最新溶液丁苯橡胶聚合工艺设计.docx

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最新溶液丁苯橡胶聚合工艺设计

摘要

本设计主要是对溶液丁苯橡胶聚合工艺进行设计，它的聚合机理为阴离子聚合，其目的是为了进一步明确S-SBR的聚合工艺，掌握其聚合机理，并选取适当的配方，降低耗能，提高产率，提高其性能。

文献部分对溶液丁苯橡胶的发展史，聚合机理，各种配方，聚合过程，流程生产工艺，种类与性能，结构及应用等方面进行了阐述。

在设计部分对聚合过程的物料平衡，热量平衡进行了计算，以及聚合反应器和搅拌桨的设计计算。

整个过程参考了大量的相关文献，并对各类搅拌器和反应釜进行了比较，综合各搅拌器和聚合釜的优点，对已有的工艺进行了改进，提高了聚合效率。

关键词：

S-SBR，阴离子聚合，聚合工艺，间歇聚合，聚合釜

Abstract

Thedesignismainlytodesignthesolutionstyrene-butadienerubberpolymerizationprocess.It’spolymerizationmechanismisanionpolymerization.ThepurposeofthedesignistofurthercatchontheS-SBRpolymerizationtechnics,masterthemechanism,choiceproperformulation,leasetheusingpower,improvetheyield,andimproveit’sperformance.TheliteratureisincludingthedevelopmenthistoryoftheS-SBR,polymerizationmechanism,differentkindsofformulation,polymerizationprocess,flowedproducetechnics,categories,property,construction,andapplicationandsoon.Besides,inthedesignpart,includethepolymerizationprocess’smaterielbalance,quantityoftheheatbalance,andpolymerizationkettle’sbeaterdesigncalculation.Duringthewholecourse,withamountofcorrelativeliterature,aftercomparingwiththedifferentbeatersandpolymerizationkettle,improvethepastmechanismandimprovethepolymerizationefficiency.

Keywords:

S-SBR,anionpolymerization,polymerizationmechanismintermittentpolymerization,polymerizationkettle

第一章前言1

1．1总述1

1．2内容简介2

第二章总论4

2．1文献4

2．1．1S-SBR聚合反应机理－阴离子聚合：

4

2．1．2S-SBR的发展简史及与E-SBR的比较5

2．1．3溶聚丁苯的结构、性能及应用：

8

2．1．4溶液丁苯橡胶的聚合工艺：

9

2．1．5生产控制因素14

第三章设计20

3．1物料衡算20

3．1．1设计要求：

20

3．1．2原料要求：

20

3.1.3配方要求:

20

3.1.4反应时间及控制温度.20

3.1.5计算过程：

21

3.2设备计算23

3．2．1釜式聚合反应器的结构24

3．2．2确定反应釜釜身与封头形式24

3．2．3搅拌器的选择与确定24

3．2．4计算与设计部分25

3．3热量衡算30

3．3．1数据整理30

3．3．2计算过程30

第四章问题与发展前景33

第五章设计体会与收获34

参考文献35

致谢37

附图

A溶液丁苯橡胶生产工艺流程图B溶液丁苯橡胶聚合釜总图

第一章前言

1．1总述

溶液丁苯橡胶于60年代初由Firestone公司和Phillips公司率先实现工业化生产，最初的目的是因苯乙烯价格上升，想生产能达到乳液丁苯橡胶性能水平的低苯乙烯含量的溶液丁苯橡胶。

但很快就发现溶液丁苯橡胶具有比乳液丁苯橡胶更优异的机械性能，因而引起广泛的重视。

目前世界溶液丁苯橡胶总消费量大约占丁苯橡胶总消费量的40％左右。

基本生产技术：

溶液丁苯橡胶的工业生产中，通常使用烷基锂，主要是丁基锂为引发剂，烷烃或环烷烃为溶剂，四氢呋喃为无规剂，醇类为终止剂。

其基本技术路线有两种：

1）Phillips法：

该公司专利覆盖了连续聚合工艺和间歇聚合工艺，但以间歇工艺为主；2）Firestone法：

其基本工艺与Phillips法相同，以连续聚合为主，也可用间歇聚合工艺。

这两种工艺所生产的聚合物微观结构为：

顺式1，4－含量35％－50％，反式1，4－含量35％－55％，1，2－含量10％左右。

Phillips公司目前已经不生产溶液丁苯橡胶，但其技术仍被欧洲许多公司所采用，如Enichem和Petrochem公司等。

其它技术都是在上述两种基本技术的基础上发展的。

最早生产的溶液丁苯橡胶，其玻璃化温度低（Tg为－70℃左右），乙烯基结构含量只有10％－13％，分子量分布窄且呈单峰分布，虽然其耐磨性和耐寒性比乳液丁苯橡胶好，但粘着性能与加工性能稍差。

作为轮胎用胶没有表现出明显的优越性。

70年代中期，石油危机使汽车的节能成为突出的问题。

汽车的耗能中很大一部分用于克服轮胎的滚动阻力，小汽车总能耗的20％用于克服轮胎的滚动阻力。

而轮胎滚动阻力的将近40％产生于轮胎的胎面。

虽然轮胎的滚动阻力可以通过改进轮胎结构设计和改变胶料配方等手段得到改善，但是降低轮胎滚动阻力最根本的途径还是改善基础胶的性能，加之国外对轮胎在高速行驶下的安全和舒适性的要求也越来越高。

因此，开发既有低滚动阻力又有高抗湿滑性和耐磨性的新型胎面用合成橡胶成为国外合成橡胶生产者的研究开发重点。

由于锂系催化剂制备的合成橡胶，特别是溶液丁苯橡胶生产灵活性大，聚合物结构与性能易调节，便于通过高分子设计手段开发具有特殊性能的合成橡胶新品种，因而成为开发新型轮胎胎面用胶的重点目标。

品种：

1937年德国首先投入工业生产，是一种综合性能较好的通用型品种，

根据生产丁苯橡胶时所用聚合反应的温度，助剂及单体配比等的不同，丁苯橡胶的种类很多，主要者见表1-1。

表1－1丁苯橡胶种类

品名

特点

高温丁苯低温丁苯

充油丁苯

在50度左右聚合

在5度左右聚合，弹性大强度大，耐磨耗性好加有含芳烃或环烷烃的石油馏分，易加工较耐寒，成本低

充碳黑丁苯

加有碳黑，生胶混炼时的电力消耗少

充油-碳黑丁苯充树脂丁苯

加有碳黑和石油，兼有充油，充碳黑丁苯的特色

加有树脂，物理性能比一般丁苯好

丁苯橡胶外观是浅黄褐色的弹性体，微有苯乙烯那种气味。

商品丁苯橡胶除含生胶之外，还含有多种助剂之类的非胶成分。

丁苯橡胶的介电性能较好，和其他通用橡胶一样，它在空气中长期受氧的作用后，性能会逐渐变坏，特别是在高温和光线的照射下更是如此。

〔1〕

丁苯橡胶的粘结性不好，在用它制造多层制品如轮胎，帘布，运输带，胶管等时成型过程中的贴合就有些困难。

制品在多次变形时（如轮胎行驶过程中）的发热量大，相对地将缩短使用寿命。

此外，它的弹性也较差。

丁苯橡胶的硫化速度较慢，因此，硫化促进剂的用量要大些。

丁苯橡胶的组成结构与天然橡胶不同。

天然橡胶不同。

天然橡胶主要是由有规则的聚异戊二稀（顺式-1.4）链组成，而丁苯橡胶则是丁二稀与苯乙烯的不规整共聚物。

1．2内容简介

本文包括文献和设计两部分，文献部分从理论上对溶液丁苯橡胶进行阐述，具体讲为对溶液丁苯橡胶的发展史，聚合机理，各种配方，聚合过程，流程生产工艺，种类与性能，结构及应用等方面进行了阐述。

而设计部分则针对物料，设备，热量衡算来进行，通过根据额定年产量，反应时间，进料温度的计算，选取适当的聚合温度，完成聚合反应器和搅拌桨的设计计

算，并计算出换热面积及电机的功率，设计出一个较完整的流程，进行一万五千吨溶液丁苯橡胶的设计生产。

设计目的是，了解并掌握溶液丁苯橡胶的聚合机理，聚合工艺，并对已有的工艺进行了改进，提高聚合效率。

第二章总论

2．1文献

2．1．1S-SBR聚合反应机理－阴离子聚合：

可以发生阴离子聚合的单体主要有两类：

一是乙烯基或二烯烃单体．它们须带有可使负电荷稳定的吸电子取代基．二是环状单体如内酰胺、内酯、环氧杂烷、异氰酸酪等。

阴离子聚合引发剂为碱、路易士碱等碱金属、金属碳基物、胺、磷化氢以及格氏试剂等。

多数情况下，所加入的引发剂本身含有聚合的引发种（中心）；但有些情况下实际聚合引发种和所加入的引发剂是不同的，是引发剂与溶剂的作用产物，例如在二甲基亚矾溶剂中阴离子聚合通常在极性溶剂中进行。

这种情况下，对应阳离子的影响可减少，有机碱特别适合。

所以四氢映喃、乙二醇甲醚、等常用作阴离子聚合引发剂，

阴离子聚合反应历程包括链引发与链增长，根据需要，链终止可以避免。

链引发和增长聚合引发种和单体发生反应时有二种情况：

一是聚合引发剂和

单体分子之间有两个电子转移而生成一个键；二是单电子转移而不生成键，链引发后即与单体继续作用而链增长。

由于阴离子聚合反应可以生成稳定的增长链．所以必须加入含有亲电基团的链终止剂，才可使之链终止。

此时亲电基团结合于端基上，根据链终止剂的官能数可分为单分子终止，双分子终止或引入第二种单体进行嵌段共聚。

反应历程如下图2.1。

阴离子聚合反应主要特点：

不存在链终止过程、阴离子聚合反应生成的增长链端基是稳定的状态分子量随单体用量的增多而增加．并且分子量分布狭窄。

对应离子对链段结构产生的影响，与游离基聚合反应不同。

阴离子引发剂中对应离子对主链结构产生影响。

溶剂对反应条件的影响，与自由基聚合反应不同，阴离子聚合过程中溶剂以及溶剂中的少量杂质不会影响链增长过程。

而是影响反应速度相链增长的模式。

在工业上的应用：

由于阴离子聚合过程中可以产生活性增长链合成分子量甚为狭窄的聚合物。

因此它为高分子提供了持殊的合成。

结合成利用先后加入不同种类单体进行阴离子聚合的方法合成AB型，ABA型以及多嵌段、星形、梳形等不同形

式的嵌段共聚物。

热塑性橡胶的生产是工业上重要成就。

利用在聚合反应结束时需加入终止剂这一特点，合成某些具有适当功能团端基的聚合物。

图2.1阴离子聚合反应历程

2．1．2S-SBR的发展简史及与E-SBR的比较

发展历史：

SBR的生产已有50年的历史。

起初,乳液聚合是生产商品SBR的唯一方法。

这种聚合过程是:

单体在皂类、促进剂及其它改性剂的水溶液中进行聚合。

该聚合进行得不完全,剩余单体必须被提纯再利用。

聚合物胶乳经凝固、烘干后形成SBR产品,乳聚丁苯橡胶（E-SBR）中橡胶烃的质量分数为0.93,其余是皂类和脂肪酸。

溶液聚合是一种相对较新的工业化聚合过程