【正文】 —— 乙醇；防老劑 —— （簡稱 ）。 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)機理中 選擇出配位聚合，同時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，通過幾方面進行分析，最后得出比較合適配方為： 鎳 /丁 ? ? ?20 10 5. 鋁 /丁 ? ? ?10 104. 硼 /丁 ? ? ?20 10 4. 鋁 /硼 ? 、醇 /鋁 =6 鋁 /鎳 =3～ 8 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： 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)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℃的水對膠粒進行洗滌，經(jīng)洗滌的膠粒和水由 2 號振動篩進行分離，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～ 15g/100mL 首釜溫度： ?95℃ 未釜溫度： ?100℃ 壓力： ? 引發(fā)劑配方： 鎳 /丁 ? ? ?20 10 5. 鋁 /丁 ? ? ?10 104. 硼 /丁 ? ? ?20 10 4. 鋁 /硼 ? 、醇 /鋁 =6 鋁 /鎳 =3～ 8 防老劑 /丁 =%～ % 轉(zhuǎn)化率： ?83% 收率： ?95% 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)計手冊》《化工生產(chǎn)安全與防護》等確定全車間火災(zāi)危險等級為甲級；爆炸危險場所分區(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保護用品，在接觸三異丁基鋁和三氟化硼乙醚絡(luò)合物時必須帶好手套、面具及其它防護用品。 生產(chǎn)設(shè)備 超壓時應(yīng)采取緊急排空措施，必須有專人監(jiān)護現(xiàn)場。 各貯罐裝料不得超過規(guī)定裝料系數(shù)，而且要有氮氣保護。管線動火可燃物含量要小于 ％，容器動火可燃物含量小于 ％。 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、工藝計算與主要設(shè)備選型 （一）物料衡算 ⒈計算采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 年產(chǎn)量： 11000 t 年開工時間： 8000 h 每噸順丁橡膠消耗丁二烯： t 總 轉(zhuǎn)化 率： 85% 丁濃： [丁 ]＝ 12～ 15g 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：≤ 計量罐壓力：≤ 計量泵壓力：≤ 設(shè)計選用配方： 鎳 /?。?20 105. ? ? 鋁 /?。?10 104. ? ? 硼 /丁 ＝ 20 104. ? ? 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 ％（包括工藝損耗和機械損耗）。則需要的原料量： 1648 180 0 99 1664 828. . .? ? kg/h 隨原料帶入的丁烯量： 1 6 6 4 828 1 6 4 8 180 16 648. . .? ? kg/h 整理上述計算結(jié)果列下表。 序號 組 分 kg/h t/d t/a w％ 進 料 1 膠 液 2 終 止 劑 3 水 4 防 老 劑 5 帶入溶劑 6 進料總計 100 7 丁 烯 乙醇用量 100％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 出 料 8 丁 二 烯 9 三種引發(fā)劑 10 溶 劑 油 11 干 膠 12 終 止 劑 13 水 14 防 老 劑 15 出料總計 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 )在 95℃時的氣化熱為 ； 20℃～ 95℃的平均比熱約為 ?? ； j、丁二烯的 95℃時的 氣化熱為 ； 20℃～ 95℃的平均比熱約為 kJkgC?? ； k、丁烯 (以正丁烯計 )在 95℃時的氣化熱為 ； 20℃～ 95℃的平均比熱約為 ?? ； m、經(jīng)振動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)計手冊》下冊； g 查于《高聚物合成工藝設(shè)計基礎(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 = 。 （ 5）進入凝聚釜的蒸汽總量： 1 3 7 5 5 0 0 0 6 8 7 5. ? ? kg/h 其中去油水分離器的水蒸氣量： 6875 2197 558 4677 442? ?. . kg/h 整理得凝聚釜物料衡算數(shù)據(jù)列下表。則： 膠內(nèi)含水： ＝ kg/h 脫 水 量： － ＝ kg/h 膠內(nèi)含油： ＝ kg/h 脫 油 量： － ＝ kg/h 去包裝部分 聚丁二烯： kg/h 防 老 劑： kg/h 水： kg/h 溶 劑 油： kg/h 脫出揮發(fā)分組成： 水： kg/h 溶 劑 油： kg/h 干燥、脫水物料衡算圖見圖 95。 油水分離器物料衡算 物料衡算圖： 凝 聚 釜 頂 來油和水 油水分離器 溶劑油對溶劑回收 去污水池 圖 96 油水分離器物料衡算圖 進料量： kg/h 出料部分： （ 1）水相系統(tǒng) 水： － ＝ kg/h 丁二烯溶水損失： ＝ kg/h 溶劑在水相中的飽和溶解量： 247。 序號 組成 kg/h W(%) Mi kmol/h mol(%) 1 nC8H18 114 2 nC6H14 86 3 C4H6 54 4 H2O 18 5 合計 100 100 工藝要求： 脫水塔： 塔頂：含丁二烯 40％，溶劑油 60％； 塔底：不含丁二烯和水 提濃塔： 塔頂：含丁二烯 98％，溶劑油 2％； 塔底：含丁二烯 ％， 回收塔： 塔頂：含溶劑油 ％； 溶劑回收部分物料衡算圖如圖 97 所示。 (6)溶劑油組成及物性數(shù)據(jù) 表 96 溶劑油組成 nC5H12 nC6H14 nC7H16 合計 Wi% 100 Xi% 100 Mi 72 84 100 表 97 溶劑油物性數(shù)據(jù) 物性 nC5H12 nC6H14 nC7H16 溶劑油 數(shù)據(jù)來源 計算公式 密度 ? kgM3 549 590 620 601 《化工工藝設(shè)計手冊》下 P633 1? ???Wii 比熱容 Cp kJ/(kg℃ ) 熱導(dǎo)率 ? W/(m℃ ) 數(shù)據(jù)來源 順丁橡膠 94 480 《合成橡膠工業(yè)》第七卷 (1984)P69 ⑼冷凍鹽水 物性數(shù)據(jù)見表 910。 min) [P 表 911 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 (％ ) 各釜物料組成及物性據(jù)數(shù) 總時料量： h3/ 36＋ ＋ ＝ kg/h 其中 100%丁二烯： kg/h 丁烯： kg/h 溶劑油： kg/h 根據(jù)各釜純轉(zhuǎn)化率計算各釜的物料組成如表 912。 s； Cp— 流體的比熱容， J/(kg查《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊P172 修正公式為： ? ?1 1 1 1 7739。 設(shè)計中取： D＝ ； d＝ ＝ ； n＝ 59r/min。目前，國內(nèi)有的生產(chǎn)廠家主要采用首釜為框式，其余為雙螺帶式，設(shè)計中根據(jù) 1998 年第 1 期《合成橡膠工業(yè)》“順丁橡膠技術(shù)開發(fā)中的幾個工程放大問題”中所分析的框式攪拌器，在使用中存在因湍流 程度不夠而造成釜內(nèi)溫度上下不均及混合分散程度差的缺點，決定全部采用雙螺帶式攪拌器，攪拌轉(zhuǎn)速為 59 r/min，其它幾何參數(shù)如下圖 910 所示。見表 916 表 916 各釜的 P 和 Pa 釜號 Re Np P/KW Pa/KW 1 號 2 號 3 號 4 號 取其中最大的電機功率，同時考慮 的備用系數(shù) ，則實際電機功率為 55KW。設(shè)計中取 1 號釜電機功率的 70％、 2 釜電機功率的 75％、 3 號釜電 機功率的 80％及 4 號釜電機功率的 85％用于形成攪拌