、平穩(wěn)生產(chǎn)，產(chǎn)量不斷提高，在國內(nèi)市場中所占的份額逐漸擴(kuò)大，在一定程度上滿足了國內(nèi)實(shí)際生產(chǎn)的需求。 但與國外發(fā)達(dá)國家相比， 還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)(1)生產(chǎn)能力小，產(chǎn)量少，產(chǎn)品自給率低。目前中國丁基橡膠的生產(chǎn)能力只有 30kt/a30kt/a, ,遠(yuǎn)低于其經(jīng)濟(jì)規(guī)模 50kt/a50kt/a 的生產(chǎn)水平，更低于 ExxonExxon 公司和 BayerBayer 公司70kt/a70kt/a 以上的生產(chǎn)規(guī)模，造成生產(chǎn)成本相對(duì)較高，產(chǎn)品自給率只有 3030 流右，在國際市場中缺乏競爭力；(2)(2)技術(shù)力度開發(fā)不夠，品種牌號(hào)仍顯單一。目前中國引進(jìn)的 3 3 個(gè)普通丁基橡膠產(chǎn)品

20、牌號(hào)還不能完全生產(chǎn)，鹵化丁基橡膠等其他改性丁基橡膠產(chǎn)品還不能生產(chǎn)，造成一些高等級(jí)產(chǎn)品大量進(jìn)口，而通用產(chǎn)品銷售不暢的被動(dòng)局面，在一定程度上影響了中國丁基橡膠的健康發(fā)展；(3)(3)產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定。目前，中國生產(chǎn)的丁基橡膠產(chǎn)品在粘連、黃變、產(chǎn)品批次、揮發(fā)分以及門尼值波動(dòng)幅度等方面還存在在一些問題，還有待提高；(4)(4)產(chǎn)品應(yīng)用范圍較小。目前，中國丁基橡膠產(chǎn)品約 84%ffl84%ffl 于輪胎行業(yè)，其他方面的應(yīng)用還比較少；(5)(5)技術(shù)服務(wù)水平還不能很好地滿足用戶的需求。2 2、為了使中國丁基橡膠工業(yè)快速健康發(fā)展，建議：(1)(1)提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省能耗和物耗，以提高產(chǎn)品在市場中的競爭力。產(chǎn)品質(zhì)量是產(chǎn)品競爭的關(guān)鍵因素。針對(duì)目前中國丁基橡膠產(chǎn)品存在的問題，應(yīng)該加大技改力度，不斷改善產(chǎn)品質(zhì)量，把用戶的要求作為產(chǎn)品生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)；加大節(jié)能降耗力度，降低生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品在國內(nèi)市場上更具有競爭力。(2)(2)在保證現(xiàn)有丁基橡膠生產(chǎn)裝置正常穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，加快新品種和新牌號(hào)的研究開發(fā)和生產(chǎn)，增加國產(chǎn)丁基橡膠的牌號(hào)品種，不斷完善產(chǎn)品品種結(jié)構(gòu)，以更好地滿足市場需求。另外，除了加大丁基橡膠在輪胎內(nèi)胎用膠的需求外，還應(yīng)