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1、年产5万吨丁苯橡胶的生产工艺设计专业：化学工程与工艺专业 姓名： 指导老师： （黄石理工学院，黄石：435003） 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
2、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；干燥; 单体；生产工艺；With an annual output of 50,000 tons of SBR polymer drying process of preliminary design Specialty: Huangshi Institute of Technology Name:Zhang jun Director :Xia xiangyou (, Haungshi 411201) Abstract: The design for an annual output of 50,
3、000 tons of SBR process design, the design documents from design specification and design drawings composed of two parts. In the design of brochures, a brief introduction of the SBR production status, trends, performance and the main purpose of the current SBR ， also introduced the two common indust
4、rial polymer production methods， And a comparison, final Determined to low-temperature emulsion polymerization as a polymerization technology production methods. In the design process, in accordance with the requirements of the mission design, a more detailed material balance and energy balance, the
5、 equipment was calculated and the selection process, while the production of SBR in the process of attention to safety issues and Three wastes governance made note of the entire device to a simple technical and economic evaluation. Drawing the corresponding design drawings, design drawings, includin
6、g process maps, plans of major equipment assembly, equipment layout plans.Keyword: polyvinyl chloride ; suspension polymerization; Dryness ; monomer; Productive technology前 言丁苯橡胶（SBR）是由丁二烯和苯乙烯经过乳液或溶液聚合制得的共聚物，丁苯橡胶再配以增塑剂、稳定剂、高分子改性剂、填料、偶联剂和加工助剂，经过提炼、塑化、成型加工成各种材料。在现代工业生产和人类生活中起着举足轻重的作用，因此SBR的生产和技术的改进越来越
7、受到现代人的关注！当前，SBR生产面临着严重的挑战。比如：生态环境的保护，潜在替代品的市场竞争，资源的进一步优化配置，能量的合理充分利用，生产过程的优化和高效率化，生产和使用效率的提高，应用技术和市场开拓等，都在不同程度上影响着SBR的进一步发展，在上述问题上仍有大量工作要做，对生态环境安全的配套助剂，环境保护技术（包括SBR废弃物的回收，再利用和处理）等方面，更需要花大力气加以研究。本设计是以丁二烯和苯乙烯单体为原料，对年产能力为5万吨的SBR生产工艺的初步设计，收集有关的化工设计资料作参考，按毕业设计大纲和设计任务书的要求进行设计。本设计的内容是在简要介绍丁苯橡胶发展状况及其性质，用途，工
8、艺方法选择的基础上，重点介绍了采用低温乳液聚合法生产SBR及其干燥的工艺过程，产量为年产1万吨。设计的主要内容有：1.产品及原材料说明；2.生产方案的比较与选择；3.物料衡算与热量衡算；4.主要设备的计算与选型；5.附属设备的设计及选型；6. 整个的生产工艺流程；7.安全防火设计；8环境保护；9.经济效益分析。设计图纸包括1张物料流程图；1张聚合釜设备图。 本设计旨在理论学习的基础上，结合生产实践，熟悉工艺流程、生产方案的选择、设备的选型等，掌握工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备的计算、选型，对参考文献的查阅与学习等的方法。由于设计者的理论知识有限，设计经验的缺乏，在设计的过程中难免会有一些
9、不足和错误之处，敬请各位老师指评指正。 设计者： 2011年6月1日1 绪论1.1丁苯橡胶的发展史 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IG Farben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
10、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Rubber Reserve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
11、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。1948年，前苏联在沃龙尼什建立了乳聚丁苯橡胶生产装置，采用热法间歇聚合生产丁苯橡胶，后来又开发了冷法连续聚合的生产技术。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
12、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3045m3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。1.2
13、中国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
14、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（102）h聚合使单体转化率达（702）%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
15、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。1.3 SBR生产技术概况SBR的生产技术在20年代后期逐渐成熟，此后对工艺又进行了不断的改进，并朝着装置大型化方向发展，自动化控制水平有了明显的提高，并且己达到相当先进的水平。ESBR在提高聚合反应的单体转化率、节能降耗等方面取得了很大的进展，在解决ESBR滚动阻力与抗湿滑性能矛盾问题，优化产品性能，适应市场需求等方面也得到了突破性进展。美国Goodyear轮胎与橡胶公司不使用溶剂，用含有抗降解剂、金属失活剂，光敏剂，增效剂，颜料，催化剂和/或促进剂的官能化苯乙烯与含有2%-3%离子表面活性剂和平共处0%
16、-70%增塑剂的丁二烯在0-25下进行乳液共聚，制得含有酰氨基的官能化ESBR。日本Zeon公司通过引入第三单体，开发出一种生热低且耐磨、可填充SiO2或炭黑、门尼粘度为10-200的ESBR。日本JSR公司发明了一种用两步法聚合工艺生产中苯乙烯含量的ESBR新方法15。美国Xerox公司通过将单体加入聚合釜，引发聚合，反应放热后用惰性气体净化反应器，并将聚合温度升到规定值的方法，制取了残余单体含量低的ESBR。日本三菱化成公司用自由基引发剂和常规乳液聚合助剂，用两步聚合工艺制成了结合苯乙烯含量分布范围宽、耐磨性和抗湿滑性比常规的ESBR好的新型ESBR。日本Lion公司用二元酸双酯作ESBR
17、的软化剂，以改善胶料的低温抓着性。日本住友橡胶工业公司将接枝有硅烷偶联剂的SBR胶乳与一种化合物（如四乙氧基硅烷）混合，通过溶胶凝胶化反应而制成一种高强度、高回弹率、低能耗的原位增强ESBR。1.4 国内需求量和年均增长率我国丁苯橡胶的研究开发始于20 世纪50 年中期, 自2003 年我国对原产于俄罗斯、韩国和日本的丁苯橡胶进行反倾销取得胜利以来, 国内有多套丁苯橡胶新建或扩建项目建成投产。截止到2006 年底, 我国丁苯橡胶的生产厂家有7 家, 总生产能力为65.5 万t/a, 其中乳聚丁苯橡胶的生产厂家有中石化齐鲁石油化工公司、中石油吉林石油化工公司、中石油兰州石油化工公司以及江苏南通申
18、华化工公司4家, 生产能力合计为49.5 万t/a, 约占我国丁苯橡胶总生产能力的75.57%; 溶聚丁苯橡胶的生产厂家有中石化北京燕山石油化工公司、中石化茂名石油化工公司和中石化高桥石油化工公司3 家, 生产能力合计为16.0 万t/a, 约占我国丁苯橡胶总生产能力的24.43%。其中江苏南通申华化工公司是目前我国最大的丁苯橡胶生产厂家, 生产能力约占全国丁苯橡胶总生产能力的25.95%; 其次是中石油吉林石油化工公司, 生产能力约占总生产能力的21.37%; 再次是中石化齐鲁石油化工公司, 生产能力约占总生产能力的19.85%。随着生产能力的不断增加, 我国丁苯橡胶的产量也不断增加。199
19、9 年我国丁苯橡胶的产量只有29.32 万t, 2001 年增加到34.87 万t。2003 年由于国内市场的强劲需求和反倾销的实施, 抑制了俄罗斯及日本、韩国等国家资源的进口, 全国丁苯橡胶的产量首次突破40 万t, 达到40.79 万t, 比2002 年增长15.6%。2005 年我国丁苯橡胶的产量进一步增加到51.42 万t, 比2004 年增长约9.64%。2006 年我国丁苯橡胶的产量约为54.00 万t, 同比增长约5.02% , 2001 - 2006 年产量的年均增长率约为9.14%。近年来我国丁苯橡胶产品品种牌号不断增加,尤其是充油产品的产量不断提高。目前中石化齐鲁石油化工公
20、司、中石油兰州石油化工公司、申华化工公司和中石化茂名石油化工公司的装置都可以生产充油产品。中石化齐鲁石油化工公司开发的充油丁苯橡胶是含苯乙烯40%、充高芳烃油37.5 份, 特别适合用作轮胎的胎面胶和三角胶, 其各项性能指标与国外产品基本一致。2 产品及原料说明2.1 产品的结构与性能2.1.1 名称及其结构名称：乳聚丁苯橡胶，简称ESBR （styrene-butadiene rubber）分子式： 其中n为平均聚合度，一般为35010000 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
21、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。2.1.2丁苯橡胶的性能表 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/（kg.）线膨胀系数, 10-4-1Tg以下Tg以上折射率nD20电导率50HZ106HZ介电强度，Kv/mm玻璃化温度Tg(DSC法)，平均分子量 Mn0.910.96182019200.80.92.32.51.53452.6 2.65 (60)2.35 2.65 (60)2436-55(1126
22、)1042.1.3丁苯橡胶的用途乳聚丁苯橡胶具有多方面的较好特性，在物理机械性能，加工性能和制品使用性能方面十分接近于天然橡胶，尤其是耐磨、耐热、耐老化、永久变形和硫化速度方面还优于天然橡胶，并且还可以与天然橡胶及多种橡胶材料并用或改性，这就使其应用范围得以扩广，获得广泛用途。几乎所有统计资料显示乳聚丁苯橡胶的60%以上是用来生产制造轮胎用，其余的主要用途是制作胶管、胶带、胶板、胶辊、胶鞋、密封件多种橡胶制品，亦有一定量的电绝缘材料，医疗用品和其他工艺制品和民用小制品。近两年在世界丁苯橡胶消费结构中，用于生产轮胎及汽车制品用橡胶零部件对丁苯橡胶的需求量约占总消费量的54.0%，非汽车用橡胶制品
23、约占总消费量的12.5%，制鞋等其他方面约占总消费量的33.5%。2.2原料的结构与性能2.2.1 单体丁二烯 分子式 C4H6 结构式 在常温常压下为无色气体，有特殊气味，有麻醉性，特别刺激粘膜，容易液化，易溶于有机溶剂；性质活泼，易发生自聚反应，因此在储存、运输过程中要加入阻聚剂。苯乙烯 分子式 C8H8 结构式 苯乙烯常温常压下为无色透明油状液体，受热、曝光、遇到过氧化物极易自聚、引发和聚合。苯乙烯蒸气与空气混合物的爆炸极限1.1%6.6%（体积），处理苯乙烯时应避免明火、摩擦和静电。3 丁苯橡胶的生产方法3.1工艺方案选择依据3.1.1 工艺流程方面 就以上四种聚合工艺而言，本体法工艺
24、流程简单，装置占地面积小，同时基本上无废液排放，排气可达到最低程度，环境污染少，而且产品质量好、纯度高，特别使用透明包装材料和电缆料。悬浮法是一种相对最成熟的工艺，在目前世界上聚氯乙烯生产中占有绝对的分额，且产品转化率最高，产品品种最多，容易适应市场。乳液法是生产糊树脂的方法，工艺复杂、成本较高且树脂质量较差。而微悬浮法也是生产糊树脂的方法，但仅用于特殊用途。3.1.2 反应速率 控制方对于本体聚合，当自由基聚合进行到一定转化率后，体系黏度增大，自动加速效应显著，散热困难。大规模生产时，即使降低引发剂浓度以减慢速率，有时还是不能很好的控制。改用溶液聚合可以克服这一困难，但聚合速率和产物分子量均
25、有所降低；此外，脱除溶剂困难，成本较高。而悬浮聚合可以克服本体聚合和溶液聚合的上述缺点。3.1.3 经济方面 从经济角度分析，乳液聚合是最合理的聚合方法。乳聚丁苯橡胶由于开发、生产、加工、历史悠久，其生产和加工工艺成熟，尤其以它良好的综合性能，被世界各国广泛生产和应用，其生产能力、产量及消耗量在合成橡胶诸胶胶种中一直居世界合成橡胶中的首位。因此，乳聚丁苯橡胶的生产经济价值很高。3.1.4乳液聚合 浮液聚合法有许多优点，如以水为介质，价廉、不需要回收、安全、产物容易分离、生产成本低；能在较高聚合速度中获得高分子量聚合物；可在反应温度较低的情况下进行反应，反应热也容易散出，聚合过程容易控制；在转变
26、为胶乳的整个过程中，乳液粘度较低，设备强度和能耗也会降低。 通过以上的各种方案的对比，结合吉林化学工业公司实际生产中的状况，本设计选用低温乳聚制取丁苯橡胶。3.2 丁苯橡胶的工艺原理：3.2.1 聚合原理 乳聚丁苯橡胶的属于乳液法链式自由基聚合机理。整个聚合过程分为链引发、链增长、链转移和链终止四个步骤。3.2.2 链引发 这是形成单体自由基活性种的反应，首先由氧化还原引发体系在水相中产生初级自由基。第二步是初级自由基与单体加成，形成单体自由基。3.2.3 链增长 在链引发阶段形成的单体自由基，活性很高，如无阻聚物质与之作用，就能进攻第二个单体分子的键，重新杂化结合，形成新的自由基，如此循环下
27、去。该反应过程放热，链增长速率极快（0.01 ns间），其相关的速率方程为：式中 Rp链增长速率，L/（） I引发剂浓度,mol/l f引发剂引发效率，%； kd引发剂分解速率常数； kp链增长速率常数； kt链终止速率常数。3.2.4 链终止 乳聚丁苯橡胶聚合过程的终止主要是双基结合终止。此时的聚合体系中，除水相外，主要是表面层为乳化剂覆盖的聚合胶乳粒子。3.3丁苯橡胶生产工艺流程简述3.3.1原料准备过程用计量泵将规定数量的相对分子质量调节剂与苯乙烯在管路中混合溶解，再在管路中与处理好的丁二烯混合。然后与乳化剂混合液（乳化剂、去离子水等）等在管路中混合后进入冷却器，冷却至10。在与活化剂溶
28、液（还原剂、螯合剂等）混合，从第一个釜的底部进入聚合系统，氧化剂直接从第一个釜的底部直接进入。3.3.2聚合聚合过程系统由812台聚合釜组成，采用串联操作方式。当聚合到规定转化率后，在终止釜前加入终止剂终止反应。聚合反应的终点主要根据门尼粘度和单体转化率来控制，转化率是根据取样测定固体含量来计算，门尼粘度由取样测定来确定。虽然生产中转化率控制在60%左右，但当所测定的门尼粘度达到规定指标要求，而转化率未达到要求时，也就加终止齐终止反应，以确保产物门粘度尼合格3.3.3分离过程丁二烯分离从终止釜流出的终止后的胶乳液进入缓冲罐。然后经过两个不同真空度的闪蒸器回收未反应的丁二烯。第一个闪蒸器的操作条
29、件是2228，压力0.04MPa，在第一个闪蒸器中蒸出大部分丁二烯；再在第二个闪蒸器中（温度27，压力0.01MPa）蒸出残存的丁二烯。回收的丁二烯经压缩液化，再冷凝除去惰性气体后循环使用。苯乙烯分离脱除丁二烯的乳胶进入苯乙烯汽提塔（高约10m，内有十余块塔盘）上部，塔底用0.1MPa的蒸汽直接加热，塔顶压力为12.9kPa，塔顶温度50，苯乙烯与水蒸汽由塔顶出来，经冷凝后，水和苯乙烯分开，苯乙烯循环使用。塔底得到含胶20%左右的胶乳，苯乙烯含量0.1%。经减压脱出苯乙烯的塔底胶乳进入混合槽，在此与规定数量的防老剂乳液进行混合，必要时加入充油乳液，经搅拌混合均匀后，送入后处理工段。3.3.4后
30、处理工段混合好的乳胶用泵送到絮凝槽中，加入24%26%食盐水进行破乳而形成浆状物，然后与浓度0.5%的稀硫酸混合后连续流入胶粒皂化槽，在剧烈搅拌下生成胶粒，操作温度均为55左右。 从胶粒皂化槽出来的胶粒和清浆液经振动筛进行过滤分离后，湿胶粒进入洗涤槽用胶清液和清水洗涤，操作温度为4060。洗涤后的胶粒再经真空旋转过滤器脱除一部分水分，使胶粒含水低于20%，然后进入湿粉碎机粉碎成550mm的胶粒，用空气输送器送到干燥箱中进行干燥。 干燥箱为双层履带式，分为若干干燥室分别控制加热温度，最高为90，出口处为70。履带为多孔的不锈钢板制成，为防止胶粒粘结，可以在进料端喷淋硅油溶液，胶粒在上层履带的终端
31、被刮刀刮下落入第二层履带继续通过干燥室干燥。干燥至含水0.1%。然后经称量、压块、检测金属后包装得成品丁苯橡胶。3.4 丁苯橡胶的生产工艺流程图3-1 低温乳液聚合丁苯橡胶的生产工艺流程简图4 工艺计算4.1计算依据1年产5万吨丁苯橡胶计算，以300个工作日计，连续生产，每年工作7200小时生产方式：连续性生产4.2乳液聚合的典型配方丁苯橡胶的生产配方组分用量的重量分数单体丁二烯苯乙烯7030介质水210乳化剂歧化松香酸钠扩散剂NF6.20.4引发体系二异丙苯过氧化氢EDTA硫酸亚铁雕白粉0.30.0960.040.2调节剂叔十二烷基硫醇0.1电解质氯化钾1.0终止剂二甲基二硫代氨基甲酸钠0.
32、24.3 生产过程总物料衡算4.3.1 原料投入量，各单元操作都连续进行，采用倒推法根据收率或损失率计算出原料投料，然后按单元操作顺序对各单元操作进行物料衡算：丁苯橡胶每小时产量为聚合物转化率为60% 60%x=7582 x=12636.667(kg/h) 即每小时需要生产纯反应物为12636.667/h4.3.2原料进口管道中各组分的流量丁二烯 苯乙烯 水 乳化剂 引发体系 4.3.3 产品及回收液出口管道中各组分的流量丁苯橡胶 丁二烯 苯乙烯 水相 4.4 反应釜的物料衡算和热量衡算4.4.1 物料衡算由8台聚合反应釜组成一条生产线，反应时间为812小时（取8小时），反应的转化率为60%。
33、聚合釜的操作压力为0.40.5Mp,温度T=5，PH=45，聚合带有搅拌器，并用液氨作为冷冻介质。根据基本有机化工工厂装备?知，对于一级反应，连续釜式反应器的反应转化率与反应速度常数之间的关系如下：式中CAN 第N台釜内反应物的浓度；mol/LCA0 反应物初始浓度； mol/L第N台釜内反应物转化率；k 聚合反应表观速度常数； 平均停留时间；minN连续槽式反应器的台数；为了便于计算，按等温等容处理，取总转化率60%；8釜串联；平均停留时间60 min；反应温5。将上式进一步整理得表9-11 各釜纯转化率与累积转化率第一釜第二釜第三釜第四釜纯X()累积X()纯X()累积X()纯X()累积X(
34、)纯X()累积X()10.8210.829.6520.478.6129.087.6736.75第五釜第六釜第七釜第八釜纯X()累积X()纯X()累积X()纯X()累积X()纯X()累积X()6.8543.606.1049.705.4555.154.8560根据各釜纯转化率计算各釜的物料组成如表9-12。表9-12 各釜出料口物料组成物第一釜第二釜第三釜第四釜料kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)水相24796.6765.0924796.67 65.0924796.6765.0924796.67 65.09苯乙烯3558.359.343173.678.332830.0
35、87.432524.016.62丁二烯8302.8321.807405.2219.446603.5317.335889.3515.46聚合物1440.583.772722.877.143868.1510.154888.39712.83物第五釜第六釜第七釜第八釜料kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)水相24796.6765.0924796.6765.0924796.6765.0924796.6765.09苯乙烯2250.665.912007.245.271789.754.701516.403.98丁二烯5251.513.784683.5612.294176.0910.
36、963538.269.29聚合物5799.5715.226610.9717.357335.9219.25758221.644.4.2 热量衡算设定：QT系统内物料与外界交换热量之和(传入热量为正，传出热量为负），KJ；Q1由于物料温度变化，系统与外界交换的热量（升温为正，降温为负），KJ；Q2由于物料发生化学变化，系统与外界的交换的热量（吸热为正，放热为负），KJ；根据热量守恒定律，得 其中经查有关资料可知：名称相对分子质量密度kg/m3比热容kj/(kg)汽化热kj/kg丁二烯54621.11.597苯乙烯104919.81.636水1810004.191液氨17631.7-1663.25胶
37、乳液Mn101049501.97丁苯橡胶的聚合热为：95.88KJ/mol=9588KJ/kg混合热和搅拌热的考虑由于溶质的量很少，混合热可忽略不计；搅拌设备中的物料为低黏度流体，搅拌热也可忽略不计。原料进入聚合釜放出的热量以1小时的产量为基准，设进料温度为10，反应温度为恒温5，则物料带入聚合釜的热量为： 聚合反应放出的热量以1小时产量为基准，则聚合反应放出的热量为 反应过程需要排出的热量加液氨的量液氨进口温度为5,出口温度为5，冷凝剂只进行气化，从而达到降温的目的。根据式: 得 则 需要液氨的量为8357.13Kg/h5 聚合釜的机械设计5.1 釜体的基础设计温度：釜内5，釜外(夹套)5；
38、设计压力：釜内0.5MPa，釜外(夹套)0.526MPa；工艺要求容积：3045操作形式：满釜连续操作；材质：1Cr18Ni9Ti？根据年产量确定每小时进料量：W=13301.94kg/h 由于反应物和介质水的量很大，因此，一些添加的溶剂和反应过程的体积变化不加考虑。同时由于该反应是多釜串联进行，在此主要是对第一个反应釜的计算。5.2反应器的体积计算 苯乙烯密度1=0.912103kg/m3丁二烯的密度2=0.6211103kg/m3 聚丁苯橡胶的密度3=0.95103kg/m3 水的密度m=1.00103kg/m3通过质量分数算得m=0.8715103kg/m3 m反应液混合密度，kgm3V
39、R=W/m=38098.43/0.8715103=43.7m3取聚合釜VT=44m35.3反应釜的筒体计算因反应为放热反应，所以解决好传热问题非常重要。查聚合物合成设计基础P78知，一般釜的高径比在13之间，高径比大有利于传热，但不利于搅拌。设计中综合考虑取高径比为2.4，高径比。5.3 .1聚合釜筒体直径确定设计中初选V封2，按下式估算聚合釜的筒体直径：式中Di 聚合釜直径，m；V 聚合釜容积，；V封 聚合釜封头容积，； 圆周率； 高径比；园整取2.8m。5.3.2 椭圆形封头的确定根据公称直径DN=2800mm，可查得封头的曲面高度h=700mm，直边高度h=40mm，容积VA=3.12m
40、3，内表面积A=8.82m25.3.2 筒体高度确定由Di2800mm查化工容器设计手册得：V1米6.158；A1米8.8；当Sn10mm时，G1米693 kg。根据公式得 取5.5 聚合釜壁厚的计算5.5.1 计算厚度：由公 式中：Pc计算压力取Pc=1MPa；Di=2800mm；=0.9；设计温度为5查得1Cr18Ni9Ti在5的t=205MPa取腐蚀余量C2=1.1mm，钢板厚度负偏差C1=0.8mm，则 Sn=S+C1+C2=7.6+0.8+1.1=9.5mm圆整后取Sn=10mm。复验Sn6%=120.06=0.72 mm0.8mm，故不能取C1=0.8，取C1=0.7重新计算：Sn
41、=S+C1+C2=9.58+0.7+1.1=11.38mm，圆整后取Sn=12mm。复验，Sn6%=120.06=0.72 mm0.7mm，故最后取C1=0.7 mm。该聚合釜体可用12mm厚的16MnR钢板制造。因为内压要比外压大，所以按强度计算内筒的壁厚一定能满足外压稳定的要求。因此，本设计中未做外压的设计。 8 厂址选择及车间布置11车间布置是设计工作中很重要的一环，车间布置的好坏直接关系到车间建成后是否符合工艺要求，能否有良好的操作条件，使生产正常安全地进行，设备的维修检修方便可行，以及对建设投资、经济效益等都有着极大的影响。所以在进行车间布置时必须充分掌握有关生产、安全、卫生等资料，
42、在布置时做到深思熟虑，仔细推敲，以取得一个最佳方案。车间布置设计是以工艺为主导，并在其他专业、流程图、土建、自控、设备、安装、电力、冷冻、暖风、外管等密切配合之下完成的。因此，在进行车间布置设计时，要集中各方面的意见，最后由工艺人员汇总完成。车间有大有小，但基本上由生产、辅助、生活设施三部分组成。精细化工及一般中小型化工生产布置在一栋厂房内，就是一个车间布置。8.1 厂址选择的依据及原则生产能力：本设计为年产聚氯乙烯5万吨。交通运输：该厂属于聚氯乙烯生产的大型企业，需要有便利的交通运输条件，因而选择水陆运输比较方便的地方建厂，且原料供应充足。地形地貌：地势较平缓、地带平阔的丘陵地，保证建厂的土
43、石运用量不大。厂区的面积、形式和其他流程合乎需要，厂区要留有发展的余地。气候条件：主导风向要求较稳定，场地应选择在城镇常年空气下风侧，河流下游，尽量远离居民区。水文地质：装置需水量大，故厂址应靠近水源充足和水质良好的地域，以满足装置生产和生活用水及排水，靠近河流但避开洪水地段。能源：保证电网供电充足，燃料油供应方便充足。8.2 车间布置要考虑的问题（1） 最大限度地满足工艺生产包括维修的要求。（2）有效地利用车间建筑面积（包括空间）和土地（设备能露天布置的尽量露天布置，建筑物能合并的尽量合并）。（3）要为车间的技术经济指标，先进合理以及节能等要求创造条件。（4）了解其他专业对本车间布置的要求。
44、（5）要考虑车间的发展和厂房的扩建。（6）车间所采用的劳动保护、防腐蚀措施是否符合要求。（7）力求车间各设备之间输送管线最短，联系最方便。8.3 厂房布置（1）厂房平面布置（2）为便于车间内设备布置和节约占地面积，厂房轮廓选定为矩形。（3）柱网间距根据各设备的大小，设定为6-6型。（4）厂房长度设定为28 m。（5）厂房宽度设定为12 m。（6）厂房高度设定为 8 m。（7）厂房设定为一层。8.4设备布置的安全距离在设备安装中，设备间应留有余地，以便操作和维修。查化工设计，表19表26 设备的安全距离序号项目净安全距离/m序号项目净安全距离/m1泵与泵间的距离0.79反应釜与墙间距0.72泵离墙的距离1.210反应罐盖上传动装置离天花板距离0.83泵列间的距离2.011反应罐底部与人行通道距离1.82.04计量槽间的距离0.40.612反应罐卸料口至离心机的距离1.02.55换热器间的距离1.013通廊、操作台通行部分的
