年产3.2万吨丁苯橡胶设计说明书.doc

化工原理设计说明书 化工原理课程设计说明书 题 目：年产3.2万吨丁苯橡胶设计说明书 设计说明书目录第 一 章绪论35第 二 章经济效益分析610第 三 章工艺论证1111第 四 章产品及原料说明1216第 五 章工艺流程简述1719第 六 章工艺计算2028第 七 章反应釜的设计计算2932第 八 章列管式换热器及泵的选型设计3335第 九 章车间工艺布置及厂址选择3639第 十 章安全设计4044第十一章经济估算及社会效益4549参考文献5051第1章 绪 论1.1乳聚丁苯橡胶概况1.1.1 乳聚丁苯橡胶简介及合成技术进展丁苯橡胶是由1,3-丁二烯与苯乙烯共聚而得的高聚物，简称SBR，因其综合性能较好，原料又便宜易得，因此产量很高，约占全部合成橡胶的50%以上。其物理结构性能，加工性能及制品的使用性能接近天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种橡胶并用。丁苯橡胶具有适合轮胎用途的各种优异性能，溶液丁苯橡胶滚动阻力比乳液丁苯橡胶和天然橡胶低，抗湿滑性比顺丁橡胶好，耐磨性也很好，特别是第二代溶液丁苯橡胶的成功研发，其滚动阻力比乳液丁苯橡胶减20%30%，抗湿滑性优于顺丁橡胶。由于其优良的性能，也广泛用于胶管、胶带、胶鞋、耐磨、衬里以及塑料（主要是聚苯乙烯和abs）抗冲击改性剂等用途，但轮胎和胶鞋领域占总消费量的70%以上。目前SBR的主要生产方法是乳液聚合法和溶液聚合法，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生产的主导地位。乳液聚合4中，约90%的生产工艺为低温条件。低温乳聚生产橡胶流程大同小异，包括原料准备、化学品制备、聚合、单体回收、胶乳贮存、凝聚、干燥和产品包装等工序，配方也大同小异。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、机械性能较好的橡胶。合成SSBR的基本技术路线通常用烷基锂作引发剂，用烷烃或环烷烃做溶剂，用四氢呋喃作无规剂，用醇类作终止剂。该技术被欧洲许多公司采用ESBR的生产技术在20世纪后期逐渐成熟，此后对工艺又进行了改进，并朝着大型化方向发展，自动化水平有了明显提高，并且已达到相当先进水平。ESBR在提高聚合反应的单体转化率、节能降耗等方面取得了很大的进展，在解决ESBR滚动阻力与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。1.1.2. 我国丁苯橡胶新技术的开发近年来我国开展了许多丁苯橡胶科研开发与技术改革，大连理工大学化工学院与燕山石化公司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，该共聚物与普通溶聚丁苯橡胶相比，不仅具有良好的物理机械性能，同时具有低滚动阻力和高抗湿滑性能，此外还采用由正丁基锂和二乙烯基苯合成的多螯型引发剂及SnCl偶联剂等合成了具有宽相对分子质量分布、高门尼粘度的溶聚丁苯橡胶，并且采用湿法充油值得了物理机械性能优异的充油丁苯橡胶。兰州石化公司石化研究院自行研制开发了粉末丁苯橡胶制备技术，并实现了中式放大，经200t/a规模的中试证明该技术凝聚工艺平稳，过程易于控制，产品性能稳定，重复性好，属国内首创技术，该技术应用于沥青改性方面，具有掺混工艺简单、易于分散、改善沥青低温性能的特点，并填补了国内粉末丁苯橡胶改性沥青领域的空白。另外，山东齐鲁石化公司橡胶厂开发成功新一代环保型丁苯橡胶，这项产品已经达到欧洲同类产品的环保标准。其日试产能力为360吨，试生产完成之后的日生产能力将达到500吨，专家认为，环保型丁苯橡胶的问世对于推进橡胶产品行业的环境保护具有重要意义。1.1项目提出的背景和意义1.1.1 市场背景随着中国加入WTO，汽车进口关税降低，国内汽车工业及轮胎业将面临着更大的挑战，尤其是受世界经济不景气的影响，中国轮胎及橡胶制造业的出口难度加大，有可能导致SBR消费量增长速度减缓，但从长远来看，国内丁苯胶市场仍将保持较大比例的增长。同时，随着外资企业在中国投资规模的加大以及中国汽车工业及高速公路的发展，高性能轮胎的需求量将会逐步增加，尤其是“费改税”政策的实施，SSBR用于轮胎的节能、安全、舒适的特点将会愈加受到人们的关注和青睐。1.1.2 建设意义与项目的提出专家建议，从目前来看国内丁苯橡胶产业发展应以提高龙头企业加工转化能力为突破口，带动相关产业的多元发展，提高产业的附加值。鼓励引进先进生产技术，促进标准化生产，提升产品竞争力。从财政、金融、税收等方面帮助企业解决实际困难，切实促进丁苯橡胶产业化的发展。因此，在国民经济持续发展，社会对于橡胶合成业产品需求量不断增长的大背景下，我国橡胶合成业面临着良好的发展机遇，市场前景广阔，潜力巨大。第2章 经济效益分析2.1丁苯橡胶的市场分析2.1.1国际橡胶市场概况2008 年, 世界合成橡胶产量及市场需求量分别为1302 万t 和1265 万t , 同比分别增长4. 0%和3. 6% 。丁苯橡胶的产量和市场需求量分别为537 万t 和435 万t , 装置开工率为81% 左右,2008 年亚太地区合成橡胶产量及市场需求量分别达到553 万t 和612 万t, 同比分别增长4. 7%和6. 2% 左右。其中丁苯橡胶的产能和市场需求量分别为220 万t 和166 万t, 装置的开工率约为75. 3% 左右。2008 年我国共生产合成橡胶221. 5万t, 同比增长20. 1%。其中丁苯橡胶( 固) 约为70. 8 万t, 同比增长21. 1%。与此同时, 合成橡胶的消费量也大幅增加, 我国合成橡胶表观消费量为246. 8 万t, 同比增长16. 0% , 其中丁苯橡胶( 固) 消费量为94. 8 万t , 同比增长约15. 5% 左右。除了产量增长外, 受市场需求走好的影响,2008 年合成橡胶的进口量也继续增加, 共进口合成橡胶133. 2 万t, 同比增长9. 1% , 其中丁苯橡胶进口量为25. 8 万t , 同比增长1. 4%左右。 从合成橡胶消费结构看, 丁苯橡胶从国内外消费量来看仍是最大的品种。其主要应用有:(1)在轮胎领域, 轮胎子午化率逐年提高, 斜交轮胎则为负增长。与斜交轮胎相比, 丁苯橡胶在子午胎特别是全钢子午胎中的用量较少;(2) 在非轮胎领域, 其他合成橡胶品种如丁基橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、苯乙烯类热塑性弹性体及聚丁二烯橡胶的应用增长较快;(3) 由于天然橡胶生产形势良好, 产量增加较快, 丁苯橡胶与天然橡胶的价格竞争, 导致有些轮胎生产企业在天然橡胶价格较低时期调整配方, 从而可能减少丁苯橡胶的使用量。 丁苯橡胶主要用于生产轮胎。世界丁苯橡胶的消费结构中, 约53. 5% 用于轮胎及轮胎制品,11. 4%用于橡胶工业制品, 34. 6% 用于其他方面。世界各个地区丁苯橡胶的市场消费结构有所不同。按地区划分, 亚洲地区约47%用于生产轮胎及其制品, 10% 用于生产橡胶工业制品, 43% 用于其他方面; 北美地区约75% 用于轮胎及轮胎制品, 16%用于橡胶工业制品, 9%用于其他方面; 西欧地区约有64% 用于生产轮胎及其制品, 21% 用于橡胶工业制品, 15%用于其他方面。ESBR 的应用主要集中在汽车轮胎、胶管、胶带、制鞋业等行业。SSBR 的80% 用于轮胎, 20%用于塑料的改性和制鞋等。在美国、欧洲和日本,SSBR 主要应用于轮胎( 尤其用作胎面胶) , 其次是聚苯乙烯改性、制鞋及各种浅色橡胶制品的应用。2.1.2国内橡胶市场概况我国轮胎、制鞋等橡胶制品的快速发展, 一是基于国内市场需求的快速拉动, 二是基于出口的快速增长。从国内市场来看, 随着人们生活水平的不断提高, 汽车保有量达到1700 万辆, 2009 年我国汽车销售1364 万辆, 同比增长46. 15%, 已成为世界第一大汽车市场。2010 年9 月以来, 国内汽车市场销售增速再度提升, 增幅再次超过40% , 居全球第一。按10% 的增速, 5 10 年内中国汽车产销会达到4000 万辆的规模, 到2030 年将达到7500 万辆。目前我国轮胎工业受汽车的拉动仍处于快速增长期, 尤其是子午胎行业, 内外资轮胎生产企业都在增能扩产, 这个过程至少还要延续3 5 年的时间, 因此预计2010 年 2015年我国子午胎仍将保持较快的增长速度, 预计到2012 年全国轮胎需求总量( 含出口, 下同) 将达到3. 8 亿 4. 1 亿条, 其中子午胎2. 6 亿条左右, 子午化率保持在70%以上。另外, 随着国家一系列基础建设项目的大力实施, 亦将会拉动胶管、胶带行业的快速发展, 从而增大丁苯橡胶的市场需求量。2.1.3价格分析与预测近年来，受原油价格迅速攀升、丁二烯供不应求等因素的影响，SBR价格不断上扬。2005年我国SBR每吨平均价格为14156元，较2004年上涨了7.9；2006年我国SBR价格高位振荡，全年每吨平均价格为17133元，同比增长21.0；2007年受丁二烯价格下跌和产品供应充足影响，我国SBR价格振荡回落，全年每吨平均价格为16403元，同比下降4.3；2008年受国际油价创历史新高和后期国际金融危机的双重影响，我国SBR价格剧烈振荡，全年每吨平均价格为19116元，较2007年上涨了16.5。2009年初，在我国政府的经济刺激计划带动下，SBR需求有所复苏，其价格较2008年末有所上涨，但需求的继续萎靡抑制了亚洲SBR价格的进一步反弹，2009年全年价格处于较低水平。2010年随着世界和我国经济的继续好转，SBR价格随着需求的增大有所上升，每吨平均价格达到18057元。“十二五”期间，我国汽车轮胎、力车轮胎、胶鞋和胶管、胶带等下游行业仍将持续增长，但增速与“十一五”期间相比将有所放缓，国内SBR消费量增速也会随之放缓，年均增速将在5左右。预计到“十二五”末，我国SBR需求量约160万。到2015年我国SBR产能预计将达到170万，届时我国SBR将过剩10万，再考虑到周边日本、韩国和我国台湾省等国家和地区的产品进口，我国SBR市场竞争将更加激烈。2.1.4如何提高市场竞争力1) 新建装置宜慎重随着我国多套新建或扩建丁苯橡胶装置的陆续建成投产, 预计到2011年我国丁苯橡胶的生产能力将达到约120.0 万t /a, 而届时的需求量只有约 105.0 万t /a, 生产能力将出现过剩, 因此今后新建生产装置应该慎重。2) 调整产品结构, 加快新产品的开发和应用目前我国乳聚丁苯橡胶生产装置生产的品种还相当有限，有些特殊性能的丁苯橡胶还不能做到独立生产。有些产品仍然依靠进口, 今后随着国际市场一体化进程的加剧, 国产丁苯橡胶产品品种将面临严重的挑战。因此应充分重视丁苯橡胶新产品和新技术的开发工作, 充分利用已有的研究开发机构从事基础研究以及战略研究工作, 努力开发新产品、新牌号,并使之系列化, 以提高国内产品的市场占有率。3) 应重视产品的加工应用研究丁苯橡胶生产企业应积极与下游企业相互结合, 共同进行产品的开发。使丁苯橡胶的生产、开发与市场需求相结合。4) 积极拓展出口市场随着国内多套新建或扩建丁苯橡胶生产装置的陆续投产, 国内的生产能力将出现过剩, 加上世界丁苯橡胶的产能大大过剩, 因此, 未来几年我国丁苯橡胶的市场竞争将会更加激烈, 相关企业应该不断提高产品质量, 积极开发国外市场, 扩大出口,参与国际竞争。5) 加快溶聚丁苯橡胶的应用开发溶聚丁苯橡胶是兼具多种综合性能的橡胶品种, 其生产工艺与乳聚丁苯橡胶相比具有装置适应能力强、胶种多样化、单体转化率高、排污量小、聚合助剂品种少等优点, 是今后的发展方向。因此, 在大力发展乳聚丁苯橡胶的同时, 应加快溶聚丁苯橡胶产品的开发和应用研究, 以增加产品品种,满足国内实际生产的需求。2.1.5我国橡胶行业发展策略 我国已加人世界贸易组织,国家将采取的贸易自由化政策,尽管我们希望推迟,但还是 执行,届时传统的国内市场和国际市场概念就不再存在,而是全球统一的大市场,我国橡胶产业要想在人世后立于不败之地,还须着力从以下几个方面努力。 优化橡胶行业发展产业结构,搞集团化经营改变目前橡胶工业企业小而散,产业结构不佳而导致竞争力低下的状况,支持优秀企业和企业集团兼并扩张,提高产业集中度以利于规模生产,降低生产成本,改变无序竞争状态.对污染重的企业,坚决关停,逐步改善环境和优化产业结构。开发橡胶行业发展新产品,创名牌效应要求企业在质量,技术,管理,营销等方面下功失,要加大技术开发的投人,不断有满足老百姓需求的新产品上市,保持市场份额. 把握橡胶行业发展机遇,迎接挑战。 中国有近13亿人口的广大国内市场,当前国民经济的快速增长,尤其是公路建设投资力度加大,为橡胶工业的发展提供可靠的市场和推动力;目前子午胎稳定发展,汽车,电子家电等支柱产业和高新技术产业,需要橡胶工业提供配套的优质,高档产品,可以说,中国橡胶行业有如此好的机遇,可谓近水楼台先得月,但自身的实力要上去,才能抓住机遇.在21世纪初,展望未来的橡胶工业,虽然困难重重,但在全国经济稳定发展的总态势下,橡胶行业经过调整,创新,提高竞争力,是能够克服困难,适应人世后的严酷竞争的。第3章 工艺论证生产工艺比较：目前，丁苯橡胶主要有两种聚合方法：乳液聚合和溶液聚合。溶聚法是把单体溶解在惰性溶剂（即不与单体发生反应，只是溶解单体）中形成均匀溶液，单体在此溶液中进行聚合。这种聚合还有两种方式：所用溶剂能溶解聚合产物则形成聚合物溶液；所用溶剂只能溶解单体不能溶解（或很少量溶解）聚合物，便从溶液中析出。后一种方式，由于分子量低的聚合物溶于溶液中，因此所得聚合物均匀性较好、分子量较高。溶液聚合的优点是：反应热可借溶剂蒸发而带走，有效地控制反应温度；溶液均匀又有利于聚合热的导出；反应速度缓慢而便于操作；还可借溶剂性质和用量来改进合成橡胶性能（当溶剂用量为零时，即为本体聚合）。其缺点是：所得聚合物分子量不甚高，杂质较多（尤其催化剂不易脱除而影响聚合物性能）；所用溶剂价格较高，要求苛刻，又易燃烧。溶液聚合是最通用的聚合方法。反应产物最初得到的是浆状橡胶，外观和性质很像天然橡胶树汁，人们把它称为胶浆。使用乳聚方法生产的合成橡胶有：丁苯橡胶、丁晴橡胶、氯丁橡胶等等。该法是在水里聚合，而单体一般是在水中不溶解或很少溶解，只有在加乳化剂和搅拌下才把单体分散在水里去。乳聚法的有优点是：反应易于控制，聚合热容易导出；可制得分子量较高的合成橡胶；可调节合成橡胶的性能；用水为介质，廉价而又安全；中间产品可直接应用。缺点是：由于直接与间接参与反应的组份过多，存留于橡胶中的杂质颇难除尽，便影响橡胶制品的介电性能及其他性能。我国基本采用溶聚工艺，目前国内有4套大型设备，技术较成熟。综合以上，本工艺采用低温乳液聚合工艺，年产3.5万吨。第4章 产品及原料说明4.1 产品的结构与性能4.1.1 名称及其结构名称：乳聚丁苯橡胶，简称ESBR（styrene-butadiene rubber）分子式：其中n为平均聚合度，一般为350-10000由于乳聚丁苯橡胶中丁二烯和苯乙烯两种单体链节在共聚物大分子中呈无规分布，又由于丁二烯的加成反应约80%发生在1,4位置，约20%发生在1,2位置，而在1,4位置上的链节又有顺式和反式两种区别，所以乳聚丁苯橡胶大分子内存在如下的微观结构。 顺式-1,4-结构 反式-1,4-结构 1,2-结构 苯乙烯链节此外，也有少量支化和交联结构存在，冷法聚合的乳聚丁苯橡胶中丁二烯链的主要微观结构单元70%为反式。4.1.2 丁苯橡胶的性能表3-1 丁苯橡胶基本性能性能参数密度，g/cm0.910.96比热容，J/(kg)18201920线膨胀系数，10-4-1Tg以下Tg以上0.80.92.32.5折射率nD201.5345电导率50Hz106Hz2.6 2.65(60)2.35 2.65（60）介电强度，Kv/mm2436玻璃化温度Tg(DSC法)，平均分子量Mn-55(1126)104常温下产品为白色固体或透明无悬浮物液体，有微芳香味，是一种性能上更优于工业直链烷基苯的洗涤剂产品原料。乳液聚合丁苯橡胶的相对分子质量分布比溶液聚合丁苯橡胶宽。前者的相对分子质量分散系数为46，而溶液聚合丁苯橡胶的相对分子质量分散系数为1.52.0。乳液聚合丁苯橡胶支化度较高，对加工有利。从凝胶的含量看，低温乳液聚合丁苯橡胶的凝胶含量比高温乳液聚合的丁苯橡胶的凝胶含量低。乳液聚合丁苯橡胶具有共聚物的共性单体单元无规排列，不能结晶。并且橡胶主链上的丁二烯结构大部分是反式-1，4结构，加之又有苯环，因而体积效应大，分子链柔性低，从而影响硫化胶的物理机械性能，如弹性低、生热高等。以其为原料衍生的表面活性剂产品，性能优良，生物降解性能好，耐硬水，皮肤感觉柔和，脱脂力小，更适合低温洗涤，在低温仍有卓越的去污能力。4.1.3 丁苯橡胶用途丁苯橡胶作为一种重要的橡胶品种，具有极其广泛的用途，。丁苯橡胶是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶之一。它是丁二烯与苯乙烯的无规共聚物，其物理机械性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用，广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域。4.2 聚合原理乳聚丁苯橡胶属于乳液法链式自由基聚合机理。整个聚合过程分为链引发、链增长、链转移和链终止四个步骤。4.2.1 链引发 这是形成单体自由基活性种的反应，首先由氧化还原引发体系在水相中产生，初级自由基。RCOOH + Fe2+ RCO + Fe3+第二步是初级自由基与单体加成，形成单体自由基。4.2.2 链增长 在链引发阶段形成的单体自由基，活性很高，如无阻聚物质与之作用，就能进攻第二个单体分子的键，重新杂化结合，形成新的自由基，如此循环下去。该反应过程放热，链增长速率极快（0.01-ns间），其相关的速率方程为：Rp=kp式中 Rp链增长速率，L/(mols) I引发剂浓度，mol/l f引发剂引发速率，% Kd引发剂分解速率常数， Kt链终止速率常数4.2.3 链终止 乳聚丁苯橡胶聚合过程的终止主要是双基结合终止。此时的聚合体系中，除水相外，主要是表面层为乳化剂覆盖的聚合胶乳粒子。4.3 原料说明4.3.1 丁二烯1,3-丁二烯的结构式为：CH2=CH-CH=CH21,3-丁二烯是最简单的共轭双烯烃。在常温、常压下为无色气体，有特殊气味，有麻醉性，特别刺激粘膜。容易液化，易溶于有机溶剂。相对分子质量为54.09，相对密度0.6211，熔点-108.9，沸点-4.5.性质活泼，容易发生自聚反应，因此在贮存、运输过程中要加入叔丁邻苯二酚阻聚剂。与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、合成树脂等的原料。1,3-丁二烯主要由丁烷、丁烯脱氢，或碳四馏分分离而得。本设计原料取自煤的碳四馏分分离。4.3.2 苯乙烯沸点：145.2 冰点：-30.628 闪点：3030条件下：nD=1.5414 Tc=374.4Pc=3.947MPa 粘度=0.725（25）蒸发潜热：84.69 cal/g(25)苯乙烯是无色液体，沸点145，难溶于水，能溶于甲醇、乙醇及乙醚等溶剂中。能自聚生成聚苯乙烯（PS）树脂，也很容易与其他含双键的不饱和化合物共聚。第5章 工艺流程简述工艺流程方框图及其简述图5-1 工艺流程方框图单体回收溶剂回收单体洗涤合成橡胶成型干燥脱水聚合凝集闪蒸脱气水或溶剂引发剂各种助剂整个工艺过程可以分为原料准备过程、聚合过程、分离过程、后处理等几个工段。5.1 原料准备过程用计量泵将规定数量的相对分子质量调节剂与苯乙烯在管路中混合溶解，再在管路中与处理好的丁二烯混合。然后与乳化剂混合液（乳化剂、去离子水等）等在管路中混合后进入冷凝器，冷却至10。在与活化剂溶液（还原剂、螯合剂等）混合，从第一釜的底部进入聚合系统，氧化剂直接从第一个釜的底部直接进入。5.2 聚合过程系统由8胎聚合釜组成，采用串联操作方式。当聚合到规定转化率后，在终止釜前加入终止剂终止反应。聚合反应的终点主要根据门尼粘度和单体转化率来控制，转化率是根据取样测定固体含量来计算，门尼粘度由取样测定来确定。虽然生产中转化率控制在60%左右，但当所测定的门尼粘度达到规定指标要求，而转化率未达到要求时，也就加终止剂终止反应，以确保产物门尼粘度合格。5.3 分离过程丁二烯分离 从终止釜流出的胶乳液进入缓冲罐。然后经过两个不同真空度的闪蒸器回收未反应的丁二烯。第一个闪蒸器的操作条件是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）蒸出残存的丁二烯。回收的丁二烯经压缩液化，再冷凝除去惰性气体后循环使用。苯乙烯分离 脱出丁二烯的胶乳进入苯乙烯汽提塔（高约10m，内有十余块塔盘）上部，塔底用0.1MPa的蒸汽直接加热，塔顶压力为12.9MPa，塔顶温度50，苯乙烯与水蒸汽由塔顶出来，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%左右的胶乳，苯乙烯含量0.1%。经减压脱出的塔底胶乳进入混合槽，在此与规定数量的防老剂乳液进行混合，必要时加入充油乳液，经搅拌混合均匀后，送入后处理阶段。5.4 后处理阶段混合好的胶乳用泵送到絮凝槽中，加入24%26%食盐水进行破乳而形成浆状物，然后与浓度0.5%的稀硫酸混合后连续流入胶粒皂化槽，在剧烈搅拌下生成胶粒，操作温度均为55左右。从胶粒皂化槽出来的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夜和清水洗涤，操作温度为4060。洗涤后的胶粒再经真空旋转过滤器脱出一部分水分，使胶粒含水低于20%，然后进入湿粉碎机碎成550mm的胶粒，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。履带为多孔的不锈钢板制成，为防止胶粒粘结，可以在进料端喷淋硅油溶液，胶粒再上层履带的终端被刮刀刮下落入第二层履带继续通过干燥室干燥。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。第6章 工艺计算6.1 计算依据一年产32000t丁苯橡胶，除去试车、检修等非生产时间，按8000h/a计算，一天24小时连续生产。根据典型配方，原料丁二烯70%，苯乙烯30%进料。6.2 生产过程总物料衡算6.2.1 总进料 SBR时产率：（1）需100%丁二烯： 以为基准，扣除损耗3%丁二烯，则丁二烯流量为： 按转化率60%计算，则100%丁二烯进料量为： 折合摩尔流量： 从原料车间来的丁二烯纯度一般达到99.5%，则需原料量： 出料量： 查化工工艺计算图表，10时丁二烯密度:1=635 kg/m 丁二烯进料量的体积为： （2）苯乙烯进料量： 每小时需苯乙烯： 以为基准，扣除损耗2.4%苯乙烯，则苯乙烯流量为： 转化率按60%计算，100%苯乙烯进料为： 折合摩尔流量： 从原料车间来的苯乙烯纯度为99.3%，则原料中苯乙烯进料量： 出料量： 同上查得10时，苯乙烯密度为： =910kg/m 苯乙烯进料量的体积为： （3）原料池内： 丁二烯苯乙烯 = 原料总量： （4）相对分子质量调节剂进料量，权十二烷基硫醇： （5）介质：去离子水： 查得水的密度（10）为： =999.7 故水的体积流量： （6）乳化剂进料量： 歧化松香酸钠： 烷基芳基磺酸钠： （7）引发体系进料量： 过氧化氢对孟烷： 活化剂： 还原剂 ： 雕白粉： 硫酸亚铁： 螯合剂EDTA： （8）缓冲剂进料量： 磷酸钠： （9）终止剂进料量： 二硫代氨基磷酸钠： （10）防老剂： 芳基化对苯二胺： 表1 SBR聚合配方原料及辅助原料配方（百分数）进料量（）单体丁二烯70%4549.414苯乙烯30%1965.760相对分子质量调节剂叔十二烷基硫醇0.2%13.030介质去离子水200%13030.348乳化剂歧化松香酸钠4.5%293.183烷基芳基磺酸钠0.15%9.773引发剂体系过氧化物过氧化氢对孟烷0.08%5.212活化剂还原剂硫酸亚铁0.05%3.258雕白粉0.15%11.576螯合剂EDTA0.035%2.280焦磷酸钠0.08%5.212终止剂二硫代氨基甲酸钠0.2%13.030防老剂芳基化对苯二胺1.5%97.727各釜进出料计算反应转化率60%，聚合釜操作压力为0.40.5，温度T=5，PH=45，聚合带有搅拌器，并用液氨作为冷冻介质。对于一级反应，连续釜式反应器的反应转化率与反应速率常数之间的关系如下： ，所以 式中第N台釜内反应物的浓度；反应物初始浓度；第N台釜内反应物转化率；k聚合反应表观速度常数；min-1平均停留时间；minN连续槽式反应器的台数；根据以上公式整理各釜转化率及累计转化率列于表2表2 各釜纯转化率与累计转化率第一釜第二釜第三釜第四釜纯X(%)累积X（%）纯X(%)累积X（%）纯X(%)累积X（%）纯X(%)累积X（%）10.8210.829.6520.478.6129.087.6736.75第五釜第六釜第七釜第八釜纯X(%)累积X（%）纯X(%)累积X（%）纯X(%)累积X（%）纯X(%)累积X（%）6.8543.606.1049.705.4555.154.8560根据转化率计算各釜的物料组成。以第一釜作为示例计算：水相：因反应中没有消耗，所以流量不变，为13030.348kg/h100%苯乙烯：进料：1965.760kg/h 出料：100%丁二烯：进料：4549.414kg/h 出料：聚合物：百分比：水相： 苯乙烯： 丁二烯：聚合物： 以下计算中，上一釜的处理量即为下一釜的进料量。计算汇总如表3。表3 各釜出料口物料组成物料第一釜第二釜第三釜(kg/h)(%)(kg/h)(%)(kg/h)(%)水相13030.34866.6713030.34866.6713030.34866.67苯乙烯1753.0648.971583.8938.11447.4927.41丁二烯4549.41420.763665.65018.753350.03817.14聚合物704.9433.601265.636.481717.6168.78续表3物料第四釜第五釜第六釜(kg/h)(%)(kg/h)(%)(kg/h)(%)水相13030.34866.6713030.34866.6713030.34866.67苯乙烯1336.4706.841244.9216.371168.9825.98丁二烯 3093.09015.832881.21314.742705.45913.84聚合物2085.58710.662389.01212.222640.70613.51续表3物料第七釜第八釜(kg/h)(%)(kg/h)(%)水相13030.34866.6713030.34866.67苯乙烯1105.2725.651051.6665.38丁二烯2558.01113.092433.94712.45聚合物2851.86314.593029.53215.50热量衡算20设定：系统内物料与外界交换热量之和（传入热量为正，传出热量为负），KJ； 由于物料温度变化，系统与外界交换的热量（升温为正，降温为负），KJ； 由于物料发生化学变化，系统与外界交换的热量（吸热为正，放热为负）KJ；根据热量守恒定律，得：其中 ; 表4 物性参数表名称相对分子质量密度比热容汽化热510丁二烯546352.2712.296苯乙烯1049101.7351.752水1810004.1994.196催化剂-2.1122.137液氨17631.7-1663.25胶乳液101049501.97-丁苯橡胶的聚合热为：9588 搅拌热为：降温时，只需第一釜从10降到5，因此按第一釜进出料计算热量。100%丁二烯出料：100%苯乙烯出料：总杂质为：引发剂除终止剂以外的其他助剂之和为：293.1839.7735.2123.25811.5762.2805.212+97.727=428.221kg/h丁苯胶乳的量为：704.943kg根据以上结果，整理如表5。表5 第一釜计算结果整理如下物料名称进料（kg/h）出料（kg/h）100%丁二烯4549.4144057.167100%苯乙烯1965.7601753.064总杂质36.536.5水13030.34813030.348催化剂除终止剂外428.221428.221丁苯胶乳-704.943合计20010.24320010.243温度510则：（1）进料的热量（10）： = 4549.4142.296101965.7601.7521013030.3484.18610428.2212.13710 = 693496.111 （2）胶乳的热量： （3）出料时的热量： =4057.1672.27151753.0641.735513030.348 4.1995428.2212.1125 =339371.132 （4）冷却热量： = 693496.1116758993.484+167280339371.132 = 7280398.463 液氨进出口温度均为5，只进行气化，从而达到降温目的。 由 得： =7280398.4631663.25 =4377.212 kg 则需要液氨的量为：4377.212 kg/h第7章 反应釜的设计计算7.1 反应器操作体积：因只有第一釜转化率要求较高，所以按第一釜设计 =7.164+2.160+13.034=22.358釜台数: 反应时间：每台设备中物料所占体积：为提高釜的利用率，装料系数一般取在0.60.85，可取0.65，即=0.65每台设备的总体积7.2 罐体尺寸确定7.2.1 筒体高径比因此设计条件为低温、乳聚，可选择高径比为2，即：7.2.3 初步计算筒体直径立式搅拌器的容积通常是筒体