年產(chǎn)11萬噸順丁橡膠生產(chǎn)工藝設(shè)計說明書

北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院設(shè)計說明書題目：年產(chǎn)1.1萬噸順丁橡膠生產(chǎn)工藝設(shè)計學(xué)生：班級：學(xué)號：指導(dǎo)教師：2014年12月

目錄1、工藝設(shè)計基礎(chǔ) 21.1、設(shè)計任務(wù) 21.1.1、設(shè)計任務(wù) 21.1.2、文獻綜述 21.2、原輔材料性質(zhì)及技術(shù)規(guī)格 21.3、產(chǎn)品性質(zhì)及技術(shù)規(guī)格 31.3.1、順丁橡膠的結(jié)構(gòu) 31.3.2、順丁橡膠的性能 41.3.3、順丁橡膠的用途 41.3.4、生產(chǎn)中成品膠質(zhì)量指標 41.4、危險性物料的主要物性 51.5、原材料的消耗定額 52、工藝說明[6] 52.1、生產(chǎn)方法、工藝技術(shù)路線及工藝特點 52.1.1、生產(chǎn)方法 52.1.2、工藝技術(shù)路線的確定 62.2、生產(chǎn)流程說明 72.2.1、主要流程工藝 72.2.1、主要工藝流程說明 72.2.2、聚合工藝 82.2.3、凝聚工藝 82.2.4、橡膠的后處理 92.2.5、單體及溶劑回收工藝 92.2.5、三廢處理 93、工藝計算及主要設(shè)備設(shè)計 103.1、物料衡算 103.1.1計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 103.1.2、計算基準 133.2、熱量衡算 213.2.1、計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 213.2.2、各釜對流傳熱系數(shù)和傳熱系數(shù)K的計算 233.2.3、各釜熱量衡算 273.3、聚合釜的計算和選型 303.3.1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 313.3.2、聚合釜總?cè)莘e及臺數(shù)的確定 313.3.3、聚合釜攪拌功率的計算 314、工藝控制條件及自控設(shè)計 334.1、控制指標 344.2、開停車 345、附圖 356、參考文獻 37

1、工藝設(shè)計基礎(chǔ)1.1、設(shè)計任務(wù)1.1.1、設(shè)計任務(wù)本設(shè)計為年產(chǎn)1.1萬噸順丁橡膠（純度99%）生產(chǎn)工藝設(shè)計，順丁橡膠生產(chǎn)工藝由聚合工段和后處理工段兩大部分組成，本設(shè)計的主要任務(wù)是：聚合釜、終止釜和凝聚釜的物料衡算聚合釜的熱量衡算；聚合釜的計算和選型設(shè)計出聚合工段帶工藝控制點的工藝流程圖由于本設(shè)計為假定設(shè)計，所以設(shè)計任務(wù)中其他項目如：廠區(qū)或廠址、主要技術(shù)經(jīng)濟指標、原料的供應(yīng)、技術(shù)規(guī)格以及燃料種類、水電汽的主要來源，與其他工業(yè)企業(yè)的關(guān)系，建廠期限、設(shè)計單位、設(shè)計進度及設(shè)計階段的規(guī)定等均從略。1.1.2、文獻綜述目前世界上大部分順丁橡膠生產(chǎn)采用溶液聚合法[1]。關(guān)于順丁橡膠生產(chǎn)技術(shù)的進展，主要體現(xiàn)在催化劑、分子量調(diào)節(jié)、生產(chǎn)工藝、新產(chǎn)品開發(fā)以及裝置設(shè)備等方面。因此，對順丁橡膠生產(chǎn)工藝進行研究，具有一定的積極意義。工藝展望進一步優(yōu)化催化體系和工藝條件[1]積極開拓順丁橡膠應(yīng)用領(lǐng)域聚合溫度進一步提高，利于聚合、凝聚和節(jié)能[2]應(yīng)加強新產(chǎn)品開發(fā),滿足市場需求[3]順丁橡膠是順式-1,4-聚丁二烯橡膠的簡稱，由丁二烯聚合得到。順丁橡膠是目前世界上第二通用合成橡膠，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，動負荷下發(fā)熱少，耐老化性好，易與天然橡膠、氯丁橡膠或丁腈橡膠并用，主要用于輪胎加工行業(yè)，在傳送帶、傳動帶、模壓制品、鞋底、膠鞋及海綿膠等方面得到廣泛應(yīng)用。1.2、原輔材料性質(zhì)及技術(shù)規(guī)格表1.1-原材料、產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格[4]名稱規(guī)格分析方法國家標準單體丁二烯純度:≥99%氣相色譜法GB6013-85丁烯:<1%水<20mg/kg卡爾費休爾法GB6023-85醛酮總量：20mg/kg氣相色譜法二聚物:＜50mg/kg氣相色譜法GB6013-85乙腈：檢不出溶劑溶劑油組成：2.1%，57.8%，40.1%餾程：60~90℃蒸餾法GB255-77碘值：<0.2g/100g化學(xué)法水值：<20mg/kg卡爾費休法GB6023-85催化劑環(huán)烷酸鎳鎳含量：>7-8%絡(luò)合滴定法水分：<0.1%蒸餾法GB260-88不皂化物：無化學(xué)法三異丁基鋁活性鋁含量：≥50%絡(luò)合滴定法外觀淺黃透明，無懸浮物三氟化硼乙醚絡(luò)合物BF3含量：>46%化學(xué)法沸點：124.5-126℃水含量:<0.5%卡爾費休法GB6283-86終止劑乙醇純度：95%；含水：5%；恒沸點：78.2℃；密度810kg/m3GB/T679-2002防老劑2,6-二叔丁基

-4-甲基苯酚熔點：69-71℃；游離甲酚：<0.04%；灰分<0.03%；油溶性：合格1.3、產(chǎn)品性質(zhì)及技術(shù)規(guī)格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))。1.3.1、順丁橡膠的結(jié)構(gòu)HHCCCH2CH2CH2CH2CCHH順式1.4結(jié)構(gòu)0.86nm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96％～98％的順式1.4結(jié)構(gòu)，含1％～2％反式1.4結(jié)構(gòu)和1％～2％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)線團狀；分子內(nèi)存在獨立雙鍵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。1.3.2、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、強度較差、抗?jié)窕圆缓?、有冷流性傾向等不足。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。1.3.3、順丁橡膠的用途廣泛用于制造乘用車和卡車輪胎，幾乎占該類橡膠消耗量的86%以上，可以改善輪胎的耐磨性，延長其壽命。也適用于制造力車胎、膠管、膠帶、膠鞋以及其他橡膠制品。1.3.4、生產(chǎn)中成品膠質(zhì)量指標表1.2-GB8659-88標準規(guī)定性能指標[5]項目優(yōu)級品一級品合格品揮發(fā)份,％0.751.001.30灰分,％0.300.300.30生膠門尼粘度455455457混煉膠門尼粘度687373300％定伸應(yīng)力MPa硫化145℃×25min6.5～10.56.2～10.76.0～11.0硫化145℃×35min7.0～11.06.7～11.26.5～11.5硫化145℃×50min6.8～10.86.5～11.06.3～11.3（續(xù)表1.2）（續(xù)表1.2）硫化145℃×35min14.213.713.2伸長率％硫化145℃×35min450430430防老劑非污染非污染非污染非污染1.4、危險性物料的主要物性表1.3-危險性物料主要物性表名稱分子量熔點

（℃）沸點

（℃）閃點

（℃）燃點

（℃）爆炸極限危險概述上限下限丁二烯54.09-108.9-4.5<-641516.31.4三異丁基鋁198.33-5.686<0<4危險標記9(易燃物品)溶劑油----25230-2607.01.0急性毒性LD50：無資料；

LC50：16000mg/m，4小時乙醇46.07-114.378.4137518.953.28三氟化硼乙醚絡(luò)合物142-48124.5-12666.744511.12本產(chǎn)品遇明火會發(fā)生燃燒爆炸危險。注：數(shù)據(jù)來源合成橡膠工業(yè)手冊第二版，趙旭濤、劉大華主編P5031.5、原材料的消耗定額表1.4-原料消耗定額數(shù)據(jù)表序號名稱規(guī)格消耗量備注kg/ht/a1丁二烯純度：99.3%1659.79913278.3902溶劑油C52.1%，C657.8%，C740.1%6369.54250956.3323環(huán)烷酸鎳純度7.5%0.4783.8224三異丁鋁活性鋁含量50%1.2099.6695三氟化硼乙醚絡(luò)合物BF3含量46%1.88415.0756工業(yè)乙醇純度95%0.8877.0947防老劑濃度117g/L13.021104.1652、工藝說明[6]2.1、生產(chǎn)方法、工藝技術(shù)路線及工藝特點2.1.1、生產(chǎn)方法目前世界上順丁橡膠生產(chǎn)大部分采用溶液聚合法。生產(chǎn)采用的催化劑主要有Ni系、Ti系、Co系、Li系等。目前，目前，國內(nèi)工業(yè)上采用的是Ni系催化劑體系，該催化劑活性高；順式含量在97%以上；產(chǎn)品質(zhì)量均勻，產(chǎn)物的綜合物理機械性能較好，分子量較易控制，易于加工，冷流傾向小，便于連續(xù)生產(chǎn)；改變條件（溫度，單體濃度）對聚合物的性能無影響。該工藝主要工序包括：催化劑、終止劑和防老劑的配制和計量；丁二烯的聚合；膠液的凝聚；后處理，橡膠的脫水和干燥；單體、溶劑的回收和精制。2.1.2、工藝技術(shù)路線的確定（1）、聚合方法的確定根據(jù)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)要求從自由基聚合、陰離子聚合、陽離子聚合、配位聚合等反應(yīng)機理中選擇出配位聚合，同時考慮配位聚合所用原料、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；由于溶劑的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。操作方式為連續(xù)操作。（2）、溶劑的選擇各種溶劑對反應(yīng)原料、產(chǎn)物及反應(yīng)所用各種引發(fā)劑的溶解能力不同。從溶解度參數(shù)、體系粘度、工程上傳熱與攪拌、生產(chǎn)能力提高、回收難易、毒性大小、來源、輸送等幾方面對苯、甲苯、甲苯-庚烷、溶劑油等，進行綜合比較，確定選擇溶劑油。（3）、引發(fā)劑的選擇從適合順丁橡膠生產(chǎn)的引發(fā)劑共性入手，如定向能力高、穩(wěn)定性好、易貯存、高效、用量少、易分離及殘存對產(chǎn)物性能無影響等，對常用的四大類型引發(fā)劑Li系、Ti系、Co系、Ni系進行比較，選擇Ni系引發(fā)劑，其組份主引發(fā)劑為環(huán)烷酸鎳，助引發(fā)劑為以異丁基鋁，第三組分為三氟化硼·乙醚絡(luò)合物。該引發(fā)劑催化活性高；順式含量在97%以上；產(chǎn)品質(zhì)量均勻，產(chǎn)物的綜合物理機械性能較好，分子量較易控制，易于加工，冷流傾向小，便于連續(xù)生產(chǎn)；改變條件（溫度，單體濃度）對聚合物的性能無影響。（4）、催化劑的陳化把催化劑的各組份按一定配比，在一定條件下混合，形成催化劑的活性中心，這種方式工業(yè)上稱之為陳化。Ni催化劑的陳化有三元陳化、雙二元陳化和稀硼單加陳化三種方法。目前順丁橡膠工業(yè)制備中采用的催化劑陳化方法為稀硼單加陳化，該法特點是催化劑活性最高。（5）、聚合反應(yīng)機理丁二烯分子中的π鍵很活潑，在催化劑的作用下，可以打開，使丁二烯分子相互加成，形成聚丁二烯大分子，整個聚合過程由以下幾個基本階段構(gòu)成：丁二烯在催化劑的作用下活化，這種被活化了的單體叫做活性中心，能夠很快地引發(fā)單體進行聚合。一般來說，促進催化劑各組分起反應(yīng)、活化單體、引起聚合、都需要能量，所以在開始聚合時通常需要從外部提供熱。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應(yīng)，反應(yīng)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。在鏈增長階段，由于大量的丁二烯分子進行了聚合，形成了長鏈大分子，在這一過程分子數(shù)急劇下降，分子量顯著升高。并且在該階段，有大量的舊鍵破壞（π鍵被打開）、新鍵形成（σ鍵），使得反應(yīng)放出大量的熱，所以當一旦引起聚合后，必須立即加強外部或內(nèi)部冷卻，取走熱量，否則將無法維持恒定的聚合溫度。終止，變?yōu)闊o活性的聚丁二烯分子實驗證明，活性中心的壽命是很短的，大部分分子在很短時間內(nèi)已經(jīng)長成，所以延長聚合時間、增加串聯(lián)釜數(shù)，只能提高轉(zhuǎn)化率而不能增加分子量，因此無需加專門的終止劑來終止活性鏈。在生產(chǎn)中聚合完了加終止劑，除了終止一些正在增長的分子外，主要是用終止劑來破壞剩余的催化劑，是不再發(fā)生聚合，以保證橡膠質(zhì)量，絕不是所有的增長鏈都等到加終止劑時才終止。2.2、生產(chǎn)流程說明溶液聚合生產(chǎn)順丁橡膠工藝過程包括原料精制、引發(fā)劑配制、聚合、回收、凝聚、后處理等工序。2.2.1、主要流程工藝圖2.1__主要流程工藝框圖2.2.1、主要工藝流程說明聚合級丁二烯由泵經(jīng)流量控制與由泵經(jīng)流量控制送來的溶液油在文氏管中混合后，再經(jīng)丁油預(yù)熱（冷）器進行預(yù)熱（冷）后，與分別由計量泵送出的Ni組分、Al組分經(jīng)文氏管混合后的混合物混合，連續(xù)送入聚合釜首釜底入口；B組分由計量泵送出與稀釋油在文氏管中混合后直接送入聚合釜首釜底入口；聚合釜為不銹鋼制并裝有雙螺帶式攪拌器；物料在首釜反應(yīng)一定時間后，從釜頂出來進入第二釜、第三釜等連續(xù)進行聚合反應(yīng)，當達到規(guī)定門尼粘度后，進入終止釜用乙醇破壞引發(fā)劑使反應(yīng)終止；從終止釜出來的膠液經(jīng)過濾器進入膠液罐，回收部分未反應(yīng)的單體送單體回收罐區(qū)，再經(jīng)精制處理循環(huán)使用；膠液在膠液罐中被混配成優(yōu)級品的門尼粘度，然后經(jīng)膠液泵送入凝聚釜用0.9MPa水蒸汽在攪拌下於熱水中進行凝聚。從凝聚釜頂出來的單體和水蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝，入油水分離罐分離出溶劑油和少量單體送回收精制后循環(huán)使用；水經(jīng)液面調(diào)節(jié)閥控制排出，經(jīng)二次凈化處理排入地溝。從凝聚釜底出來的膠粒與循環(huán)熱水顆粒泵送入緩沖罐，經(jīng)1號經(jīng)振動篩分離出膠料去洗膠罐。在洗膠罐中，用40～60℃熱水對膠粒進行洗滌，洗滌后的膠粒經(jīng)2號振動篩分離后，含水量約為40%～60%的膠粒送入擠壓機擠壓脫水。經(jīng)擠壓脫水后，膠粒含水量為8%～15%。將其切成細條形，并進入膨脹干燥機加熱、加壓，達到膨脹和內(nèi)蒸，進一步除去所含的大部分水分，再送入水平紅外干燥箱中干燥，使膠條的含水量降到0.75%以下。干燥合格的膠條經(jīng)提升機送入自動稱量秤，按每塊25kg進行壓塊，并用塑料薄膜包好，裝袋封口入庫。2.2.2、聚合工藝丁二烯采用配位聚合法（雙烯烴定向聚合），生產(chǎn)采用連續(xù)式溶液聚合法。表2.1__典型生產(chǎn)配方項目控制指標項目控制指標丁油濃度12-15g/ml鎳/丁≤2.0×10-5鋁/丁≤1.0×10-4硼/丁≤2.0×10-4鋁/硼＞0.25醇/鋁6鋁/鎳3-8防老劑/丁0.79-1.0%聚合壓力＜0.45MPa丁二烯單耗1.045t/t-p收率＞95%轉(zhuǎn)化率＞83%聚合溫度首釜＜95℃；末釜＜100℃2.2.3、凝聚工藝從聚合終止釜出來的膠液，除含有百分之十的順丁橡膠外，還含有大量的溶劑和未反應(yīng)的丁二烯以及殘存的催化劑等。凝聚的任務(wù)是將順丁橡膠從膠液中分離出來。工業(yè)上常用水析法凝聚，在機械攪拌下，使膠液呈液滴狀分散于熱水中，用直接蒸汽通入，靠部分蒸汽冷凝放出潛熱來加熱熱水，熱量通過熱水傳遞給膠粒。此時，液滴狀膠液中的溶劑、丁二烯等受熱部分氣化，這部分溶劑氣體被水蒸氣按一定的比例帶出凝聚釜，達到脫除溶劑的目的。溶劑蒸出后的橡膠呈膠粒狀析出，分散于水中。凝聚的工藝設(shè)備有凝聚釜、汽相過濾器、冷凝器、油水分層罐、熱水罐、丁二烯冷凝器、溶劑冷凝器、膠液泵、熱水泵、顆粒泵、溶劑泵、單體泵和堿泵。2.2.4、橡膠的后處理順丁橡膠膠液經(jīng)水析凝聚脫除溶劑后，所得到的生膠中，除了含有少量剩余溶劑油和殘存的催化劑外，還含有大量的水，一般含水量在40-60%范圍內(nèi)。在進行橡膠加工之前，必須進行干燥，將殘留的溶劑和大量的水分除掉，使成品膠含水量低于1%。此外，為了便于運輸、存放和防止生膠變質(zhì)，橡膠的后處理還包括壓塊成型、包裝等工序。2.2.5、單體及溶劑回收工藝從聚合得到的膠液，其中除含有順丁橡膠外，尚有部分未反應(yīng)的單體、各種雜質(zhì)以及大量的溶劑油。從膠液儲罐頂部冷凝器冷下的丁二烯和溶劑油以及經(jīng)凝聚蒸出、冷凝和分層后的溶劑油和丁二烯等一起送到回收崗位。2.2.5、三廢處理順丁橡膠生產(chǎn)過程中，有大量廢水、廢棄和廢渣產(chǎn)生。“三廢”產(chǎn)生的原因主要有兩方面：正常生產(chǎn)中排放的廢物。因管理不善造成的跑、冒、滴、漏。廢水處理廢水處理的程度如何，直接影響著環(huán)境衛(wèi)生的好壞。在順丁橡膠廢水處理中利用活性污泥法處理工業(yè)廢水，處理后的廢水直接排至河流或水庫。廢氣處理順丁橡膠生產(chǎn)中的氮氧化物采取催化還原法，使其轉(zhuǎn)化為氮和水后在通過煙囪排入大氣，含有大量可燃的碳氫化物的廢氣需經(jīng)火炬燃燒后放掉，含醛廢氣（包括濃醛水）是通過燒醛爐后才放空的。廢渣處理順丁橡膠生產(chǎn)中的廢渣有污泥、廢催化劑、脫氫催化劑粉末、鋁渣、廢膠和自聚物等，有許多具有回收利用的價值。例如可以從脫氫催化劑粉末中回收貴重金屬鉬和鉍，再用于脫氫催化劑的制備。表2.2__三廢治理表序號名稱溫度壓力排放量國家排放標準處理意見備注℃Pa排出點單位正常最大組成及含量1廢水聚合總下水B、F、N排放集中，防止漏夜在設(shè)備上強化堿洗工藝減輕酸值，充分回收溶劑油，控制油水分層罐的液位高度減少油進入廢水，拍污水處理后方能排出擠壓機排水B、F、N洗膠罐排水B、F、N油水分離罐B、油2廢氣脫水回流罐C4、C5、C5送火炬燃燒膠液罐排氣C43廢渣鋁渣溶劑油、鋁污泥焚燒廢膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)凝膠3、工藝計算及主要設(shè)備設(shè)計3.1、物料衡算3.1.1計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)物料衡算所需相關(guān)數(shù)據(jù)詳見表3-1至3-10（1）、聚合釜工藝參數(shù)表3.1__聚合釜進料參數(shù)一覽表項目指標丁油濃度13.5g/100ml；溫度：≤40℃鎳/?。柋龋?.0×10-5三異丁基鋁/?。柋龋?.0×10-4三氟化硼乙醚絡(luò)合物/?。柋龋?.0×10-4（續(xù)表3.1）鋁/（續(xù)表3.1）＞0.25鋁/鎳（摩爾比）3-8表3.2__聚合釜操作參數(shù)一覽表項目指標聚合系統(tǒng)壓力＜0.45MPa聚合溫度94℃聚合時間4h表3.3__聚合釜原輔材料規(guī)格一覽表項目指標丁二烯純度：99.3%，其余按丁烯計；溶劑油組成2.1%，57.8%，40.1%環(huán)烷酸鎳純度：7.5%三異丁基鋁活性鋁含量：50%三氟化硼乙醚絡(luò)合物BF3含量：46%（2）、終止釜工藝參數(shù)表3.4__終止釜進料參數(shù)一覽表項目指標膠液組成同聚合釜出料醇/三異丁基鋁（摩爾比）6防老劑/?。ㄙ|(zhì)量比）0.0079表3.5__終止釜原輔材料規(guī)格一覽表項目指標乙醇純度：95%，其余按水計防老劑/溶劑油（質(zhì)量比）0.179；防老劑溶液（續(xù)表（續(xù)表3.5）117g/l（3）、凝聚釜工藝參數(shù)表3.6__凝聚釜進料參數(shù)規(guī)格一覽表項目指標膠液組成同終止釜出料水/膠液（體積比）7.5水蒸汽/聚丁二烯（質(zhì)量比）5表3.7__凝聚釜操作參數(shù)一覽表項目指標循環(huán)水進料溫度90℃凝聚溫度95℃凝聚壓力0.2MPa（表壓）膠液進料溫度20℃表3.8__凝聚釜原輔材料規(guī)格一覽表項目指標水蒸汽0.9MPa（表壓）（4）、相關(guān)設(shè)計參數(shù)表3.9__物料衡算相關(guān)設(shè)計參數(shù)項目指標丁二烯總轉(zhuǎn)化率85%丁二烯單耗1.045t/t-p全裝置總收率95.3%；（以1.045噸的100%丁二烯為基準計算收率和損耗）全裝置總損耗4.7%，其中：1.聚合掛膠損失：1%2.聚合、凝聚的丁二烯機械泄露損失：0.5%3.凝聚、振動的渣末損失：0.5%（（續(xù)表3.9）4.油水分離器水相丁二烯溶解損失：2%5.包裝過程中不合格品及落地損失：0.7%膠粒含水量0.6（凝聚所得膠粒中的水/膠粒，質(zhì)量比）（續(xù)表（續(xù)表3.9）0.005（凝聚所得膠粒中的溶劑油/膠粒，質(zhì)量比）聚合釜容積12m3年產(chǎn)量11000t年操作時間8000h（4）、所需物性數(shù)據(jù)表3.10__物料衡算所需物性數(shù)據(jù)物性數(shù)據(jù)丁烯的密度596kg/m3丁二烯的密度628kg/m3溶劑油密度660kg/m3溶劑油（以正己烷計）在95℃時的汽化熱316.522kJ/kg20-95℃的平均比熱2.428kJ/kg·℃沸點86℃丁二烯在95℃時的汽化熱131.844kJ/kg20-95℃的平均比熱2.554kJ/kg·℃丁烯（以正丁烯計）在95℃時的汽化熱254.139kJ/kg20-95℃的平均比熱2.679kJ/kg·℃0.9MPa(表壓)水蒸汽焓△H汽2781.71kJ/kg95℃飽和水焓△H水397.75kJ/kg3.1.2、計算基準由于生產(chǎn)采用連續(xù)式溶液聚合法，因此計算過程以kg/h為基準。3.1.3各單元的物料衡算（1）、聚合釜總物料衡算聚合釜物料衡算圖如圖所示：丁二烯系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，年產(chǎn)順丁橡膠11000t，年操作時間8000h，可知每小時順丁橡膠產(chǎn)量：根據(jù)丁二烯單耗可知所需純丁二烯質(zhì)量流量為：扣除機械損失以及溶解損失，應(yīng)有聚丁二烯：根據(jù)總轉(zhuǎn)化率85%可知應(yīng)需M純丁二烯質(zhì)量流量=本工藝采用中國石化上海石油化工股份有限公司生產(chǎn)的工業(yè)用丁二烯（優(yōu)級品，執(zhí)行企業(yè)標準Q/SH012.01.13-1999）質(zhì)量分數(shù)為99.3%，其余按正丁烯計算，可知，所需原料丁二烯為：隨原料夾帶的正丁烯為：根據(jù)上述計算結(jié)果，總結(jié)于下表中表3.11__進料丁二烯用量組分質(zhì)量分數(shù)%kg/ht/am3/h丁二烯99.31648.18013185.4412.624正丁烯0.711.61992.9490.019合計1001659.79913278.3902.644溶劑油系統(tǒng)已知丁二烯質(zhì)量流量為1659.799kg/h，體積流量2.644m3/h，丁油濃度為13.5g/100ml，即為135kg/m3，溶劑油密度660kg/m3，因而可得所需溶劑油質(zhì)量：引發(fā)劑系統(tǒng)引發(fā)劑采用鎳催化劑體系，成分為環(huán)烷酸鎳—三異丁基鋁—三氟化硼乙醚絡(luò)合物，主要計算公式為：環(huán)烷酸鎳（主引發(fā)劑）已知鎳/?。柋龋椋?，純度為7.5%，可知環(huán)烷酸鎳質(zhì)量流量：鎳組分摩爾流量：三異丁基鋁（助引發(fā)劑，Al(i-C4H9)3）已知三異丁基鋁/?。柋龋?，，活性鋁含量50%三異丁基鋁質(zhì)量流量：摩爾流量：三氟化硼乙醚絡(luò)合物（第三組分，BF3O(C2H5)2）已知三氟化硼乙醚絡(luò)合物/?。柋龋?，，BF3含量為46%，可知：三氟化硼乙醚絡(luò)合物質(zhì)量流量：摩爾流量：根據(jù)上述結(jié)果可知，，而由文獻可知，當Al/Ni=3~8，Al/B=0.3~0.7（均為摩爾比），催化劑活性最高，因此可知此配方滿足工藝要求。聚丁二烯系統(tǒng)由總轉(zhuǎn)化率85%可知生成的聚丁二烯為：由于存在掛膠損失，損失量為：去終止釜的聚丁二烯為：未反應(yīng)的丁二烯質(zhì)量流量：根據(jù)上述結(jié)果可得聚合釜總物料衡算，列于表3-12表3.12__聚合釜總物料衡算表序號組分kg/ht/aw%（質(zhì)量分數(shù)）進料1丁二烯1648.18013185.44120.5182丁烯11.61992.9490.1453溶劑油6369.542507956.33279.2934環(huán)烷酸鎳0.4783.8220.0065三異丁基鋁1.2099.6690.0156三氟化硼乙醚絡(luò)合物1.88415.0750.0237合計8032.91164263.289100出料1去終止釜聚丁二烯1386.58411092.67517.2612未反應(yīng)的丁二烯247.2271977.8163.0783丁烯11.61992.9490.1454掛膠損失14.369114.9500.1795溶劑油6369.54250956.33279.2936三種引發(fā)劑3.57128.5670.0447合計8032.91164263.289100（2）、聚合釜數(shù)量的確定以及各釜物料衡算聚合釜數(shù)量的確定由聚合釜物料衡算可得丁二烯進料量，丁油濃度，聚合時間T=4h，因而可得聚合總?cè)莘e為：需12聚合釜臺數(shù)：，圓整為4臺。各釜轉(zhuǎn)化率的確定根據(jù)《合成橡膠工業(yè)》第七卷（1984）P67中內(nèi)容知：丁二烯聚合屬于一級反應(yīng)，并且鎳催化體系油溶劑丁二烯的表觀動力學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)的關(guān)聯(lián)式如下：對于一級反應(yīng)，連續(xù)槽式反應(yīng)器的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)速率常數(shù)之間的關(guān)系如下（假設(shè)各釜停留時間相同）：，，可知：其中：CAN—第N臺釜內(nèi)反應(yīng)物濃度，mol/L；CA0—反應(yīng)物初始濃度，mol/L；CA(N-1)—第N-1臺釜內(nèi)反應(yīng)物濃度，mol/L；XN—N臺釜累積轉(zhuǎn)化率；xN—第N臺釜轉(zhuǎn)化率；k—聚合反應(yīng)表觀速率常數(shù)，min-1；—平均停留時間，min；N—連續(xù)槽式反應(yīng)器臺數(shù)；[C0]—主催化劑的濃度，mol/L；kp—鏈增長速度常數(shù)，L/(mol·min)；T—反應(yīng)溫度，K；—催化劑利用率（在94℃下，取27%）為便于計算，按等溫等容處理，取總轉(zhuǎn)化率為85%；各釜停留時間相同；反應(yīng)溫度為94℃，[C0]=，則可計算得由于總轉(zhuǎn)化率為85%，即XN=85%，可求得平均停留時間為由于各釜停留時間相同，由各釜轉(zhuǎn)化率計算公式可知各釜轉(zhuǎn)化率相同，現(xiàn)計算首釜的轉(zhuǎn)化率：（4）、終止釜總物料衡算聚合釜物料衡算圖如圖所示：注：膠液組分同聚合釜出料組分乙醇用量計算已知純丁二烯質(zhì)量流量M純丁二烯=1648.180kg/h,三異丁基鋁/?。柋龋?.0×10-4,醇/三異丁基鋁（摩爾比）為6，乙醇分子量為=46，純度為95%,乙醇密度ρ=810kg/m3則乙醇質(zhì)量流量M乙醇=1.09×10-3×810kg/h=0.887kg/h乙醇含水量M水=M乙醇×（1-95%）=0.887×0.05kg/h=0.044kg/h防老劑用量計算已知膠液組成同聚合釜出料，防老劑/?。ㄙ|(zhì)量比）為0.0079,防老劑溶液濃度為117g/L則防老劑總用量為1648.180×0.0079kg/h=13.021kg/h防老劑溶液體積量為13.021/117=0.111m3/h防老劑帶入體系的溶劑油用量計算已知防老劑/溶劑油（質(zhì)量比）為0.179則防老劑帶入體系的溶劑油用量=13.02/0.179kg/h=72.741kg/h根據(jù)上述結(jié)果可得聚合釜總物料衡算，列于表3-13表3.13__終止釜釜總物料衡算表序號組分kg/ht/aw%（質(zhì)量分數(shù)）進料123456膠液終止劑水防老劑帶入溶劑油總計8018.5420.8870.04413.02172.7418105.23564148.3397.0940.355104.165581.92764841.88098.9300.0110.0010.1610.897100出料123456789丁烯丁二烯引發(fā)劑溶劑油干膠終止劑水防老劑總計11.619247.2273.5716442.2821386.5840.8870.04413.0218105.23592.9491977.81628.56751538.26011092.6757.0940.355104.16564841.8800.1433.0500.04479.48317.1070.0110.0010.161100（5）、凝聚釜總物料衡算凝聚釜物料衡算圖如圖所示：注：膠液組分和量同終止釜出口物料循環(huán)熱水量計算已知水/膠液（體積比）為7.5，丁油量=原料/丁油濃度=1659.799/135=12.295m3/h,防老劑溶液體積流量為0.111m3/h則膠液體積流量為12.295+0.111=12.306m3/h熱水循環(huán)量=7.5×12.306m3/h=93.05m3/h損失量計算M丁二烯機械損失量=M純丁二烯×0.5%=1648.180kg/h×0.5%=8.241kg/hM聚丁二烯損失量=M干膠×0.5%=1386.584kg/h×0.5%=6.933kg/h去振動篩的聚丁二烯膠粒量計算M聚丁二烯量=M干膠-M聚丁二烯損失量=(1386.584-6.933)kg/h=1379.651kg/hM膠粒含水量=M干膠×0.6=1386.584kg/h×0.6=831.951kg/hM膠粒含油量=M干膠×0.005=1386.584kg/h×0.005=6.933kg/h水蒸氣冷凝量M溶劑油氣化量=M溶劑油-M膠粒含油量=6442.282-6.933=6435.349kg/hM丁烯氣化量=M丁烯=11.619kg/hM丁二烯氣化量=M未反應(yīng)丁二烯-M丁二烯機械損失量=247.227-8.241=238.986kg/h已知0.9MPa(表壓)水蒸汽焓△H汽=2781.71kJ/kg，95℃飽和水焓△H水=397.75kJ/kg則焓差△H=△H汽-△H水=2781.71-397.75=238.96kJ/kg利用公式計算水蒸氣冷凝量M溶劑油氣化所需冷凝量=6435.349×[316.522+2.428×（95-20）]/238.96kg/h=1345.999kg/h同理可知M丁烯氣化所需冷凝量=2.218kg/h，M丁二烯氣化所需冷凝量=32.419kg/hM循環(huán)水從90℃上升至95℃所需冷凝量=M循環(huán)水×水平均比熱容×溫差/焓差=93.05×1000×4.1868×（95-90）/238.96kg/h=817.052kg/h則M總冷凝量=M溶劑油氣化所需冷凝量+M丁烯氣化所需冷凝量+M丁二烯氣化所需冷凝量+M循環(huán)水從90℃上升至95℃所需冷凝量=2197.688kg/h進入凝聚釜的蒸氣總量計算已知水蒸氣/聚丁二烯（質(zhì)量比）為5，則M蒸氣總量=M聚丁二烯×5=1375kg/h×5=6875kg/hM去油水分離器的水蒸氣量=M蒸氣總量-M總冷凝量=6875-2197.688=4677.312kg/h根據(jù)上述結(jié)果可得凝聚釜總物料衡算，列于表3-14表3.14__凝聚釜總物料衡算表序號組分kg/ht/aW%(質(zhì)量分數(shù)）進料1防老劑13.021104.1650.0121%2終止劑0.8877.0940.0008%3膠液8091.32864730.6217.5485%4循環(huán)水92211.041737688.32886.0248%5水蒸氣6875.00055000.0006.4138%6進料總計107191.276857530.208100.0000%出料去振動篩1聚丁二烯1379.65111037.2121.2871%2防老劑12.956103.6440.0121%3溶劑油6.93355.4630.0065%（續(xù)表（續(xù)表3.14）三種引發(fā)劑3.57128.5670.0033%5終止劑0.8877.0940.0008%6水94401.399755211.19588.0682%7去振動篩合計95805.397766443.17589.3780%去油水分離器8丁烯11.61992.9490.0108%9丁二烯238.9861911.8890.2230%10溶劑油6435.35051482.7966.0036%11水蒸氣4684.64237477.1334.3704%12去油水分離器合計11370.59690964.76710.6078%損失13損失防老劑0.0650.5210.0001%14損失丁二烯8.24165.9270.0077%15損失聚丁二烯6.93355.4630.0065%16損失合計15.239121.9110.0142%17出料總計107191.232857529.853100.0000%3.2、熱量衡算3.2.1、計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)聚合釜物料衡算表；聚合時間：4h；實用聚合釜臺數(shù)：4臺（以4臺為例）；聚合溫度：94冷卻鹽水：入口溫度-12℃，出口溫度-8反應(yīng)釜夾套換熱面積A=27m2；丁二烯聚合反應(yīng)熱△H反=-1381kJ/kg溶劑油組成及物性數(shù)據(jù)：表3.15__溶劑油組成表n-C5H12n-C6H14n-C7H16合計Wi%2.157.840.1100Xi%2.5961.5435.87100Mi7284100表3.16__溶劑油物性數(shù)據(jù)表物性n-C5H12n-C6H14n-C7H16溶劑油數(shù)據(jù)來源計算公式密度549590620601《化工工藝設(shè)計手冊》第二版上冊P2-312、P2-322、P2-354比熱容CpkJ/(kg·℃)3.07672.62042.48232.6168熱導(dǎo)率W/(m·℃)0.08610.09070.09890.0942丁烯、丁二烯物性數(shù)據(jù)：表3.17__丁烯、丁二烯物性數(shù)據(jù)表定性溫度℃密度比熱容CpkJ/(kg·℃)熱導(dǎo)率W/(m·℃)數(shù)據(jù)來源C4H89410102.00010.1396《化工工藝設(shè)計手冊》第二版上冊P2-312，P2-277,P2-354C4H6944802.97210.08374順丁橡膠物性數(shù)據(jù)：表3.18__順丁橡膠物性數(shù)據(jù)表定性溫度℃密度比熱容CpkJ/(kg·℃)熱導(dǎo)率W/(m·℃)數(shù)據(jù)來源順丁橡膠944802.97210.08374《合成橡膠工業(yè)》第七卷(1984)P69冷凍鹽水物性數(shù)據(jù)：表3.19__冷凍鹽水物性數(shù)據(jù)表定性溫度℃密度比熱容CpkJ/(kg·℃)熱導(dǎo)率W/(m·℃)動力粘度Pa．sCaCl2-1012452.85900.48856.3cp數(shù)據(jù)來源：化工工藝設(shè)計手冊（國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計院編）P2-319、P2-327、P2-357、P2-338根據(jù)各釜純轉(zhuǎn)化率計算的各釜的物料組成，然后求得各釜的物性數(shù)據(jù)：表3.20__各釜物性數(shù)據(jù)計算結(jié)果表釜號溫度℃組分密度比熱容CpkJ/(kg·℃)熱導(dǎo)率W/(m．℃)門尼粘度動力粘度Pa．s一94膠液606.82.57440.0956503.5二94膠液624.22.52830.0986507.5三94膠液635.52.50320.10054511.0四94膠液642.82.48650.10164518.0注：根據(jù)各釜門尼粘度和膠液濃度查《高聚物合成工藝學(xué)》確定各釜動力粘度。3.2.2、各釜對流傳熱系數(shù)和傳熱系數(shù)K的計算夾套內(nèi)冷卻鹽水的對流傳熱系數(shù)1計算基本方程式：αNu式中1—夾套對流傳熱系數(shù)，；Nu—努塞爾準數(shù)；Re—雷諾準數(shù)；—傳熱面的特征尺寸，m；—流體的熱導(dǎo)率，；u—流體的流速，m/s；—流體的密度，；—流體的粘度，Pa·s；Cp—流體的比熱容，J/(kg·℃)；w—流體在壁溫條件下的粘度，Pa·s圖螺旋導(dǎo)流板查《化工工藝設(shè)計手冊》上冊P301表4-14，取冷卻鹽水在螺旋導(dǎo)流板中的流速為1.5m/s；根據(jù)《攪拌設(shè)備設(shè)計》P142和《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》第三冊P180有關(guān)內(nèi)容，取聚合釜夾套內(nèi)螺旋導(dǎo)流板的幾何尺寸上圖所示。則傳熱面特征尺寸為：那么：由于0Pr100Re10000，所以：其中則因鹽水在彎曲的螺旋導(dǎo)流板中流動，所以要對1進行修正。查《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊P172修正公式為：式中R—曲率半徑，設(shè)計取916mm。釜內(nèi)對流傳熱系數(shù)2的計算根據(jù)《化學(xué)工程手冊》第5篇《攪拌與混合》P31有關(guān)高粘度流體采用雙螺帶式攪拌槽的傳熱公式，即永田公式：1<Re<1000時： Re>1000時： 考慮葉輪與槽壁間隙大小對傳熱的影響時：攪拌雷諾準數(shù)式中d—攪拌葉輪直徑，m；n—攪拌轉(zhuǎn)數(shù)，r/s；D—聚合釜內(nèi)徑，m。設(shè)計中?。篋＝1.8m；d＝0.95D＝1.71m；n＝59r/min；根據(jù)以上公式計算各釜的2，將計算結(jié)果列入下表：表3.21__各釜對流給熱系數(shù)2計算結(jié)果釜號RePrNu2（W/m2.℃）1498.5194251.051493.3579.3142239.31192314.911483.0981.2403166.12273982.091477.6082.4994102.68440521.651474.5783.231以1號釜為例計算因為1<Re<100，因此則同理可計算出釜2、釜2、釜4的給熱系數(shù)各釜總傳熱系數(shù)K的計算聚合釜壁剖面圖如圖9-9所示，由于，所以按《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊P180式3-58計算各釜K值。聚合釜壁剖面圖已知各釜的1和2，另外，計算時：掛膠厚度，；釜壁厚度，；取水垢厚度，查《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊P180表3-9得25％CaCl2鹽水的垢層系數(shù)。則可以計算出各釜的K值，列入下表中：表3.22__各釜K值計算結(jié)果表釜別1W/(m2·℃)1（m）1W/(m·℃)2（m）2W/(m?℃)dW/(m2·℃)2W/(m2·℃)KW/(m2·℃)1214.1850.010.13960.01617.4451395.679.31411.042214.1850.0010.13960.01617.4451395.681.24038.803214.1850.0010.13960.01617.4451395.682.49939.084214.1850.0010.13960.01617.4451395.683.23139.25以1號釜為例計算過過程如下同理可計算出釜2、釜2、釜4的總傳熱系數(shù)3.2.3、各釜熱量衡算計算基準數(shù)量基準：kJ/h；基準溫度：0℃；反應(yīng)釜夾套換熱面積取A=27m2總熱量衡算圖如下：總熱量衡算圖各釜熱量衡算關(guān)系式：1號釜Q1入＋Q1反＋Q1攪＋Q1沖入＝Q1出＋Q1沖出＋Q1夾2號釜Q2入＋Q2反＋Q2攪＋Q2沖入＝Q2出＋Q2沖出＋Q2夾3號釜Q3入＋Q3反＋Q3攪＋Q3沖入＝Q3出＋Q3沖出＋Q3夾4號釜Q4入＋Q4反＋Q4攪＋Q4沖入＝Q4出＋Q4沖出＋Q4夾攪拌熱根據(jù)資料介紹，攪拌熱與膠液粘度大小有關(guān)。粘度大，攪拌熱就大。設(shè)計中取1號釜電機功率的70％、2釜電機功率的75％、3號釜電機功率的80％及4號釜電機功率的85％用于形成攪拌熱。各釜熱量衡算1號釜熱量衡算（目的確定進料溫度T1）由1號釜熱量平衡關(guān)系式知： Q1入＝Q1出－(Q1反＋Q1攪)即21589.612T1=1940435.845—（859621.725+138600.000）解得T1=43.6℃2號釜熱量衡算（目的確定沖冷油量）已知冷卻鹽水t進＝-12℃，t出＝-8℃，聚合溫度T=94℃，則對數(shù)平均溫度為由熱量平衡關(guān)系式知：Q2沖出＝Q2反＋Q2攪－Q2夾即Q2沖出=54970.948+148500.000-392144.255=291326.693KJ/h冷抽余油用量冷卻鹽水用量3號釜熱量衡算（目的確定沖冷油量）由熱量平衡關(guān)系式知： Q3沖出＝Q3反＋Q3攪－Q3夾即Q3沖出=332930.063+158400.000—395023.274=96306.789KJ/h同2號釜，利用Q3沖出和Q夾可算出冷抽余油用量G3抽余油=391.524kg/h和冷卻鹽水用量G3鹽水=34542.084kg/h4號釜熱量衡算同2、3號釜的熱量衡算過程同理可計算出4號釜熱量Q4沖出＝Q4反＋Q4攪－Q4夾=-21182.448KJ/h（負數(shù)表明不用冷油即可滿足傳熱要求）重新確定夾套的傳熱負荷并確定冷鹽水用量Q4夾＝Q4反＋Q4攪=207193.357+168300.000=375493.357KJ/hG3抽余油=0G4鹽水=32834.326kg/h1～4號釜熱量衡算總結(jié)果列入下表表3.23__總熱量衡算表序號項目1號釜2號釜3號釜4號釜1VR121212122T℃949494943min606060604純x(%)0.3780.3780.3780.3785沖油前聚丁二烯W%0.0000.3780.6130.7596沖油后聚丁二烯W%0.3780.6130.7590.8507KW/(m2.℃)11.5811.6211.6511.668A272727279Δtm℃010410410410Q入kJ/h942214.1201940435.8452231762.5382328069.32711Q攪kJ/h138600.000148500.000158400.000168300.00012Q反kJ/h859621.725534970.948332930.063207193.35713Q出kJ/h1940435.8451940435.8452231762.5382328069.32714Q沖出kJ/h0291326.69396306.789015Q夾kJ/h0392144.255395023.274375493.35716G沖kg/h01184.355391.524017G鹽kg/h034290.33434542.08432834.3263.3、聚合釜的計算和選型3.3.1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)計溫度：釜內(nèi)120℃，釜外(夾套)-12℃；設(shè)計壓力：釜內(nèi)1.0MPa，釜外(夾套)0.4MPa；工藝要求容積：12操作形式：滿釜連續(xù)操作；材質(zhì)：1Cr18Ni9Ti其它數(shù)據(jù)同前。3.3.2、聚合釜總?cè)莘e及臺數(shù)的確定按4小時聚合時間和產(chǎn)量指標確定聚合總?cè)莘eV總由聚合釜物料衡算可得丁二烯進料量，丁油濃度，聚合時間T=4h，因而可得聚合總?cè)莘e為需12聚合釜臺數(shù)：圓整為4臺，并按1.2的備用系數(shù)來確定聚合釜的總數(shù)量為5臺。3.3.3、聚合釜攪拌功率的計算攪拌器型式的確定，丁二烯溶液聚合生產(chǎn)順丁橡膠中，隨著單體轉(zhuǎn)化率的提高，體系的動力粘度逐漸增加，一般從幾十厘泊增加到幾萬厘泊，為此要從適合高粘度液體的錨式、框式、螺桿式及雙螺帶式等攪拌器中進行選擇。目前，國內(nèi)有的生產(chǎn)廠家主要采用首釜為框式，其余為雙螺帶式，本設(shè)計中根據(jù)1998年第1期《合成橡膠工業(yè)》“順丁橡膠技術(shù)開發(fā)中的幾個工程放大問題”中所分析的框式攪拌器，在使用中存在因湍流程度不夠而造成釜內(nèi)溫度上下不均及混合分散程度差的缺點，決定全部采用雙螺帶式攪拌器，攪拌轉(zhuǎn)速為59r/min，其它幾何參數(shù)如下圖所示。查《攪拌設(shè)備設(shè)計》P59知，當雙螺帶式攪拌器的幾何參數(shù)為：～0.98；～5.5；；～2.5；時，同時，其功率準數(shù)：在層流區(qū)操作時，當Re>100時：很據(jù)各釜的Re值選取合適的Np計算公式，然后，再按下式求出攪拌功率。查《攪拌設(shè)備設(shè)計》P161知，電機功率為：采用機械密封時：～15%)式中H—聚合釜筒體高度，m；D—聚合釜筒體內(nèi)徑，m；h—攪拌器攪拌葉總高度，m；di—攪拌葉外徑，m；s—攪拌葉螺距，m；b—攪拌葉寬度，m；Re—攪拌雷諾準數(shù)；Np—攪拌功率準數(shù)；P—攪拌功率，KW；—液體密度，kg/m3；n—攪拌轉(zhuǎn)速，r/s；g—重力加速度，；Pa—電機功率，KW；Pm—軸密封系統(tǒng)摩擦損失功率，KW；—機械傳動效率，KW；(一般＝0.95～0.98)P填—填料密封系統(tǒng)摩擦損失功率，KW；根據(jù)以上公式計算各釜Pa和P并將結(jié)果列入下表，計算中取：；P填＝0.1P；Pm＝0.15P填；＝0.95表3.24__各釜的P和Pa表釜號ReNpP/KWPa/KW1號498.512.07317.47618.6722號239.312.64122.90424.4713號166.122.97926.30428.1034號102.683.49231.18333.317以1號釜為例計算如下攪拌雷諾數(shù)參照釜內(nèi)對流傳熱系數(shù)2的計算因為Re>100，因此攪拌功率準數(shù)攪拌功率電機功率考慮1.65的備用系數(shù)，則實際電機功率為55KW各釜所配電機應(yīng)該一樣，因此取上表中最大的電機功率，同時考慮1.65的備用系數(shù)，由此確定實際電機功率。4、工藝控制條件及自控設(shè)計4.1、控制指標表4.1__主要控制指標條件備注聚合溫度首釜60-65℃通常將丁油預(yù)熱或預(yù)冷、也可以有改變?nèi)軇┯突虼呋瘎┻M料來控制末釜<80℃動力粘度首釜100-1000cp改變鎳組分用量或者聚合溫度末釜≯20000cp轉(zhuǎn)化率首釜40-50%改變催化劑用量、配比或丁油濃度、聚合溫度、反應(yīng)時間來控制末釜≥85%聚合壓力0.45MPa聚合時間4h表4.2__主要分析控制指標物料名稱采樣地點分析項目控制指標分析時間丁二烯丁二烯總管線組成>99%每班一次水值<20mg/kg每班一次雜質(zhì)乙腈檢不出胺值<1mg/kg溶劑油溶劑油總管水值<20mg/kg胺值<0.2mg/濃鎳濃鎳高位槽濃度稀鎳鎳配制槽濃度(1.0+0.05)g/L稀鋁濃度防老劑配制釜濃度丁油丁油管線水值<20mg/kg丁濃12~/L膠液末釜出口膠含量≥100g/L轉(zhuǎn)化率≥83%膠液首釜出口門尼黏度50末釜出口門尼黏度45聚合反應(yīng)溫度是用套管式熱電偶溫度計來指示，通過檢測聚合溫度反饋條件冷凍鹽水的進夾套流量。門尼粘度用門尼粘度計測量，轉(zhuǎn)化率可用折射法檢測。4.2、開停車聚合裝置是連續(xù)性的生產(chǎn)裝置，在建成投產(chǎn)時或在檢修停車后，為了使裝置安全而迅速地投入生產(chǎn)，必須準確而熟練地進行開車操作。開車前除了要進行管道吹掃以清除機械雜質(zhì)，并檢查管道是否暢通，還要檢查電動機，攪拌機、減速機、計量泵和壓力表的設(shè)備是否完好，設(shè)備空載電流是否合乎標準、有無雜音、儀表是否好用，氮氣、儀表風(fēng)壓、冷凍鹽水的溫度和壓力是否合乎要求等等。在聚合釜連續(xù)運轉(zhuǎn)一段時間后，由于掛膠或設(shè)備檢修，需要提車清理。正常停車時，先停丁二烯泵和各催化劑泵，用溶劑油控制反應(yīng)，待釜溫不再上升時停止進油。對于不清理的聚合釜，或用氮氣保壓，或用溶劑油泡釜，以免粘在壁上的膠液在溶劑揮發(fā)后掛在釜壁上。對于需要清理的聚合釜，在物料排盡之后，斷開物料管線，打開人孔，灌滿水后通蒸汽煮釜24小時以上，放水后用空氣置換到含氧量合格后，然后進行人工清理。5、附圖

6、參考文獻[1]王玉璞.順丁橡膠市場分析及生產(chǎn)技術(shù)進展[D].保存地點：中國石油吉林石化公司研究院，2013[2]安志珠.電容法測定汽油中丁二烯不同含量的工業(yè)試驗[J]，合成橡膠工業(yè)，1981，（1）：15~17[3]O.Figovsky,D.Beilin,NBlank,V.Chernyshev.Developmentofpolymerconcretewithpolybutadienematrix[J].CementandConcreteEompsites,1996,18(6):437~444[4]趙旭濤，劉大華.合成橡膠工業(yè)手冊—2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.5[5]于清溪.橡膠原材料手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995[6]大連工學(xué)院，北京化工學(xué)院.順丁橡膠生產(chǎn).石油化工出版社，1978

附錄資料：不需要的可以自行刪除田園臨時用電施工組織設(shè)計一、工程概況工程名稱：高青銀嶺世家19#住宅樓建筑面積：10529.7平方米層數(shù)：11層結(jié)構(gòu)形式：框架剪力墻結(jié)構(gòu)建設(shè)單位：xx開發(fā)有限責(zé)任公司施工單位：xx建工有限公司編制依據(jù)1、根據(jù)施工規(guī)模，按照JGJ46-2005《施工現(xiàn)場臨時用電安全技術(shù)規(guī)范》本工程臨時用電系統(tǒng)采用1個總箱，2個分箱，11個設(shè)備箱，1個照明箱，1個移動箱。2、施工現(xiàn)場的配電箱采用標準配電箱，均為省備案產(chǎn)品，整個系統(tǒng)采用“三級配電，二級保護”實行TN—S接地系統(tǒng)，電纜埋地敷設(shè)，總配電箱，分配電箱，設(shè)備箱均進行可靠的接地，開關(guān)箱實行一機一閘一保護。三、電源進線位置1、采用3×50+1四芯電纜，由配電室引至總箱，再由總箱引至1#、2#分箱，根據(jù)工程實際情況，能滿足工程施工需要，并且能保證工程安全施工。2、總箱以在工程北側(cè)，1號分箱控制塔吊、物料提升機、攪拌機、潛水泵、移動箱；2號分箱控制彎曲機、切斷機、電焊機、電鋸、現(xiàn)場照明、臨舍照明。施工現(xiàn)場根據(jù)以上分布情況進行線路走向布置。四、用電設(shè)備參數(shù)表用電設(shè)備名稱型號數(shù)量功率（KW）塔機QTZ311臺25物料提升機1臺18.7振動棒1臺2.2圓盤鋸1臺7.5切斷機1臺5.5電焊機BX1-2501臺7潛水泵1臺2.5照明1臺5攪拌機JZC3501臺7.5彎曲機1臺5五、用電負荷計算及導(dǎo)線截面選擇根據(jù)用電設(shè)備參數(shù)表：電動機的合計功率：ΣP1=25+18.7+2.2+7.5+5.5+2.5+5+7.5+5=78.9KW施工現(xiàn)場的電焊機為兩臺折合功率為：ΣP2=7KW總用電量為：S=K1×K2×(K3×ΣP1÷cosω+K4×ΣP2)=1.05×1.1（0.7×78.9÷0.75+0.6×7）=89.9KVA總電流I=S/Ucosω=89.9×1000/(1.732×380×0.75)=182A根據(jù)以上計算結(jié)果建設(shè)單位提供變壓器符合現(xiàn)場施工用電要求?？倢?dǎo)線可選用3×16+1×10凱裝電纜從配電室引至總箱。2、分箱導(dǎo)線選擇①1#分箱設(shè)備功率為：S1=25+18.7+7.5+2.5+2.2=55.9KWI1=S1/Ucosω=55.9×1000/380×0.75=110根據(jù)計算結(jié)果可選用YC3×10+2×6mm2的五芯銅芯電纜從總箱引至1#分箱。現(xiàn)場擬使用3×25+2×16的五芯銅芯電纜。②2#分箱設(shè)備功率為：S2=5+5.5+7.5+1.5+10=36.5KWI2=S2/Ucosω=36.5×1000/380×0.75=72根據(jù)電流計算結(jié)果可選用YC3×10+2×6mm2的五芯電纜從總箱引至2#分箱?，F(xiàn)場擬使用3×25+2×16的銅芯五芯電纜。3、現(xiàn)場照明導(dǎo)線的選擇：現(xiàn)場照明功率為5KW選用YC3×4+1三芯電纜從分箱引至照明箱；六、安全用電技術(shù)措施：（一）、1、接地與接地裝置：本工程臨時用電線路采用TN-S接零保護系統(tǒng)，總配電箱、分配電箱和設(shè)備箱均作重復(fù)接地，電器設(shè)備的金屬外殼必須與專用保護零線連接，保護零線由第一級漏電保護器電源側(cè)引出，施工現(xiàn)場全部采用保護接零。2、保護零線單獨敷設(shè)不作他用，重復(fù)接地與保護零線相連接。保護零線截面與工作零線截面相同，采用10mm2的絕緣銅芯線。塔吊、攪拌機、電鋸等設(shè)備均設(shè)保護零線，保護零線采用統(tǒng)一標志的黃/3、重復(fù)接地裝置的接地電阻均小于10Ω，當接地電阻達不到要求時，須增設(shè)接地體。4、每一個接地裝置的接地線采用二根以上導(dǎo)體，在不同點與接地裝置做電氣連接。5、電氣設(shè)備采用專用芯線做保護接零，此芯線決不通過工作電流。6、手持式用電設(shè)備的保護零線，設(shè)在絕緣良好的多股銅線橡皮電纜內(nèi)，其截面1.5mm2，其芯線顏色為黃/綠雙色。I類手持式用電設(shè)備的觸頭上具備專用的保護零線觸頭。所用插頭應(yīng)能避免將導(dǎo)電觸頭誤作接地觸頭使用。7、本工程采用人工接地體，接地體長2.5m，當一根接地體接地電阻達不到要求時，增設(shè)接地極，水平敷設(shè)，相互間距5m。接地體的頂面高出地面5cm,并用接地符號標明。盡量放在配電箱附近，防止機軋物碰，本工程接地體采用鍍鋅鋼管直徑25長度為2.5m。8、接地體與接地體的連接采用焊接，接觸楞邊全部焊接，接地線與接地設(shè)備及接地體的連接采用螺栓連接，連接時應(yīng)設(shè)防松螺栓帽或防松墊片。9、接地裝置各部分之間均應(yīng)保證電氣連接，位于潮濕場所的連接處，應(yīng)采取可靠的防潮、防腐措施。10、接地裝置應(yīng)滿足短路情況下的熱穩(wěn)定要求。（二）、防雷設(shè)計1、本工程在塔吊頂裝設(shè)避雷針，用于防止雷擊。避雷針采用直徑為12mm的圓鋼，其長度為1m的避雷針裝設(shè)于塔吊的最頂端。其保護范圍按滾球法計算，能夠保護其它設(shè)備，且最后退場，則其它設(shè)備可不設(shè)防雷裝置。2、塔吊防雷裝置以塔身為引下線，各部連接緊密，確保電氣連接。塔吊所用的動力、照明燈線路采用五芯電纜，沿塔身敷設(shè)在塔吊內(nèi)，每隔1米3、施工現(xiàn)場內(nèi)所有防雷裝置沖擊接地電阻值不得大于30Ω，防雷接地可與重復(fù)接地使用一個接地極，此時接地電阻應(yīng)符合重復(fù)接地要求要小于10Ω。4、接地裝置與重復(fù)接地相同，接地線為10mm2黃/（三）、配電線路敷設(shè)：1、所有電纜線路均采用埋地敷設(shè)，避免機械損傷和介質(zhì)腐蝕，電纜埋地深度0.7米，在電纜上下各均勻鋪設(shè)50mm2、電纜穿越建筑物及引出地面從高度2米，至地下0.23、埋地敷設(shè)的電纜接頭應(yīng)設(shè)在地面上的接線盒內(nèi)，接線盒應(yīng)能防水防塵，防機械損傷，并遠離易燃易爆等腐蝕場所。4、電纜接頭應(yīng)牢固可靠，并作絕緣爆炸，保持絕緣強度并能承受張力。5、室內(nèi)配線采用瓷瓶固定，距地面高度2.5米。進戶線過墻穿管保護，距地面2.5（四）、配電箱及開關(guān)箱設(shè)置：1、動力和照明設(shè)在同一配電箱內(nèi)，動力和照明線路分路設(shè)置。2、總配電箱設(shè)在靠近電源的地方，分配電箱設(shè)在用電設(shè)備或負荷相對集中的地方，分配電箱與開關(guān)箱的距離不超過30米。開關(guān)箱與其控制的固定設(shè)備的水平距離不超過33、配電箱設(shè)在樓北，干燥、通風(fēng)，配電箱上設(shè)防雨防砸棚，50×5角鋼焊接成，棚寬2.5米，長4米，高3米，棚上鉚接白鐵皮板，護欄空腹方鋼焊成，高1.54、配電箱使用省備案產(chǎn)品，，裝設(shè)端正，牢固，移動箱裝設(shè)在堅固的支架上。固定配電箱中心與地面垂直距離1.5米，移動箱與地面的垂直距離5、配電箱內(nèi)的開關(guān)電器位置正確，固定牢固，不歪斜和松動，工作零線和保護零線通過接線端子板連接，并與保護零線接線端子分設(shè)。箱內(nèi)的連接線采用絕緣導(dǎo)線，不得有外露導(dǎo)電部分。配電箱的箱體、安裝板、及箱內(nèi)電器不應(yīng)有帶電的金屬底座，外殼等必須作保護接零。保護接零通過接線端子板連接。6、配電箱內(nèi)電器確保可靠完好，無破損和不合格電器，總配電箱內(nèi)裝設(shè)總隔離開關(guān)和分路隔離開關(guān)、總自動開關(guān)和分路自動開關(guān)以及漏電保護器?？傞_關(guān)電器的額定值、動作額定值與分路開關(guān)電器的額定值、動作額定值相適應(yīng)。設(shè)有電壓表、總電流表、總電度表及其他儀表。7、分配電箱內(nèi)裝設(shè)總隔離開關(guān)和分路隔離開關(guān)、總自動開關(guān)和分路自動開關(guān)，總開關(guān)電器的額定值、動作額定值應(yīng)與分路開關(guān)電器的額定值、動作額定值相適應(yīng)。8、每臺用電設(shè)備有自己專用的開關(guān)箱，實行一機一閘制，決不用同一電器開關(guān)控制二臺及二臺以上的用電設(shè)備。9、開關(guān)箱內(nèi)在設(shè)備負荷線的首端處設(shè)置漏電保護器，在任何情況下都可以使用電設(shè)備實行電源