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1、广西科技大学毕业设计 年产2万吨顺丁橡胶聚合车间工艺设计摘 要顺式-1,4-聚丁二烯橡胶（简称顺丁橡胶）是一种结晶性橡胶，分为高顺丁橡胶，中顺丁橡胶和低顺丁橡胶三种结构，是目前仅次于丁苯橡胶的世界第二大通用合成橡胶。其具有弹性好，耐磨性强和耐低温性能好，生热低，滞后损失小，耐屈挠性、抗龟裂性及动态性能好等优点，可与天然橡胶、氯丁橡胶以及丁腈橡胶等并用，在轮胎、抗冲击改性、胶带、胶管以及胶鞋等橡胶制品的生产中具有广泛的应用。本设计从顺丁橡胶的基本性能、目前现状以及发展前景入手，对聚合工段至后处理工段进行物料衡算，得到了物料平衡图；进行聚合过程的热量衡算，为设备计算奠定基础；对聚合工段各种设备的选
2、型、装置组成、生产方法、生产制度进行了合理的确定，确定了合理的工艺参数和操作规程。根据确定的工艺流程和控制方案，绘制出带控制点的工艺流程图、聚合釜装配图和车间平面布置图；编制了2107千克/年顺丁橡胶生产车间工艺设计说明书。经过最后核算，2107千克/年顺丁橡胶生产车间工艺设计符合设计要求，各项参数均已达标。关键词：顺丁橡胶；聚合釜；工艺设计 Abstract Cis - 1, 4 - polybutadiene rubber (hereinafter referred to as butadiene rubber) is a kind of crystalline rubber, divid
3、ed into high butadiene rubber, low butadiene rubber and Lower butadiene rubber in the three kinds of structure, is currently the worlds second largest after styrene-butadiene rubber general synthetic rubber. It has good elasticity, wear resistance and low temperature resistant performance is good, l
4、ow heat, small hysteresis loss, flexing resistance, crack resistance, and the advantages of good dynamic performance, can and natural rubber, neoprene, nitrile rubber, etc. And, in the tire, impact modified, tape, rubber hose and rubber shoes and other rubber products are widely used in production.
5、This design from the basic properties of the butadiene rubber, the present status and development prospects of the polymerization section to the processing section for material balance, obtained the material balance figure; polymerization process of heat balance, lay a foundation for equipment calcu
6、lation; of polymerization process of all kinds of equipment selection, equipment composition, production method, production system for the determination of reasonable, the reasonable process parameters and operating procedures. According to determine the technological process and control scheme，draw
7、 the control points of process flow diagram，the polymerization kettle assembly drawing and workshop layout；compiled the 2 x 107 kg/year cis-butadiene rubber production workshop process design manual. After the final accounting，2 x 107 kg/year cis-butadiene rubber production workshop process design c
8、omply with the design requirements，all parameters are standard.Key words：butadiene rubber；The polymerization kettle； process design1绪论11.1顺丁橡胶的基本概念11.2顺丁橡胶的性能11.3顺丁橡胶的类别21.4顺丁橡胶的用途21.5国内外顺丁橡胶发展现状及发展前景31.5.1国外现状及发展31.5.2国内现状及发展32工艺路线的确定52.1聚合方法的确定52.2单体原料路线的确定52.3溶剂的选择52.4引发剂的选择52.5引发剂活性中心的形成方式 陈化方式5
9、3聚合反应机理及影响反应的因素63.1聚合反应机理63.2影响反应的因素64原料和产品的物理化学性质及技术指标74.1原料的物理化学性质及技术指标74.1.1丁二烯74.1.2溶剂油(C6油)74.1.3环烷酸镍74.1.4三异丁基铝74.1.5三氟化硼乙醚络合物74.1.6终止剂74.1.7防老剂74.2顺丁橡胶的物理化学性质及技术指标74.2.1顺丁橡胶的结构74.2.2生产中成品胶质量指标85工艺流程简述及流程示意图95.1工艺流程简述95.1.1聚合工段95.1.2后处理工段105.2生产工艺流程示意图126工艺计算136.1本设计采用的基础数据136.2物料衡算136.2.1聚合釜物
10、料衡算136.2.2凝聚釜物料衡算186.2.3振动筛及热水罐物料衡算216.2.4干燥脱水物料衡算236.2.5包装物料衡算246.2.6油水分离器物料衡算256.2.7溶剂回收部分物料衡算266.3热量衡算296.3.1基础数据296.3.2各聚合釜反应转化率确定306.3.3各釜物料组成及物性据数316.3.4各釜对流传热系数a和传热系数K的计算326.3.5聚合釜搅拌功率的计算376.3.6热量衡算396.4设备计算及选型446.4.1聚合釜计算446.4.2终止釜的设计496.4.3凝聚釜的确定496.4.4油水分离器496.4.5热水罐496.4.6胶液罐496.4.7引发剂配制系
11、统设备确定496.4.8换热器的选择506.4.9泵的选择（以溶剂油泵的选择为例）557原材料动力消耗定额及消耗量598生产控制分析609定员6110三废治理与公用工程6210.1三废排放及处理方法6210.2安全措施6210.3公用工程6310.3.1供水6310.3.2电气6410.3.3采暖和通风6411车间布置6511.1车间厂房布置6611.2车间设备布置6611.3车间生产辅助区及生活区的布置6612技术经济评价6712.1建厂规模6712.2产品规格6712.3建厂投资预算6712.4产品价格设计6812.5年生产总成本预测6812.5.1年生产固定总成本6812.5.2年生产变
12、动成本总成本6812.6经济效益分析6912.7财务评估7012.7.1年企业投资回收率 ROI7012.7.2年企业投资利润率7012.7.3投资回收期7013计算机在设计中的应用71结束语72参考文献73致谢74附录75A主要设备一览表75符号说明76101 绪论1.1 顺丁橡胶的基本概念顺式-1,4-聚丁二烯橡胶简称顺丁橡胶、顺丁胶，又称顺式聚丁二烯橡胶、聚丁二烯橡胶，英文名为：polybutadiene rubber、Poly(butadiene)，其分子式为(C4H6)n，分子量：54.0904，属于混合物，国际通用代号为BR，根据顺丁橡胶顺式结构的含量主要分为高顺丁橡胶(顺式结构占
13、9799%)、中顺丁橡胶(顺式结构占9095%)和低顺丁橡胶(顺式结构占3240%)三种1。结构式如下图：图1.1 顺丁橡胶分子结构式1.2 顺丁橡胶的性能 顺丁橡胶是1,3-丁二烯采用定向溶液聚合方法得到的高顺式1,4结构含量的聚丁二烯，称为聚丁二烯橡胶，是有规立构橡胶，高分子量的顺丁橡胶分子量为(80120)104，中高分子量的顺丁橡胶分子量为(2540)104，分子量分布较窄。顺丁橡胶具有弹性高、低温性能好、耐磨性优异、耐曲挠性良好等特点。顺丁橡胶的缺点是拉伸强度、撕裂强度较低，抗湿滑性差，冷流性大，加工性能稍差。溶解度参数8.38.6，溶于环己烷、正庚烷、正己烷、苯、甲苯等1。顺丁橡胶
14、是结晶性橡胶，但结晶能力不强，所以自补强能力较小。另外，顺丁橡胶的结晶对应变得敏感性低，这也是使顺丁橡胶的自补强性比天然橡胶的低得多的原因之一。由于顺丁橡胶的分子结构主要是顺式1,4-结构，分子排列规整，所以其弹性比天然橡胶还好。顺丁橡胶的玻璃化温度Tg-110，故它的低温物理性能很好，耐寒温度低于-55。弹性是通用橡胶中最好的一种。耐热性与天然橡胶相同，都为120，但耐热老化性能却优于天然橡胶。拉伸强度比天然橡胶、丁苯橡胶都低，因此必须加入炭黑等补强剂。撕裂强度也比天然橡胶低，抗湿滑性能不好，用于轮胎胎面、鞋底时，在湿路上易打滑。顺丁橡胶的耐磨性优异，滞后损失小，生热低，这对制品在多次变形下的生热和永久变形的降低都十分有利。顺丁橡胶在混炼前不需要塑炼。混炼胶的压出性能良好，适于注压成型，但粘着性差。顺丁橡胶对加工温度的变化较敏感，当开炼机辊温在60以上时，胶料易脱辊，给加工带来一定的困难。一般需要与天然橡胶或丁苯橡胶并用，以改善工艺加工性能。并且顺丁橡胶的冷流性较大，这对生胶的包装、贮存和半成品的存放都提出了较高的要求。1.3 顺丁橡胶的类别顺丁橡胶是利用1,3-丁二烯单体在镍、钴、钛、锂
