年产11万吨顺丁橡胶生产工艺设计说明书

北京化工大学化学工程学院设计说明书题目：年产1.1万吨顺丁橡胶生产工艺设计学生：班级：学号：指导教师：2014年12月“化工设计”课程作业1目录1、工艺设计基础.............................................................21.1、设计任务............................................................21.1.1、设计任务......................................................21.1.2、文献综述..........................................................21.2、原辅材料性质及技术规格..............................................21.3、产品性质及技术规格..................................................31.3.1、顺丁橡胶的结构................................................31.3.2、顺丁橡胶的性能................................................41.3.3、顺丁橡胶的用途................................................41.3.4、生产中成品胶质量指标..........................................41.4、危险性物料的主要物性................................................51.5、原材料的消耗定额....................................................52、工艺说明[6]................................................................52.1、生产方法、工艺技术路线及工艺特点....................................52.1.1、生产方法......................................................52.1.2、工艺技术路线的确定............................................62.2、生产流程说明........................................................72.2.1、主要流程工艺..................................................72.2.1、主要工艺流程说明..............................................72.2.2、聚合工艺......................................................82.2.3、凝聚工艺......................................................82.2.4、橡胶的后处理..................................................92.2.5、单体及溶剂回收工艺............................................92.2.5、三废处理......................................................93、工艺计算及主要设备设计..................................................103.1、物料衡算...........................................................103.1.1计算的基础数据................................................103.1.2、计算基准.....................................................133.2、热量衡算...........................................................213.2.1、计算的基础数据...............................................213.2.2、各釜对流传热系数和传热系数K的计算..........................233.2.3、各釜热量衡算.................................................273.3、聚合釜的计算和选型.................................................303.3.1、基础数据.....................................................313.3.2、聚合釜总容积及台数的确定.....................................313.3.3、聚合釜搅拌功率的计算.........................................314、工艺控制条件及自控设计..................................................334.1、控制指标...........................................................344.2、开停车.............................................................345、附图....................................................................356、参考文献................................................................37“化工设计”课程作业21、工艺设计基础1.1、设计任务1.1.1、设计任务本设计为年产1.1万吨顺丁橡胶（纯度99%）生产工艺设计，顺丁橡胶生产工艺由聚合工段和后处理工段两大部分组成，本设计的主要任务是：1.聚合釜、终止釜和凝聚釜的物料衡算2.聚合釜的热量衡算；聚合釜的计算和选型3.设计出聚合工段带工艺控制点的工艺流程图由于本设计为假定设计，所以设计任务中其他项目如：厂区或厂址、主要技术经济指标、原料的供应、技术规格以及燃料种类、水电汽的主要来源，与其他工业企业的关系，建厂期限、设计单位、设计进度及设计阶段的规定等均从略。1.1.2、文献综述目前世界上大部分顺丁橡胶生产采用溶液聚合法[1]。关于顺丁橡胶生产技术的进展，主要体现在催化剂、分子量调节、生产工艺、新产品开发以及装置设备等方面。因此，对顺丁橡胶生产工艺进行研究，具有一定的积极意义。工艺展望1.进一步优化催化体系和工艺条件[1]2.积极开拓顺丁橡胶应用领域3.聚合温度进一步提高，利于聚合、凝聚和节能[2]4.应加强新产品开发,满足市场需求[3]顺丁橡胶是顺式-1,4-聚丁二烯橡胶的简称，由丁二烯聚合得到。顺丁橡胶是目前世界上第二通用合成橡胶，与天然橡胶和丁苯橡胶相比，硫化后的顺丁橡胶的耐寒性、耐磨性和弹性特别优异，动负荷下发热少，耐老化性好，易与天然橡胶、氯丁橡胶或丁腈橡胶并用，主要用于轮胎加工行业，在传送带、传动带、模压制品、鞋底、胶鞋及海绵胶等方面得到广泛应用。1.2、原辅材料性质及技术规格“化工设计”课程作业3表1.1-原材料、产品技术规格[4]名称规格分析方法国家标准单体丁二烯纯度:≥99%气相色谱法GB6013-85丁烯:1%水20mg/kg卡尔费休尔法GB6023-85醛酮总量：20mg/kg气相色谱法二聚物:＜50mg/kg气相色谱法GB6013-85乙腈：检不出溶剂溶剂油组成：o5C2.1%，o6C57.8%，o7C40.1%馏程：60~90℃蒸馏法GB255-77碘值：0.2g/100g化学法水值：20mg/kg卡尔费休法GB6023-85催化剂环烷酸镍镍含量：7-8%络合滴定法水分：0.1%蒸馏法GB260-88不皂化物：无化学法三异丁基铝活性铝含量：≥50%络合滴定法外观浅黄透明，无悬浮物三氟化硼乙醚络合物BF3含量：46%化学法沸点：124.5-126℃水含量:0.5%卡尔费休法GB6283-86终止剂乙醇纯度：95%；含水：5%；恒沸点：78.2℃；密度810kg/m3GB/T679-2002防老剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚熔点：69-71℃；游离甲酚：0.04%；灰分0.03%；油溶性：合格1.3、产品性质及技术规格顺丁橡胶的物理化学性质与其结构的直接关系。这种结构又分为分子内结构和分子间结构(聚集态结构)。1.3.1、顺丁橡胶的结构HHCCCH2CH2CH2CH2CCHH顺式1.4结构0.86nm“化工设计”课程作业4还有反式1.4结构和1.2位加成产物。利用环烷酸镍－三异丁基铝－三氟化硼乙醚络合物引发体系使丁二烯聚合后的产物中含96％～98％的顺式1.4结构，含1％～2％反式1.4结构和1％～2％的1.2结构加成物。这种以顺式1.4结构为主的聚合物具有分子链长，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，同时易于硫化处理的特点。由于顺式1.4结构含量大，使得大分子的规整性好，同时又由于分子链无取代基，造成对称性好，但因其重复结构单元之间距离大，而使顺式1.4结构聚丁二烯比反式1.4结构聚丁二烯更难于结晶。即便能结晶，其熔点也低(顺式1.4含量为98.5％的产物，熔点为0℃)，因此，在常温下无结晶态，只以无定形形态存在。相反，反式结构产物易结晶。故此，前者是高弹性体，后者无弹性。1.3.2、顺丁橡胶的性能通过与天然橡胶相比，顺丁橡胶具有弹性高、耐低温性好、耐磨性佳、滞后损失和生热性小、耐挠曲性及动态性能好以及耐老化、而永久性好等特点。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、有冷流性倾向等不足。顺丁橡胶的性能一看生胶的性能(可塑性、加工性、外观、颜色等)好坏，影响它因素有聚合方法、引发剂系统、生胶的分子结构、门尼粘度、平均分子量、分子量分布、凝胶含量、灰分、挥发份等。二看硫化后的硫化胶性能(抗张强度、300％定拉伸强力、伸长率、硬度、回弹性、生成热、永久变形、磨耗量等)，影响硫化胶的因素有门尼粘度、凝胶含量、加工用的配合剂(种类、用量、配方)加工方法等。1.3.3、顺丁橡胶的用途广泛用于制造乘用车和卡车轮胎，几乎占该类橡胶消耗量的86%以上，可以改善轮胎的耐磨性，延长其寿命。也适用于制造力车胎、胶管、胶带、胶鞋以及其他橡胶制品。1.3.4、生产中成品胶质量指标表1.2-GB8659-88标准规定性能指标[5]项目优级品一级品合格品挥发份,％0.751.001.30灰分,％0.300.300.30生胶门尼粘度℃10041M455455457混炼胶门尼粘度℃10041M687373300％定伸应力MPa硫化145℃×25min6.5～10.56.2～10.76.0～11.0硫化145℃×35min7.0～11.06.7～11.26.5～11.5硫化145℃×50min6.8～10.86.5～11.06.3～11.3“化工设计”课程作业5项目优级品一级品合格品拉伸强度MPa硫化145℃×35min14.213.713.2伸长