年產(chǎn)30萬(wàn)噸乳聚丁苯橡膠工藝

30萬(wàn)噸/年乳聚丁苯橡膠聚合車(chē)間的工藝設(shè)計(jì)韓裕明祝騫王金娟〔0814054-325333254〕〔陜西理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院高分子082班〕指導(dǎo)老師：袁新強(qiáng)目錄1產(chǎn)品及原料說(shuō)明1.1丁苯橡膠的開(kāi)展史……………………41.2丁苯橡膠的中國(guó)開(kāi)展史………………41.3丁苯橡膠的生產(chǎn)技術(shù)概況…………51.4丁苯橡膠市場(chǎng)前景分析………………62生產(chǎn)方法與工藝流程2.1原料及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與性能…………72.2工藝方案選擇依據(jù)…………72.3生產(chǎn)工藝原理…………………92.4生產(chǎn)工藝流程…………………102.4主要設(shè)備控制方案………………133物料衡算以及熱量橫算3.1計(jì)算依據(jù)…………………143.2反響釜的物料及熱量恒算……………154設(shè)備工藝計(jì)算4.1釜體的設(shè)計(jì)……………224.2攪拌器確實(shí)定…………234.3各物料進(jìn)出管口直徑確定……………244.4軸密封形式…………254.5流體輸送機(jī)械的選型設(shè)計(jì)………………254.6調(diào)節(jié)釜的設(shè)計(jì)………264.7過(guò)濾器的設(shè)計(jì)………265廠址車(chē)間、平安防護(hù)及三廢處理設(shè)計(jì)5.1廠址及車(chē)間設(shè)置……265.2平安防護(hù)設(shè)計(jì)………285.3三廢處理設(shè)計(jì)………316參考文獻(xiàn)前言丁苯橡膠〔SBR〕是由丁二烯和苯乙烯經(jīng)過(guò)乳液或溶液聚合制得的共聚物，丁苯橡膠再配以增塑劑、穩(wěn)定劑、高分子改性劑、填料、偶聯(lián)劑和加工助劑，經(jīng)過(guò)提煉、塑化、成型加工成各種材料。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和人類(lèi)生活中起著舉足輕重的作用，因此SBR的生產(chǎn)和技術(shù)的改良越來(lái)越受到現(xiàn)代人的關(guān)注！當(dāng)前，SBR生產(chǎn)面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。比方：生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，潛在替代品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，資源的進(jìn)一步優(yōu)化配置，能量的合理充分利用，生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化和高效率化，生產(chǎn)和使用效率的提高，應(yīng)用技術(shù)和市場(chǎng)開(kāi)拓等，都在不同程度上影響著SBR的進(jìn)一步開(kāi)展，在上述問(wèn)題上仍有大量工作要做，對(duì)生態(tài)環(huán)境平安的配套助劑，環(huán)境保護(hù)技術(shù)〔包括SBR廢棄物的回收，再利用和處理〕等方面，更需要花大力氣加以研究。本設(shè)計(jì)是以丁二烯和苯乙烯單體為原料，對(duì)年產(chǎn)能力為30萬(wàn)噸的SBR生產(chǎn)工藝的初步設(shè)計(jì)，收集有關(guān)的化工設(shè)計(jì)資料作參考，按課程設(shè)計(jì)大綱和設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是在簡(jiǎn)要介紹丁苯橡膠開(kāi)展?fàn)顩r及其性質(zhì)，用途，工藝方法選擇的根底上，重點(diǎn)介紹了采用低溫乳液聚合法生產(chǎn)SBR及其枯燥的工藝過(guò)程，產(chǎn)量為年產(chǎn)30萬(wàn)噸。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：1.產(chǎn)品及原材料說(shuō)明；2.生產(chǎn)方案的比擬與選擇；3.物料衡算與熱量衡算；4.主要設(shè)備的計(jì)算與選型；5.廠址選擇及車(chē)間設(shè)置6.平安防火設(shè)計(jì)；7.三廢處理。設(shè)計(jì)圖紙包括1張PID圖；1張PFD圖。本設(shè)計(jì)旨在理論學(xué)習(xí)的根底上，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，熟悉工藝流程、生產(chǎn)方案的選擇、設(shè)備的選型等，掌握工藝設(shè)計(jì)中的物料衡算、能量衡算、設(shè)備的計(jì)算、選型，對(duì)參考文獻(xiàn)的查閱與學(xué)習(xí)等的方法。由于設(shè)計(jì)者的理論知識(shí)有限，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的缺乏，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中難免會(huì)有一些缺乏和錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)各位老師指評(píng)指正。1.產(chǎn)品及原料說(shuō)明1.1丁苯橡膠的開(kāi)展史1912年，得過(guò)Bayer公司發(fā)表了丁二烯乳液聚合制取聚丁二烯橡膠的第一篇專(zhuān)利，20世紀(jì)20年代，該國(guó)為改良乳聚丁二烯的性能，選用苯乙烯為第二單體，制的了乳聚丁苯橡膠，并將其命名為Buua-S。德國(guó)IGFarben公司于1933年發(fā)表了Buna-S的第一篇專(zhuān)利，而且于1935年在Schkopau開(kāi)始建設(shè)世界上第一個(gè)乳聚丁苯橡膠生產(chǎn)裝置，與1937年建成投產(chǎn)。1943年，得過(guò)Buna-S的產(chǎn)量112kt。乳聚丁苯橡膠的生產(chǎn)始于德國(guó)，而取得迅速開(kāi)展那么是在美國(guó)。20世紀(jì)30年代，美國(guó)因獲得價(jià)格低廉的天然橡膠滿(mǎn)足通用制品的要求，故未重視Buna-S橡膠，而是致力于特種橡膠的開(kāi)發(fā)。直到第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，一是作為戰(zhàn)略物資的橡膠需求量急增；二是天然橡膠的來(lái)源被切斷，因而通用合成橡膠逐漸受到美國(guó)政府的高度重視和扶持。在美國(guó)RubberReserve公司統(tǒng)籌下，迅速開(kāi)展了乳聚丁苯橡膠的生產(chǎn)，建立了5個(gè)制造和成橡膠所需要的單體和聚合物工廠，這些工廠在第二次世界大戰(zhàn)是和第二次世界大戰(zhàn)后相繼投入生產(chǎn)。開(kāi)始階段，主要利用德國(guó)的Buna-S技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，以后改良了聚合配方，開(kāi)發(fā)了稱(chēng)為GR-S乳聚丁苯橡膠的新技術(shù)。1942年，美國(guó)乳聚丁苯橡膠的生產(chǎn)能力為37kt，1943年增長(zhǎng)到182.3kt，到1944年已達(dá)673kt。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束前，德國(guó)和美國(guó)都是采用熱法〔50℃〕乳液聚合工藝生產(chǎn)丁苯橡膠。第二次世界大戰(zhàn)后，由于氧化復(fù)原引發(fā)體系聚合配方的出現(xiàn)，美國(guó)首先采用冷法〔5℃〕乳液聚合工藝，使乳聚丁苯橡膠得性能得到顯著改善，因而在大宗用途方面已逐漸為冷法乳聚丁苯橡膠所取代。但是由于熱法乳聚丁苯橡膠也具有獨(dú)特的性能和一定的應(yīng)用領(lǐng)域，所以至今仍有少量生產(chǎn)。1948年，前蘇聯(lián)在沃龍尼什建立了乳聚丁苯橡膠生產(chǎn)裝置，采用熱法間歇聚合生產(chǎn)丁苯橡膠，后來(lái)又開(kāi)發(fā)了冷法連續(xù)聚合的生產(chǎn)技術(shù)。其他國(guó)家的乳聚丁苯橡膠那么開(kāi)展較晚，包括西歐國(guó)家和日本，都是在20世紀(jì)50年代以后才實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的，而且多數(shù)是引進(jìn)美國(guó)的生產(chǎn)技術(shù)。其中日本開(kāi)展速度很快，自1996年投產(chǎn)后，到1997年乳聚丁苯橡膠產(chǎn)量已躍居世界第二位，并先后把技術(shù)出售給韓國(guó)、伊朗和中國(guó)。從過(guò)硫酸鹽引發(fā)系統(tǒng)的熱法聚合轉(zhuǎn)向氧化復(fù)原引發(fā)體系得冷法聚合，是生產(chǎn)乳聚丁苯橡膠聚合工藝的突破。

目前，聚合工藝和聚合配方根本定型，單體轉(zhuǎn)化率已從60%提高至70%，甚至更高。為加速聚合反響，減少冷劑消耗，聚合溫度也有所提高。聚合設(shè)備趨向大型化，連續(xù)聚合已使用30~45m3的聚合釜。在凝聚和后處理方面，以高分子絮凝劑代替氯化鈉，大大減少了氯化鈉的消耗量。聚合工藝自動(dòng)化水平的提高，改善了產(chǎn)品質(zhì)量。充油母煉膠、充炭黑母煉膠、充油充炭黑母煉膠的出現(xiàn)也使乳聚丁苯橡膠品種大大增加。1.2丁苯橡膠中國(guó)開(kāi)展史

中國(guó)乳聚丁苯橡膠的生產(chǎn)始于1960年從前蘇聯(lián)引進(jìn)技術(shù)在蘭州投產(chǎn)的第一套生產(chǎn)裝置〔生產(chǎn)能力13.5kt〕。該裝置以前聯(lián)邦德國(guó)Farben公司技術(shù)為根底，采用拉開(kāi)粉為乳化劑，對(duì)苯二酚-亞硫酸鈉為引發(fā)體系的熱法聚合工藝生產(chǎn)高門(mén)尼黏度丁苯橡膠。為改造落后的聚合工藝，蘭州石化公司石油化工研究院在1963-1965年間完成了松香歧化及冷法聚合配方的研究。該配方以歧化松香皂為乳化劑，過(guò)氧化二異丙苯為引發(fā)劑，鐵鹽-乙二胺四乙酸鈉-甲醛次硫酸鈉為復(fù)原系統(tǒng)。蘭州石化公司合成橡膠廠采用此項(xiàng)技術(shù)完成了由熱法乳液聚合到冷法乳液聚合的轉(zhuǎn)變。此后又經(jīng)過(guò)一系列的技術(shù)改造，使生產(chǎn)能力到達(dá)50kt/a，并且既可以生產(chǎn)普通乳聚丁苯橡膠，又可生產(chǎn)充油乳聚丁苯橡膠。該公司石油化工研究所自行開(kāi)發(fā)的經(jīng)〔10±2〕h聚合使單體轉(zhuǎn)化率達(dá)〔70±2〕%的技術(shù)也已投入工業(yè)應(yīng)用。蘭州石化公司還方案將乳聚丁苯橡膠生產(chǎn)能力擴(kuò)大至160kt/a。為滿(mǎn)足中國(guó)對(duì)乳聚丁苯橡膠的需求，吉林石化公司和齊魯石化公司先后從日本合成橡膠公司和瑞翁公司各引進(jìn)一套80kt/a的乳聚丁苯橡膠裝置，分別于1982年和1987年建成投產(chǎn)。經(jīng)過(guò)幾年的改造，兩公司的生產(chǎn)能力已到達(dá)130kt/a。1998年，中國(guó)臺(tái)灣合成橡膠公司在江蘇南通合資建成的100kt/a的乳聚丁苯橡膠裝置〔申花化工公司〕投產(chǎn)，經(jīng)改造，到2005年末，產(chǎn)能已到達(dá)170kt/a。中國(guó)臺(tái)灣于20世紀(jì)80年代后期引進(jìn)國(guó)外技術(shù)開(kāi)始生產(chǎn)乳聚丁苯橡膠，至21世紀(jì)初其生產(chǎn)能力已達(dá)100kt/a。1.3SBR生產(chǎn)技術(shù)概況SBR的生產(chǎn)技術(shù)在20年代后期逐漸成熟，此后對(duì)工藝又進(jìn)行了不斷的改良，并朝著裝置大型化方向開(kāi)展，自動(dòng)化控制水平有了明顯的提高，并且己到達(dá)相領(lǐng)先進(jìn)的水平。ESBR在提高聚合反響的單體轉(zhuǎn)化率、節(jié)能降耗等方面取得了很大的進(jìn)展，在解決ESBR滾動(dòng)阻力與抗?jié)窕阅苊軉?wèn)題，優(yōu)化產(chǎn)品性能，適應(yīng)市場(chǎng)需求等方面也得到了突破性進(jìn)展。美國(guó)Goodyear輪胎與橡膠公司不使用溶劑，用含有抗降解劑、金屬失活劑，光敏劑，增效劑，顏料，催化劑和/或促進(jìn)劑的官能化苯乙烯與含有2%-3%離子外表活性劑和平共處0%-70%增塑劑的丁二烯在0-25℃下進(jìn)行乳液共聚，制得含有酰氨基的官能化ESBR。日本Zeon公司通過(guò)引入第三單體，開(kāi)發(fā)出一種生熱低且耐磨、可填充SiO2或炭黑、門(mén)尼粘度為10-200的ESBR。日本JSR公司創(chuàng)造了一種用兩步法聚合工藝生產(chǎn)中苯乙烯含量的ESBR新方法[15]。美國(guó)Xerox公司通過(guò)將單體參加聚合釜，引發(fā)聚合，反響放熱后用惰性氣體凈化反響器，并將聚合溫度升到規(guī)定值的方法，制取了剩余單體含量低的ESBR。日本三菱化成公司用自由基引發(fā)劑和常規(guī)乳液聚合助劑，用兩步聚合工藝制成了結(jié)合苯乙烯含量分布范圍寬、耐磨性和抗?jié)窕员瘸Ｒ?guī)的ESBR好的新型ESBR。日本Lion公司用二元酸雙酯作ESBR的軟化劑，以改善膠料的低溫抓著性。日本住友橡膠工業(yè)公司將接枝有硅烷偶聯(lián)劑的SBR膠乳與一種化合物〔如四乙氧基硅烷〕混合，通過(guò)溶膠凝膠化反響而制成一種高強(qiáng)度、高回彈率、低能耗的原位增強(qiáng)ESBR。1.4國(guó)內(nèi)需求量和年均增長(zhǎng)率我國(guó)丁苯橡膠的研究開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)50年中期,自2003年我國(guó)對(duì)原產(chǎn)于俄羅斯、韓國(guó)和日本的丁苯橡膠進(jìn)行反傾銷(xiāo)取得勝利以來(lái),國(guó)內(nèi)有多套丁苯橡膠新建或擴(kuò)建工程建成投產(chǎn)。截止到2006年底,我國(guó)丁苯橡膠的生產(chǎn)廠家有7家,總生產(chǎn)能力為65.5萬(wàn)t/a,其中乳聚丁苯橡膠的生產(chǎn)廠家有中石化齊魯石油化工公司、中石油吉林石油化工公司、中石油蘭州石油化工公司以及江蘇南通申華化工公司4家,生產(chǎn)能力合計(jì)為49.5萬(wàn)t/a,約占我國(guó)丁苯橡膠總生產(chǎn)能力的75.57%;溶聚丁苯橡膠的生產(chǎn)廠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橋石油化工公司3家,生產(chǎn)能力合計(jì)為16.0萬(wàn)t/a,約占我國(guó)丁苯橡膠總生產(chǎn)能力的24.43%。其中江蘇南通申華化工公司是目前我國(guó)最大的丁苯橡膠生產(chǎn)廠家,生產(chǎn)能力約占全國(guó)丁苯橡膠總生產(chǎn)能力的25.95%;其次是中石油吉林石油化工公司,生產(chǎn)能力約占總生產(chǎn)能力的21.37%;再次是中石化齊魯石油化工公司,生產(chǎn)能力約占總生產(chǎn)能力的19.85%。隨著生產(chǎn)能力的不斷增加,我國(guó)丁苯橡膠的產(chǎn)量也不斷增加。1999年我國(guó)丁苯橡膠的產(chǎn)量只有29.32萬(wàn)t,2001年增加到34.87萬(wàn)t。2003年由于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的強(qiáng)勁需求和反傾銷(xiāo)的實(shí)施,抑制了俄羅斯及日本、韓國(guó)等國(guó)家資源的進(jìn)口,全國(guó)丁苯橡膠的產(chǎn)量首次突破40萬(wàn)t,到達(dá)40.79萬(wàn)t,比2002年增長(zhǎng)15.6%。2005年我國(guó)丁苯橡膠的產(chǎn)量進(jìn)一步增加到51.42萬(wàn)t,比2004年增長(zhǎng)約9.64%。2006年我國(guó)丁苯橡膠的產(chǎn)量約為54.00萬(wàn)t,同比增長(zhǎng)約5.02%,2001-2006年產(chǎn)量的年均增長(zhǎng)率約為9.14%。近年來(lái)我國(guó)丁苯橡膠產(chǎn)品品種牌號(hào)不斷增加,尤其是充油產(chǎn)品的產(chǎn)量不斷提高。目前中石化齊魯石油化工公司、中石油蘭州石油化工公司、申華化工公司和中石化茂名石油化工公司的裝置都可以生產(chǎn)充油產(chǎn)品。中石化齊魯石油化工公司開(kāi)發(fā)的充油丁苯橡膠是含苯乙烯40%、充高芳烴油37.5份,特別適合用作輪胎的胎面膠和三角膠,其各項(xiàng)性能指標(biāo)與國(guó)外產(chǎn)品根本一致。2．生產(chǎn)方法及工藝流程2.1原料及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與性能2.1.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其性能名稱(chēng)：乳聚丁苯橡膠，簡(jiǎn)稱(chēng)ESBR〔styrene-butadienerubber〕分子式：其中n為平均聚合度，一般為350—10000由于乳聚丁苯橡膠中丁二烯和苯乙烯兩種單體鏈節(jié)在共聚物大分子中呈無(wú)規(guī)分布，又由于丁二烯的加成反響約80%發(fā)生在1,4位置，約20%發(fā)生在1,2位置，而在1,4位置上的鏈節(jié)又有順式和反式兩種區(qū)別，所以乳聚丁苯橡膠大分子內(nèi)存在如下的微觀結(jié)構(gòu)。此外，亦有少量支化和交聯(lián)結(jié)構(gòu)存在，冷法聚合的乳聚丁苯橡膠中丁二烯鏈的主要微觀結(jié)構(gòu)單元70%為反式-1,4-結(jié)構(gòu)。丁苯橡膠的性能表1乳聚丁苯橡膠的根本性能參數(shù)性能參數(shù)密度，g/cm3比熱容,J/〔kg.℃〕線膨脹系數(shù),10-4℃-1Tg以下Tg以上折射率nD20電導(dǎo)率50HZ106HZ介電強(qiáng)度，Kv/mm玻璃化溫度Tg(DSC法)，℃平均分子量Mn0.91~0.961820~19200.8~0.92.3~2.51.53452.62.65(60℃)2.352.65(60℃)24~36-55(11~26)×104丁苯橡膠的用途乳聚丁苯橡膠具有多方面的較好特性，在物理機(jī)械性能，加工性能和制品使用性能方面十分接近于天然橡膠，尤其是耐磨、耐熱、耐老化、永久變形和硫化速度方面還優(yōu)于天然橡膠，并且還可以與天然橡膠及多種橡膠材料并用或改性，這就使其應(yīng)用范圍得以擴(kuò)廣，獲得廣泛用途。幾乎所有統(tǒng)計(jì)資料顯示乳聚丁苯橡膠的60%以上是用來(lái)生產(chǎn)制造輪胎用，其余的主要用途是制作膠管、膠帶、膠板、膠輥、膠鞋、密封件多種橡膠制品，亦有一定量的電絕緣材料，醫(yī)療用品和其他工藝制品和民用小制品。近兩年在世界丁苯橡膠消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，用于生產(chǎn)輪胎及汽車(chē)制品用橡膠零部件對(duì)丁苯橡膠的需求量約占總消費(fèi)量的54.0%，非汽車(chē)用橡膠制品約占總消費(fèi)量的12.5%，制鞋等其他方面約占總消費(fèi)量的33.5%。2.1.2原料的結(jié)構(gòu)與性能單體丁二烯分子式C4H6結(jié)構(gòu)式在常溫常壓下為無(wú)色氣體，有特殊氣味，有麻醉性，特別刺激粘膜，容易液化，易溶于有機(jī)溶劑；性質(zhì)活潑，易發(fā)生自聚反響，因此在儲(chǔ)存、運(yùn)輸過(guò)程中要參加阻聚劑。苯乙烯分子式C8H8結(jié)構(gòu)式苯乙烯常溫常壓下為無(wú)色透明油狀液體，受熱、曝光、遇到過(guò)氧化物極易自聚、引發(fā)和聚合。苯乙烯蒸氣與空氣混合物的爆炸極限1.1%～6.6%〔體積〕，處理苯乙烯時(shí)應(yīng)防止明火、摩擦和靜電。2.2工藝方案選擇依據(jù)2.2.1工藝流程方面就以上四種聚合工藝而言，本體法工藝流程簡(jiǎn)單，裝置占地面積小，同時(shí)根本上無(wú)廢液排放，排氣可到達(dá)最低程度，環(huán)境污染少，而且產(chǎn)品質(zhì)量好、純度高，特別使用透明包裝材料和電纜料。懸浮法是一種相對(duì)最成熟的工藝，在目前世界上聚氯乙烯生產(chǎn)中占有絕對(duì)的分額，且產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率最高，產(chǎn)品品種最多，容易適應(yīng)市場(chǎng)。乳液法是生產(chǎn)糊樹(shù)脂的方法，工藝復(fù)雜、本錢(qián)較高且樹(shù)脂質(zhì)量較差。而微懸浮法也是生產(chǎn)糊樹(shù)脂的方法，但僅用于特殊用途。2.2.2反響速率控制方對(duì)于本體聚合，當(dāng)自由基聚合進(jìn)行到一定轉(zhuǎn)化率后，體系黏度增大，自動(dòng)加速效應(yīng)顯著，散熱困難。大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，即使降低引發(fā)劑濃度以減慢速率，有時(shí)還是不能很好的控制。改用溶液聚合可以克服這一困難，但聚合速率和產(chǎn)物分子量均有所降低；此外，脫除溶劑困難，本錢(qián)較高。而懸浮聚合可以克服本體聚合和溶液聚合的上述缺點(diǎn)。2.2.3經(jīng)濟(jì)方面從經(jīng)濟(jì)角度分析，乳液聚合是最合理的聚合方法。乳聚丁苯橡膠由于開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、加工、歷史悠久，其生產(chǎn)和加工工藝成熟，尤其以它良好的綜合性能，被世界各國(guó)廣泛生產(chǎn)和應(yīng)用，其生產(chǎn)能力、產(chǎn)量及消耗量在合成橡膠諸膠膠種中一直居世界合成橡膠中的首位。因此，乳聚丁苯橡膠的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高。2.2.4乳液聚合浮液聚合法有許多優(yōu)點(diǎn)，如以水為介質(zhì)，價(jià)廉、不需要回收、平安、產(chǎn)物容易別離、生產(chǎn)本錢(qián)低；能在較高聚合速度中獲得高分子量聚合物；可在反響溫度較低的情況下進(jìn)行反響，反響熱也容易散出，聚合過(guò)程容易控制；在轉(zhuǎn)變?yōu)槟z乳的整個(gè)過(guò)程中，乳液粘度較低，設(shè)備強(qiáng)度和能耗也會(huì)降低。通過(guò)以上的各種方案的比照，結(jié)合吉林化學(xué)工業(yè)公司實(shí)際生產(chǎn)中的狀況，本設(shè)計(jì)選用低溫乳聚制取丁苯橡膠。2.3丁苯橡膠的工藝原理及流程：2.3.1聚合原理乳聚丁苯橡膠的屬于乳液法鏈?zhǔn)阶杂苫酆蠙C(jī)理。整個(gè)聚合過(guò)程分為鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止四個(gè)步驟。2.3.2鏈引發(fā)這是形成單體自由基活性種的反響，首先由氧化復(fù)原引發(fā)體系在水相中產(chǎn)生初級(jí)自由基。第二步是初級(jí)自由基與單體加成，形成單體自由基。2.3.3鏈增長(zhǎng)在鏈引發(fā)階段形成的單體自由基，活性很高，如無(wú)阻聚物質(zhì)與之作用，就能進(jìn)攻第二個(gè)單體分子的π鍵，重新雜化結(jié)合，形成新的自由基，如此循環(huán)下去。該反響過(guò)程放熱，鏈增長(zhǎng)速率極快〔0.01–ns間〕，其相關(guān)的速率方程為：式中Rp—鏈增長(zhǎng)速率，L/〔〕[I]—引發(fā)劑濃度,mol/lf—引發(fā)劑引發(fā)效率，%；kd—引發(fā)劑分解速率常數(shù)；kp—鏈增長(zhǎng)速率常數(shù)；kt—鏈終止速率常數(shù)。2.3.4鏈終止乳聚丁苯橡膠聚合過(guò)程的終止主要是雙基結(jié)合終止。此時(shí)的聚合體系中，除水相外，主要是外表層為乳化劑覆蓋的聚合膠乳粒子。2.4丁苯橡膠生產(chǎn)工藝流程原料準(zhǔn)備過(guò)程用計(jì)量泵將規(guī)定數(shù)量的相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑與苯乙烯在管路中混合溶解，再在管路中與處理好的丁二烯混合。然后與乳化劑混合液〔乳化劑、去離子水等〕等在管路中混合后進(jìn)入冷卻器，冷卻至10℃。在與活化劑溶液〔復(fù)原劑、螯合劑等〕混合，從第一個(gè)釜的底部進(jìn)入聚合系統(tǒng)，氧化劑直接從第一個(gè)釜的底部直接進(jìn)入。聚合聚合過(guò)程系統(tǒng)由8~12臺(tái)聚合釜組成，采用串聯(lián)操作方式。當(dāng)聚合到規(guī)定轉(zhuǎn)化率后，在終止釜前參加終止劑終止反響。聚合反響的終點(diǎn)主要根據(jù)門(mén)尼粘度和單體轉(zhuǎn)化率來(lái)控制，轉(zhuǎn)化率是根據(jù)取樣測(cè)定固體含量來(lái)計(jì)算，門(mén)尼粘度由取樣測(cè)定來(lái)確定。雖然生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化率控制在60%左右，但當(dāng)所測(cè)定的門(mén)尼粘度到達(dá)規(guī)定指標(biāo)要求，而轉(zhuǎn)化率未到達(dá)要求時(shí)，也就加終止齊終止反響，以確保產(chǎn)物門(mén)粘度尼合格丁二烯別離從終止釜流出的終止后的膠乳液進(jìn)入緩沖罐。然后經(jīng)過(guò)兩個(gè)不同真空度的閃蒸器回收未反響的丁二烯。第一個(gè)閃蒸器的操作條件是22～28℃，壓力0.04MPa，在第一個(gè)閃蒸器中蒸出大局部丁二烯；再在第二個(gè)閃蒸器中〔溫度27℃，壓力0.01MPa〕蒸出殘存的丁二烯。回收的丁二烯經(jīng)壓縮液化，再冷凝除去惰性氣體后循環(huán)使用。苯乙烯別離脫除丁二烯的乳膠進(jìn)入苯乙烯汽提塔〔高約10m，內(nèi)有十余塊塔盤(pán)〕上部，塔底用0.1MPa的蒸汽直接加熱，塔頂壓力為12.9kPa，塔頂溫度50℃，苯乙烯與水蒸汽由塔頂出來(lái)，經(jīng)冷凝后，水和苯乙烯分開(kāi)，苯乙烯循環(huán)使用。塔底得到含膠20%左右的膠乳，苯乙烯含量＜0.1%。經(jīng)減壓脫出苯乙烯的塔底膠乳進(jìn)入混合槽，在此與規(guī)定數(shù)量的防老劑乳液進(jìn)行混合，必要時(shí)參加充油乳液，經(jīng)攪拌混合均勻后，送入后處理工段。后處理工段混合好的乳膠用泵送到絮凝槽中，參加24%～26%食鹽水進(jìn)行破乳而形成漿狀物，然后與濃度0.5%的稀硫酸混合后連續(xù)流入膠粒皂化槽，在劇烈攪拌下生成膠粒，操作溫度均為55℃左右。從膠粒皂化槽出來(lái)的膠粒和清漿液經(jīng)振動(dòng)篩進(jìn)行過(guò)濾別離后，濕膠粒進(jìn)入洗滌槽用膠清液和清水洗滌，操作溫度為40~60℃。洗滌后的膠粒再經(jīng)真空旋轉(zhuǎn)過(guò)濾器脫除一局部水分，使膠粒含水低于20%，然后進(jìn)入濕粉碎機(jī)粉碎成5～50mm的膠粒，用空氣輸送器送到枯燥箱中進(jìn)行枯燥。枯燥箱為雙層履帶式，分為假設(shè)干枯燥室分別控制加熱溫度，最高為90℃，出口處為70℃。履帶為多孔的不銹鋼板制成，為防止膠粒粘結(jié)，可以在進(jìn)料端噴淋硅油溶液，膠粒在上層履帶的終端被刮刀刮下落入第二層履帶繼續(xù)通過(guò)枯燥室枯燥。枯燥至含水＜0.1%。然后經(jīng)稱(chēng)量、壓塊、檢測(cè)金屬后包裝得成品丁苯橡膠。2.4.1丁苯橡膠的生產(chǎn)工藝方案和流程圖圖2-1低溫乳液聚合丁苯橡膠的生產(chǎn)工藝方案圖圖2-2乳液聚合生產(chǎn)丁苯橡膠工藝流程圖2.5主要設(shè)備控制方案2.5.1反響器的溫度控制反響溫度的控制主要是通過(guò)與夾套內(nèi)循環(huán)水進(jìn)行熱量交換來(lái)實(shí)現(xiàn)的。不同的聚合反響器，聚合反響機(jī)理不同、操作方式不同、溫度控制不同、傳熱介質(zhì)、傳熱方向及控制特點(diǎn)的不同，如連鎖聚合反響溫度較低，多為放熱反響，反響速率極快，所以反響過(guò)程中撤熱必須及時(shí)，否那么易發(fā)生爆聚。而縮聚反響反響熱效應(yīng)小，由于反響溫度較高，所以大多需要供熱，反響速率比擬平穩(wěn)，傳熱速率也比擬平穩(wěn)。連續(xù)操作反響溫度控制必須平穩(wěn)，抗外界干擾能力要強(qiáng)。而間歇操作反響溫度要盡量按預(yù)定要求控制，允許有小量的波動(dòng)。恒溫反響過(guò)程，反映前期速率較快，傳熱速率快，反響溫度不易控制。而變溫反響過(guò)程，反響速率在一定時(shí)間內(nèi)比擬平穩(wěn)，傳熱速率也比擬平穩(wěn)，反響溫度易控制。在乳液聚合連續(xù)操作溫度采用二次循環(huán)控制，二次循環(huán)〔小循環(huán)〕中的傳熱介質(zhì)流量大而且控制恒定，保證反響過(guò)程中有較高的且穩(wěn)定的傳熱系數(shù)。2.5.2反響器的壓力控制先將聚合釜抽真空在通入氮?dú)馀懦諝?，然后在減壓下進(jìn)行聚合。通過(guò)調(diào)節(jié)真空泵的抽氣量控制反響器的壓力。2.5.2反響器液位的控制：〔進(jìn)料時(shí)翻開(kāi)進(jìn)料泵，物料到達(dá)預(yù)定液位時(shí)，關(guān)閉進(jìn)料泵〕在連續(xù)操作過(guò)程中，反響器的液位高度是一個(gè)重要的控制參數(shù)，它與物料流量共同決定了物料在反響器中的有效反響體積，進(jìn)而確定了物料在反響器中的平均停留時(shí)間?？刹捎贸隽狭髁恳欢ǎ{(diào)節(jié)進(jìn)料管路上的閥門(mén)，調(diào)節(jié)進(jìn)料流量，控制反響器的液位。2.5.4泵的控制〔直接流量調(diào)節(jié)〕泵的控制有兩一是直接流量調(diào)節(jié)，二是旁路流量調(diào)節(jié)。直接流量調(diào)節(jié)控制方案簡(jiǎn)單，易操作。所以在選擇時(shí)采用直接流量調(diào)節(jié)。3．物料及熱量恒算3.1計(jì)算依據(jù)SBR產(chǎn)量為30噸/年；開(kāi)工時(shí)間：330d/a，24h/d生產(chǎn)方式：連續(xù)性生產(chǎn)3.1.1乳液聚合的典型配方丁苯橡膠的生產(chǎn)配方組分用量的重量分?jǐn)?shù)單體丁二烯苯乙烯7030介質(zhì)水210乳化劑歧化松香酸鈉擴(kuò)散劑NF6.20.4引發(fā)體系二異丙苯過(guò)氧化氫EDTA硫酸亞鐵雕白粉0.30.0960.040.2調(diào)節(jié)劑叔十二烷基硫醇0.1電解質(zhì)氯化鉀1.0終止劑二甲基二硫代氨基甲酸鈉0.23.1.2生產(chǎn)過(guò)程總物料衡算原料投入量各單元操作都連續(xù)進(jìn)行，采用倒推法根據(jù)收率或損失率計(jì)算出原料投料，然后按單元操作順序?qū)Ω鲉卧僮鬟M(jìn)行物料衡算：損失率：2%丁苯橡膠每小時(shí)產(chǎn)量為聚合物轉(zhuǎn)化率為60%60%x=38651.82/hx=64419.70(kg/h)即實(shí)際每小時(shí)需要生產(chǎn)純反響物為64419.70/h原料進(jìn)口管道中各組分的流量1丁二烯2苯乙烯3水4乳化劑5引發(fā)體系6調(diào)節(jié)劑8電解質(zhì)17終止劑3.2反響釜的物料衡算和熱量衡算3.2.1物料衡算由8臺(tái)聚合反響釜組成一條生產(chǎn)線，反響時(shí)間為8～12小時(shí)〔取8小時(shí)〕，反響的轉(zhuǎn)化率為60%。聚合釜的操作壓力為0.4～0.5Mp,溫度T=5℃，PH=4～5，聚合帶有攪拌器，并用液氨作為冷凍介質(zhì)。根據(jù)《根本有機(jī)化工工廠裝備》知，對(duì)于一級(jí)反響，連續(xù)釜式反響器的反響轉(zhuǎn)化率與反響速度常數(shù)之間的關(guān)系如下式中CAN—第N臺(tái)釜內(nèi)反響物的濃度；mol/LCA0—反響物初始濃度；mol/L—第N臺(tái)釜內(nèi)反響物轉(zhuǎn)化率；K—聚合反響表觀速度常數(shù)；—平均停留時(shí)間；minN—連續(xù)槽式反響器的臺(tái)數(shù)；為了便于計(jì)算，按等溫等容處理，取總轉(zhuǎn)化率60%；8釜串聯(lián)；平均停留時(shí)間60min；反響溫5℃。將上式進(jìn)一步整理得表9-11各釜純轉(zhuǎn)化率與累積轉(zhuǎn)化率第一釜第二釜第三釜第四釜純X(％)累積X(％)純X(％)累積X(％)純X(％)累積X(％)純X(％)累積X(％)10.8210.829.6520.478.6129.087.6736.75第五釜第六釜第七釜第八釜純X(％)累積X(％)純X(％)累積X(％)純X(％)累積X(％)純X(％)累積X(％)6.8543.606.1049.705.4555.154.8560根據(jù)各釜純轉(zhuǎn)化率計(jì)算各釜的物料組成如表9-12。表9-12各釜出料口物料組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139942.7868.48139942.7868.48139942.7868.48139942.7868.48苯乙烯17234.858.4315369.907.5213705.946.7112223.645.98丁二烯40214.6419.6833863.0917.5531980.5215.6528521.8213.96聚合物6970.213.4113186.716.4518733.259.1723674.2411.58物第五釜第六釜第七釜第八釜料kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)水相139942.7868.48139942.7868.48139942.7868.48139942.7868.48苯乙烯10899.815.339720.934.768667.674.247730.363.78丁二烯25432.9012.4422682.1811.1020224.569.9018037.528.83聚合物28086.9913.7432023.5915.6735527.4617.3838651.8218.91物料平衡示意圖如下，對(duì)于物料數(shù)量與組成沒(méi)有變化的設(shè)備不做物料衡算。M1——丁二烯，M2——苯乙烯，M3——去離子水，M4——乳化劑，M5——引發(fā)劑，M6——原料混合物，M7——調(diào)節(jié)劑，M8——電解質(zhì)，M9——原料及局部聚合物共混液1，M10——原料及局部聚合物共混液2，M11——原料及局部聚合物共混液3，M12——原料及局部聚合物共混液4，M13——原料及局部聚合物共混液5，M14——原料及局部聚合物共混液6，M15——原料及局部聚合物共混液7，M16——原料及局部聚合物共混液8，M17——終止劑，M18-最終聚合產(chǎn)物順流程逐個(gè)計(jì)算E101:M1=45093.79kg/hM2=19325.91kg/hM3=135281.37kg/hM4=4251.70kg/hM5=409.71kg/hM6=M1+M2+M3+M4+M5=204362.48kg/hR101:M7=64.42kg/hM8=644.22kg/hM9=M6+M7+M8=205071.12kg/hR102:M10=M9=205071.12kg/hR103:M11=M10=205071.12kg/hR104:M12=M11=205071.12kg/hR105:M13=M12=205071.12kg/hR106:M14=M13=205071.12kg/hR107:M15=M14=205071.12kg/hR108:M16=M15=205071.12kg/hV101:M17=128.84kg/hM18=M16+M17=205199.96kg/h乳液聚合丁苯橡膠連續(xù)操作物料衡算表〔單位：kg/h〕物流號(hào)丁二烯苯乙烯去離子水乳化劑引發(fā)劑調(diào)節(jié)劑電解質(zhì)終止劑SBR合計(jì)M145093.7945093.79M219325.9119325.91M3135281.37135281.37M44251.704251.70M5409.71409.71M645093.7919325.91135281.374251.70409.71204362.48M764.4264.42M8644.22644.22M940214.6417234.85135281.37135281.37409.7164.42644.226970.21205071.12M1033863.0915369.90135281.37135281.37409.7164.42644.2213186.71205071.12M1131980.5213705.94135281.37135281.37409.7164.42644.2218733.25205071.12M1228521.8212223.64135281.37135281.37409.7164.42644.2223674.24205071.12M1325432.9010899.81135281.37135281.37409.7164.42644.2228086.99205071.12M1422682.189720.93135281.37135281.37409.7164.42644.2232023.59205071.12M1520224.568667.67135281.37135281.37409.7164.42644.2235527.46205071.12M1618037.527730.36135281.37135281.37409.7164.42644.2238651.82205071.12M17128.84205071.12M1818037.527730.36135281.37135281.37409.7164.42644.22128.8438651.82205199.963.2.2熱量衡算反響溫度：5-10℃壓力：0.4～0.5Mp設(shè)定：QT——系統(tǒng)內(nèi)物料與外界交換熱量之和(傳入熱量為正，傳出熱量為負(fù)〕，KJ；Q1——由于物料溫度變化，系統(tǒng)與外界交換的熱量〔升溫為正，降溫為負(fù)〕，KJ；Q2——由于物料發(fā)生化學(xué)變化，系統(tǒng)與外界的交換的熱量〔吸熱為正，放熱為負(fù)〕，KJ；根據(jù)熱量守恒定律，得其中經(jīng)查有關(guān)資料可知：名稱(chēng)相對(duì)分子質(zhì)量密度kg/m3比熱容KJ/(kg·℃)汽化熱KJ/kg丁二烯54621.11.597苯乙烯104919.81.636水1810004.191液氨17631.7---1663.25膠乳液Mn10×1049501.97丁苯橡膠的聚合熱為：95.88KJ/mol=9588KJ/kg混合熱和攪拌熱的考慮由于溶質(zhì)的量很少，混合熱可忽略不計(jì)；攪拌設(shè)備中的物料為低黏度流體，攪拌熱也可忽略不計(jì)，以1小時(shí)的產(chǎn)量為基準(zhǔn)，設(shè)進(jìn)料溫度為10℃，反響溫度為恒溫5℃。分別對(duì)每個(gè)釜進(jìn)行計(jì)算：〔正值為吸熱，負(fù)值為放熱〕R101：Q1=〔1.597×45093.79+1.636×19325.91+4.191×135281.37〕×5KJQ2=-6970.21×9588KJQ==-R102:Q1=0KJQ2=-(13186.71-6970.21)×9588=-KJR103:Q1=0KJQ2=(18733.25-13186.71)×9588=-KJR104:Q1=0KJQ2=(23674.24-18733.25)×9588=-KJR105:Q1=0KJQ2=(28086.99-23674.24)×9588=-KJR106:Q1=0KJQ2=(32023.59-28086.99)9588=-KJR107:

Q1=0KJQ2=(35527.46-32023.59)9588=-KJR108:Q1=0KJQ2=(38651.82-35527.46)9588=-KJ對(duì)整個(gè)聚合工段進(jìn)行大致估算：原料進(jìn)入聚合釜放出的熱量以1小時(shí)的產(chǎn)量為基準(zhǔn)，設(shè)進(jìn)料溫度為10℃，反響溫度為恒溫5℃，那么物料帶入聚合釜的熱量為：聚合反響放出的熱量以1小時(shí)產(chǎn)量為基準(zhǔn)，那么聚合反響放出的熱量為反響過(guò)程需要排出的熱量加液氨的量液氨進(jìn)口溫度為5℃,出口溫度為5℃，冷凝劑只進(jìn)行氣化，從而到達(dá)降溫的目的。根據(jù)式:得那么需要液氨的量為Kg/h4．設(shè)備工藝計(jì)算4.1釜體的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)溫度：釜內(nèi)5℃，釜外(夾套)5℃；設(shè)計(jì)壓力：釜內(nèi)0.5MPa，釜外(夾套)0.526MPa；裝料系數(shù)φ：0.8；材質(zhì)：1Cr18Ni9Ti根據(jù)年產(chǎn)量確定每小時(shí)進(jìn)料量：=204362.48kg/h由于反響物和介質(zhì)水的量很大，因此，一些添加的溶劑和反響過(guò)程的體積變化不加考慮。同時(shí)由于該反響是多釜串聯(lián)進(jìn)行，在此主要是對(duì)第一個(gè)反響釜的計(jì)算。4.1.1反響器的體積計(jì)算苯乙烯密度ρ1=0.912×103kg/m3丁二烯的密度ρ2=0.6211×103kg/m3聚丁苯橡膠的密度ρ3=0.95×103kg/m3水的密度ρm=1.00×103kg/m3通過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)算得ρm=0.8856×103kg/m3ρm——反響液混合密度，kg/m3VR=W/ρm=204362.48/0.8856×103=230.76m3VT=VR/φ=230.76/0.8=288.45m3VTi=VT/n=288.45/8=36.06m34.1.2釜體外形尺寸的設(shè)計(jì)a.選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭b.封頭與筒體的連接方式選用焊接的連接方式，因?yàn)楸痉错懕葦M簡(jiǎn)單，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也因此比擬簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備的維修與安裝要求不高，因此選用焊接的連接方式，這樣可減少本錢(qián)。而且本反響釜的釜徑有2400mm,也要求用焊接的連接方式。c.初選長(zhǎng)徑比因聚合反響生成的高聚物呈高度分散狀態(tài)，反響體系的黏度始終很低，且以水為分散介質(zhì)，且其反響體系的黏度始終很低，且以水為分散介質(zhì)，其比熱大，對(duì)于聚合物的熱的去除十分有利。因此，選用“矮胖型〞，其長(zhǎng)徑比初步定為H/D=1.5d.計(jì)算釜體內(nèi)徑查表6-1【《聚合物合成工藝設(shè)計(jì)》P74面】，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為0.131D3、h封=D/4。令h為釜體直邊高度、H為反響釜總高度，那么：H=h+2×h封=h+D/2又H/D=1.5,故D=hVT=0.785×D2×h+2×0.131D3=1.047D3D===3.25m雖然反響器屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，但用于制造反響器的上下封頭仍選用標(biāo)準(zhǔn)封頭。因?yàn)镠/D取得較小，所以此處按公稱(chēng)尺寸選定釜體直徑為3.2m.即D=3.2m.e.計(jì)算釜體直邊高度為：h=〔VT-2×V封〕/0.785×D2=(36.06-0.262D3)/0.785D2=3.42釜體實(shí)際高度為：H=h+2×h封=3.42+1.6=5.02m長(zhǎng)徑比H/D=5.02/3.2=1.57根據(jù)【聚合物合成工藝設(shè)計(jì)】P74表6-2取封頭直邊高度為50m，釜體圓形直筒局部高度：5.02-2×0.05=4.92m反響器的實(shí)際體積為：VT=0.785×D2h+0.262×D3=0.785×3.22×5.02+0.262×3.23=48.94m34.1.3計(jì)算厚度由公式式中：Pc—計(jì)算壓力取Pc=1MPa；Di=3200mm；=0.9；設(shè)計(jì)溫度為5℃查得1Cr18Ni9Ti在5℃的[σ]t=205MPa取腐蝕余量C2=1.1mm，鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.8mm，那么Sn=S+C1+C2=8.7+0.8+1.1=10.6mm圓整后取Sn=11mm。復(fù)驗(yàn)Sn×6%=11×0.06=0.66mm＜0.8mm，故不能取C1=0.8，取C1=0.7重新計(jì)算：Sn=S+C1+C2=11+0.7+1.1=12.8mm，圓整后取Sn=13mm。復(fù)驗(yàn)，Sn×6%=13×0.06=0.78mm＞0.7mm，故最后取C1=0.7mm。該聚合釜體可用13mm厚的16MnR鋼板制造。因?yàn)閮?nèi)壓要比外壓大，所以按強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)筒的壁厚一定能滿(mǎn)足外壓穩(wěn)定的要求。因此，本設(shè)計(jì)中未做外壓的設(shè)計(jì)。4.1.4夾套筒體與封頭壁厚確實(shí)定依同樣的方法，確定e筒=5mme封=6mm4.2攪拌器確實(shí)定4.2.1選擇攪拌槳葉型式，確定攪拌槳葉尺寸采用直葉開(kāi)啟式渦輪式槳葉,依據(jù)【化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)】上P832表10-1，P838表10-5和【聚合物合成工藝設(shè)計(jì)】P80據(jù)【聚合物合成工藝設(shè)計(jì)】P77表6-4，計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)Z=4-8,Z取6〔Z為槳葉數(shù)〕d/D=1/4-1/2,取1/4,那么，d=0.8m〔d為槳葉直徑〕b/d=1/8-1/5,取1//8,那么，b=0.1(b為槳葉寬度)C/D=1,那么C=3.2m(C為槳葉距釜底距離)Ut=2-10m/s,取ut=3m/s(ut為槳葉端線速度)黏度按1Pa×s4.2.2設(shè)計(jì)攪拌附葉按裝四塊擋板，其上端與靜液面平齊，下端與反響器直筒局部下沿對(duì)齊，寬度為D/12=3.2/12=0.27m,且擋板緊貼著釜壁且垂直于釜壁設(shè)置導(dǎo)流筒，且槳葉常置于導(dǎo)流筒的下端，且直徑為釜徑的70%。4.2.3確定攪拌轉(zhuǎn)數(shù)攪拌等級(jí)選六級(jí)，其對(duì)應(yīng)的流體總體速度為u=11.0m/min攪拌槳葉排出流量數(shù)qd=u×〔0.785d2〕=11.0(0.785×0.82)=5.53m3/min計(jì)算攪拌轉(zhuǎn)速利用圖5-17【聚合物反響工程根底】P162,假設(shè)為湍流操作，查得Nqd=0.87,從而：N=qd/(Nqd×d3)=5.53/(0.87×0.86)=12.4r/min此時(shí)的雷諾數(shù)為：NRw=pNd2/u=0.886×1000(12.4/60)×0.82/1=117由圖5-17讀出，Nq約為0.46，重新計(jì)算轉(zhuǎn)速：N=5.53/(0.46×0.83)=23.5r/min由此得雷諾數(shù)NRw=pNd2/u=0.886×1000(23.5/60)×0.82/1=222；由圖5-17讀出，Nq約為0.54，重新計(jì)算轉(zhuǎn)速得：N=20r/min計(jì)算雷諾數(shù)為NRw=189再?gòu)膱D5-17讀出，NQD=0.53,與上一個(gè)設(shè)定的NQD接近，故攪拌槳葉轉(zhuǎn)速可確定為20r/min對(duì)攪拌槳葉直徑進(jìn)行黏度校正，校正因數(shù)CF列于表5-6【聚合反響工程根底】P165。de=d/Cf(CF取0.94)de=0.8/0.94=0.85m,be=0.11m4.2.4計(jì)算攪拌槳葉的軸功率消耗由NRe=162,查【聚合反響工程根底】P155圖5-13中曲線q的功率函數(shù)￥=2.4又當(dāng)NRe<300,有擋板或無(wú)擋板時(shí)，￥=NP=P功率/〔p密度N3D5Pa=￥×p密度N3D5=2.4×886×(20/60)3×(0.85)=26w=0.026kw4.2.5選用攪拌功率p攪拌功率=〔Pa+Pm〕/￡傳動(dòng)效率=〔0.026+12%Pa〕/0.9=0.032kw4.3各物料進(jìn)出管口直徑確定黏度較大的液體流速范圍為0.5-1m/s，且盡量要取低些，取0.5m/s,見(jiàn)【化工原理】P27表1-34.3.1釜底、釜頂進(jìn)出料管直徑確定根據(jù)流量、流速和公式u×3.14×(dｉ/2)2=qV計(jì)算而得dｉ=2×=0.141m,出料管徑為dｉ=0.141m圓整去140m4.3.2圓形人孔、手孔以及視鏡圓形人孔直徑選500mm,其具體標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)【聚合物合成工藝設(shè)計(jì)】P187的表。同樣，手孔、視鏡的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)附錄4.4軸密封形式由于反響是在常壓下進(jìn)行且攪拌軸功率較小，選用填料密封形式的軸密封裝置4.5.流體輸送機(jī)械的選型設(shè)計(jì)〔以去離子水為例〕4.5.1操作條件輸送介質(zhì)：去離子水操作溫度：50C儲(chǔ)罐液面壓力：常壓；聚合釜液面壓力：常壓流量：qv=204362.48/(8×886)=28.83m3/h入口液面至泵中心距離：4.5m,出口中心至泵中心距離：6.5m吸入管管長(zhǎng)：20m(管徑￠30×2.5；閘閥一個(gè)；止回閥一個(gè)；三通兩個(gè)；900彎頭5個(gè)排出管管長(zhǎng)：60m(管徑￠26×3);閘閥5個(gè)；止回閥一個(gè)；變徑一個(gè)；三通兩個(gè)；900彎頭10個(gè)4.5.2泵的揚(yáng)程的計(jì)算以泵中心線為基準(zhǔn)，在儲(chǔ)罐液面與聚合釜液面之間列伯努利方程為：H=Z2-Z1+(u12-u22)/2g+(P2-P1)/P密度g+∑Hf式中∑Hf=∑Hf入+∑Hf出又∑Hf入=〔el/d+∑〕ue2/2gue=4×28.83/(3600×0.0252×3.14=16.32m/sRE=998.2×2.208×0.025/(6.5×10-5)=5560000>4000湍流查《化工原理》上冊(cè)P30表1-1，取Δ=0.2mm,那么,那么Δ/d=0.008;再查P29圖1-32得：e=0.022.查P31表1-2得：e=1.3，閘閥開(kāi)：e=0.17，止回閥全開(kāi)e=2,e入=0.5，900彎頭e=0.75×5=3.75∑Hf入=〔0.022×20/0.025+1.3+0.17+2+3.75〕×2.2082/(2×9.81)=3.054m(液柱)∑Hf入=〔el/d+∑ζ〕ue2/2gU出=4×28.83/(3600×0.022×3.14=2.55m/sRE=886×2.55×0.02/(6.5×10-5)=695000>4000湍流查【化工原理】上冊(cè)P30表1-1，取Δ=0.2mm,那么Δ/d=0.01.再查P29T圖1-32得：e=0.038。查P31表1-2得三通e出=1.3×2=2.6；閘閥1/2開(kāi)：e=4.5×5=22.5；止回閥全開(kāi)e=2,900彎頭e=0.75×10=7.5，e出=1.0∑Hf出=(0.038×60/0.02+2.6+22.5+2+7.5+1)×3.04502/(2×9.81)=90.8m(液柱)H=(6.5-4.5)+3.054+90.8=95.8m(液柱)假設(shè)考慮1.1的平安系數(shù)，那么揚(yáng)程為106m液柱4.5.3選泵由于介質(zhì)為去離子水，為節(jié)約本錢(qián)，據(jù)【化工工藝手冊(cè)】上P2-644圖19-2選用離心泵，據(jù)【化工原理】上冊(cè)P293，選IS55-40-305.有關(guān)性能如下，轉(zhuǎn)速：2900轉(zhuǎn)，流量15m/s,揚(yáng)程127m,效率28%，軸功率為18.5km,電機(jī)功率30kw,必須氣蝕余量2.5m,質(zhì)量〔泵/底座〕kg152/1104.6調(diào)節(jié)釜的設(shè)計(jì)由于此釜的作用是用氨水調(diào)節(jié)PH值以及參加一些助劑等，同時(shí)，由于氨水〔適量〕、殺菌劑(3)、消泡劑〔1.5或1.8〕等助劑，對(duì)反響的樹(shù)脂質(zhì)量幾乎沒(méi)什么影響。為節(jié)約本錢(qián)，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，選擇與聚合釜相同結(jié)構(gòu)、相同尺寸的釜一臺(tái)。4.7過(guò)濾器的設(shè)計(jì)聚合物粒子小，只有0.1-1um,產(chǎn)物是一種穩(wěn)定的分散液，其膠乳可直接看做產(chǎn)品，而且以水為介質(zhì)。要求樹(shù)脂分子量高且含有較多的固體分(因?yàn)楣腆w分含量較高時(shí)，可一次涂覆厚涂膜)，同時(shí)它還可以稀釋。不管怎樣，均要求其固體分含量高且對(duì)雜質(zhì)應(yīng)有較大的過(guò)濾要求。故需選擇那些能增加固體分含量同時(shí)對(duì)雜質(zhì)有較強(qiáng)的過(guò)濾能力的過(guò)濾器。綜合各方面要求，選擇間歇式加壓圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)。5．廠址車(chē)間、平安防護(hù)及三廢處理設(shè)計(jì)5.1廠址選擇及車(chē)間布置車(chē)間布置是設(shè)計(jì)工作中很重要的一環(huán)，車(chē)間布置的好壞直接關(guān)系到車(chē)間建成后是否符合工藝要求，能否有良好的操作條件，使生產(chǎn)正常平安地進(jìn)行，設(shè)備的維修檢修方便可行，以及對(duì)建設(shè)投資、經(jīng)濟(jì)效益等都有著極大的影響。所以在進(jìn)行車(chē)間布置時(shí)必須充分掌握有關(guān)生產(chǎn)、平安、衛(wèi)生等資料，在布置時(shí)做到深思熟慮，仔細(xì)推敲，以取得一個(gè)最正確方案。車(chē)間布置設(shè)計(jì)是以工藝為主導(dǎo)，并在其他專(zhuān)業(yè)、流程圖、土建、自控、設(shè)備、安裝、電力、冷凍、暖風(fēng)、外管等密切配合之下完成的。因此，在進(jìn)行車(chē)間布置設(shè)計(jì)時(shí)，要集中各方面的意見(jiàn)，最后由工藝人員匯總完成。車(chē)間有大有小，但根本上由生產(chǎn)、輔助、生活設(shè)施三局部組成。精細(xì)化工及一般中小型化工生產(chǎn)布置在一棟廠房?jī)?nèi)，就是一個(gè)車(chē)間布置。廠址選擇的依據(jù)及原那么生產(chǎn)能力：本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)丁苯橡膠30萬(wàn)噸。交通運(yùn)輸：該廠屬于丁苯橡膠生產(chǎn)的大型企業(yè)，需要有便利的交通運(yùn)輸條件，因而選擇水陸運(yùn)輸比擬方便的地方建廠，且原料供給充足。地形地貌：地勢(shì)較平緩、地帶平闊的丘陵地，保證建廠的土石運(yùn)用量不大。廠區(qū)的面積、形式和其他流程符合需要，廠區(qū)要留有開(kāi)展的余地。氣候條件：主導(dǎo)風(fēng)向要求較穩(wěn)定，場(chǎng)地應(yīng)選擇在城鎮(zhèn)常年空氣下風(fēng)側(cè)，河流下游，盡量遠(yuǎn)離居民區(qū)。水文地質(zhì)：裝置需水量大，故廠址應(yīng)靠近水源充足和水質(zhì)良好的地域，以滿(mǎn)足裝置生產(chǎn)和生活用水及排水，靠近河流但避開(kāi)洪水地段。能源：保證電網(wǎng)供電充足，燃料油供給方便充足。5.1.2車(chē)間布置要考慮的問(wèn)題〔1〕最大限度地滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)包括維修的要求。〔2〕有效地利用車(chē)間建筑面積〔包括空間〕和土地〔設(shè)備能露天布置的盡量露天布置，建筑物能合并的盡量合并〕?！?〕要為車(chē)間的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，先進(jìn)合理以及節(jié)能等要求創(chuàng)造條件?！?〕了解其他專(zhuān)業(yè)對(duì)本車(chē)間布置的要求。〔5〕要考慮車(chē)間的開(kāi)展和廠房的擴(kuò)建?！?〕車(chē)間所采用的勞動(dòng)保護(hù)、防腐蝕措施是否符合要求?！?〕力求車(chē)間各設(shè)備之間輸送管線最短，聯(lián)系最方便。5.1.3廠房布置〔1〕廠房平面布置〔2〕為便于車(chē)間內(nèi)設(shè)備布置和節(jié)約占地面積，廠房輪廓選定為矩形?！?〕柱網(wǎng)間距根據(jù)各設(shè)備的大小，設(shè)定為6-6型。〔4〕廠房長(zhǎng)度設(shè)定為28m?！?〕廠房寬度設(shè)定為12m。〔6〕廠房高度設(shè)定為8m?！?〕廠房設(shè)定為一層。5.1.4設(shè)備布置的平安距離在設(shè)備安裝中，設(shè)備間應(yīng)留有余地，以便操作和維修。查《化工設(shè)計(jì)》，表19表26設(shè)備的平安距離序號(hào)工程凈平安距離/m序號(hào)工程凈平安距離/m1泵與泵間的距離0.79反響釜與墻間距0.72泵離墻的距離1.210反響罐蓋上傳動(dòng)裝置離天花板距離0.83泵列間的距離2.011反響罐底部與人行通道距離1.8-2.04計(jì)量槽間的距離0.4-0.612反響罐卸料口至離心機(jī)的距離1.0-2.55換熱器間的距離1.013通廊、操作臺(tái)通行局部的最小凈空高度2.0-2.56離心機(jī)周?chē)ǖ?.514不常通行的地方的最小凈空高度1.97過(guò)濾機(jī)周?chē)ǖ?.0-1.815操作臺(tái)梯子的斜度45°-60°8反響釜間距1.0-2.016工藝設(shè)備與道路間距1.05.1.5車(chē)間內(nèi)輔助室和生活室布置〔1〕生活規(guī)模較小的車(chē)間，多數(shù)是將輔助室、生活室集中布置在車(chē)間的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。〔2〕考慮到通風(fēng)和采光效果，一般將生產(chǎn)區(qū)集中放在北面，輔助室、生活室放在南面?！?〕輔助室、生活室應(yīng)盡量接近平安通道?！?〕輔助室、生活室和生產(chǎn)區(qū)間應(yīng)考慮用防火防爆墻隔離。〔5〕輔助室、生活室的門(mén)都應(yīng)朝外開(kāi)，以便人員的撤離。5.2平安防火設(shè)計(jì)[1]在工業(yè)生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程中，都要涉及到平安問(wèn)題。平安工程同時(shí)也是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。不管是哪一種生產(chǎn)行業(yè)，從科學(xué)研究開(kāi)始，經(jīng)過(guò)小型試驗(yàn)，中間試驗(yàn)和擴(kuò)大試驗(yàn)，再經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，建設(shè)和壓力測(cè)試，無(wú)時(shí)無(wú)刻不涉及到平安問(wèn)題。平安設(shè)計(jì)是完成設(shè)計(jì)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。平安問(wèn)題要由每個(gè)設(shè)計(jì)人員具體考慮。在設(shè)計(jì)工作中安排所需的平安措施，同時(shí)還要由專(zhuān)業(yè)平安設(shè)計(jì)人員進(jìn)行集中管理，通盤(pán)考慮方能到達(dá)總體平安的目的。提高化工行業(yè)的平安性主要從兩方面著手：在硬件方面，提高設(shè)備的可靠性；在軟件方面，加強(qiáng)現(xiàn)代化的平安管理。對(duì)于小型化工企業(yè)，應(yīng)加速技術(shù)改造，在設(shè)備操作上加強(qiáng)密閉化，機(jī)械化和集中控制，增強(qiáng)防護(hù)措施，使操作人員脫離不良的勞動(dòng)環(huán)境。實(shí)踐證明，只有通過(guò)有效的管理才能對(duì)危險(xiǎn)性進(jìn)行有效的控制。近年來(lái)，隨著化學(xué)工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，平安管理方式也有很大的開(kāi)展，其中最主要的是引入系統(tǒng)工程的方法，解決危險(xiǎn)性的辨識(shí)和評(píng)價(jià)問(wèn)題。從生產(chǎn)的角度看，工業(yè)平安有兩個(gè)側(cè)面。一個(gè)是以防火、防爆為主要的平安措施；另一個(gè)側(cè)面是防止污染擴(kuò)散形成的暴露源對(duì)人身造成的健康危害?；馂?zāi)和爆炸是化工行業(yè)最大的威脅，但是由于化工行業(yè)人員吸取過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和在平安方面所做的不懈努力，在生產(chǎn)中的不平安因素正在逐漸克服。有害和有毒物質(zhì)對(duì)于人身健康的危害有時(shí)雖然是急性的，但大多數(shù)是屬于慢性的。急性健康危害容易引起人們的重視，慢性健康危害卻常常被人們無(wú)視。綜合平安防護(hù)防火防爆〔1〕根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)〔GBJ16—87〕建筑設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)，本廠屬于甲級(jí)防火防爆單位，各工序崗位的管理均應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求?！?〕在廠范圍內(nèi)，30米以?xún)?nèi)嚴(yán)禁煙火，嚴(yán)禁攜帶易燃、易爆品和穿釘鞋進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)域，生產(chǎn)所用的易燃品〔棉紗、油類(lèi)等〕應(yīng)放在指定地點(diǎn)，并妥善保管?！?〕盛裝和輸送易燃易爆物料的設(shè)備，管道應(yīng)該嚴(yán)密無(wú)泄露，發(fā)現(xiàn)泄露應(yīng)及時(shí)檢修，假設(shè)開(kāi)車(chē)無(wú)法檢修，又嚴(yán)重威脅平安生產(chǎn)，應(yīng)立即停車(chē)檢修。〔4〕所有盛裝易燃易爆物料的設(shè)備和運(yùn)輸管道，均應(yīng)有良好的靜電接地裝置，接地總電阻不得大于4歐姆，廠房和裝置的避雷裝置應(yīng)保持良好，不得損壞，每年要檢測(cè)校驗(yàn)一次，接地線的測(cè)試由動(dòng)力廠負(fù)責(zé)，檢測(cè)記錄應(yīng)報(bào)生產(chǎn)單位和生產(chǎn)機(jī)動(dòng)部、安環(huán)質(zhì)檢部各一份，以備待查?！?〕所有的電動(dòng)機(jī)和電器設(shè)備均應(yīng)有良好的接地裝置，機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備應(yīng)有完整的平安防護(hù)罩?！?〕當(dāng)班工人，不得任意脫離工作崗位，傳動(dòng)設(shè)備合閘前，要按操作法規(guī)定，嚴(yán)格細(xì)致檢查，注意設(shè)備內(nèi)外是否有人工作?！?〕下釜、下槽和進(jìn)入其他設(shè)備容器工作應(yīng)做到：①切斷電源，拿下保險(xiǎn)，并掛上嚴(yán)禁合閘的警示牌。②物料管道等斷開(kāi)并堵盲板，切斷物料等。容器內(nèi)用N2或水置換，進(jìn)行取樣分析，易燃易爆或有毒物質(zhì)含量小于規(guī)定范圍，含氧量在18~21%，并保持良好通風(fēng)，方可進(jìn)行操作。③如需動(dòng)火處理，應(yīng)按規(guī)定辦理動(dòng)火手續(xù)。④進(jìn)缸工作，應(yīng)戴好平安帶和平安帽等防護(hù)用具，并按規(guī)定辦好票證。⑤外面應(yīng)留一人監(jiān)護(hù)，監(jiān)護(hù)人應(yīng)高度負(fù)責(zé)，不得隨意離開(kāi)崗位。〔8〕登高作業(yè)2米以上，應(yīng)帶好平安帶和平安帽，并攜帶好材料、工具、切勿落下傷人?！?〕平安閥、防爆膜、壓力表要經(jīng)常保持靈活好用，均應(yīng)按照受壓容器管理標(biāo)準(zhǔn)要求，按期進(jìn)行核驗(yàn)，并作好記錄，打好鉛封，記錄上應(yīng)有檢驗(yàn)人簽字存檔備查，如遇特殊情況，例如平安閥誤操作跳開(kāi)，低改高型號(hào)樹(shù)脂生產(chǎn)，要隨時(shí)調(diào)校平安閥。〔10〕砂封、阻火器等平安裝置每半年清理檢查一次?！?1〕系統(tǒng)設(shè)備管道停車(chē)檢修，必須將物料處理干凈，排N2置換。經(jīng)分析化驗(yàn)合格，辦理動(dòng)火證后，方可動(dòng)火檢查。〔12〕系統(tǒng)設(shè)備，管道開(kāi)車(chē)，應(yīng)用N2置換，分析含氧在3%以下，方可進(jìn)行開(kāi)車(chē)。〔13〕盛裝和輸送C2H2、VCM的管道，設(shè)備嚴(yán)禁用鐵器敲打，以免發(fā)生火花?！?4〕盛裝和輸送C2H2的設(shè)備及其附件、管道和管件、閥門(mén)等，不得采用銅、銀、汞等金屬材質(zhì)，防止產(chǎn)生爆炸物，如需采用銅材，其含量不得超過(guò)70%，如需采用汞做壓力計(jì)時(shí)，要加甘油等做隔離液?！?5〕電石庫(kù)應(yīng)保持枯燥、通風(fēng)良好，排塵裝置完善，盛裝電石的吊斗和加料貯斗等的襯里應(yīng)完整。發(fā)生器加料前，電石貯斗應(yīng)按照操作法排N21~2分鐘?！?6〕VCM單體貯槽、計(jì)量槽的VCM填充系數(shù)不大于85%?！?7〕凡來(lái)廠的新工人或外來(lái)實(shí)習(xí)培訓(xùn)人員在進(jìn)