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1、年产年产 5 5 万吨丁苯橡胶的生产工艺设计万吨丁苯橡胶的生产工艺设计摘摘 要要 丁苯橡胶在第二次世界大战以后，发展极为迅速，目前已成为国际上生产量最大的一种合成橡胶1，占合成橡胶总产量的 80%以上。苏联、美国、加拿大和民主德国丁苯橡胶产量最大，近年来英国、意大利、西德及我国等国家也开始迅猛发展。丁苯橡胶属于普遍类型的橡胶，可以替代天然橡胶，有些性能比天然橡胶更好。本设计为年产 5 万吨丁苯橡胶工艺设计，整个设计文件由设计说明书和设计图纸两部分组成。在设计说明书中，简单介绍了丁苯橡胶的生产状况、发展趋势、性能和主要用途，也介绍了目前丁苯橡胶的两种常见的工业聚合生产方法，并进行了比较，最后确定
2、以低温乳液聚合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衡算和能量衡算，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”2治理作了相关说明。绘制了相应的设计图纸，设计图纸包括工艺流程图、主要设备图及车间布置图等。关键词关键词：丁苯橡胶，低温乳液聚合，聚合釜，苯乙烯，丁二烯PROCESS DESIGN OF STYRENE BUTADIENE RUBBER WITH ANNUAL OUTPUT OF 50,000 TONSABSTRACTAfter the Second World War, SBR develops rapid
3、ly. It has become the largest international production of synthetic rubber so far. SBR accounted for more than 80% of total production of Synthetic rubber. The Soviet Union, the United States, Canada and East Germanys production of the SBR are the largest. In recent years, the United Kingdom, Italy,
4、 Germany and China and other countries also started the rapid development of SBR. SBR is common type of rubber, and sometimes it can substitute for natural rubber. Some properties are even better than natural rubber. This is a design for an annual output of 50,000 tons of SBR process. The documents
5、are consisted of design specification and design drawings. In the design of brochures, a brief introduction of the SBR production status, trends, performance and the main purpose of the current SBR, also introduced the two common industrial polymer production methods and make a comparison. It was de
6、sided that the low-temperature emulsion polymerization replaced the polymerization technology production methods. In design process, mass balance and energy balance was calculated according to the request of design specification. Process calculation and model selection was made. At the same time, th
7、e safe matters need attention and the management of the three wasters in the process of SBR was stated. The relevant design paper was drawn. The engineering flow diagram and major equipment drawing and the arrangement diagram of work shop were included in design drawing.KEY WORDS：SBR, Polymerization
8、 temperature, Polymerizer, Styrene, Butadiene目目 录录前 言 1第 1 章 绪 论.31.1 丁苯橡胶的市场分析 31.1.1 国外生产情况 31.1.2 国内生产情况 31.2 丁苯橡胶合成技术进展 71.2.1 乳聚丁苯橡胶的合成技术进展 71.2.2 溶聚丁苯橡胶合成技术进展 71.2.3 我国丁苯橡胶新技术的开发 8第 2 章 生产工艺选择 9第 3 章 产品及原料说明 .103.1 产品的结构与性能.103.1.1 名称及其结构 .103.1.2 丁苯橡胶的性能 .113.1.3 丁苯橡胶用途 .123.2 聚合原理.123.2.1 链引
9、发 .123.2.2 链增长 .123.23 链终止 133.3 原料说明.143.3.1 丁二烯 .143.3.2 苯乙烯 .14第 4 章 低温乳液聚合丁苯橡胶工艺 .154.1 典型配方 .154.2 转化率确定.154.3 配料确定.164.4 聚合条件及原料要求.164.4.1 分散介质 .174.4.2 单体纯度 .174.4.3 聚合温度 .174.4.4 各种助剂 .174.4.5 聚合时间 .18第 5 章 低温乳液聚合工艺流程 .195.1 原料准备过程 .195.2 聚合过程 .195.3 分离过程 .205.4 后处理阶段 .20第 6 章 工艺计算 .216.1 计算
10、依据.216.2 生产过程总物料衡算.216.2.1 总进料 .216.2.2 配方检验 .236.2.3 PBS 配方原料汇总 .236.2.4 各釜进出料计算 .246.3 热量衡算.27第 7 章 聚合釜的设计计算 .307.1 反应器操作体积.307.2 罐体尺寸确定.317.2.1 筒体高径比 .317.2.2 搅拌罐的装料量 .317.2.3 初步计算筒体直径 .317.3 传热结构，夹套结构.327.4 筒体壁厚确定.327.5 顶盖和工艺接管.337.5.1 进料管 .337.5.2 水进料管 .337.5.3 液氨的进口管径 .347.6 搅拌装置.357.6.1 搅拌器选择
11、 .357.6.2 搅拌器转速 .357.6.3 搅拌功率 .357.7 搅拌器附件.367.7.1 挡板 .367.7.2 导流筒 .36第 8 章 车间工艺布置及厂址选择 .388.1 工艺布置设计.388.2 生产厂房的整体布置.398.3 厂址选择依据与原则.398.4 设备布置安全距离.408.5 车间内辅助室和生活室布置.40第 9 章 安全设计 .429.1 防火防爆.429.2 防毒.439.3 中毒后应采取急救措施.439.4 安全生产要点.449.4.1 重点部位 .449.4.2 安全要点 .45参考文献 47致 谢 .49前前 言言丁苯橡胶是由1,3-丁二烯与苯乙烯共聚
12、而得的高聚物3，简称SBR，因其综合性能较好，原料又便宜易得，因此产量很高，约占全部合成橡胶的50%以上。其物理结构性能，加工性能及制品的使用性能接近天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种橡胶并用。丁苯橡胶具有适合轮胎用途的各种优异性能，溶液丁苯橡胶滚动阻力比乳液丁苯橡胶和天然橡胶低，抗湿滑性比顺丁橡胶好，耐磨性也很好，特别是第二代溶液丁苯橡胶的成功研发，其滚动阻力比乳液丁苯橡胶减20%30%，抗湿滑性优于顺丁橡胶。由于其优良的性能，也广泛用于胶管、胶带、胶鞋、耐磨、衬里以及塑料（主要是聚苯乙烯和abs）抗冲击改性剂等用途，但轮胎和胶鞋领域占总消
13、费量的70%以上。目前SBR的主要生产方法是乳液聚合法和溶液聚合法，乳液聚合生产工艺已相当成熟，且乳液聚合生产工艺已占SBR生产的主导地位。乳液聚合4中，约90%的生产工艺为低温条件。低温乳聚生产橡胶流程大同小异，包括原料准备、化学品制备、聚合、单体回收、胶乳贮存、凝聚、干燥和产品包装等工序，配方也大同小异。低温乳液聚合工艺催化剂、活性剂使用效率高，聚合反应温度低，凝胶含量少，能生产出大分子量、机械性能较好的橡胶。合成SSBR的基本技术路线通常用烷基锂作引发剂，用烷烃或环烷烃做溶剂，用四氢呋喃作无规剂，用醇类作终止剂。该技术被欧洲许多公司采用。目前国内外生产厂家紧紧围绕着提高质量、改进性能、降
14、低成本三大宗旨，其生产技术的发展趋势主要表现在完善聚合配方、完善生产工艺、提高过程自控水平、提高聚合单体转化率、改善产品性能和开发新的品种等方面。本设计是以丁二烯和苯乙烯为原料，对年产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，按设计任务书要求进行设计。本设计的内容主要包括：1.简单介绍丁苯橡胶的性质、用途、工艺方法选择，重点介绍低温乳液聚合工艺，介绍该工艺的产品及原料说明；2.整个生产工艺流程3.物料衡算和能量衡算；4.主要设备的计算与选型；5.附属设备的条件确定及选型；6.安全设计及生产注意事项；7.环境保护。设计图纸包括物料流程图，聚合釜设备图和车间布置图。本设计旨在
15、理论学习的基础上，结合生产实践，熟悉工艺流程、生产方案选择、设备选型等，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，敬请各位老师指导、更正。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5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，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。2009年，金融危机引发的经济疲软进一
16、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%，台湾合成橡胶公司在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。表1-2列出了世界新建、扩建SBR装置情况。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/a ESBR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，受金
