【正文】 段熱量衡算已知基礎數(shù)據(jù)：下表進料密度 第一反應器入口 869kg/m3 ℃ 第二反應器入口 928kg/m3 ℃ 平均 899kg/m3 ——22 / 52M=一共 2 條生產(chǎn)線，則每條的總物質(zhì)的量為：M=平均流量=247。干燥至含水＜% 。15 / 52 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℃。 從膠粒皂化槽出來的膠粒和清漿液經(jīng)振動篩進行過濾分離后，濕膠粒進入洗滌槽用膠清液和清水洗滌，操作溫度為 40~60℃。經(jīng)減壓脫出苯乙烯的塔底膠乳進入混合槽，在此與規(guī)定數(shù)量的防老劑乳液進行混合，必要時加入充油乳液，經(jīng)攪拌混合均勻后，送入后處理工段。苯乙烯分離脫除丁二烯的乳膠進入苯乙烯汽提塔（高約 10m，內(nèi)有十余塊塔盤）上部，塔底用 的蒸汽直接加熱，塔頂壓力為 ，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。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。 分離過程丁二烯分離從終止釜流出的終止后的膠乳液進入緩沖罐。聚合反應的終點主要根據(jù)門尼粘度和單體轉(zhuǎn)化率來控制，轉(zhuǎn)化率是根據(jù)取樣測定固體含量來計算，門尼粘度由取樣測定來確定。 聚合過程 [13]系統(tǒng)由 8~12 臺聚合釜組成，采用串聯(lián)操作方式。然后與乳化劑混合液（乳化劑、去離子水等）等在管路14 / 52中混合后進入冷卻器，冷卻至 5℃。 XCH2 CH + CH CH2 CH2 CH CH CH2X XX此時的聚合體系中，除水相外，主要是表面層為乳化劑覆蓋的聚合膠乳粒子 [13]。 XXR CH2 CH+nCH2 CHXKPR CH2 CH CH2 CHXXR CH2 CH CH2 CH CH2 CHX Xn該反應過程放熱，鏈增長速率極快（ – 間） ，其相關的速率方程為：??MIkfRtdp21???????式中 Rp—鏈增長速率，L/（ ）smol? [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—鏈增長速率常數(shù)； kt—鏈終止速率常數(shù)。 R COH+Fe2+R CO +Fe3+第二步是初級自由基與單體加成，形成單體自由基。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。 通過以上的各種方案的對比，本設計選用低溫乳聚制取丁苯橡膠。因此，乳聚丁苯橡膠的生產(chǎn)經(jīng)濟價值很高。 經(jīng)濟方面 從經(jīng)濟角度分析，乳液聚合是最合理的聚合方法。改用溶液聚合可以克服這一困難，但聚合速率和產(chǎn)物分子量均有所降低；此外，脫除溶劑困難，成本較高。 反應速率 控制方對于本體聚合，當自由基聚合進行到一定轉(zhuǎn)化率后，體系黏度增大，自動加速效應顯著，散熱困難。乳液法是生產(chǎn)糊樹脂的方法，工藝復雜、成本較高且樹脂質(zhì)量較差。 丁苯橡膠的生產(chǎn)方法 工藝方案選擇依據(jù) 工藝流程方面 就以上四種聚合工藝而言，本體法工藝流程簡單，裝置占地面積小，同時基本上無廢液排放，排氣可達到最低程度，環(huán)境污染少，而且產(chǎn)品質(zhì)量好、純度高，特別使用透明包裝材料和電纜料。聚合物的分子微結(jié)構，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。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。雖然丁苯橡膠市場已經(jīng)成熟，但乳液丁苯橡膠與溶液丁苯橡膠之間的競爭正在增加。其工藝路線的缺點一是反應時間較長；二是反應溫度控制精度低，溫度波動大；三是緩沖能力弱 [8]。齊魯石油化工公司橡膠廠采用 ZEON 技術，用低活性引發(fā)劑通過延長反應時間、調(diào)節(jié)劑乳化劑補加實現(xiàn)高轉(zhuǎn)化率，通過改變氨蒸發(fā)壓力對聚合溫度進行控制，經(jīng)過 1416 小時的聚合反應，聚合達 70%。吉林石化公司丁苯橡膠裝置 A、B 兩條生產(chǎn)線原設計雙線各八臺釜，五臺置換塔，聚合釜容積為 30 m3/臺，聚合物料從第一釜進入，依次通過串聯(lián)的八臺釜，在 5℃的溫度下，反應 810 小時，聚合轉(zhuǎn)化率為 60%，生產(chǎn)能力每條線為 115t/d；經(jīng)過幾次技術改造，雙線各拆除兩臺置換塔，增加一臺聚合釜，變?yōu)榫鸥磻?，聚合轉(zhuǎn)化率由 60%提至 62%，裝置生產(chǎn)能力由 115t/d 提高到 145t/d[8]。工藝技術路線基本一致，都是低溫乳液聚合技術，只是在工藝流程和聚合配方上有差別，技術本質(zhì)上無差別。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。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。雖然丁苯橡膠市場已經(jīng)成熟，但乳液丁苯橡膠與溶液丁苯橡膠之間的競爭正在增加。SSBR 是一種相對 ESBR 的高性能合成橡膠，它不能等同于 ESBR，也不能完全取代 ESBR，二者比例的調(diào)整有一個漸進的發(fā)展過程。 (4) ESBR 的生產(chǎn)效益長期低下。 (2)溶聚工藝優(yōu)于乳液聚合和氣相聚合工藝，SSBR 和 BR 更能接受長期挑戰(zhàn)。拜耳認為輪胎制備技術會有一個根本轉(zhuǎn)變，歐洲的消費者將逐步接受“綠色輪胎”。1992 年以來，溶聚丁苯橡膠的產(chǎn)量呈遞增趨勢。近幾年國際上溶聚丁苯橡膠的消費是一直處于上升趨勢。其反應方程式為： 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。苯乙烯蒸氣與空氣混合物的爆炸極限 %～%（體積） ，處理苯乙烯時應避免明火、摩擦和靜電。 ] 工藝原理（1）丁二烯 分子式 C4H6 結(jié)構式 229 / 52 在常溫常壓下為無色氣體，有特殊氣味，有麻醉性，特別刺激粘膜，容易液化，易溶于有機溶劑；性質(zhì)活潑，易發(fā)生自聚反應，因此在儲存、運輸過程中要加入阻聚劑。幾乎所有統(tǒng)計資料顯示乳聚丁苯橡膠的 60%以上是用來生產(chǎn)制造輪胎用，其余的主要用途是制作膠管、膠帶、膠板、膠輥、膠鞋、密封件多種橡膠制品，亦有一定量的電絕緣材料，醫(yī)療用品和其他工藝制品和民用小制品。CH2此外，亦有少量支化和交聯(lián)結(jié)構存在，冷法聚合的乳聚丁苯橡膠中丁二烯鏈的主要微觀結(jié)構單元 70%為反式1,4結(jié)構。180。169。210。 177。 CH21,225。1,4225。202。 C2H 1,4225。202。 C2H 203。6 / 52 設計地區(qū)的自然條件本設計的丁苯橡膠車間擬建在南京揚子石化金浦橡膠股份有限公司廠區(qū)。 設計依據(jù)、指導思想 設計依據(jù)主要設計依據(jù)是依據(jù)南京揚子石化金浦橡膠股份有限公司丁苯橡膠的生產(chǎn)工藝。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)達到歐洲同類產(chǎn)品的環(huán)保標準。5 / 52 我國丁苯橡膠新技術的開發(fā) [5]近年來我國開展了許多丁苯橡膠科研開發(fā)與技術改革，大連理工大學化工學院與燕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械性能，同時具有低滾動阻力和高抗?jié)窕阅埽送膺€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械性能優(yōu)異的充油丁苯橡膠。目前，SSBR 已經(jīng)發(fā)展到了第三代，發(fā)達國家已經(jīng)開發(fā)研究第四代乃至第五代SSBR。我國SSBR的開發(fā)較晚， 1982年北京燕山石化公司研究院對正丁基鋰 四氫呋喃 環(huán)己烷體系的苯乙烯和丁二烯共聚進行了小試研究，1984年進行了放大實驗，1989年研制了一種新型節(jié)能SSBR ，1Kt 級的工業(yè)裝置開發(fā)成功， 1996年北京燕山石化公司開發(fā)成功10Kt級的SSBR 生產(chǎn)線，并與有關單位合作，在汽車輪胎、自行車胎、膠鞋、雜品和改性瀝青等方面相繼進行了應用研究。70年代末期，對輪胎的要求越來越高，對橡膠的結(jié)構和性能也提出了更高的要求，加之聚合技術的進步，使SSBR得到較快的發(fā)展。SSBR的工業(yè)化生產(chǎn)通常使用烷基鋰，主要是以丁基鋰作為引發(fā)劑，使用烷烴或環(huán)烷烴為溶劑，醇類為終止劑， ，四氫呋喃為無規(guī)劑。日本住友橡膠工業(yè)公司將接枝有硅烷偶聯(lián)劑的ESBR膠乳與一種化合物（如四乙氧基硅烷）混合，通過溶膠凝膠化反應而制成一種高強度、高回彈率、低能耗的原位增強ESBR。日本三菱化成公司用自由基引發(fā)劑和常規(guī)乳液聚合制劑，用兩步聚合工藝制成了結(jié)合苯乙烯含量分布范圍寬、耐磨性和抗?jié)窕员瘸Ｒ?guī)的ESBR好的新型ESBR [3]。 [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。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℃下進行乳液共聚，制得含有酰氨基的官能化ESBR。ESBR在提高聚合反應的單體轉(zhuǎn)化率、節(jié)能降耗等方面取得了很大的進展，在解決ESBR滾動阻力與抗?jié)窕阅苊軉栴}。此外，計劃新建/擴建SBR 裝置能力合計約50萬t/a ，預計到2022年國內(nèi)SBR 產(chǎn)能將達到，其中，ESBR ，SSBR26 萬t/，產(chǎn)品競爭也將加劇。尤其是乳聚丁苯橡膠，2022年較2022年增長16%，產(chǎn)量約占總橡膠產(chǎn)量的80%。2022年，受金融危機影響，許多發(fā)達國家的SBR產(chǎn)量與消費量都有大幅下降，而中國逆勢而上，呈現(xiàn)增長趨勢，總產(chǎn)量再創(chuàng)歷史新高。國內(nèi)產(chǎn)能增加，主要來自齊魯石化新建10萬t/a ESBR裝置，該裝置于2022 年6月份開車以來，裝置運行平穩(wěn)，實現(xiàn)滿負荷生產(chǎn)。2022年，世界范圍內(nèi)的經(jīng)濟疲軟也沒有得到有效控制，SBR開工率仍很低，見表112 。加之，2022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。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)。2022年世界SBR主要生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)能列于表111 。由于設計者的理論知識有限，設計經(jīng)驗的缺乏，在設計的過程中難免會有一些不足和錯誤之處，敬請各位老師指評指正。設計的主要內(nèi)容有：；；衡算與熱量衡算；；；6. 整個的生產(chǎn)工藝流程；；設計圖紙包括 1 張帶控制點的工藝管道及儀表流程圖。本設計是以丁二烯和苯乙烯單體為原料，對年產(chǎn)能力為 5 萬噸的 SBR 生產(chǎn)工藝的初步設計，收集有關的化工設計資料作參考，按畢業(yè)設計大綱和設計任務書的要求進行設計。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和人類生活中起著舉足輕重的作用，因此 SBR 的生產(chǎn)和技術的改進越來越受到現(xiàn)代人的關注！當前，SBR 生產(chǎn)面臨著嚴重的挑戰(zhàn)。關鍵詞: 丁苯橡膠 乳液聚合 工藝設計 丁二烯 苯乙烯II / 52AbstractThe 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。在設計過程中，根據(jù)設計任務書的要求，進行了較為詳細的物料恒算和能量恒算，對設備進行了工藝計算和選型，同時對聚丁苯橡膠生產(chǎn)過程中的安全注意事項及“三廢”治理作了相關說明。年 月 日材 料 科 學 與 工 程 學 院 課 程 設 計年 產(chǎn) 5 萬 噸 丁 苯 橡 膠 裝 置 聚 合 工 段 工 藝 設 計 An annual output of 50000 tons of styrene butadiene ru