【正文】 四 .設(shè)計(jì)任務(wù) 課程設(shè)計(jì)主要任務(wù)包括 : 3 / 64 (聚合工段與后處理工段 )概述 、技術(shù)路線 ,主要原材料。 ，和車間設(shè)備布置圖 CAD繪制聚合釜的裝配圖。 ⒊工藝路線的確定 ⑴聚合方法的確定 根據(jù) 產(chǎn)物結(jié)構(gòu)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(yīng)機(jī)理中選擇出配位聚合，同時(shí)考慮配位聚合所用原料、引發(fā)劑、傳熱、物料輸送、產(chǎn)物溶解、回收、操作方式等方面綜合考慮選擇溶液聚合實(shí)施方法。 ⑶溶劑的選擇 各種溶劑對反應(yīng)原料、產(chǎn)物及反應(yīng)所用各種引發(fā)劑的溶解能力不同。 ⑸引發(fā)劑活性中心的形成方式 — 陳化方式 陳化是指為了提高引發(fā)劑活性，充分發(fā)揮各組分的作用，在聚合前事先把引發(fā)劑各組分安一定配比，在一定的條件下進(jìn)行的預(yù)混合反應(yīng)。其總反應(yīng)式為： n CH2＝ CH— CH＝ CH2 [ CH2— CH＝ CH— CH2]n ⑵影響反應(yīng)的因素 影響聚合反應(yīng)的因素主要有引發(fā)劑的陳化方式，引發(fā)劑配制濃度，引發(fā)劑用量、配比，通過幾方面進(jìn)行分析，最后得出比較合適配方為： 鎳 /丁 ??? 鋁 /丁 ??? 硼 /丁 ??? 鋁 /硼 ? 醇 /鋁 =6 鋁 /鎳 =3～ 8 防老劑 /丁二烯 =%（質(zhì)量比） 轉(zhuǎn)化率： 85% 收率： % 每噸順丁橡膠消耗丁二烯 ： ④單體濃度 提高單體濃度聚合反應(yīng)速度增加，有利于提高產(chǎn)量。一般首釜不大于 95℃，末釜不大于 110℃。 聚合工段主要由罐區(qū)、計(jì)量、聚合、配制、粘度等崗位組成。其中罐區(qū)、凝聚采用露天布置，其它全部采用廠房內(nèi)布置。 二、原料、產(chǎn)品的物理化學(xué)性質(zhì)及技術(shù)指標(biāo) （一）原料的物理化學(xué)性質(zhì) 及技術(shù)指標(biāo) 生產(chǎn)順丁橡膠的主要原料：單體：丁二烯；溶劑：溶劑油；引發(fā)劑：環(huán)烷酸鎳、三異丁基鋁、三氟化硼 ⒉溶劑油 (C6 油 ) 組分： C5? %、 C6? %、 C7? %；餾程： 60～ 90℃；碘值： ?02 100. g g ；水值： ?20mgkg 。 ⒎防老劑 熔點(diǎn)： 69～ 71℃；游離甲酚： ?％；灰分： ?％；油溶性：合格。利用環(huán)烷酸鎳－三異丁基鋁－三氟化硼乙醚絡(luò)合物引發(fā) 體系使丁二烯聚合后的產(chǎn)物中含 96％～ 98％的順式 結(jié)構(gòu)，含 1％～ 2％反式 結(jié)構(gòu)和 1％～ 2％的 結(jié)構(gòu)加成物。相反，反式結(jié)構(gòu)產(chǎn)物易結(jié)晶。但它也有加工性欠佳、強(qiáng)度較差、抗?jié)窕圆缓?、有冷流性傾向等不足。 ⒊順丁橡膠的用途 主要用于輪胎加工行業(yè)，另外，還用于輸送帶、傳動(dòng)帶、模壓制品、鞋底、膠鞋及海綿膠等方面。 罐區(qū)崗位負(fù)責(zé)貯存、收送丁二烯和溶劑油。 粘度崗負(fù)責(zé)檢測生產(chǎn)的結(jié)果，測試門尼粘度和轉(zhuǎn)化率。 丁油溶液在聚合釜中，在一定溫度和壓力下，受到引發(fā)劑的作用，發(fā)生丁二烯聚合反應(yīng)，生成高分子量的丁二烯聚合產(chǎn)物 — 聚丁二烯。 混膠崗負(fù)責(zé)接收聚合來的膠液，并將門尼粘度不同的膠液混配成優(yōu)級品指標(biāo)內(nèi)的膠液；在膠液罐定期回收一 部分丁二烯；合格膠液送往凝聚崗。 壓塊崗負(fù)責(zé)稱量壓塊。膠液在罐中根據(jù)門尼粘度值高低進(jìn)行相互混配合格后，經(jīng)過膠液泵送往凝聚崗。 在洗膠罐 中，用 40～ 60℃的水對膠粒進(jìn)行洗滌，經(jīng)洗滌的膠粒和水由 2 號振動(dòng)篩進(jìn)行分離，并將含水 40～ 60％的膠粒送往擠壓干燥崗。 （二）操作控制指標(biāo) ⒈聚合工段操作控制指標(biāo) 丁油濃度： 12～ 17g/100mL 首釜溫度： ≦ 95℃ 未釜溫度： ≦ 110℃ 13 / 64 壓力： ? 引發(fā)劑配方： 鎳 /丁 ??? 鋁 /丁 ??? 硼 /丁 ??? 鋁 /硼 ? 、醇 /鋁 =6 鋁 /鎳 =3～ 8 防老劑 /丁 =% 轉(zhuǎn)化率： 85 % 收率： % 每噸順丁膠消耗丁二烯： t ⒉后處理工段操作控制指標(biāo) 膠液罐：貯量罐容積的 80%；壓力 ?。根據(jù)這些原料的性質(zhì)查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》《化工生產(chǎn)安全與防護(hù)》等確定全車間火災(zāi)危險(xiǎn)等級為甲級；爆炸危險(xiǎn)場所分區(qū)為 2區(qū)；車間建筑物屬一類工業(yè)建筑。 生產(chǎn)人員上崗必須佩帶好勞動(dòng)保護(hù)用品，在接觸三異丁基鋁和三氟化硼乙醚絡(luò)合物時(shí)必須帶好手套、面具及其它防護(hù)用品。 生產(chǎn)設(shè)備超壓時(shí)應(yīng)采取緊急排空措施，必須有專人監(jiān)護(hù)現(xiàn)場。 各貯罐裝料不得超過規(guī)定裝料系數(shù)，而且要有氮?dú)獗Ｗo(hù)。管線動(dòng)火可燃物含量要小于 ％，容器動(dòng)火可燃物含量小于 ％。 ⒉后處理工段 后處理部分所用物 料主要有膠液、丁二烯、溶劑油等，性質(zhì)與聚合所用物料相同，故后處理也屬于易燃易爆崗位，其安全規(guī)定與聚合相同。 生產(chǎn)人員工作服內(nèi)禁止帶東西，防止落入設(shè)備內(nèi)影響生產(chǎn)。 五、工藝計(jì)算與主要設(shè)備選型 （一）物料衡算 ⒈計(jì)算采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 年產(chǎn)量： 80000 t 16 / 64 年開工時(shí)間： 7200 h 每噸順丁橡膠消耗丁二烯： t 總 轉(zhuǎn)化 率： 85% 丁濃： [丁 ]＝ 12～ 17g ml/100 丁油入釜溫度：≤ 40℃ 首釜溫度：≯ 95℃ 末釜溫度：≯ 110℃ 聚合系統(tǒng)壓力：≤ 計(jì)量罐壓力：≤ 計(jì)量泵壓力：≤ 設(shè)計(jì)選用配方： 鎳 /?。? ?? 鋁 /?。? ?? 硼 /丁 ＝ ?? 鋁 /鎳＝ 3～ 8 鋁 /硼 ＞ 醇 /鋁＝ 6 防老劑 /丁二烯＝ ％（質(zhì)量比） 全裝置總收率為 ％；總損耗 ％（包括工藝損耗和機(jī)械損耗）。則需要的原料量： hkg /1 5 3 4 5 3 3 1 8 ?? 隨原料帶入的丁烯量： ?? /h 整理上述計(jì)算結(jié)果列下表。 序號 組 分 kg/h t/d t/a w％ 進(jìn) 料 1 膠 液 2 終 止 劑 3 水 4 防 老 劑 5 帶入溶劑 6 進(jìn)料總計(jì) 100 出 料 7 丁 烯 8 丁 二 烯 9 三種引發(fā)劑 10 溶 劑 油 45839 11 干 膠 12 終 止 劑 13 水 14 防 老 劑 15 出料總計(jì) 100 凝聚釜物料衡算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)： a、終止釜物料衡算表中的出料數(shù)據(jù)； b、循環(huán)水量：取 水 /膠液＝ (體積 )； c、循環(huán)水入口溫度：取 90℃； d、 (表壓 )MPa 水蒸汽耗量： 5 噸水蒸汽 /噸膠； e、凝聚溫度：取 95℃； f、凝聚壓力： (表壓 )MPa； g、膠液入釜溫度：取 20℃； h、油水分離內(nèi)，水在烴類中的飽和溶解度為 100mg/kg；溶劑油在水中的飽和溶解度為 (分子％ )； i、溶劑油 (以正已烷計(jì) )在 95℃時(shí)的氣化熱為 ； 20℃～ 95℃的平均比熱約為 ?? ； j、丁二烯的 95℃時(shí)的氣化熱為 ； 20℃～ 95℃的平均比熱約為 kJkgC?? ； k、丁烯 (以正丁烯計(jì) )在 95℃時(shí)的氣化熱為 ； 20℃～ 95℃的平均比熱約為 ?? ； m、經(jīng)振動(dòng)篩后自由水全部脫除，膠粒內(nèi)含 60％，含油約為 ％； n、干 燥脫水裝置使膠粒內(nèi)含水和油 (即揮發(fā)分 )小于 ％； o、包裝入庫成品膠質(zhì)量指標(biāo) (見表 91) 注： h,i,j 數(shù)據(jù)查于《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》下冊； g 查于《高聚物合成工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》 P30；其余取自某操作現(xiàn)場數(shù)據(jù)。 查《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊 P338 表 10 得： (表 )MPa 水蒸焓值△ H 汽 ＝ 查《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊 P337 表 9 得： 95℃飽和水焓值△ H水 = 。 類別 序號 組分 kg/h t/d t/d W% 進(jìn) 1 膠液 2 循環(huán)水 741000 17784 222300 料 3 水蒸汽 55555 4 進(jìn) 料 合 計(jì) 100 5 聚 丁 二 烯 去 6 防老劑 振 7 溶劑油 出 動(dòng) 8 引發(fā)劑 篩 9 終止劑 10 水 23 / 64 11 去 1 號 篩合計(jì) 去 12 丁烯 油 13 丁二烯 水 14 溶劑油 分 15 水蒸氣 離 16 去分離罐合計(jì) 料 損 17 損失丁二烯 失 18 損 失 干 膠 物 19 損失防老劑 料 20 損 失 合 計(jì) 21 出 料 合 計(jì) 100 振動(dòng)篩及熱水罐物料衡算 物料衡算圖見圖 14。物料衡算數(shù)據(jù)列下表。 序號 組分 kg/h t/d t/a W％ 進(jìn) 1 膠 粒 和 水 2 洗 膠 水 145000 3480 43500 料 3 進(jìn) 料 合 計(jì) 100 4 去 凝聚循環(huán)熱水罐的水 741000 17784 222300 5 去 洗 滌 熱 水 罐 的 水 145000 3480 43500 出 去 6 聚 丁 二 烯 干 7 防 老 劑 燥 8 溶 劑 油 脫 9 水 水 10 6 9 項(xiàng)合計(jì) 去 11 引 發(fā) 劑 污 12 終 止 劑 料 水 13 水 池 14 1113項(xiàng)合計(jì) 15 出 料 總 合計(jì) 100 干燥脫水物料衡算 含水膠粒 干燥 .脫水 去包裝 水 .溶劑油去污水池 圖 15 干燥 .脫水物料衡算圖 按指標(biāo)膠內(nèi)揮發(fā)分 (水、油 )＜ ％，設(shè)計(jì)取 ％，其中水 ％，油 ％。 ? ? ? ?? ? ?6 4 4? kgG ? /h 這些冷凝水有 包含在膠粒內(nèi)，全部冷凝水與循環(huán)水一起支振動(dòng)篩。 21 / 64 溶劑油、丁二烯、 水蒸氣 去油水分離器 熱水 機(jī)械損失 膠液 熱 水 、 膠 粒 去 振 動(dòng) 篩 渣沫損失 水蒸氣 圖 13 凝聚釜物料衡算圖 （ 1）循環(huán)熱水量 取： 水 /膠液＝ (體積比 ) 則用水量： 37 8 4 )1 1 5 ( M??? /h 取用水量為 741M3 /h；即為 741T/h。 19 / 64 序號 組 分 kg/h t/d t/a w％ 1 丁 烯 進(jìn) 2 丁 二 烯 3 溶 劑 油 4 環(huán)烷酸鎳 料 5 三異丁基鋁 6 三氟硼乙醚絡(luò)合物 7 進(jìn)料合計(jì) 100 8 丁 烯 出 9 丁 二 烯 10 溶 劑 油 11 去終止釜聚丁二烯 料 12 三種引發(fā)劑 13 掛膠損失 14 出料合計(jì) 100 終止釜的