【正文】 設(shè)計(jì)中取 1 號釜電機(jī)功率的 70％、 2 釜電機(jī)功率的 75％、 3 號釜電 機(jī)功率的 80％及 4 號釜電機(jī)功率的 85％用于形成攪拌熱。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(jì)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(diǎn)，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。查《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊P172 修正公式為： ? ?1 1 1 1 7739。 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(jì)算各釜的物料組成如表 912?！?) 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。 (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(jì) 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(jì)算公式 密度 ? kgM3 549 590 620 601 《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》下 P633 1? ???Wii 比熱容 Cp kJ/(kg 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(jìn)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。 （ 5）進(jìn)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。 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 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(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(jì) )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(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)。 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： 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(jì)量罐壓力：≤ 計(jì)量泵壓力：≤ 設(shè)計(jì)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(jī)械損耗）。 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。 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)。 生產(chǎn)人員上崗必須佩帶好勞動保護(hù)用品，在接觸三異丁基鋁和三氟化硼乙醚絡(luò)合物時必須帶好手套、面具及其它防護(hù)用品。 （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 ?。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。 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。 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。 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。相反，反式結(jié)構(gòu)產(chǎn)物易結(jié)晶。 ⒎防老劑 熔點(diǎn)： 69～ 71℃；游離甲酚： ?％；灰分： ?％；油溶性：合格。 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 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 ? ? ?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。 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。 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、三氟化硼乙醚絡(luò)合物；終止劑 —— 乙醇；防老劑 —— （簡稱 ）。該工藝路線包括了如反應(yīng)活性中心的形成過程 ；特殊引發(fā)劑組分的安全防護(hù)；由于溶劑的存在必然要考慮的回收、循環(huán)利用；反應(yīng)的終止方式；產(chǎn)品防老化處理等特點(diǎn)。國內(nèi)對上 述引發(fā)體系曾采用過三種陳化方式，即三元陳化、雙二元陳化、稀硼單加。 ⑥雜質(zhì) 體系中的雜質(zhì)主要有乙腈、水分、炔烴和空氣中的氧等，這些雜質(zhì)主要對引發(fā)劑的活性、誘導(dǎo)期的長短、體系的穩(wěn)定性、聚合速度產(chǎn)生影響，因此，要嚴(yán)格控制在一定指標(biāo)以下。 （三）生產(chǎn)制度 考慮裝置的大修，采用年開工時間為 8000h。 ⒊環(huán)烷酸鎳 鎳含量： ?7～ 8％；水份： ?％；不皂化物： 無 ⒋三異丁基鋁 外觀淺黃透明；無懸浮物；活性鋁含量： ?50％。這種以順式 結(jié)構(gòu)為主的聚合物具有分子鏈長，自然狀態(tài)下為無規(guī)線團(tuán)狀；分子內(nèi)存在獨(dú)立雙鍵使大分子鏈的柔性大，同時易于硫化處理的特點(diǎn)。 順丁橡膠的性能一看生膠的性能 (可塑性、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(jié)構(gòu)、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。聚合崗開車，罐區(qū)連續(xù)給聚合送溶劑油；單體丁二烯由后乙腈直接送聚合，聚合停產(chǎn)時，丁二烯直接送罐區(qū)。 首釜膠液自釜項(xiàng)出口出來，由第二釜釜底進(jìn)入第二釜繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)；再由第二釜的釜項(xiàng)出口出來，由第三釜釜底進(jìn)入第三釜繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)；由第三釜的釜項(xiàng)出口出來，進(jìn)入第四釜繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)；當(dāng)達(dá)到一定粘度和轉(zhuǎn)化率后，在第四釜的出口 管線 (終止釜的入口管線 )與終止劑一起由終止釜釜底進(jìn)入終止釜進(jìn)行終止處理；最后，膠液由終止釜項(xiàng)出口出來，經(jīng)膠液過濾器和壓力控制閥入成品工段凝聚崗的膠液罐。 薄膜崗負(fù)責(zé)薄膜包裝。 通過擠壓 機(jī)擠壓將膠粒含水量降到 8～ 15％，然后，切成條狀進(jìn)入膨脹干燥機(jī)加熱、加壓，達(dá)到膨脹和內(nèi)蒸的目的，除去膠粒中的絕大部分水分，再送入水平紅外干燥箱干燥，使膠的含水量達(dá)到 ％以下。 設(shè)計(jì)中電氣設(shè)備一律選用隔爆式電器設(shè)備；各設(shè)備均有接地線、跨接線等防靜電設(shè)施及防雷設(shè)施；各崗位設(shè)有排風(fēng)系統(tǒng)。 在生產(chǎn)裝置檢修敲打設(shè)備時，必須使用銅制工具或在鐵制工具上涂上黃干油，以免引起火花。 聚合釜清膠要用蒸汽蒸煮 24小時以上，分析釜內(nèi)可燃物小于 ％，氧含量大于 18％方可入釜治理清理。 干燥崗因有油氣逸出和滑石粉能引起呼吸道系統(tǒng)發(fā)炎，因此，要加強(qiáng)通風(fēng)，排風(fēng)。 組分 質(zhì)量分?jǐn)?shù) w kgh t/d t/a Mh3 丁烯 1 丁二烯 99 合計(jì) 100 注：丁烯的密度： 596kgM3 丁二烯密度： 628kgM3 溶劑油密度： 660kgM3 溶劑油系統(tǒng)： 取 [丁 ]＝ ml/100 則有： [丁 ]＝ 135kgm/ 3 每小時進(jìn)入聚合釜的丁油量： 1664 828 135 12 332 3. .? ? m 每小時進(jìn)入聚合釜的丁二烯原料量： 26863. m 每小時進(jìn)入聚合釜的溶劑油量： 12 332 2 686 9 6469 646 660 6366 363. . .. .? ?? ? Mkg 引發(fā)劑系統(tǒng)： 計(jì)算公式： 引發(fā)劑用量＝丁二烯進(jìn)料摩爾數(shù) (引發(fā)劑 /丁 )引發(fā)劑分子量 a、環(huán)烷酸鎳： M 鎳 = 1648 180 54 2 0 10 58 7 0 03585. . . .? ? ? ? ?? kg/h 0 0 3 5 8 58 7 0 0 0 0 6 1. . .? ? km o l/h 商品中環(huán)烷酸鎳的含量為 ％，故環(huán)烷酸鎳的量為： 0 0358 0 075 0 477. . .? ? kg/h b、三異丁基鋁 ? ?? ?Al i C H? 4 9 3： ? ?M Al i C H? ?4 9 3 198 MAl ?27 1 6 4 8 18 54 1 0 10 1 9 8 0 6 0 44. . .? ? ? ? ?? kg/h 折合成鋁的量： 0 6 0 4 27 1 9 8 0 0 8 2 4. .? ? ? kg/h 0 0824 27 0 00305. .?