【正文】 指正。吉林化工學(xué)院 年 月 日 材 料 科學(xué)與 工程學(xué)院 課程 設(shè)計 年產(chǎn) 5萬噸丁苯橡膠裝置聚合工段工藝設(shè)計 An annual output of 50000 tons of styrene butadiene rubber device polymerization section process design 學(xué)生學(xué)號 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 張 鈺 教 授 聯(lián)合指導(dǎo)教師 張 鈺 教 授 完成日期 吉林化工學(xué)院 Jilin Institute of Chemical Technology 吉林化工學(xué)院 摘 要 本設(shè)計是以丁二烯和苯乙烯為原料，年產(chǎn) 5 萬噸丁苯橡膠的工藝設(shè)計。 本設(shè)計旨在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實踐，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)計中的物料衡算、能量衡算、設(shè)備的計算、選型，對參考文獻(xiàn)的查閱與學(xué)習(xí)等的方法。 企業(yè)名稱 新建 /擴(kuò)建能力（萬 t/a SBR） 計劃投產(chǎn)時間 備注 印度石油天然氣公司 14 2020年 臺灣國光石化公司 15 2020年 計劃 2020年 1月中旬簽 署土地開墾合同 臺橡公司將與印度石油公司合資 12 2020 撫順石化 20 2020 批復(fù) 天津陸港石油橡膠工程有限公司 10 2020年末 2020年 3月土建開工 福建聯(lián)合石油護(hù)工有限公司 10 2020年 合計 81 吉林化工學(xué)院 3 表 113 2020年我國 SBR生產(chǎn)廠家及能力 [1] 品種 生產(chǎn)廠家 生產(chǎn)能力（萬 t/a） ESBR 江蘇南通申華化工公司 18 吉林石化公司 14 齊魯石化公司 蘭州石化公司 揚(yáng)子石化與南京金浦集團(tuán) 普利司通（惠州）合成橡膠公司 23 10 5 小計 SSBR 燕山石化公司 茂名石化公司 3 3 高橋石化公司 10 小計 16 合計 表 114 近年我國 SBR市場供需情 況 [1] 年份 產(chǎn)量 /萬噸 進(jìn)口量 /萬噸 出口量 /萬噸 表觀消費(fèi)量 /萬噸 2020 2020 2020 2020 2020 2020 國內(nèi) SBR產(chǎn)能由 2020年的 t/a增長至 2020年的 t/a， 3年內(nèi)產(chǎn)能增長了55%。 20世紀(jì) 80年代初期，英國的 Duniop公司和荷蘭的 Shell公司通過高分子設(shè)計技術(shù)共同開發(fā)了新的低滾動阻力型 SSBR產(chǎn)品，日本合成橡膠公司與普利斯通公司共同開發(fā)了新型錫偶聯(lián) SSBR等第二代 SSBR產(chǎn)品，這標(biāo)志著 SSBR的生產(chǎn)技術(shù)已進(jìn)入了新的階段。近兩年在世界丁苯橡膠消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，用于生產(chǎn)輪胎及汽車制品用橡膠零部件對丁苯橡膠的需求量約占總消費(fèi)量的 %，非汽車用 橡膠制品約占總消費(fèi)量的 %，制鞋等其他方面約占總消費(fèi)量的 %[6]。 mCH2=CHCH=CH2+ n CH=CH2 [CH—CH2]n[CH2CH=CHCH2]m 吉林化工學(xué)院 11 但是，拜耳同時也指出 ESBR1500,1712 對不同用戶需求的適應(yīng)性很強(qiáng) [7]。 南通申華化學(xué)工藝路線與吉化公司基本相當(dāng)，其技術(shù)來源于臺灣合成橡膠公司，聚合系統(tǒng)聚合溫度控制在 8℃ 左右 ，轉(zhuǎn)化率為 63%66%，單體丁二烯回收用水環(huán)真空泵，苯乙烯回收采用兩臺減壓蒸餾塔串聯(lián)操作，脫水機(jī)為兩臺并聯(lián)操作，每條生產(chǎn)線兩臺小干燥箱（美國 WP 公司生產(chǎn)）并聯(lián)進(jìn)行干燥 [9]。而懸浮聚合可以克服本體聚合和溶液聚合的上述缺點(diǎn)[11]。在與活化劑溶液（還原劑、螯合劑等）混合，從第一個釜的底部進(jìn)入聚合系統(tǒng)，氧化劑直接從第一個釜的底部直接進(jìn)入。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)通過干燥室干燥。為了保證釜中物料的流動、混合與傳熱，液滴的分散或固體物料的均勻懸浮，釜中設(shè)有攪拌裝置 [19]。復(fù)驗 Sn6%=8= mm＜ ，故不能取 C1=，取C1= 重新計算： Sn=S+C1+C2=++=，圓整后取 Sn=8mm ?！?)(5℃ ) q=FCp△T(kcal/h) BD 5 ST 5 EM 5 MOD 5 ACT 5 OXI 5 TOTAL 吉林化工學(xué)院 26 攪拌熱 攪拌熱為聚合熱的 5%計算 反應(yīng) 8 小時，則第一反應(yīng)釜的攪拌熱為 : q1=q5%== 所需氨的量 總QHrm ?? m：氨的質(zhì)量； Hr：氨的汽化潛熱， 7℃ 時為 , 5℃ 時為 。 后處理工段 混合好的乳膠用泵送到絮凝槽中，加入 24%～ 26%食鹽水進(jìn)行破乳而形成漿狀物，然后與濃度 %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。 鏈終止 乳聚丁苯橡膠聚合過程的終止主要是雙基結(jié)合終止。而微懸浮法也是生產(chǎn)糊樹脂的方法，但僅用于特殊用途。 蘭州石化公司橡膠廠丁苯橡膠以氯化鉀為電解質(zhì)（ PH 緩沖溶液）、過氧化氫二異丙苯為氧化劑、以叔十二碳硫醇為調(diào)節(jié)劑，借液氨冷卻，在 58℃ 下，丁二烯和苯乙烯在聚合釜中進(jìn)行聚合反應(yīng)，待末釜單體轉(zhuǎn)化率達(dá) 6468%時，用終止劑終止聚合反應(yīng)，單體回收采用水環(huán)式壓縮機(jī)，用擠壓脫水機(jī)、膨脹干燥機(jī)進(jìn)行脫 水干燥 [8]。另外，還應(yīng)該看到以下因素 [7]： (1)在現(xiàn)有的溶液聚合裝置上花較少的費(fèi)用就能有效地擴(kuò)大 SR 的能力。 設(shè)計地區(qū)自然條件如下： 土壤最大 凍土深度： 米 土壤設(shè)計凍土深度： 米 全年主導(dǎo)風(fēng)向：西南風(fēng) 夏季主導(dǎo)風(fēng)向：東南風(fēng) 年平均風(fēng)速： 米 /秒 地震裂度： 7 度 年平均降雨量： 毫米 日最大降雨量： 毫米 平均氣壓： 最高氣溫： ℃ 最低氣溫： 10℃ 最大降雪量： 420 毫米 水溫： 15℃ 吉林化工學(xué)院 8 第 2 章 工藝論證 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與性能 名稱及其結(jié)構(gòu) 名稱：乳聚丁苯橡膠，簡稱 ESBR （ styrenebutadiene rubber） 分子式： CH 2CH CH CH 2CH2CH nn 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規(guī)分布，又由于丁二烯的加成反應(yīng)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)。 溶聚丁苯橡膠合成技術(shù)進(jìn)展 [4] 20世紀(jì) 50年代末期，美國 Philips公司采用鋰引發(fā)陰離子聚合成功地開發(fā)了 SSBR并于1964年實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。 2020年，國內(nèi) SBR生產(chǎn)廠家及能力見表 13。比如：生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，潛在替代品的市場競爭，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)和市場開拓等，都在不同程度上影響著 SBR 的進(jìn)一步發(fā)展，在上述問題上仍有大量工作要做，對生態(tài)環(huán)境安全的配套助劑，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。 關(guān)鍵詞 : 丁苯橡膠 乳液聚合 工藝設(shè)計 丁二烯 苯乙烯 吉林化工學(xué)院 Abstract The design is based on butadiene and styrene as raw materials, with an annual output of 50000tons of SBR process design. By paring with the present SBR polymerization production method, we make a decision to treat emulsion polymerization at low temperature as polymerization production method at last. In the design process, in accordance with the requirements of the mission design, a more detailed material balance and energy balance, equipment for the calculation and selection process, at the same time on styrene butadiene rubber production in the process of attention to safety issues and the three wastes management should be made a note. Drawing the main equipment according to the process design and calculation results。特別是汽車工業(yè)處于艱難困境，通用、克萊斯勒等知名汽車企業(yè)已宣布破產(chǎn)。 美國 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、催化劑和促進(jìn)劑的官能化苯乙烯與含有 2%3%離子表面活性劑和10%70%增塑劑的丁二烯在 025℃ 下進(jìn)行乳液共聚，制得含有酰氨基的官能化 ESBR。 我國丁苯橡膠新技術(shù)的開發(fā) [5] 近年來我國開展了許多丁苯橡膠科研開發(fā)與技術(shù)改革，大連理工大學(xué)化工學(xué)院與燕吉林化工學(xué)院 6 山石化公司研究院以 正丁基鋰為引發(fā)劑合成了丁二烯 苯乙烯二嵌段共聚物，該共聚物與普通溶聚丁苯橡膠相比，不僅具有良好的物理機(jī)械性能，同時具有低滾動阻力和高抗?jié)窕阅?，此外還采用由正丁基鋰和二乙烯基苯合成的多螯型引發(fā)劑及 SnCl偶聯(lián)劑等合成了具有寬相對分子質(zhì)量分布、高門尼粘度的溶聚丁苯橡膠，并且采用濕法充油值得了物理機(jī)械性能優(yōu)異的充油丁苯橡膠。其反應(yīng)方程式為： 生產(chǎn)方法論證 丁苯橡膠的生產(chǎn)包括溶聚和乳聚兩種工藝。目前存在的主要問題是價格較高，各生產(chǎn)者所生產(chǎn)的產(chǎn)品之間沒有很好的互換性。因此盡管溶液 丁苯橡膠成本比乳液丁苯橡膠約高出 17%，但輪胎生產(chǎn)者使用溶液丁苯橡膠的趨勢已開始越來越明顯，但是由于我國的現(xiàn)狀的限制，所以我國大多數(shù)還是選用乳液丁苯橡膠。 通過以上的各種方案的對比，本設(shè)計選用低溫乳聚制取丁苯橡膠 。 分離過程 丁二烯分離 從終止釜流出的終止后的膠乳液進(jìn)入緩沖罐。= Rt=9 小時 9/=（ 8 釜） 為達(dá)到要求轉(zhuǎn)化率，使聚合反 應(yīng)充分發(fā)生，取反應(yīng)時間 Rt=9 小時，聚合釜為 8 釜串聯(lián)。m3 VR=W/ρm=103= 取聚合釜 VT=32m3， 為提高釜的利用率，裝料系數(shù) η一般取在 ～ ，可取 ，即 η=， 則V=32/= m3， 所以釜的體積應(yīng)該取 38 m3。已知高徑比和 η值后，仍不能確定筒體直徑和高度，因為當(dāng) Di不知時，封頭體積也不知。聚合釜的操作壓力為 ～ ，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)。第一個閃蒸器的操作條件是 22～ 28℃ ，壓力 ，在第一個閃蒸器中蒸出大部分丁二烯；再在第二個閃蒸器中（溫度 27℃ ，壓力 ）蒸出殘存的丁二烯。整個聚合過程分為鏈引發(fā)、鏈增長、鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止四個步驟。聚合物的分子微結(jié)構(gòu)，也隨聚合條件的變化有很大不同。因此盡管溶液丁苯橡膠成本比乳液丁苯橡膠約高出17%，但輪胎生產(chǎn)者使用溶液丁苯橡膠的趨勢已開始越來越明顯，但是由于我國的現(xiàn)狀的限制，所以我國大多數(shù)還是選 用乳液丁苯橡膠。近幾 年國際上溶聚丁苯橡膠的消費(fèi)是一直處于上升趨勢。另外，山東齊魯石化公司橡膠廠開發(fā)成功新一代環(huán)保型丁苯橡膠，這項產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到歐洲同類產(chǎn)品的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。 [2] 日本 JSR公司發(fā)明了一種用兩步 法聚合工藝生產(chǎn)中苯乙烯含量的 ESBR新方法。加之， 2020年 SBR主要原料丁二烯價格高漲，也使 SBR生產(chǎn)企業(yè)的利潤空間被擠壓，這也不得不使部分 SBR生產(chǎn)商降低裝置開工率。 鏈引發(fā) ..........................................................錯誤 !未定義書簽。 所需氨的量 ................................................................................................ 26 第 4 章 反應(yīng)器的選擇 ............