设计实例--年产11000t顺丁橡胶聚合车间工艺设计（DOC 72页）(2)[71页]

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 第九章 设计实例--年产11000t顺丁橡胶聚合车间工艺设计 设计实例一 《年产11000t顺丁橡胶聚合车间工艺设计》 设 计 说 明 书 一、概述 （一）设计原则 ⒈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。 ⒉车间概况 该车间设计生产规模为年产11000t顺丁橡胶。 主要原料：单体——丁二烯；溶剂——溶剂油；引发剂——环烷酸镍、三异丁基铝、三氟化硼乙醚络合物；终止剂——乙醇；防老剂——2.6-二叔丁基对甲苯酚（简称2.6.4）。 其生产原理采用溶液聚合的方法，使丁二烯、溶剂、引发剂等在连续釜式反应器中进行配位聚合，制得粘稠胶液，再通过水蒸汽凝聚、洗胶、干燥、压块等过程获得最终产品——顺丁橡胶。 ⒊工艺路线的确定 ⑴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。 ⑵单体原料路线的确定 通过比较乙炔法、乙醇法、丁烷一步脱氢法、丁烯氧化脱氢法、丁烯催化脱氢法、石油高温裂解回收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丁烯氧化脱氢制丁二烯原料路线。 ⑶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、甲苯-庚烷、溶剂油等，进行综合比较，确定选择溶剂油。 ⑷引发剂的选择 从适合顺丁橡胶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Li系、Ti系、Co系、Ni系进行比较，选择Ni系引发剂，其组份主引发剂为环烷酸镍，助引发剂为以异丁基铝，第三组分为三氟化硼·乙醚络合物。 ⑸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，即三元陈化、双二元陈化、稀硼单加。通过比较确定最佳方式为稀硼单加。 ⒋聚合反应机理及影响反应的因素 ⑴聚合反应机理 丁二烯聚合反应的机理属于连锁聚合反应，遵循配位阴离子的链引发、链增长、链终止及链转移等基元反应机理。其总反应式为： n CH2＝CH—CH＝CH2 [ CH2—CH＝CH—CH2]n ⑵影响反应的因素 影响聚合反应的因素主要有引发剂的陈化方式，引发剂配制浓度，引发剂用量、配比，通过几方面进行分析，最后得出比较合适配方为： 镍/丁 铝/丁 硼/丁 铝/硼> 0.25、醇/铝=6 铝/镍=3～8 ④单体浓度 提高单体浓度聚合反应速度增加，有利于提高产量。从传热、搅拌、物料输送等方面综合考虑单体浓度(丁浓)控制范围为10～15％。 ⑤温度 聚合温度升高，会使反应速度加快，产物分子量下降，但过高的温度会造成大分子产生支化，影响胶的质量。因此，要严格控制。一般首釜不大于95℃，末釜不大于110℃。 ⑥杂质 体系中的杂质主要有乙腈、水分、炔烃和空气中的氧等，这些杂质主要对引发剂的活性、诱导期的长短、体系的稳定性、聚合速度产生影响，因此，要严格控制在一定指标以下。 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 生产顺丁橡胶的主要原料：单体：丁二烯；溶剂：溶剂油；引发剂：环烷酸镍、三异丁基铝、三氟化硼·乙醚络合物；终止剂：乙醇；防老剂：2.6-二叔丁基-4-甲基苯酚(简称2.6.4)。 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： ⒈丁二烯 纯度：³99％；丁烯：<1％；水值：<；醛酮总量：；二聚物：<；乙腈：检不出。 ⒉溶剂油(C6油) 组分：2.1%、57.8%、40.1%；馏程：60～90℃；碘值：<；水值：<。 ⒊环烷酸镍 镍含量：>7～8％；水份：<0.1％；不皂化物： 无 ⒋三异丁基铝 外观浅黄透明；无悬浮物；活性铝含量：³50％。 ⒌三氟化硼乙醚络合物 BF3含量：>46％；沸点：124.5～126℃。 ⒍终止剂 纯度：95％；含水：5％；恒沸点：78.2℃；密度：810。 ⒎防老剂 熔点：69～71℃；游离甲酚：<0.04％；灰分：<0.03％；油溶性：合格。 （二）生成物 顺丁橡胶的物理化学性质及技术指标 顺丁橡胶的物理化学性质与其结构的直接关系。这种结构又分为分子内结构和分子间结构(聚集态结构)。 ⒈顺丁橡胶的结构 H H C C CH2 CH2 CH2 CH2 C C H H 顺式1.4结构 0.86nm 还有反式1.4结构和1.2位加成产物。利用环烷酸镍－三异丁基铝－三氟化硼乙醚络合物引发体系使丁二烯聚合后的产物中含96％～98％的顺式1.4结构，含1％～2％反式1.4结构和1％～2％的1.2结构加成物。这种以顺式1.4结构为主的聚合物具有分子链长，自然状态下为无规线团状；分子内存在独立双键使大分子链的柔性大，同时易于硫化处理的特点。 由于顺式1.4结构含量大，使得大分子的规整性好，同时又由于分子链无取代基，造成对称性好，但因其重复结构单元之间距离大，而使顺式1.4结构聚丁二烯比反式1.4结构聚丁二烯更难于结晶。即便能结晶，其熔点也低(顺式1.4含量为98.5％的产物，熔点为0℃)，因此，在常温下无结晶态，只以无定形形态存在。相反，反式结构产物易结晶。故此，前者是高弹性体，后者无弹性。 ⒉顺丁橡胶的性能 通过与天然橡胶相比，顺丁橡胶具有弹性高、耐低温性好、耐磨性佳、滞后损失和生热性小、耐挠曲性及动态性能好以及耐老化、而永久性好等特点。被广泛用于轮胎加工行业。但它也有加工性欠佳、强度较差、抗湿滑性不好、有冷流性倾向等不足。 顺丁橡胶的性能一看生胶的性能(可塑性、加工性、外观、颜色等)好坏，影响它因素有聚合方法、引发剂系统、生胶的分子结构、门尼粘度、平均分子量、分子量分布、凝胶含量、灰分、挥发份等。二看硫化后的硫化胶性能(抗张强度、300％定拉伸强力、伸长率、硬度、回弹性、生成热、永久变形、磨耗量等)，影响硫化胶的因素有门尼粘度、凝胶含量、加工用的配合剂(种类、用量、配方)加工方法等。上述这些可以用表格列出数据对常见橡胶胶进行比较显示。 ⒊顺丁橡胶的用途 主要用于轮胎加工行业，另外，还用于输送带、传动带、模压制品、鞋底、胶鞋及海绵胶等方面。 ⒋生产中成品胶质量指标 生产中成品胶质量指标如表9-1所示。 表9-1 成品胶质量指标 项目 优级品 一级品 合格品 挥发份 ％ £0.75 £1.00 £1.30 灰分 ％ £0.30 £0.30 £0.30 生胶门尼粘度 45±5 45±5 45±7 混炼胶门尼粘度 £68 £73 £73 300％定伸应力 MPa 25min 35min 50min 6.5～10.5 7.0～11.0 6.8～10.8 6.2～10.7 6.7～11.2 6.5～11.0 6.0～11.0 6.5～11.5 6.3～11.3 拉伸强度 MPa 35min ³14.2 ³13.7 ³13.2 伸长率 ％ 35min ³450 ³430 ³430 三、车间危险性物料主要物性表 该车间危险性物料主要包括丁二烯、三异丁基铝、溶剂油、乙醇等，其主要物性如表9-2所示。 表9-2 车间危险物料主要物性 序号 名称 分子量 熔点 ℃ 沸点 ℃ 闪点 ℃ 燃点 ℃ 爆炸极限（Vd%） 国家 标准 备注 上限 下限 丁二烯 56 -4.4 三异丁基铝 198 溶剂油 86 6 86 乙醇 46 78.4 三氟化硼乙醚络合物 142 142.5～126 四、生产流程简述 （一）生产流程简述 ⒈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、收送丁二烯和溶剂油。聚合岗开车，罐区连续给聚合送溶剂油；单体丁二烯由后乙腈直接送聚合，聚合停产时，丁二烯直接送罐区。 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，还负责接收铝剂车间配好的三异丁基铝。 粘度岗负责检测生产的结果，测试门尼粘度和转化率。 由乙腈来的丁二烯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。 镍组分和铝组分分别由镍计量泵和铝计量泵送出，经铝－镍文氏管混合后，与出丁油预热器(预冷器)的丁油溶液混合。 硼组分由硼计量泵送出与稀释油经文氏管混合后，在釜底与丁油混合进入首釜。 丁油溶液在聚合釜中，在一定温度和压力下，受到引发剂的作用，发生丁二烯聚合反应，生成高分子量的丁二烯聚合产物—聚丁二烯。 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。 ⒉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丁二烯；合格胶液送往凝聚岗。 凝聚岗负责将终