丁苯橡膠乳液聚合的生產(chǎn)工藝

戔取理工大拳ANHUIUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書丁苯橡膠乳液聚合的生產(chǎn)工藝THEPRODUCTIONTECHNOLOGYOFTHEEMULSIONPOLYMERIZATIONOFSBR學(xué)院（部）： 材料科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：高分子材料與工程2xxx級(jí)x班學(xué)生姓名：某某某指導(dǎo)教師： xxx助教2xxx年x月x日「苯橡膠乳液聚合的生產(chǎn)工藝摘要本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)5萬噸丁苯橡膠工藝設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)文件由設(shè)計(jì)說明書和設(shè)計(jì)圖紙兩部分組成。在設(shè)計(jì)說明書中，簡單介紹了丁苯橡膠的生產(chǎn)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、性能和主要用途，也介紹了目前丁苯橡膠的兩種常見的工業(yè)聚合生產(chǎn)方法，并進(jìn)行了比較，最后確定以低溫乳液聚合法作為聚合的工藝生產(chǎn)方法。在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，進(jìn)行了較為詳細(xì)的物料衡算和能量衡算，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了工藝計(jì)算和選型，同時(shí)對(duì)聚丁苯橡膠生產(chǎn)過程中的安全注意事項(xiàng)及“三廢”治理作了相關(guān)說明，對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行了簡單的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。繪制了相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙，設(shè)計(jì)圖紙包括工藝流程圖、主要設(shè)備圖的裝配圖。關(guān)鍵詞：聚丁苯橡膠，低溫乳液聚合工藝，單體，生產(chǎn)工藝THEPRODUCTIONTECHNOLOGYOFTHEEMULSION

POLYMERIZATIONOFSBRABSTRACTThedesignforanannualoutputof50,000tonsofSBRprocessdesign,thedesigndocumentsfromdesignspecificationanddesigndrawingscomposedoftwoparts.Inthedesignofbrochures,abriefintroductionoftheSBRproductionstatus,trends,performanceandthemainpurposeofthecurrentSBR,alsointroducedthetwocommonindustrialpolymerproductionmethods.Andacomparison,finaldeterminedtolow-temperatureemulsionpolymerizationasapolymerizationtechnologyproductionmethods.Inthedesignprocess,inaccordancewiththerequirementsofthemissiondesign,amoredetailedmaterialbalanceandenergybalance,theequipmentwascalculatedandtheselectionprocess,whiletheproductionofSBRintheprocessofattentiontosafetyissuesand"Threewastes"governancemadenoteoftheentiredevicetoasimpletechnicalandeconomicevaluation.Drawingthecorrespondingdesigndrawings,designdrawings,includingprocessmaps,plantsofmajorequipmentassembly,equipmentlayoutplants.KEYWORDS:suspensionpolymerization,monomer,productivetechnology目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 IABSTRACT II\o"CurrentDocument"1緒論 1丁苯橡膠的發(fā)展史 1丁苯橡膠的簡介 21.2.1名稱及其結(jié)構(gòu) 2丁苯橡膠的性能 3丁苯橡膠的用途 3\o"CurrentDocument"1.2.4單體介紹 4\o"CurrentDocument"2丁苯橡膠聚合生產(chǎn)方法的選擇及工藝流程簡述 5丁苯橡膠生產(chǎn)方法的選擇 52.1.1兩種不同聚合方法生產(chǎn)的橡膠的比較 52.2.2工藝方案選擇依據(jù) 52.2.3乳液聚合的特點(diǎn) 6丁苯橡膠的工藝原理 6丁苯橡膠生產(chǎn)工藝流程簡述 72.2.1丁苯橡膠的生產(chǎn)工藝流程圖 72.2.2原料準(zhǔn)備過程 82.2.3聚合聚合過程 82.2.4分離過程 8\o"CurrentDocument"物料衡算 103.1原料單體系統(tǒng) 103.2助劑系統(tǒng) 113.3反應(yīng)后各組分系統(tǒng) 13\o"CurrentDocument"反應(yīng)釜的物料衡算和熱量衡算 144.1各反應(yīng)釜的物料衡算 144.2熱量衡算 154.2.1攪拌釜功率的計(jì)算 154.2.2熱量恒算 17\o"CurrentDocument"設(shè)備計(jì)算及選型 195.1聚合釜計(jì)算 195.1.1釜體的基礎(chǔ)計(jì)算 195.1.2攪拌器的確定 215.1.3內(nèi)置冷卻管的計(jì)算 235.1.4開口直徑的確定 245.1.5終止釜的設(shè)計(jì) 255.2貯罐確定 255.3汽提塔 27\o"CurrentDocument"6廠址選擇及車間布置 296.1廠址選擇的依據(jù)及原則 296.2車間布置要考慮的問題 296.3廠房布置 306.4設(shè)備布置的安全距離 306.5車間內(nèi)輔助室和生活室布置 30\o"CurrentDocument"7安全防火設(shè)計(jì) 317.1綜合安全防護(hù) 317.1.1防火防爆 317.2防毒 33\o"CurrentDocument"7.3安全防護(hù): 33\o"CurrentDocument"8車間照明及采暖措施 34\o"CurrentDocument"9三廢處理 35\o"CurrentDocument"總結(jié) 36\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 37\o"CurrentDocument"致謝 381緒論丁苯橡膠的發(fā)展史國外發(fā)展史1912年，得過Bayer公司發(fā)表了丁二烯乳液聚合制取聚丁二烯橡膠的第一篇專利，20世紀(jì)20年代，該國為改進(jìn)乳聚丁二烯的性能，選用苯乙烯為第二單體，制的了乳聚丁苯橡膠，并將其命名為Buua-So德國IGFarben公司于1933年發(fā)表了Buna-S的第一篇專利，而且于1935年在Schkopau開始建設(shè)世界上第一個(gè)乳聚丁苯橡膠生產(chǎn)裝置，與1937年建成投產(chǎn)。1943年，得過Buna-S的產(chǎn)量112kt。乳聚丁苯橡膠的生產(chǎn)始于德國，而取得迅速發(fā)展則是在美國。20世紀(jì)30年代，美國因獲得價(jià)格低廉的天然橡膠滿足通用制品的要求，故未重視Buna-S橡膠，而是致力于特種橡膠的開發(fā)。直到第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，一是作為戰(zhàn)略物資的橡膠需求量急增；二是天然橡膠的來源被切斷，因而通用合成橡膠逐漸受到美國政府的高度重視和扶持。在美國RubberReserve公司統(tǒng)籌下，迅速開展了乳聚丁苯橡膠的生產(chǎn)，建立了5個(gè)制造和成橡膠所需要的單體和聚合物工廠，這些工廠在第二次世界大戰(zhàn)是和第二次世界大戰(zhàn)后相繼投入生產(chǎn)。開始階段，主要利用德國的Buna-S技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，以后改進(jìn)了聚合配方，開發(fā)了稱為GR-S乳聚丁苯橡膠的新技術(shù)。1942年，美國乳聚丁苯橡膠的生產(chǎn)能力為37kt，1943年增長到182.3kt，到1944年已達(dá)673kt。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束前，德國和美國都是采用熱法（50°C）乳液聚合工藝生產(chǎn)丁苯橡膠。第二次世界大戰(zhàn)后，由于氧化還原引發(fā)體系聚合配方的出現(xiàn)，美國首先采用冷法（51）乳液聚合工藝，使乳聚丁苯橡膠得性能得到顯著改善，因而在大宗用途方面已逐漸為冷法乳聚丁苯橡膠所取代。但是由于熱法乳聚丁苯橡膠也具有獨(dú)特的性能和一定的應(yīng)用領(lǐng)域，所以至今仍有少量生產(chǎn)。其他國家的乳聚丁苯橡膠則發(fā)展較晚，包括西歐國家和日本，都是在20世紀(jì)50年代以后才實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的，而且多數(shù)是引進(jìn)美國的生產(chǎn)技術(shù)。其中日本發(fā)展速度很快，自1996年投產(chǎn)后，到1997年乳聚丁苯橡膠產(chǎn)量已躍居世界第二位，并先后把技術(shù)出售給韓國、伊朗和中國。從過硫酸鹽引發(fā)系統(tǒng)的熱法聚合轉(zhuǎn)向氧化還原引發(fā)體系得冷法聚合，是生產(chǎn)乳聚丁苯橡膠聚合工藝的突破。目前，聚合工藝和聚合配方基本定型，單體轉(zhuǎn)化率已從60%提高至70%，甚至更高。為加速聚合反應(yīng)，減少冷劑消耗，聚合溫度也有所提高。聚合設(shè)備趨向大型化，連續(xù)聚合已使用30?45m3的聚合釜。在凝聚和后處理方面，以高分子絮凝劑代替氯化鈉，大大減少了氯化鈉的消耗量。聚合工藝自動(dòng)化水平的提高，改善了產(chǎn)品質(zhì)量。充油母煉膠、充炭黑母煉膠、充油充炭黑母煉膠的出現(xiàn)也使乳聚丁苯橡膠品種大大增加。國內(nèi)發(fā)展史

中國乳聚丁苯橡膠的生產(chǎn)始于1960年從前蘇聯(lián)引進(jìn)技術(shù)在蘭州投產(chǎn)的第一套生產(chǎn)裝置（生產(chǎn)能力13.5kt）。該裝置以前聯(lián)邦德國Farben公司技術(shù)為基礎(chǔ)，采用拉開粉為乳化劑，對(duì)苯二酚-亞硫酸鈉為引發(fā)體系的熱法聚合工藝生產(chǎn)高門尼黏度丁苯橡膠。為改造落后的聚合工藝，蘭州石化公司石油化工研究院在1963-1965年間完成了松香歧化及冷法聚合配方的研究。該配方以歧化松香皂為乳化劑，過氧化二異丙苯為引發(fā)劑，鐵鹽-乙二胺四乙酸鈉-甲醛次硫酸鈉為還原系統(tǒng)。蘭州石化公司合成橡膠廠采用此項(xiàng)技術(shù)完成了由熱法乳液聚合到冷法乳液聚合的轉(zhuǎn)變。此后又經(jīng)過一系列的技術(shù)改造，使生產(chǎn)能力達(dá)到50kt/a，并且既可以生產(chǎn)普通乳聚丁苯橡膠，又可生產(chǎn)充油乳聚丁苯橡膠。該公司石油化工研究所自行開發(fā)的經(jīng)（10±2）h聚合使單體轉(zhuǎn)化率達(dá)（70±2）%的技術(shù)也已投入工業(yè)應(yīng)用。蘭州石化公司還計(jì)劃將乳聚丁苯橡膠生產(chǎn)能力擴(kuò)大至160kt/a。為滿足中國對(duì)乳聚丁苯橡膠的需求，吉林石化公司和齊魯石化公司先后從日本合成橡膠公司和瑞翁公司各引進(jìn)一套80kt/a的乳聚丁苯橡膠裝置，分別于1982年和1987年建成投產(chǎn)。經(jīng)過幾年的改造，兩公司的生產(chǎn)能力已達(dá)到130kt/a。1998年，中國臺(tái)灣合成橡膠公司在江蘇南通合資建成的100kt/a的乳聚丁苯橡膠裝置（申花化工公司）投產(chǎn)，經(jīng)改造，到2005年末，產(chǎn)能已達(dá)到170kt/a。中國臺(tái)灣于20世紀(jì)80年代后期引進(jìn)國外技術(shù)開始生產(chǎn)乳聚丁苯橡膠，至21世紀(jì)初其生產(chǎn)能力已達(dá)100kt/a。1.2丁苯橡膠的簡介1.2.1名稱及其結(jié)構(gòu)名稱：乳聚丁苯橡膠，簡稱ESBR（styrene-butadienerubber）分子式:其中n分子式:其中n為平均聚合度，一般為350—10000c"—chc"—ch2H反式-1,4-結(jié)構(gòu)由于乳聚丁苯橡膠中丁二烯和苯乙烯兩種單體鏈節(jié)在共聚物大分子中呈無規(guī)分布，又由于丁二烯的加成反應(yīng)約80%發(fā)生在1,4位置，約20%發(fā)生在1,2位置，而在1,4位置上的鏈節(jié)又有順式和反式兩種區(qū)別，所以乳聚丁苯橡膠大分子內(nèi)存在如下的微觀結(jié)構(gòu)。HHTOC\o"1-5"\h\z\ /C—C/ \一CH2 ch2—順成mPaSt&T構(gòu)ch—ch9—2ch—ch9—2CHCH21,2-結(jié)構(gòu)此外，亦有少量支化和交聯(lián)結(jié)構(gòu)存在，冷法聚合的乳聚丁苯橡膠中丁二烯鏈的主要微觀結(jié)構(gòu)單元70%為反式-1,4-結(jié)構(gòu)。1.2.2丁苯橡膠的性能表1—1乳聚丁苯橡膠的基本性能參數(shù)性 能參 數(shù)密度，g/cm3比熱容,J/（kg?OC）0.91?0.961820~1920線膨脹系數(shù),10-4。C-1Tg以下0.8?0.9Tg以上2.3?2.5折射率nD20電導(dǎo)率1.534550HZ2.62.65（60。C）106HZ2.352.65（60。C）介電強(qiáng)度，Kv/mm24?36玻璃化溫度Tg（DSC法），。C-55平均分子量Mn（11?26）x1041.2.3丁苯橡膠的用途乳聚丁苯橡膠具有多方面的較好特性，在物理機(jī)械性能，加工性能和制品使用性能方面十分接近于天然橡膠，尤其是耐磨、耐熱、耐老化、永久變形和硫化速度方面還優(yōu)于天然橡膠，并且還可以與天然橡膠及多種橡膠材料并用或改性，這就使其應(yīng)用范圍得以擴(kuò)廣，獲得廣泛用途。幾乎所有統(tǒng)計(jì)資料顯示乳聚丁苯橡膠的60%以上是用來生產(chǎn)制造輪胎用，其余的主要用途是制作膠管、膠帶、膠板、膠輥、膠鞋、密封件多種橡膠制品，亦有一定量的電絕緣材料，醫(yī)療用品和其他工藝制品和民用小制品。近兩年在世界丁苯橡膠消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，用于生產(chǎn)輪胎及汽車制品用橡膠零部件對(duì)丁苯橡膠的需求量約占總消費(fèi)量的54.0%，非汽車用橡膠制品約占總消費(fèi)量的12.5%，制鞋等其他方面約占總消費(fèi)量的33.5%。1.2.4單體介紹丁二烯：分子式：c4h6，結(jié)構(gòu)式：CH2=ch一如=如2。3-丁二烯是最簡單的共軛雙烯烴。在常溫、常壓下為無色氣體，有特殊氣味，有麻醉性，特別刺激粘膜。容易液化，易溶于有機(jī)溶劑。相對(duì)分子質(zhì)量為54.09，相對(duì)密度0.6211，熔點(diǎn)一108.9°C，沸點(diǎn)一4.5°C。性質(zhì)活潑，容易發(fā)生自聚反應(yīng)，因此在貯存、運(yùn)輸過程中要加入叔丁鄰苯二酚阻聚劑。與空氣混合形成爆炸性混合物，爆炸極限為2.16%?11.47%（體積）。是合成橡膠、合成樹脂等的原料。1，3-丁二烯主要由丁烷、丁烯脫氫，或碳四餾分分離而得。苯乙烯：分子式：C8H8,結(jié)構(gòu)式：：W—CH=CH2苯乙烯是無色液體，沸點(diǎn)145C，難溶于水，能溶于甲醇、乙醇及乙醚等溶劑中。能自聚生成聚苯乙烯（PS）樹脂，也很容易與其它含雙鍵的不飽和化合物共聚。苯乙烯蒸氣與空氣混合物的爆炸極限1.1%?6.6%（體積），處理苯乙烯時(shí)應(yīng)避免明火、摩擦和靜電。2丁苯橡膠聚合生產(chǎn)方法的選擇及工藝流程簡述丁苯橡膠生產(chǎn)方法的選擇2.1.1兩種不同聚合方法生產(chǎn)的橡膠的比較丁苯橡膠按聚合方法分類可分為乳液聚合丁苯橡膠和溶液聚合丁苯橡膠。乳液聚合丁苯橡膠乳液聚合丁苯橡膠(簡稱乳聚丁苯橡膠)按聚合溫度的不同可分為高溫(50°C)聚合丁苯橡膠和低溫(5°C)聚合丁苯橡膠。高溫聚合因所得產(chǎn)品丁苯橡膠約分子量較低、文化度較大，分子量分布較寬，在質(zhì)量、加工性能等方面都不如低溫聚合丁苯橡膠，因此目前很少采用。乳聚丁苯橡膠品種較多，美國在l953年進(jìn)行了分類，日本等國的主要丁苯橡膠品種也直接使用了這種牌號(hào)，我國丁苯橡膠目前也采用了這一分類。乳液聚合膠已具有50年工業(yè)生產(chǎn)的歷史，通過長期的研究和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的積累，已成為一種具有綜合性能的合成橡膠。但因其分子結(jié)構(gòu)不同于天然橡膠，故其部分性能如耐磨、耐老化、氣密性、加工性等接近或超過天然橡膠，而抗撕裂強(qiáng)度、耐寒性和回彈性等較天然橡膠差，所以丁苯橡膠不能完全取代天然橡膠，但能彌補(bǔ)天然橡膠需用量的不足。乳液丁苯橡膠屬于無定形非結(jié)晶聚合物，分子量M在(1.5~4)x103范圍內(nèi)，玻璃n化溫度為-52?-56°C。溶液聚合丁苯橡膠溶液聚合丁苯橡膠簡稱溶聚丁苯橡膠，以苯乙烯、丁二烯單體力原料，在有機(jī)溶劑(環(huán)己烷)中，以烷塞鋰作為催化劑進(jìn)行共聚而制得。乳聚丁苯橡膠的分子是苯乙烯和丁二烯的無規(guī)結(jié)構(gòu)，其丁二烯部分的結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的，特別是順式一1，4結(jié)構(gòu)少。與乳聚丁苯橡膠不同，溶聚丁苯橡膠根據(jù)丁二烯和苯乙烯的結(jié)合方式不同又可生成嵌段共聚物和無規(guī)共聚物，且丁二烯部分的微觀結(jié)構(gòu)以順式-1，4結(jié)構(gòu)較多。無規(guī)溶聚丁苯橡膠與乳聚丁苯橡膠性能相當(dāng)，主要用于制作輪胎。其耐磨性、回彈件、耐寒性能等與順丁橡膠相似，而加工性和強(qiáng)度則接近乳聚丁苯橡膠。嵌段共榮物只有一般橡膠所沒有的熱可塑性，具有優(yōu)良的擠出加工性及成型性，故可制擠出成型制品。2.2.2工藝方案選擇依據(jù)工藝流程方面就四種聚合工藝而言，本體法工藝流程簡單，裝置占地面積小，同時(shí)基本上無廢液排放，排氣可達(dá)到最低程度，環(huán)境污染少，而且產(chǎn)品質(zhì)量好、純度高，特別使用透明包裝材料和電纜料。懸浮法是一種相對(duì)最成熟的工藝，在目前世界上聚氯乙烯生產(chǎn)中占有絕對(duì)的分額，且產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率最高，產(chǎn)品品種最多，容易適應(yīng)市場(chǎng)。乳液法是生產(chǎn)糊樹脂的方法，工藝復(fù)雜、成本較高且樹脂質(zhì)量較差。而微懸浮法也是生產(chǎn)糊樹脂的方法，但僅用于特殊用途。反應(yīng)速率控制方對(duì)于本體聚合，當(dāng)自由基聚合進(jìn)行到一定轉(zhuǎn)化率后，體系黏度增大，自動(dòng)加速效應(yīng)顯著，散熱困難。大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，即使降低引發(fā)劑濃度以減慢速率，有時(shí)還是不能很好的控制。改用溶液聚合可以克服這一困難，但聚合速率和產(chǎn)物分子量均有所降低；此外，脫除溶劑困難，成本較高。而懸浮聚合可以克服本體聚合和溶液聚合的上述缺點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)方面從經(jīng)濟(jì)角度分析，乳液聚合是最合理的聚合方法。乳聚丁苯橡膠由于開發(fā)、生產(chǎn)、加工、歷史悠久，其生產(chǎn)和加工工藝成熟，尤其以它良好的綜合性能，被世界各國廣泛生產(chǎn)和應(yīng)用，其生產(chǎn)能力、產(chǎn)量及消耗量在合成橡膠諸膠膠種中一直居世界合成橡膠中的首位。因此，乳聚丁苯橡膠的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高。2.2.3乳液聚合的特點(diǎn)丁二烯、苯乙烯共聚反應(yīng)制取丁苯橡膠采用乳液聚合法的優(yōu)點(diǎn)是：乳液聚合是游離基聚合機(jī)理，因此共聚反應(yīng)比較容易進(jìn)行。聚合速度快，聚合物分子量高。同時(shí)，乳液聚合可以不需要采用提高溫度和增加引發(fā)劑用量來提高反應(yīng)速率，而是用提高乳化劑濃度來同時(shí)提高聚合速率和聚合分子量。聚合反應(yīng)溫度低，去除反應(yīng)熱容易，反應(yīng)溫度容易控制。乳液聚合在由乳化劑分子保護(hù)的獨(dú)立膠乳欽子中進(jìn)行反應(yīng)，因此反應(yīng)后期乳液粘度仍很低，不同于溶液聚合和本體聚合系統(tǒng)粘度隨系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化率和分子量的增大而增大，影響反應(yīng)熱的移出和造成輸送的困難。乳液聚合的聚合物顆粒為膠乳狀且較穩(wěn)定，因此可使反應(yīng)連續(xù)化。乳液聚合的缺點(diǎn)是從乳液中回收未反應(yīng)單體較因難，為制取成品橡膠需要進(jìn)行膠乳的凝聚、干燥等工序，使流程復(fù)雜化。通過以上的各種方案的對(duì)比，結(jié)合吉林化學(xué)工業(yè)公司實(shí)際生產(chǎn)中的狀況，本設(shè)計(jì)選用低溫乳聚制取丁苯橡膠。2.2.4丁苯橡膠的工藝原理乳聚丁苯橡膠的屬于乳液法鏈?zhǔn)阶杂苫酆蠙C(jī)理。整個(gè)聚合過程分為鏈引發(fā)、鏈增長、鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止四個(gè)步驟。一.鏈引發(fā)這是形成單體自由基活性種的反應(yīng)，首先由氧化還原引發(fā)體系在水相中產(chǎn)生初級(jí)自由基。2+ 3+R一COOH+Fe一R一CO?+Fe第二步是初級(jí)自由基與單體加成，形成單體自由基。CH2=CH+R-CO?一 CH2-[?xChemPaster x二.鏈增長在鏈引發(fā)階段形成的單體自由基，活性很高，如無阻聚物質(zhì)與之作用，就能進(jìn)攻第二個(gè)單體分子的n鍵，重新雜化結(jié)合，形成新的自由基，如此循環(huán)下去。R一CH^CH?+nCH2=CH也X XR—也一砰―CH2—CH.一ChemPasterX該反應(yīng)過程放熱，鏈增長速率極快（0.01-ns間），其相關(guān)的速率方程為:R=k[E]2吐[M] （2—1）ppIkJt式中Rp—鏈增長速率，L/（mol，s）[I]一引發(fā)劑濃度,mol/lf一引發(fā)劑引發(fā)效率，%;kd一引發(fā)劑分解速率常數(shù)；kp—鏈增長速率常數(shù)；kt一鏈終止速率常數(shù)。鏈終止乳聚丁苯橡膠聚合過程的終止主要是雙基結(jié)合終止。CH^CH?+?CH——CH2—一——CH2—CH—CH—CH2—XXXX此時(shí)的聚合體系中，除水相外，主要是表面層為乳化劑覆蓋的聚合膠乳粒子。丁苯橡膠生產(chǎn)工藝流程簡述2.2.1丁苯橡膠的生產(chǎn)工藝流程圖圖2-1低溫乳液聚合丁苯橡膠的生產(chǎn)工藝流程簡圖2.2.2原料準(zhǔn)備過程用計(jì)量泵將規(guī)定數(shù)量的相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑與苯乙烯在管路中混合溶解，再在管路中與處理好的丁二烯混合。然后與乳化劑混合液（乳化劑、去離子水等）等在管路中混合后進(jìn)入冷卻器，冷卻至10。C。在與活化劑溶液（還原劑、螯合劑等）混合，從第一個(gè)釜的底部進(jìn)入聚合系統(tǒng)，氧化劑直接從第一個(gè)釜的底部直接進(jìn)入。2.2.3聚合聚合過程系統(tǒng)由8?12臺(tái)聚合釜組成，采用串聯(lián)操作方式。當(dāng)聚合到規(guī)定轉(zhuǎn)化率后，在終止釜前加入終止劑終止反應(yīng)。聚合反應(yīng)的終點(diǎn)主要根據(jù)門尼粘度和單體轉(zhuǎn)化率來控制，轉(zhuǎn)化率是根據(jù)取樣測(cè)定固體含量來計(jì)算，門尼粘度由取樣測(cè)定來確定。雖然生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化率控制在60%左右，但當(dāng)所測(cè)定的門尼粘度達(dá)到規(guī)定指標(biāo)要求，而轉(zhuǎn)化率未達(dá)到要求時(shí)，也就加終止齊終止反應(yīng)，以確保產(chǎn)物門粘度尼合格。2.2.4分離過程丁二烯分離從終止釜流出的終止后的膠乳液進(jìn)入緩沖罐。然后經(jīng)過兩個(gè)不同真空度的閃蒸器回收未反應(yīng)的丁二烯。第一個(gè)閃蒸器的操作條件是22?28°C，壓力0.04MPa，在第一個(gè)閃蒸器中蒸出大部分丁二烯；再在第二個(gè)閃蒸器中（溫度27。C，壓力0.01MPa）蒸出殘存的丁二烯?；厥盏亩《┙?jīng)壓縮液化，再冷凝除去惰性氣體后循環(huán)使用。苯乙烯分離脫除丁二烯的乳膠進(jìn)入苯乙烯汽提塔（高約10m，內(nèi)有十余塊塔盤）上部，塔底用0.1MPa的蒸汽直接加熱，塔頂壓力為12.9kPa，塔頂溫度50°C，苯乙烯與水蒸汽由塔頂出來，經(jīng)冷凝后，水和苯乙烯分開，苯乙烯循環(huán)使用。塔底得到含膠20%左右的膠乳，苯乙烯含量V0.1%。經(jīng)減壓脫出苯乙烯的塔底膠乳進(jìn)入混合槽，在此與規(guī)定數(shù)量的防老劑乳液進(jìn)行混合，必要時(shí)加入充油乳液，經(jīng)攪拌混合均勻后，送入后處理工段。物料衡算3.1原料單體系統(tǒng)（1） 計(jì)算采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)年產(chǎn)量：5x104t年開工時(shí)間：336d成品中聚合物含量為：92.5%聚合物在單體回收工序損失：0.06%聚合物在后處理工序損失:0.6%聚合加料用混合丁二烯濃度：94%聚合加料用混合苯乙烯濃度：93%聚合轉(zhuǎn)化率：60%（2） 聚合釜出料流量（kg/h）聚合釜流出的聚合物量為Wp5x104x103 1 1W=—^^^~24-x1~°06%x1_06%x92.5%=5773.45kg/h(3)單體流量(kg/h)單體進(jìn)料配比為丁二烯/苯乙烯=72/28純單體總量 W=W一烯+W苯烯5773.45W= =9622.42kg/hM60%W丁一烯=9622.42x72%=6928.14kg/hW苯乙烯=9622.42x28%=2694.28kg/h混合丁二烯進(jìn)料=6928.14=7370.36kg/h94%混合苯乙烯=2694.28=2897.08kg/h93%在混合丁二烯進(jìn)料中，其中丁二烯6928.14kg/h，雜質(zhì)為442.22kg/h；在混合苯乙烯進(jìn)料中，其中苯乙烯2694.28kg/h，雜質(zhì)為202.80kg/h.?；旌隙《⒒旌媳揭蚁┛傔M(jìn)料W=7370.36+2897.08=10267.44kg/h整理上述計(jì)算結(jié)果列下表表3—1原料組份組分Kg/h濃度（%）純物質(zhì)量（kg/h）雜質(zhì)量（kg/h）混合丁二烯7370.36946928.14442.42混合苯乙烯2897.08932694.28202.80合計(jì)10267.449622.423.2助劑系統(tǒng)表3~2配方組份配方%松香酸鉀皂4.6FeSO40.01EDTA0.04雕白塊0.04調(diào)節(jié)劑0.16氧化劑0.06終止劑0.16電解質(zhì)0.6水200乳化劑乳化劑為濃度為20%的松香皂溶液。W乳/W=4.6%每小時(shí)需要松香皂的量：9622.42x4.6%=442.63kg44263每小時(shí)需要水的量:一一x80%=1770.52kg20%活化劑活化劑組成：(1)硫酸亞鐵：Wfso/Wm=0.01%雕白塊：W雕/Wm=0.04%EDTA:W /W=0.04%每小時(shí)需要硫酸亞鐵的量：9622.42x0.01%=0.96kg每小時(shí)需要雕白塊的量：9622.42x0.04%=3.84kg每小時(shí)需要EDTA的量：9622.42x0.04%=3.84kg每小時(shí)需要水的量：0.96+3.84x2x(1-10%)=77.76kg

10%氧化劑氧化劑組成：過氧化氫對(duì)蓋烷0.06%x9622.42=5.77kg/h調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)劑的組成：十二碳硫醇WJWm=0.16%每小時(shí)需要調(diào)節(jié)劑的量：0.16%x9622.42=15.40kg電解質(zhì)電解質(zhì)的組成為15%的氯化鉀溶液；W/W=0.6%每小時(shí)需要氯化鉀的量：0.6%x9622.42=57.73kg5773每小時(shí)需要水的量：15%-X(1-15%)=327.16kg終止劑終止劑的組成為2%的福美鈉的水溶液，其中W『Wm=0.16%每小時(shí)需要福美鈉的量：0.16%x9622.42=15.40kg每小時(shí)需要水的量：岑0x98%=754.60kg水WJWm=200%,W水=200%x9622.42=19244.84kg助劑系統(tǒng)計(jì)算整理如下：表3~3助劑系統(tǒng)序號(hào)溶液名稱配方加入量Kg/h溶液濃度%溶液加入量Kg/h固體、水、液體加入量Kg/h1乳化劑202213.15松香皂442.63442.63水1770.521770.522活化劑1086.4硫酸亞鐵0.96100固體8.64雕白酸3.849577.76EDTA3.84100水77.763調(diào)節(jié)劑十二碳硫醇15.4010015.4015.404氧化劑過氧化氫蓋烷5.775211.1011.105終止劑15.402754.60福美鈉754.6077015.40水6電解質(zhì)15384.89氯化鉀57.7357.73水327.16327.16

續(xù)表3—3助劑系統(tǒng)序號(hào) 溶液名稱 配方加入量 溶液濃度 溶液加入量1-固體、水、液Kg/h % Kg/h體加入量Kg/h7 水 17069.4017069.403.3反應(yīng)后各組分系統(tǒng)（1）反應(yīng)總進(jìn)料量表3—4反應(yīng)各進(jìn)料量名稱 純單體（kg/h） 雜質(zhì)（kg/h）總重（kg/h）苯乙烯 2694.28 202.802897.08丁二烯 6928.14 442.227370.36水19244.84固體535.50總計(jì)：30047.78（2）反應(yīng)后出料（加入終止劑前）轉(zhuǎn)化率為60%，聚合物中結(jié)合苯乙烯28%。W=5773.45kg/hW;二烯T6928.14-5773.45x（「28%）-2771.26kg/hW”=2694.28-5773.45x28%=1077.71kg/h整理如烯下：表3—5反應(yīng)后出料量（加終止劑前）名稱 純料（kg/h） 雜質(zhì)（kg/h）總重（kg/h）聚合物 5773.455773.45苯乙烯 1077.71 202.801280.51丁二烯 2771.26 442.223213.48水19244.84固體535.50總計(jì):30047.78（3）反應(yīng)后出料（加入終止劑后）表3—6反應(yīng)后出料的量（加入終止劑后）名稱 純料（kg/h） 雜質(zhì)（kg/h）總重（kg/h）聚合物 5773.455773.45苯乙烯 1077.71 202.801280.51丁二烯 2771.26 442.223213.48水19244.84固體550.90總計(jì):30063.18

反應(yīng)釜的物料衡算和熱量衡算4.1各反應(yīng)釜的物料衡算由8臺(tái)聚合反應(yīng)釜組成一條生產(chǎn)線，反應(yīng)時(shí)間為8?12小時(shí)（取8小時(shí)），反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為60%。聚合釜的操作壓力為0.4?0.6Mp,溫度T=5°C,PH=4?5,聚合帶有攪拌器，并用液氨作為冷凍介質(zhì)。根據(jù)《基本有機(jī)化工工廠裝備》知，對(duì)于一級(jí)反應(yīng)，連續(xù)釜式反應(yīng)器的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)速度常數(shù)之間的關(guān)系如下：(4—1)x=1-C,an(4—(4—2)A0式中CAN—第N臺(tái)釜內(nèi)反應(yīng)物的濃度；mol/LCA0—反應(yīng)物初始濃度；mol/Lx：—第N臺(tái)釜內(nèi)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率；k—聚合反應(yīng)表觀速度常數(shù)；min-1-一平均停留時(shí)間；minN—連續(xù)槽式反應(yīng)器的臺(tái)數(shù)；為了便于計(jì)算，按等溫等容處理，取總轉(zhuǎn)化率60%；8釜串聯(lián)；平均停留時(shí)間60min；反應(yīng)溫5°C。將上式進(jìn)一步整理得表4—1各釜純轉(zhuǎn)化率與累積轉(zhuǎn)化率第一釜第二釜第三釜第四釜純X(%)累積X(%)純X(%)累積X(%)純X(%)累積X(%)純X(%)累積X(%)10.8210.829.6520.478.6129.087.6736.75第五釜第六釜第七釜純X(%)累積X(%)純X(%)累積X(%)純X(%)累積X(%)6.8543.606.1049.705.4555.15第八釜純X累積X(%) (^4.85 60

根據(jù)各釜純轉(zhuǎn)化率計(jì)算各釜的物料組成如表9-12。表4—2各釜出料口物料組成物第一釜第二釜第三釜第四釜料kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)水相19244.8466.6719244.8466.6719244.8466.6719244.8466.67苯乙烯2402.758.322142.767.421910.786.621704.135.90丁二烯6178.5121.405509.9519.094913.4417.024382.0515.18聚合物1041.163.611969.746.822798.379.693536.4512.25水相苯乙烯丁二烯聚合物第五釜kg/h19244.841519.573907.474195.63W(%)66.675.2613.5414.53第六釜kg/h19244.841355.223484.854782.63W(%)66.674.6912.0716.57第七釜kg/h19244.841208.383107.275307.08W(%)66.674.1910.7618.38第八釜kg/h19244.841077.712771.265773.45W(%)66.673.739.6020.00水相苯乙烯丁二烯聚合物第五釜kg/h19244.841519.573907.474195.63W(%)66.675.2613.5414.53第六釜kg/h19244.841355.223484.854782.63W(%)66.674.6912.0716.57第七釜kg/h19244.841208.383107.275307.08W(%)66.674.1910.7618.38第八釜kg/h19244.841077.712771.265773.45W(%)66.673.739.6020.004.2熱量衡算4.2.1攪拌釜功率的計(jì)算本反應(yīng)為乳液聚合其反應(yīng)過程描述為用表面活性劑將單體乳化在水中，因此攪拌的作用有混合和攪動(dòng)雙重作用，由于表面活性劑是影響顆粒大小的主因，本設(shè)計(jì)的槳葉端轉(zhuǎn)速為100質(zhì)/min，取這樣一個(gè)轉(zhuǎn)速，主要是防止破壞乳液的穩(wěn)定性。在這樣的一個(gè)前提下，再根據(jù)《聚合物合成工藝設(shè)計(jì)》表6-4攪拌槳葉的結(jié)構(gòu)型式及設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇漿式攪拌器。同時(shí)查《聚合物合成工藝設(shè)計(jì)》表6-4攪拌漿葉的結(jié)構(gòu)型式及設(shè)計(jì)參數(shù)知，槳式攪拌器的幾何參數(shù)為：d/D=1/3~1/2；b/d=1/10~1/4；u=1.5?3m/s，同時(shí)根據(jù)《化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書，’攪拌設(shè)備全書設(shè)計(jì)》P51式（2-33）槳式攪拌器在層流區(qū)操作時(shí)，其功率準(zhǔn)數(shù)為：（4—3）Np（4—3）（4—4）式中d一攪拌葉輪直徑，m；

n—攪拌轉(zhuǎn)數(shù)，r/s；D—聚合釜內(nèi)徑，m。設(shè)計(jì)中?。篋=3.00m；d=1/3D=1.00m；n=100r/min;P=0.8715x103kg/m3,u=1.5m/sd12x100x0.8715x103Re=-^nP= 60 =968.3<2000處于層流H 1.5N=36Re-1.0=0.04P(4—5)P=—」-p-n3(4—5)102g i查《攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》P161知，電機(jī)功率為:((4—6)采用機(jī)械密封時(shí)：P=P填(10%?15%)式中D—聚合釜筒體內(nèi)徑，m；h—攪拌器攪拌葉總高度，m；di—攪拌葉外徑，m；b—攪拌葉寬度，m；Re—攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)；Np—攪拌功率準(zhǔn)數(shù)；P—攪拌功率，KW；p—液體密度，kg：M3；n—攪拌轉(zhuǎn)速，r/s；g—重力加速度，m：s2；Pa—電機(jī)功率，KW；Pm—軸密封系統(tǒng)摩擦損失功率，KW；門一機(jī)械傳動(dòng)效率，KW；(一般門=0.95?0.98)P填一填料密封系統(tǒng)摩擦損失功率，KW；設(shè)計(jì)中取一=2.4；P填設(shè)計(jì)中取一=2.4；P填=0.1P；Pm=0.15P填；門=0.95。則:ldj3x3x35=39.23KWP= x871.5x102x9.8

=41.92KW. 39.23x1.015=41.92KW尸工= 填0.95考慮1.19的備用系數(shù)，則實(shí)際電機(jī)功率為50KW。(4—(4—7)Q1+7Q3+%=Q4+Q5+Q6其中Q一所處理的物料帶到設(shè)備中去的熱量(KJ)；1Q2一由加熱劑(或冷卻劑)傳給設(shè)備和所處理的物料之熱量(kJ)Q—過程的熱效應(yīng)(kJ)；3Q一反應(yīng)產(chǎn)物由設(shè)備中帶出的熱量(kJ)；4Q一消耗在加熱設(shè)備各個(gè)部件上的熱量(KJ)；5Q—設(shè)備向四周散失的熱量(kJ)。6Q一攪拌中產(chǎn)生的熱量攪經(jīng)查有關(guān)資料可知：表4—3相關(guān)物質(zhì)具體數(shù)據(jù)名稱相對(duì)分子質(zhì)量密度kg/m3比熱容kj/(kg.C)汽化熱kj/kg丁二烯54621.11.597苯乙烯104919.81.636水1810004.191液氨17631.7—1663.25膠乳液M?10X1049501.97注：丁苯橡膠的聚合熱為：9588KJ/kg以1小時(shí)的產(chǎn)量為基準(zhǔn)，設(shè)進(jìn)料溫度為15°C，反應(yīng)溫度為恒溫5°C,則物料帶入聚合釜的熱量為：Q=EG-C-1(KJ)Q1=(19244.84x4.191+2402.75x1.636+6178.51x1.597)x15=1.42x106KJQ2=0Q=1.041.16x9588=1.0x107KJQ攪=50x0.7x3600=1.26x105KJ/hQ=(19244.84x4.191+2402.75x1.636+6178.51x1.597)x5=4.73x105KJQ5=0,Q6=MAH汽化加液氨的量從而達(dá)到降溫的目的。液氨進(jìn)口溫度為-4°C,出口溫度為5°C,冷凝劑只進(jìn)行氣化，從而達(dá)到降溫的目的。M=Q1+Q3+Q攪-Q4AHM9.47X105+1.26X105+1.0X107 n1663.25M= =6657.45kg/h1663.25設(shè)備計(jì)算及選型5.1聚合釜計(jì)算5.1.1釜體的基礎(chǔ)計(jì)算設(shè)計(jì)溫度：釜內(nèi)5。C，釜外5。C；設(shè)計(jì)壓力：釜內(nèi)0.6MPa，釜外0.1MPa；工藝要求容積：45~60m3操作形式：滿釜連續(xù)操作；材質(zhì)：0Cr18Ni9其它數(shù)據(jù)同前。根據(jù)年產(chǎn)量確定每小時(shí)進(jìn)料量：W=30047.78kg/h由于反應(yīng)物和介質(zhì)水的量很大，因此，一些添加的溶劑和反應(yīng)過程的體積變化不加考慮。同時(shí)由于該反應(yīng)是多釜串聯(lián)進(jìn)行，在此主要是對(duì)第一個(gè)反應(yīng)釜的計(jì)算。(1)反應(yīng)器的體積計(jì)算苯乙烯密度p1=0.912x103kg/m3丁二烯的密度p2=0.6211x103kg/m3聚丁苯橡膠的密度p3=0.95x103kg/m3水的密度pm=1.00x103kg/m3通過質(zhì)量分?jǐn)?shù)算得pm=0.8715x103kg/m3V=WL=30047.78X1=34.48m3Rp 0.8715x103mu V 34.48V=—r= =57.47m3T 中0.6其中Pm 反應(yīng)液混合密度，kg/m3wd——根據(jù)年產(chǎn)量確定每小時(shí)處理物料量，kg/hT——物料停留的時(shí)間，hVR——反應(yīng)液體積(反應(yīng)液體積變化時(shí)，按反應(yīng)液最大體積計(jì)算)，m3Vt——反應(yīng)器實(shí)際體積，m3J——裝料系數(shù)(攪拌釜反應(yīng)器，甲取0.7?0.8，有氣泡或沸騰，甲取0.4?0.6)(2)反應(yīng)釜的筒體計(jì)算因反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以解決好傳熱問題非常重要。查《聚合物合成設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》P78知，一般釜的高徑比在1?3之間，高徑比大有利于傳熱，但不利于攪拌。設(shè)計(jì)中綜合考慮取高徑比為2.4，

高徑比y=牛。i(3)聚合釜筒體直徑確定設(shè)計(jì)中初選V封=2m3,按下式估算聚合釜的筒體直徑:,'4(V-V)(5—1(5—1)i兀?y式中Di—聚合釜直徑，m；V—聚合釜容積，m3;V封一聚合釜封頭容積，m3；n—圓周率；Y—高徑比；；4x(57.49-2)D=/ 牝3.09mi33.14x2.4園整取3.00m。封頭容積及直邊高度確定封頭選用橢園形封頭，根據(jù)筒體直徑查《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》附表5得有關(guān)數(shù)據(jù)如下:下:曲面高度h1=750mm；直邊高度h0=40mm；容積VA=3.82m3,內(nèi)表面積A=10.15m2筒體高度確定由Di=3000mm查《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》附表4得:V1米=7.030m3；A1米=9.43m2；當(dāng)S^=10mm時(shí)，G1米=742kg。,,,, V—V,根據(jù)公式H= 得1m57.49-57.49-3.827.030=7.63m取H=7.6m，則:實(shí)=竺機(jī)2.53Y玉3.0聚合釜壁厚的計(jì)算計(jì)算厚度：(5(5—2)S= c_i+C+C2好］巾一P 1 2C式中S—聚合釜的壁厚，mm；Di—封頭內(nèi)直徑，mm；C—封頭壁厚附加量，mm；C1—鋼板負(fù)偏差，mm；C2—腐蝕余量，mm；S0—計(jì)算壁厚，mm；°'—設(shè)計(jì)溫度時(shí)的許用應(yīng)力，MPa；6一焊縫系數(shù)；取Pc=0.6MPa；Di=3000mm；^=0.95；設(shè)計(jì)溫度為5°C,查得0Cr18Ni9在5°C的[b=122MPa,C1取0.8mm,C2取2mm。S=°，\3°°。+0.8+2=10.5mm，圓整取S=12mm2x0.95x122-0.6表5—1反應(yīng)釜各主要項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目 參數(shù)釜內(nèi)釜外設(shè)計(jì)壓力，MPa0.60.1設(shè)計(jì)溫度,°C55焊接系數(shù)0.95腐蝕余量,mm2容積,m357.47筒體直徑,mm3000封頭高度,mm750直邊高度,mm40筒體高度,m7.6釜壁厚度,mm125.1.2攪拌器的確定攪拌器形式采用槳式攪拌器，依據(jù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)見熱量衡算部分。依據(jù)《聚合物合成工藝設(shè)計(jì)》表6-4攪拌槳葉的結(jié)構(gòu)型式及設(shè)計(jì)參數(shù)，取Z=2,d/D=1/4?1/2取1/3, b/d=1/10~1/4取1/5,C/D=0.5?0.75取0.6。槳的直徑：d=-x3000=1000mm3

槳葉的寬度：b=5x1000=200mm攪拌葉距釜底的距離：C=0.6x3000=1800mm本設(shè)計(jì)中槳葉的層數(shù)為3層，那么每層槳葉間的距離為：7.6+（0.04+0.75）x2-1.8x2-0.2x3仁“ =2.49m2設(shè)計(jì)中槳葉的轉(zhuǎn)速為：100r/min其中D—釜體直徑，mm；d—攪拌槳葉直徑，mm;b一攪拌槳葉寬度，mm;Z一攪拌槳葉的葉數(shù)；C—攪拌葉距釜底距離，mm;攪拌器軸徑確定攪拌軸的材料常用45鋼，本設(shè)計(jì)中的攪拌軸也是這個(gè)材料。1.攪拌軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件：cmax=M<[t] （5—3）P式中tmax一軸橫截面上的最大剪應(yīng)力，MPa;M；一軸所傳遞的扭矩，N?mm；W一軸的抗扭截面模量，mm3；TOC\o"1-5"\h\z[t]一降低后的材料的許用應(yīng)力，45鋼取30?40MPa,MPa；P , 、\o"CurrentDocument"Mt=9.55x106- （5—4）對(duì)于實(shí)心軸Wp=m63 （5—5）P得，d>3653 3n[T]式中：d—攪拌軸直徑，mm;P一攪拌軸傳遞的功率，KW；n—攪拌軸的轉(zhuǎn)速，r/min；50d>3653 =84.7mm3100x402.攪拌軸的剛度計(jì)算從而在運(yùn)轉(zhuǎn)中引起震動(dòng)，影響正常工作，應(yīng)工程上以單位長度的扭轉(zhuǎn)角。從而在運(yùn)轉(zhuǎn)中引起震動(dòng)，影響正常工作，應(yīng)工程上以單位長度的扭轉(zhuǎn)角。不得超過許用扭轉(zhuǎn)角b］作為的剛度條件，即6=竺x103x甄弗］ (5-6)GJ? 兀式中：6—軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角，。/m；G—攪拌軸材料的剪切彈性模量，MPa,對(duì)于碳鋼及合金鋼為8.1x104MPa;Jp—軸截面的極慣性距，mm4,對(duì)于實(shí)心軸J土6］—許用扭轉(zhuǎn)角，。/m，對(duì)于一般傳動(dòng)，如攪拌軸，取0.5。/m?1.0。/m。P由上式可導(dǎo)出實(shí)心軸的直徑d>1537、：g~^: 50d>15374 =76.6mm48.1x104x100x1則d取84.7mm,圓整取d=86mm表5—2攪拌器各主要項(xiàng)目參數(shù)攪拌項(xiàng)目參數(shù)攪拌葉葉數(shù)2槳葉直徑，mm1000槳葉寬度，mm200槳葉間的距離，mm2490槳葉層數(shù)3槳葉距釜底距離，mm1800攪拌轉(zhuǎn)速，r/min100攪拌軸徑，mm865.1.3內(nèi)置冷卻管的計(jì)算此過程為冷卻過程，故熱負(fù)荷應(yīng)取熱流體的放熱量。又因?yàn)閷?duì)該工程而言，熱損失越大越有利于冷卻，所以在確定冷卻液氨用量時(shí)可不考慮熱損失。Q1=EG-C-At(KJ)Q1=(19244.84x4.191+2402.75x1.636+6178.51x1.597)x(15-5)=9.47x105KJ由前面計(jì)算，得需要液氨的量為6657.45kg/h平均溫度差的計(jì)算：A七里^=(15-5世-"=10。Cln—ln At 9計(jì)算R和PR=二二L=1.11

七-t2 5-(-4)P==5-(-4)=0.47

T-" 15-(-4)由R和P查化工原理上冊(cè)圖4-9，中攵=0.81At=9At'=0.81x10=8.1。C本設(shè)計(jì)中冷卻管的材料為①25mmx2mm無縫鋼管（X=46.5W/（m2?。C）），傳熱壁內(nèi)側(cè)液氨流體的傳熱膜系數(shù)為ai=10000W/（m2?。C），傳熱壁外側(cè)原料流體的傳熱膜系數(shù)為a0=400W/（m2?。C）。K=一1——-= ———-1 378.4W/(m2?。C)18 1 1 0.002 1 * /一+=+頂400+46.5+10000ia人0傳熱面積的計(jì)算：cQS=KAtm管子根數(shù)的確定:MX105X103=85.82m2378.4x8.1x360085.82S

n= = =102.74根兀d0L3.14x25x10-3x7.6圓整為110根反應(yīng)釜內(nèi)共設(shè)10組，每組11根換熱管。這11個(gè)管子倆頭與倆個(gè)封頭似的管箱焊接，管箱與管子采用焊接連接。5.1.4開口直徑的確定1.釜底、釜頂進(jìn)出料管直徑確定根據(jù)5-1式進(jìn)行計(jì)算，由物料衡算知V=34.50m3..?h；參照《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版P3-38表15-17，并綜合考慮系統(tǒng)粘度情況，取u=0.2ms。則：, : 4x34.50 —d=., =0.247mi\3600x3.14x0.2圓整取250mm，材質(zhì)1Cr18Ni9Ti。氨氣進(jìn)出口直徑取100mm，材質(zhì)1Cr18Ni9Ti。人孔、視鏡、溫度計(jì)口等直徑的確定參照有關(guān)資料分別確定為：人孔：350X500mm視鏡：150mm溫度計(jì)口：125mm表5—3各開口直徑一覽表名稱直徑大小進(jìn)料口，mm250出料口，mm250人孔，mm500視鏡，mm150進(jìn)氣口，mm100出氣口，mm100溫度計(jì)口，mm1255.1.5終止釜的設(shè)計(jì)按停留時(shí)間1小時(shí)考慮，選用與聚合釜相同結(jié)構(gòu)、相同尺寸的釜1臺(tái)。5.2貯罐確定（1）原料用罐丁二烯原料貯罐(5—7)W]=w-T(5—7)其中W,一貯罐中物料的質(zhì)量，kg;W一物料流量，kg/h；t一停留時(shí)間，取一個(gè)班次的時(shí)間8h,h;貯罐體積計(jì)算：=111.69m3W_WT_7370.36x8p甲p甲621.1x0.85=111.69m3其中匕一貯罐中物料的體積，m3中一裝料系數(shù)，0.75?0.85；P一物料的密度，kg/m3選63000X6100X16；封頭厚度為18mm,V=63.0m3臥式橢圓型封頭貯罐2個(gè)苯乙烯原料貯罐選62400X6200X12；封頭厚度為14mm,V=32.03m3臥式橢圓型封頭貯罐1個(gè)乳化劑貯罐選62800X1785X4000；壁厚8mm,V=20.0m3，平頂平底貯罐1個(gè)?；罨瘎┵A罐選6800X825X1600；壁厚5mm,V=0.8m3，平頂平底貯罐1個(gè)。調(diào)節(jié)劑貯罐選6500X525X700；壁厚5mm,V=0.14m3，平頂平底貯罐1個(gè)。電解質(zhì)貯罐選61600X1640X2200；壁厚6mm,V=4m3，平頂平底貯罐1個(gè)。氧化劑貯罐選6500X525X700；壁厚5mm,V=0.14m3，平頂平底貯罐1個(gè)。終止劑貯罐選62000X2050X2600；壁厚8mm,V=7.2m3，平頂平底貯罐1個(gè)。水貯罐選66550mm；h7250mm,V=200.0m3，立式圓筒固定頂貯罐1個(gè)。反應(yīng)過程中用罐丁二烯分離罐選61600X5600X8；總長度為6466mm,V=12.0m3臥式橢圓型封頭貯罐1個(gè)。緩沖罐選62200X3400X8；總高度為5500mm,V=16.0m3立式橢圓型封頭貯罐1個(gè)。閃蒸器選61800X5600X6；總長度為6600mm。苯乙烯貯罐選61800X5600X6；總長度為6600mm,V=16.0m3，臥式橢圓型封頭貯罐1個(gè)。丁苯橡膠貯罐2800X9400X8；總長度為10904mm,V=63.0m3，臥式橢圓型封頭貯罐1個(gè)。表5—4各貯罐一覽表名稱類型直徑筒體長總長容積個(gè)數(shù)丁二烯原料貯罐臥式橢圓型封頭貯罐300061008000632苯乙烯原料貯罐臥式橢圓型封頭貯罐24006200750432.031乳化劑貯罐平頂平底貯罐280040004000201活化劑貯槽平頂平底貯罐800160016000.81

續(xù)表5—4各貯罐一覽表名稱類型直徑筒體長總長容積個(gè)數(shù)調(diào)節(jié)劑平頂平底貯罐5007007000.141電解質(zhì)貯槽平頂平底貯罐16002200220041氧化劑貯槽平頂平底貯罐5007007000.141終止劑貯槽平頂平底貯罐2000260026007.21去離子水貯槽立式圓筒固定頂貯罐6550725072502001丁二烯分離罐臥式橢圓型封頭160056006466121緩沖罐立式圓筒固定頂220034005500161閃蒸器臥式橢圓型封頭180056006600161分離后苯乙烯貯槽臥式橢圓型封頭貯罐180056006600161丁苯橡膠貯槽臥式橢圓型封頭貯罐28009400109046315.3汽提塔塔形：穿流式無溢流管的篩板塔（1）塔尺寸及塔特性參數(shù)塔徑：2750mm塔高：11505mm塔板數(shù)：12塊板間距:800mm（采用大間距便于清理）孔間距：50mm（篩孔呈三角形排列）人孔：每層設(shè)一人孔塔板開孔率：5%操作工藝條件塔頂溫度：50°C塔底溫度：60C塔底壓力范圍：13.3—20kpa漿料流量：21m3/h6廠址選擇及車間布置車間布置是設(shè)計(jì)工作中很重要的一環(huán)，車間布置的好壞直接關(guān)系到車間建成后是否符合工藝要求，能否有良好的操作條件，使生產(chǎn)正常安全地進(jìn)行，設(shè)備的維修檢修方便可行，以及對(duì)建設(shè)投資、經(jīng)濟(jì)效益等都有著極大的影響。所以在進(jìn)行車間布置時(shí)必須充分掌握有關(guān)生產(chǎn)、安全、衛(wèi)生等資料，在布置時(shí)做到深思熟慮，仔細(xì)推敲，以取得一個(gè)最佳方案。車間布置設(shè)計(jì)是以工藝為主導(dǎo)，并在其他專業(yè)、流程圖、土建、自控、設(shè)備、安裝、電力、冷凍、暖風(fēng)、外管等密切配合之下完成的。因此，在進(jìn)行車間布置設(shè)計(jì)時(shí)，要集中各方面的意見，最后由工藝人員匯總完成。車間有大有小，但基本上由生產(chǎn)、輔助、生活設(shè)施三部分組成。精細(xì)化工及一般中小型化工生產(chǎn)布置在一棟廠房內(nèi)，就是一個(gè)車間布置。6.1廠址選擇的依據(jù)及原則生產(chǎn)能力：本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)聚氯乙烯5萬噸。交通運(yùn)輸：該廠屬于聚氯乙烯生產(chǎn)的大型企業(yè)，需要有便利的交通運(yùn)輸條件，因而選擇水陸運(yùn)輸比較方便的地方建廠，且原料供應(yīng)充足。地形地貌：地勢(shì)較平緩、地帶平闊的丘陵地，保證建廠的土石運(yùn)用量不大。廠區(qū)的面積、形式和其他流程合乎需要，廠區(qū)要留有發(fā)展的余地。氣候條件：主導(dǎo)風(fēng)向要求較穩(wěn)定，場(chǎng)地應(yīng)選擇在城鎮(zhèn)常年空氣下風(fēng)側(cè)，河流下游，盡量遠(yuǎn)離居民區(qū)。水文地質(zhì)：裝置需水量大，故廠址應(yīng)靠近水源充足和水質(zhì)良好的地域，以滿足裝置生產(chǎn)和生活用水及排水，靠近河流但避開洪水地段。能源：保證電網(wǎng)供電充足，燃料油供應(yīng)方便充足。6.2車間布置要考慮的問題（1） 最大限度地滿足工藝生產(chǎn)包括維修的要求。（2） 有效地利用車間建筑面積（包括空間）和土地（設(shè)備能露天布置的盡量露天布置，建筑物能合并的盡量合并）。（3） 要為車間的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，先進(jìn)合理以及節(jié)能等要求創(chuàng)造條件。（4） 了解其他專業(yè)對(duì)本車間布置的要求。（5） 要考慮車間的發(fā)展和廠房的擴(kuò)建。（6） 車間所采用的勞動(dòng)保護(hù)、防腐蝕措施是否符合要求。（7） 力求車間各設(shè)備之間輸送管線最短，聯(lián)系最方便。6.3廠房布置（1） 廠房平面布置（2） 為便于車間內(nèi)設(shè)備布置和節(jié)約占地面積，廠房輪廓選定為矩形。（3） 柱網(wǎng)間距根據(jù)各設(shè)備的大小，設(shè)定為6-6型。（4） 廠房長度設(shè)定為54m。（5） 廠房寬度設(shè)定為36m。（6） 廠房高度設(shè)定為8m。（7） 廠房設(shè)定為一層。6.4設(shè)備布置的安全距離在設(shè)備安裝中，設(shè)備間應(yīng)留有余地，以便操作和維修。查《化工設(shè)計(jì)》，表19表6—1設(shè)備的安全距離序號(hào)項(xiàng)目凈安全距離/m序凈安全距離/m號(hào)項(xiàng)目1泵與泵間的距離0.79反應(yīng)釜與墻間距0.72泉離墻的距離1.210反應(yīng)罐蓋上傳動(dòng)裝置離天花板距離0.83泵列間的距離2.011反應(yīng)罐底部與人行通道距離1.8?2.04計(jì)量槽間的距離0.4?0.612反應(yīng)罐卸料口至離心機(jī)的距離1.0?2.55換熱器間的距離1.013通廊、操作臺(tái)通行部分的最小凈空高度2.0?2.56離心機(jī)周圍通道1.514不常通行的地方的最小凈空高度1.97過濾機(jī)周圍通道1.0?1.815操作臺(tái)梯子的斜度45°?60°8反應(yīng)釜間距1.0?2.016工藝設(shè)備與道路間距1.06.5車間內(nèi)輔助室和生活室布置（1） 生活規(guī)模較小的車間，多數(shù)是將輔助室、生活室集中布置在車間的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。（2） 考慮到通風(fēng)和采光效果，一般將生產(chǎn)區(qū)集中放在北面，輔助室、生活室放在南面。（3） 輔助室、生活室應(yīng)盡量接近安全通道。（4） 輔助室、生活室和生產(chǎn)區(qū)間應(yīng)考慮用防火防爆墻隔離。（5） 輔助室、生活室的門都應(yīng)朝外開，以便人員的撤離。7安全防火設(shè)計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)的整個(gè)過程中，都要涉及到安全問題。安全工程同時(shí)也是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。不論是哪一種生產(chǎn)行業(yè)，從科學(xué)研究開始，經(jīng)過小型試驗(yàn)，中間試驗(yàn)和擴(kuò)大試驗(yàn)，再經(jīng)過設(shè)計(jì)，建設(shè)和壓力測(cè)試，無時(shí)無刻不涉及到安全問題。安全設(shè)計(jì)是完成設(shè)計(jì)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。安全問題要由每個(gè)設(shè)計(jì)人員具體考慮。在設(shè)計(jì)工作中安排所需的安全措施，同時(shí)還要由專業(yè)安全設(shè)計(jì)人員進(jìn)行集中管理，通盤考慮方能達(dá)到總體安全的目的。提高化工行業(yè)的安全性主要從兩方面著手：在硬件方面，提高設(shè)備的可靠性；在軟件方面，加強(qiáng)現(xiàn)代化的安全管理。對(duì)于小型化工企業(yè)，應(yīng)加速技術(shù)改造，在設(shè)備操作上加強(qiáng)密閉化，機(jī)械化和集中控制，增強(qiáng)防護(hù)措施，使操作人員脫離不良的勞動(dòng)環(huán)境。實(shí)踐證明，只有通過有效的管理才能對(duì)危險(xiǎn)性進(jìn)行有效的控制。近年來，隨著化學(xué)工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，安全管理方式也有很大的發(fā)展，其中最主要的是引入系統(tǒng)工程的方法，解決危險(xiǎn)性的辨識(shí)和評(píng)價(jià)問題。從生產(chǎn)的角度看，工業(yè)安全有兩個(gè)側(cè)面。一個(gè)是以防火、防爆為主要的安全措施；另一個(gè)側(cè)面是防止污染擴(kuò)散形成的暴露源對(duì)人身造成的健康危害?；馂?zāi)和爆炸是化工行業(yè)最大的威脅，但是由于化工行業(yè)人員吸取過去的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和在安全方面所做的不懈努力，在生產(chǎn)中的不安全因素正在逐漸克服。有害和有毒物質(zhì)對(duì)于人身健康的危害有時(shí)雖然是急性的，但大多數(shù)是屬于慢性的。急性健康危害容易引起人們的重視，慢性健康危害卻常常被人們忽視。7.1綜合安全防護(hù)7.1.1防火防爆（1） 根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（GBJ16-87）建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范，本廠屬于甲級(jí)防火防爆單位，各工序崗位的管理均應(yīng)符合規(guī)范要求。（2） 在廠范圍內(nèi)，30米以內(nèi)嚴(yán)禁煙火，嚴(yán)禁攜帶易燃、易爆品和穿釘鞋進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)域，生產(chǎn)所用的易燃品（棉紗、油類等）應(yīng)放在指定地點(diǎn)，并妥善保管。（3） 盛裝和輸送易燃易爆物料的設(shè)備，管道應(yīng)該嚴(yán)密無泄露，發(fā)現(xiàn)泄露應(yīng)及時(shí)檢修，若開車無法檢修，又嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)，應(yīng)立即停車檢修。（4） 所有盛裝易燃易爆物料的設(shè)備和運(yùn)輸管道，均應(yīng)有良好的靜電接地裝置，接地總電阻不得大于4歐姆，廠房和裝置的避雷裝置應(yīng)保持良好，不得損壞，每年要檢測(cè)校驗(yàn)一次，接地線的測(cè)試由動(dòng)力廠負(fù)責(zé)，檢測(cè)記錄應(yīng)報(bào)生產(chǎn)單位和生產(chǎn)機(jī)動(dòng)部、安環(huán)質(zhì)檢部各一份，以備待查。（5） 所有的電動(dòng)機(jī)和電器設(shè)備均應(yīng)有良好的接地裝置，機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備應(yīng)有完整的安全防護(hù)罩。（6） 當(dāng)班工人，不得任意脫離工作崗位，傳動(dòng)設(shè)備合閘前，要按操作法規(guī)定，嚴(yán)格細(xì)致檢查，注意設(shè)備內(nèi)外是否有人工作。（7） 下釜、下槽和進(jìn)入其他設(shè)備容器工作應(yīng)做到：切斷電源，拿下保險(xiǎn)，并掛上嚴(yán)禁合閘的警示牌。物料管道等斷開并堵盲板，切斷物料等。容器內(nèi)用N2或水置換，進(jìn)行取樣分析，易燃易爆或有毒物質(zhì)含量小于規(guī)定范圍，含氧量在18?21%，并保持良好通風(fēng)，方可進(jìn)行操作。如需動(dòng)火處理，應(yīng)按規(guī)定辦理動(dòng)火手續(xù)。進(jìn)缸工作，應(yīng)戴好安全帶和安全帽等防護(hù)用具，并按規(guī)定辦好票證。外面應(yīng)留一人監(jiān)護(hù)，監(jiān)護(hù)人應(yīng)高度負(fù)責(zé)，不得隨意離開崗位。（8） 登高作業(yè)2米以上，應(yīng)帶好安全帶和安全帽，并攜帶好材料、工具、切勿落下傷人。（9） 安全閥、防爆膜、壓力表要經(jīng)常保持靈活好用，均應(yīng)按照受壓容器管理規(guī)范要求，按期進(jìn)行核驗(yàn)，并作好記錄，打好鉛封，記錄上應(yīng)有檢驗(yàn)人簽字存檔備查，如遇特殊情況，例如安全閥誤操作跳開，低改高型號(hào)樹脂生產(chǎn)，要隨時(shí)調(diào)校安全閥。（10） 砂封、阻火器等安全裝置每半年清理檢查一次。（11） 系統(tǒng)設(shè)備管道停車檢修，必須將物料處理干凈，排N2置換。經(jīng)分析化驗(yàn)合格，辦理動(dòng)火證后，方可動(dòng)火檢查。（12） 系統(tǒng)設(shè)備，管道開車，應(yīng)用N2置換，分析含氧在3%以下，方可進(jìn)行開車。（13） 盛裝和輸送丁二烯的管道，設(shè)備嚴(yán)禁用鐵器敲打，以免發(fā)生火花。（14） 盛裝和輸送丁二烯的設(shè)備及其附件、管道和管件、閥門等，不得采用銅、銀、汞等金屬材質(zhì)，防止產(chǎn)生爆炸物，如需采用銅材，其含量不得超過70%，如需采用汞做壓力計(jì)時(shí)，要加甘油等做隔離液。（15） 原料庫應(yīng)保持干燥、通風(fēng)良好，排塵裝置完善，盛裝固體原料的吊斗和加料貯斗等的襯里應(yīng)完整。發(fā)生器加料前，貯斗應(yīng)按照操作法排N「?2分鐘。（16） 苯乙烯單體貯槽、計(jì)量槽的苯乙烯填充系數(shù)不大于?85%。（17） 凡來廠的新工人或外來實(shí)習(xí)培訓(xùn)人員在進(jìn)崗前必須進(jìn)行三級(jí)安全教育并經(jīng)考試合格，方能進(jìn)崗工作。（18） 凡本廠職工及外來實(shí)習(xí)參觀人員都必須嚴(yán)格執(zhí)行。（19） 凡廠馬路及消防通道上，不得堆放任何妨礙交通的物質(zhì)，確保馬路及消防通道暢通無阻。7.2防毒生產(chǎn)中所用的反應(yīng)物品大多對(duì)人身有健康危害，化學(xué)物品經(jīng)吸入、食入、經(jīng)皮吸收等途徑向人體侵入。防護(hù)措施：（1） 皮膚防護(hù)嚴(yán)禁直接接觸劇毒物品。在生產(chǎn)崗位工作的職工根據(jù)有毒物的性質(zhì)穿戴工作帽、工作服、防護(hù)面具、防護(hù)鏡、手套、工作鞋、口罩等勞動(dòng)保護(hù)用品以及在外露的皮膚上涂抹皮膚防護(hù)劑。（2） 呼吸防護(hù)進(jìn)入有毒物料的設(shè)備內(nèi)作業(yè)或有毒物質(zhì)濃度超標(biāo)區(qū)域，應(yīng)戴防毒面具及防護(hù)用品。呼吸防護(hù)面具包括防毒面具、氧氣呼吸器等。（3） 個(gè)人衛(wèi)生保健不準(zhǔn)在被污染的環(huán)境中存放食品及就餐、飲水。飯前應(yīng)洗手、漱口。正確穿戴防護(hù)用品，下班后應(yīng)洗澡。工作服不應(yīng)與非工作服混放。增加保健食品，增加營養(yǎng)，增強(qiáng)體質(zhì)、增強(qiáng)身體抗毒害能力。定期檢查身體健康情況。應(yīng)備有一定數(shù)量的應(yīng)急解毒藥品。中毒后應(yīng)采取急救措施，有以下四個(gè)要領(lǐng)：（1） 安全進(jìn)入毒物污染區(qū)（2） 迅速搶救生命（3） 徹底清除毒物污染，防止繼續(xù)吸收（4） 送醫(yī)院治療7.3安全防護(hù)：（1） 丁二烯儲(chǔ)罐、聚合倆個(gè)工序?qū)儆诩准?jí)防爆單位；（2） 為了防止丁二烯等氣體、液體在設(shè)備管道中高速流動(dòng)摩擦產(chǎn)生靜電積蓄而起火爆炸的可能，一般液體的流速不超過4?5m/s，氣體流速不超過10?15m/s，同時(shí)所有設(shè)備管道應(yīng)設(shè)有消除靜電裝置，以使靜電較快地導(dǎo)至地下。由于各工序都有可燃性氣體向空氣中排放，故在房頂均應(yīng)設(shè)置防雷裝置，各易燃?xì)怏w放空管應(yīng)裝阻火器，以防雷擊起火倒抽入設(shè)備內(nèi)。（3） 加強(qiáng)崗位操作的安全責(zé)任感，生產(chǎn)實(shí)踐證明，操作不當(dāng)，巡回檢查不及時(shí)或誤操作均會(huì)造成重大事故。（4） 發(fā)生火警時(shí)，首先應(yīng)力求鎮(zhèn)靜，看清火源及著火相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)，采用不同的滅火材料，并立即報(bào)告有關(guān)