【正文】 ..................................................................................... 27 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) ....................................................................................................................... 27 各聚合釜反應(yīng)轉(zhuǎn)化率確定 ............................................................................................. 29 各釜物料組成及物性數(shù)據(jù) ............................................................................................. 30 聚合釜的熱量衡算 ........................................................................................................ 38 設(shè)備的 計(jì)算及選型 .............................................................................................................. 43 聚合釜計(jì)算 ................................................................................................................... 43 ．各反應(yīng)器的確定 ......................................................................................................... 51 泵的選擇（以溶劑油泵為例） ............................................................................................ 59 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) ....................................................................................................................... 59 確定流量與揚(yáng)程 ............................................................................................................ 60 選泵 .............................................................................................................................. 62 選電機(jī) .......................................................................................................................... 62 幾何安裝高度的確定 .................................................................................................... 62 參 考 文 獻(xiàn) ................................................................................................................................. 63 致謝 .............................................................................................................................................. 65 年產(chǎn) 萬(wàn)噸順丁橡膠聚合車間工藝設(shè)計(jì) 1 第一章 前 言 順丁橡膠 順丁橡膠，即順式 1,4聚丁二烯橡膠 ， 呈白色或微黃色 ,簡(jiǎn)稱 BR。 目前，有中國(guó)、美國(guó)、日本、英國(guó)、法國(guó)、 意大利、加拿大、 俄羅斯 、 德國(guó)等15 個(gè)國(guó)家生產(chǎn)順丁橡膠， 20 多個(gè) 品種。世界出現(xiàn)新型溶液聚合新技術(shù)。 1962 年 、 開展了鎳和稀土元素作為主催化劑合成順丁橡膠的研究， 次 年發(fā)現(xiàn)新型三元鎳系催化劑，制得加工和物性均優(yōu)的高順式聚丁二烯橡膠。 20xx 年北京燕化石油 化工公司研究院開研發(fā)出低順式順丁橡膠的生產(chǎn)技術(shù)，在SBS 生產(chǎn)裝置上進(jìn)行了全流程的試生產(chǎn)。 順丁橡膠是僅次于丁苯 橡膠的世界第二大通用合成橡膠。近 10 年來，中國(guó)橡膠工業(yè)生產(chǎn)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展，年遞增速度在 8%左右；技術(shù)進(jìn)步顯著，新產(chǎn)品、新工藝、新設(shè)備發(fā)展迅速；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整大有成效，代表輪胎發(fā)展方向的子午線輪胎的產(chǎn)量已占總量的 13%，膠鞋的高檔產(chǎn)品已超過膠鞋總量的 25%，并開發(fā)了為汽車、電子、建筑、家 電等行業(yè)配套的大量精細(xì)橡膠制品；產(chǎn)品出口量年年大幅增長(zhǎng)。 ②丁烷脫氫催化法 優(yōu)點(diǎn)：原料來源豐富，適用范圍廣，反應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，催化劑強(qiáng)度大，活性高，壽命長(zhǎng)。丁烯脫氫法 60 年代已被丁烯氧化脫氫法取代。又引發(fā)劑活性高，用量 少，聚合后不需 要 從產(chǎn)品中除去，適宜單釜連續(xù)聚合，生產(chǎn)能力高，成本低。橡膠的綜合物理機(jī)械性 能較好，但聚合過程中的操作條件要求 嚴(yán)格。 ② 鐵系： 對(duì) 高乙烯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于 80％的鐵系聚丁二烯橡膠（ FVBR）的生膠性能、混煉行為、硫化特性、硫化膠性能、黏彈性能以及耐熱老化性能與溶聚丁苯橡膠（ SSBR）的性能進(jìn)行了比較。 年產(chǎn) 萬(wàn)噸順丁橡膠聚合車間工藝設(shè)計(jì) 9 終止劑： 264，即 2,6— 二叔丁基 — 4— 甲基苯酚。 聚合釜物料衡算 聚合釜的物料衡算圖如圖所示 圖 21 聚合釜的物料衡算 丁二烯系統(tǒng) 產(chǎn) 膠 量 : 150001000247。＝ kg/h ② 三異丁基鋁 Al(iC4H9)3 M Al(iC4H9)3＝ 198 kg/kmol MAl＝ 27 kg/kmol 247。117 ＝ m3/h 由于防老劑與乙醇都是溶解在溶劑油中，所以 264 與溶劑油 的用量 ＝ 防老劑用量－乙醇用量 ＝ m3/h－ m3/h ＝ m3/h 其質(zhì)量約為： 660＝ kg/h 表 23 終止釜的物料衡算 組分 Kg/h t/d t/a w 進(jìn) 料 膠液 % 終止劑 % 水 % 防老劑 % 帶入溶劑 % 總計(jì) 100% 丁烯 % 丁二烯 % 三種引發(fā)劑 % 年產(chǎn) 萬(wàn)噸順丁橡膠聚合車間工藝設(shè)計(jì) 15 出 料 溶劑油 % 干膠 % 終止劑 % 水 % 防老劑 % 總計(jì) 100% 凝聚釜的物料衡算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 終止釜無(wú)聊衡算表中的出料數(shù)據(jù) ； a. 循環(huán)水量：水 /膠液＝ (體積比 )； b. 循環(huán)水入口溫度： 90℃ ； c. 表壓為 的水蒸氣耗量：水蒸氣 /膠＝ 5:1 (質(zhì)量比 )； d. 凝聚溫度 95℃ ； e. 凝聚壓力 (表壓 )： f. 膠液入釜溫度： 20℃ ； g. 油水分離內(nèi)，水在烴中的飽和溫度為 100 mg/kg；溶劑油在水中的飽和溶解度 14106 (摩爾分?jǐn)?shù) )； i. 溶劑油 (以正己烷計(jì) )汽化熱為 kJ/kg； 2095℃ 的平均比熱容約為 428kJ/(kg [汽化熱 95℃ ＋平均汽化熱 油水分離器物料衡算 物料衡算如圖所示 凝聚釜頂來油和水 溶劑油對(duì)溶劑回收 去污水池 圖 27 油水分離器物料衡算 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 (2%)： ＝ kg/h 溶劑在水相中的飽和溶解量： ()＝ kg/h （ 2） 油相系統(tǒng) 丁二烯： － ＝ kg/h 丁烯： kg/h 溶劑油： － ＝ kg/h 油相中的飽和水： （ ＋ ＋ ） ＝ kg/h 油水分離器 年產(chǎn) 萬(wàn)噸順丁橡膠聚合車間工藝設(shè)計(jì) 24 表 28 油水分離器物料衡算 組 分 kg/h t/d t/a w 進(jìn) 料 凝聚釜頂油與水 出 料 去 回 收 溶劑油 丁二烯 丁烯 水 合計(jì) % 去 污 水 池 水 溶劑油 丁二烯 合計(jì) % 出 料 合 計(jì) 100% 溶劑回收部分物料衡算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 為簡(jiǎn)化處理，溶劑油的組成按 nC6H14 計(jì)算；烯烴按 C4H6 計(jì)；溶劑中的重組分以 nC8H18計(jì)，按溶劑油總進(jìn)料量的 %計(jì)算 。D3＋ 解得： W3＝ kg/h D3＝ kg/h 表 212 回收塔物料衡算 組分 進(jìn)料 塔頂 塔底 kg/h w kg/h w kg/h w nC6H14 % 100% % nC8H18 % 0 0% % 合計(jì) 100% 100% % 熱量衡算 主要對(duì)聚合釜進(jìn)行熱量衡算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) ① 聚合釜無(wú)聊衡算數(shù)據(jù)： ② 聚合時(shí)間： 3～ 5h（本次設(shè)計(jì)取 4h） ③ 聚合釜臺(tái)數(shù) ④ 聚合溫度： 94℃ ⑤ 冷卻鹽水：入口溫度 12 ℃ ，出口溫度 8 ℃ ⑥ 溶劑油組成物性數(shù)據(jù)如下表 年產(chǎn) 萬(wàn)噸順丁橡膠聚合車間工藝設(shè)計(jì) 28 表 213 溶劑油組成 組 成 組 分 合 計(jì) nC5H12 nC6H14 nC7H16 Wi 100% Xi 100% Mi 72 84 100 表 214 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 ?/kg/m3 549 590 620 601 《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》下P633 1? ???Wii 比熱容 Cp kJ/(kg℃ ) 數(shù)據(jù)來源 CaCl2 10 1245 《化工手冊(cè)》P2070 各聚合釜反應(yīng)轉(zhuǎn)化率確定 根據(jù)《合成橡膠工業(yè)》第七卷 (1984)P67“丁二烯溶液聚合的工程分析 ”知：丁二烯聚合屬于一級(jí)反應(yīng)，并且，鎳催化體系油溶劑丁二烯的表觀動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)的關(guān)聯(lián)式如下： ? ? ? ?0CkCk p???? ? ?Tk p /4 4 5 5e x p106 3 8 ??? 另根據(jù)《基本有機(jī)化工工廠裝備》知，對(duì)于一級(jí)反應(yīng)，連續(xù)槽式反應(yīng)器的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)速度常數(shù)之間的關(guān)系如下： ( )N0AAN τk+1 C=C 0AANN CC1=x ? ?? ? ? ?x kN N1 11 ? 式中 CAN —第 N 臺(tái)釜內(nèi)反應(yīng)物的濃度； mol/L CA0 — 反應(yīng)物初始濃度； mol/L xN—第 N 臺(tái)釜內(nèi)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率； k — 聚合反應(yīng)表觀速度常數(shù)； min?1 ? —平均停留時(shí)間； min N—連續(xù)槽式反應(yīng)器的臺(tái)數(shù)； 年產(chǎn) 萬(wàn)噸順丁橡膠聚合車間工藝設(shè)計(jì) 30 [C0] —主催化劑的濃度； mol/L kp—鏈增長(zhǎng)速度常數(shù)； L/(mols 查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》上冊(cè) P301 表 414，取冷卻鹽水在螺旋導(dǎo)流板中的流速為 m/s；根據(jù)《攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》 P142 和《化 工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第三冊(cè) P180 有關(guān)內(nèi)容，取聚合釜夾套內(nèi)螺旋導(dǎo)流板的幾何尺寸如圖