年產(chǎn)5萬噸丁苯橡膠的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-19 18:22 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 物容易分離、生產(chǎn)成本低；能在較高聚合速度中獲得高分子量聚合物；可在反應(yīng)溫度較低的情況下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)熱也容易散出，聚合過程容易控制；在轉(zhuǎn)變?yōu)槟z乳的整個(gè)過程中，乳液粘度較低，設(shè)備強(qiáng)度和能耗也會(huì)降低。 通過以上的各種方案的對(duì)比，結(jié)合吉林化學(xué)工業(yè)公司實(shí)際生產(chǎn)中的狀況，本設(shè)計(jì)選用低溫乳聚制取丁苯橡膠。 丁苯橡膠的工藝原理： 聚合原理 乳聚丁苯橡膠的屬于乳液法鏈?zhǔn)阶杂苫酆蠙C(jī)理。整個(gè)聚合過程分為鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止四個(gè)步驟。 鏈引發(fā) 這是形成單體自由基活性種的反應(yīng)，首先由氧化還原引發(fā)體系在水相中產(chǎn)生初級(jí)自由基。第二步是初級(jí)自由基與單體加成，形成單體自由基。 鏈增長(zhǎng) 在鏈引發(fā)階段形成的單體自由基，活性很高，如無阻聚物質(zhì)與之作用，就能進(jìn)攻第二個(gè)單體分子的π鍵，重新雜化結(jié)合，形成新的自由基，如此循環(huán)下去。該反應(yīng)過程放熱，鏈增長(zhǎng)速率極快（ –ns間），其相關(guān)的速率方程為：式中 Rp—鏈增長(zhǎng)速率，L/（） [I]—引發(fā)劑濃度,mol/l f—引發(fā)劑引發(fā)效率，%； kd—引發(fā)劑分解速率常數(shù)； kp—鏈增長(zhǎng)速率常數(shù)； kt—鏈終止速率常數(shù)。 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。此時(shí)的聚合體系中，除水相外，主要是表面層為乳化劑覆蓋的聚合膠乳粒子。用計(jì)量泵將規(guī)定數(shù)量的相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑與苯乙烯在管路中混合溶解，再在管路中與處理好的丁二烯混合。然后與乳化劑混合液（乳化劑、去離子水等）等在管路中混合后進(jìn)入冷卻器，冷卻至10℃。在與活化劑溶液（還原劑、螯合劑等）混合，從第一個(gè)釜的底部進(jìn)入聚合系統(tǒng)，氧化劑直接從第一個(gè)釜的底部直接進(jìn)入。系統(tǒng)由8~12臺(tái)聚合釜組成，采用串聯(lián)操作方式。當(dāng)聚合到規(guī)定轉(zhuǎn)化率后，在終止釜前加入終止劑終止反應(yīng)。聚合反應(yīng)的終點(diǎn)主要根據(jù)門尼粘度和單體轉(zhuǎn)化率來控制，轉(zhuǎn)化率是根據(jù)取樣測(cè)定固體含量來計(jì)算，門尼粘度由取樣測(cè)定來確定。雖然生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化率控制在60%左右，但當(dāng)所測(cè)定的門尼粘度達(dá)到規(guī)定指標(biāo)要求，而轉(zhuǎn)化率未達(dá)到要求時(shí)，也就加終止齊終止反應(yīng)，以確保產(chǎn)物門粘度尼合格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。然后經(jīng)過兩個(gè)不同真空度的閃蒸器回收未反應(yīng)的丁二烯。第一個(gè)閃蒸器的操作條件是22～28℃，在第一個(gè)閃蒸器中蒸出大部分丁二烯；再在第二個(gè)閃蒸器中（溫度27℃，）蒸出殘存的丁二烯?；厥盏亩《┙?jīng)壓縮液化，再冷凝除去惰性氣體后循環(huán)使用。苯乙烯分離脫除丁二烯的乳膠進(jìn)入苯乙烯汽提塔（高約10m，內(nèi)有十余塊塔盤）上部，，塔頂溫度50℃，苯乙烯與水蒸汽由塔頂出來，經(jīng)冷凝后，水和苯乙烯分開，苯乙烯循環(huán)使用。塔底得到含膠20%左右的膠乳，苯乙烯含量＜%。經(jīng)減壓脫出苯乙烯的塔底膠乳進(jìn)入混合槽，在此與規(guī)定數(shù)量的防老劑乳液進(jìn)行混合，必要時(shí)加入充油乳液，經(jīng)攪拌混合均勻后，送入后處理工段?；旌虾玫娜槟z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，%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。 從膠粒皂化槽出來的膠粒和清漿液經(jīng)振動(dòng)篩進(jìn)行過濾分離后，濕膠粒進(jìn)入洗滌槽用膠清液和清水洗滌，操作溫度為40~60℃。洗滌后的膠粒再經(jīng)真空旋轉(zhuǎn)過濾器脫除一部分水分，使膠粒含水低于20%，然后進(jìn)入濕粉碎機(jī)粉碎成5～50mm的膠粒，用空氣輸送器送到干燥箱中進(jìn)行干燥。 干燥箱為雙層履帶式，分為若干干燥室分別控制加熱溫度，最高為90℃，出口處為70℃。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。干燥至含水＜%。然后經(jīng)稱量、壓塊、檢測(cè)金屬后包裝得成品丁苯橡膠。 丁苯橡膠的生產(chǎn)工藝流程圖31 低溫乳液聚合丁苯橡膠的生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖4 工藝計(jì)算1年產(chǎn)5萬噸丁苯橡膠計(jì)算，以300個(gè)工作日計(jì)，連續(xù)生產(chǎn)，每年工作7200小時(shí)生產(chǎn)方式：連續(xù)性生產(chǎn)丁苯橡膠的生產(chǎn)配方組分用量的重量分?jǐn)?shù)單體丁二烯苯乙烯7030介質(zhì)水210乳化劑歧化松香酸鈉擴(kuò)散劑NF引發(fā)體系二異丙苯過氧化氫EDTA硫酸亞鐵雕白粉調(diào)節(jié)劑叔十二烷基硫醇電解質(zhì)氯化鉀終止劑二甲基二硫代氨基甲酸鈉 生產(chǎn)過程總物料衡算 原料投入量，各單元操作都連續(xù)進(jìn)行，采用倒推法根據(jù)收率或損失率計(jì)算出原料投料，然后按單元操作順序?qū)Ω鲉卧僮鬟M(jìn)行物料衡算：丁苯橡膠每小時(shí)產(chǎn)量為聚合物轉(zhuǎn)化率為60% 60%x=7582 x=(kg/h) 丁二烯 苯乙烯 水 乳化劑 引發(fā)體系 產(chǎn)品及回收液出口管道中各組分的流量丁苯橡膠 丁二烯 苯乙烯 水相 反應(yīng)釜的物料衡算和熱量衡算 物料衡算由8臺(tái)聚合反應(yīng)釜組成一條生產(chǎn)線，反應(yīng)時(shí)間為8～12小時(shí)（取8小時(shí)），反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為60%。～,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)。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)釜式反應(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：式中CAN —第N臺(tái)釜內(nèi)反應(yīng)物的濃度；mol/LCA0 — 反應(yīng)物初始濃度； mol/L—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)； —平均停留時(shí)間；minN—連續(xù)槽式反應(yīng)器的臺(tái)數(shù)；為了便于計(jì)算，按等溫等容處理，取總轉(zhuǎn)化率60%；8釜串聯(lián)；平均停留時(shí)間60 min；反應(yīng)溫5℃。將上式進(jìn)一步整理得表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(％)第五釜第六釜第七釜第八釜純X(％)累積X(％)純X(％)累積X(％)純X(％)累積X(％)純X(％)累積X(％)60根據(jù)各釜純轉(zhuǎn)化率計(jì)算各釜的物料組成如表912。表912 各釜出料口物料組成物第一釜第二釜第三釜第四釜料kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)水相 苯乙烯丁二烯聚合物物第五釜第六釜第七釜第八釜料kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)水相苯乙烯丁二烯聚合物7582 熱量衡算設(shè)定：QT——系統(tǒng)內(nèi)物料與外界交換熱量之和(傳入熱量為正，傳出熱量為負(fù)），KJ；Q1——由于物料溫度變化，系統(tǒng)與外界交換的熱量（升溫為正，降溫為負(fù)），KJ；Q2——由于物料發(fā)生化學(xué)變化，系統(tǒng)與外界的交換的熱量（吸熱為正，放熱為負(fù)），KJ；根據(jù)熱量守恒定律，得 其中經(jīng)查有關(guān)資料可知：名稱相對(duì)分子質(zhì)量密度kg/m3比熱容kj/(kg℃)汽化熱kj/kg丁二烯54苯乙烯104水181000液氨17膠乳液Mn10104950丁苯橡膠的聚合熱為：混合熱和攪拌熱的考慮由于溶質(zhì)的量很少，混合熱可忽略不計(jì)；攪拌設(shè)備中的物料為低黏度流體，攪拌熱也可忽略不計(jì)。原料進(jìn)入聚合釜放出的熱量以1小時(shí)的產(chǎn)量為基準(zhǔn)，設(shè)進(jìn)料溫度為10℃，反應(yīng)溫度為恒溫5℃，則物料帶入聚合釜的熱量為： 聚合反應(yīng)放出的熱量以1小時(shí)產(chǎn)量為基準(zhǔn)，則聚合反應(yīng)放出的熱量為 反應(yīng)過程需要排出的熱量加液氨的量液氨進(jìn)口溫度為5℃
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