【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 橡膠與溶液丁苯橡膠之間的競(jìng)爭(zhēng)正在增加。溶液丁苯橡膠在加工上存在的問(wèn)題已通過(guò)生產(chǎn)控制聚合物 (tailoring)而得到克服。目前存在的主要問(wèn)題是價(jià)格較高，各生產(chǎn)者所生產(chǎn)的產(chǎn)品之間沒(méi)有很好的互換性。對(duì)于高性能輪胎，沒(méi)有任何其它橡膠能夠代替溶液丁苯橡膠，當(dāng)然乳液丁苯橡膠也是不能滿(mǎn)足要求的。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(shì)已開(kāi)始越來(lái)越明顯，但是由于我國(guó)的現(xiàn)狀的限制，所以我國(guó)大多數(shù)還是選用乳液丁苯橡膠 [3]。 一般乳液丁苯橡膠中含有 %的苯乙烯，其分子量隨聚合情況而異，在 10~150 萬(wàn)之間。mCH2=CHCH=CH2 +n CH=CH2 [CH— CH2]n[CH2CH=CHCH2]m 化工與材料工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 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。高溫共聚丁苯橡膠與低溫丁苯橡膠比較，高溫共聚橡膠反式結(jié)構(gòu)含量較低，聚合度也較低，凝膠含量較大；低溫共聚丁苯橡膠反式結(jié)構(gòu)含量較高，分子量分布較窄，凝膠含量幾乎沒(méi)有，因此，物理性質(zhì)比高溫丁苯橡膠好。 鑒于以上所述，本設(shè)計(jì)采用低溫乳液聚合合成丁苯橡膠。 4. 工藝設(shè)計(jì) . 工廠(chǎng)的分配和布置 丁苯橡膠車(chē)間的主要原料為丁二烯、苯乙烯以及 30 多種助劑，分為 8 個(gè)工段： 100單 體儲(chǔ)存 200溶液配置 300單體聚合 400單體回收 500膠乳摻和 600干燥壓塊包裝 700綜合樓 800倉(cāng)庫(kù) . 工藝流程簡(jiǎn)圖 丁苯橡膠合成方法有兩種：溶液聚合和乳液聚合 ，其中乳液聚合工藝流程圖如圖 132 所示。 . 橡膠聚合車(chē)間工藝流程敘述 聚合崗位示意圖如圖 131 所示 [4]： 去 00 0聚合釜冷膠進(jìn)料冷卻器0來(lái)自 罐 來(lái)自 罐 來(lái)自 罐 來(lái)自 罐來(lái)自 罐來(lái)自V030 6罐 EM來(lái)自 罐 . 圖 131 聚合崗位示意圖 化工與材料工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 132 乳液聚合工藝流程圖 . 本崗位管理范圍 自單體貯存崗位及化學(xué)品配置崗位接受單體及其它原料，實(shí)現(xiàn)聚合并將膠乳送入單體回收崗位； 自界區(qū)內(nèi)外，接受水、電、汽，將聚合過(guò)程控制在工藝指標(biāo)范圍內(nèi)，生產(chǎn)出合格的最終膠乳； 聚合崗位是丁苯橡膠生產(chǎn)的核心，因此，本崗位操作必須嚴(yán)格按工藝規(guī)程及操作法進(jìn)行操作。 . 本崗位操作任務(wù) 混合丁二烯（ BD）、脫除阻聚劑（ TBC）； 單體及化學(xué)品溶液的接受； 聚合進(jìn)料的流量控制； 實(shí)現(xiàn)聚合并將過(guò)程控制在規(guī)定的工藝指標(biāo)以?xún)?nèi)，生產(chǎn)出合格的最終膠乳； 將最終膠乳送至單體回收單元。 精苯乙烯 精丁二烯 乳化劑 氧 化 劑 聚 合 調(diào) 節(jié)劑 冷 卻 器 聚 合 反 應(yīng) 器 聚 合 終 止 器 膠 乳 中 間 槽 聚合終止劑和水 丁 二 烯 閃 蒸 槽 丁 二 烯減 壓 閃 蒸 槽 冷 卻 器 苯 乙 烯 氣 提 塔 蒸 汽 冷 卻 器 真 空 罐 冷 卻 器 苯乙 烯 傾析 器 去 回 收 苯乙 烯 防 老劑 和水 膠 乳 混合 槽 油 和 水 乳 化 油槽 凝聚槽 轉(zhuǎn)化槽 振動(dòng)篩 浸漬槽 旋 轉(zhuǎn) 真 空過(guò) 濾 機(jī) 粉碎機(jī) 干燥機(jī) 自動(dòng)計(jì)量器 金屬檢測(cè)器 成型機(jī) 包裝 受 器 去 回收 丁二 烯 . 生產(chǎn)原理及工藝流程 . 生產(chǎn)原理 聚合體系以水為介質(zhì) [5]，以歧化松香酸鉀皂和脂肪酸皂為乳化劑，油、水兩相乳化，部分單體侵入到膠束中，發(fā)生增溶溶解，其他單體成為被皂包覆著的液滴而懸浮著。在水相中生產(chǎn)，并由氧化還原體系提供的最初自由基，進(jìn)入增溶溶解的膠束中，引發(fā)單體聚合，用調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)聚合物的平均分子量。當(dāng)單體轉(zhuǎn)化率達(dá)到（ 62177。 2%）時(shí)，加入終止劑終止聚合反應(yīng)。 . 工藝流程 . .單體及化學(xué)品溶液接收 （ 1）丁二烯 [6]（ BD） 丁二烯（以下簡(jiǎn)稱(chēng) BD）來(lái)自單體貯存與配制崗位經(jīng) FR0301 記錄瞬時(shí)流量后，進(jìn)入 BD 換熱器（ E0301）。在 E0301 與 WHS(WCS)換熱后，流入混合器（ A0301）。在 A0301 入口， BD 與來(lái)自循環(huán)堿液加熱器（ E0302）的堿液混合， BD 和堿液在 A0301 中充分混合后，流入堿潷析器（ V0302A），阻聚劑（ TBC）在此被堿液脫除。堿洗溫度，控制 V0302A 的入口為 30177。 2℃，由TRC0301 控制調(diào)節(jié) E0301 WHR(WCS)的流量。 BD 和堿液在 V0302A 中分層分離， BD 中的 TBC轉(zhuǎn)入 V0302A下部的堿液中。 V0302A 中上部的 BD 進(jìn)入 V0302B 中，進(jìn)一步分離掉堿液，再由上部流入 BD 進(jìn)料換熱器（ E0303），換熱以后，流入 BD 緩沖罐（ V0303）。 E0303 的出口溫度由TRC0304 控制，調(diào)節(jié) WHR(WCS)流量，使溫度穩(wěn)定在 30177。 2℃。 V0303 的液位，由 LICA0302 控制和調(diào)節(jié)。 V0302A 中的堿液以循環(huán)堿液輸送泵（ P0302）連續(xù)經(jīng) E0302 循環(huán)。循環(huán)堿液的瞬時(shí)流量，由 P0302 出口管線(xiàn)上的 FR0302 記錄，改變堿液的循環(huán)量就改變了 TBC 的脫除效果， E0302堿液的出口溫度由 TIC0303 控制，調(diào)節(jié) WHR(WCS)的流量，使溫度穩(wěn)定在 30177。 2℃，由于堿液在循環(huán)中與 TBC 反應(yīng)而消耗，因此要定期更換，廢堿液裝桶或放入地溝（排放使以 600送入的母液中和）。新鮮堿在氫氧化鈉配制槽 V0301 中配制，配制合格后的堿液，有 P0301 送入 V0302A中。 （ 2）苯乙烯（ ST） 苯乙烯（以下簡(jiǎn)稱(chēng) ST）來(lái)自單體貯存與配制單元。經(jīng)管線(xiàn)進(jìn)入 ST 換熱器（ E0306）后，進(jìn)入 ST緩沖罐（ V0304）。 V0304的液位，由 LICA0303控制和調(diào)節(jié)。 E0306 ST的出口溫度，由 TRC0323檢測(cè)，調(diào)節(jié) WHR(WCS)流量，使其穩(wěn)定在 24177。 2℃。 （ 3）乳化劑（ EM） 來(lái)自化學(xué)品配制單元的乳化劑（以下簡(jiǎn)稱(chēng) EM）溶液在線(xiàn)混合系統(tǒng)，由于皂型不同，分別經(jīng)不同的管線(xiàn)進(jìn)入 EM 緩沖槽（ V0306 , V0306）。溫度由 TIC0307 控制，調(diào)節(jié)加熱蒸汽流量，使其穩(wěn)定在 18177。 2℃。 V0306 的進(jìn)料運(yùn)作，由 LRS0304 的連鎖接點(diǎn) LS0323 控制，調(diào)節(jié) V0306 的液位。 （ 4）活化劑（ ACT） 來(lái)自化學(xué)品配制崗位的活化劑（以下簡(jiǎn)稱(chēng) ACT），進(jìn)入 ACT 緩沖槽（ V0307）中。 V0307 的進(jìn)料運(yùn)作，由 LRS0305 的連鎖接點(diǎn) LS0215 控制。 V0307 的溫度為常溫。 （ 5）調(diào)節(jié)劑（ MOD） 來(lái)自調(diào)化劑（以下簡(jiǎn)稱(chēng) MOD）配制罐的 MOD，由 MOD 輸送泵（ P0109）送入 MOD 緩沖罐（ V0305）中。 V0305 的進(jìn)料運(yùn)作，由 LIS0307 的連鎖接點(diǎn) LS0324 控制 P0109 泵和 V0305 進(jìn)口調(diào)節(jié)閥的開(kāi)閉。 V0305 的溫度有 TIC0327 控制，調(diào)節(jié) WHR 的流量，使其穩(wěn)定在 15177。 2℃。 （ 6）氧化劑（ OXI） 來(lái)自氧化劑（以下簡(jiǎn)稱(chēng) OXI）配制罐的 OXI，由 OXI 輸送泵（ P0108）送入 OXI 緩沖罐（ V0309）中。 V0309 的進(jìn)料運(yùn)作，由 LIS0308 的連鎖接點(diǎn) LS0325 控制 P0108 泵的開(kāi)停和 V0309 進(jìn)口調(diào)節(jié)閥的開(kāi)閉。 V0309 的溫度由 TIC0328 控制，調(diào)節(jié) WHR 的流量，使其穩(wěn)定在 15177。 2℃。 （ 7）終止劑溶液（ ） 來(lái)自化學(xué)品配制單元的終止劑（以下簡(jiǎn)稱(chēng) ）溶液，由 輸送泵（ P0210）經(jīng)管線(xiàn)進(jìn)入 緩沖罐（ V0308）中。 V0308 的進(jìn)料運(yùn)作由 L RS0306 的連鎖接點(diǎn) LS0218 控制 P0210 泵和 V0308入口調(diào)節(jié)閥的開(kāi)閉。 V0308 的溫度為常溫。 化工與材料工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 . 聚合 聚合進(jìn)料為多股料流在線(xiàn)混合方式 [7]。其控制為多組分混合流量控制系 統(tǒng) —— 主站追蹤系統(tǒng)。其流量檢測(cè)器為橢圓流量計(jì)（氧化劑、調(diào)節(jié)劑、 BD、 SSSST 為質(zhì)量流量計(jì)）。由主站、成分比率設(shè)定器、流量檢測(cè)單元、顯示報(bào)警單元，與調(diào)節(jié)閥或無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)組成其流量控制回路。為確?？刂凭龋o設(shè)了手動(dòng)校正系統(tǒng)。 聚合進(jìn)料中 [8]的丁二烯（ BD）、苯乙烯（ ST）、乳化劑（ EM）、活化劑（ ACT）、調(diào)節(jié)劑（ MOD）、氧化劑（ OXI），分別由聚合進(jìn)料 BD 進(jìn)料泵（ P0303）、 ST 進(jìn)料泵（ P0304）、 EM 進(jìn)料泵（ P0306）、ACT 進(jìn)料泵（ P0307）、 MOD 進(jìn)料泵（ P0305）、 OXI 進(jìn)料泵（ P0309）輸送，首先 ST 與 MOD 混合后再與 BD 混合，然后， BD、 ST、 MOD 混合料液與 EM 相混合，混合后的料液在進(jìn)入冷膠進(jìn)料冷卻器（ E0304）之前與 ACT 混合，進(jìn)入 E0304 與液氨換熱，出口溫度控制為 13~17℃，然后，此混合料液流入冷膠進(jìn)料冷卻器（ E0305）進(jìn)一步與液氨換熱，出口溫度控制為 8~12℃。最后，混合料液流入聚合釜。 E030 E0305 的溫度以 TRC03 TRC0311 為主控回路，同 V031V0318 氨蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng) PIC0304 或 PIC0305 構(gòu)成串級(jí)，調(diào)節(jié)液氨蒸發(fā)壓力，實(shí)現(xiàn) 對(duì) E030E0305 出口料液溫度的穩(wěn)定控制。由 P0309 泵把 OXI 直接送到聚合首釜。 所有的物料進(jìn)入第一聚合釜后，聚合反應(yīng)就開(kāi)始了。為獲得高質(zhì)量的均勻產(chǎn)品，在攪拌條件下，由液氨在聚合釜氨冷管內(nèi)蒸發(fā)，把聚合反應(yīng)熱帶走。因此，每個(gè)聚合釜溫度根據(jù)生產(chǎn)的品種不同，控制在規(guī)定值是十分重要的。 SBR 品種不同，所需聚合釜溫度亦不同，其控制方法一樣，都是以 TRC03120319 控制聚合釜內(nèi)溫度，調(diào)節(jié)氨冷管中的液氨液位。聚合釜系統(tǒng)的氨蒸發(fā)設(shè)計(jì)規(guī)定為 240260kPa(7~3)。 聚合反應(yīng)的時(shí)間，設(shè)計(jì)取 177。 小時(shí)。當(dāng)轉(zhuǎn)化率和門(mén)尼黏度等主要控制指標(biāo)達(dá)到規(guī)定值時(shí)，由終止劑泵（ P0308）送來(lái)的 溶液，從選定的 加料點(diǎn)加入到膠乳中，從而終止聚合反應(yīng)。 加料點(diǎn)可能是末釜出口，也可能是置換塔（ T0301~0303）的某一個(gè)出口。最終膠乳由系統(tǒng)壓力送入單體回收崗位（ 400）或膠乳緩沖罐（ V0303）中。 聚合系統(tǒng)設(shè)有兩個(gè)壓力控制點(diǎn)。 PRS0303 檢測(cè)進(jìn)料集管的壓力，設(shè)在 E0304 進(jìn)口， 500 kPa自動(dòng)報(bào)警， 600 kPa 時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停車(chē)。 PRCA0308 檢測(cè)置換塔（ T0303）出口的系統(tǒng)備壓，設(shè)定值為 200 kPa， 450 kPa 發(fā)出報(bào)警。膠乳緩沖罐（ V0330）的壓力由 PRC0309 控制，其設(shè)定值為100 kPa，超出 100 kPa 后，排入 400。 V0330 中的膠乳，由膠乳輸送泵 P0310 連續(xù)送入 400單體回收崗位。 V0330 由 LIA032 LIA0322 指示其液位變化。 聚合所用 ，在停車(chē)或緊急狀態(tài)情況下，由停車(chē) 輸送泵、事故 輸送泵送入終止點(diǎn)。 . 原料產(chǎn)品規(guī)格及公用工程條件 . 原料的技術(shù)條件 原料的技術(shù)條件如表 131～表 1310 所示 [9]： 表 131 丁二烯（凈化前） 丁二烯 純度 %～ % 阻聚劑（ TBC）含量 ＜ 25ppm 表 132 丁二烯（凈化后） 丁二烯純度 %～ % 阻聚劑（ TBC）含量 ＜ 10ppm 表 133 苯乙烯（ ST） ST 純度 %～ % 阻聚劑（ TBC）含量 5～ 15ppm 表 134 乳化劑（混合皂） TSC 177。% PH 177。 SHS 177。% 目檢 澄清 表 135 乳化劑（單一皂）同表 134。 表 136 活化劑（ ACT） PH 10177。 TSC 177。% FES 含量 陽(yáng)性 EDTA 含量 陽(yáng)性 目檢 澄清 還原力 ＞ 15 表 137 調(diào)節(jié)劑（ MOD） 外觀 透明油狀液體 硫醇中硫含量 ＞ 比重（ ℃ /4℃） ～ 分子量 196～ 204 折光指數(shù)（ 25℃） ～ 沸程（ 絕壓） 60～ 105℃ Cu 和 Mn 的含量 ＜ 5ppm 在 ST 溶解度 全溶