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1、高分子材料课程设计学院：装备制造学院班级：复材 1102 姓名：梁笑微学号： 110690208 指导老师：白咏梅日期： 2014.1.6 - 2 - 目录一、有关设计的产品和原料概述. - 3 - 1.1 设计题目 . - 3 - 1.2 丁苯橡胶的概述 . - 3 - 1.3 丁苯橡胶的原料和助剂. - 3 - 1.4 低温乳液聚合的生产原理. - 4 - 1.4.1 聚合原理 . - 4 - 1.4.2 低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺条件. - 5 - 二、丁苯橡胶的生产工艺流程. - 6 - 三、 设计介绍 . - 6 - 3.1 设计题目 . - 6 - 3.2 设计参数和技术特性指标
2、 . - 7 - 四、夹套式反应釜总体结构. - 7 - 4.1 罐体几何尺寸计算 . - 8 - 4.1.1 确定筒体内径 . - 8 - 4.1.2 确定釜体封头尺寸. - 8 - 4.1.3 釜体实际容积 . - 8 - 五、反应釜传热装置 . - 8 - 六、搅拌装置设置 . - 8 - 七、反应装置的传动装置设计. - 13 - 7.1 电动机的选择 . - 14 - 7.2 、减速器的选择 . -14- 7.3 轴封的选择 . - 16 - 八、 反应装置的附件选型以及尺寸设计. - 18 - 8.1 管法兰尺寸的设计 . - 18 - 8.2 釜体法兰联接结构的设计. - 19
3、- 8.2.1 法兰的设计 . - 19 - 8.2.2 密封面形式的选型 . - 20 - 8.2.3 垫片的设计 . - 20 - 8.2.4 螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格. - 20 - 8.3 人孔的选用 . - 21 - 结束语 . - 22 - 3 - 一、有关设计的产品和原料概述1.1 设计题目丁苯橡胶聚合反应釜的设计1.2 丁苯橡胶的概述丁苯橡胶是丁二烯与苯乙烯经共聚合得到的弹性体。英文缩写SBR 。其中丁二烯可以顺式 1，4 结构，反式 l ，4 结构和 1，2 结构存在于分子链中。其结构式为：CH-CH2-CH2-CH=CH-CH2| C6H5按聚合方法分为乳液丁苯和溶液丁苯
4、胶，填充改性后又分为充油、充炭黑、充树脂丁苯胶等。丁苯胶中苯乙烯含量增加，密度与硬度增大，介电性改善，但耐油性、弹性、塑性和耐寒性降低。耐磨性、耐老化性、耐水性和气密性优于天然橡胶，粘合性、弹性和形变发热量低于天然橡胶1。 丁苯橡胶综合性能优良，是合成橡胶的第一大品种，产量占合成橡胶的 60% 。1.3 丁苯橡胶的原料和助剂丁苯橡胶由苯乙烯和丁二烯共聚合成，苯乙烯和丁二烯的物理性质如下：表 1 4 苯乙烯和丁二烯的物理性质物质分子式熔点沸点密度颜色、 气味、 其它- 4 - () () g/cm3 状态 （常温）苯乙烯C6H5-CH=CH2 -33 146 0.9090 (20/4 ) 无色有
5、芳香气味液体不溶于水， 溶于乙醇和乙醚，能与其他单体聚合，有强折射性丁二烯CH2=CH-CH=CH2 -108.9 -4.45 0.6211 (20 ) 无色， 有特殊气味，气体性活泼，易起聚合反应，有麻醉性， 特别刺激黏膜。表 1 5 助剂助剂名称活性剂乳化剂防老剂硫化剂补强剂氧化剂还原剂促进剂分子量调节剂物质氧化锌歧化松香酸甲皂苯基萘胺硫磺炭黑过氧化氢对锰烷硫酸亚铁噻唑类、叔十二碳硫醇1.4 低温乳液聚合的生产原理1.4.1 聚合原理丁二烯与苯乙烯在乳液中按自由基共聚合反应机理进行聚合反应。其反应式与产物结构式为：mCH2=CH-CH=CH2+ n CH=CH2 -CHCH2-n-CH2-
6、CH=CH-CH2-m- - 5 - 在典型的低温乳液聚合共聚物大分子链中顺式约占9.5%，反式约占 55% ，乙烯基约占 12% 。如果采用高温乳液聚合，则其产物大分子链中顺式约占16.6%，反式约占 46.3%，乙烯基约占 13.7%5。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。1.4.2低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺条件（1）分散介质一般以水为分散介质。 要求必须采用去离子水， 以保证乳液的稳定和聚合产物的质量。用量一般为单体量的60% 300% ，水量多少体系的稳定性和传热都有影响，水量少，乳液稳定性差，不利于传热；尤其在低温下聚合
7、这种影响更大，因此，低温乳液聚合生产丁苯橡胶要求乳液的浓度低一些为好，一般控制单体与水的比值为 11.05 11.8 （物质的量的比），而高温乳液聚合则为12.0 12.5 。（2）单体纯度丁二烯的纯度 99% 。对于由丁烷、丁烯氧化脱氢制得的丁二烯中丁烯含量1.5%，硫化物 0.01%，羰基化合物 0.006%；对于石油裂解得到的丁二烯中炔烃的含量 0.002%， 以防止交联增加丁苯橡胶的门尼粘度。阻聚剂低于 0.001%时对聚合没有明显影响，当高于0.01%时，要用浓度为10% 15% 的 NaOH 溶液于30进行洗涤除去。苯乙烯的纯度99% ，并且不含二乙烯基苯。（3）聚合温度与聚合采用
8、的引发剂体系有关。低温乳液聚合生产丁苯橡胶采用氧化- 还原- 6 - 引发体系， 可以在 5或更低温度下 （10 18）进行，同时，链转移少，产物中低聚物和支链少，反式结构可达70% 左右。低温乳液聚合所得到的丁苯橡胶又称为冷丁苯橡胶。如果采用K2S2O8 为引发剂，反应温度为50，反应转化率为 72% 75% 。低温下聚合的产物比高温下聚合的产物的性能好。（4）转化率与聚合时间为了防止高转化下发生的支化、交联反应，一般控制转化率为60% 70% ，多控制在 60% 左右。未反应的单体回收循环使用。 反应时间控制在712h，反应过快会造成传热困难。二、丁苯橡胶的生产工艺流程单体回收溶剂回收单
9、体水或溶剂引发剂各种助剂聚合闪 蒸 脱 气凝集洗涤脱水干燥成型合成橡胶三、 设计介绍3.1设计题目丁苯橡胶聚合反应装置的设计(VN=443m) - 7 - 3.2 设计参数和技术特性指标表 2-1 设计参数及要求容器内夹套内工作压力（ MPa ）1 0.3 设计压力（ MPa ）1.1 0.33 工作温度（）55 介质乳液和单体传热面积，2m50 全容积 (3m) 44 搅拌轴转速 (r/min) 80 轴功率， Kw 65 四、夹套式反应釜总体结构带搅拌的夹套反应釜是化学、医药及食品等工业中常用的典型反应设备之一。它是一种在一定压力和温度下，借助搅拌器将一定容积的两种（或多种）液体以及液体与
10、固体或气体物料混匀，促进其反应的设备。 一台带搅拌的夹套反应釜。它主要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成， 多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定； 传动装置是为带动搅拌装置设置的，主要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；封头装置为动密封；它们与支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。夹套式反应釜是由罐体和夹套两大部分组成。罐体和夹套的设计主要包括其结构设计，各部件几何尺寸的确定和强度的计算与校核。罐体在规定的操作温度和操- 8 - 作压力下，为物料
11、完成其搅拌过程提供了一定的空间。夹套传热是一种应用最普遍的外部传热方式。 它是一个套在罐体外面能形成密封空间的容器，既简单又方便。4.1 罐体几何尺寸计算4.1.1 确定筒体内径通常由工艺条件给定容积V、筒体内径1D 按式 1 估算：33144443.003.14 2.0VDi式 1 式中 V 工艺条件给定容积， m 3；i长径比，112.0DHi（设备容积要求443m，反应物料为液液类型，由表 3-1 知1:11.3iHD，考虑容器不大，为使直径不致太小，在顶盖上方便布置接管和传动装置，故取1:2.0iHD。 ）将 D1估算值圆整到公称直径系列，见附表1。表 3-1 几种搅拌釜的长径比i 值
12、种类设备内物料类型I 一般搅拌釜液 - 固相或液 - 液相物料11.3 气 - 液相物料12 发酵罐类1.7 2.5 4.1.2 确定釜体封头尺寸椭圆封头选标准件，则应力增强系数K=1，封头厚度（初选值） ：- 9 - 1.1 300012.1620.52 1700.80.5 1.1itPDmmP圆整后取13mm（钢号为 16MnR 所以1700.81.1tMPaPMPa、，它的内径与筒体内径相同 D1=3000mm）查表得封头直边高度ho=40mm 、封头容积 V封=3.817m3 公称直径DN/mm 直边高 ho/mm 内表面积A/m2 厚度/ mm 容积 V/m3 3000 40 10.133 1
