3萬噸丁苯橡膠裝置工藝設(shè)計

1、- PAGE 51 -摘要本設(shè)計為年產(chǎn)3萬噸乳液聚合丁苯橡膠裝置工藝設(shè)計，以聚合工段為設(shè)計的主要對象。丁二烯和苯乙烯為主要聚合單體，松香酸鉀皂、硫酸亞鐵、叔十二碳硫醇、過氧化氫對錳烷等為助劑，采用低溫乳液聚合法連續(xù)生產(chǎn)工藝合成丁苯橡膠。丁苯橡膠具有優(yōu)異的物理性能和良好的加工性能，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中應(yīng)用廣泛。本設(shè)計在掌握丁苯橡膠合成原理、聚合方法、工藝流程以及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進行了聚合工段的物料衡算、熱量衡算、主要設(shè)備選型計算及簡單的技術(shù)經(jīng)濟分析，以及繪制帶控制點的工藝流程圖、設(shè)備布置圖、管道布置圖，編寫了設(shè)計說明書和設(shè)計計算書。關(guān)鍵詞：丁苯橡膠；乳液聚合；工藝設(shè)計；丁二烯；苯乙烯

2、AbstractThis design for the annual output of 30000 tons of emulsion polymerization of styrene butadiene rubber plant process design based on polymerization section design of the main object. Butadiene and styrene as the main monomer, rosin potassium soap, ferrous sulfate, uncle twelve carbon mercapt

3、an and hydrogen peroxide as additives on manganese alkanes, etc, the continuous production process using emulsion polymerization at low temperature synthesis of styrene-butadiene rubber. Styrene butadiene rubber has excellent physical properties and good processability, has been widely applied in in

4、dustrial production and daily life. This design in mastery of styrene-butadiene rubber synthesis principle, polymerization method, technological process and the development situation at home and abroad, on the basis of the aggregation process of material balance, heat balance and major equipment sel

5、ection calculation and simple technical and economic analysis, and draw the control points of process flow diagram, equipment layout, piping layout, writing the design specification and design calculation. Key Words：Butadiene-styrene rubber；Emulsion polymerization；Process design；Butadiene；Styrene目錄T

6、OC o 1-4 h u HYPERLINK l _Toc29309 摘要 PAGEREF _Toc29309 I HYPERLINK l _Toc21366 Abstract PAGEREF _Toc21366 II HYPERLINK l _Toc6029 第一篇 設(shè)計說明書 PAGEREF _Toc6029 1 HYPERLINK l _Toc29110 2. 緒 論 PAGEREF _Toc29110 2 HYPERLINK l _Toc7581 2.1. 設(shè)計依據(jù)、指導思想 PAGEREF _Toc7581 2 HYPERLINK l _Toc8630 2.1.1. 設(shè)計依據(jù) PAG

7、EREF _Toc8630 2 HYPERLINK l _Toc6451 2.1.2. 指導思想 PAGEREF _Toc6451 2 HYPERLINK l _Toc5585 2.2. 設(shè)計地區(qū)的自然條件 PAGEREF _Toc5585 2 HYPERLINK l _Toc27494 2.3. 廠址的選擇 PAGEREF _Toc27494 2 HYPERLINK l _Toc27208 2.4. 產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模 PAGEREF _Toc27208 3 HYPERLINK l _Toc2288 2.5. 車間布置與崗位人員配制 PAGEREF _Toc2288 3 HYPERLINK

8、l _Toc19583 2.6. 節(jié)能與環(huán)境保護 PAGEREF _Toc19583 3 HYPERLINK l _Toc3820 2.6.1. 節(jié)能 PAGEREF _Toc3820 3 HYPERLINK l _Toc7494 2.6.2. 環(huán)境保護 PAGEREF _Toc7494 4 HYPERLINK l _Toc14983 2.7. 安全生產(chǎn) PAGEREF _Toc14983 4 HYPERLINK l _Toc28232 2.7.1. 安全特點 PAGEREF _Toc28232 4 HYPERLINK l _Toc17191 2.7.2. 消防設(shè)施 PAGEREF _Toc1

9、7191 4 HYPERLINK l _Toc31766 2.7.3. 滅火程序 PAGEREF _Toc31766 4 HYPERLINK l _Toc21203 3. 工藝論證 PAGEREF _Toc21203 5 HYPERLINK l _Toc4459 3.1. 工藝原理 PAGEREF _Toc4459 5 HYPERLINK l _Toc30441 3.2. 生產(chǎn)方法論證 PAGEREF _Toc30441 5 HYPERLINK l _Toc26002 4. 工藝設(shè)計 PAGEREF _Toc26002 7 HYPERLINK l _Toc29532 4.1. 工廠的分配和布置

10、 PAGEREF _Toc29532 7 HYPERLINK l _Toc22305 4.2. 工藝流程簡圖 PAGEREF _Toc22305 7 HYPERLINK l _Toc29971 4.3. 橡膠聚合車間工藝流程敘述 PAGEREF _Toc29971 7 HYPERLINK l _Toc11621 4.3.1. 本崗位管理范圍 PAGEREF _Toc11621 9 HYPERLINK l _Toc17448 4.3.2. 本崗位操作任務(wù) PAGEREF _Toc17448 9 HYPERLINK l _Toc7718 4.4. 生產(chǎn)原理及工藝流程 PAGEREF _Toc771

11、8 9 HYPERLINK l _Toc23817 4.4.1. 生產(chǎn)原理 PAGEREF _Toc23817 9 HYPERLINK l _Toc696 4.4.2. 工藝流程 PAGEREF _Toc696 9 HYPERLINK l _Toc20436 4.4.2.1. .單體及化學品溶液接收 PAGEREF _Toc20436 9 HYPERLINK l _Toc15990 4.4.2.2. 聚合 PAGEREF _Toc15990 11 HYPERLINK l _Toc32611 4.5. 原料產(chǎn)品規(guī)格及公用工程條件 PAGEREF _Toc32611 12 HYPERLINK l

12、_Toc10767 4.5.1. 原料的技術(shù)條件 PAGEREF _Toc10767 12 HYPERLINK l _Toc26083 4.5.2. 公用工程條件 PAGEREF _Toc26083 13 HYPERLINK l _Toc12884 4.6. 工藝過程主要控制指標 PAGEREF _Toc12884 14 HYPERLINK l _Toc29414 4.6.1. 丁二烯（BD）凈化 PAGEREF _Toc29414 14 HYPERLINK l _Toc3693 4.6.2. 聚合 PAGEREF _Toc3693 14 HYPERLINK l _Toc30549 4.6.2

13、.1. 集合進料流量控制精度 PAGEREF _Toc30549 14 HYPERLINK l _Toc20625 4.6.2.2. 進料流量校正時間間隔 PAGEREF _Toc20625 15 HYPERLINK l _Toc30130 4.6.2.3. 聚合溫度 PAGEREF _Toc30130 15 HYPERLINK l _Toc28095 4.6.2.4. 聚合壓力 PAGEREF _Toc28095 15 HYPERLINK l _Toc8571 4.6.2.5. 轉(zhuǎn)化率 PAGEREF _Toc8571 15 HYPERLINK l _Toc31755 4.6.2.6. 門尼

14、粘度 PAGEREF _Toc31755 15 HYPERLINK l _Toc28348 4.6.2.7. 反應(yīng)停留時間 PAGEREF _Toc28348 16 HYPERLINK l _Toc9335 4.6.2.8. 結(jié)合苯乙烯的量 PAGEREF _Toc9335 16 HYPERLINK l _Toc23307 第二篇 設(shè)計計算書 PAGEREF _Toc23307 17 HYPERLINK l _Toc27764 第 1 章 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc27764 18 HYPERLINK l _Toc9087 1.1 已知基礎(chǔ)數(shù)據(jù)： PAGEREF _Toc9087 18

15、 HYPERLINK l _Toc23672 1.2 計算原則 PAGEREF _Toc23672 20 HYPERLINK l _Toc30576 第 2 章 物料衡算 PAGEREF _Toc30576 21 HYPERLINK l _Toc29781 2.1 進料計算 PAGEREF _Toc29781 21 HYPERLINK l _Toc30191 2.1.1. 混合丁二烯和苯乙烯進料 PAGEREF _Toc30191 21 HYPERLINK l _Toc9010 2.1.2. 新鮮丁二烯和苯乙烯進料 PAGEREF _Toc9010 21 HYPERLINK l _Toc297

16、95 2.1.3. 輔助物料計算 PAGEREF _Toc29795 22 HYPERLINK l _Toc26706 2.1.4. 聚合工段進料表 PAGEREF _Toc26706 24 HYPERLINK l _Toc16047 2.2 聚合工段出料計算 PAGEREF _Toc16047 25 HYPERLINK l _Toc11022 第 3 章 聚合工段熱量衡算 PAGEREF _Toc11022 26 HYPERLINK l _Toc17855 3.1 聚合熱 PAGEREF _Toc17855 26 HYPERLINK l _Toc2991 3.2 冷卻顯熱 PAGEREF _

17、Toc2991 27 HYPERLINK l _Toc6019 3.3 攪拌熱 PAGEREF _Toc6019 28 HYPERLINK l _Toc15372 3.4 大氣吸熱（略） PAGEREF _Toc15372 28 HYPERLINK l _Toc5009 3.5 熱量統(tǒng)計 PAGEREF _Toc5009 28 HYPERLINK l _Toc9747 3.6 所需氨的量的計算 PAGEREF _Toc9747 29 HYPERLINK l _Toc10760 3.7 聚合過程中的能量統(tǒng)計 PAGEREF _Toc10760 30 HYPERLINK l _Toc6058 第

18、4 章 反應(yīng)器和攪拌槳的選擇 PAGEREF _Toc6058 32 HYPERLINK l _Toc7791 4.1 反應(yīng)釜的選型 PAGEREF _Toc7791 32 HYPERLINK l _Toc9868 4.2 罐體尺寸確定 PAGEREF _Toc9868 33 HYPERLINK l _Toc22179 4.2.1. 筒體高徑比 PAGEREF _Toc22179 33 HYPERLINK l _Toc21513 4.2.2. 初步計算筒體直徑 PAGEREF _Toc21513 33 HYPERLINK l _Toc15884 4.2.3. 聚合釜壁厚的計算 PAGEREF

19、_Toc15884 34 HYPERLINK l _Toc30676 4.3 攪拌器的計算 PAGEREF _Toc30676 34 HYPERLINK l _Toc18359 4.3.1. 攪拌器初步選型 PAGEREF _Toc18359 34 HYPERLINK l _Toc29259 4.3.2. 攪拌功率 PAGEREF _Toc29259 35 HYPERLINK l _Toc11785 4.4 傳熱的計算 PAGEREF _Toc11785 35 HYPERLINK l _Toc27091 4.4.1. 換熱器的選擇 PAGEREF _Toc27091 35 HYPERLINK

20、l _Toc17691 4.4.2. 換熱面積的計算 PAGEREF _Toc17691 38 HYPERLINK l _Toc13375 4.4.3. 換熱器的選擇 PAGEREF _Toc13375 39 HYPERLINK l _Toc7437 第 5 章 管道直徑與儲罐的計算 PAGEREF _Toc7437 40 HYPERLINK l _Toc21604 5.1 管道直徑的計算 PAGEREF _Toc21604 40 HYPERLINK l _Toc23499 5.2 容器型式的選擇 PAGEREF _Toc23499 41 HYPERLINK l _Toc30016 5.2.1

21、. 丁二烯緩沖罐V303的選型 PAGEREF _Toc30016 41 HYPERLINK l _Toc12823 5.2.2. 苯乙烯緩沖槽V304的選型 PAGEREF _Toc12823 42 HYPERLINK l _Toc22364 第 6 章 換熱器的設(shè)計型計算 PAGEREF _Toc22364 43 HYPERLINK l _Toc11741 6.1 基本條件 PAGEREF _Toc11741 43 HYPERLINK l _Toc2650 6.2 丁二烯換熱器E301的設(shè)計 PAGEREF _Toc2650 44 HYPERLINK l _Toc31763 6.2.1.

22、初選 PAGEREF _Toc31763 45 HYPERLINK l _Toc23497 6.2.2. 計算管程壓降及給熱系數(shù)i PAGEREF _Toc23497 46 HYPERLINK l _Toc32439 6.2.3. 計算殼程壓降及給熱系數(shù)0 PAGEREF _Toc32439 47 HYPERLINK l _Toc28079 6.2.4. 計算傳熱面積 PAGEREF _Toc28079 48 HYPERLINK l _Toc32684 6. 泵的設(shè)計型計算 PAGEREF _Toc32684 50 HYPERLINK l _Toc14967 7.1 泵P304的設(shè)計 PAGE

23、REF _Toc14967 50 HYPERLINK l _Toc20352 7.1.1. 簡圖 PAGEREF _Toc20352 50 HYPERLINK l _Toc14617 7.1.2. 條件依據(jù) PAGEREF _Toc14617 50 HYPERLINK l _Toc22370 7.1.3. 管內(nèi)流體的流速 PAGEREF _Toc22370 50 HYPERLINK l _Toc11193 7.1.4. 直管阻力和局部阻力的計算 PAGEREF _Toc11193 51 HYPERLINK l _Toc8148 7.2 泵的選型 PAGEREF _Toc8148 51 HYPE

24、RLINK l _Toc13329 7.2.1. 泵的選擇 PAGEREF _Toc13329 51 HYPERLINK l _Toc6620 7.2.2. 泵的效率的計算 PAGEREF _Toc6620 51 HYPERLINK l _Toc25701 結(jié)論 PAGEREF _Toc25701 53 HYPERLINK l _Toc9916 參 考 文 獻 PAGEREF _Toc9916 54 HYPERLINK l _Toc30928 附錄 主要符號說明 PAGEREF _Toc30928 55 HYPERLINK l _Toc31359 致謝 PAGEREF _Toc31359 56

25、第一篇 設(shè)計說明書緒 論設(shè)計依據(jù)、指導思想設(shè)計依據(jù)主要設(shè)計依據(jù)有：吉林化工學院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書；及化工工藝設(shè)計手冊、化學工程手冊、化學工藝設(shè)計施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定和吉林化公司有機合成廠丁苯橡膠車間生產(chǎn)裝置進行本設(shè)計。指導思想（1）利用傳統(tǒng)乳液聚合生產(chǎn)技術(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量高，生產(chǎn)過程安全；（2）生產(chǎn)過程盡量采用自動控制，機械化操作；（3）對于易燃易爆場所，設(shè)計采用可靠的控制，報警消防設(shè)施；（4）設(shè)計采用技術(shù)成熟完善的傳統(tǒng)乳液聚合方法，達到環(huán)保的要求，對生產(chǎn)過程中的化學污水的排放要經(jīng)過處理，以保證環(huán)保要求；（5）廠房、車間、設(shè)備布置要嚴格按土建標準，以保證生產(chǎn)和正常進行及操作人員的安全。 產(chǎn)品方案

26、及生產(chǎn)規(guī)模本設(shè)計項目產(chǎn)品名稱為丁苯橡膠，年產(chǎn)量為3萬噸。主要原料為丁二烯和苯乙烯。其產(chǎn)品指標如表1-1-1所示：表1-1-1 產(chǎn)品指標產(chǎn) 品（SBR1500）指 標氣提膠乳中結(jié)合苯乙烯含量22.525.4%殘留苯乙烯0.1%最終膠乳20.523.5%尾氣中的丁二烯含量2.0%潷析器中的殘留苯乙烯0.06%門尼粘度4658伸長率480%操作方式： 連續(xù)操作 實施方案： 乳液聚合產(chǎn)品名稱： 丁苯橡膠 年生產(chǎn)量： 3萬噸/年年工作日： 7800小時 日生產(chǎn)量： 90.31噸/天年生產(chǎn)天數(shù)： 365天 車間布置與崗位人員配制本設(shè)計的設(shè)備布置基本原則是：既滿足了生產(chǎn)實際需要，又考慮了設(shè)備的安裝，檢修方便

27、，節(jié)約空地。布置設(shè)備時，注意遠近相結(jié)合既緊湊又要符合生產(chǎn)工藝和安全要求，生產(chǎn)裝置街區(qū)根據(jù)工藝流程和安全的需要，盡可能縮短裝卸物料線。本著滿足工藝條件的原則，首先確定關(guān)鍵設(shè)備的位置，其它設(shè)備則盡可能在主要設(shè)備的四周，以利于操作，檢修和配管。在廠房內(nèi)，從一樓到三樓配有樓梯、閥門、儀表等部件距地面較近，以利于手工操作和檢修。界區(qū)明確，工藝流程通暢，安全合理。崗位人員配制：單體貯存工序每班3人，溶液配制工序每班3人，聚合工序每班4人，單體回收工序每班3人，后處理工序每班4人。每工序分四班倒，總計60人。節(jié)能與環(huán)境保護節(jié)能1.采用低溫乳液聚合法合成丁苯橡膠，副反應(yīng)少，收率高。2.合理進行設(shè)備布置，盡力按

28、物料流向布置，減少物料往返輸送次數(shù)。適當利用位差，靠重力輸送物料，盡可能減少輸送設(shè)備，以節(jié)約部分動力。3.設(shè)計中加強了對進入裝置的水、電、蒸氣的計算，為加強能源管理，合理用電、水、氣打下良好基礎(chǔ)。4.裝置選定使用循環(huán)水系統(tǒng)作為生產(chǎn)用冷卻水，從而大幅度降低了新鮮水用量。 環(huán)境保護該廠建于吉林市東北部的江北化工區(qū)，該地區(qū)的主導風向為西南、西北風，對市區(qū)居民的生活及附近的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均無太大影響。該廠的下游還有污水處理廠，能將工業(yè)，生活污水進行及時有效的處理，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的三廢都能得以妥善處理，符合國家環(huán)保的要求。為了美化環(huán)境和利于空氣清新，降低噪聲，盡可能在空地上植樹，種草，修筑花壇，適度地種植柳

29、樹，楊樹，常青樹，增加綠化面積。 安全生產(chǎn)安全特點本車間原料和大多助劑為易燃易爆品，特別要注意防火防爆，而且大部分設(shè)備自動化程度較高，設(shè)備高速運轉(zhuǎn)，應(yīng)嚴格按照操作規(guī)程操作設(shè)備。 消防設(shè)施本車間防火防爆級別較高，故安裝了地下消火栓4個，8公斤干粉27個，30公斤干粉車一個，1211滅火器32個等消防設(shè)施。各類火災(zāi)救援程序：1.火災(zāi)發(fā)生后報警程序和內(nèi)容。2.發(fā)現(xiàn)火險后進行起初火災(zāi)補救。3.判斷火勢即刻報警，火警：1194.首先講清起火單位名稱，詳細地址。5.燃燒物質(zhì)簡介。6.火勢大小及著火部位、相關(guān)部位。7.報警人姓名及報警電話號碼。8.報警后派人到路口接車。9.介紹燃燒物性質(zhì)及火場內(nèi)部與外圍情況

30、。10.向調(diào)度室和車間領(lǐng)導匯報。 滅火程序第一套方案是起初火災(zāi)補救第二套方案是報警。工藝論證工藝原理丁苯橡膠是1,3-丁二烯和苯乙烯的共聚物，是一種最通用的橡膠品種，它是按自由基反應(yīng)機理于乳液中合成的。其反應(yīng)方程式為：mCH2=CH-CH=CH2 +n CH=CH2-CHCH2-n-CH2-CH=CH-CH2-m- 生產(chǎn)方法論證丁苯橡膠的生產(chǎn)包括溶聚和乳聚兩種工藝。溶聚丁苯橡膠具有低的滾動阻力，又具有很高的抗?jié)窕耘c耐磨性，其滾動阻力比乳聚丁苯橡膠減少20%30%，抗?jié)窕詢?yōu)于順丁苯橡膠，耐磨性能也很好，是全天候輪胎的最合適膠料。近幾年國際上溶聚丁苯橡膠的消費是一直處于上升趨勢。西歐和日本溶聚

31、丁苯橡膠所占總丁苯橡膠消費量的比例為31%左右，一些公司正計劃擴大溶聚丁苯橡膠生產(chǎn)能力或新建裝置。19921年以來，溶聚丁苯橡膠的產(chǎn)量呈遞增趨勢。據(jù)有關(guān)資料報道，1992年至2000年西歐、美國、日本三地區(qū)SSBR平均年增長率為5.9%，而SBR平均年增長率約為1.2%。1995年，拜耳公司決定停止其在ESBR方面的投資，Hill的ESBR停產(chǎn)。拜耳認為輪胎制備技術(shù)會有一個根本轉(zhuǎn)變，歐洲的消費者將逐步接受“綠色輪胎”;另外，還應(yīng)該看到以下因素：(1)在現(xiàn)有的溶液聚合裝置上花較少的費用就能有效地擴大SBR的能力。(2)溶聚工藝優(yōu)于乳液聚合和氣相聚合工藝，SSBR和ESBR更能接受長期挑戰(zhàn)。(3)

32、目前越來越趨向于采用優(yōu)等填料，SSBR可在此方面降低輪胎的滾動阻力做出貢獻。(4) ESBR的生產(chǎn)效益長期低下。吉林石化公司丁苯橡膠裝置A、B兩條生產(chǎn)線原設(shè)計雙線各八臺釜，五臺置換塔，聚合釜容積為30/臺，聚合物料從一釜進入，依次通過串聯(lián)的八臺釜，在5的溫度下，反應(yīng)8-10小時，聚合轉(zhuǎn)化率為60%，生產(chǎn)能力每條線為115t/d；經(jīng)過幾次技術(shù)改造，雙線各拆除兩臺置換塔，增加一臺聚合釜，變?yōu)榫鸥磻?yīng)，聚合轉(zhuǎn)化率由60%提至62%，裝置生產(chǎn)能力由115t/d提高到145t/d。蘭州石化公司橡膠廠丁苯橡膠以氯化鉀為電解質(zhì)（PH緩沖溶液）、過氧化氫二異丙苯為氧化劑、以叔十二碳硫醇為調(diào)節(jié)劑，借液氨冷卻

33、，在5-8下，丁二烯和苯乙烯在聚合釜中進行聚合反應(yīng)，待末釜單體轉(zhuǎn)化率達64-68%時，用終止劑終止聚合反應(yīng)，單體回收采用水環(huán)式壓縮機，用擠壓脫水機、膨脹干燥機進行脫水干燥13。齊魯石油化工公司橡膠廠采用ZEON技術(shù)，用低活性引發(fā)劑通過延長反應(yīng)時間、調(diào)節(jié)劑乳化劑補加實現(xiàn)高轉(zhuǎn)化率，通過改變氨蒸發(fā)壓力對聚合溫度進行控制，經(jīng)過14-16小時的聚合反應(yīng)，聚合達70%。單體回收采用三臺小脫水機脫水，采用帶式干燥機熱風干燥（兩條線為隨工藝包引進，第三線為哈爾濱博實公司參照其干燥箱仿制）。其工藝路線的缺點一是反應(yīng)時間較長；二是反應(yīng)溫度控制精度低，溫度波動大；三是緩沖能力弱2。南通申華化學工藝路線與吉化公司基本

34、相當，其技術(shù)來源于臺灣合成橡膠公司，聚合系統(tǒng)聚合溫度控制在8左右，轉(zhuǎn)化率為63%-66%，單體丁二烯回收用水環(huán)真空泵，苯乙烯回收采用兩臺減壓蒸餾塔串聯(lián)操作，脫水機為兩臺并聯(lián)操作，每條生產(chǎn)線兩臺小干燥箱（美國WP公司生產(chǎn)）并聯(lián)進行干燥。雖然丁苯橡膠市場已經(jīng)成熟，但乳液丁苯橡膠與溶液丁苯橡膠之間的競爭正在增加。溶液丁苯橡膠在加工上存在的問題已通過生產(chǎn)控制聚合物(tailoring)而得到克服。目前存在的主要問題是價格較高，各生產(chǎn)者所生產(chǎn)的產(chǎn)品之間沒有很好的互換性。對于高性能輪胎，沒有任何其它橡膠能夠代替溶液丁苯橡膠，當然乳液丁苯橡膠也是不能滿足要求的。因此盡管溶液丁苯橡膠成本比乳液丁苯橡膠約高出1

35、7%，但輪胎生產(chǎn)者使用溶液丁苯橡膠的趨勢已開始越來越明顯，但是由于我國的現(xiàn)狀的限制，所以我國大多數(shù)還是選用乳液丁苯橡膠3。一般乳液丁苯橡膠中含有23.5%的苯乙烯，其分子量隨聚合情況而異，在10150萬之間。聚合物的分子微結(jié)構(gòu)，也隨聚合條件的變化有很大不同。高溫共聚丁苯橡膠與低溫丁苯橡膠比較，高溫共聚橡膠反式結(jié)構(gòu)含量較低，聚合度也較低，凝膠含量較大；低溫共聚丁苯橡膠反式結(jié)構(gòu)含量較高，分子量分布較窄，凝膠含量幾乎沒有，因此，物理性質(zhì)比高溫丁苯橡膠好。鑒于以上所述，本設(shè)計采用低溫乳液聚合合成丁苯橡膠。工藝設(shè)計工廠的分配和布置丁苯橡膠車間的主要原料為丁二烯、苯乙烯以及30多種助劑，分為8個工段： 1

36、00#單體儲存 200#溶液配置 300#單體聚合 400#單體回收 500#膠乳摻和 600#干燥壓塊包裝 700#綜合樓 800#倉庫工藝流程簡圖丁苯橡膠合成方法有兩種：溶液聚合和乳液聚合 ，其中乳液聚合工藝流程圖如圖1-3-2所示。橡膠聚合車間工藝流程敘述聚合崗位示意圖如圖1-3-1所示4：圖1-3-1 聚合崗位示意圖圖1-3-2 乳液聚合工藝流程圖本崗位管理范圍1、自單體貯存崗位及化學品配置崗位接受單體及其它原料，實現(xiàn)聚合并將膠乳送入單體回收崗位；2、自界區(qū)內(nèi)外，接受水、電、汽，將聚合過程控制在工藝指標范圍內(nèi)，生產(chǎn)出合格的最終膠乳；3、聚合崗位是丁苯橡膠生產(chǎn)的核心，因此，本崗位操作必須

37、嚴格按工藝規(guī)程及操作法進行操作。本崗位操作任務(wù)1、混合丁二烯（BD）、脫除阻聚劑（TBC）；2、單體及化學品溶液的接受；3、聚合進料的流量控制；4、實現(xiàn)聚合并將過程控制在規(guī)定的工藝指標以內(nèi)，生產(chǎn)出合格的最終膠乳；5、將最終膠乳送至單體回收單元。生產(chǎn)原理及工藝流程生產(chǎn)原理聚合體系以水為介質(zhì)5，以歧化松香酸鉀皂和脂肪酸皂為乳化劑，油、水兩相乳化，部分單體侵入到膠束中，發(fā)生增溶溶解，其他單體成為被皂包覆著的液滴而懸浮著。在水相中生產(chǎn)，并由氧化還原體系提供的最初自由基，進入增溶溶解的膠束中，引發(fā)單體聚合，用調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)聚合物的平均分子量。當單體轉(zhuǎn)化率達到（622%）時，加入終止劑終止聚合反應(yīng)。工藝流程.

38、單體及化學品溶液接收（1）丁二烯6（BD）丁二烯（以下簡稱BD）來自單體貯存與配制崗位經(jīng)FR0301記錄瞬時流量后，進入BD換熱器（E0301）。在E0301與WHS(WCS)換熱后，流入混合器（A0301）。在A0301入口，BD與來自循環(huán)堿液加熱器（E0302）的堿液混合，BD和堿液在A0301中充分混合后，流入堿潷析器（V0302A），阻聚劑（TBC）在此被堿液脫除。堿洗溫度，控制V0302A的入口為302，由TRC0301控制調(diào)節(jié)E0301 WHR(WCS)的流量。BD和堿液在V0302A中分層分離，BD中的TBC轉(zhuǎn)入V0302A下部的堿液中。V0302A中上部的BD進入V0302B中

39、，進一步分離掉堿液，再由上部流入BD進料換熱器（E0303），換熱以后，流入BD緩沖罐（V0303）。E0303的出口溫度由TRC0304控制，調(diào)節(jié)WHR(WCS)流量，使溫度穩(wěn)定在302。V0303的液位，由LICA0302控制和調(diào)節(jié)。V0302A中的堿液以循環(huán)堿液輸送泵（P0302）連續(xù)經(jīng)E0302循環(huán)。循環(huán)堿液的瞬時流量，由P0302出口管線上的FR0302記錄，改變堿液的循環(huán)量就改變了TBC的脫除效果，E0302堿液的出口溫度由TIC0303控制，調(diào)節(jié)WHR(WCS)的流量，使溫度穩(wěn)定在302，由于堿液在循環(huán)中與TBC反應(yīng)而消耗，因此要定期更換，廢堿液裝桶或放入地溝（排放使以600#送

40、入的母液中和）。新鮮堿在氫氧化鈉配制槽V0301中配制，配制合格后的堿液，有P0301送入V0302A中。（2）苯乙烯（ST）苯乙烯（以下簡稱ST）來自單體貯存與配制單元。經(jīng)管線進入ST換熱器（E0306）后，進入ST緩沖罐（V0304）。V0304的液位，由LICA0303控制和調(diào)節(jié)。E0306 ST的出口溫度，由TRC0323檢測，調(diào)節(jié)WHR(WCS)流量，使其穩(wěn)定在242。（3）乳化劑（EM）來自化學品配制單元的乳化劑（以下簡稱EM）溶液在線混合系統(tǒng)，由于皂型不同，分別經(jīng)不同的管線進入EM緩沖槽（V0306 , V0306）。溫度由TIC0307控制，調(diào)節(jié)加熱蒸汽流量，使其穩(wěn)定在182。

41、V0306的進料運作，由LRS0304的連鎖接點LS0323控制，調(diào)節(jié)V0306的液位。（4）活化劑（ACT）來自化學品配制崗位的活化劑（以下簡稱ACT），進入ACT緩沖槽（V0307）中。V0307的進料運作，由LRS0305的連鎖接點LS0215控制。V0307的溫度為常溫。（5）調(diào)節(jié)劑（MOD）來自調(diào)化劑（以下簡稱MOD）配制罐的MOD，由MOD輸送泵（P0109）送入MOD緩沖罐（V0305）中。V0305的進料運作，由LIS0307的連鎖接點LS0324控制P0109泵和V0305進口調(diào)節(jié)閥的開閉。V0305的溫度有TIC0327控制，調(diào)節(jié)WHR的流量，使其穩(wěn)定在152。（6）氧化劑

42、（OXI）來自氧化劑（以下簡稱OXI）配制罐的OXI，由OXI輸送泵（P0108）送入OXI緩沖罐（V0309）中。V0309的進料運作，由LIS0308的連鎖接點LS0325控制P0108泵的開停和V0309進口調(diào)節(jié)閥的開閉。V0309的溫度由TIC0328控制，調(diào)節(jié)WHR的流量，使其穩(wěn)定在152。（7）終止劑溶液（S.S）來自化學品配制單元的終止劑（以下簡稱S.S）溶液，由S.S輸送泵（P0210）經(jīng)管線進入S.S緩沖罐（V0308）中。V0308的進料運作由L RS0306的連鎖接點LS0218控制P0210泵和V0308入口調(diào)節(jié)閥的開閉。V0308的溫度為常溫。聚合聚合進料為多股料流在

43、線混合方式7。其控制為多組分混合流量控制系統(tǒng)主站追蹤系統(tǒng)。其流量檢測器為橢圓流量計（氧化劑、調(diào)節(jié)劑、BD、SSSST為質(zhì)量流量計）。由主站、成分比率設(shè)定器、流量檢測單元、顯示報警單元，與調(diào)節(jié)閥或無級調(diào)速電機組成其流量控制回路。為確?？刂凭龋o設(shè)了手動校正系統(tǒng)。聚合進料中8的丁二烯（BD）、苯乙烯（ST）、乳化劑（EM）、活化劑（ACT）、調(diào)節(jié)劑（MOD）、氧化劑（OXI），分別由聚合進料BD進料泵（P0303）、ST進料泵（P0304）、EM進料泵（P0306）、ACT進料泵（P0307）、MOD進料泵（P0305）、OXI進料泵（P0309）輸送，首先ST與MOD混合后再與BD混合，然后，

44、BD、 ST、 MOD混合料液與EM相混合，混合后的料液在進入冷膠進料冷卻器（E0304）之前與ACT混合，進入E0304與液氨換熱，出口溫度控制為1317，然后，此混合料液流入冷膠進料冷卻器（E0305）進一步與液氨換熱，出口溫度控制為812。最后，混合料液流入聚合釜。E0304、E0305的溫度以TRC0310、TRC0311為主控回路，同V0317、V0318氨蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)PIC0304或PIC0305構(gòu)成串級，調(diào)節(jié)液氨蒸發(fā)壓力，實現(xiàn)對E0304、E0305出口料液溫度的穩(wěn)定控制。由P0309泵把OXI直接送到聚合首釜。所有的物料進入第一聚合釜后，聚合反應(yīng)就開始了。為獲得高質(zhì)量的均勻

45、產(chǎn)品，在攪拌條件下，由液氨在聚合釜氨冷管內(nèi)蒸發(fā)，把聚合反應(yīng)熱帶走。因此，每個聚合釜溫度根據(jù)生產(chǎn)的品種不同，控制在規(guī)定值是十分重要的。SBR品種不同，所需聚合釜溫度亦不同，其控制方法一樣，都是以TRC0312-0319控制聚合釜內(nèi)溫度，調(diào)節(jié)氨冷管中的液氨液位。聚合釜系統(tǒng)的氨蒸發(fā)設(shè)計規(guī)定為240-260kPa(-7-3)。聚合反應(yīng)的時間，設(shè)計取8.51.5小時。當轉(zhuǎn)化率和門尼黏度等主要控制指標達到規(guī)定值時，由終止劑泵（P0308）送來的S.S溶液，從選定的S.S加料點加入到膠乳中，從而終止聚合反應(yīng)。S.S加料點可能是末釜出口，也可能是置換塔（T03010303）的某一個出口。最終膠乳由系統(tǒng)壓力送入

46、單體回收崗位（400#）或膠乳緩沖罐（V0303）中。聚合系統(tǒng)設(shè)有兩個壓力控制點。PRS0303檢測進料集管的壓力，設(shè)在E0304進口，500 kPa自動報警，600 kPa時，系統(tǒng)自動停車。PRCA0308檢測置換塔（T0303）出口的系統(tǒng)備壓，設(shè)定值為200 kPa，450 kPa發(fā)出報警。膠乳緩沖罐（V0330）的壓力由PRC0309控制，其設(shè)定值為100 kPa，超出100 kPa后，排入400#。V0330中的膠乳，由膠乳輸送泵P0310連續(xù)送入400#單體回收崗位。V0330由LIA0321、LIA0322指示其液位變化。聚合所用S.S，在停車或緊急狀態(tài)情況下，由停車S.S輸送泵、

47、事故S.S輸送泵送入終止點。原料產(chǎn)品規(guī)格及公用工程條件原料的技術(shù)條件原料的技術(shù)條件如表1-3-1表1-3-10所示9：表1-3-1丁二烯（凈化前）丁二烯純度93.7%97.3%阻聚劑（TBC）含量25ppm表1-3-2丁二烯（凈化后）丁二烯純度93.7%97.3%阻聚劑（TBC）含量10ppm表1-3-3 苯乙烯（ST）ST純度93.7%97.3%阻聚劑（TBC）含量515ppm表1-3-4 乳化劑（混合皂）TSC2.980.14%PH11.10.3SHS0.0130.005%目檢澄清表1-3-5乳化劑（單一皂）同表1-3-4。表1-3-6 活化劑（ACT）PH100.5TSC0.590.07

48、%FES含量陽性EDTA含量陽性目檢澄清還原力15表1-3-7 調(diào)節(jié)劑（MOD）外觀透明油狀液體硫醇中硫含量15.6比重（15.5/4）0.8550.870分子量196204折光指數(shù)（25）1.4561.466沸程（0.66KPa絕壓）60105Cu和Mn的含量5ppm在ST溶解度全溶表1-3-8 氧化劑（OXI）外觀半透明或透明顏色無色或淡黃色物理狀態(tài)流體活化氧4.655.12%純度50.055.0%PMH萃取液PH4.05折光指數(shù)（20）1.4601.470Cu和Mn的含量 5ppm表1-3-9 終止劑（S.S）TSC 2.603.06%表1-3-10 堿液（NaOH）外觀澄清，無色液體夾

49、雜物無純度19.021.0%Na2CO31.00%金屬氧化物0.05%氯化鈉1.0%Cu和Mn的含量5ppm公用工程條件公用工程條件如表1-3-11至表1-3-15所示：表1-3-11氨名稱來源壓力溫度液氨835冷凍站900100KPa205氣氨835冷凍站260100KPa-5表1-3-12 水名稱來源壓力溫度生產(chǎn)新鮮水2a#-循環(huán)冷卻上水7#0.45KPa31循環(huán)冷卻下水8#0.25KPa41軟水化學品配置單元-表1-3-13 氣名稱來源壓力溫度低壓蒸汽單體回收單元35050KPa147157采暖蒸汽水氣車間25050KPa147157表1-3-14 蒸汽名稱來源壓力雜質(zhì)露點其他壓縮空氣空

50、壓站49050KPa儀表空氣空壓站49050KPa無塵無油-40氨氣102廠40050KPa-40純度99.9%表1-3-15 電名稱來源參數(shù)動力電2#變電所交流380V照明電2#變電所交流220V保安電源2#變電所直流220V儀表電源2#變電所交流100V計算機電源2#變電所交流120V工藝過程主要控制指標丁二烯（BD）凈化丁二烯的凈化指標如表1-3-16所示：表1-3-16 丁二烯（BD）凈化項目指標V0303BD中TBC10ppmV0303中氧含量0.3%(v/v)堿液濃度7.030.0%BD/堿液（重量）11.5堿洗溫度302聚合集合進料流量控制精度丁二烯，苯乙烯為0.5級，其他為1.

51、0級。進料流量校正時間間隔 進料流量校正時間間隔如表1-3-17所示：表1-3-17 進料流量校正時間間隔丁二烯4hr苯乙烯4hr乳化劑4hr活化劑4hr終止劑4hr調(diào)節(jié)劑4hr氧化劑4hr聚合溫度聚合溫度如表1-3-18所示：表1-3-18 聚合溫度SBR1500SBR1502SBR1712SBR1778SBR1503SBR1706-5E0304出口152152152152152152E0305出口102102102102102102首釜719171719171末釜3.58.53.58.53.58.53.58.53.58.53.58.5聚合壓力聚合壓力如表1-3-19所示：表1-3-19 聚

52、合壓力PRS0303500KPa報警 600KPa停車PRCA0308設(shè)定值200KPa300KPaPRC0309450KPa設(shè)定值轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率為622%。門尼粘度門尼粘度如表1-3-20所示：表1-3-20 門尼粘度品種最終膠乳脫氣膠乳SBR1500513（ML）513（ML）SBR1502503（ML）503（ML）續(xù)表1-3-20 門尼粘度SBR17121063（ML）1063（ML）SBR1778753（ML）753（ML）SBR17065483（ML）483（ML）SBR1503513（ML）513（ML）反應(yīng)停留時間反應(yīng)停留時間為8.51.5hr。結(jié)合苯乙烯的量結(jié)合苯乙烯的量如表1

53、-3-21所示：表1-3-21 結(jié)合ST品種最終膠乳脫氣膠乳SBR150023.00.5%23.00.5%SBR150223.00.5%23.00.5%SBR171223.00.5%23.00.5%SBR177823.00.5%23.00.5%SBR150323.00.5%23.00.5%SBR1706523.00.5%23.00.5%第二篇 設(shè)計計算書基礎(chǔ)數(shù)據(jù)已知基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：1、年產(chǎn)量： 3萬噸2、年工作日： 7800小時3、烴含量: 92%4、轉(zhuǎn)化率: 60%5、單體回收單元損率: 0.2%6、后處理單元損率: 0.6%7、主要原料指標表2-1-1 主要原料指標 原 料 指 標 丁二烯純度

54、99.3% 苯乙烯純度 99.6% 丁二烯/苯乙烯 72/28 混合苯乙烯純度 94% 混合丁二烯純度 93% 純堿流量/BD流量 1/1表2-1-2 產(chǎn)品指標 產(chǎn) 品 指 標氣提膠乳中結(jié)合苯乙烯含量（wt%） 22.525.4% 殘留苯乙烯（wt%） 0.1% 最終膠乳（wt%） 20.523.5% 單體回收單元丁二烯損率：（wt%） 2.0% 單體回收單元苯乙烯損率（wt%） 0.06% 門尼粘度 4658 伸長率 480%表2-1-3 聚合配方名 稱組 分SBR1500單體BD72ST28乳化劑WT176.072松香酸鉀皂液4.62電解質(zhì)WT2.058磷酸0.231氫氧化鉀0.396乙二

55、胺四乙酸四鈉鹽0.03間次甲基二萘磺酸鈉0.13保險粉溶液WT0.54連二亞硫酸鈉0.04活化劑溶液WT11.253乙二胺四乙酸四鈉鹽0.025硫酸亞鐵0.01甲醛次硫酸鈉0.04調(diào)節(jié)劑溶液叔十二碳硫醇0.158氧化劑溶液過氧化氫對錳烷0.86終止劑溶液WT4.966二甲基二硫代氨基甲酸鈉0.11亞硝酸鈉0.036SDS0.15稀磷酸WT0.035PHS0.023計算原則總結(jié)聚合工段物料計算簡圖10如：圖2-1-1聚合工段物料計算簡圖1丁二烯； 2苯乙烯； 3調(diào)節(jié)劑； 4活化劑； 5氧化劑； 6終止劑； 7鉀皂； 8堿； 9聚合物； 10軟水； 11未反應(yīng)丁二烯； 12未反應(yīng)苯乙烯；13固體；

56、 14堿；物料衡算進料計算混合丁二烯和苯乙烯進料年產(chǎn)量為4萬噸,每小時產(chǎn)量：300001000kg/7800h =3846.15kg/h每小時消耗的烴含量：3846.15kg/h0.92=3538.46kg/h丁二烯與苯乙烯的總量：3538.46 /0.6/（1-0.6%）/（1-0.2%）= 5944.92 kg/h丁二烯和苯乙烯的配料比為72：28純丁二烯的進料量為：5944.9272%=4280.35 kg/h純苯乙烯的進料量為：5944.9228%=1664.58 kg/h每小時丁二烯的混合進料量為：4280.35 kg/h/99.30%=4602.52 kg/h每小時苯乙烯的混合進料

57、量為：1664.58 kg/h/99.60%=1770.83 kg/h新鮮丁二烯和苯乙烯進料新鮮BD的進料量：計算依據(jù)：表2-2-1組分新鮮BD回收BD混合BD濃度（wt%）99.3%90%93%計算過程：新鮮丁二烯進料量 ：回收丁二烯進料量 ：混合丁二烯進料量=4602.52 kg/h計算得：= 1484.68 kg/h =3117.84 kg/h新鮮ST的進料量：計算依據(jù)： 表2-2-2組分新鮮苯乙烯回收苯乙烯混合苯乙烯濃度99.6%90%94%計算過程：新鮮苯乙烯進料量 ：回收苯乙烯進料量：混合苯乙烯進料量 =1770.83 kg/h計算得：=737.85 kg/h =1032.98kg

58、/h計算結(jié)果：表2-2-3組分新鮮BD回收BD新鮮ST回收ST進料量（/h）1484.683117.84737.851032.98輔助物料計算輔助物料中各組分的質(zhì)量流量計算：乳化劑： 香酸鉀皂 5944.924.62%=274.66kg/h WT 5944.92176.072%=10467.35kg/h電解質(zhì)： WT 5944.922.058%=122.35kg/h 磷酸 5944.920.231%=13.73 kg/h 氫氧化鉀 5944.920.396%=23.54 kg/h 乙二胺四乙酸四鈉鹽 5944.920.03%=1.78 kg/h 間次甲基二萘磺酸鈉 5944.920.13%=7

59、.73 kg/h保險粉溶液： WT 5944.920.54%=32.10 kg/h 連二亞硫酸鈉 5944.920.04%=2.38 kg/h活化劑溶液： WT 5944.9211.253%=668.98 kg/h 乙二胺四乙酸四鈉鹽 5944.920.025%=1.49 kg/h 硫酸亞鐵 5944.920.01%=0.59 kg/h 甲醛次硫酸鈉 5944.920.04%=2.38 kg/h 調(diào)節(jié)劑溶液： 叔十二碳硫醇 5944.920.158%=9.39 kg/h氧化劑溶液： 過氧化氫對錳烷 5944.920.86%=51.13 kg/h終止劑溶液： WT 5944.924.966%=2

60、95.22 kg/h 二甲基二硫代氨基甲酸鈉 5944.920.11%=6.54 kg/h 亞硝酸鈉 5944.920.036%=2.14 kg/h SDS 5944.920.15%=8.92kg/h稀磷酸： WT 5944.920.035%=2.08 kg/h PHS 5944.920.023%=1.37 kg/h總水量：5944.92（176.072+2.058+0.54+11.253+4.966+0.035）%=11588.08 kg/h固體總量：（4.62+0.231+0.396+0.03+0.13+0.04+0.025+0.01+0.04+0.158+0.86+0.11+0.036+