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1、论文题目：年产1.1万吨顺丁橡胶聚合车间工艺设计 摘 要顺丁橡胶是顺式1，4-聚丁二烯橡胶的简称，国际通用代号为BR，是目前仅次于丁苯橡胶的世界上第二大通用合成橡胶。本文介绍了顺丁橡胶的市场需求与生产现状，讨论了原料路线、聚合方法、催化剂、终止剂、防老剂的优缺点并进行选择。通过确定顺丁橡胶的生产流程，查阅各种物质的工艺参数，对产量为15000吨顺丁橡胶聚合工艺进行了计算，包括所有设备的物料衡算，聚合釜的热量衡算以及聚合釜的设备计算。绘制了PID图、PFD图以及聚合釜的详细设备图。关键词：顺丁橡胶，丁二烯，聚合，转化率，催化剂，聚合釜 Subject: Process design of 1，3
2、-polybutadiene rubber polymeric workshop with annual output of 11,000 tons Specialty: Chemical Engineering and Technology ABSTRACTButadiene rubber is the type 1, 4-like polybutadiene rubber abbreviation, general international code for BR, is currently the second only to styrenebutadiene rubber of th
3、e worlds second largest general synthetic rubber This paper introduces the butadiene rubber market demand and production status, discussed the raw material route, polymerization methods, catalyst, termination agent, the advantages and disadvantages of age-resistant choice. Through the determination
4、of butadiene rubber production processes, refer to all kinds of material process parameters, to produce 15000 tons of butadiene rubber polymerization process of detailed calculation, including all the equipment of material balance calculate, the quantity of heat of polymerization kettle calculation
5、and polymerization kettle calculation of the equipment. Draw the PID figure, PFD diagram and polymerization kettle equipment of detailed picture.KEY WORDS: Butadiene, Butadiene, Polymerization, Conversion, Catalyst, Polymerization kettle 63目录第一章 前 言11.1顺丁橡胶11.1.1 顺丁橡胶的发展历史11.1.2 顺丁橡胶的优缺点11.1.3顺丁橡胶的优
6、点21.1.4顺丁橡胶的缺点21.1.5顺丁橡胶的用途21.2我国顺丁橡胶的发展历程21.3顺丁橡胶的生产需求状况41.4选题的目的与意义41.4工艺路线的确定51.4.1 聚合方法的确定51.4.2 单体原料路线的确定61.4.3溶剂的选择61.4.4引发剂的选择71.4.5 终止剂与防老剂81.5车间组成9第二章 工艺计算及主要设备选型102.1物料衡算102.1.1基础数据102.1.2聚合釜物料衡算102.1.3终止釜的物料衡132.1.4凝聚釜的物料衡算15基础数据152.1.5缓冲槽、振动筛、洗胶罐物料衡算182.1.6干燥脱水物料衡算202.1.7 包装物料衡算222.1.8油水
7、分离器物料衡算232.1.9溶剂回收部分物料衡算242.2热量衡算272.2.1基础数据272.2.2各聚合釜反应转化率确定292.2.3各釜物料组成及物性数据302.2.4聚合釜的热量衡算382.3设备的计算及选型432.3.1聚合釜计算432.3.2各反应器的确定512.4泵的选择（以溶剂油泵为例）592.4.1基础数据592.4.2确定流量与扬程602.4.3选泵622.4.4选电机622.4.5几何安装高度的确定62参 考 文 献63致谢65第一章 前 言1.1顺丁橡胶顺丁橡胶，即顺式-1,4-聚丁二烯橡胶，呈白色或微黄色,简称BR。顺丁橡胶具有良好的耐寒性，耐磨性，弹性很优异。动负荷
8、下发热少，耐老化性较好。根据顺式1,4含量的不同，顺丁橡胶可分为低顺式，中顺势和高顺势。低顺式的顺式1,4含量为35%-40%；中顺势的顺式1,4含量为90%；高顺势的顺式1,4含量可达96%-99%。1.1.1 顺丁橡胶的发展历史低顺式顺丁橡胶最早由美国费尔斯通轮胎与橡胶公司于1955年开发，1961年投产，催化剂为丁基锂；中顺式顺丁橡胶由美国菲利浦石油公司开发(1956)，并于1960年由美国合成橡胶公司建厂投产，催化剂是四碘化钛-三烷基铝;高顺式顺丁橡胶可用钴系（一氯二烷基铝-钴盐）和镍系（环烷酸镍-三烷基铝三氟化硼乙醚络合物）催化剂进行生产。钴系催化剂由意大利蒙特卡蒂尼公司开发并投产（
9、1963），而镍系催化剂则是由日本合成橡胶公司采用桥石轮胎公司的技术于1965年工业化的。目前，有中国、美国、日本、英国、法国、意大利、加拿大、俄罗斯、德国等15个国家生产顺丁橡胶， 20多个品种。1980年世界年产量已超过 1.8Mt，总产量仅次于丁苯橡胶，在合成橡胶中居第二位。1.1.2 顺丁橡胶的优缺点采用Ni系引发剂合成的顺丁橡胶顺式1,4含量为9698%,属于高顺式丁二烯橡胶,其分子结构比较规整,主链上无取代基,分子间作用力小,分子长而细,分子中有大量的可发生内旋转的C-C单键,使分子十分柔软.同时分子中还存在许多具有反应性的C=C键,这样的分子结构决定了此种橡胶具有如下特性1.1.
10、3顺丁橡胶的优点耐磨性好耐低温性能好弹性高动负荷下发热小耐老化性较好1.1.4顺丁橡胶的缺点加工性能差生胶的冷流倾向大抗撕裂强度差抗张强度较低抗湿滑性不好但是这些缺点可以通过与丁腈橡胶，丁苯橡胶，天然橡胶的混合使用来改善。1.1.5顺丁橡胶的用途顺丁橡胶主要用于轮胎制造，所制造的轮胎胎面，在苛刻的行驶条件下（如高速、路况差、气温低等）可以显著改善耐磨耗性能，提高轮胎的使用寿命。此外，还可以用来制造其他耐磨制品（如胶鞋、胶带、胶辊等）以及各种耐寒性要求较高的橡胶制品。1.2我国顺丁橡胶的发展历程20世纪50年代，我国建成了氯丁和乳聚丁苯橡胶失误生产装置。当我国合成橡胶工业正在起步时，国外发现新型
11、Ziegler-Natta定向聚合催化剂。1960年美国开始了顺丁橡胶的工业化生产。世界出现新型溶液聚合新技术。由于西方世界对我国实行经济和技术封锁，想要橡胶工业的发展与世界同步，只能自力更生，走创新之路。1950年我国研制成功钛、钴元素组成的催化剂，合成出性能相近的顺丁橡胶同时发现镍系三元新型Ziegler-Natta催化剂建成了七套万吨级生产装置，总生产能力达40多万吨/年。1960开展了钛系催化剂的研究，研制成功四碘化钛和三异丁基铝组成的催化体系，制得物理机械性能与国外同类产品相近的顺丁橡胶。但钛系催化剂是非均相的，用量高，又需碘元素，胶为棕色，顺式含量偏低，并含有副产物，使胶具有不愉快
12、的味道，以及用苯作溶剂等缺点。1961年开展了均相钴系催化剂的研究，解决了钴系顺丁橡胶加工性能差等一系列关键技术问题，成功研制出钴或钴镍混合的三种催化剂体系，合成的顺丁橡胶性能均达到国外同类橡胶的水平。钴系催化剂的活性高于钛系，用量低，顺式含量高，可制得非污染型胶。但钴系催化剂仍需用芳烃作溶剂，聚合温度须严格控制才能制得高顺式的顺丁橡胶，生产成本高。1962年、开展了镍和稀土元素作为主催化剂合成顺丁橡胶的研究，次年发现新型三元镍系催化剂，制得加工和物性均优的高顺式聚丁二烯橡胶。到1964年末，研制成功5种催化体系，均可合成性能较好的顺丁橡胶。1965年中科院在北京召开了鉴定会，建议对镍系催化剂
13、合成顺丁橡胶生产技术进行开发。1969年9月建成了规模为15kt/a,采用了以苯为溶剂万吨级顺丁橡胶生产装置。但是苯为溶剂虽然挂胶轻，产品质量好，但苯的毒性较大，国内资源不足，在北方的冬季需用伴热管线等多方面不利因素，最终决定万吨级顺丁橡胶生产装置采用毒性小、来源充足的加氢抽余油为溶剂。1971年北京燕山石油化工公司建成了第一套镍系顺丁橡胶生产装置，年产量为1.5W吨，采用抽余油为溶剂，环烷酸镍，三氟化硼乙醚络合物和三异丁基铝为催化剂。1998年锦州石油化工公司与中科院长春应化所合作在万吨级镍系顺丁橡胶生产装置上以绝热聚合方式实现了钕系稀土顺丁橡胶的工业化生产。2000年茂名石化公司从Fina
14、引进了低顺式顺丁橡胶的生产装置并生产出合格产品，齐鲁石油化工公司也研究开发出氯化顺丁橡胶。2003年北京燕化石油化工公司研究院开研发出低顺式顺丁橡胶的生产技术，在SBS生产装置上进行了全流程的试生产。2005年8月，大庆石化顺丁橡胶装置扩能改建后，顺丁橡胶年产量大幅上升。截止2005年底我国共有8套顺丁橡胶生产装置，其中7套采用了国内生产工艺。1.3顺丁橡胶的生产需求状况我国完全依靠自己的科研人员和科研成果，独立自主的开发成功具有自主知识产权的顺丁橡胶生产技术，不仅建厂成本低、回报高，而且我国技术与国外相比，具有催化剂用量低、反应时间短、聚合反应器生产强度高、运转周期长，居世界领先地位。产品成
15、本低、质量好，尤其耐屈挠性能突出，可用于子午线轮胎胎侧胶。我国顺丁橡胶投产后，市场占有率随着产量增加而提高，现在保持在97%以上，还出口欧洲、亚洲、非洲等187个国家和地区。目前，我国顺丁橡胶主要用于轮胎、制鞋、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)以及ABS树脂的改性等方面。据中投顾问发布的2010-2015中国合成橡胶行业投资分析及前景预测报告显示，轮胎领域需求量约占顺丁橡胶总需求量的64.9%，制鞋约占10.2%，高抗冲聚苯乙烯加工改性约占9.7%，胶管、胶带约占8.8%，其他方面约占6.4%。 顺丁橡胶是仅次于丁苯橡胶的世界第二大通用合成橡胶。近年来，由于汽车、高铁、航空航天等领域发展迅速，我国顺丁橡胶的需求量在不断增加。然而，随着我国顺丁橡胶市场的需求量出现大幅增长，我国顺丁橡胶产能增长的速度却要低于需求量增长的速度，使得目前我国顺丁橡胶市场出现了供不应求的状况。1.4选题的目的与意义顺丁橡胶（BR）在世界七大合成橡胶品种中，其产量仅次于SBR，居第二位；在通用橡胶品种中，其消耗仅次于NR和SBR，居第三位。BR具有高弹性、高耐磨性
