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1、“化工设计”课程作业北京化工大学 化学工程学院设计说明书题 目：年产1.1万吨顺丁橡胶生产工艺设计学 生： 班 级： 学 号： 指导教师： 2014年12月目录1、工艺设计基础21.1、设计任务21.1.1、设计任务21.1.2、文献综述21.2、原辅材料性质及技术规格21.3、产品性质及技术规格31.3.1、顺丁橡胶的结构31.3.2、顺丁橡胶的性能41.3.3、顺丁橡胶的用途41.3.4、生产中成品胶质量指标41.4、危险性物料的主要物性51.5、原材料的消耗定额52、工艺说明652.1、生产方法、工艺技术路线及工艺特点52.1.1、生产方法52.1.2、工艺技术路线的确定62.2、生产流
2、程说明72.2.1、主要流程工艺72.2.1、主要工艺流程说明72.2.2、聚合工艺82.2.3、凝聚工艺82.2.4、橡胶的后处理92.2.5、单体及溶剂回收工艺92.2.5、三废处理93、工艺计算及主要设备设计103.1、物料衡算103.1.1 计算的基础数据103.1.2、计算基准133.2、热量衡算213.2.1、计算的基础数据213.2.2、各釜对流传热系数a和传热系数K的计算233.2.3、各釜热量衡算273.3、聚合釜的计算和选型303.3.1、基础数据313.3.2、聚合釜总容积及台数的确定313.3.3、聚合釜搅拌功率的计算314、工艺控制条件及自控设计334.1、控制指标3
3、44.2、开停车345、附图356、参考文献37 1、工艺设计基础1.1、设计任务 1.1.1、设计任务本设计为年产1.1万吨顺丁橡胶（纯度99%）生产工艺设计，顺丁橡胶生产工艺由聚合工段和后处理工段两大部分组成，本设计的主要任务是：1. 聚合釜、终止釜和凝聚釜的物料衡算2. 聚合釜的热量衡算；聚合釜的计算和选型3. 设计出聚合工段带工艺控制点的工艺流程图由于本设计为假定设计，所以设计任务中其他项目如：厂区或厂址、主要技术经济指标、原料的供应、技术规格以及燃料种类、水电汽的主要来源，与其他工业企业的关系，建厂期限、设计单位、设计进度及设计阶段的规定等均从略。1.1.2、文献综述目前世界上大部分
4、顺丁橡胶生产采用溶液聚合法1。关于顺丁橡胶生产技术的进展，主要体现在催化剂、分子量调节、生产工艺、新产品开发以及装置设备等方面。因此，对顺丁橡胶生产工艺进行研究，具有一定的积极意义。工艺展望 1. 进一步优化催化体系和工艺条件12. 积极开拓顺丁橡胶应用领域3. 聚合温度进一步提高，利于聚合、凝聚和节能2 4. 应加强新产品开发,满足市场需求3 顺丁橡胶是顺式-1,4-聚丁二烯橡胶的简称，由丁二烯聚合得到。顺丁橡胶是目前世界上第二通用合成橡胶，与天然橡胶和丁苯橡胶相比，硫化后的顺丁橡胶的耐寒性、耐磨性和弹性特别优异，动负荷下发热少，耐老化性好，易与天然橡胶、氯丁橡胶或丁腈橡胶并用，主要用于轮胎
5、加工行业，在传送带、传动带、模压制品、鞋底、胶鞋及海绵胶等方面得到广泛应用。1.2、原辅材料性质及技术规格表1.1-原材料、产品技术规格4名称规格分析方法国家标准单体丁二烯纯度:99%气相色谱法GB 6013-85丁烯:1%水20mg/kg卡尔费休尔法GB 6023-85醛酮总量：20mg/kg气相色谱法二聚物:50mg/kg气相色谱法GB 6013-85乙腈：检不出溶剂溶剂油组成：2.1%，57.8%，40.1%馏程：6090蒸馏法GB 255-77碘值：0.2g/100g化学法水值：7-8%络合滴定法水分：46%化学法沸点：124.5-126水含量:0.5%卡尔费休法GB 6283-86终
6、止剂乙醇纯度：95%；含水：5%；恒沸点：78.2；密度810kg/m3GB/T679-2002防老剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚熔点：69-71；游离甲酚：0.04%；灰分0.03%；油溶性：合格1.3、产品性质及技术规格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)。1.3.1、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9698的顺式1.4结构，含12反式1.4结构和1
7、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。1.3.2、顺丁橡胶的性能通过与天然橡胶相比，顺丁橡胶具有弹性高、耐低温性好、耐磨性佳、滞后损
8、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。1.3.3、顺丁橡胶的用途广泛用于制造乘用车和卡车轮胎，几乎占该类橡胶消耗量的86%
9、以上，可以改善轮胎的耐磨性，延长其寿命。也适用于制造力车胎、胶管、胶带、胶鞋以及其他橡胶制品。1.3.4、生产中成品胶质量指标表1.2-GB 8659-88标准规定性能指标5项目优级品一级品合格品挥发份, 0.751.001.30灰分, 0.300.300.30生胶门尼粘度 455455457混炼胶门尼粘度 687373300定伸应力MPa硫化14525min6.510.56.210.76.011.0硫化14535min7.011.06.711.26.511.5硫化14550min6.810.86.511.06.311.3（续表1.2）拉伸强度MPa硫化14535min14.213.713.2
10、伸长率硫化14535min450430430防老剂非污染非污染非污染非污染1.4、危险性物料的主要物性表1.3-危险性物料主要物性表名称分子量熔点（）沸点（）闪点（）燃点（）爆炸极限危险概述上限下限丁二烯54.09-108.9-4.5-641516.31.4三异丁基铝198.33-5.68604危险标记 9(易燃物品)溶剂油-25230-2607.01.0急性毒性LD50：无资料；LC50：16000mg/m，4小时乙醇46.07-114.378.4137518.953.28三氟化硼乙醚络合物142-48124.5-12666.744511.12本产品遇明火会发生燃烧爆炸危险。注：数据来源合成
11、橡胶工业手册第二版，赵旭涛、刘大华主编P5031.5、原材料的消耗定额表1.4-原料消耗定额数据表序号名称规格消耗量备注kg/ht/a1丁二烯纯度：99.3%1659.79913278.3902溶剂油C52.1%， C657.8%， C740.1%6369.54250956.3323环烷酸镍纯度7.5%0.4783.8224三异丁铝活性铝含量50%1.2099.6695三氟化硼乙醚络合物BF3含量46%1.88415.0756工业乙醇纯度95%0.8877.0947防老剂浓度117g/L13.021104.1652、工艺说明62.1、生产方法、工艺技术路线及工艺特点2.1.1、生产方法目前世界
12、上顺丁橡胶生产大部分采用溶液聚合法。生产采用的催化剂主要有Ni系、Ti系、Co系、Li系等。目前，目前，国内工业上采用的是Ni系催化剂体系，该催化剂活性高；顺式含量在97%以上；产品质量均匀，产物的综合物理机械性能较好，分子量较易控制，易于加工，冷流倾向小，便于连续生产；改变条件（温度，单体浓度）对聚合物的性能无影响。该工艺主要工序包括：催化剂、终止剂和防老剂的配制和计量；丁二烯的聚合；胶液的凝聚；后处理，橡胶的脱水和干燥；单体、溶剂的回收和精制。2.1.2、工艺技术路线的确定（1）、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
