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1、吉林化工学院 产万吨丁苯橡胶的工 艺设计 材料科学与工程学院课程设计 年产5 万吨丁苯橡胶装置聚合工段工艺设计 Anannualoutputof50000tonsofstyrenebutadiener ubberdevicepolymerizationsectionprocessdesign 学 生 学 号 学 生 姓 名 专 业 班 级 指 导 教 师张钰教授 联合指导教师张钰教授 完 成 日 期 2013.12.06 吉 林 化 工 学 院 JilinInstituteofChemicalTechnology 摘要 本设计是以丁二烯和苯乙烯为原料，年产 5 万吨丁苯橡胶的工艺设计。 通过比
2、较目前丁苯橡胶的聚合生产方法，最后确定以低温乳液聚合法作为聚 合的工艺生产方法。在设计过程中，根据设计任务书的要求，进行了较为详 细的物料恒算和能量恒算，对设备进行了工艺计算和选型，同时对聚丁苯橡 胶生产过程中的安全注意事项及“三废”治理作了相关说明。综合上述工艺 计算和设计结果，绘制出了主要设备图。 关键词:丁苯橡胶乳液聚合工艺设计丁二烯苯乙烯 Abstract Thedesignisbasedonbutadieneandstyreneasrawmaterials,witha nannualoutputof50000tonsofSBRprocessdesign.Bycomparingwith
3、the presentSBRpolymerizationproductionmethod,wemakeadecisiontotrea temulsionpolymerizationatlowtemperatureaspolymerizationproductio nmethodatlast.Inthedesignprocess,inaccordancewiththerequirements ofthemissiondesign,amoredetailedmaterialbalanceandenergybalance, equipmentforthecalculationandselection
4、process,atthesametimeonstyr enebutadienerubberproductionintheprocessofattentiontosafetyissues andthethreewastesmanagementshouldbemadeanote.Drawingthem ainequipmentaccordingtotheprocessdesignandcalculationresults。 Keywords:SBR,Emulsionpolymerization,Processdesign,butadiene,sty renemonomer 目录 摘 要 I 第
5、1 篇 设计说明书 1 第 1 章 绪 论 1 1.1 丁苯橡胶的市场分析 1 1.1.1 国外生产情况 1 1.1.2 国内生产情况 2 1.2 丁苯橡胶合成技术进展 4 1.2.1 乳聚丁苯橡胶的合成技术进展 4 1.2.2 溶聚丁苯橡胶合成技术进展 5 1.2.3 我国丁苯橡胶新技术的开发 6 1.3 设计依据、指导思想 6 1.3.1 设计依据 6 1.3.2 指导思想 6 1.4 设计地区的自然条件 7 第 2 章 工艺论证 8 2.1 产品的结构与性能 8 2.1.1 名称及其结构 8 2.1.2 丁苯橡胶的性能 8 2.1.3 丁苯橡胶的用途 9 2.2 工艺原理 9 2.3 生
6、产方法论证 10 2.4 丁苯橡胶的生产方法 12 2.4.1 工艺方案选择依据.12 2.4.1.1 工艺流程方面 12 2.4.1.2 反应速率 12 2.4.1.3 经济方面 13 2.4.1.4 乳液聚合 13 2.4.2 丁苯橡胶的工艺原理：13 2.4.2.1 聚合原理 13 2.4.2.2 链引发 13 2.4.2.3 链增长 13 2.4.2.4 链终止 14 2.4.3 丁苯橡胶生产工艺流程简述 14 2.4.4 丁苯橡胶的生产工艺流程 16 第 2 篇 设计计算说明书 17 第 1 章 基础数据 17 第 2 章 聚合工段物料衡算 19 2.1 进料计算 19 2.2 出料
7、计算 21 第 3 章 聚合工段热量衡算 24 3.1 聚合热 24 3.2 冷却显热 24 3.3 搅拌热 25 3.4 大气吸热 25 3.5 所需氨的量 25 第 4 章 反应器的选择 27 4.1 反应釜的选型 27 4.2 罐体尺寸确定 28 4.2.1 筒体高径比 28 4.2.2 初步计算筒体直径 28 4.2.3 聚合釜壁厚的计算 29 第 5 章 管道直径与贮罐的计算 30 5.1 管道与贮罐的计算 30 5.1.1 丁二烯苯乙烯进料管径的计算 30 5.1.2 贮罐体积的计算 30 第 6 章 泵的计算 31 6.1 泵 P304 的设计 31 6.1.1 条件依据 31
8、6.1.2 管内流体的流速 31 6.1.3 泵的选型 32 第 7 章 车间工艺布置及厂址选择 33 7.1 工艺布置设计 33 7.2 生产厂房的整体布置 33 7.3 厂址选择依据与原则 34 7.4 设备布置安全距离 34 7.5 车间内辅助室和生活室布置 34 第 8 章 安全设计 36 8.1 防火防爆 36 8.2 防毒 37 8.3 中毒后应采取急救措施 37 8.4 安全生产要点 38 8.4.1 重点部位 38 8.4.2 安全要点 38 第 9 章“三废”治理 40 9.1“三废”治理的意义 40 9.2 废水处理 40 9.3 废气处理 41 9.4 废渣处理 41 参
9、考文献 42 致 谢 44 前言 丁苯橡胶（SBR）是由丁二烯和苯乙烯经过乳液或溶液聚合制得的共聚 物，丁苯橡胶再配以增塑剂、稳定剂、高分子改性剂、填料、偶联剂和加工 助剂，经过提炼、塑化、成型加工成各种材料。在现代工业生产和人类生活 中起着举足轻重的作用，因此 SBR 的生产和技术的改进越来越受到现代人的 关注！ 当前，SBR 生产面临着严重的挑战。比如：生态环境的保护，潜在替代 品的市场竞争，资源的进一步优化配置，能量的合理充分利用，生产过程的 优化和高效率化，生产和使用效率的提高，应用技术和市场开拓等，都在不 同程度上影响着 SBR 的进一步发展，在上述问题上仍有大量工作要做，对生 态环
10、境安全的配套助剂，环境保护技术（包括 SBR 废弃物的回收，再利用和 处理）等方面，更需要花大力气加以研究。 本设计是以丁二烯和苯乙烯单体为原料，对年产能力为 5 万吨的 SBR 生 产工艺的初步设计，收集有关的化工设计资料作参考，按毕业设计大纲和设 计任务书的要求进行设计。 本设计的内容是在简要介绍丁苯橡胶发展状况及其性质，用途，工艺方 法选择的基础上，重点介绍了采用低温乳液聚合法生产 SBR 及其干燥的工艺 过程，产量为年产 5 万吨。设计的主要内容有：1.产品及原材料说明；2.生 产方案的比较与选择；3.物料衡算与热量衡算；4.主要设备的计算与选型；5.附 属设备的设计及选型；6.整个的
11、生产工艺流程；7.安全防火防爆防毒设计三 废处理；设计图纸包括 1 张带控制点的工艺管道及仪表流程图。 本设计旨在理论学习的基础上，结合生产实践，熟悉工艺流程、生产方 案的选择、设备的选型等，掌握工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备的 计算、选型，对参考文献的查阅与学习等的方法。 由于设计者的理论知识有限，设计经验的缺乏，在设计的过程中难免会 有一些不足和错误之处，敬请各位老师指评指正。 吉林化工学院 1 第 1 篇设计说明书 第 1 章绪论 1.1 丁苯橡胶的市场分析 1.1.1 国外生产情况 据资料报道，2009年世界丁苯橡胶生产能力约为558万t/a，其中乳聚 丁苯橡胶约为425万t/a
12、，占总产能的76.2%，溶聚丁苯橡胶约为133万t/a， 占总产能的23.8%。2009年世界SBR主要生产企业的产能列于表1-1-1。 表1-1-12009年世界SBR主要生产企业及产能 生产公司生产能力/（万t/a） 中国石化 43.2 韩国锦湖公司 38.5 朗盛 36.9 固特异公司 36.3 中国石油 29.7 ISP27.2 JSR26.0 JSRCCorp21.9 道化学公司 21.2 埃尼化学 21.0 BridgestoneCorp20.5 日本瑞翁株式会社 18.5 Sibneft15.0 DESC14.5 Kauchuk14.0 其他 173.6 合计 558.0 200
13、9年，金融危机引发的经济疲软进一步影响着世界各国。特别是汽车 工业处于艰难困境，通用、克莱斯勒等知名汽车企业已宣布破产。橡胶的主 要用途就是轮胎行业，因此抑制了SBR的生产与需求。加之，2009年SBR主 要原料丁二烯价格高涨，也使SBR生产企业的利润空间被挤压，这也不得不 使部分SBR生产商降低装置开工率。如韩国锦湖石化公司从2009年8月开始 将SBR装置开工率降低了20%，合成橡胶公司在2009年7月至9月将开工 率降低20%-30%。2010年，世界范围内的经济疲软也没有得到有效控制， SBR开工率仍很低，见表1-1-2。 表1-1-2世界计划新建/扩建SBR装置情况1 企业名称 新建
14、 /扩建 能力（万 t/aSBR） 计划投产时 间 备注 印度石油天然气公司 14 2010年 国光石化公司 15 2015年 计划2011年1月中旬 签 1.1.2 国内生产情况 截止到2009年末，国内SBR总生产能力为101.5万t/a，约占国内SBR总 生产能力的84.2%；国内SSBR生产能力的15.8%。国内产能增加，主要来自 齐鲁石化新建10万t/aESBR装置，该装置于2009年6月份开车以来，装置运 行平稳，实现满负荷生产。2009年，国内SBR生产厂家及能力见表1-3。 2009年，受金融危机影响，许多发达国家的SBR产量与消费量都有大幅 下降，而中国逆势而上，呈现增长趋势
15、，总产量再创历史新高。我国SBR市 场供需情况见表1-4。 尤其是乳聚丁苯橡胶，2009年较2008年增长16%，产量约占总橡胶产 量的80%。 表1-1-32009年我国SBR生产厂家及能力1 品种生产厂家生产能力（万t/a） ESBR 江苏南通申华化工公司 18 吉林石化公司 14 署土地开垦合同 台橡公司将与印度石油公司合资 122012 抚顺石化 202012 批复 天津陆港石油橡胶工程有限公司 10 2010年末2010年3月土建开工 福建联合石油护工有限公司 10 2015年 合计 81 齐鲁石化公司 兰州石化公司 扬子石化与南京金浦集团 普利司通（惠州）合成橡胶公司 23 15.
16、5 10 5 小计 85.5 SSBR 燕山石化公司 茂名石化公司 3 3 高桥石化公司 10 小计 16 合计 101.5 表1-1-4近年我国SBR市场供需情况1 年份产量/万吨进口量/万吨出口量/万吨表观消费量/万吨 200446.011.50.9756.5 200551.711.82.0361.5 200656.918.71.8173.8 200772.418.71.7689.3 200874.213.51.5686.14 200984.919.12.94101.0 国内SBR产能由2006年的65.5万t/a增长至2009年的101.5万t/a，3年内 产能增长了55%。此外，计划新建/扩建SBR装置能力合计约50万t/a，预计 到2015年国内SBR产能将达到151.5万t/a，其中，ESBR产能125.5万 t/a，SSBR26万t/a.产能的过快增长，产品竞争也将加剧。 表
