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1、河南理工大学工厂设计说明书课课 程程 名名 称称 高苯乙高苯乙烯烯橡胶工橡胶工业业生生产产放大研究与放大研究与设计设计 课课 程程 完完 成成 人人 指指 导导 老老 师师 专专 业业 班班 级级 学学 号号 完完 成成 日日 期期 2 0 10 . 12 高苯乙烯橡胶工业生产工厂设计高苯乙烯橡胶工业生产工厂设计 摘要摘要：本课程设计主要介绍了苯乙烯橡胶的工厂设计，设计完成了大批 量高苯乙烯的生产装置，能充分满足高苯乙烯橡胶的各种要求的工业化生产。 由于高苯乙烯橡胶与其他合成橡胶及天然橡胶并用时具有提高橡胶制品的 刚性、硬度、耐磨性，降低收缩率等优点，现已在国外得到普遍的应用。形成 了年产 2
2、000 万吨的苯乙烯生产装置，实现了苯乙烯橡胶连续工业化生产。 聚合反应釜放大是本次工程放大设计的主要难点，对脱气釜放大的设计选 型从节约投资出发，在确定设备选型、技术参数、间歇使用要求的基础上，进 行核算并确定了相关设备技术参数，实现了脱气釜交替对高苯乙烯树脂乳液与 SBR-1502 胶乳脱出未反应单体的生产要求。同时，科学地分析了聚合过程影响 因素，并在此基础上参照实验结果，确定出了放大设计参数，实现了大小釜的 关键参数的相似，达到了大小釜的过程相似的目标。 在实验的设计中，验证了双螺杆挤出机对物料挤压有密实效果。实现了一 机两用（脱气釜交替对高苯乙烯树脂乳液与SBR-1502胶乳）的目的
3、。经过认真 分析，确认双螺杆挤出机刑物料有挤压密实作用，要同时完成脱挥和脱水非常 困难。本设计解决了干燥系统生产中的问题，提高了装置生产能力。 通过工程放大，最终可以实现苯乙烯橡胶工业化生产目的，经生产考核， 产品的产量、质量达到设计指标。并可为万吨级生产装置工程放大和其它系列 胶乳提供了依据和经验。由于苯乙烯橡胶在市场应用比较广泛，在高苯橡胶装 置建成投产后，占据了部分国内市场，为企业创造了经济效益。最后对原料消 耗和市场进行总结从而得出实验结论。 也经过长周期的生产考核，掌握了装置生产操作技术，通过高苯乙烯树脂 聚合及脱气等设备的合理选型，即可生产出各牌号的高苯乙烯橡胶的合格产品， 并可为
4、万吨级生产装置工程放大和其它系列胶乳提供了依据和经验。相信高苯 乙烯橡胶装置建成投产后，能为企业创造了很好经济效益。关键词：关键词：高苯乙烯橡胶 生产放大 装置设计 设备参数1 1 概述概述1.11.1 高苯乙烯橡胶主要性质高苯乙烯橡胶主要性质丁苯橡胶(SBR)是苯乙烯与丁二烯的聚合物，同时也是合成橡胶(SRI中开 发较早、产量最大的品种，分为乳聚丁苯橡胶(E-SBR)和溶聚丁苯橡胶(S-SBR)两 大类。乳聚丁苯橡胶产量在合成橡胶各胶种中趋于前列1。丁苯橡胶结合苯乙 烯一般为23%-30%，随着结合苯乙烯量的增加，弹性下降，塑性增强，直至得到 树脂聚合物。一般将结合苯乙烯量在45%-70%的
5、丁苯共聚物称为高苯乙烯橡胶。 高苯乙烯橡胶一般很少单独使用，通常用来与天然橡胶、丁苯橡胶、聚丁二烯 橡胶等掺混以制得不同类型的补强胶，其用量一般为15%-50%。1.2 高苯乙烯橡胶发展概况高苯乙烯橡胶发展概况丁苯橡胶（SBR）是历史上最早工业化和当前世界上产量最大的合成橡胶 ,首 先由德国公司以乙炔合成法工业化生产乳液聚合丁苯橡胶,而美国 I.G.Farben 公司则以石油为原料生产 GR-S 型丁苯橡胶2 。目前低温乳聚丁苯橡胶约 占整个聚丁苯胶的 80% 。60 年代中期随着阴离子聚合技术的发展、溶液聚合丁苯 胶开始问世。另外又先后出现充油丁苯胶、充炭黑丁苯炼胶、充油充炭黑母炼 胶、高苯
6、乙烯丁苯胶、竣基丁苯胶和液体丁苯胶等新品种 后又出现热塑性丁苯 橡胶等。苯乙烯含量是影响 SBR 的硬度、弹性等主要特性的重要因素，改变两 种单体的结合量的比例就可以制造出性质介于两者之间的各种共聚产物3-4。 近年来，国内外针对高苯乙烯橡胶的应用技术做了许多研究工作，不仅在 改进混炼胶的加工性和硫化胶的物理机械性能等方面有所突破，特别是使进 步提高掺混物性能及扩大应用领域等方面取得了可喜的成绩。随着工业化的深 入，高苯乙烯橡胶的牌号也在不断增加，市场需求也在不断扩大。1.3 高苯乙烯橡胶的用途高苯乙烯橡胶的用途高苯乙烯橡胶具有无毒、无臭、可燃，杂质含量低，性能稳定的特点。由 于长链分子中的苯
7、乙烯单体含量较高，赋予制品以更好的耐老化性能、更高的 硬度和刚性、更大的机械强度和撕裂强度。其良好的机械性能、弹性和优良的 相容性使其具有广泛的用途。 （1） 可与顺丁橡胶、天然橡胶及丁苯橡胶以任意比例共混，用于高强度 仿革鞋底及发泡微孔鞋底； （2） 高级自行车浅色外胎；各种胶辊；胶板； （3） 电绝缘材料； （4） 与丁腈橡胶、氯丁橡胶共混，制造较高硬度的耐油橡胶制品，如纺 织橡胶配件、耐油胶板、耐油胶辊等； （5） ABS、AS 塑料等的增韧改性；透明 PS 板材的增韧改性； （6） 其他橡胶的补强剂，用量可达 25-50%； （7） 隔震元件； 由高苯乙烯橡胶与通用橡胶的共混物可制成低
8、回弹性的橡胶制品，在共混 组成物中通用橡胶为565wt，高苯橡胶为9535wt，除此之外还加入一定 量的各种助剂5。该橡胶掺混物能在较宽的温度范围内使用，回弹性增加 030。在潮湿条件下抗滑性好，还具有减振，吸收冲击能的性质，广泛应用 于减振材料、冲击能吸收材料、隔音材料、安全盔等。1.4 高苯乙烯橡胶产品标准高苯乙烯橡胶产品标准1.4.1 中间产品质量标准中间产品质量标准高苯乙烯橡胶项目指标值及测试方法： 1 结合苯乙烯含量，Wt% 6065 SH/T1953-94 2 挥发分，Wt% 7.5 GB/T528-98 7 伸长率，% 120 GB/T528-98 8 邵氏硬度，A 93 GB/
9、T531-99 表 1-1 列出了高苯乙烯树脂主要质量指标 表 1-1 高苯乙烯树脂主要质量指标序号 项目 单位 指标 分析标准1 转化率 % 98.5 2 结合苯乙烯 % 850.53 生胶门尼 855 GB/T 1232-92100 45ML4 残余苯乙烯含量 % 0.05 SH/T1953-94 5 挥发份 % 2.0 GB/T 6736-86表 1-2 列出了 SBR-1502 主要质量指标。表 1-2 SBR-1502 主要质量指标序号 项目 单位 指标 分析标准1 转化率 % 702 2 结合苯乙烯 % 23.50.5 GB/T 86583 生胶门尼 505 GB/T 1232-9
10、2100 45ML4 混炼胶门尼 90 GB/T 1232-92100 45ML5 拉伸强度 MPa 23.7 GB/T 528-92 6 扯断伸长率 % 415 GB/T 528-92 7 300%定伸应力 MPa 14.1-183.6 GB/T 528-92 8 硬度 韶氏 A 60 GB/T 531-92 9 挥发份 % 0.75 GB/T 6737-86 10 灰分 % 0.75 GB/T 6737-86 11 残余苯乙烯含量 % 0.15 SH/T 1594-941.4.2 产品质量标准产品质量标准表 13 列出了高苯乙烯橡胶产品标准。表 13 高苯乙烯橡胶产品标准序号 项目 单位
11、指标 检验方法 备注1 门尼粘度 555 GB/T 1232-92 出厂指标100 45ML2 拉伸强度 MPa 22 GB/T 528-92 出厂指标 3 300%定伸应力 MPa 14 GB/T 528-92 出厂指标 4 扯断伸长率 % 420 GB/T 528-92 出厂指标 5 硬度 韶氏 A 80 GB/T 531-92 出厂指标 6 结合苯乙烯 % 600.5 内控指标 7 灰分 % 1.0 GB/T 6736-86 内控指标 8 挥发份 % 2.0 GB/T 6737-86 内控指标 9 有机酸 % 50.5 GB/T 8657-92 内控指标10 皂含量 % 0.75 GB/
12、T 8657-92 内控指标1.5 乙烯橡胶的制备乙烯橡胶的制备高苯乙烯橡胶的制备方法有很多种，大体上可以分为下述三类：直接乳聚 法、胶乳共凝聚法和机械混炼法。1.5.1 直接乳聚法直接乳聚法在丁二烯一苯乙烯共聚合体系中，通过改变单体投料比例及聚合转化率， 直接获得不同苯乙烯含量的共聚物。在研究方面，由于对丁二烯一苯乙烯乳液 共聚合生成苯乙烯含量高的丁苯共聚物报道很少。由于加料方式不同，使苯乙 烯和丁二烯在共聚物分子链节中的序列分布不同而引起其物理性能改变，从而 形成苯乙烯含量相同而其性能却不同的的共聚物。因此只能从研究中寻找其规 律性。1.5.2 胶乳共凝聚法胶乳共凝聚法首先分别合成高苯乙烯树脂和普通丁苯橡胶乳液，按所需要的苯乙烯结合 量以不同比例混合两种胶乳，进行混合均匀后共凝聚，得到含高量苯乙烯的聚 合物。通常选用SBR-1502橡胶的胶乳与高苯树脂乳液进行混合凝聚而制成。 用该种法制备高苯乙烯含量的丁苯共聚物在专利中比较常见，如美国聚合 物公司的专6制各了丁二烯苯乙烯共聚物，将两种共聚物胶乳混合后共凝聚 得到的聚合物有较好的加工性能和使用性能。 SBR-1502胶乳与高苯乙烯树脂乳液的混合是按一定比例进行的，充分搅拌 使之均匀后，加入非污染型防老剂苯乙烯化苯酚或三壬基苯基亚磷酸酯，用氯 化钠、硫酸
