順丁橡膠合成工藝創(chuàng)新設(shè)計方案

1、順丁橡膠合成工藝創(chuàng)新設(shè)計方案引言1.1 順丁橡膠產(chǎn)品概述順丁烯橡膠，由丁二烯聚合制 得的結(jié)構(gòu)規(guī)整的合成橡膠。與天然橡膠和丁苯橡膠相比，硫化后的順丁橡膠的耐寒性、耐磨性和彈性特別優(yōu)異，動負(fù)荷下發(fā)熱少，耐老化性尚好，易與天然橡膠、氯丁橡膠或丁腈橡膠并用。根據(jù)順式1，4含量的不同，順丁橡膠又可分為低順式順式1，4含量為3540、中順式(90左右)和高順式9699三類。高順式順丁橡膠分子間力小，分子量高，因而分子鏈柔性大,玻璃化溫度低Tg=-110，在常溫?zé)o負(fù)荷時呈無定形態(tài)，承受外力時有很高的形變能力，是彈性和耐寒性最好的合成橡膠。且由于分子鏈比較規(guī)整，拉伸時可以獲得結(jié)晶補強，參加炭黑又可獲得顯著的炭

2、黑補強效果，是一種綜合性能較好的通用橡膠。1.2順丁橡膠生產(chǎn)工序方法1.2.1 合成工序順丁橡膠的生產(chǎn)工序包括：催化劑、終止劑和防老劑的配制計量,丁二烯聚合,膠液凝聚和橡膠的脫水枯燥。其聚合幾乎都采用連續(xù)溶液聚合流程，聚合裝置大都用35釜串聯(lián)，單釜容積為1250m。所用溶劑和所得產(chǎn)物隨催化劑不同而異。1.2.2 合成方法 用丁基鋰為催化劑生產(chǎn)順丁橡膠,多以環(huán)己烷 (或己烷)作溶劑。這種聚合體系的催化活性高,工藝簡單，反響容易控制；但所得順丁橡膠的順式1，4含量低，分子量分布窄，不易加工，硫化后的順丁橡膠的物理性能較差，一般只與聚苯乙烯樹脂混煉作改性樹脂。 用鈦或鈷催化體系生產(chǎn)順丁橡膠，一般選用

3、苯或甲苯作溶劑，制得順丁橡膠的順式1，4含量高，硫化膠的物理性能類似，不同的是鈦系順丁橡膠的分子量分布窄、冷流傾向大，加工性能也不如鈷系和鎳系順丁橡膠好。 用鎳系催化劑生產(chǎn)順丁橡膠，芳烴如苯或甲苯和脂肪烴如環(huán)己烷、己烷、庚烷或加氫汽油均可作為聚合溶劑，而且都得到高分子量、高順式順丁橡膠，以環(huán)烷酸鎳-三異丁基鋁-三氟化硼乙醚絡(luò)合物作催化劑、以抽余油作溶劑生產(chǎn)順丁橡膠的技術(shù)我國生產(chǎn)橡膠的主要技術(shù)方法，中國自1959年開始研究，于1971年建成萬噸級生產(chǎn)裝置并投產(chǎn)。 尚有三種新型催化劑即：稀土催化劑如環(huán)烷酸稀土一氯二乙基鋁三異丁基鋁、烯丙基氯化鎳催化劑如(-C3H5NiCl)2-四氯苯醌和鹵化烯丙基

4、鈾催化劑均可制得高順式(9699)的順丁橡膠，而且活性和所得硫化膠的物理性能也好，但由于開發(fā)較晚，至80年代中期尚未到達(dá)工業(yè)化生產(chǎn)的程度。1.3 國內(nèi)順丁橡膠生產(chǎn)技術(shù)差距 品種單一，品牌少，難以適應(yīng)市場變化需求 生產(chǎn)本錢高 生產(chǎn)技術(shù)差 質(zhì)量上有差距因此，我們要采用新的技術(shù)改善我們的生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)新型聚合釜反響器、催化劑陳化方式改進(jìn)、凝聚釜采用熱泵回收熱能。1.4順丁橡膠開展方向開發(fā)順丁橡膠新品種和新牌號，以調(diào)整現(xiàn)有順丁橡膠的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增加裝置適應(yīng)性。繼續(xù)進(jìn)行充油順丁橡膠不同充油份數(shù)及不同門尼的產(chǎn)品，稀土順丁橡膠產(chǎn)量很少、裝置規(guī)模小產(chǎn)品牌號單一，難以適應(yīng)多種用途、多種加工配方的需求，缺少低順橡膠的

5、技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用研究，并盡早將研究成果投入工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)在順丁橡膠裝置上的多品種生產(chǎn)。優(yōu)化順丁橡膠現(xiàn)有的催化體系和工藝條件，進(jìn)一步降低物耗能耗，提高技術(shù)水平。催化劑陳化方式需改進(jìn)，以提高總轉(zhuǎn)化率，穩(wěn)定活性。國內(nèi)蒸汽與溶劑的消耗略高于國外，增加了產(chǎn)品本錢，產(chǎn)品出口量小。需要提高生產(chǎn)自控水平，如在線門尼粘度檢測水平低，導(dǎo)致產(chǎn)品門尼粘度波動較大，影響了用戶使用。開發(fā)新型聚合反響器。目前順丁橡膠采用，采用雙螺帶攪拌器，存在返混態(tài)、攪拌不均等缺陷。所以主要是攪拌漿型的改動，提高混合效果，強化傳熱能力，從而能優(yōu)化聚合工藝指標(biāo)，提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量。不斷開辟順丁橡膠在非輪胎制品中的應(yīng)用。增加順丁橡膠在工程輪胎、

6、拖機輪胎、農(nóng)用輪胎中的使用比例， 占領(lǐng)塑料改性用順丁橡膠市場，開發(fā)改性順丁橡膠如氯化順丁橡膠、環(huán)氧化、羧化、鹵磺化改性順丁橡膠的研究等，以進(jìn)一步擴大順丁橡膠的用量。1.5生成物順丁橡膠的物理化學(xué)性質(zhì)及技術(shù)指標(biāo) 順丁橡膠的物理化學(xué)性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)的直接關(guān)系。這種結(jié)構(gòu)又分為分子內(nèi)結(jié)構(gòu)和分子間結(jié)構(gòu)(聚集態(tài)結(jié)構(gòu))。1.5.1順丁橡膠的結(jié)構(gòu) 還有反式1.4結(jié)構(gòu)和1.2位加成產(chǎn)物。利用環(huán)烷酸鎳三異丁基鋁三氟化硼乙醚絡(luò)合物引發(fā)體系使丁二烯聚合后的產(chǎn)物中含9698的順式1.4結(jié)構(gòu)，含12反式1.4結(jié)構(gòu)和12的1.2結(jié)構(gòu)加成物。這種以順式1.4結(jié)構(gòu)為主的聚合物具有分子鏈長，自然狀態(tài)下為無規(guī)線團(tuán)狀；分子內(nèi)存在獨立雙鍵

7、使大分子鏈的柔性大，同時易于硫化處理的特點。由于順式1.4結(jié)構(gòu)含量大，使得大分子的規(guī)整性好，同時又由于分子鏈無取代基，造成對稱性好，但因其重復(fù)結(jié)構(gòu)單元之間距離大，而使順式1.4結(jié)構(gòu)聚丁二烯比反式1.4結(jié)構(gòu)聚丁二烯更難于結(jié)晶。即便能結(jié)晶，其熔點也低(順式1.4含量為98.5的產(chǎn)物，熔點為0)，因此，在常溫下無結(jié)晶態(tài)，只以無定形形態(tài)存在。相反，反式結(jié)構(gòu)產(chǎn)物易結(jié)晶。故此，前者是高彈性體，后者無彈性。1.5.2順丁橡膠的性能通過與天然橡膠相比，順丁橡膠具有彈性高、耐低溫性好、耐磨性佳、滯后損失和生熱性小、耐撓曲性及動態(tài)性能好以及耐老化、而永久性好等特點。被廣泛用于輪胎加工行業(yè)。但它也有加工性欠佳、強度

8、較差、抗?jié)窕圆缓?、有冷流性傾向等缺乏。順丁橡膠的性能一看生膠的性能(可塑性、加工性、外觀、顏色等)好壞，影響它因素有聚合方法、引發(fā)劑系統(tǒng)、生膠的分子結(jié)構(gòu)、門尼粘度、平均分子量、分子量分布、凝膠含量、灰分、揮發(fā)份等。二看硫化后的硫化膠性能(抗張強度、300定拉伸強力、伸長率、硬度、回彈性、生成熱、永久變形、磨耗量等)，影響硫化膠的因素有門尼粘度、凝膠含量、加工用的配合劑(種類、用量、配方)加工方法等。上述這些可以用表格列出數(shù)據(jù)對常見橡膠膠進(jìn)行比較顯示。1.5.3順丁橡膠的用途主要用于輪胎加工行業(yè)，另外，還用于輸送帶、傳動帶、模壓制品、鞋底、膠鞋及海綿膠等方面。2.合成原理及生產(chǎn)工藝2.1 合成

9、原理-聚合機理丁二烯分子中的p鍵很活潑，在催化劑的作用下，可以翻開，使丁二烯分子互相加成，形成聚丁二烯大分子，整個聚合過程由以下幾個根本階段構(gòu)成。 鏈的引發(fā)丁二烯在催化劑的作用下活化，這種活化了的單體叫做活性中心，它很活潑，能夠很快的引發(fā)單體進(jìn)行聚合。單體被催化劑活化稱作鏈的引發(fā)階段。如果以A代表催化劑，M代表丁二烯單體，那么引發(fā)反響可用下式表示：A+M AM*AM*代表活性中心。 鏈的增長帶有單體的活性中心很活潑，能很快和更多的單體分子起反響，反響后的活性鏈其活性并不衰減，結(jié)果在很短的時間內(nèi)形成了帶有成千上萬單體鏈節(jié)的活性長鏈分子，其過程可用下式來描述：AM*+nM A(M)nM*式中 (M

10、)n就是有n個丁二烯分子連接起來的，且仍具有活性的長鏈分子。在鏈增長階段，由于大量的丁二烯分子進(jìn)行聚合，形成了長鏈大分子，所以這一過程必然是分子數(shù)急劇下降，分子量顯著升高，同時由于此時小分子間的距離被共價鍵所代替，所以會出現(xiàn)體積收縮或比重增加現(xiàn)象。在鏈增長階段，有大量的舊鍵破壞、新鍵形成，根據(jù)鍵能數(shù)據(jù)計算和實驗測定，每克分子的丁二烯聚合放出17.9千卡的熱量，這就是丁二烯聚合時放熱的由來。 鏈的終止在一定的聚合條件和環(huán)境中，鏈增長到一定長度之后，由于某種化學(xué)或物理因素的影響，活性中心從增長鏈上脫落，再生出活性中心而使原有的增長鏈終止，變?yōu)闊o活性的聚丁二烯分子、或者是增長鏈遇到單體，催化劑、溶劑

11、或雜質(zhì)后，活性中心發(fā)生轉(zhuǎn)移，使原有的增長鏈終止，稱為鏈轉(zhuǎn)移終止：一般終止：AMnM* Mn+1+A*轉(zhuǎn)移終止：AMnM*+B Mn+1+A*-B式中B表示單體、催化劑、雜質(zhì)、溶劑。不管那種方式終止，最后形成的聚丁二烯都是沒有活性的高分子長鏈2.2合成工藝一鎳系催化劑生產(chǎn)順丁橡膠聚合工段主要由罐區(qū)、計量、聚合、配制、配制、粘度五個崗位組成。罐區(qū)崗位負(fù)責(zé)貯存、收送丁二烯和溶劑油。聚合崗開車，罐區(qū)連續(xù)給聚合送溶劑油；單體丁二烯由后乙腈直接送聚合，聚合停產(chǎn)時，丁二烯直接送罐區(qū)。計量崗負(fù)責(zé)為聚合輸送各種引發(fā)劑、終止劑。配制崗負(fù)責(zé)為聚合配制引發(fā)劑和終止劑，此外，還負(fù)責(zé)接收鋁劑車間配好的三異丁基鋁。粘度崗負(fù)

12、責(zé)檢測生產(chǎn)的結(jié)果，測試門尼粘度和轉(zhuǎn)化率。由乙腈來的丁二烯經(jīng)流量控制閥控制適宜流量，入文氏管與溶劑油溶劑進(jìn)行混合，再進(jìn)入丁油預(yù)熱器(預(yù)冷器)進(jìn)行換熱，控制一定入釜溫度。鎳組分和鋁組分分別由鎳計量泵和鋁計量泵送出，經(jīng)鋁鎳文氏管混合后，與出丁油預(yù)熱器(預(yù)冷器)的丁油溶液混合。硼組分由硼計量泵送出與稀釋油經(jīng)文氏管混合后，在釜底與丁油混合進(jìn)入首釜。丁油溶液在聚合釜中，在一定溫度和壓力下，受到引發(fā)劑的作用，發(fā)生丁二烯聚合反響，生成高分子量的丁二烯聚合產(chǎn)物聚丁二烯。首釜膠液自釜項出口出來，由第二釜釜底進(jìn)入第二釜繼續(xù)進(jìn)行反響；再由第二釜的釜項出口出來，由第三釜釜底進(jìn)入第三釜繼續(xù)進(jìn)行反響；當(dāng)?shù)竭_(dá)一定粘度和轉(zhuǎn)化率

13、后，在第三釜的出口管線(終止釜的入口管線)與終止劑一起由終止釜釜底進(jìn)入終止釜進(jìn)行終止處理；最后，膠液由終止釜項出口出來，經(jīng)膠液過濾器和壓力控制閥入成品工段凝聚崗的膠液罐。2.3合成工藝二充油法制備順丁橡膠研制充油順丁橡膠的試驗原理比較簡單，就是把油加到順丁橡膠中。充油方法一般有兩種：一是直接在擠壓機前充油，此種方法所得充油膠的質(zhì)量不均勻，會出現(xiàn)花紋且充油量不大，目前很少采用：另一種是在凝聚前充油。我們采用第二種方法生產(chǎn)充油順丁橡膠也叫濕法生產(chǎn)充油橡膠。為了得到性能卓越的產(chǎn)品，關(guān)鍵在于高門尼855的順丁橡膠研制。一般來說，對于Ni-Al-B三元催化聚合體系，當(dāng)Ni催化劑量不變，增加Al/B比可以

14、增加聚丁二烯門尼值，但最高只能到達(dá)門尼值60左右，得不到門尼值為855的母膠。我們通過采取加辛醛的方法，合成出門尼值為6090的順丁橡膠。并采用濕法在膠液中直接混入3540份高芳烴油。充油順丁橡膠的生產(chǎn)工藝主要包括：高門尼根底膠液的合成、膠液與填充油混合及凝聚枯燥等工序。首先是采用特定的聚合技術(shù)將橡膠的門尼粘度提高到80 100，制備出高分子量根底膠，然后在凝聚之前將高門尼膠液與填充油充分混合，最后進(jìn)行充油膠液的凝聚、枯燥，其中高門尼膠液與填充油的混合過程對充油順丁橡膠的質(zhì)量均一性、產(chǎn)品性能有著至關(guān)重要的影響。催化劑采用二元陳化，稀硼單加的方法，如加辛醛那么與硼先混合。采用小瓶及5升釜進(jìn)行丁二

15、烯聚合。根據(jù)設(shè)計量在小瓶及5升釜中配制得到丁二烯與溶劑油的混合物，再將小瓶放入恒溫水浴或5升釜通過夾套加熱至聚合溫度。配制催化劑并用針管將計算好用量的催化劑打入小瓶或釜中，攪拌使其充分混勻，待釜內(nèi)溫度穩(wěn)定后攪拌2小時充油完成，再將充油順丁橡膠膠液經(jīng)水蒸氣凝聚后，產(chǎn)品在110滾筒上滾干后封裝保存。2.4合成后期處理工段后處理工段包括混膠崗、凝聚崗、洗膠崗、枯燥崗、壓塊崗、薄膜崗、紙袋崗?；炷z崗負(fù)責(zé)接收聚合來的膠液，并將門尼粘度不同的膠液混配成優(yōu)級品指標(biāo)內(nèi)的膠液；在膠液罐定期回收一局部丁二烯；合格膠液送往凝聚崗。凝聚崗負(fù)責(zé)將終止后進(jìn)入膠液罐混合的門尼粘度合格的膠液進(jìn)行凝聚，膠粒送洗膠崗，溶劑油送回

16、收工段。洗膠崗負(fù)責(zé)用水洗掉膠粒外表的雜質(zhì)，降低膠的溫度，并膠粒送往枯燥崗?？菰飴徹?fù)責(zé)將含水4060的膠粒，通過擠壓脫水機、膨脹枯燥機和枯燥箱降到0.75以下，并呈海綿狀，直徑為10mm小膠條送至壓塊崗。壓塊崗負(fù)責(zé)稱量壓塊,薄膜崗負(fù)責(zé)薄膜包裝,紙袋崗負(fù)責(zé)封袋、入庫。被終止后的膠液進(jìn)入膠液罐后，將局部未轉(zhuǎn)化的丁二烯經(jīng)罐項壓控調(diào)節(jié)閥，鹽水冷凝冷卻器，進(jìn)入丁二烯貯罐，再送至丁二烯回收罐區(qū)。膠液在罐中根據(jù)門尼粘度值上下進(jìn)行相互混配合格后，經(jīng)過膠液泵送往凝聚崗。合格膠液被噴到凝聚釜內(nèi)，在熱水、機械攪拌和蒸汽加熱的作用下，進(jìn)行充分凝聚形成顆粒，并蒸出溶劑油溶劑和少量丁二烯。釜項被蒸發(fā)的氣體有水蒸汽、局部丁二

17、 烯和絕大局部溶劑油溶劑，氣體經(jīng)過兩個并聯(lián)的循環(huán)水冷凝冷卻器，冷凝物進(jìn)入油水別離器進(jìn)行油水別離，溶劑油用油泵送往溶劑回收罐區(qū)，水經(jīng)油水別離罐底部由液面調(diào)節(jié)閥控制排出，經(jīng)二次凈化別離罐排入地溝。釜底膠粒和循環(huán)熱水經(jīng)顆粒泵送入洗膠崗的緩沖罐，再經(jīng)1號振動篩別離出膠粒送至洗膠罐。在洗膠罐中，用4060的水對膠粒進(jìn)行洗滌，經(jīng)洗滌的膠粒和水由2號振動篩進(jìn)行別離，并將含水4060的膠粒送往擠壓枯燥崗。通過擠壓機擠壓將膠粒含水量降到815，然后，切成條狀進(jìn)入膨脹枯燥機加熱、加壓，到達(dá)膨脹和內(nèi)蒸的目的，除去膠粒中的絕大局部水分，再送入水平紅外枯燥箱枯燥，使膠的含水量到達(dá)0.75以下。2.5 合成工藝圖3三釜物

18、料衡算a)計算丁二烯進(jìn)料量 丁二烯產(chǎn)量=產(chǎn)量/年操作小時=35000103/7900=4430.38kg/hr 由消耗定額計算100%丁二烯4430.381.02=4518.99 kg/hr 按轉(zhuǎn)化率88%計算丁二烯的進(jìn)料 4518.99/0.88 = 5135.21kg/hr 折合成公斤分子數(shù)為： 5135.21/54 = 95.1公斤分子實際丁二烯量為： 5135.21/0.9986 = 5142.41kg/hr丁二烯的進(jìn)料體積 5142.41/620 = 8.29 m3丁二烯的溶劑重度為620kg/m3b)溶劑進(jìn)料量根據(jù)丁二烯濃度為20 g/100ml 的要求進(jìn)行計算， 丁濃=丁二烯進(jìn)料

19、量/(丁二烯體積+溶劑體積+催化劑體積)溶劑的體積=(丁二烯進(jìn)料量/丁濃)-丁二烯體積-催化劑體積=5142.41/200-8.29-0.79=16.63m3溶劑進(jìn)料量=16.63660=10977.153kg溶劑重度為660kg/m3c)催化劑用量催化劑溶液進(jìn)料體積升=催化劑進(jìn)料量1/催Ni用量 : 951001.010-558.7 = 55.82g/hr其溶液體積為 : 55.82/2 = 27.91 l/hrAl用量 : 951000.3610-427 = 102.708g/hr其溶液體積為: 102.708/2 = 51.354 l/hrB用量 : 951001.010-4142 =

20、1080.336g/hr其體積為：1080.336/1130 = 0.96 l/hr溶劑體積為：0.96500 = 478 (l/hr) (稀釋比為 1:500)三項催化劑總克數(shù)為： 55.82+102.708+1080.3365=1238.864g/hr三項催化劑總體積為：0.96+27.91+51.345+478 = 558.215( l/hr)溶劑重量： 558.2150.66=368.42 kg/hrd)聚丁二烯生成量100%丁二烯進(jìn)料： 5135.21 kg/hr丁二烯損耗聚合損失1.5%：5135.211.5%=77.03 kg/hr反響的丁二烯量： 5135.21- 77.03

21、= 5058.17 kg/hr由轉(zhuǎn)化率88%得生成丁二烯的量： 5058.1788%=4451.20 kg/hr因為掛膠損失1.2%掛膠量=4451.201.2%=53.41 kg/hr去凝聚=4451.20-53.41=4397.79 kg/hr未反響的丁二烯= 5058.17-4451.20=606.97 kg/hre)防老劑用量防老劑用量=4397.791% =43.98 (kg/hr )防老劑體積=43.98103/186=236.45升防老劑溶液質(zhì)量=236.450.66=156.06 kg防老劑溶劑質(zhì)量 =156.06-43.98=112.08 kg/hrf)三釜物料衡算表物料名稱

22、進(jìn)料（kg/hr）出料（kg/hr）1丁二烯5142.41其中100%丁二烯5135.21606.97雜質(zhì)2424損失77.032溶劑10977.15311543.9433催化劑 N00558212389A0102B1080溶劑368.424聚丁二烯4398.02掛膠損失53.415防老劑43.9843.98溶劑112.08合 計16687.9816687.984首釜物料衡算a)計算丁二烯進(jìn)料量 丁二烯產(chǎn)量=產(chǎn)量/年操作小時=35000103/7900=4430.38kg/hr 由消耗定額計算100%丁二烯 4430.38 1.02=4518.99 kg/hr 按轉(zhuǎn)化率88%計算丁二烯的進(jìn)料

23、4518.99/0.88 = 5135.21kg/hr 折合成公斤分子數(shù)為： 5135.21/54 = 95.1公斤分子實際丁二烯量為： 5135.21/0.9986 = 5142.41kg/hr丁二烯的進(jìn)料體積 5142.41/620 = 8.29 m3丁二烯的溶劑重度620kg/m3b)溶劑進(jìn)料量根據(jù)丁二烯濃度為20 g/100ml 的要求進(jìn)行計算， 丁濃=丁二烯進(jìn)料量/(丁二烯體積+溶劑體積+催化劑體積)溶劑的體積=(丁二烯進(jìn)料量/丁濃)-丁二烯體積-催化劑體積=5142.41/200-8.29-0.79=16.63m3溶劑進(jìn)料量=16.63660=10977.153kg溶劑重度為660

24、kg/m3c)催化劑用量催化劑溶液進(jìn)料體積升=催化劑進(jìn)料量1/催Ni用量 : 951001.010-558.7 = 55.82g/hr其溶液體積為 : 55.82/2 = 27.91 l/hrAl用量 : 951000.3610-427 = 102.708g/hr其溶液體積為: 102.708/2 = 51.354 l/hrB用量 : 951001.010-4142 = 1080.336g/hr其體積為：1080.336/1130 = 0.96 l/hr溶劑體積為：0.96500 = 478 (l/hr) (稀釋比為 1:500)三項催化劑總克數(shù)為： 55.82+102.708+1080.33

25、65=1238.864g/hr三項催化劑總體積為：0.96+27.91+51.345+478 = 558.215( l/hr)溶劑重量： 558.2150.66=368.42 kg/hrd)聚丁二烯生成量由轉(zhuǎn)化率88%得100%丁二烯進(jìn)料： 5135.21 kg/h首釜丁二烯損耗聚合0.6%：5135.210.5%=30.81kg/h反響的丁二烯量： 5135.21- 30.81=5104.4 kg/h由首釜轉(zhuǎn)化率65%得生成聚丁二烯的量： 5135.2165%=3337.89 kg/h首釜掛膠損失0.5%掛膠量=3337.890.5%=16.69 kg/h未反響的丁二烯= 5135.21-3

26、337.89=1797.32 kg/h 去2#釜聚丁二烯量：3337.89-16.69=3321.20kg/he)首釜物料衡算表物料名稱進(jìn)料（kg/hr）出料（kg/hr）1丁二烯5142.41其中100%丁二烯5135.211797.32雜質(zhì)2424損失30.812溶劑10977.15311543.9433催化劑 N00558212389A0102B1108溶劑368.424聚丁二烯去2#釜3321.20掛膠損失16.69合 計16555.7316555.735設(shè)備選擇及計算a)聚合釜的體積=(溶劑+丁二烯+催化劑)進(jìn)料體積反響時間 3假定三個釜的體積相等=16.63+8.29+0.792

27、=17.14m3 3 反響釜總?cè)莘e選為18 m3b)確定釜的外型尺寸選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。查標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為0.131D3，h封=D/4h- 釜體直邊高度 H-反響釜總高度，那么有 H=h+2h封=h+2D/4取H/D=2.3 總體積VT=3.14/4D2h+0.262D3 計算得D=2.17 那么選用釜體直徑為2200mmH=2.22.3=5.06m查表得：曲面高度為525mm 直邊高度為40mm 厚度為1014mm夾套直徑應(yīng)為D+200mm D夾=2200+200=2400mm釜體的傳熱面積 A體=DH= 3.142.25.06=34.54m2實際反響釜的總傳熱面積A實=A體+A封=34.

28、54+5.572=45.68 m2c)攪拌形式選擇根據(jù)順丁橡膠生產(chǎn)的粘度較大的特點，選用雙螺帶式，查?化工工藝設(shè)計手冊?，得：D/D0=0.95 H/D0=1 C/D0=0.025L/ D0=0.98 B/ D0=0.095 S=0.5 Z=2首釜攪拌轉(zhuǎn)速為60rpm =4000cp=4kg/m.s=丁二烯用量+溶劑/體積 =5135.21+10977.153+504.5/8.29+0.79+16.63=646.32kg/m3那么攪拌的雷諾數(shù)：NRe=D2n/ =2.22 (60/60) 646.32/4=782.05NRe 值大于300時，可認(rèn)為流體大到湍流狀態(tài)，符合要求。d)攪拌功率的計算

29、查?化工工藝設(shè)計手冊?，功率計算公式如下： NP=273NRe-1。0 NP =0.273n2D3=0.2734(60/60)22.23=11.63KWN攪=11.632=23KW6熱量衡算首釜由于丁二烯、溶劑和膠液在相同的溫度下熱值十分接近，所以取相同的數(shù)值，計算誤差在允許范圍內(nèi)。Q1+Q3+ Q3=Q2+Q4Q1-進(jìn)料熱 Q2-聚合熱 Q3-攪拌熱 Q4-物料帶出熱 Q5-冷劑帶出熱 Q1=w CP平t=16686.350.5258=70082.68千卡/小時Q2=G聚合熱= 3337.89320=1068124.8千卡/小時Q3=11.6370%/4.186060=7011.39千卡/小

30、時Q4= w CP平t=16686.350.61070=712507.145千卡/小時Q5= Q1+Q2+Q3-Q4 =432711.725千卡/小時tm=(72+10)-(72+8) = 79Ln80/78Q2=KAtmA理= Q2/Ktm=432711.725/79100=54.8m2A理A實理論面積與實際面積相差很多，可能因為理論計算時忽略了熱損失。7性能測試與分析7.1 填充不同油對性能的影響我們對門尼在8090的膠液充過不同的環(huán)烷油和芳香油，分別是：盤錦10#、18環(huán)烷油、盤錦50#、160#、大化500#和大慶的芳烴油。并且試驗了不同的充油份數(shù)、不同充油反響時間、不同充油反響溫度，

31、對充油膠門尼粘度及物性的影響。充油的時間和充油的溫度都會影響填充油在膠液中的分散和混合，進(jìn)而影響充油膠的性能。研究發(fā)現(xiàn)，膠液和填充油在帶有攪拌和加熱的搪瓷桶中混合3小時以上，油含量比較穩(wěn)定，混合到達(dá)均勻狀態(tài)。各種充油膠物性測試結(jié)果見表7。由表7可以看出，填充油的參加使橡膠的門尼粘度降低，這是因為填充油的參加增大了橡膠分子之間的距離，減弱了分子間作用力；使大分子鏈容易滑動，從而使門尼粘度降低。根據(jù)表7的結(jié)果，通過比照篩選，我們選擇采用盤錦160#芳烴油對根底膠充油37.5份和40份，盤錦160#芳烴油的性能指標(biāo)如表8。7.2充油溫度對充油膠性能的影響充油溫度對充油膠性能的影響如圖3，從中可以明顯

32、看出，隨著充油溫度的不斷升高，相應(yīng)充油膠的門尼粘度升高。說明溫度高時，膠油混合均勻。并且在70左右時，門尼粘度趨向于較好的數(shù)值。這是因為，在溫度較低的時候填充油與膠液不能充分的混合，在微觀出現(xiàn)分層的現(xiàn)象。而在高溫時，膠液和填充油的粘度顯著降低、流動性很大程度地改善，因此填充油和膠液的相容性就提高了。充油溫度對充油膠性能的影響較大，所以在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)盡量保持較高的溫度。因此充油釜即使不采用夾套加熱的話，也至少應(yīng)該有保溫的設(shè)施，使充油過程進(jìn)行4小時充油釜內(nèi)溫度不低于70。而且因為充油中要加溶劑油對膠液進(jìn)行稀釋，如果所加的溶劑油是冷油，充油過程中就不能保證具有較高的溫度，因此需要將稀釋的溶劑油預(yù)熱。

33、另外，填充油也需預(yù)熱以增加其在管道中的流動性，還可以促進(jìn)其在順丁膠液中的相容性7.3充油時間對充油膠性能的影響根據(jù)“時間一溫度等效原理，不難看出，增加充油的時間與提高充油溫度具有相同的效果。在2L燒瓶中進(jìn)行充油實驗，溫度70，按充油37.5份參加填充油。在不同的充油時間下取樣測定油含量，結(jié)果見圖9。從圖9的結(jié)果可以看出，隨著充油時間的增加，填充油含量及充油膠的門尼值由上下波動到趨于恒定，在攪拌 3 個小時左右，油含量就比較均勻，而此時門尼粘度也比較穩(wěn)定，最終穩(wěn)定在加料設(shè)計值。綜上所述，選擇填充油是個復(fù)雜的工程，最根本的要求是芳烴含量要高，但是其它性能指標(biāo)也會最終影響充油膠的性能。通過試驗比照我們選用的盤錦160芳烴油是我們用過的填充油里性能最好的，綜合性能能夠到達(dá)合同規(guī)定的指標(biāo)。8.結(jié)論通過此次的設(shè)計，對順丁橡膠聚合工藝設(shè)計設(shè)備選型以及工藝流程的選擇，對充油劑的選擇，以及根據(jù)聚合工藝條件的特點來選取所適合的設(shè)備和反響條件有了充分的認(rèn)識。對聚合過程中不同反響釜器件的選型以及物料衡算、熱量衡算及以及最后的到橡膠的性能都有的客觀的說明，同時經(jīng)過各方面的資料和文獻(xiàn)查閱，最終對設(shè)備的選型有了一個明確的結(jié)果，具備了指導(dǎo)實際生產(chǎn)的應(yīng)用意