现场管理-年产10万吨abs树脂接枝粉料车间工艺设计(doc 53页)

毕业设计毕业设计 毕业设计说明书 摘摘 要要 ABS 树脂是聚丁二烯橡胶、单体苯乙烯和丙烯晴的接枝共聚物，它兼具三种组 分的共同性能，无毒、无臭、耐冲击、质硬、尺寸稳定、耐化学腐蚀、电性能良好、 易于成型加工，表面光洁和容易着色。ABS 树脂是目前产量最大、应用最广的热塑 性工程塑料。 目前世界上 ABS 树脂合成仍广泛采用的是乳液接枝掺混法。该法是用乳液接枝 法生产高胶的 ABS 接枝粉料作为中间品，将中间品于本体 AS 聚合物进行掺混。挤 出造粒生产 ABS 树脂。该法工艺成熟、流程短、设备少、生产品种多、适宜大规模 生产。 本设计主要完成了 ABS 接枝粉料段的工艺流程设计、反应釜设计、车间布置设 计、编制了设计。 关键词：关键词：ABS 树脂、工艺、乳液接枝掺混法 AbstractAbstract 毕业设计说明书 ABS resin is Polybutadiene Rubber, styrene monomer and acrylonitrile graft copolymer, it combines three components of common, non-toxic, odourless, resistant to shocks, the quality is hard, good dimensional stability, chemical resistance, electrical properties, ease of forming, the surface is smooth and easy coloring. ABS resin is by far the most productive, the most widely used thermoplastic plastics. Synthesis of world ABS resin emulsion grafted mixing method is widely used. This Act was produced using emulsion grafting grafting of ABS high glue powder as an intermediate product, intermediate in the ontology AS polymer blending. Extrusion granulation production of ABS resin. The Act less short mature technology, process, equipment, production, varieties, suitable for mass production. This design ABS grafted powder process design, plant layout design, reactor design, preparation of design specifications. Keyword:Keyword: ABS , craft , lotion copolymeriztion. 毕业设计说明书 - 1 - 目目 录录 第一章第一章 概概 述述 .1 第二章第二章 生产配方及原料、辅助原料的技术规格生产配方及原料、辅助原料的技术规格4 2.1 生产 ABS 粉料的配方及工艺条件 .4 2.1.1 生产聚丁二烯乳胶的配方及工艺条件.4 2.1.2 ABS 接枝聚合的配方（质量份）5 2.1.3 生产 ABS 粉料的主要设备.5 2.2 原料规格.6 第三章第三章 工艺流程简述工艺流程简述 .9 3.1 简述.9 3.2 生产基本原理9 3.2.1 聚丁二烯乳胶的合成.9 3.2.2 ABS 接枝共聚反应机理10 3.3 生产工艺过程11 3.3.1 简述.11 3.3.2 PBL 的生产及单体回收的工艺过程12 3.3.3 生产 ABS 粉料的工艺过程.13 3.4 工艺技术特点.13 第四章第四章 工工 艺艺 计计 算算.14 4.1 物料衡算14 4.1.1 工艺流程示意图14 4.1.2 化学反应方程式：.14 4.1.3 确定计算任务14 4.1.4 收集数据.15 4.1.5 计算基准15 4.1.6 聚合计算15 4.2 设备工艺计算18 4.2.1 确定计算基准18 4.2.2 确定操作方式18 4.2.3 收集数据18 4.2.4 反应釜的体积计算18 4.2.5 反应釜直径与筒体高和封头的几何参数的确定 .19 0 D 0 H 4.2.6 轴封装置.20 第五章第五章 生产控制分析生产控制分析21 5.1 丁二烯聚合及 ABS 聚合装置控制系统21 5.2 中央控制室.21 毕业设计说明书 - 2 - 第六章第六章 车车 间间 布布 置置22 6.1 概述.22 6.2 设计依据22 6.3 车间布置要考虑的问题.22 6.4 车间厂房布置.23 6.4.1 厂房形式的选择23 6.4.2 厂房的轮廓.23 6.5 车间各部分组成.23 6.5.1 工艺生产部门.23 6.5.2 辅助生产部门及生活行政部门.23 6.6 车间设备布置.23 6.6.1 满足生产工艺要求.24 6.6.2 满足设备安装与检修对布置的要求.24 6.6.3 符合建筑设计要求.24 6.6.4 符合安全卫生标准.24 第七章第七章 ABSABS 的物化特性及改性产品的物化特性及改性产品25 7.1 ABS 的物化特性25 7.2 ABS 的老化及防老措施26 7.2.1 自然老化对 ABS 性能的影响.26 7.2.2 热氧老化对 ABS 性能的影响.26 7.3 产品的改性.26 7.3.1 高抗冲 ABS26 7.3.2 透明 ABS26 7.3.3 耐热 ABS27 第八章第八章 安安 全全 技技 术术 .28 8.1 安全要点 .28 8.1.1 丁二烯贮罐区.28 8.1.2 聚合系统.28 8.1.3 ABS 树脂干燥系统28 8.1.4 其他部位.28 8.2 贮存和运输.29 8.3 回收.29 8.4 法律方面.30 第九章第九章 环环 境境 保保 护护31 9.1 概述.31 9.2 污染源及组成.31 9.2.1 废气污染源及组成.31 9.2.2 组成31 9.2.3 废渣（液）污染源及组成.31 9.3 污染物治理措施及预期效果 .32 9.3.1 废气治理措施32 9.3.2 废水治理措施.32 毕业设计说明书 - 3 - 9.3.3 废渣（液）治理措施.33 9.4 绿化设计.33 9.5 环境管理与监测.33 第十章第十章 人人 员员 编编 制制 .35 第十一章第十一章 技术经济指标技术经济指标37 11.1 各种生产工艺技术经济指标 .37 11.2 乳液接枝 ABS 粉末/本体 AS 熔融料掺混主要参数37 11.2.1 装置组成、生产规模、生产方案.37 11.2.2 原料来源.38 11.3 物耗、能耗、成本.38 11.3.1 原料及助剂消耗.38 11.3.2 公用工程消耗.39 11.3.3 成本.39 11.4 投资.39 第十二章第十二章 ABSABS 发展存在的问题及建议发展存在的问题及建议42 12.1 国内 ABS 树脂生产存在的问题 .42 12.1.1 ABS 树脂生产的原料42 12.1.2 产品品种.42 12.1.3 ABS 生产的环保问题42 12.2 对国内 ABS 树脂生产的建议 .42 12.2.1 扩大 ABS 生产能力.42 12.2.2 开发具有自主知识产权的核心技术.42 致谢致谢.43 参考文献参考文献44 附附 录录 .45 毕业设计说明书 1 第一章第一章 概概 述述 ABS树脂，从组成上来看，可以从3个层次表述：它由碳、氢、氮三种元素组成； 它是由丙烯腈，苯乙烯，丁二烯三种单体共聚得到的接枝共聚物；它是由苯乙烯丙 烯腈在聚丁二烯乳胶上接枝得到的接枝橡胶，与游离的苯乙烯和丙烯腈的共聚物SAN 或AS树脂，通过掺混挤压造粒而制得的产品。 其英文名Acrylonitrile-butadine-styrene。它综合了丙烯腈( A) 、丁二烯( B) 和苯乙烯( S) 各自聚合物的优良性能, 具有抗冲击性能、耐低温性能、绝缘性 能, 而且表面光泽性、着色性能良好。丙烯腈使得ABS有良好的耐化学腐蚀性和表面 硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性能，其比例为苯乙烯一般在50%以 上，丁二烯占20%左右，剩余的是丙烯腈的含量。 ABS有几好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度、硬度、 和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性及电气性能。水、无机盐、 碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于 大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS塑料表面受冰醋酸、植物 油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加 工。经过调色可配成任意颜色、期缺点是耐热性不高，连续工作温度为70左右， 热变性温度约为93左右。耐气候差，在紫外线作用下易变硬而发脆。由于ABS中三 种组分之间的比例不同，其性质也略有差异，从而适应各种不同的应用。根据应用 不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、地冲击型和耐热型等。 ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表 壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等。 ABS 树脂生产装置的生产规模逐步扩大, 各种性能以及专用料的开发日趋成熟。 目前工业化的ABS 树脂生产技术有: 乳液接枝聚合法; 乳液接枝掺混法和连续本体 聚合法。其中乳液接枝掺混法又分为: 乳液接枝- 乳液SAN 掺混法; 乳液接枝- 悬 浮SAN 掺混法; 乳液接枝- 本体SAN 掺混法。这三种ABS 树脂工业生产技术综合评 价见表1。 乳液接枝- 本体SAN 掺混生产技术该技术由于生产技术成熟, 产品牌号多,产品 力学性能、外观着色性能、加工性能均良好, 所以是目前ABS 树脂生产的主要方法, 有近80 %的ABS 树脂生产厂采用该方法乳液接枝- 本体SAN 掺混法由于本体SAN 生 产成本比较低, 所以近几年开发的重点是生产高性能ABS 粉料。目前ABS 高胶粉的 主要研究方向是提高胶乳中橡胶相( 乳液聚丁二烯主干或乳液丁苯胶乳主干) 的含 量, 努力缩短聚丁二烯主干胶乳的聚合反应时间和苯乙烯 毕业设计说明书 2 表1 ABSABS 树脂工业生产技术综合评价树脂工业生产技术综合评价 和丙烯腈在PB 胶乳上接枝的聚合反应时间, 严格控制胶乳粒径和粒径分布, 提 高ABS 树脂的冲击性能和改善外观光泽度。ABS 接枝主干PB 胶乳有聚丁二烯胶乳、 丁苯胶乳和丁腈胶乳, 不同PB 胶乳对ABS 树脂性能有一定影响, 聚丁二烯PB 胶乳 可使树脂有较好的耐寒性; 丁苯PB 胶乳可改善ABS 树脂的加工流变性; 丁腈PB 胶 乳可以提高树脂的耐油性。PB 胶乳粒径、粒径分布、凝胶含量对ABS 树脂影响比较 大, 为了保证ABS 有足够的冲击强度,要求PB 胶乳的平均粒径要达到250300 nm, 凝胶含量控制在60 %80 %。粒径分布控制在一定范围内有利于ABS 树脂加工流动 性和外着色性能PB 胶乳大粒径合成有2 种方法: 1 种方法是在聚合过程中直接合成 大粒径胶乳, 称1 步法; 另1 种方法是先合成小粒径胶乳, 再将小粒径附聚成大粒 径, 故称2 步法。由于1 步法直接合成大粒径胶乳的时间长, 一般为2540 h, 设 备利用率低、装置生产能力小, 所以目前PB 胶乳聚合工艺的发展重点是2 步法。生 产80100 nm 小粒径PB 胶乳反应速度快,一般在812 h 内完成。小粒径PB 胶乳 附聚增大粒径有冷冻附聚、压力附聚和强力搅拌附聚等物理附聚法在乳液接枝- 本 体SAN 掺混法生产ABS 技术中, 由于ABS 接枝粉生产工艺复杂, 成本高, 所以在与 本体SAN 掺混生产ABS 过程中都努力在不降低ABS 树脂性能的基础上, 降低ABS 接 枝粉的掺混比例。因此开发生产高胶含量ABS 接枝粉成为关键环节。要使ABS 接枝 粉有较高的质量, 就要控制ABS 接枝聚合的接枝度和接枝效率, 通过选用合适的引 乳液接枝掺混法项目 乳液接枝聚合 法 乳液SAN 掺混悬浮SAN 掺混本体SAN 掺混 连续本体聚合 法 技术水平已落后, 仍生 产 效益差, 仍生 产 广泛采用大力发展尚不完善 投资中等较高较高中等最低 反应控制较容易容易容易容易困难 设备要求聚合简单聚合简单后处理复杂后处理复杂简单 热交换容易容易容易较容易困难 后处理复杂复杂复杂复杂简单 环保差差较差中最好 发展趋势淘汰无发展空间仍有发展空间主要方法景广阔, 有待完善 品种变化品种可调品种灵活品种灵活品种灵活品种少 产品质量含杂质较多含杂质较多含一定量杂质含杂质较少产品纯净 毕业设计说明书 3 发剂( 如BZ2O2) 即可保证接枝反应有较高的反应速率和最终转化率, 又能保证聚合 反应有较高的接枝效率。 在国际，日本帝人公司开发出无卤阻燃PC/ABS 合金MultilonTN- 7000 系列新 产品, 与以前的无卤阻燃合金TN- 3800 系列产品比, 成型时放出气体少,附着模具 残余量大为减少, 阻燃性有所提高, 并具有良好的流动性, 特别适用于大型办公室 自动化设备机架、台板等的薄壁化设计。日本帝人公司的Multilon RN- 3120 是 PC/ABS合金, 适用于掌上电脑等袖珍设备的薄层外壳。三菱工程塑料公司(MEP)已将 一系列非溴化物型阻燃牌号PC/ABS 合金- IupilonMB1800、MB1700、MB8300 和 MB1600 投放市场, 适用于笔记本电脑、掌上电脑和办公室设备。 我国ABS 树脂主要应用于汽车、通讯器材、计算机、日用品、体育用品等, ABS 树脂产品的出口量不断增加, 为了保证ABS 树脂产品适应欧美国家对环保方面的要 求, 国内ABS 树脂厂家要努力开发专用料, 满足不同领域需求, 提高产品竞争力。 国内需求数量比较大的专用料有阻燃、冰箱板材、耐热级、透明级、高光泽、抗静 电、电镀级以及PA/ABS、PC/ABS、PVC/ABS 等各种ABS 合金树脂。 随着国内外经济的快速发展, 合成ABS的原料都存在不同程度的短缺。目前国际 上ABS 树脂都向着高性能专用料、塑料“合金”方向发展, 国内市场由于改性PP、 高冲PP 的发展, 对ABS 市场产生较大的影响。我国的主要ABS 生产企业多生产通用 牌号产品, 产品价格低, 盈利能力低。因此, 提高产品品质, ABS 生产企业加快开 发专用牌号、共混合金牌号是我国ABS 树脂发展的重点。国内一些民营厂家ABS 树 脂改性发展很快。这些厂家近靠市场, 以聚丙烯、ABS、聚苯乙烯共混改性为主, 部 分满足了国内ABS 市场专用料的需求。但这些树脂改性厂家的主要问题是缺少高胶 ABS接枝粉, 技术力量、检测手段还有一定的局限性。 本装置系引进日本合成橡胶株式会社的工艺技术，为乳液接枝本体 SAN 掺混法， 具有技术成熟可靠，工艺流程短，设备台数少，产品质量好，可生产的 ABS 品种多， 废物排放少的优点、是目前世界上比较先进的工艺技术。本 ABS 项目有日本窒素工 程总承包，由日本株式会社提够外汇贷款。 本初步设计所采用的图纸、资料、数据以合同附件和总图会议书为基础。鉴于 卖方的工艺包、基础设计尚未完成、所给的数据仅是初步的，所以随着卖方工作的 深入，部分内容将会有修改。 毕业设计说明书 4 第二章第二章 生产配方及原料、辅助原料的技术规格生产配方及原料、辅助原料的技术规格 2.12.1 生产生产 ABSABS 粉料的配方及工艺条件粉料的配方及工艺条件 2.1.12.1.1 生产聚丁二烯乳胶的配方及工艺条件生产聚丁二烯乳胶的配方及工艺条件 物料名称质量分数 丁二烯 氢氧化钠 歧化松香酸钾皂 氢氧化钾 脂肪酸皂 叔十二碳硫醇 磷酸钾 过硫酸钾 过硫酸钠 表面活性剂 软水 100 变量 2-3 变量 3-2 0.2-0.6 0.3-0.5 0.15-0.4 0.2-0.4 0.2-0.3 120-190 低温聚合高温聚合 聚合温度/ 5150-80 聚合时间8-108-14 工艺条件 单体转化率/%9595 毕业设计说明书 5 2.1.22.1.2 ABSABS 接枝聚合的配方（质量份）接枝聚合的配方（质量份） 2.1.32.1.3 生产生产 ABSABS 粉料的主要设备粉料的主要设备 2.1.3.12.1.3.1 聚丁二烯胶乳生产单元 1、聚合釜，夹套，设计温度120，压力1.2MPa。 2、乳胶排放槽，设计温度5.65，压力1.2MPa。 3、回收丁二烯压缩机，水循式真空泵，防爆型。 2.1.3.22.1.3.2 乳液接枝单元 1、接枝聚合釜，搪瓷，设计温度160，压力0.7MPa。 2、凝聚槽，三级，衬瓷砖，设计温度120，常压。 3、离心机，注意排量、转速、电机功率等参数。 4、干燥器，（对万吨装置而言）沸腾床干燥器，排量为550-700kg/h，气流干 燥器与之串联使用，排量也为550-700kg/h。 物 料 名 称配 比（质量分数） 聚丁二烯乳胶 丙烯腈 苯乙烯 叔12碳硫醇 歧化松香酸钾 焦磷酸钠 葡萄糖 硫酸亚铁 过氧化氢异丙苯 工艺水 100 30 10 0-1 5 0.4 0.8 0.01-0.016 0.8 280 毕业设计说明书 6 2.22.2 原料规格原料规格 1、丁二烯（BD）（执行 GB13291-91 技术标准） 2、苯乙烯（ST） 3、丙烯腈（AN） 4、氢氧化钠（SODA） 5、氢氧化钾（POTASH） 控制项目单位技术指标 外观无色透明无悬浮物 纯度%99.0 丁二烯二聚物PPm 10 月5 月1000；6 月9 月 2000 阻聚剂（TBC）PPm40150 控制项目单位技术指标 外观无色透明液体，无机械杂质 纯度%99.6 聚合物含量PPm10 阻聚剂（TBC）PPm1030 控制项目单位技术指标 外观清澈透明无悬浮物 水%（wt）0.45 过氧化物PPm0.2 阻聚剂（MEHQ）PPm3545 控制项目单位技术指标 纯度%42.0 控制项目单位技术指标 纯度%20.0（液） 95.0（固） 碳酸钾%0.63（液） 3.0（固） 杂质无 毕业设计说明书 7 6、歧化松香（ROSIN） 7、脂肪酸 （FAD） 8、碳酸钾（KCB） 控制项目单位技术指标 颜色无色或微色 酸值%150165 脱氢松香酸48 松香酸%0.5 不皂化物%12 皂化悬浮物无 性能评价合格 控制项目单位技术指标 颜色（Gardner）2 中和值202207 不皂化物%1.5 湿度%0.3 碘值3846 性能评价合格 控制项目单位技术指标 外观白色小颗粒状粉末 纯度%99.0 氯化钾0.01 硫酸钾0.01 三氧化二铁0.001 灼烧失重0.6 水不溶物0.01 性能评价合格 毕业设计说明书 8 9、过硫酸钾（KPS） 10、叔十二烷基硫醇（TDDM） 控制项目单位技术指标 外观溶解后溶液清澈 氯0.005 铁0.001 纯度%98.0 控制项目单位技术指标 外观油状透明液体 折光指数（25）1.4571.465 在苯乙烯中溶解度全溶 硫含量%15.6 比重0.8520.868 纯度%98.5 色度30 性能评价合格 毕业设计说明书 9 第三章第三章 工艺流程简述工艺流程简述 3.13.1 简述简述 先用乳液聚合法将丁二烯（以下用 BD）制成聚丁二烯胶乳（以下用 PBL）；再用 乳液接枝法实现丙烯腈（以下用 AN）和苯乙烯（以下用 ST）在 PBL 分子链上的接枝 制得接枝乳胶，凝聚、洗涤、干燥得 ABS 粉料。 3.23.2 生产基本原理生产基本原理 3.2.13.2.1 聚丁二烯乳胶的合成聚丁二烯乳胶的合成 BD 聚合的反应方程式： n n -1 CH=CH2 CH=CH2 事实上，上面两种大分子都存在，而且的含量还要多一些。 PBL 通过乳液聚合法制备，采用自由基引发聚合，其工艺原理醉熏引发剂分解 并进行链引发，链增长链终止规律，也服从乳液聚合的一般规律。 以过硫酸钾或过氧化氢异丙苯为引发剂。乳胶粒径可以通过分批加入乳化剂， 改变单体/水的比，调节聚合反应温度。分子量和交联度可通过加入分子量调节剂进 行调节。一般转化率控制在 90%以上，以确保橡胶的充分交联（结构凝胶含量大于 70%为宜）。采用间歇乳液聚合的方法，使丁二烯聚合生成聚丁二烯胶乳。 根据 Hapking 对乳液聚合反应历程的的定性描述，该理论的核心是聚合反应在 胶束中发生： 1、乳化剂在水中浓度大于临界胶束浓度时形成胶束，每个乳化剂的离子端指向 外围水相，烃端指向胶束中心。 2、在搅拌下，单体侵入胶束中心的亲油部分，在胶束内发生增溶溶解，但单体 量超过增溶溶解量时，过剩的单体就为非胶束乳化剂稳定，成为单体液滴。少量单 体溶解于水相中，成为分散于水相的单体分子。 3、游离基在水相中借引发剂分解而形成，与单体分子的胶束相撞，并在胶束内 引发聚合，开始出现乳胶粒子。由于胶束内单体分子还未被全部聚合，所以胶乳粒 子实际是被单体包围的聚合物粒子，称为单体聚合物粒子。 由胶束变为单体聚合物粒子的过程，称为“成核”过程。 胶束成核后，不能再称为胶束，而称为乳胶粒。 CH2=CHCH=CH2 K2S2O4 CH2CH=CHCH2 n CH2=CHCH=CH2 K2S2O4 CH2CHCH2= CH n 毕业设计说明书 10 4、成核后，聚合反应在单体聚合物粒子中继续进行，粒子体积迅速增大，此时 单体液滴通过扩散方式不断将单体补充给单体聚合物粒子。随着乳胶粒表面积不断 增大，水相中乳化剂不断被粒子吸附，使溶解在水中的乳化剂不断减少，从而破坏 了溶解在水相中的乳化剂与尚未成核的胶束的乳化剂之间的平衡。没有成核的胶束 中的乳化剂就分裂出来补充到水相中去。 5、转化达一定程度后，水相中的乳化剂浓度下降到临界胶束浓度以下。于是系 统中不再有胶束的存在。（对于 PBL 反应，转化率为 15%）此时全部乳化剂都吸附 在粒子表面，系统的表面张力提高。由于没有多余的胶束存在，所以不能再产生新 的胶乳粒子，乳胶粒子的数目也确定下来。在通常聚合条件下，转化率 15%时，乳 胶粒子数已固定，而到转化率 80%时，乳胶粒子的数目也几乎不再变化。 6、进一步的聚合反应只在乳胶粒子内进行，在此期间，单体溶液仍然经过水相 扩散方式把单体源源不断地补充给乳胶粒子直到转化率 60%时，单体液滴终于消失， 乳胶粒子中单体也继之逐渐消耗掉，反应速度也迅速下降。当反应转化率为 88%92%时 加入快速终止剂终止反应，含有 10%的未反应单体的胶乳进入单体回收单元，回收 未反应单体。 注： 影响胶乳粒径大小的因素 1、乳化剂的用量 在保证乳胶体系稳定性的前提下，可以减少其用量。 可以使用复合乳化剂或补加乳化剂。 2、提高转化率（干物质） 3、水比的影响 在保证传热和良好传质的前提下，应尽可能降低水的用量。 4、电解质的影响 只要用量适当，电解质在乳液聚合中可起稳定胶乳增大粒径的作用。不 过，如果用量太大，会降低反应速度并使最终转化率上不去。 5、温控方式的影响 温度提高，转化率升高，但是不利于粒径的增长。所以设计成阶梯升温 方式，保证后期转化率的提高，从而既保证胶乳粒径，又保证凝胶量。 3.2.23.2.2 ABSABS 接枝共聚反应机理接枝共聚反应机理 3.2.2.13.2.2.1 PBL 的接枝聚合机理 PBL 的链节中有双键存在，也有 -氢存在，都容易被自由基攻击形成活泼接枝 点。这些活泼性接枝点实际上是大分子链自由基，可以引发 ST,AN 进行接枝反应， 毕业设计说明书 11 产生接枝橡胶。和一般的自由基聚合一样，接枝共聚也经历了引发剂的分解，大分 子链自由基的形成，接枝反应发生和、及链增长，链终止等四步反应。 3.2.2.23.2.2.2 接枝胶乳的凝聚机理 这是ABS接枝粉料生产中重要的一步工序。接枝聚合所得到的胶乳是稳定的，胶 粒的直径在0.01-5um之间，粒子表面吸附了一层乳化剂，分布在乳胶粒子与水介质 的界面之间，亲油基团向内附于胶乳粒子表面，亲水基团向外与水介质渗透形成水 化层。胶乳粒子对水作相对运动，滑动面不在胶乳粒子表面而在水化层表面。同时 乳胶粒子向水介质扩散过程中，形成扩散层，其电势逐渐以指数速度下降。滑动面 电位为电位，也叫动电电位。胶乳粒子电荷越多，电位越大，胶乳越稳定。 电位的大小决定着胶乳体系的稳定性。 凝聚过程就是用相反电荷降低电位，破坏胶乳的稳定性，使胶乳凝聚出聚合 物。一般通过三种途径： 电荷中和 高分子絮凝剂的吸附架桥 表面吸附 良好的凝聚标志是：凝聚粒子大，均一而不结块。干粉假相相对密度在0.4以上，干 粉呈白色，离心洗涤的进料比较大，洗涤工序通常。 3.2.2.33.2.2.3 干燥 离心洗涤后湿粉的含水量一般在35%左右。如果采用湿粉挤压造粒机造粒，那么 就不用干燥了。如果用干粉挤压造粒机，则必须干燥至含水量1%。 3.3.3 3 生产工艺过程生产工艺过程 3.3.13.3.1 简述简述 ABS 粉料的生产工艺过程一般分为三步： 基材橡胶 PB 胶乳的生产，所的胶乳微粒应具有规定的粒径大小与大小分 布（50-600nm）。 使 ST 与 AN 的混合单体向所得橡胶粒子上接枝。 将接枝后的胶乳进行后处理。 ABS 粉粉 料料 毕业设计说明书 12 3.3.23.3.2 PBLPBL 的生产及单体回收的工艺过程的生产及单体回收的工艺过程 3.3.2.13.3.2.1 PBL 的生产工艺过程 自界区外来的 NaOH 溶液经卸料泵 AP-113 输送至 NaOH 贮槽 AV112 中，经 NaOH 输送泵 AP-114 输送到 AV-105 碱液配制罐，在 AV-105 中配制好规定浓度的 NaOH 溶 液，配制好的 NaOH 溶液经 NaOH 溶液进料泵 AP-107 间歇输送至 AV106 的碱倾析槽中。 将 AV-111A/B 储罐中的 BD 输送到 AV-106 中，由于 NaOH 溶液较丁二烯重，倾析 分层后 NaOH 溶液沉降在 AV-106 底部，经 NaOH 溶液循环泵 AP-106A/B，打入 AX101 前循环使用，使用一定时间（通常为 12 个月左右）。除去阻聚剂的丁二烯在倾析 槽与 NaOH 溶液分层后由倾析槽上部出料至丁二烯缓冲罐 AV-108。 将丁二烯自丁二烯缓冲罐 AV108 经丁二烯加料泵 AP108 由流量计计量;活化剂与 AV208 中的 KOH 溶液一同输送至 AV209A/B 并混合，经加料泵 PA209A/B 由流量计； 抗氧剂与水一同输送至 AV206 配制罐并混合，经加料泵 AP206 由流量计；水与自界 区外来的 KOH 一同输送到 AV207 配制罐中，按一定的比例稀释，配制好的 KOH 溶液 输送至 AV208 贮藏罐，经进料泵 AP208 打入 AV202 中与松香皂反应生成歧化松香酸 钾皂经泵 AP202 打入 AV203 储罐，再经进料泵 AP203 分别输送至 AV205，AV206；乳 化剂由乳化剂缓冲罐 AV205A/B 经乳化剂加料泵 AP205 由流量计计量，TDDM 由 TDDM 缓冲罐 AV211 经 TDDM 加料泵 AP211 由流量计计量后，按规定的配方量控制加入到丁 二烯聚合釜 AR-301（三釜并联）中，启动搅拌器 AAR301，随后将规定量的引发剂 KPS 溶液自 PB 胶乳引发剂配制罐 AV210、2AV-210 经 AP210 由流量计计量后加入到 AR301 中，然后将 WT 经脱盐水增压水泵 AP310 由流量计计量后加到 AR301 中，向聚 合釜内加入 SHP 使釜内温度达到反应开始温度时，聚合反应开始，并由自动控制系 统进行控制。 反应时间达到 16.5 小时，进行增量丁二烯反应，AV-108 内丁二烯经 AP-109 由 流量计计量后，按规定流速加入到 AR-301 中。丁二烯补加结束后，进行补加一次引 发剂，规定量的引发剂 KPS 溶液自 PB 胶乳引发剂配制罐 AV210、2AV-210 经 AP210 由流量计计量后加入到 AR301 中。 反应时间达到 21.0 小时，进行补加二次引发剂，规定量的引发剂 KPS 自 PB 胶 乳引发剂配制罐 AV210、2AV-210 经 AP210 由流量计计量后加入到 AR301 中。 当反应达到预期转化率时，来自终止剂配制罐 AV215 的快速终止剂 DEHA 经终止 剂输送泵（AP-217）由 FQC-1305 计量后经终止剂贮罐加入 AR301。 毕业设计说明书 13 PB 胶乳经胶乳过滤器粗滤后由胶乳出料泵 AP-303A/B、AP-303C/D）输送至胶乳 卸料罐（AV305）中，从 AV-305 中出来的 PB 胶乳经 PB 胶乳粗滤器（AS302A/B）粗 滤后，借助压力进入脱气塔 AC401 中部；BD 蒸汽也进入脱气塔 AC401 中部。 在脱气塔中，经分离纯 PBL 经进料泵 AP401 输送至 AV412 分离器，再由泵 AP412 输送至 AR501。 丁二烯聚合反应是在聚丁二烯反应器中（AR301A/B、2AR-301C/D）间歇地进行 的，单体、各种助剂按恒定的配方加入到反应器中，经搅拌器充分搅拌后，在引发 剂引发下，进行乳液均聚反应，反应热由夹套中的液氨汽化移走，当反应达到预期 转化率 90后，加入终止剂终止聚合反应。反应温度是通过调节反应器夹套的冷却 介质液氨的液位来控制的。 3.3.2.23.3.2.2 BD 的回收 在脱气塔 AC401 中，未参加反应的 BD 以蒸汽的形式进入 AV401 泡沫捕集中， 与配置好的消泡剂充分混合后输送至 AV-403 真空分离罐，再经 AV-404 压缩机分离 罐进行分离，分离后的产物输送至 AE405 部分冷凝器。经回收 BD 冷凝器到达 BD 接 收器回收 BD 单体，其余输送至 AV413 废 BD 贮罐中。 3.3.33.3.3 生产生产 ABSABS 粉料的工艺过程粉料的工艺过程 将 AV101A/B 缓冲罐中的 AN 经进料泵 AP101A/B 由流量计，AV102A/B 缓冲罐中 的 ST 经进料泵 AP102A/B 由流量计，AV103 缓冲罐中的 -甲基苯乙烯经进料泵 AP103 由流量计一同加入 AV502 单体混合储备罐中，经泵 AP502 由流量计输送至 AX- 503A/B/C ABS 反应器中。 将 AV105 罐中的 NAOH 溶液经泵 PA106 由流量计，AV 204 罐中的乳化剂经泵 AP204 由流量计， AV209 罐中的活化剂经泵 AP209 由流量计， AV412 罐中的 PBL 经 进料泵 AP412 由流量计，AV104A/B 罐中的丁苯胶乳由流量计一同与水由流量计通过 AX501 管道混合器输送至 AX-503A/B/C ABS 反应器，发生接枝乳液聚合。 在搅拌下升温至 70，反应 3 小时，期间，输送引发剂 4 次，流程同上。继 续反应 1 小时，即得 ABS 接枝共聚物乳液，再经凝聚脱水与干燥，最终得到 ABS 粉 料。 3.43.4 工艺技术特点工艺技术特点 (1) 可生产较多品种牌号的 A B S 树脂, 产品的性能和质量较差, 更换品种较 麻烦, 不灵活, 受到一定限制。 (2) 间歇聚合比连续聚合的单位容积生产能力小, 流程长, 设备多, 占地面积 大, 投资多, 污水量大, 需有一级污水处理设施。 毕业设计说明书 14 不合格丁二烯排至热油加热炉系统 (3) 可生产耐热性 A S 乳液和接枝 A B S 乳液混合凝聚生产耐热性 A B S 树 脂。 (4) 孚 L 液法接枝 A BS 乳液和乳液法 A S 乳液混合后化学助剂含量多, 残留 在 A B S 树脂中影响产品质量及色泽。 第四章第四章 工工 艺艺 计计 算算 4.14.1 物料衡算物料衡算 4.1.14.1.1 工艺流程示意图工艺流程示意图 乳化剂 引发剂 丁二烯 水 4.1.24.1.2 化学反应方程式：化学反应方程式： n n CH=CH2 CH=CH2 单体回收单体回收 火炬火炬 脱气塔脱气塔 丁二烯聚合丁二烯聚合 丁二烯胶乳去 ABS 单元 废水排至配套水处理单元 重组分排至热 CH2=CHCH=CH2 K2S2O4 CH2CH=CHCH2 n CH2=CHCH=CH2 K2S2O4 CH2CHCH2CH n 毕业设计说明书 15 4.1.34.1.3 确定计算任务确定计算任务 在生产任务已定的前提下，根据消耗定额和工艺指标可以求得聚合工序各项进 料，然后按流程顺序从前往后计算。 聚合过程是间歇操作过程，需要建立时间平衡，由设计任务和生产现场可知生 产规模、生产时间、消耗定额、各步聚损失以及聚合配方工艺操作条件，可依据上 述展开计算。 4.1.44.1.4 收集数据收集数据 4.1.4.14.1.4.1 全装置工艺数据 （1）生产规模：生产 ABS 树脂 10 万吨 （2）生产时间：8000 小时/年 （3）消耗定额：1.06 （生产 1 吨 PB 需要 1.06 吨丁二烯） （4）全装置总收率按 93.5%计，损耗（包括工艺损耗和机械损耗）为 6.5%。 4.1.4.24.1.4.2 聚合工序 （1）聚合反应转化率80%，以 90%进行计算。 4.1.54.1.5 计算基准计算基准 此过程属于间歇操作过程、发生化学反应，故用千克/釜作为基准。 4.1.64.1.6 聚合计算聚合计算 4.1.6.14.1.6.1 丁二烯进料量 （1）操作周期： 聚合釜进料 BD15 分钟 搅拌15 分钟 升温15 分钟 反应25.5 小时 毕业设计说明书 16 出料20 分钟 清釜置换等40 分钟 水15 分钟 共 计27 小时 30 分钟（取操作周期为 27.5 小时） （2）丁二烯生产统计数字： ABS 中的 PB 含量为 13.2% 生产次数：800027.5290 次 平均每次产量：1000000.132290=45.517 吨次 丁二烯单体到 PB 的转化率为 90% 平均每次需要的丁二烯单体为：45.5170.9=50.574 吨次 一次丁二烯单体的体积：50.570.621=81.439m3 一次投料水的体积：81.4391800.6211001=91.033m3 一次加料总体积为：81.439+91.033=172.472m3（其它的抗氧剂，颜色改进剂，活性 剂可忽略体积） 水的质量为 91.033 吨 一次加料的总质量 50.574+91.033=141.607 吨（其它的抗氧剂，颜色改进剂， 活性剂可忽略体积） 设计反应釜个数为 4 个 每次每釜丁二烯质量为 50.5744=12.644 吨 每次每釜丁二烯体积为 81.4394=20.359m3 毕业设计说明书 17 4.1.6.24.1.6.2 丁二烯聚合反应釜物料平衡计算： 名称进料（kg）出料（kg） 丁二烯1264412644 聚丁二烯 011379.6 水 493.405 歧化松香酸钾皂 单体 337.175337.175 水 493.405 脂肪酸皂 单体 337.175337.175 水 1013.670 叔十二碳硫醇 单体 40.46140.461 水 3026.417 磷酸钾 单体 53.94853.948 水 1013.670 过硫酸钾 单体 40.46140.461 水 1182.602 过硫酸钠 单体 47.20447.204 水 3.102 表面活性剂 单体 33.71833.718 水 0.694 氢氧化钠 单体 0.0330.033 水 0.904 氢氧化钾 单体 0.0430.043 水 19772.50624276.600 合计 36966.81836966.818 毕业设计说明书 18 BDBD 聚合反应釜物料衡算表聚合反应釜物料衡算表 4.4.2 2 设备工艺计算设备工艺计算 4.2.14.2.1 确定计算基准确定计算基准 此过程属于间歇操作过程、发生化学反应，故用千克/釜作为基准。 4.2.24.2.2 确定操作方式确定操作方式 根据对工艺流程特点选用间歇反应器的操作方式。 4.2.34.2.3 收集数据收集数据 生产能力 12644Kg、反应时间 25.5 小时、温度 50、压力 1.2Mpa、传热系数 K=244，填料系数 =0.9，PD 比重为 0.621103kg/ m3，聚合温度为 500.5， 出料压力为 1.2kg/ m2（表压），转化率为 90% 4.2.44.2.4 反应釜的体积计算反应釜的体积计算 ABS 中的 PB 含量为 13.2% 生产次数：800027.5290 次 平均每次产量：1000000.132290=45.517 吨/次 丁二烯单体到 PB 的转化率为 90% 平均每次需要的丁二烯单体为：45.5170.9=50.574 吨/次 一次丁二烯单体的体积 81.439 m3 一次投料水的体积 91.033m3 一次加料总体积 172.472m3（其它的抗氧剂，颜色改进剂，活性剂可忽略体积） 一次加料的总质量 141.607 吨（其它的抗氧剂，颜色改进剂，活性剂可忽略体 积） 毕业设计说明书 19 采用四釜并联操作，以下为每釜的数据： MPB=50.574/4=12.644 吨 VPB=MPB/=12.644/0.621=20.361 m3 V水=91.033/4=22.758 m3 V总= VPB+ V水=20.361+22.758=43.119 m3 填料系数 =0.9 V实= V总/=43.1190.9=47.91 m3（圆整到 50m3） 4.2.54.2.5 反应釜直径反应釜直径与筒体高与筒体高和封头的几何参数的确定和封头的几何参数的确定 0 D 0 H 4.2.5.14.2.5.1 筒体和封头的形式 选择圆柱形筒体和椭圆型封头 4.2.5.24.2.5.2 确定筒体直径和封头的直径 0 D 设备容积要求：50m3，选取长径比/=1.3（由表可知 可以不同） 0 H 0 D 估算：V= 2 /4 = =3659 mm 0 D 0 H 0 D 虽然反应器属于非标准设备，但用于制造反应器的上下封头仍应选用标准封头。 因为/取得较小，所以此处按工程尺寸选定釜体直径为 3600 mm。 0 H 0 D 封头内径取筒体内直径，采用椭圆封头，直边高度=50 mm 0 h 4.2.5.34.2.5.3 釜体的筒体和封头壁厚计算 筒 / 2 t PDPC =1.2Mpa =3600mm =0.85P 0 D =20.12 mm筒 毕业设计说明书 20 150120下许用压力为 127Mpa（查表可知） t 由于采用双面焊缝，不采用探伤检查 选择设备物料，确定设计压力，选择 A3（20R）钢板 壁厚附加量 C=C1+C2+C3 初步取 钢板副偏差 C1=0.8mm 腐蚀度 C2=2mm 加热工减薄量 C3=0（封头加热工 C3=0.5mm） 因此 C=0.8+2+0=2.8mm 圆整到=20.12+2.8=22.79 mm 为了便于连接，取=23mm筒封头筒 4.2.5.44.2.5.4 确定筒体高度 0 H 当=3600mm，直边高度 h=50mm 时 0 D 查可知椭圆型封头容积为：V封=6.62 m3 筒体 1m 高 容积 V1 米=10.18 m3 根据公式 =(V-V封)/ V1 米4261 mm 圆整到 =4300mm 于是 H/D=1.19 0 H 0 H 选取夹套直径 =3600mm =3600+300=3900mm 0 DD夹 夹套封头也是采用椭圆型封头 4.2.5.54.2.5.5 确定夹套高度、厚度和面积 取装料系数 =0.9 （V-V封）/V1 米 =3770mm 圆整到 =3800mm 1 H 1 H 4.2.5.64.2.5.6 釜体及夹套的强度计算 选择设备物料，确定设计压力，选用 A3（20R）钢板 150120下许用压力为 127Mpa t 设计压力的确定 毕业设计说明书 21 夹套的筒体和封头是内容器。氨已知设计压力 P=1.2Mpa 4.2.64.2.6 轴封装置轴封装置 机器密封 这是新发展起来的密封结构。与填料密封相比，具有密封可靠（其泄露 仅为填料密封的 1%），使用寿命长，范围广功率消耗少等优点。但是他的造价高， 装精度要求也高。 第五章第五章 生产控制分析生产控制分析 5.15.1 丁二烯聚合及丁二烯聚合及 ABSABS 聚合装置控制系统聚合装置控制系统 批量控制系统，用于丁二烯聚合、ABS 聚合及特殊品种的脱水和干燥系统中。 产品配方控制系统，用于丁二烯聚合和 ABS 聚合反应的单体和添加剂的物料配比控 制。丁二烯聚合，采用先用蒸汽加热，后用氨冷的温度控制。ABS 聚合反应采用热 水加热及冷却的串级温度控制系统。 特殊品种 ABS 粉料生产的脱水干燥系统采用顺序控制系统。在丁二烯聚合及单 体回收，凝聚及干燥，混炼及造粒工序采用相应的温度、流量、压力、页面控制系 统。在混炼及造粒工序，采用严格的温度及给料配比控制系统。 5.25.2 中央控制室中央控制室 ABS 主生产装置的所有检测、控制及管理均由中央控制室的 DCS 系统实现。装 置的紧急停车系统（ESD）由与 DCS 分离的可编程逻辑控 毕业设计说明书 22 第六章第六章 车车 间间 布布 置置 6.16.1 概述概述 车间布置通常包括城建厂房布置与城建设备布置两部分内容。车间厂房布置主 要内容是审计整个车间的厂房结构，并针对各种生产设施、生产辅助设施、生活设 施等进行布局安排。车间设备布置主要内容是确定各生产设备在车间厂房中的空间 位置。车间厂房与车间设备布置时互相制约、密不可分