丁苯橡胶设计项目说明指导书.doc

年产20万吨乳聚丁苯橡胶装置工艺设计摘 要本设计为年产20万吨乳聚丁苯橡胶装置工艺设计，以聚合工段为工艺设计关键对象。对丁苯橡胶生产方法和生产工艺进行了系统论证。本设计以丁二烯和苯乙烯为关键聚合单体，以松香酸钾皂、硫酸亚铁、叔十二硫醇、过氧化氢对孟烷等为助剂，采取低温乳液聚正当连续生产工艺合成丁苯橡胶。并进行了聚合工段物料衡算和关键设备计算和选型，进行了简单技术经济分析。用Auto-CAD绘制了工艺步骤图、车间平面部署图、设备装配图和总厂平面部署图，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 on behalf of annual produce 200,000 emulison type styrene butadiene rubber device technological design，with polymerization aile for technological design subject.Versus SBRs manufacturing method and technique of production undertook systematical argumentation.The design use butadiene and styrene for main polymerizing monomer，abietic acid potash soap，ferrous sulfate tertiary DDM，hydrogen peroxide versus manganese alkane and others for accessory ingredients，adopted low temperature emulsion polymerization continuous production craft synthetize SBR.And has done polymerizing aile material balance ，heat balance and the major equipmentcount and lectotype，proceed simple engineering economy study.Use auto-CAD protracting one piece of process line cum instrument flow chart，one piece of workshop layout ，one piece of unit assembly drawing and one piece of factory layout，and establishmented design specifications and account.Key words： butadiene-styrene rubber emulsion polymerization Technological design butadiene styrene目 录前 言-1-第一章 总论-2-1. 1 丁苯橡胶性能-2-1. 2 丁苯橡胶用途-2-1. 3 丁苯橡胶关键地位-3-1. 4 市场需求-3-1. 5 工业生产方法-3-第二章 产品概述-5-2. 1 丁苯橡胶方法-5-2. 2 丁苯橡胶中国外研究现实状况-6-2.3 中国丁苯橡胶新技术开发-7-2.4 丁苯橡胶生产现实状况概况-7-2.4.1世界丁苯橡胶生产现实状况概况-7-2.4.2 中国丁苯橡胶生产现实状况概况-8-2.5 生产方案和生产步骤确定-9-第三章 乳聚丁苯橡胶生产工艺-10-3.1 生产步骤简述-10-3.1 .1 反应方程式-10-3.1 .2 生产过程-11-3.2 生产配方-12-3.3关键原料-13-3.4 工艺条件-13-3.5 生产中应该注意问题-14-3.6 影响聚合原因-15-第四章 物料衡算-16-4.1 聚合釜总物料衡算-16-4.1.1 计算依据-16-4.1.2 公式-17-4.1.3 聚合釜物料衡算-17-4.1.4 非聚合釜物料衡算-19-4.2 各釜进出料计算-20-4.2.1 基础数据-20-4.2.2 计算-20-4.2.3 各反应釜出口物料组成-22-第五章 能量衡算-23-5.1 反应釜物料热量衡算-23-5.1.1 物料比热容计算-23-5.1.2 物料相关参数列表-25-5.1.3 聚合釜热量计算-26-5.2 冷胶进料冷却器热量衡算-27-第六章 反应器和搅拌装置选择-29-6.1 聚合釜参数-29-6.2 反应釜计算-30-6.2.1 反应釜数量-30-6.2.2 聚合釜筒体直径和筒体高度-30-6.3 聚合釜各参数确实定-31-6.4 传热结构，夹套结构-32-6.5 液氨进口管径-32-6.6 物料进口管径-33-6.7 搅拌装置-33-6.7.1 搅拌器选择-33-6.7.2 搅拌器转速-34-6.7.3 搅拌功率-34-6.7.4 搅拌轴-34-6.8 电动机功率-34-6.9 搅拌器附件-35-6.9.1 挡板-35-6.9.2 导流筒-35-6.10 聚合釜参数汇总-35-第七章 管道和泵等其它设备选择-37-7.1 关键管径计算-37-7.2 泵选择（以苯乙烯输送为例）-37-7.3 其它设备选择-38-7.3.1丁二烯缓冲罐-38-7.3.2 苯乙烯缓冲罐-38-7.3.3 乳化剂溶液缓冲罐-38-7.3.3 其它缓冲罐-39-7.3.4 终止釜-40-第八章 产房部署-42-8.1 产房面积估算-42-8.2 工厂布局和选址及占地面积-42-8.2.1 厂址选择及车间部署-42-8.2.2 工厂占地面积-43-第九章 技术经济分析-44-9.1 经济核实-44-9.2 经济计算-44-9.3 固定投资分配-45-9.3.1 土地购置费-45-9.3.2 工程建设费-45-9.3.3 设备购置费和安装费-45-第十章 安全生产-46-10.1 物料卫生标准-46-10.1.1 丁二烯-46-10.1.2 苯乙烯-46-10.1.3 其它原料卫生标准-46-10.2 防火防爆、防毒及安全消防设施-46-10.2.1防火防爆-46-10.2.2 防毒-47-10.2.3 中毒后应采取抢救方法，有以下四个要领：-47-10.2.4 安全防护-48-第十一章 环境保护-49-11.2 废水处理-49-11.2.1 单体贮存和配置单元-49-11.2.2 化学品配置单元-49-11.2.3 聚合和单体回收单元-49-11.3 废渣处理-50-11.3.1 起源-50-11.3.2 处理-50-参考文件-51-致谢词-52-前 言丁苯橡胶是由1,3-丁二烯和苯乙烯共聚而得高聚物1，简称SBR，因其综合性能很好，原料又廉价易得，所以产量很高，约占全部合成橡胶50%以上。现在SBR关键生产方法是乳液聚正当和溶液聚正当，乳液聚合生产工艺已相当成熟，且乳液聚合生产工艺已占SBR生产主导地位。乳液聚合2中，约90%生产工艺为低温条件。低温乳液聚合工艺催化剂、活性剂使用效率高，聚合反应温度低，凝胶含量少，能生产出大分子量、机械性能很好橡胶。其在轮胎、鞋类、胶管、汽车零部件、电线电缆和其它多个工业橡胶制品生产中含有广泛应用。本设计是以丁二烯和苯乙烯为原料，采取中国外生产工艺相当成熟低温乳液聚合生产方法，对年产20万吨SBR生产工艺初步设计。本设计内容包含十一个部分：第1章：总论；简单介绍丁苯橡胶性质、用途、地位和生产需求；第2章：概述了丁苯橡胶中国外生产情况及发展趋势；第3章：介绍该工艺产品及原料说明，关键介绍低温乳液聚合工艺；第4章:物料衡算;第5章：能量衡算；第6章：关键设备计算和选型；第7章：隶属设备条件确定及选型；第8章：厂房部署；第9章：经济分析；第10章：安全生产事项；第11章：环境保护。设计图纸包含生产工艺步骤图、聚合釜设备图、车间平面部署图及总厂平面图。本设计意在理论学习基础上，结合生产实践，熟悉工艺步骤、生产方案选择、设备选型等，掌握工艺设计中物料衡算、能量衡算、设备计算、选型，对参考文件查阅和学习等方法。因为设计者理论知识有限，设计经验缺乏，在设计过程中难免会有部分不足和错误之处，敬请各位老师指导、更正。第一章 总论1. 1丁苯橡胶性能丁苯橡胶是一个不饱和烃类高聚物. 在光、热、氧和臭氧作用下将发生物理化学反应，但其被氧化作用比天然橡胶缓慢，即使在较高温度下老化反应速度也较缓慢。光对橡胶老化作用不显著，但耐臭氧性比天然橡胶差。脆性温度约为零下450C，低温性能稍差。4优点：(1)胶料不易焦烧和过硫，硫化平坦性好。(2)耐磨性、耐热性、耐油性和耐老化性能等均比天然橡胶好。高温耐磨性好，适适用于乘用胎。(3)加工中分子量降到一定程度后不再降低，所以不易过炼，可塑度均匀。硫化胶硬度改变小。(4)提升分子量可达成高填充，充油丁苯橡胶加工性能好。(5)很轻易和其它不饱和通用橡胶并用，尤其是和天然橡胶和顺丁橡胶并用，经配方调整能够克服丁苯橡胶缺点。缺点：(1)纯胶强度低，需加入高活性补强剂方可使用。加入配合剂难度比天然橡胶大，配合剂在橡胶中分散性差。(2)反式结构多，结构不规整，侧基上带有苯环，所以比天然橡胶滞后损失大、生热高、弹性低、耐寒性也稍差。但充油后能降低生热。(3)未硫化胶料收缩大、强度低、粘着性能不如天然橡胶。(4)硫化速度比天然胶慢。(5)硫化胶耐曲挠龟裂性比天然胶好，但裂纹扩展速度快。热撕裂性能差。总而言之，和天然橡胶比，丁苯胶含有很好耐热、耐老化性能和较高耐磨性能。但丁苯胶弹性、耐寒性、耐屈挠龟裂性、耐撕裂性和粘着性能均比天然橡胶差，工艺加工性能不如天然橡胶，数次变形下升热量大，滞后损失大。因为硫化速度较慢，所以硫化促进剂用量较大，但硫化过程中操作比较完全。4产品性能SBR1500是通用污染型软丁苯橡胶最经典品种，生胶粘着性和加工性能均优，硫化胶耐磨性能、拉伸强度、撕裂强度和耐老化性能很好。SBR1502是通用非污染型软丁苯橡胶最经典品种，其性能和SBR1500相当，有良好拉伸强度、耐磨耗和屈挠性能。SBR1712是一个填充高芳香烃油软丁苯橡胶污染性品种，它含有优良粘着性、耐磨性和可加工性和价格廉价等优点。 1. 2丁苯橡胶用途 SBR-1500广泛用于以炭黑为补强剂和对颜色要求不高产品，如轮胎胎面、翻胎胎面、输送带、胶管、模制品和压出制品等。SBR-1502广泛用于颜色鲜艳和浅色橡胶制品，如轮胎胎侧、透明胶鞋、胶布、医疗制品和其它通常彩色制品等。SBR-1712广泛用于乘用车轮胎胎面胶，轮胎胎面胶、输送带、胶管和通常黑色橡胶制品等。61. 3丁苯橡胶关键地位丁苯橡胶是最早工业化合成橡胶。1933年德国采取乙炔合成路线首先研制出高温乳液聚合丁苯橡胶，并于1937年开始工业化生产。50年代初，出现了性能优异低温(5-8)丁苯橡胶。现在，丁苯橡胶(包含胶乳)产量约占整个合成橡胶生产量55%，是合成橡胶中产量和消耗量最大胶种；低温乳聚丁苯橡胶约占整个丁苯橡胶产量80%。1. 4市场需求伴伴随近几年中国丁苯橡胶生产能力显著增加，中国丁苯橡胶市场表现出两大特征：一是出口量大幅度增加，二是进口量并没有显著降低。其内在原因是， 中国丁苯橡胶进口量70%以上是以进料加工贸易和来料加工装配形式进口，所以，尽管中国资源增加，进口量并没有显著降低。出口增加关键原因首先是为了释放中国特定阶段时期内市场销售压力， 其次是为了平衡国际市场需求，美国和东南亚地域轮胎产量增加，吸纳了中国一定丁苯橡胶资源。 依据中国汽车工业协会草拟“十二五”汽车产业发展计划估计，中国汽车产量达成2500 万辆，较 年1842 万辆增加35.7%。据此估计，中国丁苯橡胶市场容量仍将有30%左右增加空间，但产品消费结构会有很大改变。估计到中国丁苯橡胶生产能力将增加到150万吨，新增生产能力以溶聚丁苯橡胶居多， 这种发展趋势符合了绿色高性能轮胎发展需要， 能够引领中国丁苯橡胶市场走向健康、稳定发展道路。7中国丁苯橡胶 年需求量达成约105.0 万t, 其中乳聚丁苯橡胶需求量约为90.0 万95.0 万t, 溶聚丁苯橡胶需求量约为10.0 万15.0 万t, 乳聚丁苯橡胶仍是中国丁苯橡胶消费关键产品。1. 5工业生产方法丁苯橡胶（SBR）：是由1，3-丁二烯和苯乙烯共聚而得高聚物。1.乳液聚正当（关键采取）品种：低温丁苯橡胶、高温丁苯橡胶、低温丁苯橡胶炭黑母炼胶、低温充油丁苯橡胶、高苯乙烯丁苯橡胶、液体丁苯橡胶等。2.溶液聚正当品种：烷基锂引发、醇烯络合物引发、锡偶联、高反式等丁苯橡胶。1. 6关键产品介绍关键产品牌号以下表1. 1：表1. 1 关键产品介绍牌号填充产品特征用途SBR1500E深色。生胶自粘性佳；加工性良好；耐磨耗性、耐老化性、耐屈挠等性能良好。轮胎、输送带、橡胶管、黑色鞋底等深色工业制品SBR1502浅色。含有较佳耐磨耗性、拉伸强度、耐老化性、耐屈挠性能。轮胎、浅色透明鞋底、橡胶布、浅色运动器材等。SBR1712E37.5份高芳烃油深色。含有良好加工性和高性价比。亚硝胺类化合物含量低于安全许可标准。轮胎、输送带、橡胶管及其它深色工业制品。SBR172337.5份低稠环芳烃油深色。油品中PCA（稠环芳烃） 小于 3%“。轮胎、输送带、橡胶管及其它深色工业制品。SBR1721 37.5份高芳烃油深色。结合苯乙烯含量高，含有较佳抗湿滑性。轮胎、输送带、橡胶管及其它深色工业制品。SBR173937.5份低稠环芳烃油 深色。结合苯乙烯含量高，含有较佳抗湿滑性。油品中PCA含量小于3%。 轮胎、输送带、橡胶管及其它深色工业制品。 第二章 产品概述2. 1丁苯橡胶方法(一)乳聚丁苯橡胶(E-SBR)乳聚丁苯橡胶工业生产方法有高温聚合(又称热法)和低温聚合(冷法)两种。高温聚合所得产品分子量较低、文化度较大，分子量分布较宽，在质量上全部不如低温聚合产品，现在极少采取。所以，本节只叙述低温连续法乳液聚合生产工艺。乳聚丁苯综合物性优良，易于塑炼加工，其耐热、耐磨、耐老化性能优于天然橡胶。和天然橡胶、顺丁橡胶混溶性好，硫化曲线较平坦，不易焦烧和过硫化，但弹性和抗撕裂性能不如天然橡胶。充油丁苯和非充油丁苯胶相比，其可塑性好，易加工，制成轮胎和路面抓着力高、生热低，生产成本低，且硫化胶物性无显著下降。乳聚丁苯橡胶是最通用合成橡胶品种，可和天然橡胶、顺丁橡胶混用，适适用于制作多种轮胎、胶管、胶带、胶鞋、胶板、胶辊、电线电缆和橡胶制品。4（二）溶聚丁苯橡胶(SSBR)溶聚丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯两种单体，经过溶液聚合反应制得共聚橡胶。商品也有纯溶聚丁苯和充油溶聚丁苯两类。本节内容仅简述现在工业生产上，应用较广锂引发体系制备溶聚丁苯，可生产无规共聚物和嵌段共聚物两种。它们分子量分布通常小于2，比乳聚丁苯(4)窄，含有愈加好耐磨性、耐寒性和生热低等性能。溶聚丁苯橡胶含有优良耐磨性、耐沟纹龟裂性，且对湿路面抓着力、耐热性及在高温下长时间暴露后耐屈挠性良好。加之在密炼机混炼时生热低、压出膨胀率小、填充量高等特点，关键应用于轮胎方面，约占溶聚丁苯胶总产量80，如制造轿车轮胎、大型轮胎胎面、雪地轮胎胎体等。从耐磨性、拉伸强度、硫化平坦性、耐屈挠性和耐热性等考虑，尤其适于制造耐热运输带。因为耐低温性、防震性和金属粘合性好，适适用于制造皮带、刮水板、窗框密封及散热器软管等工业用零部件。因其耐候性、回弹性好及永久变形小等优点，在制造胶鞋、雨衣、毡布、手套、风衣及气垫床等日用具亦广泛应用。用溶聚丁苯橡胶还可制成发泡均匀、结构致密微孔海绵材料。通常所说丁苯橡胶关键是指乳聚丁苯橡胶。乳聚丁苯橡胶又包含高温乳液聚合热丁苯和低温乳液聚合冷丁苯。前者于1942年工业化，现在仍有少许生产，关键用于水泥、粘合剂、口香糖、和一些织物包覆和模塑制品及机械制品。通常所说丁苯橡胶关键是指低温乳液聚正当生产丁苯橡胶，1947年工业化，它有较高耐磨性和很高抗张强度，良好加工性能，和其它综合性能，是现在产量最大、用途最广合成橡胶品种。溶聚丁苯橡胶（SSBR）是丁二烯和苯乙烯在烃类溶剂中，在丁基锂催化剂存在下聚合制得。80年代后期生产第二代溶聚丁苯橡胶滚动阻力优于乳聚丁苯橡胶和天然橡胶，抗湿滑性优于顺丁橡胶，耐磨性也好，能够满足轮胎高速、安全、节能、舒适要求，用其制造轮胎比乳聚丁苯橡胶节油3%5%。乳液聚合(emulsion polymerization)是高分子合成过程中常见一个合成方法，因为它以水作溶剂，对环境十分有利。在乳化剂作用下并借助于机械搅拌,使单体在水中分散成乳状液,由引发剂引发而进行聚合反应。优点: (1)聚合热易扩散,聚合反应温度易控制；(2)聚合体系即使在反应后期粘度也很低,所以也适于制备高粘性聚合物；(3)能取得高分子量聚合产物; (4)可直接以乳液形式使用 (5)可同时实现高聚合速率和高分子量。在自由基础体聚合过程中，提升聚合速率原因往往会造成产物分子量下降。另外，乳液体系粘度低，易于传热和混合，生产轻易控制，所得胶乳可直接使用，残余单体轻易除去。缺点:(1)聚合物含有乳化剂等杂质影响制品性能; (2)得到固体聚合物,还要经过凝聚、分离、洗涤等工序；(3)反应器生产能力也比本体聚合时低。 2. 2丁苯橡胶中国外研究现实状况丁苯橡胶生产技术在20年代后期逐步成熟，以后对工艺又进行了不停改善，并朝着装置大型化方向发展，自动化控制水平有了显著提升，而且己达成相当优异水平。 丁苯橡胶在提升聚合反应单体转化率、节能降耗等方面取得了很大进展，在处理ESBR滚动阻力和抗湿滑性能矛盾问题，优化产品性能，适应市场需求等方面也得到了突破性进展。7美国Goodyear轮胎和橡胶企业不使用溶剂，用含有抗降解剂、金属失活剂，光敏剂，增效剂，颜料，催化剂和/或促进剂官能化苯乙烯和含有2%-3%离子表面活性剂和平共处0%-70%增塑剂丁二烯在0-25下进行乳液共聚，制得含有酰氨基官能化ESBR。日本Zeon企业经过引入第三单体，开发出一个生热低且耐磨、可填充SiO2或炭黑、门尼粘度为10-200ESBR。 日本JSR企业发明了一个用两步法聚合工艺生产中苯乙烯含量ESBR新方法。美国Xerox企业经过将单体加入聚合釜，引发聚合，反应放热后用惰性气体净化反应器，并将聚合温度升到要求值方法，制取了残余单体含量低ESBR。日本三菱化成企业用自由基引发剂和常规乳液聚合助剂，用两步聚合工艺制成了结合苯乙烯含量分布范围宽、耐磨性和抗湿滑性比常规ESBR好新型ESBR。日本Lion企业用二元酸双酯作ESBR软化剂，以改善胶料低温抓着性。日本住友橡胶工业企业将接枝有硅烷偶联剂SBR胶乳和一个化合物（如四乙氧基硅烷）混合，经过溶胶凝胶化反应而制成一个高强度、高回弹率、低能耗原位增强ESBR。 2.3中国丁苯橡胶新技术开发多年来中国开展了很多丁苯橡胶科研开发和技术改革，大连理工大学化工学院和燕山石化研究院以正丁基锂为引发剂合成了丁二烯-苯乙烯二嵌段共聚物，该共聚物和一般溶聚丁苯橡胶相比，不仅含有良好物理机械性能，同时含有低滚动阻力和高抗湿滑性能；另外还采取由正丁基锂和二乙烯基苯合成多螯型引发剂及SnCl4偶联剂等合成了含有宽相对分子质量分布、高门尼粘度溶聚丁苯橡胶，而且采取湿法充油制得了物理机械性能优异充油丁苯橡胶。兰州石化企业石化研究院自行研制开发出了粉末丁苯橡胶制备技术，并实现了中试放大，经200t/a规模中试验证实该技术凝聚工艺平稳，过程易于控制，产品性能稳定，反复性好，属中国首创技术，该技术应用于沥青改性方面，含有掺混工艺简单、易于分散、改善沥青低温性能特点，并填补了中国粉末丁苯橡胶改性沥青领域空白。 2.4丁苯橡胶生产现实状况概况 2.4.1世界丁苯橡胶生产现实状况概况多年来，世界丁苯橡胶生产能力稳步增加。全世界丁苯橡胶总生产能力为451.2万ta，增加到504.6万ta，比增加约6.5%，其中乳聚丁苯橡胶生产能力为404.9万ta，约占世界丁苯橡胶总生产能力80.2%：溶聚丁苯橡胶生产能力为99.7万ta，约占总生产能力19.8%。北美、欧洲和亚洲地域是最关键生产地域，生产能力分别约占世界总生产能力22.2%、19.8%和38.6%。美国固特异轮胎橡胶企业是现在世界上最大丁苯橡胶生产厂家，生产能力达成36.3万ta，约占世界丁苯橡胶总生产能力7.19%；其次是中国石油化工集团企业，生产能力为29.0万ta，约占世界总生产能力5.75%；再次是韩国锦湖石油化工企业，生产能力为27.5万ta，约占世界总生产能力5.45%；第4是日本合成橡胶企业，生产能力为26.8万ta，约占世界总生产能力5.31%。-期间，世界上将新增丁苯橡胶产能约120.0万ta，新增装置关键集中在中国大陆、印度、韩国、德国和美国等国家和地域，其中陶氏(dow)企业已开始在德国施科保建6.0万ta溶液丁苯橡胶(ssbr)新装置，计划在下六个月建成。美国国际特种产品企业(isp)计划在美国新建一套16.0万ta丁苯橡胶生产装置，印度信赖工业企业计划在新建一套10.0万ta生产装置，印度石油天然气企业计划在新建一套14.0万ta生产装置，韩国锦湖石油化工企业拟于新增加10.0万ta生产能力。估计到，世界丁苯橡胶生产能力将超出620.0万ta，其中亚太地域、北美地域和西欧地域仍将是世界最关键丁苯橡胶3个生产地域。72.4.2中国丁苯橡胶生产现实状况概况自1960年兰州石油化工企业以前苏联引进技术，建成中国第一套1.3万ta乳聚丁苯橡胶生产装置以来，中国丁苯橡胶生产发展较快。尤其是以后，中国有多套丁苯橡胶新建或扩建装置建成投产。，中石油吉林石油化工企业将其乳聚丁苯橡胶装置生产能力增加到14.0万ta，中石油兰州石油化工企业亦于末将其生产能力扩增到5.5万ta；江苏南通申华化工企业于6月将其原来12.0万ta生产能力扩建到17.0万ta；8月22日，中石化高桥石油化工企业采取日本旭化成企业溶液法连续生产10.0万ta溶液丁苯橡胶装置建成投产。5月28日，南京扬子石化金浦橡胶(扬子石化股份和江苏金浦集团根据股比6：4组建合资企业)采取国产化低生产技术建成10.0万ta乳聚丁苯橡胶装置打通全步骤，产出合格产品，实现一次开车成功。多年来中国丁苯橡胶产品品种牌号不停增加。齐鲁石油化工企业开发出高结合苯乙烯非污染型丁苯胶sbr1516，含有优异抗湿滑、耐曲挠等性能，达成国外同类产品优异水平，在压敏胶粘剂、制鞋、轮胎三角胶等领域，含有宽广应用前景。sbr1714为高充油丁苯胶sbr1714，除含有一般充油丁苯胶加工性能好、生热低、低屈挠寿命长，用作胎面胶时牵引力大特点外，还含有优越耐磨耗、抗湿滑等性能，可应用于轮胎胎面、胶管、胶带等领域，含有很好社会效益和经济效益。不含亚硝胺类物质环境保护型丁苯胶sbr1721，已替换进口产品应用于轮胎生产中。7伴随中国加入WTO，汽车进口关税降低，中国汽车工业及轮胎业将面临着更大挑战，尤其是受世界经济不景气影响，中国轮胎及橡胶制造业出口难度加大，有可能造成SBR消费量增加速度减缓，但从长远来看，中国丁苯胶市场仍将保持较大百分比增加。同时，伴随外资企业在中国投资规模加大和中国汽车工业及高速公路发展，高性能轮胎需求量将会逐步增加，尤其是“费改税”政策实施，SSBR用于轮胎节能、安全、舒适特点将会愈加受到大家关注和青睐。2.5生产方案和生产步骤确定通常所说丁苯橡胶关键是指乳聚丁苯橡胶。乳聚丁苯橡胶又包含高温乳液聚合热丁苯和低温乳液聚合冷丁苯。前者于1942年工业化，现在仍有少许生产，关键用于水泥、粘合剂、口香糖、和一些织物包覆和模塑制品及机械制品。通常所说丁苯橡胶关键是指低温乳液聚正当生产丁苯橡胶，1947年工业化，它有较高耐磨性和很高抗张强度，良好加工性能，和其它综合性能，是现在产量最大、用途最广合成橡胶品种。溶聚丁苯橡胶（SSBR）是丁二烯和苯乙烯在烃类溶剂中，在丁基锂催化剂存在下聚合制得。80年代后期生产第二代溶聚丁苯橡胶滚动阻力优于乳聚丁苯橡胶和天然橡胶，抗湿滑性优于顺丁橡胶，耐磨性也好，能够满足轮胎高速、安全、节能、舒适要求，用其制造轮胎比乳聚丁苯橡胶节油3%5%。6依据本设计为20万吨丁苯橡胶，产量比较大，故选择生产方法比较成熟，需求量大乳聚丁苯橡胶生产工艺第三章 乳聚丁苯橡胶生产工艺3.1生产步骤简述3.1 .1 反应方程式1,3-丁二烯（CH2=CH-CH=CH2）、苯乙烯（C6H5C2H3 ）在乳液中按自由基共聚合反应机理进行聚合反应。其反应式和产物结构式为：CH2=CH-CH=CH2C6H5-CH=CH2 -CH2-CH=CH-CH2-CH(C6H5)-CH2-n 21）第一步链引发反应：假如以R代表初级自由基，以M1代表单体丁二烯，M2代表单体苯乙烯，M1 、M1为链自由基；形成单体自由基反应可表示以下：R M1 RM1 ；R M2 RM2 ；由链引发反应可知，伴随引发剂氢过氧化异丙苯分解，体系OH含量升高，造成体系pH值升高。而OH和体系中Fe2反应又会生成Fe(OH)2沉淀。为了预防产生Fe(OH)2沉淀析出，工业上采取乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA-二钠盐)作为螯合剂，和Fe2生成水溶液性螯合物。EDTA-二钠盐和Fe2生成水溶液性螯合物，其离解度小，在碱性条件和酸性条件下全部很稳定，可在较长时间内保持Fe2存在，而又不生成Fe(OH)2沉淀。同时，Fe2经氧化后变成Fe3，Fe3呈棕色，假如其浓度较高将影响丁苯橡胶色泽。为了降低Fe3浓度，工业上使用雕白粉(甲醛-亚硫酸氢钠二水合CH2O.NaHSO3.2H2O)作为二级还原剂，使Fe3还原为Fe2。因为消耗了二级还原剂雕白粉，硫酸亚铁用量显著降低。保险粉（连二亚硫酸钠二水合物Na2S2O4.2H2O）称为脱氧剂；水中溶液氧在低温下是阻聚剂，加入雕白粉能确保聚合反应正常进行。2） 第二步 链增加反应：M1 M1 M1 ；M1 M2 M2 ；RM2 M1 M1 ；M2 M2 M2 ；3） 第三步 链终止反应： M1 M1 M1M1 ； M2 M1 M1M2 ； M2 M2 M2M2 ；当转化率（或门尼粘度）达成要求时，加入终止剂二甲基二硫代氨基甲酸钠，终止剂和链自由基发生下列反应，使链自由基活性消失。甲基二硫代氨基甲酸钠为有效终止剂，但在单体回收过程中仍有聚合现象发生，为此，添加了多硫化物、亚硝酸钠和多乙烯多胺。多硫化物有还原作用，可和残余过氧化物反应，以消除回收过程中残余过氧化物引发作用，亚硝酸钠有预防菜化状爆聚物生成作用。23.1 .2生产过程工艺步骤总线-原料制备、聚合反应、分离回收、后处理工段1）原料制备用计量泵将要求数量相对分子质量调整剂叔十烷基硫醇和苯乙烯在管路中混合溶解，再在管路中和处理好丁二烯混合。然后和乳化剂混合液（乳化剂、去离子水、脱氧剂等）在管路中混合后进入冷却器，冷却至10。在和活化剂溶液（还原剂、螯合剂等）混合。42）聚合反应从第一个釜底部进入聚合系统，氧化剂直接从第一个釜底部直接进入。系统由812台聚合釜组成，采取串联操作方法。当聚合到要求转化率后，在终止釜前加入终止剂终止反应。聚合反应终点关键依据门尼粘度和单体转化率来控制，转化率是依据取样测定固体含量来计算，门尼粘度由取样测定来确定。即使生产中转化率控制在60%左右，但当所测定门尼粘度达成要求指标要求，而转化率未达成要求时，也就加终止齐终止反应，以确保产物门粘度尼合格3）分离回收（a）苯乙烯分离脱除丁二烯乳胶进入苯乙烯汽提塔（高约10m，内有十余块塔盘）上部，塔底用0.1MPa蒸汽直接加热，塔顶压力为12.9kPa，塔顶温度50，苯乙烯和水蒸汽由塔顶出来，经冷凝后，水和苯乙烯分开，苯乙烯循环使用。塔底得到含胶20%左右胶乳，苯乙烯含量0.1%。经减压脱出苯乙烯塔底胶乳进入混合槽，在此和要求数量防老剂乳液进行混合，必需时加入充油乳液，经搅拌混合均匀后，送入后处理工段。4（b）丁二烯分离从终止釜流出终止后胶乳液进入缓冲罐。然后经过两个不一样真空度闪蒸器回收未反应丁二烯。第一个闪蒸器操作条件是2228，压力0.04MPa，在第一个闪蒸器中蒸出大部分丁二烯；再在第二个闪蒸器中（温度27，压力0.01MPa）(温度27，压0.03MPa)蒸出残余丁二烯。回收丁二烯经压缩液化，再冷凝除去惰性气体后循环使用。44）后处理工段混合好乳胶用泵送到絮凝槽中，加入24%26%食盐水进行破乳而形成浆状物，然后和浓度0.5%稀硫酸混合后连续流入胶粒皂化槽，在猛烈搅拌下生成胶粒，操作温度均为55左右。从胶粒皂化槽出来胶粒和清浆液经振动筛进行过滤分离后，湿胶粒进入洗涤槽用胶清液和清水洗涤，操作温度为4060。洗涤后胶粒再经真空旋转过滤器脱除一部分水分，使胶粒含水低于20%，然后进入湿粉碎机粉碎成550mm胶粒，用空气输送器送到干燥箱中进行干燥。干燥箱为双层履带式，分为若干干燥室分别控制加热温度，最高为90，出口处为70。履带为多孔不锈钢板制成，为预防胶粒粘结，能够在进料端喷淋硅油溶液，胶粒在上层履带终端被刮刀刮下落入第二层履带继续经过干燥室干燥。干燥至含水0.1%。然后经称量、压块、检测金属后包装得成品丁苯橡胶。33.2生产配方配方如表3.1：表3.1低温乳液聚合标准配方（质量分数）名称原料及辅助材料 配方单体丁二烯70苯乙烯30调整剂叔十烷基硫醇0.20介质水200乳化剂歧化松香酸钠4.5烷基芳基磺酸钠烷基芳基磺酸钠0.15过氧化物过氧化氢对孟烷0.08活化剂硫酸亚铁0.05雕白粉0.15EDTA 0.035磷酸钠0.083.3关键原料1，3丁二烯：CH2CHCHCH2 13丁二烯是最简单共轭双烯烃。在常温、常压下为无色气体，相对分于质量为54.09。相对密度0.6211，熔点-108.9，沸点-4.5。有特殊气味，有麻醉性，尤其刺激黏膜。轻易液化，易溶于有机溶剂。性质活泼，轻易发生自聚反应，所以在贮存、运输过程中要加人叔丁邻苯二酚阻聚剂。和空气混合形成爆炸性混合物，爆炸极限为2.16%11.47%(体积)。是合成橡胶、合成树脂等关键原料。11，3一丁二烯关键由丁烷、丁烯脱氢或碳四馏分分离而得。苯乙烯苯乙烯为无色或微黄色油状液体，有特殊气味，熔点为-306，密度为900kg/m3，沸点为145146。苯乙烯不溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮、二硫化碳等有机溶剂中。聚合级苯乙烯纯度应高于99.5%。3.4工艺条件1）温度和压力控制反应温度57；操作压力：0.25MPa；反应时间：810小时；转化率：60%2%2）胶粒粒径控制为了大规模生产，必需采取连续法乳液聚合。除了其它原因外，乳液聚合中乳胶粒子粒径和它在聚合釜中停留时间相关。依据连续搅拌釜停留时间分布函数特征，若串联聚合釜越多，则停留时间分布函数越狭窄。工业生产中常采取812个聚合釜串联起来，可使胶乳粒子粒径分布狭窄，又可提升产品质量(产品分子量分布较狭，支联也较少)。若串联聚合釜数目增加，而总停留时间保持不变，则必需提升物料流动速度，也即提升了单位时间生产能力，有利于大规模生产。43）操作点控制因为共聚物组成要求(苯乙烯含量为23%左右及组成均)，工业生产中确定转化率达成60士2%时必需停止聚合。依据商品要求，不一样牌号产品，就有不一样门尼粘度值(即不一样分子量、分子量分布丁苯橡胶)。假如转化率还未抵达60%，而门尼粘度已达成产品牌号要求值时，也必需终止反应以确保产物门尼粘度值合格。聚合反应终点取决于共聚彻组成及产物门尼粘度这两个要求。实际上，在稳定加料条件下，转化率和反应速度、反应时间相关而门尼粘度可由分子量调整剂用量来调整。所以在工业生产中可由协调分子量调整剂及引发剂用量方法，能正确地控制(一定聚合速度下)转比率达成60%而又能使产物门尼粘度达成要求数值。测定转化率新措施是利用胶乳密度随转化率上升而增加性质来测定。若采取射线密度计则可快速测定之。4）单体纯度要求单体纯度要求较高，如丁苯橡胶合成时，丁二烯和苯乙烯纯度各要求99%及99.6%。其中一些杂质，如烯、炔及过氧化合物等必需严格控制，故在聚合前须将单体仔细提纯。因为丁二烯和苯乙烯中有阻聚剂，所以使用前要除去阻聚剂。阻聚剂含量低于10mg/kg对聚合反应无显著影响，当高于此值达100mg/kg时，则用浓度为10%15%氢氧化钠溶液于30进行洗涤除去，也可采取多加引发剂，消耗掉阻聚剂方法。5）单体配比要求丁二烯(M1)和苯乙烯(M2)在5进行自由基型乳液聚合时对应竞聚率为r11.38。r20.6450时 r11.4，r20.5)，由此可知丁二烯活性比苯乙烯大。另外，共聚物组成会随共聚转化率提升而不停改变，所以共聚时两种单体配比必需设法控制和调整，以制取含有定组成共聚物。因为丁苯橡胶性能研究，测知苯乙烯含量为23.5%(质量)共聚物含有最好综合性能，又经试验研究确定共聚进料中丁二烯苯乙烯比值(质量)为72287030，而单体转比率达在60%以前，则共聚物中苯乙烯含量几乎不受转化率影响，得到丁苯橡胶中苯乙烯含量在23%左右。3.5生产中应该注意问题 聚合釜传热问题因为低温乳液聚合温度要求在5左右，所以，对聚合釜冷却效率要求很高，工业上多采取在聚合釜内安装垂直管式氨蒸发器方法进行冷却。 单体回收中问题在闪蒸过程中，为预防胶乳液沸腾产生大量气泡，需要加入硅油或聚乙二醇等消泡剂。并采取卧式闪蒸槽以增大蒸发面积。在脱苯乙烯塔中轻易产生凝集物而造成堵塞筛板降低蒸馏效率，所以要定时清洗黏附在器壁上聚合物。