年产15万吨顺丁橡胶生产工艺设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

年产15万吨顺丁橡胶生产工艺设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

酚。 本 设计的生产原理是反应原料溶液发生聚合的方法，使混合液在连续釜式反应器中进行配位反应聚合，生成的液体，再用水蒸汽对生产物进行凝聚、洗胶、干燥、压块等过程后方可得到产品 ——顺丁橡 胶。 工艺路线 (1)聚合方法路线的选定 分析产物，从结构要求方面入手。 从自阳离子聚合、由基聚合、阴离子聚合等机理中挑选出出配位聚合，此时还需要考虑配位聚合所用原料、传热、引发剂、物料输送、回收、操作方式几个方面考虑选择溶液聚合方法路线。 溶液聚合工艺处理路线包括了反应活性中心的形成，特殊引发剂组分的安全防护等；由于混合溶剂在 连续反应过程中的存在，所以要考虑溶剂的回收、循环利用，反应的终止方式等过程。 选择连续操作方式。 (2)单体原料路线的确定 经过对乙醇法、丁烯氧化脱氢法、乙炔法、丁烯催化脱氢法、石油高温裂解回收法等方法的各种优点缺点的对比，然后结合实际情况，选择了丁烯氧化脱氢制丁二烯原料的生产路线。 (3)溶剂的选择 不同溶剂对原料、产物及各类引发剂的溶解能力不尽相同。 从溶解度参数、体系粘度、生产能力的提高、工程传热与搅拌等几个方面对苯、甲苯 庚烷、甲苯、溶剂油等进行较为全面的比较，然后选择溶剂油。 (4)引发剂的选择 沈阳建筑大学毕业设计 2 首先 从适合顺丁橡胶聚合生产反应的引发剂共性入手，比如稳定性能、定向能力、高效、容易分离及残存对反应产物性能无影响等等，对常用的 Ti、 Co、 Li、 Ni 四种系列类型引发剂进行对比，选择最合适的 Ni 系引发剂，其组份主引发剂为环烷酸镍，助引发剂为异丁基铝，三氟化硼乙醚络合物 [1]。 (5)引发剂活性中心的形成方式的选择 ——陈化方式 陈化指为了提高引发剂活性，充分发挥各组分的作用，在进行聚合反应前先把引发剂各组分溶液按一定比例配比，在适当的反应条件下进行的预混合反应。 国内生产对上述引发体系采用过即三元陈化、双二元陈化、稀 硼单加三种反应陈化方式。 综合比较后，确定稀硼单加为最佳方式。 原料、产品的物理化学性质和主要技术指标 表 11 原料的物理化学性质及技术指标 原材料名称 控制项目及指标 主要物化性质 抽提丁二烯 纯度 ≥% 胺值 ≤1ppm 无色气体，有苦杏仁味，易液化，比重（ 20℃ ）沸点是 ℃ ，闪点 40℃ ，化性活泼易聚合，爆炸极限 单体丁二烯 同上（纯度、水值、总炔值） 乙腈 同上 回收丁二烯 纯度 ≥96% 水值 ≤20ppm 同上 溶剂油 %、 %、 %；碘值 ； 无色透明液体，可溶于水，~，闪点 ≤ 25℃ 环烷酸镍浓溶液 镍含量： 7~8%；不皂化物：无；水份： % 绿色透明溶液，在汽油中溶解度较大，应尽量避免同皮肤接触 三异丁基铝 活性铝含量： 50% 比重 ，沸点 10mmHg 82℃ 与空气接触后燃烧，与水、醇发生激烈反应 乙醇 纯度： 95%；恒沸点： ℃ ；含水： 5%；密度： 810kg/m3 密封好，尽量避免挥发 顺丁橡胶生产的主要原料是单体丁二烯，溶剂是溶剂油；选用 引发剂为环烷酸镍、三异丁基铝、三氟化硼乙醚络合物；选用终止剂为乙醇；防老剂为 2,6二叔丁基 4甲基苯酚。 顺丁橡胶的分子结构直接影响决定了它的性质。 其结构主要为分子内结构和分子间结构。 沈阳建筑大学毕业设计 3 环烷酸镍－三异丁基铝－三氟化硼乙醚络合物混合引发剂体系促使丁二烯聚合反应后的产物中含 96%~98%的顺式 1,4 结构， 1%~2%反式 1,4 结构和 1%~2%的 1,2 结构加成物。 其中顺式 1,4 结构为主的大分子聚合物，具有分子链长，分子间排布均匀，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，同时易于硫化处理等等的 特点。 顺式 结构聚合物在产物中占很大部分，使得聚合物大分子的规整性比较好，且产物分子链间无取代基，形成的对称性好，但重复结构单元之间的距离比较大，故造成顺式 1,4 结构聚合物比反式 1,4 结构聚合物更难于结晶。 即使它能结晶，它的熔点也会比较低。 通过与天然橡胶作对比，顺式顺丁橡胶具有耐低温性好、耐磨性佳、弹性高和生热性小、耐挠曲性及动态性能好以及耐老化、而永久性好等特点，它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、有冷流性倾向等缺点 [2]。 生产中成品胶质量指标如表 12 所示。 表 12 成品胶质量指标 项目 优级品 一级品 合格品 挥发份 %    灰分 %    生胶门尼粘度 M100℃ 1+4 455 455 457 混炼胶门尼粘度 M100℃ 1+4 68 73 73 300％定伸应力 MPa 25min ~ ~ ~ 35min ~ ~ ~ 50min ~ ~ ~ 拉伸强度 MPa 35min    伸长率 % 35min 450 430 430 生产流程简述 生产流程简述及工艺设备选择 (1)聚合工段 沈阳建筑大学毕业设计 4 聚合工段流程主要是由罐区、计量、聚合、配制、粘度五个主要岗位所组成。 罐区部分主要负责贮存、收送丁二烯溶液和溶剂油。 当聚合岗开车运作，罐区连续不断的给聚合釜输送溶剂油；原料单体丁二烯则由后乙腈直接输送进行聚合，聚合釜停产后，则未反应的丁二烯直接输送回罐区。 计量岗主要负责为聚合反应过程输送各种各样的引 发剂、终止剂。 配制岗的负责主要为聚合反应配制各种引发剂和终止剂，同时还负责接收从铝剂车间配制好的三异丁基铝溶剂。 粘度岗主要对生产的结果进行检测，测试产物的门尼粘度和转化率。 流量控制阀对来自乙腈的丁二烯进行调控在合适的流量范围内，反应物料流进文氏管后和溶剂油溶剂进行充分混合，进而流进丁油预热器和预冷器进行热量交换，从而能够控制溶液以合适的温度入釜。 镍组分，铝组分分别由镍计量泵和铝计量泵送出，通过铝－镍文氏管不断混合后，与出自丁油预热器和预冷器的丁油溶液进行混合。 硼引发剂组分则是由硼计量泵直接送出和稀释油溶剂 经文氏管进行混合后，在釜底与丁油混合后进入首釜。 丁油溶液在聚合釜中，在一定温度和压力的环境下，通过引发剂的作用，原料丁二烯发生聚合反应，从而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；当反应物料达到一定粘度和转化率后，在第四釜的出口管线和终止剂从终止釜釜底进入终止釜进行终止反应处理；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 [4]。 反应过程中用于换热的冷溶剂油视情况可以从不同釜的项部加入。 (2)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。 混胶岗接收原料反应聚合的胶液，将不一样门尼粘度的胶液混合配制为优级品指标内的胶液；由胶液罐定期回收小部分丁二烯；将检查合格的胶液送往凝聚岗。 凝聚岗将终止后进入胶液罐混合的门尼粘度合格的胶液进行凝聚，胶粒送洗胶岗，溶剂油送回收工段。 洗胶岗对胶粒表面杂质用水进行清洗，降低胶液的温度，并且把胶粒输送去干燥岗。 干燥岗把含水 40~60%的胶粒物质 ，通过挤压脱水机、膨胀干燥机和干燥箱降到 %以下，并呈海绵状，直径为 10mm小胶条送至压块岗。 压块岗对产物进行称量压块。 薄膜岗对产物用薄膜进行包装。 纸袋岗则对产物封袋、入库。 终止反应后的胶液则进入胶液储罐，同时将部分反应未转化的丁二烯物料经液罐罐项压控调节阀，再经过盐水冷凝冷却器，进入配置的丁二烯贮罐，最后输送去丁二烯回沈阳建筑大学毕业设计 5 收罐区。 罐区中的胶液依据门尼粘度值高低进行相互混配达到合格后，通过胶液泵送去凝聚岗。 合格胶液经泵输送并喷射到凝聚釜内，在热水、机械搅拌和蒸汽加热的作用下，进行充分凝聚形成颗粒，并蒸 出溶剂油溶剂和少量丁二烯。 釜项被蒸发的气体有水蒸汽、部分丁二 烯和绝大部分溶剂油溶剂，气体经过两个并联的循环水冷凝冷却器，冷凝物进入油水分离器进行油水分离，溶剂油用油泵送往溶剂回收罐区，水经油水分离罐底部由液面调节阀控制排出，经二次净化分离罐排入地沟。 釜底胶粒和循环热水经颗粒泵送入洗胶岗的缓冲罐，再经 1 号振动筛分离出胶粒送至洗胶罐 [5]。 在洗胶罐中，对胶粒用50~70℃ 的水进行洗涤，由 2号振动筛对洗涤过的胶粒和水进行分离，同时将含水 40~60%的胶粒送往挤压干燥岗。 对胶粒用挤压机进行挤压，使含水量降至 8~15%，进而把它切成条形状，进行膨胀和内蒸，即是把它送入膨胀干燥机加热、加压，把胶粒的绝大部分水分脱去，再送入水平红外干燥箱干燥，使胶的含水量达标﹙ %以下﹚。 经干燥核查合格后的胶条用提升机送至自动称量秤，进行称量压块（ 25kg）。 称重压好的胶块用薄膜包好，再装入纸袋封好入库。 操作控制指标 (1)聚合工段操作控制指标 丁油浓度： 12~15g/100ml；首釜温度 95℃ ；未釜温度 100℃ ；压力 ；引发剂配方：镍 /丁 105；铝 /丁 104；硼 /丁 104；铝 /硼 、醇 /铝 =6；铝 /镍 =3~8；防老剂 /丁 =%~%；转化率 83%；收率 95%；每吨顺丁胶消耗丁二烯：。 (2)后处理工段操作控制指标 胶液罐：贮量罐容积的 80%；压力 ；胶液泵压力 ；凝聚釜釜顶温度： 94~98℃ ；压力 ；釜底温度： 96~101℃ ；液面蒸汽压力 ；水胶比 (体积 )： 5~8；循环水压力 ；安全阀定压： ；喷胶量： 10~25m3/h，循环水pH 值： 8~10；分层罐：常 压 (开口 )；界面比隔板高 40%~60%；液面比隔板高 20%~80%；热水罐：液面 1/2；洗胶罐水温： 45~55℃ ；洗涤水罐液面 1/4；干燥岗：挤压机出口胶含水： 8~12%；热风温度： 80~100℃ ；蒸汽压力 ；循环水压力： ；干燥五段温度： 175℃ ；压块岗：高压油压 25MPa；控制油路油压 ；低压油压 5MPa。 沈阳建筑大学毕业设计 6 车间三废处理及安全防护 三废处理 本设计严格执行了有关石油化工企业的各种设计表针、设计规程和规定，认真考虑了环境保护和安全措施问题，并 采取了积极有效的技术措施。 (1)防止废渣污染： 聚合釜产生的无规物，部分进入产品，部分随废己烷送至己烷回收工段，分离的无规物再利用，这样既保护环境又降低原料单耗。 (2)防止废液污染： ① 本工段工艺废水集中送至废水处理装置； ② 污染了的溶剂油送至溶剂油回收工段处理。 (3)防止大气污染： ① 来自聚合系统的尾气送至火炬燃烧； ② 干燥系统的干燥介质成闭路循环使用，避免了废气排放污染了 大气。 有毒物品 (1)1,3丁二烯 浓度比较高的时候会对人的神经系统产生麻醉作用，浓度低的时候会对人体黏膜产生强烈的刺激作用，丁二烯进入人体内的主要途径是通过呼吸道经肺在融入血液。 (2)三异丁基铝 此物质在未稀释的原液具有较强的腐蚀性能把皮肤灼伤，并且对上眼结膜和上呼吸道眼有刺激的作用，对人身体伤害较大。 (3)三氟化硼乙醚络合物 氢氟酸能造成皮肤的烧伤，人吸入后，能引起一系列呼吸道的疾病，甚至引起肺炎等疾病。 (4)溶剂油 溶剂油主要是通过呼吸道和皮肤的吸收，进入人体造成中枢神经系统的损 伤，造成急性中毒，甚至可能会出现脑出血、水肿等情况。 易燃易爆品 从反应原料来看，如下易燃易爆： 沈阳建筑大学毕业设计 7 ① 丁二烯在有氧气环境时很易发生聚合反应，并且能够形成具有爆炸性质的过氧化物，当遇到磨檫或者撞击时很容易发生爆炸，或者遇到火星、高热时也容易燃烧爆炸，所以在运输、储存的过程中要加入一定的阻聚剂溶解于有机溶剂中。 ② 三异丁基铝在空气中反应很强烈，会产生烟雾或者起火燃烧，遇到水的话，反应更为剧烈，从而造成爆炸现象，能与酸类、胺类、醇类、卤素等发生强烈的反应。 开始分解时的温度为 50℃ ，在 100℃ 以上时分解更加剧 烈。 ③ C6 溶剂油也是很容易燃烧，遇到明火或者高热时燃烧造成爆炸。 ④ 阻聚剂很容易与氧气发生反应，灼伤人体皮肤，遇到明火或在高温环境中可发生燃烧。 而粉体和空气可形成爆炸性的混合物，当达到一定的浓度时，遇到明火会发生爆炸。 本品会对皮肤，眼睛，黏膜和上呼吸道有很强的刺激，可以引起皮肤和呼吸道的过敏反应 [9]。 ⑤ 三氟化硼乙醚络合物也是具有刺激性的液体，很容易与空气、水反应，对人体具有较强的腐蚀作用。 预防措施 ① 操作人员在上岗之前需要经过严格的培训，只有考核合格后才能上岗作业。 在操作过程中要严格按照工艺指标 执行，严格的遵守操作规程。 并且建立健全的事故预案，使操作人员掌握发生事故时该如何处理以及如何排除故障的方法。 增强员工的安全意识。 ② 配足消防车辆、灭火器材等一系列灭火器材，并且要做好对其日常的保养与维护，以便在出现事故时能良好的使用，避免造成损失。 ③ 室内厂房要保持良好的通风环境，以防可燃气体的大量积聚，并且在浓度高、危性险较大的易燃易爆气体场所要设置可燃气体测报仪，防止发生爆炸。 ④ 要严格的执行《动火管理制度》，对其动火申请必须逐条严格审核。 并对员工实行全员消防知识培训，增强他们的安全意识。 ⑤ 做好设。