年产2万吨顺丁橡胶聚合车间工艺设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

年产2万吨顺丁橡胶聚合车间工艺设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

建厂规模 .........................................................................................................................67 产品规格 .........................................................................................................................67 建厂投资预算 ..................................................................................................................67 产品价格设计 ..................................................................................................................68 年生产总成本预测 ...........................................................................................................68 年生产固定总成本 ..................................................................................................68 年生产变动成本总成本 ...........................................................................................68 经济效益分析 ..................................................................................................................69 财务评估 .........................................................................................................................70 年企业投资回收率 ROI ...........................................................................................70 年企业投资利润率 ..................................................................................................70 投资回收期 .............................................................................................................70 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 V 13 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 ...........................................................................................................................................75 A主要设备一览表 .....................................................................................................................75 Ｂ符号说明 ...............................................................................................................................76 1 1 绪论 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： ，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 97～ 99%)、中顺丁橡胶 (顺式结构占 90～ 95%)和低顺丁橡胶 (顺式结构占 32～ 40%)三种 [1]。 结构式 如下图 ： C CHCH 2C H 2Hn 图 顺丁橡胶分子结构式 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 (80～ 120)10 4，中高分子量的顺丁橡胶分子量为 (25～ 40)10 4， 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 δ ＝ ～ ， 溶于环己烷、正庚烷、正己烷、苯、甲苯等 [1]。 顺丁橡胶是结晶性橡胶，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。 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 2 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、稀土等不同催化剂下，进行溶液聚合而成的橡胶总称，根据所利用催化体系的不同，可分为镍胶、钴胶、钛胶、锂胶、稀土胶。 按其微观结构及其含量分类有：高顺式、中顺式、低顺式、中乙烯基、高乙烯基等各种聚丁二烯橡胶。 高、中顺式顺丁橡胶主要用来生产轮胎。 用锂系制得的聚丁二烯其顺式 1,4 含量只有 35～ 40%，故称低顺式顺丁橡胶，由钛系制得的顺式 1,4 含量在 90%左右，称中顺式顺 丁橡胶；而由钴和镍催化体系所制得的顺丁橡胶，顺式 1,4 含量达 96～ 98%，故称高顺式顺丁橡胶。 镍胶、钴胶产品性能较好，产量也较大；钛胶已逐渐被淘汰而改生产性能较好之稀土胶。 锂系催化剂生产的低顺式丁二烯橡胶的优点是：催化剂是单一组成丁基铝，聚合反应容易控制，催化剂活性高、用量少，聚合后不必从产品中除去催化剂的残渣，工艺简单，适用于单釜聚合，从而能提高生产效率，降低成本。 低顺式顺丁橡胶的缺点是分子量分布窄，物理机械性能较差，加工较困难，冷流倾向大，故一般只和聚苯乙烯树脂等混炼作改性树脂使用。 用钛、钴和镍催化体 系制得的顺丁橡胶，它们的物理机械性能很类似，所不同的是钛系顺丁 橡 胶的分子量分布较窄，冷流倾向大，加工性能也不如钴系和镍系催化剂所制得的好。 用钴系和镍系催化剂的优点是：催化剂活性高，产品中顺式 1,4 结构含量高，质量均匀，因此橡胶的综合物理机械性能较好，分子量大，较易调节，分子量分布较宽，加工性能较好，冷流倾向也较小。 至于镍系和钴系比较，镍系的优点主要表现在可以提高聚合系统中单体的浓度，而对产物性能无不良影响，所以可以节约溶剂和减少溶剂回收费用，同时提高了聚合釜的利用率。 而以钴系作催化剂时，如果提高聚合时的单 体浓度，则得到的聚合物的顺式 1,4 含量会下降，凝胶含量也增加。 此外，用镍系催化剂时，聚合反应能在较高的温度下进行，生成的聚合物的顺式 1,4 含量几乎不受反应温度的影响，这样，聚合比较容易操作，适应性也强些。 但在以钴为催化剂的情况下，如提高聚合温度会导致聚合物中顺式 1,4 含量的下降，故操作要求比较严格。 稀土胶主要是钕系，相对镍系顺丁橡胶，稀土顺丁的抗湿滑性明显改善，滚动阻力小，综合性能显著优于镍系顺丁橡胶。 该胶种市场前景看好，属于镍系顺丁橡胶升级换代的一种产品 [2]。 顺丁橡胶的用途 顺丁橡胶的用途 主要是用于制造轮胎，还可用于制造耐磨制品（如胶鞋、胶辊）、耐寒制品和防震制品，可作为塑料的改性剂。 顺丁橡胶可与多种橡胶并用，制造乘用汽车轮时，可与丁苯橡胶并用，并用量为 35%～ 50%。 制造载重汽车轮时，常与天然橡胶并用，并用量为 25%～ 50%。 用于重型越野汽车轮胎胎面时，天然橡胶 75份，顺丁橡胶 25份较好。 用于胶布时，一般与丁苯橡胶并用，并用量为 15%～ 30%。 用于制造轮胎胎侧时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 3 可与氯丁橡胶并用，以提高耐低温性能。 顺丁橡胶也可与氯磺化聚乙烯并用 [3]。 国内外顺丁橡胶发展 现状 及发展前景 国外现状及发展 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。 2020 年世界顺丁橡胶产能 364 万吨 /年，产量 287 万吨，开工率为 79%，比 2020 年提高了 4 个百分点；消费量为 287 万吨，同比增加 %。 目前世界顺丁橡胶的主要供应地区为亚洲、北美及西欧， 2020 年三地区总能力占世界的 %。 其中，亚洲为最大供应地， 2020 年产能为 168 万吨 /年，占世界总能力的 %；其次是北美及西欧地区，产能分别为 80 万吨 /年和 49 万吨 /年。 从消费状况看，亚洲、北美和西欧仍是主要的消费地区。 2020 年，亚洲、北美、西欧消费量分别为 161万吨、 41万吨、 42万吨，分别占世界消费总量的 %、 %、 %。 2020 年，世界顺丁橡胶产能最大的 15 家公司合计产能达 万吨 /年，占世界总产能的 %。 位居前 3 位的企业分别为朗盛公司（ 46 万吨 /年）、 中国石化（ 万吨 /年）及米其林公司（ 万吨 /年），三家合计产能占世界总产能的 %。 2020年中国石油顺丁橡胶产能为 18万吨 /年，位居世界第七。 2020 年世界顺丁橡胶消费量为287 万吨。 其中， %用于轮胎及其制品， %用于高抗冲聚苯乙烯（ HIPS）， %用于生产 ABS， %用于其他领域。 未来几年，世界顺丁橡胶供需仍将快速增长，需求增速略快于产能增长，开工率将有小幅提高。 预计 2020 年世界顺丁橡胶产能和需求分别为 439 万吨 /年和 350。