丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺.doc
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安徽理工大学毕业设计
本科毕业设计说明书
丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺
THEPRODUCTIONTECHNOLOGYOFTHEEMULSIONPOLYMERIZATIONOFSBR
学院（部）：
材料科学与工程学院
专业班级：
高分子材料与工程2xxx级x班
学生姓名：
某某某
指导教师：
xxx助教
2xxx年x月x日
II
丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺
摘要
本设计为年产5万吨丁苯橡胶工艺设计，整个设计文件由设计说明书和设计图纸两部分组成。
在设计说明书中，简单介绍了丁苯橡胶的生产现状、发展趋势、性能和主要用途，也介绍了目前丁苯橡胶的两种常见的工业聚合生产方法，并进行了比较，最后确定以低温乳液聚合法作为聚合的工艺生产方法。
在设计过程中，根据设计任务书的要求，进行了较为详细的物料衡算和能量衡算，对设备进行了工艺计算和选型，同时对聚丁苯橡胶生产过程中的安全注意事项及“三废”治理作了相关说明，对整个装置进行了简单的技术经济评价。
绘制了相应的设计图纸，设计图纸包括工艺流程图、主要设备图的装配图。
关键词：
聚丁苯橡胶,低温乳液聚合工艺,单体,生产工艺
THEPRODUCTIONTECHNOLOGYOFTHEEMULSIONPOLYMERIZATIONOFSBR
ABSTRACT
Thedesignforanannualoutputof50,000tonsofSBRprocessdesign,thedesigndocumentsfromdesignspecificationanddesigndrawingscomposedoftwoparts.Inthedesignofbrochures,abriefintroductionoftheSBRproductionstatus,trends,performanceandthemainpurposeofthecurrentSBR,alsointroducedthetwocommonindustrialpolymerproductionmethods.Andacomparison,finaldeterminedtolow-temperatureemulsionpolymerizationasapolymerizationtechnologyproductionmethods.Inthedesignprocess,inaccordancewiththerequirementsofthemissiondesign,amoredetailedmaterialbalanceandenergybalance,theequipmentwascalculatedandtheselectionprocess,whiletheproductionofSBRintheprocessofattentiontosafetyissuesand"Threewastes"governancemadenoteoftheentiredevicetoasimpletechnicalandeconomicevaluation.Drawingthecorrespondingdesigndrawings,designdrawings,includingprocessmaps,plantsofmajorequipmentassembly,equipmentlayoutplants.
KEYWORDS:
suspensionpolymerization,monomer,productivetechnology
目录
摘要 I
ABSTRACT II
1绪论 1
1.1丁苯橡胶的发展史 1
1.2丁苯橡胶的简介 2
1.2.1名称及其结构 2
1.2.2丁苯橡胶的性能 3
1.2.3丁苯橡胶的用途 3
1.2.4单体介绍 4
2丁苯橡胶聚合生产方法的选择及工艺流程简述 5
2.1丁苯橡胶生产方法的选择 5
2.1.1两种不同聚合方法生产的橡胶的比较 5
2.2.2工艺方案选择依据 5
2.2.3乳液聚合的特点 6
2.2.4丁苯橡胶的工艺原理 6
2.2丁苯橡胶生产工艺流程简述 7
2.2.1丁苯橡胶的生产工艺流程图 7
2.2.2原料准备过程 8
2.2.3聚合聚合过程 8
2.2.4分离过程 8
3.物料衡算 10
3.1原料单体系统 10
3.2助剂系统 11
3.3反应后各组分系统 13
4.反应釜的物料衡算和热量衡算 14
4.1各反应釜的物料衡算 14
4.2热量衡算 15
4.2.1搅拌釜功率的计算 15
4.2.2热量恒算 17
5.设备计算及选型 19
5.1聚合釜计算 19
5.1.1釜体的基础计算 19
5.1.2搅拌器的确定 21
5.1.3内置冷却管的计算 23
5.1.4开口直径的确定 24
5.1.5终止釜的设计 25
5.2贮罐确定 25
5.3汽提塔 27
6厂址选择及车间布置 29
6.1厂址选择的依据及原则 29
6.2车间布置要考虑的问题 29
6.3厂房布置 30
6.4设备布置的安全距离 30
6.5车间内辅助室和生活室布置 30
7安全防火设计 31
7.1综合安全防护 31
7.1.1防火防爆 31
7.2防毒 33
7.3安全防护:
33
8车间照明及采暖措施 34
9三废处理 35
总结 36
参考文献 37
致谢 38
38
1绪论
1.1丁苯橡胶的发展史
一．国外发展史
1912年，得过Bayer公司发表了丁二烯乳液聚合制取聚丁二烯橡胶的第一篇专利，20世纪20年代，该国为改进乳聚丁二烯的性能，选用苯乙烯为第二单体，制的了乳聚丁苯橡胶，并将其命名为Buua-S。
德国IGFarben公司于1933年发表了Buna-S的第一篇专利，而且于1935年在Schkopau开始建设世界上第一个乳聚丁苯橡胶生产装置，与1937年建成投产。
1943年，得过Buna-S的产量112kt。
乳聚丁苯橡胶的生产始于德国，而取得迅速发展则是在美国。
20世纪30年代，美国因获得价格低廉的天然橡胶满足通用制品的要求，故未重视Buna-S橡胶，而是致力于特种橡胶的开发。
直到第二次世界大战爆发，一是作为战略物资的橡胶需求量急增；二是天然橡胶的来源被切断，因而通用合成橡胶逐渐受到美国政府的高度重视和扶持。
在美国RubberReserve公司统筹下，迅速开展了乳聚丁苯橡胶的生产，建立了5个制造和成橡胶所需要的单体和聚合物工厂，这些工厂在第二次世界大战是和第二次世界大战后相继投入生产。
开始阶段，主要利用德国的Buna-S技术进行生产，以后改进了聚合配方，开发了称为GR-S乳聚丁苯橡胶的新技术。
1942年，美国乳聚丁苯橡胶的生产能力为37kt，1943年增长到182.3kt，到1944年已达673kt。
第二次世界大战结束前，德国和美国都是采用热法（50）乳液聚合工艺生产丁苯橡胶。
第二次世界大战后，由于氧化还原引发体系聚合配方的出现，美国首先采用冷法（5）乳液聚合工艺，使乳聚丁苯橡胶得性能得到显著改善，因而在大宗用途方面已逐渐为冷法乳聚丁苯橡胶所取代。
但是由于热法乳聚丁苯橡胶也具有独特的性能和一定的应用领域，所以至今仍有少量生产。
其他国家的乳聚丁苯橡胶则发展较晚，包括西欧国家和日本，都是在20世纪50年代以后才实现工业生产的，而且多数是引进美国的生产技术。
其中日本发展速度很快，自1996年投产后，到1997年乳聚丁苯橡胶产量已跃居世界第二位，并先后把技术出售给韩国、伊朗和中国。
从过硫酸盐引发系统的热法聚合转向氧化还原引发体系得冷法聚合，是生产乳聚丁苯橡胶聚合工艺的突破。
目前，聚合工艺和聚合配方基本定型，单体转化率已从60%提高至70%，甚至更高。
为加速聚合反应，减少冷剂消耗，聚合温度也有所提高。
聚合设备趋向大型化，连续聚合已使用30~45的聚合釜。
在凝聚和后处理方面，以高分子絮凝剂代替氯化钠，大大减少了氯化钠的消耗量。
聚合工艺自动化水平的提高，改善了产品质量。
充油母炼胶、充炭黑母炼胶、充油充炭黑母炼胶的出现也使乳聚丁苯橡胶品种大大增加。
二．国内发展史
中国乳聚丁苯橡胶的生产始于1960年从前苏联引进技术在兰州投产的第一套生产装置（生产能力13.5kt）。
该装置以前联邦德国Farben公司技术为基础，采用拉开粉为乳化剂，对苯二酚-亚硫酸钠为引发体系的热法聚合工艺生产高门尼黏度丁苯橡胶。
为改造落后的聚合工艺，兰州石化公司石油化工研究院在1963-1965年间完成了松香歧化及冷法聚合配方的研究。
该配方以歧化松香皂为乳化剂，过氧化二异丙苯为引发剂，铁盐-乙二胺四乙酸钠-甲醛次硫酸钠为还原系统。
兰州石化公司合成橡胶厂采用此项技术完成了由热法乳液聚合到冷法乳液聚合的转变。
此后又经过一系列的技术改造，使生产能力达到50kt/a，并且既可以生产普通乳聚丁苯橡胶，又可生产充油乳聚丁苯橡胶。
该公司石油化工研究所自行开发的经（10±2）h聚合使单体转化率达（70±2）%的技术也已投入工业应用。
兰州石化公司还计划将乳聚丁苯橡胶生产能力扩大至160kt/a。
为满足中国对乳聚丁苯橡胶的需求，吉林石化公司和齐鲁石化公司先后从日本合成橡胶公司和瑞翁公司各引进一套80kt/a的乳聚丁苯橡胶装置，分别于1982年和1987年建成投产。
经过几年的改造，两公司的生产能力已达到130kt/a。
1998年，中国台湾合成橡胶公司在江苏南通合资建成的100kt/a的乳聚丁苯橡胶装置（申花化工公司）投产，经改造，到2005年末，产能已达到170kt/a。
中国台湾于20世纪80年代后期引进国外技术开始生产乳聚丁苯橡胶，至21世纪初其生产能力已达100kt/a。
1.2丁苯橡胶的简介
1.2.1名称及其结构
名称：
乳聚丁苯橡胶，简称ESBR（styrene-butadienerubber）
分子式：
其中n为平均聚合度，一般为350—10000
由于乳聚丁苯橡胶中丁二烯和苯乙烯两种单体链节在共聚物大分子中呈无规分布，又由于丁二烯的加成反应约80%发生在1,4位置，约20%发生在1,2位置，而在1,4位置上的链节又有顺式和反式两种区别，所以乳聚丁苯橡胶大分子内存在如下的微观结构。
此外，亦有少量支化和交联结构存在，冷法聚合的乳聚丁苯橡胶中丁二烯链的主要微观结构单元70%为反式-1,4-结构。
1.2.2丁苯橡胶的性能
表1—1乳聚丁苯橡胶的基本性能参数
性能
参数
密度，g/cm3
比热容,J/（）
线膨胀系数,
Tg以下
Tg以上
折射率nD20
电导率
50HZ
106HZ
介电强度，Kv/mm
玻璃化温度Tg（DSC法），
平均分子量M n
0.91~0.96
1820~1920
0.8~0.9
2.3~2.5
1.5
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