年產11萬噸順丁橡膠生產工藝設計說明書

1、北京化工大學化學工程學院設計說明書題目： 年產 1.1 萬噸順丁橡膠生產工藝設計學生：班級：學號：指導教師：2014 年 12 月目錄1、工藝設計基礎1.1、 設計任務1.1.1、 設計任務1.1.2、 文獻綜述1.2、 原輔材料性質及技術規(guī)格.1.3、 產品性質及技術規(guī)格1.3.1、 順丁橡膠的結構 1.3.2、 順丁橡膠的性能1.3.3、 順丁橡膠的用途1.3.4、 生產中成品膠質量指標1.4、 危險性物料的主要物性1.5、 原材料的消耗定額2、工藝說明6 2.1、 生產方法、工藝技術路線及工藝特點2.1.1、 生產方法2.1.2、 工藝技術路線的確定2.2、 生產流程說明2.2.1、 主

2、要流程工藝 2.2.2、 主要工藝流程說明 2.2.3、 聚合工藝2.2.4、 凝聚工藝2.2.5、 橡膠的后處理2.2.6、 單體及溶劑回收工藝 2.2.7、 三廢處理3、工藝計算及主要設備設計 3.1、 物料衡算3.1.1 計算的基礎數(shù)據 3.1.2 、計算基準3.2、 熱量衡算3.2.1 計算的基礎數(shù)據 3.2.2 各釜對流傳熱系數(shù)和傳熱系數(shù) 書簽。3.2.3 各釜熱量衡算3.3、 聚合釜的計算和選型 3.3.1 基礎數(shù)據3.3.2 聚合釜總容積及臺數(shù)的確定3.3.3 聚合釜攪拌功率的計算.4、工藝控制條件及自控設計 4.1、 控制指標4.2、 開停車5、附圖6、參考文獻 K的計算錯誤！

3、未定義書簽333333333344445555556666666666778888889999101010101010111111111111141422222222錯誤!未定義1" 1"誤誤處日處日專專1" 1"誤誤處日處日專專1" 1"誤誤處日處日專專1"誤昔專1" 1"誤誤處日處日專專然然然然書書書書義義義義定定定定未未未未然然然書書書義義義定定定未未未然然然書書書義義義定定定未未未誤誤錯錯誤誤錯錯未定義書簽 未定義書簽 未定義書簽 未定義書簽 未定義書簽 未定義書簽 未定義書簽 未定義書簽 未定義

4、書簽 未定義書簽1、工藝設計基礎1.1 、設計任務1.1.1 、設計任務本設計為年產1.1 萬噸順丁橡膠（純度99%）生產工藝設計，順丁橡膠生產工藝由聚合工段和后處理工段兩大部分組成，本設計的主要任務是：1. 聚合釜、終止釜和凝聚釜的物料衡算2. 聚合釜的熱量衡算；聚合釜的計算和選型3. 設計出聚合工段帶工藝控制點的工藝流程圖由于本設計為假定設計，所以設計任務中其他項目如：廠區(qū)或廠址、主要技術經濟指標、原料的供應、技術規(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)的關系，建廠期限、設計單位、設計進度及設計階段的規(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采用溶液聚合法1

5、。關于順丁橡膠生產技術的進展，主要體現(xiàn)在催化劑、分子量調節(jié)、生產工藝、新產品開發(fā)以及裝置設備等方面。因此，對順丁橡膠生產工藝進行研究，具有一定的積極意義。工藝展望1. 進一步優(yōu)化催化體系和工藝條件12. 積極開拓順丁橡膠應用領域3. 聚合溫度進一步提高，利于聚合、凝聚和節(jié)能24. 應加強新產品開發(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

6、壓制品、鞋底、膠鞋及海綿膠等方面得到廣泛應用。1.2 、原輔材料性質及技術規(guī)格名稱規(guī)格分析方法國家標準單體丁二烯純度：> 99%丁烯:<1%水 <20mg/kg醛酮總量：20mg/kg二聚物：v50mg/kg乙睛：檢不出氣相色譜法卡爾費休爾法氣相色譜法氣相色譜法GB 6013-85GB 6023-85GB 6013-85溶劑溶劑油組成 儲程 碘值 水值CoCoCoC5 2.1%, C6 57.8%, C740.1%6090C<0.2g/100g<20mg/kg蒸儲法化學法 卡爾費休法GB 255-77GB 6023-85催化劑環(huán)烷酸銀銀含量：>7-8%水分：

7、<0.1%不皂化物：無絡合滴定法蒸儲法化學法GB 260-88三異J基鋁活性鋁含量：> 50%外觀淺黃透明，無懸浮物絡合滴定法三氟化硼乙 醴絡合物BF3 含量：>46% 沸點:124.5-126 C 水含量:<0.5%化學法卡爾費休法GB 6283-86終止劑乙醇純度：95%含水：5%恒沸 點：78.2 C；密度 810kg/m3GB/T679-2002防老劑2,6-二叔丁 基-4-甲基苯酚熔點：69-71 C；游離甲酚：<0.04%;灰分 <0.03%;油溶性：合格表1.1-原材料、產品技術規(guī)格41.3 、產品性質及技術規(guī)格順丁橡膠的物理化學性質與其結構的

8、直接關系。這種結構又分為分子內結構和分子問 結構（聚集態(tài)結構）。1.3.1 順丁橡膠的結構H HC C 一 'CH.*2 CH、2 CH 2 CH 2 C C，H H尸、順式1.4結構0.86nm.還有反式1.4結構和1.2位加成產物。利用環(huán)烷酸鍥-三異丁基鋁-三氟化硼乙醴絡合物引發(fā)體系使丁二烯聚合后的產物中含96%98%的順式1.4結構，含1%2%反式1.4 結構和1%2%的1.2結構加成物。這種以順式1.4結構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結構含量大，使得大分子的規(guī)整性好，同時又由于

9、分子鏈無取代基，造 成對稱性好，但因其重復結構單元之間距離大，而使順式 1.4結構聚丁二烯比反式1.4結 構聚丁二烯更難于結晶。即便能結晶，其熔點也低 （順式1.4含量為98.5 %的產物，熔點 為0C）,因此，在常溫下無結晶態(tài)，只以無定形形態(tài)存在。相反，反式結構產物易結晶。 故此，前者是高彈性體，后者無彈性。1.1.2、 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

10、、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)、生膠的分子結構、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。1.1.3、 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%Z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。1.1.4、 生產中成品膠質量指標表1.2-GB 8659-88標準規(guī)定性能指標5項

11、目1優(yōu)級品級品合格品揮發(fā)份,%0.751.001.30灰分，%0.300.300.30M100C生膠門尼粘度M1 445 545 545 7.d00 C混煉膠門尼粘度M 4687373300 %定伸應力MPa（續(xù)表1.2）硫化 145cx 25min6.5 10.56.2 10.76.0 11.0硫化145cx 35min7.0 11.06.7 11.26.5 11.5硫化145cx 50min6.8 10.86.5 11.06.3 11.3拉伸弓雖度MPa硫化145cx 35min14.213.713.2伸長率硫化145cx 35min450430430項目優(yōu)級品級品合格品防老劑非污染非污染

12、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 (C)沸點 (C)閃點 (C)燃點 (C)爆炸極限危險概述上限下限一烯54.09-108.9-4.5<-641516.31.4二異丁基鋁198.33-5.686<0<4危險標記9(易燃物品) 急性毒性LD50:無資溶齊油-252302607.01.0料；LC50: 16000mg/m, 4 小時乙醇46.07-114.378.4137518.953.28三氟化硼乙142-48124.5-66.744511.12本產品遇明火會發(fā)生燃燒醒絡合物126爆炸危險。注：數(shù)據來源合成橡膠工業(yè)手冊第二版

13、，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)據表廳P名稱規(guī)格I消耗量備注kg/ht/a1一烯純度：99.3%1659.79913278.3902溶齊油C52.1%, C657.8%, C740.1%6369.54250956.3323環(huán)烷酸饃純度7.5%0.4783.8224三異丁鋁活性鋁含量50%1.2099.6695三氟化硼乙 醒絡合物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62.1、 生產方法、工藝技術路線及工藝特點2.1.1 、生產方法目前世界上順丁橡膠

14、生產大部分采用溶液聚合法。生產采用的催化劑主要有Ni系、Ti系、Co系、Li系等。目前，目前，國內工業(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%Z上；產品質量均勻，產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；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 、工藝技術路線的確定（ 1）、聚合方法的確定根據產物結構要求從自由基聚合、陰離子聚合、陽離子聚合、配位聚合等反應機理中選擇出配位聚合，同時考

15、慮配位聚合所用原料、引發(fā)劑、傳熱、物料輸送、產物溶解、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；反應的終止方式；產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原料、產物及反應所用各種引發(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的引發(fā)劑共性入手，如定向能力高、穩(wěn)定性好、易貯存

16、、高效、用量少、易分離及殘存對產物性能無影響等，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醴絡合物。該引發(fā)劑催化活性高；順式含量在97%Z上；產品質量均勻，產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；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)

17、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）、聚合反應機理丁二烯分子中的冗鍵很活潑，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成：1、鏈的引發(fā)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、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。2、鏈的增長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，反應后的活性鏈其活 性并不衰減，結果在很短的時間內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

18、，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（冗鍵被打開）、新鍵形成（b鍵），使得反應放出大量的熱，所以當一旦引起聚合后，必須立即加強外部或內部冷 卻，取走熱量，否則將無法維持恒定的聚合溫度。3、鏈的終止在一定的聚合條件和環(huán)境中，鏈增長到一定長度之后，由于某種化學或物理因素的影響，活性 中心從增長鏈上脫落，再生出活性中心而使原有的增長鏈終止，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已經長成，所以延長 聚合時間、增加串聯(lián)釜數(shù)，只能提高轉化率而不能增加分子量，因此無需加專門的終

19、止劑 來終止活性鏈。在生產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、 生產流程說明溶液聚合生產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2.2.2 主要工藝流程說明a）聚合級丁二烯由泵經流量控制與由泵經流量控制送來的溶液油在文氏管中混合后， 再經丁油預熱（冷）器進行預熱（冷）后，與分別由計量泵送出的Ni組分、Al組分經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） B組分由計量

20、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 ；c）聚合釜為不銹鋼制并裝有雙螺帶式攪拌器；d）物料在首釜反應一定時間后，從釜頂出來進入第二釜、第三釜等連續(xù)進行聚合反應，e）當達到規(guī)定門尼粘度后，進入終止釜用乙醇破壞引發(fā)劑使反應終止；f）從終止釜出來的膠液經過濾器進入膠液罐，回收部分未反應的單體送單體回收罐 區(qū)，再經精制處理循環(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。g）從凝聚釜頂出來的單體和水蒸汽經冷凝器冷凝，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；水經液面調節(jié)閥控制排出，經二次凈化處理排入

21、 地溝。h）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1號經振動篩分離出膠料去洗膠罐。在洗膠罐中，用 4060 c熱水對膠粒進行洗滌，洗滌后的膠粒經 2 號振動篩分離后，含水量約為 40%-60%勺膠粒送入擠壓機擠壓脫水。i）經擠壓脫水后，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。j）干燥合格的膠條經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。2.2.3 聚合工藝丁二烯采用配位聚合法（雙烯姓定向聚合），生產采用連續(xù)式

22、溶液聚合法 表2.1 典型生產配方項目控制指標項目控制指標丁油濃度12-15g/ml鍥/丁<2.0 X 10-5鋁/丁一_-4<1.0 X 10硼/丁-4<2.0 X10鋁/硼>0.25醇/鋁6鋁/鍥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%轉化率>83%聚合溫度首釜<95C;末釜< 100 c2.2.3、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 應的丁二烯以及殘存的催化劑等。凝聚的任務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

23、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。在進行橡膠加工之前，必須

24、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%止匕外，為了便于運輸、存放和防止生膠變質，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，尚有部分未反應的單體、各種雜質以及 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。2.2.6 三廢處理順丁橡膠生產過程中，有大量廢水、廢棄和廢渣產生。“三廢”產生的原因主要有兩 方面：A.正常生產中排放的廢物。2.2.7 善造成的跑、冒、滴、漏。1）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

25、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。2）廢氣處理順丁橡膠生產中的氮氧化物采取催化還原法，使其轉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。3）廢渣處理順丁橡膠生產中的廢渣有污泥、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鋁和鈿，再用于 脫氫催化劑的制備。表2.2三廢治理表序名溫度壓 力排放量國家排放處理意見備號稱CPa排出點單位正 常最大組成及含 量標準注序 號名 稱溫度壓 力排放量國家排放 標準處理

26、意見備注CPa排出點單位正 常最 大組成及含 量1廢水聚合總 下水 擠壓機 排水 洗膠罐 排水油水分 離罐B、F、NB、F、NB、F、NB、油排放集中，防 止漏夜在設備 上強化堿洗工 藝減輕酸俏， 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2廢 氣脫水回 流罐 膠液罐 排氣C G、C5送火炬燃燒3廢 渣鋁渣廢膠溶劑油、 鋁網狀結構 凝膠污泥焚燒3、工藝計算及主要設備設計3.1、 物料衡算3.1.1 計算的基礎數(shù)據物料衡算所需相關數(shù)據詳見表3-1至3-10（1）、聚合釜工藝參數(shù)聚合釜進料參數(shù)>0.253-8表3.1聚合釜進料參數(shù)一覽表項目指標丁

27、油濃度13.5g/100ml ;溫度：& 40 C饃/丁 （摩爾比）-52.0 X 10三異丁基鋁/?。柋龋┮灰?41.0 X 10三氟傕哪髭酸箱合物/?。柋龋╀X/硼（摩爾比）鋁/銀（摩爾比）2.0 X 10-4聚合釜操作參數(shù)表3.2聚合釜操作參數(shù)一覽表項目指標聚合系統(tǒng)壓力聚合溫度聚合時間v 0.45MPa94 C4h原輔材料規(guī)格表3.3聚合釜原輔材料規(guī)格一覽表項目指標一烯溶齊1油環(huán)烷酸饃三異J基鋁三氟化硼乙醛絡合物純度：99.3%,其余按丁烯計；，COCOCO組成 C52.1%, C6 57.8%, C7 40.1%純度：7.5%活性鋁含量：50%BF3 含量：46%（2）、

28、終止釜工藝參數(shù)終止釜進料參數(shù)表3.4終止釜進料參數(shù)一覽表項目指標膠液醇/三異.基鋁（摩爾比）防老劑/ ?。ㄙ|量比）組成同聚合釜出料60.0079終止釜操作參數(shù)（略）終止釜原輔材料規(guī)格表3.5終止釜原輔材料規(guī)格一覽表項目指標乙醇防老劑/溶齊峨表懣場比）防老劑溶液濃度純度：95%其余按水計0.179 ;防老劑溶液117g/l（3）、凝聚釜工藝參數(shù)凝聚釜進料參數(shù)表3.6凝聚釜進料參數(shù)規(guī)格一覽表項目指標組成同終止釜出料水/膠液（體積比）7.5水蒸汽/聚丁二烯（質量比）5凝聚釜操作參數(shù)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 C凝聚溫度95 C凝聚壓力0.2MPa （表壓）膠液進料溫度20

29、 c凝聚釜原輔材料規(guī)格表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）、相關設計參數(shù)表3.9物料衡算相關設計參數(shù)項目指標.二烯總轉化率85%.二烯單耗1.045t/t-p全裝置總收率95.3%;（以1.045噸的100%T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%（續(xù)表3.9）3.凝聚、振動的渣末損失：0.5%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（續(xù)表3.9 ）0.6 （凝聚所得膠粒中的水/膠粒，質量比）膠粒含油量0.005 （凝聚所得膠

30、粒中的溶劑油 /膠粒，質量比）聚合釜容積12m311000t年操作時間8000h（4）、所需物性數(shù)據表3.10物料衡算所需物性數(shù)據物性數(shù)據丁烯的密度|3596kg/m.二烯的密度3628kg/m溶劑油密度3660kg/m溶劑油（以正己烷計）在95 c時的汽化熱316.522kJ/kg20-95 C的平均比熱2.428kJ/kg - C沸點86 c一烯在95 c時的汽化熱131.844kJ/kg20-95 C的平均比熱2.554kJ/kg C.烯（以止.烯計）在95 c時的汽化熱254.139kJ/kg20-95 C的平均比熱2.679kJ/kg - C0.9MPa（表壓）水蒸汽Q H汽2781

31、.71kJ/kg95 c飽和水崎水397.75kJ/kg3.1.2 、計算基準由于生產采用連續(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：溶劑油鍥組分鋁組分硼組分M 丁二烯+ M溶劑油+ M鎮(zhèn)組分+ M鋁組分+ M硼組分=M膠?tt + M掛膠損失丁二烯系統(tǒng)根據設計任務書，年產順丁橡膠 11000t,年操作時間8000h,可知每小時順丁橡膠產量：I/% X1000餡000 = 1375kg /h根據丁二烯單耗可知所需純丁二烯質量流量為：1375 X1.045 = 1436.875kg / h扣除機械損失以及溶解損失，應

32、有聚丁二烯：1436.875 X（1- 0.005- 0.02） = 1400.953kg/h根據總轉化率85%T知應需M純丁二烯質量流量=1400.953 +0.85 = 1648.180kg/h本工藝采用中國石化上海石油化工股份有限公司生產的工業(yè)用丁二烯（優(yōu)級品，執(zhí)行 企業(yè)標準Q/SH 012.01.13-1999 ）質量分數(shù)為99.3%,其余按正丁烯計算，可知，所需原 料丁一烯為.1648. 1800. 9931659. 799kg / h隨原料夾帶的正丁烯為：1659.799- 1648.180 = 11.619kg /h根據上述計算結果，總結于下表中表3.11進料丁二烯用量組分質里分

33、數(shù)%kg/ht/ami/h一烯99.31648.18013185.4412.624止烯0.711.61992.9490.019合計1001659.79913278.3902.644溶劑油系統(tǒng)原料丁二烯質量溶劑油質量=（-原料丁二烯體積）x溶劑油密度 丁油儂度已知丁二烯質量流量為1659.799kg/h ,體積流量2.644m3/h , 丁油濃度為13.5g/100ml ,即為135kg/m3,溶齊油密度660kg/m3,因而可得所需溶劑油質量: 1659. 799（2. 644）6606369. 542 kg / h135引發(fā)劑系統(tǒng)引發(fā)劑采用鍥催化劑體系，成分為環(huán)烷酸鍥一三異丁基鋁一三氟化硼乙

34、醴絡合物，主 要計算公式為：引發(fā)劑質量純丁二烯摩爾數(shù) 及引發(fā)劑/丁）X引發(fā)劑分子量原料純度環(huán)烷酸鍥（主引發(fā)劑）已知鍥/?。柋龋?X10-5, M 鎂= 58.69,純度為 7.5%,可知一 一 一 一_ - 5一一一1648.18 X2X10 X58.69環(huán)烷酸鍥質量流量:54 X0.075kg / h = 0.478kg / h鍥組分摩爾流量:一 一 一 _ _ 51648.18 X2 X10 5-4kmol / h = 6.104 X10 kmol / h54三異丁基鋁（助引發(fā)劑，Al（i-C 4H） 3）已知三異丁基鋁/丁（摩爾比）為1M0-4, M三異丁基鋁二198,活性鋁含量5

35、0%_ _ 41648.18 X1 X10 X198三異丁基鋁質量流量:54 X0.5kg/h = 1.209kg/h摩爾流量:1648.18X1 X1054-4-3 kmol/h = 3.052 X10 kmol /h三氟化硼乙醴絡合物（第三組分，BFO（GH）2）已知三氟化硼乙醛絡合物/丁（摩爾比）為2><10-4, M三氟化硼乙酷絡合物二142, BF3含量為46%可知:一 一一 一 一-4 ，一1648.18X2 X10 X142三氟化硼乙醴絡合物質量流量:54 X0.46kg / h = 1.884kg /h摩爾流量:1648.18X2 X10-454_ _ 5kmol

36、/ h = 6.104 X10 kmol / hNai3.052X10-3L Nai 3.052 X10-3=-7=5=-t = 0.5根據上述結果可知NNi 6.104X10, Nb 6.104X10,而由文獻可知,當Al/Ni=38 , Al/B=0.30.7 （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)由總轉化率85%T知生成的聚丁二烯為：1648.180 x0.85 = 1400.953kg/h由于存在掛膠損失，損失量為:1436.875 X0.01 = 14.369kg/h去終止釜的聚丁二烯為：1400.953- 14.369 = 1386.584kg

37、/h未反應的丁二烯質量流量：1648.180 X0.15 = 247227kg/h根據上述結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% (質量分數(shù))1一烯1648.18013185.44120.5182丁烯11.61992.9490.1453溶齊油6369.542507956.33279.293進料4環(huán)烷酸饃0.4783.8220.0065二異丁基鋁1.2099.6690.0156三氟化硼乙醛絡合物1.88415.0750.0237合計8032.91164263.2891001去終止釜聚一烯1386.58411092.67517.2612未反

38、應的一烯247.2271977.8163.0783丁烯11.61992.9490.145出料4掛膠損失14.369114.9500.1795溶齊油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M 丁二烯=1659.799kg / h，丁油濃度 3。丁油二135kg/m ,聚合時間T=4h,因而可得聚合總容積為：V單心、M 丁二烯 XT 1659.799X4 33=m3 = 49.18m3需12 m3聚合釜臺數(shù):V總n

39、 二.12Pr 油13549.18=4.1012,圓整為4臺。各釜轉化率的確定根據合成橡膠工業(yè)第七卷（1984） P67中內容知：丁二烯聚合屬于一級反應，并 且鍥催化體系油溶劑丁二烯的表觀動力學反應速度常數(shù)的關聯(lián)式如下：k = kp4C0kp = 3.637 X108 exp(- 4455/ T)對于一級反應，連續(xù)槽式反應器的反應轉化率與反應速率常數(shù)之間的關系如下（假設 各釜停留時間相同）：Can 二 CaoCanCan- N Xn = 1-(1 + k 3CaoXn=1 CCANA(N-1)1X N = 1-可知:(1 + k *其中:Gl第N臺釜內反應物濃度，mol/L ;Co反應物初始濃

40、度，mol/L ;G（n-i）第N-1臺釜內反應物濃度，mol/L ;%N臺釜累積轉化率；Xn第N臺釜轉化率；k一聚合反應表觀速率常數(shù)，min-1;平均停留時間，min；N1連續(xù)槽式反應器臺數(shù)；Q一主催化劑的濃度，mol/L ;kp一鏈增長速度常數(shù)，L/（mol min）；T反應溫度，K;a一催化劑利用率（在94c下，取27%為便于計算，按等溫等容處理，取總轉化率為 85%各釜停留時間相同；反應溫度為94C, C0= 1.92X10-5mol/L ,則可計算得kp =3.637X108 exp(-4455/T) =3.637X108 Xexp(-4455/367.15) = 1954.393L

41、/(mol ?min)_ _ _ _ _ _ -5_ _ - 2-1k = kp "Co = 1954.393X0.27 M.92 M0 =1.013X10 min由于總轉化率為85%即XN=85%可求得平均停留時間弋為=(N(1- X- -1)/k = (4L L - 1) x100/1.013=59.9min n1 1 - 0.85由于各釜停留時間相同，由各釜轉化率計算公式可知各釜轉化率相同，現(xiàn)計算首釜的 轉化率：Ca011x1 = 1-=(1 - -) X100% = (1- -2) X100 = 37.77%CA1(1 + k)1 + 1.013X10 X59.9(4)、終止

42、釜總物料衡算 聚合釜物料衡算圖如圖所示：-膠料(去凝聚釜)聚合來的膠液終止劑乙醇防老劑264注：膠液組分同聚合釜出料組分乙醇用量計算乙醇用量純丁二烯摩爾數(shù)鋁丁比 醇鋁比 乙醇分子量乙醇純度乙醇密度已知純丁二烯質量流量 M純丁二烯=1648.180kg/h,義 10-4,醇/三異丁基鋁(摩爾比)為6,乙醇分子量為二46,-41648. 1801. 010 4646 3 ,W 醇 m / h5495% 810三異丁基鋁/丁(摩爾比)為1.0純度為95%乙醇密度p =810kg/m31. 0910 3m3 / h則乙醇質量流量 M乙醇=1.09 X 10-3 X810kg/h=0.887kg/h乙醇

43、含水量 乂水二M乙醇 X (1-95%) =0.887 X 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/丁(質量比)為0.0079,防老劑溶液濃度為 117g/L則防老劑總用量為 1648.180 X0.0079kg/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根據上述結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廳P組分kg/ht/aw%（

44、質量分數(shù)）1膠液8018.54264148.33998.9302終止劑0.8877.0940.011進料3水0.0440.3550.0014防老劑13.021104.1650.1615帶入溶劑油72.741581.9270.8976總計8105.23564841.8801001丁烯11.61992.9490.1432丁二烯247.2271977.8163.0503引發(fā)劑3.57128.5670.0444溶劑油6442.28251538.26079.483出料5干膠1386.58411092.67517.1076終止劑0.8877.0940.0117水0.0440.3550.0018防老劑13.

45、021104.1650.1619總計8105.23564841.880100（5）、凝聚釜總物料衡算 凝聚釜物料衡算圖如圖所示:A溶劑油、丁二烯、丁烯、水蒸汽（去油水分離器）»機械損失膠液»渣末損失»熱水、膠粒（去振動篩）0.9Mpa勺水蒸注：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 X 12.306m3/h=93.05m3/h損失量計算M丁

46、二烯機械損失量=乂純丁二烯 x 0.5%=1648.180kg/h x 0.5%=8.241kg/hM聚丁二烯損失量=M干膠 X 0.5%=1386.584kg/h X 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 X 0.6=1386.584kg/h 乂 0.6=831.951kg/hM膠粒含油量=M干膠 X 0.005=1386.584kg/h X 0.005=6.933kg/h水蒸氣冷凝量M溶劑油氣化量=M溶齊1J油-M膠粒含油量=6442.28

47、2-6.933=6435.349kg/hMT 烯氣化量=MT 烯=11.619kg/hMT二烯氣化量=M未反應丁二烯-M 丁二烯機械損失量=247.227-8.241=238.986kg/h已知0.9MPa(表壓)水蒸汽燃4 H汽=2781.71kJ/kg , 95c飽和水始 H水=397.75 kJ/kg則始差 H=AH汽-AH水=2781.71-397.75=238.96kJ/kg利用公式M質量汽化熱95c平均汽化熱(95C - 20C)/焰差 計算水蒸氣冷凝量M溶劑油氣化所需冷凝量=6435.349 X 316.522+2.428 乂 (95-20) /238.96kg/h=1345.9

48、99kg/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90c上升至95c所需冷凝量二M循環(huán)水X水平均比熱容X溫差/始差=93.05 X1000X 4.1868 X (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90c上升至95c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(質量比)為5,則M蒸氣總量=乂聚丁二烯X 5=1375kg/hX 5=6875kg/hM去油水分離器的水蒸氣量 =乂蒸氣總量-M總冷凝量=6875-2197.688=4677.312kg/h根據上述結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