【文章內(nèi)容簡介】 橡膠與溶液丁苯橡膠之間的競爭正在增加。溶液丁苯橡膠在加工上存在的問題已通過生產(chǎn)控制聚合物 (tailoring)而得到克服。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。對于高性能輪胎，沒有任何其它橡膠能夠代替溶液丁苯橡膠，當然乳液丁苯橡膠也是不能滿足要求的。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 [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 萬之間。mCH2=CHCH=CH2 +n CH=CH2 [CH— CH2]n[CH2CH=CHCH2]m 化工與材料工程學院畢業(yè)設計 5 聚合物的分子微結構，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構含量較低，聚合度也較低，凝膠含量較大；低溫共聚丁苯橡膠反式結構含量較高，分子量分布較窄，凝膠含量幾乎沒有，因此，物理性質(zhì)比高溫丁苯橡膠好。 鑒于以上所述，本設計采用低溫乳液聚合合成丁苯橡膠。 4. 工藝設計 . 工廠的分配和布置 丁苯橡膠車間的主要原料為丁二烯、苯乙烯以及 30 多種助劑，分為 8 個工段： 100單 體儲存 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倉庫 . 工藝流程簡圖 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聚合釜冷膠進料冷卻器0來自 罐 來自 罐 來自 罐 來自 罐來自 罐來自V030 6罐 EM來自 罐 . 圖 131 聚合崗位示意圖 化工與材料工程學院畢業(yè)設計 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品配置崗位接受單體及其它原料，實現(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，將聚合過程控制在工藝指標范圍內(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，本崗位操作必須嚴格按工藝規(guī)程及操作法進行操作。 . 本崗位操作任務 混合丁二烯（ BD）、脫除阻聚劑（ TBC）； 單體及化學品溶液的接受； 聚合進料的流量控制； 實現(xiàn)聚合并將過程控制在規(guī)定的工藝指標以內(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 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 振動篩 浸漬槽 旋 轉(zhuǎn) 真 空過 濾 機 粉碎機 干燥機 自動計量器 金屬檢測器 成型機 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。當單體轉(zhuǎn)化率達到（ 62177。 2%）時，加入終止劑終止聚合反應。 . 工藝流程 . .單體及化學品溶液接收 （ 1）丁二烯 [6]（ BD） 丁二烯（以下簡稱 BD）來自單體貯存與配制崗位經(jīng) FR0301 記錄瞬時流量后，進入 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 進入 V0302B 中，進一步分離掉堿液，再由上部流入 BD 進料換熱器（ 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)堿液的瞬時流量，由 P0302 出口管線上的 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（以下簡稱 ST）來自單體貯存與配制單元。經(jīng)管線進入 ST 換熱器（ E0306）后，進入 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，調(diào)節(jié) WHR(WCS)流量，使其穩(wěn)定在 24177。 2℃。 （ 3）乳化劑（ EM） 來自化學品配制單元的乳化劑（以下簡稱 EM）溶液在線混合系統(tǒng)，由于皂型不同，分別經(jīng)不同的管線進入 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 的進料運作，由 LRS0304 的連鎖接點 LS0323 控制，調(diào)節(jié) V0306 的液位。 （ 4）活化劑（ ACT） 來自化學品配制崗位的活化劑（以下簡稱 ACT），進入 ACT 緩沖槽（ V0307）中。 V0307 的進料運作，由 LRS0305 的連鎖接點 LS0215 控制。 V0307 的溫度為常溫。 （ 5）調(diào)節(jié)劑（ MOD） 來自調(diào)化劑（以下簡稱 MOD）配制罐的 MOD，由 MOD 輸送泵（ P0109）送入 MOD 緩沖罐（ V0305）中。 V0305 的進料運作，由 LIS0307 的連鎖接點 LS0324 控制 P0109 泵和 V0305 進口調(diào)節(jié)閥的開閉。 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） 來自氧化劑（以下簡稱 OXI）配制罐的 OXI，由 OXI 輸送泵（ P0108）送入 OXI 緩沖罐（ V0309）中。 V0309 的進料運作，由 LIS0308 的連鎖接點 LS0325 控制 P0108 泵的開停和 V0309 進口調(diào)節(jié)閥的開閉。 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（ ） 來自化學品配制單元的終止劑（以下簡稱 ）溶液，由 輸送泵（ P0210）經(jīng)管線進入 緩沖罐（ V0308）中。 V0308 的進料運作由 L RS0306 的連鎖接點 LS0218 控制 P0210 泵和 V0308入口調(diào)節(jié)閥的開閉。 V0308 的溫度為常溫。 化工與材料工程學院畢業(yè)設計 9 . 聚合 聚合進料為多股料流在線混合方式 [7]。其控制為多組分混合流量控制系 統(tǒng) —— 主站追蹤系統(tǒng)。其流量檢測器為橢圓流量計（氧化劑、調(diào)節(jié)劑、 BD、 SSSST 為質(zhì)量流量計）。由主站、成分比率設定器、流量檢測單元、顯示報警單元，與調(diào)節(jié)閥或無級調(diào)速電機組成其流量控制回路。為確?？刂凭龋o設了手動校正系統(tǒng)。 聚合進料中 [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），分別由聚合進料 BD 進料泵（ P0303）、 ST 進料泵（ P0304）、 EM 進料泵（ P0306）、ACT 進料泵（ P0307）、 MOD 進料泵（ P0305）、 OXI 進料泵（ 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，混合后的料液在進入冷膠進料冷卻器（ E0304）之前與 ACT 混合，進入 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料冷卻器（ E0305）進一步與液氨換熱，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 構成串級，調(diào)節(jié)液氨蒸發(fā)壓力，實現(xiàn) 對 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。 所有的物料進入第一聚合釜后，聚合反應就開始了。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)，把聚合反應熱帶走。因此，每個聚合釜溫度根據(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)設計規(guī)定為 240260kPa(7~3)。 聚合反應的時間，設計取 177。 小時。當轉(zhuǎn)化率和門尼黏度等主要控制指標達到規(guī)定值時，由終止劑泵（ P0308）送來的 溶液，從選定的 加料點加入到膠乳中，從而終止聚合反應。 加料點可能是末釜出口，也可能是置換塔（ T0301~0303）的某一個出口。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)設有兩個壓力控制點。 PRS0303 檢測進料集管的壓力，設在 E0304 進口， 500 kPa自動報警， 600 kPa 時，系統(tǒng)自動停車。 PRCA0308 檢測置換塔（ T0303）出口的系統(tǒng)備壓，設定值為 200 kPa， 450 kPa 發(fā)出報警。膠乳緩沖罐（ V0330）的壓力由 PRC0309 控制，其設定值為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 ，在停車或緊急狀態(tài)情況下，由停車 輸送泵、事故 輸送泵送入終止點。 . 原料產(chǎn)品規(guī)格及公用工程條件 . 原料的技術條件 原料的技術條件如表 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 陽性 EDTA 含量 陽性 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