年产5万吨丁苯橡胶的生产工艺设计

年产5万吨丁苯橡胶的生产工艺设计内容摘要：

物质与之作用，就能进攻第二个单体分子的 π键，重新杂化结合，形成新的自由基，如此循环下去。 R 2C H C H X+ 2C H C HnXKP R 2CHXCH 2CHXCH →ChemPaster R 2C HXC H 2C HX nC H 2C H C H XC h e m P a s t e r 该反应过程放热，链增长速率极快（ –ns 间），其相关的速率方程为：    MIkfkkRtdpp 2121 式中 Rp—链增长速率， L/（ smol ） [I]—引发剂浓度 ,mol/l f—引发剂引发效率， %； kd—引发剂分解速率常数； kp—链增长速率常数； kt—链终止速率常数。 链终止 乳聚丁苯橡胶聚合过程的终止主要是双基结合终止。 2C HXC H + C H 2C HX→ 2C H C H C H 2C HX X 此时的聚合体系中，除水相外，主要是表面层为乳化剂覆盖的聚合胶乳粒子。 用计量泵将规定数量的相对分子质量调节剂与苯乙烯在管路中混合溶解，再在管路中与处理好的丁二烯混合。 然后与乳化剂混合液（乳化剂、去离子水等）等在管路中混合后进入冷却器，冷却至 10℃。 在与活化剂溶液（还原剂、螯合黄石理工学院 10 剂等）混合，从第一个釜的底部进入聚合系统，氧化剂直接从第一个釜的底部直接进入。 系统由 8~12 台聚合釜组成，采用串联操作方式。 当聚合到规定转化率后，在终止釜前加入终止剂终止反应。 聚合反应的终点主要根据门尼粘度和单体转化率来控制，转化率是根据取样测定固体含量来计算，门尼粘度由取样测定来确定。 虽然生产中转化率控制在 60%左右，但当所测定的门尼粘度达到规定指标要求，而转化率未达到要求时，也就加终止齐终止反应，以确保产物门粘度尼合格 丁二烯分离 从终止釜流出的终止后的胶乳液进入缓冲罐。 然后经过两个不同真空度的闪蒸器回收未反应的丁二烯。 第一个闪蒸器的 操作条件是 22～ 28℃ ，压力 ，在第一个闪蒸器中蒸出大部分丁二烯；再在第二个闪蒸器中（温度 27℃ ，压力 ）蒸出残存的丁二烯。 回收的丁二烯经压缩液化，再冷凝除去惰性气体后循环使用。 苯乙烯分离 脱除丁二烯的乳胶进入苯乙烯汽提塔（高约 10m，内有十余块塔盘）上部，塔底用 的蒸汽直接加热，塔顶压力为 ，塔顶温度 50℃ ，苯乙烯与水蒸汽由塔顶出来，经冷凝后，水和苯乙烯分开，苯乙烯循环使用。 塔底得到含胶 20%左右的胶乳，苯乙烯含量＜ %。 经减压脱出苯乙烯的塔底胶乳进入混 合槽，在此与规定数量的防老剂乳液进行混合，必要时加入充油乳液，经搅拌混合均匀后，送入后处理工段。 混合好的乳胶用泵送到絮凝槽中，加入 24%～ 26%食盐水进行破乳而形成浆状物，然后与浓度 %的稀硫酸混合后连续流入胶粒皂化槽，在剧烈搅拌下生成胶粒，操作温度均为 55℃ 左右。 从胶粒皂化槽出来的胶粒和清浆液经振动筛进行过滤分离后，湿胶粒进入洗涤槽用胶清液和清水洗涤，操作温度为 40~60℃。 洗涤后的胶粒再经真空旋转过滤器脱除一部分水分，使胶粒含水低于 20%，然后进入湿粉碎机粉碎成 5～ 50mm的胶粒，用空气输送器送到干燥箱中进行干燥。 干燥箱为双层履带式，分为若干干燥室分别控制加热温度，最高为 90℃ ，出口处为黄石理工学院 11 70℃。 履带为多孔的不锈钢板制成，为防止胶粒粘结，可以在进料端喷淋硅油溶液，胶粒在上层履带的终端被刮刀刮下落入第二层履带继续通过干燥室干燥。 干燥至含水＜ %。 然后经称量、压块、检测金属后包装得成品丁苯橡胶。 丁苯橡胶的生产工艺流程 单体回收溶剂回收单 体水或溶剂引发剂各种助剂聚合闪蒸脱气凝集洗涤脱水干燥成型合成橡胶图 31 低温乳液聚合 丁 苯橡胶的生产工艺流程简图 4 工艺计算 1年产 5万吨丁苯橡胶计算，以 300个工作日计， 连续生产， 每年工作 7200小时 生产方式：连续性生产 丁苯橡胶的生产配方 组分 用量的重量分数 单体 丁二烯 苯乙烯 70 30 介质 水 210 乳化剂 歧化松香酸钠 扩散剂 NF 引发体系 二异丙苯过氧化氢 EDTA 硫酸亚铁 雕白粉 黄石理工学院 12 调节剂 叔十二烷基硫醇 电解质 氯化钾 终止剂 二甲基二硫代氨基甲酸钠 生产过程总物料衡算 原料投入量 ，各单元操作都连续进行，采用倒推法根据收率或损失率计算出原料投料，然后按单元操作顺序对各单元操作进行物料衡算： 丁苯橡胶每小时产量为 hkg /7 58 2243 00 00 05 00 0 0   聚合物转化率为 60% 60%x=7582 x=(kg/h) 即每小时需要生产纯反应物为 /h 丁二烯 hkg / 31 26 3 6  苯乙烯 hkg / 99 26 3 6  水 hkg /26 53710 0 21 066 636  乳化剂   hkg / 410 0 636  引发体系   hkg / 6 36  产品及回收液出口管道中各组分的流量 丁苯橡胶 hkg/7582 丁二烯   hkg /%  苯乙烯   hkg / 2 8 8% 6 2 6 3 6  水相     hkg /2 4 7 4 7% 6 5 3 7  反应釜的物料衡算和热量衡算 物料衡算 由 8台聚合反应釜组成一条生产线，反应时间为 8～ 12小时（取 8小时） ，反应的转黄石理工学院 13 化率为 60%。 聚合釜的操作压力为 ～ ,温度 T=5℃ ， PH=4～ 5，聚合带有搅拌器，并用液氨作为冷冻介质。 根据《基本有机化工工厂装备》 ?知，对于一级反应，连续釜式反应器的反应转化率与反应速度常数之间的关系如下： 01 AANN CCx      x kN N1 11  式中 CAN —第 N 台釜内反应物的浓度； mol/L CA0 — 反应物初始浓度； mol/L xN—第 N 台釜内反应物转化率； k — 聚合反应表观速度常数； min1 —平均停留时间； min N—连续槽式反应器的台数； 为了便于计算，按等温等容处理，取总转化率 60%； 8 釜串联；平均停留时间 60 min；反应温 5℃。 将上式进一步整理得 表 911 各釜纯转化率与累积转化率 第一釜 第二釜 第 三釜 第四釜 纯 X (％ ) 累积 X (％ ) 纯 X (％ ) 累积 X (％ ) 纯 X (％ ) 累积 X (％ ) 纯 X (％ ) 累积 X (％ ) 第五釜 第六釜 第七釜 第八釜 纯 X (％ ) 累积 X (％ ) 纯 X (％ ) 累积 X (％ ) 纯 X (％ ) 累积 X (％ ) 纯 X (％ ) 累积 X (％ ) 60 根据各釜纯转化率计算各釜的物料组成如表 912。  NAAN kCC  1 0黄石理工学院 14 表 912 各釜出料口物料组成 物 第一釜 第二釜 第三釜 第四釜 料 kg/h W(%) kg/h W(%) kg/h W(%) kg/h W(%) 水相 苯乙烯 丁二烯 聚合物 物 第五釜 第六釜 第七釜 第八釜 料 kg/h W(%) kg/h W(%) kg/h W(%) kg/h W(%) 水相 苯乙烯 丁二烯 聚合物 7582 热量衡算 设定： QT——系统内物料与外界交换热量之和 (传入热量为正，传出热量为负）， KJ； Q1——由于物料温度变化，系统与外界交换的热量（升温为正，降温为负）， KJ； Q2——由于物料发生化学变化，系统与外界的交换的热量（吸热为正，放热为负）， KJ； 根据热量守 恒定律， 得 321 T  其中 TWCQ P1  HWQ2 经查有关资料 可知： 名称 相对分子质量 密度 kg/m3 比热容kj/(kg℃ ) 汽化热 kj/kg 丁二烯 54 苯乙烯 104 黄石理工学院 15 水 18 1000 液氨 17 胶乳液 Mn 10104 950 丁苯橡胶的聚合热为： 混合热和搅拌热的考虑 由于溶质的量很少，混合热可忽略不计；搅拌设备中的物料为低黏度流体，搅拌热也可忽略不计。 原料进入聚合釜放出的热量 以 1小时的产量为基准，设进料温度为 10℃ ，反应温度为恒温 5℃ ，则物料带入聚合釜的热量为：   52 6 5 3 Q  聚合反应放出的热量 以 1小时产量为基准，则聚合反应放出的热量为 KJQ。