1、黃石理工學院年產5萬噸丁苯橡膠的生產工藝設計專業：化學工程與工藝專業 姓名： 指導老師： （黃石理工學院，黃石：435003） 摘 要：本設計為年產5萬噸丁苯橡膠工藝設計，整個設計文件由設計說明書和設計圖紙兩部分組成。在設計說明書中，簡單介紹了丁苯橡膠的生產現狀、發展趨勢、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聚合生產方法，并進行了比較，最后確定以低溫乳液聚合法作為聚合的工藝生產方法。在設計過程中，根據設計任務書的要求，進行了較為詳細的物料衡算和能量衡算，對設備進行了工藝計算和選型，同時對聚丁苯橡膠生產過程中的安全注意事項及“三廢”治理作了相關說明，對整個裝置進行了簡單的技術經濟

2、評價。繪制了相應的設計圖紙，設計圖紙包括工藝流程圖、主要設備圖的裝配圖。關鍵詞：聚丁苯橡膠；低溫乳液聚合工藝；干燥; 單體；生產工藝；with an annual output of 50,000 tons of sbr polymer drying process of preliminary design specialty: huangshi institute of technology name:zhang jun director :xia xiangyou (, haungshi 411201) abstract: the design for an annual output

3、of 50,000 tons of sbr process design, the design documents from design specification and design drawings composed of two parts. in the design of brochures, a brief introduction of the sbr production status, trends, performance and the main purpose of the current sbr ， also introduced the two common

4、industrial polymer production methods， and a comparison, final determined to low-temperature emulsion polymerization as a polymerization technology production methods. in the design process, in accordance with the requirements of the mission design, a more detailed material balance and energy balanc

5、e, the equipment was calculated and the selection process, while the production of sbr in the process of attention to safety issues and three wastes governance made note of the entire device to a simple technical and economic evaluation. drawing the corresponding design drawings, design drawings, in

6、cluding process maps, plans of major equipment assembly, equipment layout plans.keyword: polyvinyl chloride ; suspension polymerization; dryness ; monomer; productive technology前 言丁苯橡膠（sbr）是由丁二烯和苯乙烯經過乳液或溶液聚合制得的共聚物，丁苯橡膠再配以增塑劑、穩定劑、高分子改性劑、填料、偶聯劑和加工助劑，經過提煉、塑化、成型加工成各種材料。在現代工業生產和人類生活中起著舉足輕重的作用，因此sbr的生產和技術

7、的改進越來越受到現代人的關注！當前，sbr生產面臨著嚴重的挑戰。比如：生態環境的保護，潛在替代品的市場競爭，資源的進一步優化配置，能量的合理充分利用，生產過程的優化和高效率化，生產和使用效率的提高，應用技術和市場開拓等，都在不同程度上影響著sbr的進一步發展，在上述問題上仍有大量工作要做，對生態環境安全的配套助劑，環境保護技術（包括sbr廢棄物的回收，再利用和處理）等方面，更需要花大力氣加以研究。本設計是以丁二烯和苯乙烯單體為原料，對年產能力為5萬噸的sbr生產工藝的初步設計，收集有關的化工設計資料作參考，按畢業設計大綱和設計任務書的要求進行設計。本設計的內容是在簡要介紹丁苯橡膠發展狀況及其性

8、質，用途，工藝方法選擇的基礎上，重點介紹了采用低溫乳液聚合法生產sbr及其干燥的工藝過程，產量為年產1萬噸。設計的主要內容有：1.產品及原材料說明；2.生產方案的比較與選擇；3.物料衡算與熱量衡算；4.主要設備的計算與選型；5.附屬設備的設計及選型；6. 整個的生產工藝流程；7.安全防火設計；8環境保護；9.經濟效益分析。設計圖紙包括1張物料流程圖；1張聚合釜設備圖。 本設計旨在理論學習的基礎上，結合生產實踐，熟悉工藝流程、生產方案的選擇、設備的選型等，掌握工藝設計中的物料衡算、能量衡算、設備的計算、選型，對參考文獻的查閱與學習等的方法。由于設計者的理論知識有限，設計經驗的缺乏，在設計的過程中

9、難免會有一些不足和錯誤之處，敬請各位老師指評指正。 設計者： 2011年6月1日1 緒論1.1丁苯橡膠的發展史 1912年，得過bayer公司發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20年代，該國為改進乳聚丁二烯的性能，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-s。德國ig farben公司于1933年發表了buna-s的第一篇專利，而且于1935年在schkopau開始建設世界上第一個乳聚丁苯橡膠生產裝置，與1937年建成投產。1943年，得過buna-s的產量112kt。乳聚丁苯橡膠的生產始于德國，而取得迅速發展則是在美國。20世紀30年代，美國因獲

10、得價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。直到第二次世界大戰爆發，一是作為戰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rubber reserve公司統籌下，迅速開展了乳聚丁苯橡膠的生產，建立了5個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是和第二次世界大戰后相繼投入生產。開始階段，主要利用德國的buna-s技術進行生產，以后改進了聚合配方，開發了稱為gr-s乳聚丁苯橡膠的新技術。1942年，美國乳聚丁苯橡膠的生產能力為37kt，1943年增長到182.3kt，

11、到1944年已達673kt。第二次世界大戰結束前，德國和美國都是采用熱法（50）乳液聚合工藝生產丁苯橡膠。第二次世界大戰后，由于氧化還原引發體系聚合配方的出現，美國首先采用冷法（5）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特的性能和一定的應用領域，所以至今仍有少量生產。1948年，前蘇聯在沃龍尼什建立了乳聚丁苯橡膠生產裝置，采用熱法間歇聚合生產丁苯橡膠，后來又開發了冷法連續聚合的生產技術。其他國家的乳聚丁苯橡膠則發展較晚，包括西歐國家和日本，都是在20世紀50年代以后才實現工業生產的，而且多數是引進美國的

12、生產技術。其中日本發展速度很快，自1996年投產后，到1997年乳聚丁苯橡膠產量已躍居世界第二位，并先后把技術出售給韓國、伊朗和中國。從過硫酸鹽引發系統的熱法聚合轉向氧化還原引發體系得冷法聚合，是生產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，單體轉化率已從60%提高至70%，甚至更高。為加速聚合反應，減少冷劑消耗，聚合溫度也有所提高。聚合設備趨向大型化，連續聚合已使用3045m3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。聚合工藝自動化水平的提高，改善了產品質量。充油母煉膠、充炭黑母煉膠、充油充炭黑母煉膠的出現也使乳聚丁苯橡膠品種大大

13、增加。1.2中國發展史中國乳聚丁苯橡膠的生產始于1960年從前蘇聯引進技術在蘭州投產的第一套生產裝置（生產能力13.5kt）。該裝置以前聯邦德國farben公司技術為基礎，采用拉開粉為乳化劑，對苯二酚-亞硫酸鈉為引發體系的熱法聚合工藝生產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劑，鐵鹽-乙二胺四乙酸鈉-甲醛次硫酸鈉為還原系統。蘭州石化公司合成橡膠廠采用此項技術完成了由熱法乳液聚合到冷法乳液聚合的轉變。此后又經過一系列的技術改造，使生產能力達到50kt/a，并且

14、既可以生產普通乳聚丁苯橡膠，又可生產充油乳聚丁苯橡膠。該公司石油化工研究所自行開發的經（102）h聚合使單體轉化率達（702）%的技術也已投入工業應用。蘭州石化公司還計劃將乳聚丁苯橡膠生產能力擴大至160kt/a。為滿足中國對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。經過幾年的改造，兩公司的生產能力已達到130kt/a。1998年，中國臺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，經改造，到2005年末，產能已達到170kt/a。中國臺

15、灣于20世紀80年代后期引進國外技術開始生產乳聚丁苯橡膠，至21世紀初其生產能力已達100kt/a。1.3 sbr生產技術概況sbr的生產技術在20年代后期逐漸成熟，此后對工藝又進行了不斷的改進，并朝著裝置大型化方向發展，自動化控制水平有了明顯的提高，并且己達到相當先進的水平。esbr在提高聚合反應的單體轉化率、節能降耗等方面取得了很大的進展，在解決esbr滾動阻力與抗濕滑性能矛盾問題，優化產品性能，適應市場需求等方面也得到了突破性進展。美國goodyear輪胎與橡膠公司不使用溶劑，用含有抗降解劑、金屬失活劑，光敏劑，增效劑，顏料，催化劑和/或促進劑的官能化苯乙烯與含有2%-3%離子表面活性劑

16、和平共處0%-70%增塑劑的丁二烯在0-25下進行乳液共聚，制得含有酰氨基的官能化esbr。日本zeon公司通過引入第三單體，開發出一種生熱低且耐磨、可填充sio2或炭黑、門尼粘度為10-200的esbr。日本jsr公司發明了一種用兩步法聚合工藝生產中苯乙烯含量的esbr新方法15。美國xerox公司通過將單體加入聚合釜，引發聚合，反應放熱后用惰性氣體凈化反應器，并將聚合溫度升到規定值的方法，制取了殘余單體含量低的esbr。日本三菱化成公司用自由基引發劑和常規乳液聚合助劑，用兩步聚合工藝制成了結合苯乙烯含量分布范圍寬、耐磨性和抗濕滑性比常規的esbr好的新型esbr。日本lion公司用二元酸雙

17、酯作esbr的軟化劑，以改善膠料的低溫抓著性。日本住友橡膠工業公司將接枝有硅烷偶聯劑的sbr膠乳與一種化合物（如四乙氧基硅烷）混合，通過溶膠凝膠化反應而制成一種高強度、高回彈率、低能耗的原位增強esbr。1.4 國內需求量和年均增長率我國丁苯橡膠的研究開發始于20 世紀50 年中期, 自2003 年我國對原產于俄羅斯、韓國和日本的丁苯橡膠進行反傾銷取得勝利以來, 國內有多套丁苯橡膠新建或擴建項目建成投產。截止到2006 年底, 我國丁苯橡膠的生產廠家有7 家, 總生產能力為65.5 萬t/a, 其中乳聚丁苯橡膠的生產廠家有中石化齊魯石油化工公司、中石油吉林石油化工公司、中石油蘭州石油化工公司以

18、及江蘇南通申華化工公司4家, 生產能力合計為49.5 萬t/a, 約占我國丁苯橡膠總生產能力的75.57%; 溶聚丁苯橡膠的生產廠家有中石化北京燕山石油化工公司、中石化茂名石油化工公司和中石化高橋石油化工公司3 家, 生產能力合計為16.0 萬t/a, 約占我國丁苯橡膠總生產能力的24.43%。其中江蘇南通申華化工公司是目前我國最大的丁苯橡膠生產廠家, 生產能力約占全國丁苯橡膠總生產能力的25.95%; 其次是中石油吉林石油化工公司, 生產能力約占總生產能力的21.37%; 再次是中石化齊魯石油化工公司, 生產能力約占總生產能力的19.85%。隨著生產能力的不斷增加, 我國丁苯橡膠的產量也不斷

19、增加。1999 年我國丁苯橡膠的產量只有29.32 萬t, 2001 年增加到34.87 萬t。2003 年由于國內市場的強勁需求和反傾銷的實施, 抑制了俄羅斯及日本、韓國等國家資源的進口, 全國丁苯橡膠的產量首次突破40 萬t, 達到40.79 萬t, 比2002 年增長15.6%。2005 年我國丁苯橡膠的產量進一步增加到51.42 萬t, 比2004 年增長約9.64%。2006 年我國丁苯橡膠的產量約為54.00 萬t, 同比增長約5.02% , 2001 - 2006 年產量的年均增長率約為9.14%。近年來我國丁苯橡膠產品品種牌號不斷增加,尤其是充油產品的產量不斷提高。目前中石化齊

20、魯石油化工公司、中石油蘭州石油化工公司、申華化工公司和中石化茂名石油化工公司的裝置都可以生產充油產品。中石化齊魯石油化工公司開發的充油丁苯橡膠是含苯乙烯40%、充高芳烴油37.5 份, 特別適合用作輪胎的胎面膠和三角膠, 其各項性能指標與國外產品基本一致。2 產品及原料說明2.1 產品的結構與性能2.1.1 名稱及其結構名稱：乳聚丁苯橡膠，簡稱esbr （styrene-butadiene rubber）分子式： 其中n為平均聚合度，一般為35010000 由于乳聚丁苯橡膠中丁二烯和苯乙烯兩種單體鏈節在共聚物大分子中呈無規分布，又由于丁二烯的加成反應約80%發生在1,4位置，約20%發生在1,

21、2位置，而在1,4位置上的鏈節又有順式和反式兩種區別，所以乳聚丁苯橡膠大分子內存在如下的微觀結構。 此外，亦有少量支化和交聯結構存在，冷法聚合的乳聚丁苯橡膠中丁二烯鏈的主要微觀結構單元70%為反式-1,4-結構。2.1.2丁苯橡膠的性能表 1 乳聚丁苯橡膠的基本性能參數性 能參 數密度，g/cm3比熱容, j/（kg.）線膨脹系數, 10-4-1tg以下tg以上折射率nd20電導率50hz106hz介電強度，kv/mm玻璃化溫度tg(dsc法)，平均分子量 mn0.910.96182019200.80.92.32.51.53452.6 2.65 (60)2.35 2.65 (60)2436-5

22、5(1126)1042.1.3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，這就使其應用范圍得以擴廣，獲得廣泛用途。幾乎所有統計資料顯示乳聚丁苯橡膠的60%以上是用來生產制造輪胎用，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結構中，用于生產輪胎及汽車制品用橡膠零部件對丁苯橡膠的需求量約占總消費量的54.0%，非汽

23、車用橡膠制品約占總消費量的12.5%，制鞋等其他方面約占總消費量的33.5%。2.2原料的結構與性能2.2.1 單體丁二烯 分子式 c4h6 結構式 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，易溶于有機溶劑；性質活潑，易發生自聚反應，因此在儲存、運輸過程中要加入阻聚劑。苯乙烯 分子式 c8h8 結構式 苯乙烯常溫常壓下為無色透明油狀液體，受熱、曝光、遇到過氧化物極易自聚、引發和聚合。苯乙烯蒸氣與空氣混合物的爆炸極限1.1%6.6%（體積），處理苯乙烯時應避免明火、摩擦和靜電。3 丁苯橡膠的生產方法3.1工藝方案選擇依據3.1.1 工藝流程方面 就以上四種聚合工藝而言

24、，本體法工藝流程簡單，裝置占地面積小，同時基本上無廢液排放，排氣可達到最低程度，環境污染少，而且產品質量好、純度高，特別使用透明包裝材料和電纜料。懸浮法是一種相對最成熟的工藝，在目前世界上聚氯乙烯生產中占有絕對的分額，且產品轉化率最高，產品品種最多，容易適應市場。乳液法是生產糊樹脂的方法，工藝復雜、成本較高且樹脂質量較差。而微懸浮法也是生產糊樹脂的方法，但僅用于特殊用途。3.1.2 反應速率 控制方對于本體聚合，當自由基聚合進行到一定轉化率后，體系黏度增大，自動加速效應顯著，散熱困難。大規模生產時，即使降低引發劑濃度以減慢速率，有時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

25、產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。3.1.3 經濟方面 從經濟角度分析，乳液聚合是最合理的聚合方法。乳聚丁苯橡膠由于開發、生產、加工、歷史悠久，其生產和加工工藝成熟，尤其以它良好的綜合性能，被世界各國廣泛生產和應用，其生產能力、產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經濟價值很高。3.1.4乳液聚合 浮液聚合法有許多優點，如以水為介質，價廉、不需要回收、安全、產物容易分離、生產成本低；能在較高聚合速度中獲得高分子量聚合物；可在反應溫度較低的情況下進行反應，反應熱也容易散出，聚合過程容易

26、控制；在轉變為膠乳的整個過程中，乳液粘度較低，設備強度和能耗也會降低。 通過以上的各種方案的對比，結合吉林化學工業公司實際生產中的狀況，本設計選用低溫乳聚制取丁苯橡膠。3.2 丁苯橡膠的工藝原理：3.2.1 聚合原理 乳聚丁苯橡膠的屬于乳液法鏈式自由基聚合機理。整個聚合過程分為鏈引發、鏈增長、鏈轉移和鏈終止四個步驟。3.2.2 鏈引發 這是形成單體自由基活性種的反應，首先由氧化還原引發體系在水相中產生初級自由基。第二步是初級自由基與單體加成，形成單體自由基。3.2.3 鏈增長 在鏈引發階段形成的單體自由基，活性很高，如無阻聚物質與之作用，就能進攻第二個單體分子的鍵，重新雜化結合，形成新的自由基

27、，如此循環下去。該反應過程放熱，鏈增長速率極快（0.01 ns間），其相關的速率方程為：式中 rp鏈增長速率，l/（） i引發劑濃度,mol/l f引發劑引發效率，%； kd引發劑分解速率常數； kp鏈增長速率常數； kt鏈終止速率常數。3.2.4 鏈終止 乳聚丁苯橡膠聚合過程的終止主要是雙基結合終止。此時的聚合體系中，除水相外，主要是表面層為乳化劑覆蓋的聚合膠乳粒子。3.3丁苯橡膠生產工藝流程簡述3.3.1原料準備過程用計量泵將規定數量的相對分子質量調節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入冷卻器，冷卻至10。

28、在與活化劑溶液（還原劑、螯合劑等）混合，從第一個釜的底部進入聚合系統，氧化劑直接從第一個釜的底部直接進入。3.3.2聚合聚合過程系統由812臺聚合釜組成，采用串聯操作方式。當聚合到規定轉化率后，在終止釜前加入終止劑終止反應。聚合反應的終點主要根據門尼粘度和單體轉化率來控制，轉化率是根據取樣測定固體含量來計算，門尼粘度由取樣測定來確定。雖然生產中轉化率控制在60%左右，但當所測定的門尼粘度達到規定指標要求，而轉化率未達到要求時，也就加終止齊終止反應，以確保產物門粘度尼合格3.3.3分離過程丁二烯分離從終止釜流出的終止后的膠乳液進入緩沖罐。然后經過兩個不同真空度的閃蒸器回收未反應的丁二烯。第一個閃

29、蒸器的操作條件是2228，壓力0.04mpa，在第一個閃蒸器中蒸出大部分丁二烯；再在第二個閃蒸器中（溫度27，壓力0.01mpa）蒸出殘存的丁二烯。回收的丁二烯經壓縮液化，再冷凝除去惰性氣體后循環使用。苯乙烯分離脫除丁二烯的乳膠進入苯乙烯汽提塔（高約10m，內有十余塊塔盤）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，苯乙烯與水蒸汽由塔頂出來，經冷凝后，水和苯乙烯分開，苯乙烯循環使用。塔底得到含膠20%左右的膠乳，苯乙烯含量0.1%。經減壓脫出苯乙烯的塔底膠乳進入混合槽，在此與規定數量的防老劑乳液進行混合，必要時加入充油乳液，經攪拌混合均勻后，送入后處理工段。

30、3.3.4后處理工段混合好的乳膠用泵送到絮凝槽中，加入24%26%食鹽水進行破乳而形成漿狀物，然后與濃度0.5%的稀硫酸混合后連續流入膠粒皂化槽，在劇烈攪拌下生成膠粒，操作溫度均為55左右。 從膠粒皂化槽出來的膠粒和清漿液經振動篩進行過濾分離后，濕膠粒進入洗滌槽用膠清液和清水洗滌，操作溫度為4060。洗滌后的膠粒再經真空旋轉過濾器脫除一部分水分，使膠粒含水低于20%，然后進入濕粉碎機粉碎成550mm的膠粒，用空氣輸送器送到干燥箱中進行干燥。 干燥箱為雙層履帶式，分為若干干燥室分別控制加熱溫度，最高為90，出口處為70。履帶為多孔的不銹鋼板制成，為防止膠粒粘結，可以在進料端噴淋硅油溶液，膠粒在上

31、層履帶的終端被刮刀刮下落入第二層履帶繼續通過干燥室干燥。干燥至含水0.1%。然后經稱量、壓塊、檢測金屬后包裝得成品丁苯橡膠。3.4 丁苯橡膠的生產工藝流程圖3-1 低溫乳液聚合丁苯橡膠的生產工藝流程簡圖4 工藝計算4.1計算依據1年產5萬噸丁苯橡膠計算，以300個工作日計，連續生產，每年工作7200小時生產方式：連續性生產4.2乳液聚合的典型配方丁苯橡膠的生產配方組分用量的重量分數單體丁二烯苯乙烯7030介質水210乳化劑歧化松香酸鈉擴散劑nf6.20.4引發體系二異丙苯過氧化氫edta硫酸亞鐵雕白粉0.30.0960.040.2調節劑叔十二烷基硫醇0.1電解質氯化鉀1.0終止劑二甲基二硫代氨

32、基甲酸鈉0.24.3 生產過程總物料衡算4.3.1 原料投入量，各單元操作都連續進行，采用倒推法根據收率或損失率計算出原料投料，然后按單元操作順序對各單元操作進行物料衡算：丁苯橡膠每小時產量為聚合物轉化率為60% 60%x=7582 x=12636.667(kg/h) 即每小時需要生產純反應物為12636.667/h4.3.2原料進口管道中各組分的流量丁二烯 苯乙烯 水 乳化劑 引發體系 4.3.3 產品及回收液出口管道中各組分的流量丁苯橡膠 丁二烯 苯乙烯 水相 4.4 反應釜的物料衡算和熱量衡算4.4.1 物料衡算由8臺聚合反應釜組成一條生產線，反應時間為812小時（取8小時），反應的轉化

33、率為60%。聚合釜的操作壓力為0.40.5mp,溫度t=5，ph=45，聚合帶有攪拌器，并用液氨作為冷凍介質。根據基本有機化工工廠裝備?知，對于一級反應，連續釜式反應器的反應轉化率與反應速度常數之間的關系如下：式中can 第n臺釜內反應物的濃度；mol/lca0 反應物初始濃度； mol/l第n臺釜內反應物轉化率；k 聚合反應表觀速度常數； 平均停留時間；minn連續槽式反應器的臺數；為了便于計算，按等溫等容處理，取總轉化率60%；8釜串聯；平均停留時間60 min；反應溫5。將上式進一步整理得表9-11 各釜純轉化率與累積轉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

34、()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第八釜純x()累積x()純x()累積x()純x()累積x()純x()累積x()6.8543.606.1049.705.4555.154.8560根據各釜純轉化率計算各釜的物料組成如表9-12。表9-12 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24796.6765.0924796.67 65.0924796.6765.0924796.67 65.09苯乙烯3558.359.343173.678.33

35、2830.087.432524.016.62丁二烯8302.8321.807405.2219.446603.5317.335889.3515.46聚合物1440.583.772722.877.143868.1510.154888.39712.83物第五釜第六釜第七釜第八釜料kg/hw(%)kg/hw(%)kg/hw(%)kg/hw(%)水相24796.6765.0924796.6765.0924796.6765.0924796.6765.09苯乙烯2250.665.912007.245.271789.754.701516.403.98丁二烯5251.513.784683.5612.294176

36、.0910.963538.269.29聚合物5799.5715.226610.9717.357335.9219.25758221.644.4.2 熱量衡算設定：qt系統內物料與外界交換熱量之和(傳入熱量為正，傳出熱量為負），kj；q1由于物料溫度變化，系統與外界交換的熱量（升溫為正，降溫為負），kj；q2由于物料發生化學變化，系統與外界的交換的熱量（吸熱為正，放熱為負），kj；根據熱量守恒定律，得 其中經查有關資料可知：名稱相對分子質量密度kg/m3比熱容kj/(kg)汽化熱kj/kg丁二烯54621.11.597苯乙烯104919.81.636水1810004.191液氨17631.7-16

37、63.25膠乳液mn101049501.97丁苯橡膠的聚合熱為：95.88kj/mol=9588kj/kg混合熱和攪拌熱的考慮由于溶質的量很少，混合熱可忽略不計；攪拌設備中的物料為低黏度流體，攪拌熱也可忽略不計。原料進入聚合釜放出的熱量以1小時的產量為基準，設進料溫度為10，反應溫度為恒溫5，則物料帶入聚合釜的熱量為： 聚合反應放出的熱量以1小時產量為基準，則聚合反應放出的熱量為 反應過程需要排出的熱量加液氨的量液氨進口溫度為5,出口溫度為5，冷凝劑只進行氣化，從而達到降溫的目的。根據式: 得 則 需要液氨的量為8357.13kg/h5 聚合釜的機械設計5.1 釜體的基礎設計溫度：釜內5，釜外

38、(夾套)5；設計壓力：釜內0.5mpa，釜外(夾套)0.526mpa；工藝要求容積：3045操作形式：滿釜連續操作；材質：1cr18ni9ti？根據年產量確定每小時進料量：w=13301.94kg/h 由于反應物和介質水的量很大，因此，一些添加的溶劑和反應過程的體積變化不加考慮。同時由于該反應是多釜串聯進行，在此主要是對第一個反應釜的計算。5.2反應器的體積計算 苯乙烯密度1=0.912103kg/m3丁二烯的密度2=0.6211103kg/m3 聚丁苯橡膠的密度3=0.95103kg/m3 水的密度m=1.00103kg/m3通過質量分數算得m=0.8715103kg/m3 m反應液混合密度

39、，kgm3vr=w/m=38098.43/0.8715103=43.7m3取聚合釜vt=44m35.3反應釜的筒體計算因反應為放熱反應，所以解決好傳熱問題非常重要。查聚合物合成設計基礎p78知，一般釜的高徑比在13之間，高徑比大有利于傳熱，但不利于攪拌。設計中綜合考慮取高徑比為2.4，高徑比。5.3 .1聚合釜筒體直徑確定設計中初選v封2，按下式估算聚合釜的筒體直徑：式中di 聚合釜直徑，m；v 聚合釜容積，；v封 聚合釜封頭容積，； 圓周率； 高徑比；園整取2.8m。5.3.2 橢圓形封頭的確定根據公稱直徑dn=2800mm，可查得封頭的曲面高度h=700mm，直邊高度h=40mm，容積va

40、=3.12m3，內表面積a=8.82m25.3.2 筒體高度確定由di2800mm查化工容器設計手冊得：v1米6.158；a1米8.8；當sn10mm時，g1米693 kg。根據公式得 取5.5 聚合釜壁厚的計算5.5.1 計算厚度：由公 式中：pc計算壓力取pc=1mpa；di=2800mm；=0.9；設計溫度為5查得1cr18ni9ti在5的t=205mpa取腐蝕余量c2=1.1mm，鋼板厚度負偏差c1=0.8mm，則 sn=s+c1+c2=7.6+0.8+1.1=9.5mm圓整后取sn=10mm。復驗sn6%=120.06=0.72 mm0.8mm，故不能取c1=0.8，取c1=0.7重

41、新計算：sn=s+c1+c2=9.58+0.7+1.1=11.38mm，圓整后取sn=12mm。復驗，sn6%=120.06=0.72 mm0.7mm，故最后取c1=0.7 mm。該聚合釜體可用12mm厚的16mnr鋼板制造。因為內壓要比外壓大，所以按強度計算內筒的壁厚一定能滿足外壓穩定的要求。因此，本設計中未做外壓的設計。 8 廠址選擇及車間布置11車間布置是設計工作中很重要的一環，車間布置的好壞直接關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，使生產正常安全地進行，設備的維修檢修方便可行，以及對建設投資、經濟效益等都有著極大的影響。所以在進行車間布置時必須充分掌握有關生產、安全、

42、衛生等資料，在布置時做到深思熟慮，仔細推敲，以取得一個最佳方案。車間布置設計是以工藝為主導，并在其他專業、流程圖、土建、自控、設備、安裝、電力、冷凍、暖風、外管等密切配合之下完成的。因此，在進行車間布置設計時，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、輔助、生活設施三部分組成。精細化工及一般中小型化工生產布置在一棟廠房內，就是一個車間布置。8.1 廠址選擇的依據及原則生產能力：本設計為年產聚氯乙烯5萬噸。交通運輸：該廠屬于聚氯乙烯生產的大型企業，需要有便利的交通運輸條件，因而選擇水陸運輸比較方便的地方建廠，且原料供應充足。地形地貌：地勢較平緩、地帶平闊的丘陵地，

43、保證建廠的土石運用量不大。廠區的面積、形式和其他流程合乎需要，廠區要留有發展的余地。氣候條件：主導風向要求較穩定，場地應選擇在城鎮常年空氣下風側，河流下游，盡量遠離居民區。水文地質：裝置需水量大，故廠址應靠近水源充足和水質良好的地域，以滿足裝置生產和生活用水及排水，靠近河流但避開洪水地段。能源：保證電網供電充足，燃料油供應方便充足。8.2 車間布置要考慮的問題（1） 最大限度地滿足工藝生產包括維修的要求。（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）要為車間的技術經濟指標，先進合理以及節能等要求創造條件。（4）了解其他專業對本車間

44、布置的要求。（5）要考慮車間的發展和廠房的擴建。（6）車間所采用的勞動保護、防腐蝕措施是否符合要求。（7）力求車間各設備之間輸送管線最短，聯系最方便。8.3 廠房布置（1）廠房平面布置（2）為便于車間內設備布置和節約占地面積，廠房輪廓選定為矩形。（3）柱網間距根據各設備的大小，設定為6-6型。（4）廠房長度設定為28 m。（5）廠房寬度設定為12 m。（6）廠房高度設定為 8 m。（7）廠房設定為一層。8.4設備布置的安全距離在設備安裝中，設備間應留有余地，以便操作和維修。查化工設計，表19表26 設備的安全距離序號項目凈安全距離/m序號項目凈安全距離/m1泵與泵間的距離0.79反應釜與墻間距

45、0.72泵離墻的距離1.210反應罐蓋上傳動裝置離天花板距離0.83泵列間的距離2.011反應罐底部與人行通道距離1.82.04計量槽間的距離0.40.612反應罐卸料口至離心機的距離1.02.55換熱器間的距離1.013通廊、操作臺通行部分的最小凈空高度2.02.56離心機周圍通道1.514不常通行的地方的最小凈空高度1.97過濾機周圍通道1.01.815操作臺梯子的斜度45608反應釜間距1.02.016工藝設備與道路間距1.08.5 車間內輔助室和生活室布置 （1）生活規模較小的車間，多數是將輔助室、生活室集中布置在車間的一個區域內。（2）考慮到通風和采光效果，一般將生產區集中放在北面，

46、輔助室、生活室放在南面。（3）輔助室、生活室應盡量接近安全通道。（4）輔助室、生活室和生產區間應考慮用防火防爆墻隔離。（5）輔助室、生活室的門都應朝外開，以便人員的撤離。9 安全防火設計1在工業生產的整個過程中，都要涉及到安全問題。安全工程同時也是一項系統工程。不論是哪一種生產行業，從科學研究開始，經過小型試驗，中間試驗和擴大試驗，再經過設計，建設和壓力測試，無時無刻不涉及到安全問題。安全設計是完成設計工作中的一個重要環節。安全問題要由每個設計人員具體考慮。在設計工作中安排所需的安全措施，同時還要由專業安全設計人員進行集中管理，通盤考慮方能達到總體安全的目的。提高化工行業的安全性主要從兩方面著

47、手：在硬件方面，提高設備的可靠性；在軟件方面，加強現代化的安全管理。對于小型化工企業，應加速技術改造，在設備操作上加強密閉化，機械化和集中控制，增強防護措施，使操作人員脫離不良的勞動環境。實踐證明，只有通過有效的管理才能對危險性進行有效的控制。近年來，隨著化學工業技術的進步，安全管理方式也有很大的發展，其中最主要的是引入系統工程的方法，解決危險性的辨識和評價問題。從生產的角度看，工業安全有兩個側面。一個是以防火、防爆為主要的安全措施；另一個側面是防止污染擴散形成的暴露源對人身造成的健康危害。火災和爆炸是化工行業最大的威脅，但是由于化工行業人員吸取過去的經驗教訓和在安全方面所做的不懈努力，在生產

48、中的不安全因素正在逐漸克服。有害和有毒物質對于人身健康的危害有時雖然是急性的，但大多數是屬于慢性的。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。9.1 綜合安全防護9.1.1 防火防爆（1）根據中華人民共和國國家標準（gbj1687）建筑設計防火規范，本廠屬于甲級防火防爆單位，各工序崗位的管理均應符合規范要求。（2）在廠范圍內，30米以內嚴禁煙火，嚴禁攜帶易燃、易爆品和穿釘鞋進入生產區域，生產所用的易燃品（棉紗、油類等）應放在指定地點，并妥善保管。（3）盛裝和輸送易燃易爆物料的設備，管道應該嚴密無泄露，發現泄露應及時檢修，若開車無法檢修，又嚴重威脅安全生產，應立即停車檢修。（

49、4）所有盛裝易燃易爆物料的設備和運輸管道，均應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保持良好，不得損壞，每年要檢測校驗一次，接地線的測試由動力廠負責，檢測記錄應報生產單位和生產機動部、安環質檢部各一份，以備待查。（5）所有的電動機和電器設備均應有良好的接地裝置，機械傳動設備應有完整的安全防護罩。（6）當班工人，不得任意脫離工作崗位，傳動設備合閘前，要按操作法規定，嚴格細致檢查，注意設備內外是否有人工作。（7）下釜、下槽和進入其他設備容器工作應做到：切斷電源，拿下保險，并掛上嚴禁合閘的警示牌。物料管道等斷開并堵盲板，切斷物料等。容器內用n2或水置換，進行取樣分析，

50、易燃易爆或有毒物質含量小于規定范圍，含氧量在1821%，并保持良好通風，方可進行操作。如需動火處理，應按規定辦理動火手續。進缸工作，應戴好安全帶和安全帽等防護用具，并按規定辦好票證。外面應留一人監護，監護人應高度負責，不得隨意離開崗位。（8）登高作業2米以上，應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、壓力表要經常保持靈活好用，均應按照受壓容器管理規范要求，按期進行核驗，并作好記錄，打好鉛封，記錄上應有檢驗人簽字存檔備查，如遇特殊情況，例如安全閥誤操作跳開，低改高型號樹脂生產，要隨時調校安全閥。（10）砂封、阻火器等安全裝置每半年清理檢查一次。（11）系統設備

51、管道停車檢修，必須將物料處理干凈，排n2置換。經分析化驗合格，辦理動火證后，方可動火檢查。（12）系統設備，管道開車，應用n2置換，分析含氧在3%以下，方可進行開車。（13）盛裝和輸送c2h2、vcm的管道，設備嚴禁用鐵器敲打，以免發生火花。（14）盛裝和輸送c2h2的設備及其附件、管道和管件、閥門等，不得采用銅、銀、汞等金屬材質，防止產生爆炸物，如需采用銅材，其含量不得超過70%，如需采用汞做壓力計時，要加甘油等做隔離液。（15）電石庫應保持干燥、通風良好，排塵裝置完善，盛裝電石的吊斗和加料貯斗等的襯里應完整。發生器加料前，電石貯斗應按照操作法排n212分鐘。（16） vcm單體貯槽、計量槽

52、的vcm填充系數不大于85%。（17）凡來廠的新工人或外來實習培訓人員在進崗前必須進行三級安全教育并經考試合格，方能進崗工作。（18）凡本廠職工及外來實習參觀人員都必須嚴格執行。（19）凡廠馬路及消防通道上，不得堆放任何妨礙交通的物質，確保馬路及消防通道暢通無阻。9.2 防毒生產中所用的反應物品大多對人身有健康危害，化學物品經吸入、食入、經皮吸收等途徑向人體侵入。防護措施：（1）皮膚防護嚴禁直接接觸劇毒物品。在生產崗位工作的職工根據有毒物的性質穿戴工作帽、工作服、防護面具、防護鏡、手套、工作鞋、口罩等勞動保護用品以及在外露的皮膚上涂抹皮膚防護劑。（2）呼吸防護 進入有毒物料的設備內作業或有毒物

53、質濃度超標區域，應戴防毒面具及防護用品。呼吸防護面具包括防毒面具、氧氣呼吸器等。（3）個人衛生保健不準在被污染的環境中存放食品及就餐、飲水。飯前應洗手、漱口。正確穿戴防護用品，下班后應洗澡。工作服不應與非工作服混放。增加保健食品，增加營養，增強體質、增強身體抗毒害能力。定期檢查身體健康情況。應備有一定數量的應急解毒藥品。9.3 中毒后應采取急救措施，有以下四個要領：（1）安全進入毒物污染區（2）迅速搶救生命（3）徹底清除毒物污染，防止繼續吸收（4）送醫院治療9.4 安全防護:（1）乙炔、合成、聚合三個工序屬于甲級防爆單位；冷凍、離心干燥崗位分別為乙級和丁級防火防爆崗位。（2）為了防止c2h2、vcm等氣體、液體在設備管道中高速流動摩擦產生靜電積蓄而起火爆炸的可能，一般液體的流速不超過45m/s，氣體流速不超過1015m/s，同時所有設備管道應設有消除靜電裝置，以使靜電較快地導至地下。由于各工序都有可燃性氣體向空氣中排放，故在房頂均應設置防雷裝置，各易燃氣體放空管應裝阻火器，以防雷擊起火倒抽入設備內。（3）加強崗位操作的安全責任感，生產實踐證明，