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1、 30万吨/年ABS树脂乳液聚合生产车间的工艺设计万叶辉 张涛 党鋆（陕西理工学院材料科学与工程学院高分子072班）指导老师：张营堂 目录1项目简介1.1项目名称21.2项目内容 21.3设计依据及必要性 21.4市场前景分析 21.5产品方案 21.6技术方案及设备方案22生产方法与工艺流程2.1 生产方法 42.2 聚合工艺过程 4 2.3 工艺流程 9 2.4 工艺参数 10 2.5 主要设备控制方案 10 2.6 安全防护措施 113物料衡算以及热量横算 3.1物料衡算 12 3.2热量衡算 154 设备工艺计算 4.1釜体的设计17 4.2搅拌器的确定18 4.3各物料进出管口直径确
2、定 19 4.4轴密封形式 19 4.5流体输送机械的选型设计20 4.6 调节釜的设计 20 4.7 单体预乳化罐的设计20 4.8 过滤器的设计215参考文献1项目简介 1.1项目名称 ： 30万吨/年ABS树脂乳液聚合生产车间的工艺设计。1.2项目内容 1、设计方案简介，选定的工艺流程、主要设备的型式进行简单的论述。 2、对选定的工艺流程进行物料衡算，对某些设备进行热量衡算，为设备的工艺计算提供依据。3、主要设备的工艺设计计算，包括工艺参数的选定、原材料消耗计算、动力计算、设备的工艺尺寸计算及结构设计；典型辅助设备的选型和计算，包括典型辅助设备的工艺尺寸计算和型号规格的选定。 4、工艺流
3、程图一单线图的形式绘制，标出主要设备、辅助设备和主要工艺参数测量点，并绘制工艺流程草图、PFD、PID图。1.3设计依据及必要性 依据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，技术引进报告的批文以及其他相关性文件等。依据主要原料及物理性质、生产方法、生产能力。 ABS树脂是微黄色固体，有一定的韧性，密度约为1.041.06 g/cm3。它抗酸、碱、盐的腐蚀能力比较强，也可在一定程度上耐受有机溶剂溶解。ABS树脂是丙烯腈丁二烯苯乙烯的三元共聚物。ABS树脂外观微黄不透明，相对密度1.04。它具有良好尺寸稳定性，突出的耐冲击性、耐热性、介电性、耐磨性，表面光泽性好，易涂装和着色等优点
4、。ABS树脂可以在-2560的环境下表现正常，而且有很好的成型性，加工出的产品表面光洁，易于染色和电镀。因此它可以被用于家电外壳、玩具等日常用品。1.4市场前景分析 ： 1997年世界ABS树脂生产能力为556万吨/年，主要产地是亚洲、北美和西欧。亚洲的生产能力占世界总能力的60%以上。目前世界ABS生产能力发展的特点是“西方不振、东方高涨”，未来几年内世界新增能力仍主要集中在亚洲地区，韩国、中国和中国台湾省以及马来西亚都将新建或扩建ABS树脂生产装置，虽然亚洲地区的这些新增计划不一定全部实现，但在未来几年还是会有较大的发展。1999年，世界ABS树脂需求量为375、2万吨，1996-2010
5、年的年均需求增长率为2.9%。随着ABS树脂逐渐向高性能、多功能树脂发展，其需求量会大幅增加。1.5产品方案： 生产能力：ABS树脂30万吨年； 开工时间：330da,24hd。1.6技术方案及设备方案：（一）技术方案：ABS的工业生产方法很多，主要有乳液接枝、乳液接枝掺合法和连续本体法等。乳液接枝法是使苯乙烯单体和丙烯腈接枝在聚丁二烯胶乳上得到的ABS树脂。这种方法现已为乳液接枝掺合法所取代。乳液接枝共混法是在ABS树脂的传统方法-乳液接枝法的基础上发展起来的，它将部分苯乙烯单体和丙烯腈与聚丁二烯胶乳进行乳液接枝共聚，而以另一部分苯乙烯单体和丙烯腈单体进行共聚生成SAN，然后再将两者以不同比
6、例掺合可以得到各种牌号的ABS树脂。这一方法根据SAN共聚工艺不同又可分为乳液接枝乳液SAN掺合、乳液接枝悬浮SAN掺合、乳液接枝本体SAN掺合三种， 目前乳液接枝一乳液SAN 共混法在发达国家已被淘汰；乳液接枝一悬浮SAN掺混法只适合于中小型生产装置。 乳液聚合主要优点有：聚合反应可在较低温度下进行，并能同时获得高聚合速率和高分子量；以水为介质，比热容大，体系黏度小，有利于散热；乳液产品（称胶乳）可以直接作为胶粘剂和表面处理剂加以使用，而没有易燃及污染环境等问题。 缺点：聚合物以固体使用时，需要加破乳剂，会产生大量废水；而且要洗涤、脱水、干燥，工序多，生产成本比悬浮聚合高；产物中杂质含量较高
7、。（2） 设备方案：该项目主要生产设备为聚合釜、凝聚釜、接枝釜、贮槽、混合槽、沸腾干燥器等大型设备以及各类机泵、各种仪表等。2生产方法与工艺流程2.1 生产方法 选择生产工艺路线就是指选择生产方法。生产方法就是指在化工生产过程中使用何种原料、根据何种原理、选择实施何种方法，通过何种操作过程实现从原料变为产品的方法。主要生产方法：采用低温乳液共聚方法制备丙烯腈含量约为20%（质量分数）的丁腈胶乳，之后制备丙烯腈含量为20%30% AS树脂乳液，然后通过采用适当比例将两种乳液共聚、凝聚、分离、水洗、过滤、干燥和挤出造粒，即可得ABS树脂。本项目基本工艺由原材料的配制、聚合、脱单体和成品包装等工序。
8、基本组分是：单体、引发剂、乳化剂、分散剂、终止剂、分子量调节剂和抗氧剂等。 2.1.1 原料选择：该项目选用的原料主要单体为：丁二烯，苯乙烯和丙烯腈。 2.1.2 聚合机理：连锁聚合（增长链一经引发，迅速增长，反应一开始就生成相对分子量很高的聚合物，而转化率随反应进行逐步增加的聚合反应。） 2.1.3 实施方法：本项目拟采用乳液接枝共混法。 2.1.4 操作过程：采用间歇式操作。2.2 聚合工艺条件 2.2.1单体的选择： ABS树脂是丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物，其特性是由三组份的配比及每一种组分的化学结构，物理形态控制。丙烯腈表现的特性是耐热性、耐化学性、刚性、抗拉强度；丁二烯表现的特性是
9、抗冲击强度；苯乙烯表现的特性是加工流动性，光泽性。这三组分的结合，优势互补，使ABS树脂具有优良的综合性能。（1）1，3-丁二烯 1，3-丁二烯通常简称丁二烯，结构式为CH2=CH-CH=CH2 。一般以乙腈、二甲基甲酰胺为抽提剂，从约含40%丁二烯的裂解C4中抽提而得，也可以采用丁烯氧化脱氢或其他方法得到。目前世界丁二烯的年生产能力约为7000kt,主要用于生产聚丁二烯、丁苯橡胶、丁苯树脂、SBS、ABS等高分子材料。中国丁二烯年生产能力约为50余万吨，20世纪70年代初开发成功丁烯氧化脱氢法生产丁二烯。目前主要采用乙烯装置副产C4馏分溶剂萃取精馏法生产丁二烯。 表1 丁二烯的物理性质 物理
10、量名称 量值 物理量名称 量值相对分子质量沸点/熔点/临界温度/临界压力/MPa临界体积/(mlmol-1)临界密度/(gmol-1)密度/(gml-1) 20 25 50 54.09 -4.41 -108.9 152 4.32 220 0.245 0.6211 0.6149 0.5818临界热/(Jg-1)蒸发热/(Jg-1) 25 沸点下生成热/(kJmol-1)(25) 气体 液体空中爆炸极限/%(体积） 上限 下限 147.6 389 418 110.288.7 11.5 2.0 表2 工业用丁二烯国家标准 指标名称 指标值 试验方法 优级品 一级品外观1，3-丁二烯/%(质量）总炔烃
11、/10-6 丁二烯二聚物/10-6 （以4-乙烯基环己烯计）羰基化合物（以乙醛计）/10-6水含量/10-6阻聚剂（TBC）/10-6 无色透明 无悬浮物 99.3 50 1000 10 20 50150 无色透明 无悬浮物 98.0 100 1000 20 500 50150 GB/T 6012-85GB/T 6013-85GB/T 6017-85GB/T 6015-85GB/T 6018-85GB/T 6023-85GB/T 6020-85 表3 不同温度下丁二烯的稳定贮存时间温度/8565.66046.1时间/h17101270100 由于丁二烯具有上述性质，在运输、贮存和适用时必须采取
12、严格的安全措施，绝氧、氮封。装贮丁二烯的压力容器必须符合压力容器设计、制造、使用等一切规范，并经专门机构检验；丁二烯贮罐要有明显标志（即红色危险物品标志）并定期进行气密性试验，试压之前要用水蒸气清洗、氮气置换。此外在蒸馏、加热、室温下长期贮存丁二烯时需加入一定量的阻聚剂，如叔丁基邻苯二酚、氢醌等，加入量一般为(1002000)10-6,丁二烯贮罐气相中的氧含量应0.3%。（2） 苯乙烯 苯乙烯结构式为C6H5CH=CH2，是不饱和芳烃中最简单、最重要的成员，属于带有烯烃侧链并与苯环形成共轭体系的单环芳烃，广泛用作生产苯乙烯系树脂和合成橡胶的原料，如GPPS、HIPS、ABS、SAN、SMA、SBR等。目前世界苯乙烯产量已达1900万吨/年，90%以上都是通过乙苯催化脱氢制得，中国苯乙烯产量约为80万吨/年。 表4 苯乙烯的物理性质物理量名称量值沸点（0.1MPa）/凝固点/闪点/ Tag开杯法 Cleveland开杯法自燃温度/爆炸极限（空气中）/%145.0-30.634.431.1490.01.16.1
