年产6万吨丁苯橡胶聚合釜及其主要附属设备设计课程设计学士学位论文.docx

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年产6万吨丁苯橡胶聚合釜及其主要附属设备设计课程设计学士学位论文

吉林化工学院

JilinInstituteofChemicalTechnology

材料科学与工程学院课程设计

年产6万吨丁苯橡胶聚合釜及其主要附属设备设计

Annualproductioncapacityof60,000tonspolymerizationstyrene-butadienerubberplantprocessdesignsection

学生学号

10150127

学生姓名

赵秀吉

专业班级

材化1001

指导教师

张钰

工程师

联合指导教师

张钰

讲师

完成日期

2013.12.6

摘要I

AbstractII

第1篇设计说明书1

第1章绪论1

1.1设计依据、指导思想1

1.1.1设计依据1

1.1.2指导思想1

第2章工艺论证2

2.1工艺原理2

2.2生产方法论证2

2.3低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺过程4

2.3.1单体及化学品溶液接受5

2.3.1.1．丁二烯（BD）5

2.3.1.2苯乙烯（ST）5

2.3.1.3乳化剂（EM）5

2.3.1.4活化剂（ACT）6

2.3.1.5调节剂（MOD6

2.3.1.6氧化剂（OXI）6

2.3.1.7终止剂溶液（S.S）6

2.3.2聚合6

第2篇设计计算说明书8

第1章基础数据8

第2章聚合工段物料衡算9

2.1进料计算10

2.2出料计算11

第3章聚合工段热量衡算12

3.1聚合热13

3.2冷却显热13

3.3搅拌热14

3.4大气吸热（略）14

3.5所需氨的量14

第4章反应器和搅拌桨的选择15

4.1反应釜的选型15

第5章管道直径与贮罐的计算16

5.1管道与贮罐的计算16

5.1.1管道直径的计算16

5.1.2贮罐的计算17

第6章换热器的设计型计算17

6.1换热器计算基本条件17

6.2计算壳程压降及给热系数α019

第7章泵的计算19

7.1泵P—304的设计19

7.1.1条件依据19

7.1.2管内流体的流速20

7.1.3泵的选型20

参考文献20

致谢22

摘要

本设计为年产6万吨乳聚丁苯橡胶装置工艺设计，以聚合工段为工艺设计的主要对象。

对丁苯橡胶的生产方法和生产工艺进行了系统的论证。

本设计以丁二烯和苯乙烯为主要聚合单体，以松香酸钾皂、硫酸亚铁、叔十二碳硫醇、过氧化氢对锰烷等为助剂，采用低温乳液聚合法连续生产工艺合成丁苯橡胶。

并进行了聚合工段的物料衡算、热量衡算和主要设备的计算和选型，进行了简单的技术经济分析。

用AutoCAD绘制了工艺管道及仪表流程图两张、设备平面布置图一张和管道平面布置图一张，手工绘制了管道平面布置图一张，并编制了设计说明书和计算书。

关键词丁苯橡胶乳液聚合工艺设计丁二烯苯乙烯

Abstract

Thedesignisbasedonbutadieneandstyreneasrawmaterials,withanannualoutputof60000tonsofSBRprocessdesign.BycomparingwiththepresentSBRpolymerizationproductionmethod,wemakeadecisiontotreatemulsionpolymerizationatlowtemperatureaspolymerizationproductionmethodatlast.Inthedesignprocess,inaccordancewiththerequirementsofthemissiondesign,amoredetailedmaterialbalanceandenergybalance,equipmentforthecalculationandselectionprocess,atthesametimeonstyrenebutadienerubberproductionintheprocessofattentiontosafetyissuesandthe"threewastes"managementshouldbemadeanote.Drawingtheprocessflowdiagram,themainequipmentandplantlayoutaccordingtotheprocessdesignandcalculationresults,.

Keywords:

SBR,Emulsionpolymerization,Processdesign,butadiene,styrenemonomer

第1篇设计说明书

第1章绪论

1.1设计依据、指导思想

1.1.1设计依据

主要设计依据是吉林化工学院下发的“年产9万吨丁苯橡胶装置聚合工段的工艺设计”本科生课程设计任务书。

1.1.2指导思想

本设计的指导思想是：

（1）利用传统乳液聚合生产技术，确保产品质量高，生产过程安全；

（2）生产过程尽量采用自动控制，机械化操作；

（3）对于易燃易爆场所，设计采用可靠的控制，报警消防设施；

（4）设计采用技术成熟完善的传统乳液聚合方法，达到环保的要求，对生产过程中的化学污水的排放要经过处理，以保证环保要求；

（5）厂房、车间、设备布置要严格按土建标准，以保证生产和正常进行及操作人员的安全。

1.2设计地区的自然条件

本设计的丁苯橡胶车间拟建在吉林市江北吉化有机合成厂院内。

设计地区自然条件如下：

土壤最大冻土深度：

1.8米土壤设计冻土深度：

1.7米

全年主导风向：

西南风夏季主导风向：

东南风

年平均风速：

3.4米/秒地震裂度：

7度

年平均降雨量：

668.4毫米日最大降雨量：

119.3毫米

平均气压：

745.66mmH最高气温：

36.6℃

最低气温：

-38℃平均相对温度：

71%

最大降雪量：

420毫米水温：

15℃

第2章工艺论证

2.1工艺原理

丁苯橡胶是1,3-丁二烯和苯乙烯的共聚物，是一种最通用的橡胶品种，它是按自由基反应机理于乳液中合成的。

其反应方程式为：

2.2生产方法论证

丁苯橡胶的生产包括溶聚和乳聚两种工艺。

溶聚丁苯橡胶具有低的滚动阻力，又具有很高的抗湿滑性与耐磨性，其滚动阻力比乳聚丁苯橡胶减少20%一30%，抗湿滑性优于顺丁橡胶，耐磨性能也很好，是全天候轮胎的最合适胶料。

近几年国际上溶聚丁苯橡胶的消费是一直处于上升趋势。

西欧和日本溶聚丁苯橡胶所占总丁苯橡胶消费量的比例为31%左右，一些公司正计划扩大溶聚丁苯橡胶生产能力或新建装置。

1992年以来，溶聚丁苯橡胶的产量呈递增趋势。

据有关资料报道，1992年至2000年西欧、美国、日本三地区SSBR平均年增长率为5.9%，而SBR平均年增长率约为1.2%01995年，拜耳公司决定停止其在ESBR方面的投资，Hill，的ESBR停产。

拜耳认为轮胎制备技术会有一个根本转变，欧洲的消费者将逐步接受“绿色轮胎”;另外，还应该看到以下因素[1]：

（1）在现有的溶液聚合装置上花较少的费用就能有效地扩大SR的能力。

（2）溶聚工艺优于乳液聚合和气相聚合工艺，SSBR和BR更能接受长期挑战。

（3）目前越来越趋向于采用优等填料，SSBR可在此方面降低轮胎的滚动阻力做出贡献。

（4）ESBR的生产效益长期低下。

但是，拜耳同时也指出ESBR1500,1712对不同用户需求的适应性很强[2]。

SSBR是一种相对ESBR的高性能合成橡胶，它不能等同于ESBR，也不能完全取代ESBR，二者比例的调整有一个渐进的发展过程。

开发SSBR要在确保其综合质量优良的基础上，将目标集中在节能型品种。

虽然丁苯橡胶市场已经成熟，但乳液丁苯橡胶与溶液丁苯橡胶之间的竞争正在增加。

溶液丁苯橡胶在加工上存在的问题已通过生产特制聚合物（tailoring）而得到克服。

目前存在的主要问题是价格较高，各生产者所生产的产品之间没有很好的互换性。

对于高性能轮胎，没有任何其它橡胶能够代替溶液丁苯橡胶，当然乳液丁苯橡胶也是不能满足要求的。

因此尽管溶液丁苯橡胶成本比乳液丁苯橡胶约高出17%，但轮胎生产者使用溶液丁苯橡胶的趋势已开始越来越明显，但是由于我国的现状的限制，所以我国大多数还是选用乳液丁苯橡胶。

目前国内4套乳聚丁苯橡胶装置主要技术来源于日本JSR、ZEON和台湾合成橡胶公司。

工艺技术路线基本一致，都是低温乳液聚合技术，只是在工艺流程和聚合配方上有差别，技术本质上无差别。

对于聚合生产工艺而言，JSR从工艺流程上要好于ZEON，产品质量优于ZEON，缓冲能力较强；不足之处是JSR聚合转化率为62%，而ZEON为70%[15]。

吉林石化公司丁苯橡胶装置A、B两条生产线原设计双线各八台釜，五台置换塔，聚合釜容积为30/台，聚合物料从一釜进入，依次通过串联的八台釜，在5℃的温度下，反应8-10小时，聚合转化率为60%，生产能力每条线为115t/d；经过几次技术改造，双线各拆除两台置换塔，增加一台聚合釜，变为九釜三塔反应，聚合转化率由60%提至62%，装置生产能力由115t/d提高到145t/d[3]。

兰州石化公司橡胶厂丁苯橡胶以氯化钾为电解质（PH缓冲溶液）、过氧化氢二异丙苯为氧化剂、以叔十二碳硫醇为调节剂，借液氨冷却，在5-8℃下，丁二烯和苯乙烯在聚合釜中进行聚合反应，待末釜单体转化率达64-68%时，用终止剂终止聚合反应，单体回收采用水环式压缩机，用挤压脱水机、膨胀干燥机进行脱水干燥[3]。

齐鲁石油化工公司橡胶厂采用ZEON技术，用低活性引发剂通过延长反应时间、调节剂乳化剂补加实现高转化率，通过改变氨蒸发压力对聚合温度进行控制，经过14-16小时的聚合反应，聚合达70%。

单体回收采用三台小脱水机脱水，采用带式干燥机热风干燥（两条线为随工艺包引进，第三线为哈尔滨博实公司参照其干燥箱仿制）。

其工艺路线的缺点一是反应时间较长；二是反应温度控制精度低，温度波动大；三是缓冲能力弱[15]。

南通申华化学工艺路线与吉化公司基本相当，其技术来源于台湾合成橡胶公司，聚合系统聚合温度控制在8℃左右，转化率为63%--66%，单体丁二烯回收用水环真空泵，苯乙烯回收采用两台减压蒸馏塔串联操作，脱水机为两台并联操作，每条生产线两台小干燥箱（美国WP公司生产）并联进行干燥。

虽然丁苯橡胶市场已经成熟，但乳液丁苯橡胶与溶液丁苯橡胶之间的竞争正在增加。

溶液丁苯橡胶在加工上存在的问题已通过生产控制聚合物（tailoring）而得到克服。

目前存在的主要问题是价格较高，各生产者所生产的产品之间没有很好的互换性。

对于高性能轮胎，没有任何其它橡胶能够代替溶液丁苯橡胶，当然乳液丁苯橡胶也是不能满足要求的。

因此尽管溶液丁苯橡胶成本比乳液丁苯橡胶约高出17%，但轮胎生产者使用溶液丁苯橡胶的趋势已开始越来越明显，但是由于我国的现状的限制，所以我国大多数还是选用乳液丁苯橡胶[4]。

一般乳液丁苯橡胶中含有23.5%的苯乙烯，其分子量随聚合情况而异，在10~150万之间。

聚合物的分子微结构，也随聚合条件的变化有很大不同。

高温共聚丁苯橡胶与低温丁苯橡胶比较，高温共聚橡胶反式结构含量较低，聚合度也较低，凝胶含量较大；低温共聚丁苯橡胶反式结构含