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1、年产 xxxxxx 吨 xxxxxx 聚合车间工艺设计设 计 说 明 书一、概述（一）设计原则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。车间概况该车间设计生产规模为年产xxxxxx 吨 xxxxxx。主要原料：其生产原理采用工艺路线的确定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
2、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。单体原料路线的确定通过比较xxxxxxxx法、 xxxxxxxx法、 xxxxxxx 法、 xxxxxxx法、 xxxxxx 法、 xxxxxx 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xxxxxxxx路线。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
3、、甲苯-庚烷、溶剂油等，进行综合比较，确定选择溶剂油。引发剂的选择从适合 xxxxxxx 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，对常用的四大类型引发剂xx 系、 xx 系、 xx 系、xx 系进行比较，选择xxx 系引发剂，其组份主引发剂为xxxx ，助引发剂为以xxx，第三组分为 xxxxxx 。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，通过比较确定最佳方式为xxxxxx 。聚合
4、反应机理及影响反应的因素聚合反应机理影响反应的因素单体浓度温度杂质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
5、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的主要原料：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)、用途等可以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：（二）生成物的物理化学性质及技术指标三、车间危险性物料主要物性表四、生产流程简述（一）生产流程简述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xxxxx 和溶剂油。聚合岗开车，罐区连续给聚合送溶剂油；单体直接送聚合，聚合停
6、产时，单体直接送罐区。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，此外，还负责接收xxx 车间配好的xxxx 。粘度岗负责检测生产的结果，测试门尼粘度和转化率。由 xxxx 的 xxx 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。xxxx 和 xxxx 分别由镍计量泵和xxxx 计量泵送出，经xxxx 文氏管混合后，与出丁油预热器 (预冷器 )的丁油溶液混合。xxxx 组分由 xxx 计量泵送出与稀释油经文氏管混合后，在釜底与xxx 油混合进入首釜。xxx 油溶液在聚合釜中，在一定温度和压力下
7、，受到引发剂的作用，发生 xxx 聚合反应，生成高分子量的xxxxxxx 。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。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
8、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xxxxx ；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4060的胶粒，通过挤压脱水机、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xxxx 经罐项压控调节阀，盐水冷凝冷却器，进入xxxx 贮罐，再送至xxxx 回收罐区。胶液在罐中根据门尼
9、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xxxx 。釜项被蒸发的气体有水蒸汽、部分单体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4060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4060的胶粒送往挤压干燥岗。
10、通过挤压机挤压将胶粒含水量降到815，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）操作控制指标聚合工段操作控制指标Xxx 油浓度： 1215g/100mL 首釜温度：95未釜温度：100压力：0.45MPa 引发剂配方：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： 9498；压力0.08MPa 釜底温度： 96101液面
11、： 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： 1025Mh3/循环水 PH 值： 810 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： 4555洗涤水罐液面：1/4 干燥岗：挤压机出口胶含水：812% 热风温度： 80100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： 1000 时：Nuw0 422313014.RePr.考虑叶轮与槽壁间隙大小对传热的影响时：NuDdD17513130 21
12、3 .Re Pr.2iDNuRed n2搅拌雷诺准数式中d 搅拌叶轮直径，m；n 搅拌转数， r/s；D 聚合釜内径，m。设计中取： D1.8m；d 0.95D 1.71m； n59r/min 。w09 .以 1 号釜为例计算对流传热系数1 1Re.d n221715960606 835498 51Pr.Cp2574410350 09569425104632 113130 213 1750 09561849851942510460 91817118.890820.()WmC同理， 2 号、 3 号、 4 号釜计算结果如表9-14 所示：表 9-14 各釜对流给热系数计算结果釜号Re Pr Nu
13、 21 498.51 94251.046 1677.2385 89.08 2 239.31 192314.91 1666.3692 91.28 3 166.12 273982.09 1660.1194 92.69 4 102.68 440521.65 1656.6732 93.51 (3)各釜总传热系数K 的计算聚合釜壁剖面图如图xxxx 所示，由于DD外内1022.，所以按基础化学工程上册P180 式 3-58 计算各釜 K 值。11111122332K以 1 号釜为例已知：120366946.()WmC2208908.()WmC挂胶厚度110001mmm.，1001396.()WmC；釜壁
14、厚度2160 016mmm.，2017445.()WmC；取水垢厚度3050 0005.mmm，查 基础化学工程上册 P180 表 3-9 得 25CaCl2盐水的垢层系数dWmC1395620.()。112219430 01013960 01617445113956189 081K.() /008920mCWKWmC1201124.()对 2 号釜、 3 号釜、 4 号釜而言，取挂胶厚度为1mm，其它数据同上，各釜K 值计算结果如表 9-15 所示：表 9-15 各釜 K 值计算结果釜别11122d2K 1 221.943 0.01 0.1396 0.016 17.445 1395.6 89
15、.08 11.24 2 221.943 0.001 0.1396 0.016 17.445 1395.6 91.28 41.22 3 221.943 0.001 0.1396 0.016 17.445 1395.6 92.69 41.50 4 221.943 0.001 0.1396 0.016 17.445 1395.6 93.51 41.67 5、 聚合釜搅拌功率的计算搅拌器型式的确定，聚合生产中，随着单体转化率的提高，体系的动力粘度逐渐增加，一般从几十厘泊增加到几万厘泊，为此要从适合高粘度液体的锚式、框式、螺杆式及双螺带式等搅拌器中进行选择。目前，国内有的生产厂家主要采用首釜为框式，其余
16、为双螺带式，设计中根据1998 年第 1 期合成橡胶工业“顺丁橡胶技术开发中的几个工程放大问题”中所分析的框式搅拌器，在使用中存在因湍流程度不够而造成釜内温度上下不均及混合分散程度差的缺点，决定全部采用双螺带式搅拌器，搅拌转速为59 r/min ，其它几何参数如下图9-10 所示。查搅拌设备设计P59 知，当双螺带式搅拌器的几何参数为：dDi0 92.0.98；h di08 .5.5；s D10 .；H D09 .2.5；b di010.时，同时，在层流区操作时，其功率准数为：Nphdi3401 0()(Re).当 Re 100 时：Nphdi700 33. ()(Re).由前面计算结果可知，各釜的Re 值均大于100，所以设计采用后面关系式进行计算，然后，再按下式求出搅拌功率。53 102ipdn gNP查搅拌设备设计P161 知，电机功率为：m aNNP采用机械密
