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公司橡胶聚合车间工艺设计

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2020年4月19日
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第九章 设计实例--年产11000t顺丁橡胶聚合车间工艺设计
设计实例一
<年产11000t顺丁橡胶聚合车间工艺设计>
设 计 说 明 书
一、概述
(一)设计原则
⒈设计依据
依据有关部门下达的设计任务书或可行性研究报告的批文,环境影响报告书的批文,资源评价报告的批文,技术引进报告的批文,技术引进合同,设计合同,其它文件等。
对于毕业设计而言,学生的设计依据就是专业教师下达的设计任务书。
⒉车间概况
该车间设计生产规模为年产11000t顺丁橡胶。
主要原料:单体——丁二烯;溶剂——溶剂油;引发剂——环烷酸镍、三异丁基铝、三氟化硼乙醚络合物;终止剂——乙醇;防老剂——2.6-二叔丁基对甲苯酚(简称2.6.4)。
其生产原理采用溶液聚合的方法,使丁二烯、溶剂、引发剂等在连续釜式反应器中进行配位聚合,制得粘稠胶液,再经过水蒸汽凝聚、洗胶、干燥、压块等过程获得最终产品——顺丁橡胶。
⒊工艺路线的确定
⑴聚合方法的确定
根据产物结构要求从自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合、配位聚合等反应机理中选择出配位聚合,同时考虑配位聚合所用原料、引发剂、传热、物料输送、产物溶解、回收、操作方式等方面综合考虑选择溶液聚合实施方法。该工艺路线包括了如反应活性中心的形成过程;特殊引发剂组分的安全防护;由于溶剂的存在必然要考虑的回收、循环利用;反应的终止方式;产品防老化处理等特点。操作方式为连续操作。
⑵单体原料路线的确定
经过比较乙炔法、乙醇法、丁烷一步脱氢法、丁烯氧化脱氢法、丁烯催化脱氢法、石油高温裂解回收法等生产方法的优缺点,结合当地情况,因地制宜地选择合适的丁烯氧化脱氢制丁二烯原料路线。
⑶溶剂的选择
各种溶剂对反应原料、产物及反应所用各种引发剂的溶解能力不同。从溶解度参数、体系粘度、工程上传热与搅拌、生产能力提高、回收难易、毒性大小、来源、输送等几方面对苯、甲苯、甲苯-庚烷、溶剂油等,进行综合比较,确定选择溶剂油。
⑷引发剂的选择
从适合顺丁橡胶生产的引发剂共性入手,如定向能力高、稳定性好、易贮存、高效、用量少、易分离及残存对产物性能无影响等,对常见的四大类型引发剂Li系、Ti系、Co系、Ni系进行比较,选择Ni系引发剂,其组份主引发剂为环烷酸镍,助引发剂为以异丁基铝,第三组分为三氟化硼·乙醚络合物。
⑸引发剂活性中心的形成方式 — 陈化方式
陈化是指为了提高引发剂活性,充分发挥各组分的作用,在聚合前事先把引发剂各组分安一定配比,在一定的条件下进行的预混合反应。国内对上述引发体系曾采用过三种陈化方式,即三元陈化、双二元陈化、稀硼单加。经过比较确定最佳方式为稀硼单加。
⒋聚合反应机理及影响反应的因素
⑴聚合反应机理
丁二烯聚合反应的机理属于连锁聚合反应,遵循配位阴离子的链引发、链增长、链终止及链转移等基元反应机理。其总反应式为:
n CH2＝CH—CH＝CH2 [ CH2—CH＝CH—CH2]n

⑵影响反应的因素
影响聚合反应的因素主要有引发剂的陈化方式,引发剂配制浓度,引发剂用量、配比,经过几方面进行分析,最后得出比较合适配方为:
镍/丁
铝/丁
硼/丁
铝/硼> 0.25、醇/铝=6
铝/镍=3～8

④单体浓度
提高单体浓度聚合反应速度增加,有利于提高产量。从传热、搅拌、物料输送等方面综合考虑单体浓度(丁浓)控制范围为10～15％。
⑤温度
聚合温度升高,会使反应速度加快,产物分子量下降,但过高的温度会造成大分子产生支化,影响胶的质量。因此,要严格控制。一般首釜不大于95℃,末釜不大于110℃。
⑥杂质
体系中的杂质主要有乙腈、水分、炔烃和空气中的氧等,这些杂质主要对引发剂的活性、诱导期的长短、体系的稳定性、聚合速度产生影响,因此,要严格控制在一定指标以下。
设计原则中还要考虑主要设备的选型。
(二)车间组成
该车间主要由聚合工段和后处理工段组成。
聚合工段主要由罐区、计量、聚合、配制、粘度等岗位组成。后处理主要由混胶、凝聚、干燥、压块、薄膜、纸袋等岗位组成。
设计范围包括:聚合工段至后处理工段的物料衡算、聚合过程的热量衡算、聚合工段各种设备的选型,物料流程图、带控制点工艺流程图、聚合釜装配图、平面布置图等。
车间设备采用露天与厂房内布置相结合的原则。其中罐区、凝聚采用露天布置,其它全部采用厂房内布置。
(三)生产制度
考虑装置的大修,采用年开工时间为8000h。
全装置主要采用连续操作方式,局部采用间歇操作方式。
全装置采用五班三倒制,每班八小时工作制。
二、原料、产品的物理化学性质及技术指标
(一)原料的物理化学性质及技术指标
生产顺丁橡胶的主要原料:单体:丁二烯;溶剂:溶剂油;引发剂:环烷酸镍、三异丁基铝、三氟化硼·乙醚络合物;终止剂:乙醇;防老剂:2.6-二叔丁基-4-甲基苯酚(简称2.6.4)。
其化学名称、分子式、结构式、物理化学性质、来源(原料路线确定)、用途等能够查阅<有机化工原料手册><有机化工原料中间体便览><有机化学>及有关资料等获得。设计时采用的各种原料质量指标如下:
⒈丁二烯
纯度:³99％;丁烯:<1％;水值:<;醛酮总量:;二聚物:<;乙腈:检不出。
⒉溶剂油(C6油)
组分:2.1%、57.8%、40.1%;馏程:60～90℃;碘值:<;水值:<。
⒊环烷酸镍
镍含量:>7～8％;水份:<0.1％;不皂化物: 无
⒋三异丁基铝
外观浅黄透明;无悬浮物;活性铝含量:³50％。
⒌三氟化硼乙醚络合物
BF3含量:>46％;沸点:124.5～126℃。
⒍终止剂
纯度:95％;含水:5％;恒沸点:78.2℃;密度:810。
⒎防老剂
熔点:69～71℃;游离甲酚:<0.04％;灰分:<0.03％;油溶性:合格。
(二)生成物 顺丁橡胶的物理化学性质及技术指标
顺丁橡胶的物理化学性质与其结构的直接关系。这种结构又分为分子内结构和分子间结构(聚集态结构)。
⒈顺丁橡胶的结构
H H
C C
CH2 CH2 CH2 CH2
C C
H H 顺式1.4结构
0.86nm

还有反式1.4结构和1.2位加成产物。利用环烷酸镍－三异丁基铝－三氟化硼乙醚络合物引发体系使丁二烯聚合后的产物中含96％～98％的顺式1.4结构,含1％～2％反式1.4结构和1％～2％的1.2结构加成物。这种以顺式1.4结构为主的聚合物具有分子链长,自然状态下为无规线团状;分子内存在独立双键使大分子链的柔性大,同时易于硫化处理的特点。
由于顺式1.4结构含量大,使得大分子的规整性好,同时又由于分子链无取代基,造成对称性好,但因其重复结构单元之间距离大,而使顺式1.4结构聚丁二烯比反式1.4结构聚丁二烯更难于结晶。即便能结晶,其熔点也低(顺式1.4含量为98.5％的产物,熔点为0℃),因此,在常温下无结晶态,只以无定形形态存在。相反,反式结构产物易结晶。故此,前者是高弹性体,后者无弹性。
⒉顺丁橡胶的性能
经过与天然橡胶相比,顺丁橡胶具有弹性高、耐低温性好、耐磨性佳、滞后损失和生热性小、耐挠曲性及动态性能好以及耐老化、而永久性好等特点。被广泛用于轮胎加工行业。但它也有加工性欠佳、强度较差、抗湿滑性不好、有冷流性倾向等不足。
顺丁橡胶的性能一看生胶的性能(可塑性、加工性、外观、颜色等)好坏,影响它因素有聚合方法、引发剂系统、生胶的分子结构、门尼粘度、平均分子量、分子量分布、凝胶含量、灰分、挥发份等。二看硫化后的硫化胶性能(抗张强度、300％定拉伸强力、伸长率、硬度、回弹性、生成热、永久变形、磨耗量等),影响硫化胶的因素有门尼粘度、凝胶含量、加工用的配合剂(种类、用量、配方)加工方法等。上述这些能够用表格列出数据对常见橡胶胶进行比较显示。
⒊顺丁橡胶的用途
主要用于轮胎加工行业,另外,还用于输送带、传动带、模压制品、鞋底、胶鞋及海绵胶等方面。
⒋生产中成品胶质量指标
生产中成品胶质量指标如表9-1所示。
表9-1 成品胶质量指标
项目

优级品
一级品
合格品
挥发份
％
£0.75
£1.00
£1.30
灰分
％
£0.30
£0.30
£0.30
生胶门尼粘度

45±5
45±5
45±7
混炼胶门尼粘度

£68
£73
£73

300％定伸应力

MPa
25min
35min
50min
6.5～10.5
7.0～11.0
6.8～10.8
6.2～10.7
6.7～11.2
6.5～11.0
6.0～11.0
6.5～11.5
6.3～11.3
拉伸强度
MPa
35min
³14.2
³13.7
³13.2
伸长率
％
35min
³450
³430
³430

三、车间危险性物料主要物性表
该车间危险性物料主要包括丁二烯、三异丁基铝、溶剂油、乙醇等,其主要物性如表9-2所示。
表9-2 车间危险物料主要物性
序号
名称
分子量
熔点
℃
沸点
℃
闪点
℃
燃点
℃
爆炸极限(Vd%)
国家
标准
备注
上限
下限

丁二烯
56

-4.4

三异丁基铝
198

溶剂油
86
6
86

乙醇
46

78.4

三氟化硼乙醚络合物
142

142.5～126

四、生产流程简述
(一)生产流程简述
⒈聚合工段
聚合工段主要由罐区、计量、聚合、配制、配制、粘度五个岗位组成。
罐区岗位负责贮存、收送丁二烯和溶剂油。聚合岗开车,罐区连续给聚合送溶剂油;单体丁二烯由后乙腈直接送聚合,聚合停产时,丁二烯直接送罐区。
计量岗负责为聚合输送各种引发剂、终止剂。
配制岗负责为聚合配制引发剂和终止剂,另外,还负责接收铝剂车间配好的三异丁基铝。
粘度岗负责检测生产的结果,测试门尼粘度和转化率。
由乙腈来的丁二烯经流量控制阀控制合适流量,入文氏管与溶剂油溶剂进行混合,再进入丁油预热器(预冷器)进行换热,控制一定入釜温度。
镍组分和铝组分分别由镍计量泵和铝计量泵送出,经铝－镍文氏管混合后,与出丁油预热器(预冷器)的丁油溶液混合。
硼组分由硼计量泵送出与稀释油经文氏管混合后,在釜底与丁油混合进入首釜。
丁油溶液在聚合釜中,在一定温度和压力下,受到引发剂的作用,发生丁二烯聚合反应,生成高分子量的丁二烯聚合产物—聚丁二烯。
首釜胶液自釜项出口出来,由第二釜釜底进入第二釜继续进行反应;再由第二釜的釜项出口出来,由第三釜釜底进入第三釜继续进行反应;由第三釜的釜项出口出来,进入第四釜继续进行反应;当达到一定粘度和转化率后,在第四釜的出口管线(终止釜的入口管线)与终止剂一起由终止釜釜底进入终止釜进行终止处理;最后,胶液由终止釜项出口出来,经胶液过滤器和压力控制阀入成品工段凝聚岗的胶液罐。
反应中换热用的冷溶剂油视情况从不同釜的项部加入。
⒉后处理工段
后处理工段包括混胶岗、凝聚岗、洗胶岗、干燥岗、压块岗、薄膜岗、纸袋岗。
混胶岗负责接收聚合来的胶液,并将门尼粘度不同的胶液混配成优级品指标内的胶液;在胶液罐定期回收一部分丁二烯;合格胶液送往凝聚岗。
凝聚岗负责将终止后进入胶液罐混合的门尼粘度合格的胶液进行凝聚,胶粒送洗胶岗,溶剂油送回收工段。
洗胶岗负责用水洗掉胶粒表面的杂质,降低胶的温度,并胶粒送往干燥岗。
干燥岗负责将含水40～60％的胶粒,经过挤压脱水机、膨胀干燥机和干燥箱降到0.75％以下,并呈海绵状,直径为10mm小胶条送至压块岗。
压块岗负责称量压块。
薄膜岗负责薄膜包装。
纸袋岗负责封袋、入库。
被终止后的胶液进入胶液罐后,将部分未转化的丁二烯经罐项压控调节阀,盐水冷凝冷却器,进入丁二烯贮罐,再送至丁二烯回收罐区。胶液在罐中根据门尼粘度值高低进行相互混配合格后,经过胶液泵送往凝聚岗。
合格胶液被喷到凝聚釜内,在热水、机械搅拌和蒸汽加热的作用下,进行充分凝聚形成颗粒,并蒸出溶剂油溶剂和少量丁二烯。釜项被蒸发的气体有水蒸汽、部分丁二 烯和绝大部分溶剂油溶剂,气体经过两个并联的循环水冷凝冷却器,冷凝物进入油水分离器进行油水分离,溶剂油用油泵送往溶剂回收罐区,水经油水分离罐底部由液面调节阀控制排出,经二次净化分离罐排入地沟。釜底胶粒和循环热水经颗粒泵送入洗胶岗的缓冲罐,再经1号振动筛分离出胶粒送至洗胶罐。
在洗胶罐中,用40～60℃的水对胶粒进行洗涤,经洗涤的胶粒和水由2号振动筛进行分离,并将含水40～60％的胶粒送往挤压干燥岗。
经过挤压机挤压将胶粒含水量降到8～15％,然后,切成条状进入膨胀干燥机加热、加压,达到膨胀和内蒸的目的,除去胶粒中的绝大部分水分,再送入水平红外干燥箱干燥,使胶的含水量达到0.75％以下。
干燥合格后的胶条经提升机送入自动称量秤进行称量压块(25kg)。压好的胶块用薄膜包好装入纸袋封好入库。
(二)操作控制指标
⒈聚合工段操作控制指标
丁油浓度:12～15g/100mL
首釜温度:<95℃
未釜温度:<100℃
压力:<0.45MPa
引发剂配方:
镍/丁
铝/丁
硼/丁
铝/硼> 0.25、醇/铝=6
铝/镍=3～8
防老剂/丁=0.79%～1.0%
转化率:>83%
收率:>95%
每吨顺丁胶消耗丁二烯:1.045 t
⒉后处理工段操作控制指标
胶液罐:贮量罐容积的80%;压力£0.1MPa。
胶液泵:压力£0.1MPa。
凝聚釜: 釜顶温度:94～98℃;压力£0.08MPa

釜底温度:96～101℃
液面:7视镜
蒸汽压力:>0.9MPa 。
水胶比(体积):5～8
循环水压力:>0.15MPa
安全阀定压:0.1MPa
喷胶量:10～25
循环水PH值:8～10
分层罐: 常压(开口)
界面:隔板高的40%～60%
液面:隔板高的20%～80%
热水罐: 液面>1/2
洗胶罐: 水温:45～55℃
洗涤水罐液面:>1/4
干燥岗: 挤压机出口胶含水:8～12%
热风温度:80～100℃
蒸汽压力:>0.9Mpa
循环水压力:£0.1Mpa
干燥五段温度:175℃
压块岗: 高压油压:<25Mpa
控制油路油压:<1.5Mpa
低压油压:<5Mpa
(三)安全防护措施
⒈聚合工段
由于全车间使用的原料有丁二烯、溶剂油、三异丁基铝,还有丁烯等。根据这些原料的性质查<化工工艺设计手册><化工生产安全与防护>等确定全车间火灾危险等级为甲级;爆炸危险场所分区为2区;车间建筑物属一类工业建筑。
设计中电气设备一律选用隔爆式电器设备;各设备均有接地线、跨接线等防静电设施及防雷设施;各岗位设有排风系统。另外在生产中还要注意以下问题:
车间内不准使用明火;禁止穿带钉子进入装置现场;禁止吸烟;禁止随意用铁器碰击设备;机动车不径许可不得进入生产区。
生产人员必须熟悉相岗位消防设施的种类及存放位置,并能熟练正确使用,了解所处理现场物料的性质。
生产人员上岗必须佩带好劳动保护用品,在接触三异丁基铝和三氟化硼乙醚络合物时必须带好手套、面具及其它防护用品。三异丁基铝着火时不得用水和泡沫灭火器,应选用干粉及四氯化碳。
生产人员地生产过程中要及时检查,消除漏点。
设备跑料、贮罐冒顶后应立即采取紧急措施,切断物料来源,控制现场,通知附近使用明火单位立即停止,严禁开停传动设备,及时回收流失物料或用蒸汽蒸煮,消除危险。
生产设备超压时应采取紧急排空措施,必须有专人监护现场。
在生产装置检修敲打设备时,必须使用铜制工具或在铁制工具上涂上黄干油,以免引起火花。
生产现场禁止存放大量易燃易爆物品。
设备开车前必须用氮气置换,聚合系统及丁二烯贮罐要置换到氧含量小于0.2％以下,其它设备置换到氧含量小于1％方可投料。
各贮罐装料不得超过规定装料系数,而且要有氮气保护。常压罐保压不超过0.05MPa,受压罐保压0.4MPa。
设备检修必须把物料倒空,并用盲板切断与其它设备的联系。清除可燃物,由车间安全员开动火票,指令专人到现场监护,检修人员方可动火。管线动火可燃物含量要小于0.2％,容器动火可燃物含量小于0.1％。
聚合釜清胶要用蒸汽蒸煮24小时以上,分析釜内可燃物小于0.2％,氧含量大于18％方可入釜治理清理。并在入釜前要检查确认电机确定停止,并有专人监护,严禁启动电机。
槽车必须在指定地点装卸物料,装卸中汽车不准发动,使用胶管车身应有接地线,同时流量不要过大,以免产生静电,装卸现场有专人看管。
⒉后处理工段
后处理部分所用物料主要有胶液、丁二烯、溶剂油等,性质与聚合所用物料相同,故后处理也属于易燃易爆岗位,其安全规定与聚合相同。
胶液罐与凝聚釜在清理前要切断外连管线,切断电机,有氮气置换,并分析可燃物浓度氧含量等,合格后方可入内。
后处理的电器、转动设备多,生产人员上岗必须穿好工作服带好安全帽。所有电器设备在运转中禁止用手乱动。
生产人员工作服内禁止带东西,防止落入设备内影响生产。
干燥岗因有油气逸出和滑石粉能引起呼吸道系统发炎,因此,要加强通风,排风。
设备动火要有动火票,并有专人监护,切断电源,严禁启动。
胶库禁止吸烟,使用明火,非岗位人员禁止入内,库内要经常保持卫生。
五、工艺计算与主要设备选型
(一)物料衡算
⒈计算采用的基础数据
年产量:11000 t
年开工时间:8000 h
每吨顺丁橡胶消耗丁二烯:1.045 t
总转化率:85%
丁浓:[丁]＝12～15
丁油入釜温度:≤40℃
首釜温度:≯95℃
末釜温度:≯110℃
聚合系统压力:≤0.44
计量罐压力:≤0.1MPa
计量泵压力:≤0.8MPa
设计选用配方:
镍/丁＝
铝/丁＝
硼/丁 ＝
铝/镍＝3～8
铝/硼 ＞0.25
醇/铝＝6
防老剂/丁二烯＝0.79％(质量比)
全装置总收率为95.3％;总损耗4.7％(包括工艺损耗和机械损耗)。其分配如下(以1.045吨100％丁二烯为基准计算收率和损耗):
聚合挂胶等损失 1％
聚合、凝聚的丁二烯机械泄漏损失 0.5％
凝聚、振动筛聚丁二烯渣沫损失 0.5％
油水分离器水相丁二烯溶解损失 2％
包装过程中不合格品和落地料损失 0.7％
⒉计算基准
连续反应操作过程以作为基准。
⒊聚合釜物料衡算
聚合釜物料衡算图如图9-1所示。
去终止釜

溶剂油 聚 聚 聚 聚
丁二烯 合 合 合 合
镍组分 釜 釜 釜 釜
铝组分
硼组分 挂胶损失

图9-1 聚合釜物料衡算图
丁二烯系统:
每小时产胶量:
需100％纯度丁二烯量:
扣除2.5％的损失量应有聚丁二烯:
按85％转化率计算100％纯度丁二烯的需求量:
/h
未反应的丁二烯量: /h
从原料车间来的丁二烯纯度为99％,其余按正丁烯计。则需要的原料量:
/h
随原料带入的丁烯量: /h
整理上述计算结果列下表。

组分
质量分数w

t/d
t/a

丁烯
1
16.648
0.399
133.186
0.028
丁二烯
99
1648.180
39.556
13185.441
2.658
合计
100
1664.828
39.956
13318.627
2.686
注:丁烯的密度:596
丁二烯密度:628
溶剂油密度:660

溶剂油系统:
取 [丁]＝13.5 则有: [丁]＝135
每小时进入聚合釜的丁油量:
每小时进入聚合釜的丁二烯原料量:
每小时进入聚合釜的溶剂油量:
引发剂系统:
计算公式: 引发剂用量＝丁二烯进料摩尔数×(引发剂/丁)×引发剂分子量
a、环烷酸镍: M镍=58.7
/h
/h
商品中环烷酸镍的含量为7.5％,故环烷酸镍的量为:
/h
b、三异丁基铝:
/h
折合成铝的量: /h
/h
C、三氟化硼乙醚络合物

/h
折合成硼的量: /h
/h
聚丁二烯系统:
聚丁二烯: /h
挂胶损失: /h
去终止釜干胶量: /h
验证配方: 合格
合格
聚合釜物料衡算列总表如下。

序号
组 分
kg/h
t/d
t/a
w％

1
丁 烯
16.648
0.399
133.186
0.207
进
2
丁 二 烯
1648.180
39.556
13185.441
20.517

3
溶 剂 油
6366.36
152.792
50930.88
79.251

4
环烷酸镍
0.477
0.0114
3.816
0.006
料
5
三异丁基铝
0.604
0.00145
4.835
0.008

6
三氟硼乙醚络合物
0.867
0.0208
6.934
0.011

7
进料合计
8033.136
192.781
64265.092
100

8
丁 烯
16.648
0.399
133.186
0.207
出
9
丁 二 烯
247.227
5.933
1977.816
3.078

10
溶 剂 油
6366.36
152.792
50930.88
79.251

11
去终止釜聚丁二烯
1386.584
33.278
11092.675
17.261
料
12
三种引发剂
1.948
0.0476
15.585
0.025

13
挂胶损失
14.369
0.345
114.952
0.178

14
出料合计
8033.136
192.781
64265.092
100

终止釜的物料衡算图见图9-2。
去凝聚釜

终
防老剂 止
终止剂 釜
聚合来胶液

图9-2 终止釜物料衡算图

终止剂、防老剂系统:
计算公式:

/h
=/h
其中水量占5％,其重量为: /h
100％乙醇用量: /h
防老剂用量:
取防老剂/丁二烯＝0.79％,防老配制浓度为117
/h
/h
随防老剂一起带入的溶剂量: /h
/h
整理得终止釜物料衡算列总表如下。

序号
组 分
kg/h
t/d
t/a
w％

进

料
1
胶 液
8018.767
192.450
64150.136
98.9311
2
终 止 剂
0.8427
0.202
6.742
0.0104
3
水
0.0443
0.0011
0.355
0.0005
4
防 老 剂
13.021
0.312
104.165
0.161
5
带入溶剂
72.727
1.745
581.817
0.897
6
进料总计
8105.402
194.7101
64843.216
100

出

料
7
丁 烯
16.648
0.399
133.186
0.205
8
丁 二 烯
247.227
5.933
1977.816
3.0501
9
三种引发剂
1.948
0.0467
15.584
0.024
10
溶 剂 油
6439.087
154.538
51512.696
79.442
11
干 胶
1386.584
33.278
11092.675
17.107
12
终 止 剂
0.8427
0.202
6.742
0.0104
13
水
0.0443
0.0011
0.355
0.0005
14
防 老 剂
13.021
0.312
104.165
0.161
15
出料总计
8105.402
194.7101
64643.216
100

6、凝聚釜物料衡算
基础数据:
a、终止釜物料衡算表中的出料数据;
b、循环水量:取 水/胶液＝7.5(体积);
c、循环水入口温度:取90℃;
d、0.9(表压)MPa水蒸汽耗量:5吨水蒸汽/吨胶;
e、凝聚温度:取95℃;
f、凝聚压力:0.02(表压)MPa;
g、胶液入釜温度:取20℃;
h、油水分离内,水在烃类中的饱和溶解度为100mg/kg;溶剂油在水中的饱和溶解度为0.0014(分子％);
i、溶剂油(以正已烷计)在95℃时的气化热为316.522;20℃～95℃的平均比热约为2.428;
j、丁二烯的95℃时的气化热为131.884;20℃～95℃的平均比热约为2.554
;
k、丁烯(以正丁烯计)在95℃时的气化热为254.139;20℃～95℃的平均比热约为2.679;
m、经振动筛后自由水全部脱除,胶粒内含60％,含油约为0.5％;
n、干燥脱水装置使胶粒内含水和油(即挥发分)小于0.75％;
o、包装入库成品胶质量指标(见表9-1)
注:h,i,j数据查于<化工工艺设计手册>下册;g查于<高聚物合成工艺设计基础>P30;其余取自某操作现场数据。
计算:
凝聚釜物料衡算图见图9-3。
溶剂油、丁二烯、水蒸气
去油水分离器
热水 凝 机械损失
聚 渣沫损失
胶液 釜 热水、胶粒去振动筛

0.9MPa水蒸气

图9-3 凝聚釜物料衡算图
(1)循环热水量
取: 水/胶液＝7.5(体积比)
则用水量: /h
取用水量为93/h;即为93T/h。
(2)损失量
丁二烯机械损失: /h
聚丁二烯渣沫损失: /h
损失的防老剂: /h
(3)去振动筛的聚丁二烯胶粒量
聚丁二烯: /h
胶粒内含防老剂: /h
胶粒内含油: /h
胶粒内含水: /h
(4)水蒸气冷凝量
溶剂油气化量: /h
丁烯气化量: /h
丁二烯气化量: /h
注:未扣除胶液罐中回收的丁二烯量。
查<基础化学工程>上册P338表10得:0.9(表)水蒸焓值△H汽＝2781.71
查<基础化学工程>上册P337表9得:95℃饱和水焓值△H水=397.75。
焓差为:
分几部分估算水蒸汽冷凝量:
①用于溶剂油气化
/h
②用于丁烯气化
/h
③用于丁二烯气化
/h
④用于循环水从90℃升温到95℃
/h
四项之和:

/h
这些冷凝水有831.951kg包含在胶粒内,全部冷凝水与循环水一起支振动筛。
(5)进入凝聚釜的蒸汽总量: /h
其中去油水分离器的水蒸气量: /h

整理得凝聚釜物料衡算数据列下表。

类别
序号
组分
kg/h
t/d
t/d
W%
进
1
胶液
8105.402
194.529
64843.216
7.506

2
循环水
93000
2232
744000
86.127
料
3
水蒸汽
6875
165
55000
6.367

4
进料合计
107980.402
2591.529
863843.216
100

5
聚丁二烯
1378.343
33.08
11026.748
1.276

去
6
防老剂
12.956
0.311
103.644
0.012

振
7
溶剂油
6.933
0.166
55.463
0.006
出
动
8
引发剂
1.948
0.0468
15.584
0.002

筛
9
终止剂
0.8427
0.020
6.742
0.001

10
水
95197.512
2284.741
761580.464
88.1619

11
去1号筛合计
96598.535
2318.365
772788.645
89.4589

去
12
丁烯
16.648
0.399
133.186
0.015

油
13
丁二烯
238.986
5.736
1911.889
0.221

水
14
溶剂油
6432.044
154.379
51456.352
5.957

分
15
水蒸气
4677.442
112.259
37419.536
4.332

离
16
去分离罐合计
11365.12
272.763
90920.963
10.525
料
损
17
损失丁二烯
8.241
0.198
65.928
0.008

失
18
损失干胶
8.241
0.198
65.928
0.008

物
19
损失防老剂
0.0651
0.00156
0.521
0.0001

料
20
损失合计
16.547
0.397
132.377
0.0161

21
出料合计
107980.402
2591.529
863843.216
100

7、振动筛及热水罐物料衡算
物料衡算图见图9-4。
洗胶热水

1#振动筛 含水胶粒去
缓 洗胶罐 2#振动筛 干燥脱水
冲
筒

凝聚来胶粒、水
循环热水去凝聚釜 去污水池 去洗涤热水罐
图9-4 缓冲罐、振动筛、洗胶罐物料衡算图
进料系统:
(1)