1、3.5 所需氨的量 14第4章 反应器和搅拌桨的选择 154.1 反应釜的选型 15第5章 管道直径与贮罐的计算 165.1 管道与贮罐的计算 165.1.1 管道直径的计算 165.1.2 贮罐的计算 17第6章 换热器的设计型计算 176.1 换热器计算基本条件 176.2 计算壳程压降及给热系数0 19第7章 泵的计算 197.1 泵P304的设计 197.1.1 条件依据 197.1.2 管内流体的流速 207.1.3 泵的选型 20参考文献 20致 谢 22摘 要本设计为年产6万吨乳聚丁苯橡胶装置工艺设计，以聚合工段为工艺设计的主要对象。对丁苯橡胶的生产方法和生产工艺进行了系统的论证
2、。 本设计以丁二烯和苯乙烯为主要聚合单体，以松香酸钾皂、硫酸亚铁、叔十二碳硫醇、过氧化氢对锰烷等为助剂，采用低温乳液聚合法连续生产工艺合成丁苯橡胶。并进行了聚合工段的物料衡算、热量衡算和主要设备的计算和选型，进行了简单的技术经济分析。用AutoCAD绘制了工艺管道及仪表流程图两张、设备平面布置图一张和管道平面布置图一张，手工绘制了管道平面布置图一张，并编制了设计说明书和计算书。关键词 丁苯橡胶 乳液聚合 工艺设计 丁二烯 苯乙烯AbstractThe design is based on butadiene and styrene as raw materials, with an annua
3、l output of 60000 tons of SBR process design. By comparing 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 miss
4、ion 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 process flow d
5、iagram, the main equipment and plant layout according to the process design and calculation results,.Key words: SBR , Emulsion polymerization, Process design, butadiene, styrene monomer第1篇 设计说明书第1章 绪 论1.1 设计依据、指导思想1.1.1 设计依据主要设计依据是吉林化工学院下发的“年产9万吨丁苯橡胶装置聚合工段的工艺设计”本科生课程设计任务书。1.1.2 指导思想本设计的指导思想是：（1）利用传统
6、乳液聚合生产技术，确保产品质量高，生产过程安全；（2）生产过程尽量采用自动控制，机械化操作；（3）对于易燃易爆场所，设计采用可靠的控制，报警消防设施；（4）设计采用技术成熟完善的传统乳液聚合方法，达到环保的要求，对生产过程中的化学污水的排放要经过处理，以保证环保要求；（5）厂房、车间、设备布置要严格按土建标准，以保证生产和正常进行及操作人员的安全。1.2 设计地区的自然条件本设计的丁苯橡胶车间拟建在吉林市江北吉化有机合成厂院内。设计地区自然条件如下：土壤最大冻土深度：1.8米 土壤设计冻土深度：1.7米全年主导风向：西南风 夏季主导风向：东南风年平均风速：3.4米秒 地震裂度：7度年平均降雨量
7、：668.4毫米 日最大降雨量：119.3毫米平均气压：745.66mmH 最高气温：36.6最低气温：-38 平均相对温度：71%最大降雪量：420毫米 水温：15第2章 工艺论证2.1 工艺原理丁苯橡胶是1,3-丁二烯和苯乙烯的共聚物，是一种最通用的橡胶品种，它是按自由基反应机理于乳液中合成的。其反应方程式为：2.2 生产方法论证丁苯橡胶的生产包括溶聚和乳聚两种工艺。溶聚丁苯橡胶具有低的滚动阻力，又具有很高的抗湿滑性与耐磨性，其滚动阻力比乳聚丁苯橡胶减少20%一30%，抗湿滑性优于顺丁橡胶，耐磨性能也很好，是全天候轮胎的最合适胶料。近几年国际上溶聚丁苯橡胶的消费是一直处于上升趋势。西欧和日
8、本溶聚丁苯橡胶所占总丁苯橡胶消费量的比例为31%左右，一些公司正计划扩大溶聚丁苯橡胶生产能力或新建装置。1992年以来，溶聚丁苯橡胶的产量呈递增趋势。据有关资料报道，1992年至2000年西欧、美国、日本三地区SSBR平均年增长率为5.9%，而SBR平均年增长率约为1.2%0 1995年，拜耳公司决定停止其在ESBR方面的投资，Hill，的ESBR停产。拜耳认为轮胎制备技术会有一个根本转变，欧洲的消费者将逐步接受“绿色轮胎”;另外，还应该看到以下因素1：（1）在现有的溶液聚合装置上花较少的费用就能有效地扩大SR的能力。 （2）溶聚工艺优于乳液聚合和气相聚合工艺，SSBR和BR更能接受长期挑战。
9、 （3）目前越来越趋向于采用优等填料，SSBR可在此方面降低轮胎的滚动阻力做出贡献。 （4） ESBR的生产效益长期低下。是一种相对ESBR的高性能合成橡胶，它不能等同于ESBR，也不能完全取代ESBR，二者比例的调整有一个渐进的发展过程。开发SSBR要在确保其综合质量优良的基础上，将目标集中在节能型品种。虽然丁苯橡胶市场已经成熟，但乳液丁苯橡胶与溶液丁苯橡胶之间的竞争正在增加。溶液丁苯橡胶在加工上存在的问题已通过生产特制聚合物（tailoring）而得到克服。目前存在的主要问题是价格较高，各生产者所生产的产品之间没有很好的互换性。对于高性能轮胎，没有任何其它橡胶能够代替溶液丁苯橡胶，当然乳液
10、丁苯橡胶也是不能满足要求的。因此尽管溶液丁苯橡胶成本比乳液丁苯橡胶约高出17%，但轮胎生产者使用溶液丁苯橡胶的趋势已开始越来越明显，但是由于我国的现状的限制，所以我国大多数还是选用乳液丁苯橡胶。目前国内4套乳聚丁苯橡胶装置主要技术来源于日本JSR、ZEON和台湾合成橡胶公司。工艺技术路线基本一致，都是低温乳液聚合技术，只是在工艺流程和聚合配方上有差别，技术本质上无差别。对于聚合生产工艺而言，JSR从工艺流程上要好于ZEON，产品质量优于ZEON，缓冲能力较强；不足之处是JSR聚合转化率为62%，而ZEON为70%15。吉林石化公司丁苯橡胶装置A、B两条生产线原设计双线各八台釜，五台置换塔，聚合
11、釜容积为30台，聚合物料从一釜进入，依次通过串联的八台釜，在5的温度下，反应8-10小时，聚合转化率为60%，生产能力每条线为115td；经过几次技术改造，双线各拆除两台置换塔，增加一台聚合釜，变为九釜三塔反应，聚合转化率由60%提至62%，装置生产能力由115td提高到145td3。兰州石化公司橡胶厂丁苯橡胶以氯化钾为电解质（PH缓冲溶液）、过氧化氢二异丙苯为氧化剂、以叔十二碳硫醇为调节剂，借液氨冷却，在5-8下，丁二烯和苯乙烯在聚合釜中进行聚合反应，待末釜单体转化率达64-68%时，用终止剂终止聚合反应，单体回收采用水环式压缩机，用挤压脱水机、膨胀干燥机进行脱水干燥3。 齐鲁石油化工公司橡
12、胶厂采用ZEON技术，用低活性引发剂通过延长反应时间、调节剂乳化剂补加实现高转化率，通过改变氨蒸发压力对聚合温度进行控制，经过14-16小时的聚合反应，聚合达70%。单体回收采用三台小脱水机脱水，采用带式干燥机热风干燥（两条线为随工艺包引进，第三线为哈尔滨博实公司参照其干燥箱仿制）。其工艺路线的缺点一是反应时间较长；二是反应温度控制精度低，温度波动大；三是缓冲能力弱15。 南通申华化学工艺路线与吉化公司基本相当，其技术来源于台湾合成橡胶公司，聚合系统聚合温度控制在8左右，转化率为63%-66%，单体丁二烯回收用水环真空泵，苯乙烯回收采用两台减压蒸馏塔串联操作，脱水机为两台并联操作，每条生产线两
13、台小干燥箱（美国WP公司生产）并联进行干燥。溶液丁苯橡胶在加工上存在的问题已通过生产控制聚合物（tailoring）而得到克服。因此尽管溶液丁苯橡胶成本比乳液丁苯橡胶约高出17%，但轮胎生产者使用溶液丁苯橡胶的趋势已开始越来越明显，但是由于我国的现状的限制，所以我国大多数还是选用乳液丁苯橡胶4。一般乳液丁苯橡胶中含有23.5%的苯乙烯，其分子量随聚合情况而异，在10150万之间。聚合物的分子微结构，也随聚合条件的变化有很大不同。高温共聚丁苯橡胶与低温丁苯橡胶比较，高温共聚橡胶反式结构含量较低，聚合度也较低，凝胶含量较大；低温共聚丁苯橡胶反式结构含量较高，分子量分布较窄，凝胶含量几乎没有，因此，
14、物理性质比高温丁苯橡胶好。2.3低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺过程图141 丁苯橡胶工艺简图2.3.1 单体及化学品溶液接受2.3.1.1丁二烯（BD） 丁二烯（以下简称BD）来自单体贮存与配制岗位经FR301记录瞬时流量后，进入BD换热器（E-301）。在E-301与WHS（WCS）换热后，流入混合器（A-301）。在A-301入口，BD与来自循环碱液加热器（E-302）的碱液混合，BD和碱液在A-301中充分混合后，流入碱滗析器（V-302-1），阻聚剂（TBC）在此被碱液脱除。碱洗温度，控制V-302-1的入口为302，由TRC301控制调节E-301 WHR（WCS）的流量。BD和碱液在
15、V-302-1中分层分离，BD中的TBC转入V-302-1下部的碱液中。V-302-1中上部的BD进入V-302-2中，进一步分离掉碱液，再由上部流入BD进料换热器（E-303），换热以后，流入BD缓冲罐（V-303）。E-303的出口温度由TRC304控制，调节WHR（WCS）流量，使温度稳定在302。V-303的液位，由LICA302控制和调节。V-302-1中的碱液以循环碱液输送泵（P-302）连续经E-302循环。循环碱液的瞬时流量，由P-302出口管线上的FR-302记录，改变碱液的循环量就改变了TBC的脱除效果，E-302碱液的出口温度由TIC-303控制，调节WHR（WCS）的流
16、量，使温度稳定在302，由于碱液在循环中与TBC反应而消耗，因此要定期更换，废碱液装桶或放入地沟（排放使以600#送入的母液中和）。新鲜碱在氢氧化钠配制槽V-301中配制，配制合格后的碱液，有P-301送入V-302-1中5。2.3.1.2苯乙烯（ST） 苯乙烯（以下简称ST）来自单体贮存与配制单元。经管线进入ST换热器（E-306）后，进入ST缓冲罐（V-304）。V-304的液位，由LICA303控制和调节。E-306 ST的出口温度，由TRC323检测，调节WHR（WCS）流量，使其稳定在242.3.1.3乳化剂（EM） 来自化学品配制单元的乳化剂（以下简称EM）溶液在线混合系统，由于皂
17、型不同，分别经不同的管线进入EM缓冲槽（V-306A , V-306B）。温度由TIC-307控制，调节加热蒸汽流量，使其稳定在18V-306的进料运作，由LRS-304的连锁接点LS-323控制，调节V-306的液位。2.3.1.4活化剂（ACT） 来自化学品配制岗位的活化剂（以下简称ACT），进入ACT缓冲槽（V-307）中。V-307的进料运作，由LRS-305的连锁接点LS-215控制。V-307的温度为常温。2.3.1.5调节剂（MOD） 来自调化剂（以下简称MOD）配制罐的MOD，由MOD输送泵（P-109）送入MOD缓冲罐（V-305）中。V-305的进料运作，由LIS-307的
18、连锁接点LS-324控制P-109泵和V-305进口调节阀的开闭。V-305的温度有TIC-327控制，调节WHR的流量，使其稳定在152.3.1.6氧化剂（OXI） 来自氧化剂（以下简称OXI）配制罐的OXI，由OXI输送泵（P-108）送入OXI缓冲罐（V-309）中。V-309的进料运作，由LIS-308的连锁接点LS-325控制P-108泵的开停和V-309进口调节阀的开闭。V-309的温度由TIC-328控制，调节WHR的流量，使其稳定在152.3.1.7终止剂溶液（S.S） 来自化学品配制单元的终止剂（以下简称S.S）溶液，由S.S输送泵（P-210）经管线进入S.S缓冲罐（V-3
19、08）中。V-308的进料运作由L RS-306的连锁接点LS-218控制P-210泵和V-308入口调节阀的开闭。V-308的温度为常温。2.3.2 聚合聚合进料是多股物料流在线混合方式。其控制为多组分混合流量控制系统主站追踪系统。其流量检测器为椭圆流量计（氧化剂、调节剂BDST为质量流量计）。由主站、成分比率设定器、流量检测单元、显示报警单元，与调节阀或无级调速电机组成其流量控制回路。为确保控制精度，辅设了手动校正系统。聚合进料中的丁二烯（BD）、苯乙烯（ST）、乳化剂（EM）、活化剂（ACT）、调节剂（MOD）、氧化剂（OXI），分别由聚合进料BD进料泵（P-303）、ST进料泵（P-3
20、04）、EM进料泵（P-306）、ACT进料泵（P-307）、MOD进料泵（P-305）、OXI进料泵（P-309）输送，首先ST与MOD混合后再与BD混合，然后，BD、 ST、 MOD混合料液与EM相混合，混合后的料液在进入冷胶进料冷却器（E-304）之前与ACT混合，进入E-304与液氨换热，出口温度控制为1317，然后，此混合料液流入冷胶进料冷却器（E-305）进一步与液氨换热，出口温度控制为812。最后，混合料液流入聚合釜。E-304、E-305的温度以TRC310、TRC311为主控回路，同V-317、V-318氨蒸发压力调节系统PIC-304或PIC-305构成串级，调节液氨蒸发压
21、力，实现对E-304、E-305出口料液温度的稳定控制。物料混合后进入缓冲罐（V-312）由P-308A和P-308B分别加入良田聚合线，由P-309泵把OXI直接送到聚合首釜。所有的物料进入第一聚合釜后，聚合反应就开始了。为获得高质量的均匀产品，在搅拌条件下，由液氨在聚合釜氨冷管内蒸发，把聚合反应热带走。因此，每个聚合釜温度根据生产的品种不同，控制在规定值是十分重要的。SBR品种不同，所需聚合聚合反应的时间，设计取8.51.5小时。当转化率和门尼黏度等主要控制指标达到规定值时，由终止剂泵（P-310）送来的S.S溶液，从选定的S.S加料点加入到胶乳中，从而终止聚合反应。S.S加料点可能是末釜
22、出口，也可能是置换塔（C-301303）的某一个出口。最终胶乳由系统压力送入单体回收岗位（400#）或胶乳缓冲罐（V-303）中。聚合系统设有两个压力控制点。PRS303检测进料集管的压力，设在E-304进口，500 kPa自动报警，600 kPa时，系统自动停车。PRCA308检测置换塔（C-305）出口的系统备压，设定值为200 kPa，450 kPa发出报警。胶乳缓冲罐（V-330）的压力由PRC-309控制，其设定值为100 kPa，超出100 kPa后，排入400#。V-330中的胶乳，由胶乳输送泵P-310连续送入400#单体回收岗位。V-330由LIA321、LIA322指示其液
23、位变化。聚合所用S.S，在停车或紧急状态情况下，由停车S.S输送泵、事故S.S输送泵送入终止点，后者都是以氨气（GN）为动力源是移动式气动泵7。第2篇 设计计算说明书第1章 基础数据1、年产量： 6万吨2、年工作日： 7800小时3、烃含量: 92%4、转化率: 60%5、单体回收单元损率: 0.2%6、后处理单元损率: 0.6%7、聚合配方（质量百分含量，净含量100份单体）表1-1 主要原料指标8 原 料 指 标 丁二烯纯度 99.3% 苯乙烯纯度 99.6% 丁二烯苯乙烯 7228 混合苯乙烯纯度 94% 混合丁二烯纯度 93% 纯碱流量BD流量 11表1-2 产品指标 产 品气提胶乳中
24、结合苯乙烯含量（wt%） 22.525.4% 残留苯乙烯（wt%） 0.1% 最终胶乳（wt%） 20.523.5% 单体回收单元丁二烯损率：（wt%） 2.0% 单体回收单元苯乙烯损率（wt%） 0.06% 门尼粘度 4658 伸长率 480%表1-3 聚合配方名 称组 分SBR1500单体BD72ST28乳化剂WT176.072松香酸钾皂液4.62电解质2.058磷酸0.231氢氧化钾0.396乙二胺四乙酸四钠盐0.03间次甲基二萘磺酸钠0.13保险粉溶液0.54连二亚硫酸钠0.04活化剂溶液11.2530.025硫酸亚铁0.01甲醛次硫酸钠调节剂溶液叔十二碳硫醇0.158氧化剂溶液过氧化
25、氢对锰烷0.86终止剂溶液4.966二甲基二硫代氨基甲酸钠0.11亚硝酸钠0.036SDS0.15稀磷酸0.035PHS0.023第2章 聚合工段物料衡算丁苯物料衡算图：1丁二烯； 2苯乙烯； 3调节剂； 4活化剂；5氧化剂； 6终止剂； 7钾皂； 8碱；9聚合物； 10软水； 11未反应丁二烯； 12未反应苯乙烯；13蒸气； 14消泡剂； 15固体； 16碱；2.1 进料计算（1）混合丁二烯和苯乙烯进料：设年产量为6万吨 每小时产量： M=6100001000kg7800=7692.31kg：氨的质量；Hr：氨的汽化潜热，7时为295.7kcalkg,5.5时为297.05kcalkg。则反
26、应10小时时，冷却第一釜所需氨的量：冷却第二釜所需氨的量：冷却三至末釜所需氨量：第4章 反应器和搅拌桨的选择4.1 反应釜的选型按聚合反应的特性及过程控制的重点在于除去聚合热的场合，可选用搅拌釜式反应器（参见聚合反应工程基础）。搅拌釜是乳液聚合最常用的反应器，也是应用最广的聚合反应器，釜式聚合反应器是一种形式多变的聚合装置，它广泛应用于低粘度的悬浮聚合过程，乳液聚合过程，也能用于高粘度的本体聚合和溶液聚合过程。从操作方式来看它能进行间歇、半连续、单釜和多釜连续操作，以满足不同聚合过程的要求。为了保证釜中物料的流动、混合与传热，液滴的分散或固体物料的均匀悬浮，釜中设有搅拌装置9。釜式反应器的除热
27、主要采用夹套和各种内冷件，以立式最为常见。综上所述，初选反应器为搅拌釜式反应器。由设计压力为31055105帕，热量衡算初选的反应器为2800H 3500，可选封头型式为：椭圆形底、盖，可拆盖，高度H=2200mm，公称容积为35m3，筒体内径为2400mm，壁厚为18mm，A3材质，重量为3680Kg，下轴泵为LIGUMVIJUE（参见化工容器及设备简明设计手册）。 反应釜和搅拌桨示意图41：反应釜和搅拌桨示意图反应釜的型号见下表:表4-2反应釜的型号封头型式公称容积计算容积筒体直径筒体高度高度壁厚材质下轴泵型号椭圆底、盖22m320m32800mm3500374018 mmA3LIGUMV
28、IJUE第5章 管道直径与贮罐的计算5.1 管道与贮罐的计算5.1.1 管道直径的计算一丁二烯苯乙烯进料管径的计算查得工艺液体的流速范围为0.5-1ms1.丁二烯管径的计算取丁二烯的流速为u=1ms； qm=8560.69kgs.2.苯乙烯管径的计算苯乙烯的流速u=1.0msqm=3541.66kgs.5.1.2 贮罐的计算贮罐体积的计算：贮罐是用来储存一定量的进料，以保证一定时间内工艺程序按时按量的进行，每8小时一倒班加一次料。贮罐（丁二烯）：每小时丁二烯的进料为8560.69kg，V=m3贮罐（苯乙烯）：每小时苯乙烯的进料为3329.16kg，V=m3其他贮罐均按以上方法计算，一些助化剂本身的损耗很小甚至不损失，就按照一小时的计算量来计算。第6章 换热器的设计型计算6.1 换热器计算基本条件 表
