BR聚合车间工艺设计.doc

年产9500吨BR聚合车间工艺设计摘要本设计对顺丁橡胶的聚合工艺及车间概况都有所描述，聚合工艺包括聚合原料、引发剂、影响因素、原料和产品的物化性质、生产流程简述、工艺计算与主要设备选型等；车间概况包括车间组成、生产制度、安全防护、定员等方面的设计。最后画出设计中的物料流程图、带控制点的流程图和车间布置图。关键词： 顺丁橡胶 BR 工艺设计目录摘要1第一章 概述41.1顺丁橡胶的地位及发展41.2 设计原则61.3 车间组成111.4 生产制度11第二章 原料、产品的物理化学性质及指标112.1 原料的物理化学性质及技术指标112.2 顺丁橡胶得物理化学性质及技术指标12第三章 车间危险性物料的主要物性13第四章 生产流程简述134.1 生产流程简述134.2 操作控制指标154.3 安全防护措施16第五章 工艺计算与主要设备选型175.1 物料衡算175.1.1计算采用的基础数据175.1.2计算基准185.1.3聚合釜物料衡算185.1.4引发剂系统195.1.5终止剂、防老剂系统215.1.6凝聚釜物料衡算215.1.7振动筛及热水罐物料衡算245.1.8 干燥脱水物料衡算255.1.9 包装物料衡算265.1.10 油水分离器物料衡算275.2热量衡算285.2.1 基础数据285.2.2 各聚合釜反应转化率的确定295.2.3 各釜物料组成及物性参数305.2.4 各釜对流传热系数和传热系数K的计算315.2.5 聚合釜搅拌功率的计算355.2.6 热量衡算375.3 设备计算及选型405.3.1 聚合釜计算405.3.2 终止釜的设计465.3.3 凝聚釜的确定465.3.4 油水分离器465.3.5 热水罐465.3.6 胶液罐465.3.7 引发剂配制系统设备确定465.3.8 换热器选择475.3.9 泵的选择(以溶剂油泵的选择为例)525.3.10 其它设备选择54第六章 原材料、动力消耗定额及消耗量54第七章 生产控制分析55第八章 定员55第九章 三废处理56第十章 其他56第十一章 设计说明书的附图和附表5611.1 附图5611.2 附表57总结57参考文献57致谢59第一章 概述1.1顺丁橡胶的地位及发展顺丁橡胶(简称BR)是以丁二烯为单体，采用不同催化剂和聚合方法合成的一种通用合成橡胶，是目前世界上第二大通用合成橡胶，具有弹性好、耐磨性强、耐低温性能好、生热低、滞后损失小，并且还具有耐屈扰性、抗龟裂性以及动态性能好等优点，可与天然橡胶、氯丁橡胶以及丁腈橡胶等并用，在橡胶制品和抗冲击改性的生产中具有广泛的应用。1.1.1我国聚丁二烯橡胶的生产情况我国聚丁二烯橡胶的研究开发始于20世纪60年代,1966年在锦州建成年产千吨装置,1971年北京燕山石化公司合成橡胶事业部建成投产了我国第一套镍系聚丁二烯橡胶生产装置,生产能力为15kt/a。此后,锦州石化公司、齐鲁石化公司及巴陵石化公司等单位也先后采用国内生产技术建成聚丁二烯橡胶生产装置。1998年,锦州石化公司与中科院长春应用化学研究所合作,在锦州石化公司万t级镍系顺丁烯橡胶生产装置上,采用绝热聚合方式实现了钕系稀土聚丁二烯橡胶的工业化生产,可提供BR9100系列BR910041 #、BR910047#、BR910053#3种不同门尼粘度的稀土聚丁二烯橡胶产品。2000年茂名石化公司从Fina公司引进的低顺式聚丁二烯橡胶生产装置顺利生产出合格产品,但目前没有正常生产。同年齐鲁石化公司合成橡胶厂研究开发出氯化聚丁二烯橡胶产品。2003年燕山石化公司研究院开发出低顺式聚丁二烯橡胶生产技术,并在燕化公司合成橡胶厂SBS生产装置上顺利进行了全流程的试生产。截至2006年,我国聚丁二烯橡胶的生产厂家有7家,共生产聚丁二烯橡胶446.2kt。1.1.2 我国聚丁二烯橡胶的进出口情况近年来,我国聚丁二烯橡胶每年都有一定的进口,且进口量呈不断增长之趋势。在进口的同时,我国聚丁二烯橡胶产品也有一定的出口量,近年来我国聚丁二烯橡胶的进出口情况见表1。表1近年来我国聚丁二烯橡胶消费情况/kt年份200020022003200420052006产量313.4337.5393.7397.6396446.2进口量52.568.787.1106.9115153出口量36.73329.53836.623.2表观消费量329.2373.2451.3466.54745761.1.3 我国聚丁二烯橡胶消费状况随着我国橡胶制品工业的快速发展,对聚丁二烯橡胶的需求量也迅速增加。需求量也迅速增加。近年来我国聚丁二烯橡胶的表观消费情况见表2。表2我国聚丁二烯橡胶装置情况/(kt/a)生产厂家建成时间技术来源扩建情况(kt/a)产品牌号燕山石化1971.04自有技术原生产能力为12，1998年扩建到15BR9000、90029003、9004齐鲁石化1976.12国内技术原生产能力为15，改扩建后达25.8BR9000、90539073锦州石化1974国内技术1996年扩建为50BR9000巴陵石化1980.12国内技术原生产能力为15，1996年扩建到30BR9000高桥石化1992.05燕山石化原生产能力为80，2005年扩建到120BR9000大庆石化1998.05燕山石化原生产能力为50，2005年扩建到80BR9000独山子石化1995.08国内技术原设计能力为20，改扩建后装置能力达35BR9000通过上面文字和表格可以看出我国顺丁橡胶的应用前景非常广泛，各个生产厂家都通过扩建厂房来提高产能，以便满足国内对顺丁橡胶的需求，故此设计年产9500吨BR聚合车间工艺设计。我国顺丁橡胶的生产能力已经过剩，因此今后不宜再新建或扩建生产装置，而是应该通过加强管理，通过采用节能型乙睛萃取蒸馏技术，凝聚工艺的热泵技术，将宽馏分溶剂改为以C6为主的窄馏分溶剂等多种技术改造措施，进一步提高我国顺丁橡胶生产的整体技术水平，提高产品质量，降低生产成本。由于将溶剂油改为以C6为主的窄馏分溶剂技术改造措施，可以进一步提高我国顺丁橡胶生产的整体技术水平，所以我在本设计将宽组分溶剂油改。1.2 设计原则1.2.1 设计依据专业老师下达的设计任务书。1.2.2 车间概况该车间设计生产规模为年产9500吨顺丁橡胶。主要原料：单体丁二烯；溶剂正己烷；引发剂环烷酸镍、三异丁基铝、三氟化硼乙醚络合物；终止剂乙醇；防老剂2,6-二叔丁基对甲苯酚（264）。生产原理：采用溶液聚合的方法，使丁二烯、溶剂、引发剂等在连续釜式反应器中进行配位聚合，值得粘稠胶液，再通过水蒸气凝聚、洗胶、干燥、压块等过程获得最终产品顺丁橡胶。1.2.3 工艺路线的确定1） 聚合方法的确定 链式聚合(也称连锁聚合)需先形成活性中心R*,活性中心可以是自由基、阳(止)离子、阴(负)离子。聚合反应中存在诸如链引发、链增长、链转移、链终止等基元反应。各基元反应的反应速率和活化能差别很大。链*引发是形成活性中心的反应，链增长是大量单体通过与活性中心的连续加成，最终形成聚合物的过程，单体彼此间不能发生反应，活性中心失去活性称为链终比。形成一个高分子的反应实际上是在大约一秒钟而且往往是更辣的时间内完成的。反应过程中，反应体系始终由单体、高相对分子质量聚合物和微量引发剂组成，没有相对分子质量递增的中间产物。逐步聚合没有活性中心。它是通过一系列单体上所带的能相互反应的官能团间的反应逐步实现的。反应中，单体先生成二聚体，再继续反应逐步形成三聚体、四聚体、五聚体等，直到最后逐步形成聚合物。反应中t一步的反应速率和活化能大致相同，任何聚合体间均可发生反应。形成一个高分子的反应往往需要数小时。反应过程中，休系由相对分子质量递增的一系列中产物所组成。通过对比自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合和配位聚合这四种聚合机理最终选择配位聚合，其他三种聚合虽然可以聚合丁二烯但得不到高顺式结构，所以选择配位聚合。生产聚合物的实施方法主要有四种，既本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。本体聚合 所谓本体聚合就是单体本身或单体再加入少量引发剂(催化剂)的聚合。本体聚合的优点是聚合物较纯净，可制得透明制品，适于制板材，聚合设各比较简单。缺点是体系很粘稠，聚合热不易扩散，反应温度较难控制，易局部过热产物分子量分布较宽，聚合过程自动加速现象很明显。溶液聚合 单体和引发剂或催化剂溶于适当的溶剂中的聚合反应称为溶液聚合。本法的优点是反应热易传出:聚合温度易控制;反应后物料易输送;低分子物易去;能消除自动加速现象。缺点是单体浓度小，聚合速率慢，设备利用率低;溶剂回收较麻烦。悬浮聚合 悬浮聚合是指溶解有引发剂的单体以小液滴状态悬浮在水中进行的聚合。单体液滴在聚合过程中逐步转化为聚合物固体粒子，单体与聚合物共存时.聚合物一单体粒子有粘性。为了防比粒子相互粘结，体系中需加分散剂，在粒子表面形成保护膜。因此悬浮聚合一般由单体、引发剂、水、分散剂四个基本成分组成。其反应机理与本体聚合相同，可看作是小粒子的本体聚合，因此也存在着自动加速现象。乳液聚合 乳液聚合是指在乳化剂的作用和机械搅拌下，单体在水中分散成乳状而进行的聚合反应。乳液聚合体系的组成较复杂，最简单的配方由单体、水、水溶性引发剂、乳化剂四个组成。所得聚合物颗粒的直径约为0.050.2um,远比悬浮聚合的粒子要小。乳液聚合的优点是:以水为介质，体系粘度低，易传热，温度易控制;采用水溶性的氧化还原引发体系，反应可在低温下进行。聚合速率快，产物分子量高;反应后期体系的粘度还很低，适合于制取粘性的聚合物(如丁苯橡胶)和直接应用乳液的场合。乳液聚合的缺点是，当不是以乳液形式使用产品时，聚合后需经凝聚、洗涤、干燥等后处理工序，增加了成本。通过对比以上四种聚合方法的优缺点，最终选择溶液聚合作为顺丁橡胶的合成方法。2)单体原料路线的确定 丁二烯的制取，在我国也经历了酒精接触分解、丁烯氧化脱氢和蒸汽裂解制乙烯联产碳四抽提分离等三个发展时期。酒精法由于工艺落后，80年代初即已淘汰；丁烯氧化脱氢法也由于受原料制约，多数已改产。 目前我国丁二烯的生产主要是从乙烯副产C4馏分中抽提丁二烯，也有采用丁烯氧化脱氢法的装置在运行。我国从乙烯副产C4馏分中抽提丁二烯主要有乙腈法、DMF法和NMP法，乙腈法由我国兰化公司研究开发，DMF和NMP法均为引进技术。1995年以前引进的丁二烯抽提技术均为日本瑞翁公司的DMF法，1995年后又引进了德国BASF的NMP技术。 丁二烯主要来源于蒸汽裂解生产乙烯的副产物碳四馏分。我国目前有19套丁二烯装置，均采用碳四馏分抽提法生产，总年产能力为98.7万吨，2003年实际产量85.8万吨，主要集中在中国石化所属企业。 随着国内乙烯工业的快速发展，生产丁二烯的裂解C4资源随之增加,全国丁二烯抽提能力不断提高，产量由2000年59.1万t上升至2005年104万t，年均增长12%。“十五”期间，受合成橡胶及ABS等下游行业的需求拉动，丁二烯消费快速增长,2005年表观消费量达117.5万t，年均增长率达11.9%，消费与产量供应增速基本持平。截至2007年5月，我国丁二烯的生产厂家达到18家，生产装置26套，产能为161.4万t/a，约占世界丁二烯总产能的13.55%。我国均是以裂解C4为原料生产丁二烯的，因采用的抽提溶剂不同，生产工艺略有区别。其中采用DMF工艺的装置能力约占国内丁二烯总产能的42.38%，ACN法工艺约占36.56%，NMP工艺约占21.06%。2006年我国丁二烯产量达115.3万t，同比增长15.78%，20012006年产量的年均增长率约12.32%。丁二烯目前的生产方法有乙腈法、二甲基甲酰胺法、N甲基吡咯烷酮法等方法。乙腈法 以含水10的乙腈(ACN)为溶剂，由萃取、闪蒸、压缩、高压解吸、低压解吸和溶剂回收等工艺单元组成。将闪蒸和低压解吸的气相合并压缩，经冷凝送往水洗塔洗去溶剂，塔顶气相返回原料蒸馏塔。其余气体一部分送往高压解吸塔，另一部分作为再沸气体送往萃取蒸馏塔塔底以提供热能。水洗塔底溶剂送往溶剂回收精制系统，以保证循环溶剂的质量。对炔烃含量较高的原料需要进行加氢处理，或采用精密精馏、两段萃取才能得到纯度较高的丁二烯。二甲基甲酰胺法 二甲基甲酰胺法(DMF)又名GPB法，该生产工艺包括4个工序，即第一萃取蒸馏、第二萃取蒸馏、精馏和溶剂回收。原料C4进入第一萃取精馏塔，溶剂DMF由塔的上部加入。丁烷、丁烯、C3使丁二烯的相对挥发度增大，并从塔顶分出，而丁二烯、炔烃等和溶剂一起从塔底导出，进入第一解吸塔被完全解吸出来，冷却并经螺杆压缩机压缩后进入第二萃取精馏塔。为防止乙烯基乙炔爆炸，并进一步回收溶剂中的丁二烯，第二萃取塔底排出的富溶剂送往丁二烯回收塔，塔顶为粗丁二烯。回收塔塔顶馏出的丁二烯和少量杂质返回第二萃取塔前的压缩机入口，塔釜含炔烃的溶剂送至第二解吸塔。经两段萃取精馏得到的粗丁二烯中的杂质采用普通精馏除去。比丁二烯挥发度大的C3、水分等，在脱轻塔顶除去，比丁二烯挥发度小的残余2-丁烯、1，2一丁二烯、C5在脱重塔塔底除去。脱重塔顶可以得到聚合级丁二烯。N甲基吡咯烷酮法 N甲基吡咯烷酮法(NMP法)由德国BASF公司开发成功，其生产工艺主要包括萃取蒸馏、脱气和蒸馏以及溶剂再生工序。粗C4汽化后进入主洗涤塔底部，N甲基吡咯烷酮由塔顶进入，丁二烯和更易溶解的组分及部分丁烷和丁烯被吸收，同时不含丁二烯的丁烷和丁烯从塔顶排出。主洗塔底部的富溶剂进入精馏塔，含有乙炔和丙二烯的丁二烯从精馏塔侧线以气态采出进入后洗塔。在后洗塔中，粗丁二烯由其塔项蒸出后冷凝液化进入蒸馏工序，塔釜富溶剂返回精馏塔的中段。精馏塔釜的富溶剂进入闪蒸罐脱气，再进入脱气塔脱烃，并控制NMP中的水平衡，少量炔烃从侧线离开脱气塔，其余脱下的烃经冷却塔进入循环压缩机，最后返回精馏塔底部。从后洗塔出来的粗丁二烯在第一蒸馏塔脱除甲基乙炔，在第二蒸馏塔中脱除l，2一丁二烯和C5烃，由第二蒸馏塔顶得到丁二烯产品。最近有报道称采用一种分壁式技术可以改进传统的丁二烯抽提工艺，降低装置能耗和投资成本。传统的丁二烯抽提工艺为浓缩的粗C4馏份先通过吸收工序，再将从后洗涤器项部馏出的粗丁二烯在两个精馏塔中进行精馏。在第一个精馏塔中馏出轻质馏份：在第二个精馏塔中。重质馏份被分离后从塔底移除，丁二烯产品从塔顶馏出。采用分壁式技术后，可使两步精馏工序在一个装备中进行。由于我省地处沿海地区，石化工业比较健全，石油来源丰富，为了节约开支，本设计中使用的丁二烯进行购买，不自建厂房生产。3)溶剂的选择 将宽馏分溶剂改为以C6为主的窄馏分溶剂等多种技术改造措施，进一步提高我国顺丁橡胶生产的整体技术水平，提高产品质量，降低生产成本。由于将溶剂油改为以C6为主的窄馏分溶剂技术改造措施，可以进一步提高我国顺丁橡胶生产的整体技术水平，所以我在本设计将宽组分溶剂油改为正己烷。理由是：当p-s=11.3时,两者即为互溶体系。查合成橡胶工业手册P436437页得，正己烷得溶解度参数s=7.3，而p=8.4，得p-s=1.1，所以正己烷与丁二烯互溶。比溶解度越大，溶液的粘度越低，越有利于导热和节能，顺丁橡胶在各种溶剂中得比溶解度列于表3。表3 顺丁橡胶在各种溶剂中得比溶解度溶剂比溶解度溶剂比溶解度苯93甲基环戊烷150甲苯100正庚烷250环己烷108正己烷280甲基环己烷130通过表3可以知道正己烷与顺丁橡胶比溶解度最大，所以可以选用正己烷作为溶剂。4)引发剂选择 用丁基锂为催化剂生产顺丁橡胶,多以环己烷(或己烷)作溶剂。这种聚合体系的催化活性高,工艺简单，反应容易控制；但所得顺丁橡胶的顺式1，4含量低，分子量分布窄，不易加工，硫化后的顺丁橡胶的物理性能较差，一般只与聚苯乙烯树脂混炼作改性树脂。用钛或钴催化体系生产顺丁橡胶时，一般选用苯或甲苯作溶剂，制得顺丁橡胶的顺式1，4含量高，硫化胶的物理性能类似，不同的是钛系顺丁橡胶的分子量分布窄、冷流倾向大，加工性能也不如钴系和镍系顺丁橡胶好。用镍系催化剂生产顺丁橡胶，芳烃（如苯或甲苯）和脂肪烃（如环己烷、己烷、庚烷或加氢汽油）均可作为聚合溶剂，而且都能得到高分子量、高顺式顺丁橡胶，以环烷酸镍-三异丁基铝-三氟化硼乙醚络合物作催化剂、以抽余油作溶剂生产顺丁橡胶的技术，中国自1959年开始研究，于1971年建成万吨级生产装置并投产。通过以上几种引发催化体系的比较，最终选定镍系引发剂，主引发剂为环烷酸镍，助引发剂为三异丁基铝，第三组分为三氟化硼乙醚络合物。5)引发剂活性中心的形成方式陈化方式 目前较为普遍的认识是烷基铝将三价的环烷酸镍还原成低价甚至零价镍，单独存在的还原态镍并不具有聚合丁二烯的作用，而当其与丁二烯相遇形成络合物，而再与三异丁基铝与三氟化硼反应形成含氟烷基铝化物形成的活性中心络合物，在一定温度条件下呈现出聚合物活性，支配丁二烯聚合的增长过程，得到高顺式l,4含量的聚丁二烯。而第四组份的存在，有利于还原态的镍和形成和镍与含氟烷基基中的氟的配位，起到了进一步加强配位体电负性的作用，从而提高了聚合活性。国内对上述引发体系曾采用过三元陈化、双二元陈化、稀硼单加。通过比较确定最佳方式为稀硼单加。1.2.4 聚合反应机理及影响反应的因素1)聚合反应机理 丁二烯聚合反应机理属于连锁聚合反应，遵循配位阴离子的链引发、链增长、链终止及链转移等基元反应机理。其总反应式为：CH2CH=CHCH2nnCH2=CHCH=CH22)影响反应的因素 影响聚合反应反应的因素主要有引发剂的陈化方式、配制浓度、用量、配比等。通过几方面的分析，最后确定比较合适的配方为：镍丁2.010-5；铝丁1.010-4；硼丁2.010-4；铝硼0.25；醇铝=6；铝镍=38。3)温度 聚合温度升高，会使反应速率加快，产物的分子量下降，但过高的温度会造成大分子产生支化，影响胶的质量。因此，一般首釜不大于95，末釜不大于110。4)单体浓度 提高单体浓度，聚合反应速率增加，有利于提高产量。从传热、搅拌、物料输送等方面综合考虑单体浓度控制范围为10%15%。5)杂质 体系中的杂质主要有乙腈、水分、炔烃和空气中的氧等，这些杂质对引发剂的活性、诱导期的长短、体系的稳定性、聚合速度等产生影响，因此要严格控制在一定指标下。1.3 车间组成该车间主要由聚合工段和后处理工段组成。聚合工段主要由罐区、计量、聚合、配制、粘度等岗位组成；后处理主要由混胶、凝聚、干燥、压块、包装等岗位组成。1.4 生产制度考虑到装置大修，采用年开工时间为8000h。全装置主要采用连续操作方式，配制等岗位采用间歇操作方式。全装置主要采用五班三倒，每班8h工作制。第二章 原料、产品的物理化学性质及指标2.1 原料的物理化学性质及技术指标生产顺丁橡胶的主要原料有单体：丁二烯；溶剂：正己烷；引发剂：环烷酸镍、三异丁基铝、三氟化硼乙醚络合物；终止剂：乙醇；防老剂：2，6-二叔丁基苯酚(简称264)。其化学名称、分子式、结构式、物理化学性质、来源、用途等可以查阅有机化工原料手册、有机化工及有关资料等获得。设计时各种原料的质量指标如下。1) 丁二烯丁二烯纯度：99.8%；丁烯：0.02%；水值：20mg/kg；醛酮总量：20mg/kg；二聚物：50mg/kg；乙腈：检不出。2) 溶剂油(正己烷)正己烷纯度：99%；馏程：6670；溴值：1.0g/100g；水分：200ppm。(3) 环烷酸镍镍含量：78%;水分0.1%；不皂化物：无。4) 三异丁基铝外观浅黄透明；无悬浮物；活性铝含量：50%。5) 三氟化硼乙醚络合物BF3含量：46%；沸点：124.5126。6) 终止剂乙醇纯度：95%；含水：5%；恒沸点：78.2；密度：810kg/m3。7) 防老剂熔点：6971；游离甲酚：0.04%；灰分：0.03%；油溶性：合格。2.2 顺丁橡胶得物理化学性质及技术指标顺丁橡胶的物理化学性质与其结构密切相关。这种结构又分为分子内结构和分子间结构(聚集态结构)。1) 顺丁橡胶得结构CH2CH2HC CHH2CCH2C CHH0.86nm除顺势1，4结构外还有反式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加成物。这种以顺势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。由于顺势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结构聚合丁二烯更难于结晶。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。故前者是高弹性体，后者无弹性。2) 顺丁橡胶性能顺丁橡胶与天然橡胶相比，具有弹性高、耐低温性好、耐磨性佳、滞后损失和生热性小、耐挠性及动态性能好以及耐老化、耐永久变形性好等特点，被广泛用于轮胎加工行业。但其加工性欠佳、强度较低、抗润滑性不好、有冷流性倾向等不足。影响顺丁橡胶生胶性能(可塑性、加工性、外观、颜色等)的因素有聚合方法、引发剂系统、生胶的分子结构、门尼黏度、平均分子量、分子量分布、凝胶含量、灰分、挥发分等。硫化胶性能（抗张强度、300%定伸强力、伸长率、硬度、回弹性、生成热、永久变形、磨耗量等）的影响因素有门尼黏度、凝胶含量、配方和配合剂的种类、用量及加工方法等。3) 顺丁橡胶的用途主要用于轮胎加工行业，另外，还用于输送带、传送带、模压制品、鞋底、胶鞋及海绵胶等方面。4) 产品胶质量指标生产中成品胶质量指标如表4表4 成品胶质量指标项目优级品一级品合格品挥发分0.75%1.00%1.30%灰分0.30%0.30%0.30%生胶门尼粘度455455457混炼胶门尼粘度68%7073300%定伸应力/MPa25min35min50min6.510.57.011.06.810.86.210.76.711.26.511.06.011.06.511.56.311.3拉伸强度/MPa35min14.213.713.2拉断伸长率35min450%430%430%第三章 车间危险性物料的主要物性该车间危险性物料主要包括丁二烯、三异丁基铝、正己烷、乙醇等，其主要物性如表5所示。表5 车间危险性物料主要物性物料名称摩尔质量熔点/沸点/闪点/燃点/爆炸极限国家标准备注上限下限丁二烯56-108.9-4.4-7842011.52.0三异丁基铝198-5.611403.89正己烷86-95.668.7-25.52441.26.9乙醇46-114.178.4145103.2818.9三氟化硼乙醚络合物142126142.5第四章 生产流程简述4.1 生产流程简述4.1.1聚合工段聚合工段主要由罐区、计量、聚合、配制、配制、粘度五个岗位组成。罐区岗位负责贮存、收送丁二烯和溶剂油。聚合岗开车，罐区连续给聚合送溶剂油；单体丁二烯由后乙腈直接送聚合，聚合停产时，丁二烯直接送罐区。计量岗负责为聚合输送各种引发剂、终止剂。配制岗负责为聚合配制引发剂和终止剂，此外，还负责接收铝剂车间配好的三异丁基铝。粘度岗负责检测生产的结果，测试门尼粘度和转化率。由乙腈来的丁二烯经流量控制阀控制合适流量，入文氏管与溶剂油溶剂进行混合，再进入丁油预热器(预冷器)进行换热，控制一定入釜温度。镍组分和铝组分分别由镍计量泵和铝计量泵送出，经铝镍文氏管混合后，与出丁油预热器(预冷器)的丁油溶液混合。硼组分由硼计量泵送出与稀释油经文氏管混合后，在釜底与丁油混合进入首釜。丁油溶液在聚合釜中，在一定温度和压力下，受到引发剂的作用，发生丁二烯聚合反应，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；当达到一定粘度和转化率后，在第四釜的出口管线(终止釜的入口管线)与终止剂一起由终止釜釜底进入终止釜进行终止处理；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。反应中换热用的冷溶剂油视情况从不同釜的项部加入。4.1.2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。混胶岗负责接收聚合来的胶液，并将门尼粘度不同的胶液混配成优级品指标内的胶液；在胶液罐定期回收一部分丁二烯；合格胶液送往凝聚岗。凝聚岗负责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。洗胶岗负责用水洗掉胶粒表面的杂质，降低胶的温度，并胶粒送往干燥岗。干燥岗负责将含水4060的胶粒，通过挤压脱水机、膨胀干燥机和干燥箱降到0.75以下，并呈海绵状，直径为10mm小胶条送至压块岗。压块岗负责称量压块。薄膜岗负责薄膜包装。纸袋岗负责封袋、入库。被终止后的胶液进入胶液罐后，将部分未转化的丁二烯经罐项压控调节阀，盐水冷凝冷却器，进入丁二烯贮罐，再送至丁二烯回收罐区。胶液在罐中根据门尼粘度值高低进行相互混配合格后，经过胶液泵送往凝聚岗。合格胶液被喷到凝聚釜内，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。在洗胶罐中，用4060的水对胶粒进行洗涤，经洗涤的胶粒和水由2号振动筛进行分离，并将含水4060的胶粒送往挤压干燥岗。通过挤压机挤压将胶粒含水量降到815，然后，切成条状进入膨胀干燥机加热、加压，达到膨胀和内蒸的目的，除去胶粒中的绝大部分水分，再送入水平红外干燥箱干燥，使胶的含水量达到0.75以下。干燥合格后的胶条经提升机送入自动称量秤进行称量压块(25kg)。压好的胶块用薄膜包好装入纸袋封好入库。4.2 操作控制指标4.2.1 聚合工段操作控制指标丁油浓度：1215g/100mL；首釜温度：95；未釜温度：100；压力： 0.25；醇/铝=6；铝/镍=38；防老剂/丁二烯=0.79%1.0%；转化率：83%；收率：95%；每吨顺丁胶消耗丁二烯：1.045 t。4.2.2后处理工段操作控制指标胶液罐：贮量罐容积的80%；压力0.1MPa。胶液泵：压力0.1MPa。凝聚釜：釜顶温度：9498；压力0.08MPa ；釜底温度：96101；液面：7视镜；蒸汽压力：0.9MPa；水胶比(体积)：58；循环水压力：0.15MPa；安全阀定压：0.1MP；喷胶量：1025m3/h；循环水PH值：810。分层罐：常压(开口)；界面：隔板高的40%60%液面：隔板高的20%80%。热水罐：液面1/2。洗胶罐：水温：4555；洗涤水罐液面：1/4。干燥岗：挤压机出口胶含水：812%；热风温度：80100；蒸汽压力：0.9Mpa；循环水压力：0.1Mpa；干燥五段温度：175。压块岗：高压油压：25Mpa；控制油路油压：1.5Mpa；低压油压：5Mpa。4.3 安全防护措施4.3.1聚合工段由于全车间使用的原料有丁二烯、溶剂油、三异丁基铝，还有丁烯等。根据这些原料的性质查化工工艺设计手册化工生产安全与防护等确定全车间火灾危险等级为甲级；爆炸危险场所分区为2区；车间建筑物属一类工业建筑。设计中电气设备一律选用隔爆式电器设备；各设备均有接地线、跨接线等防静电设施及防雷设施；各岗位设有排风系统。此外在生产中还要注意以下问题：1)车间内不准使用明火；禁止穿带钉子进入装置现场；禁止吸烟；禁止随意用铁器碰击设备；机动车不径许可不得进入生产区。2)生产人员必须熟悉相岗位消防设施的种类及存放位置，并能熟练正确使用，了所处理现场物料的性质。3)生产人员上岗必须佩带好劳动保护用品，在接触三异丁基铝和三氟化硼乙醚络合物时必须带好手套、面具及其它防护用品。三异丁基铝着火时不得用水和泡沫灭火器，应选用干粉及四氯化碳。4)生产人员地生产过程中要及时检查，消除漏点。5)设备跑料、贮罐冒顶后应立即采取紧急措施，切断物料来源，控制现场，通知附近使用明火单位立即停止，严禁开停传动设备，及时回收流失物料或用蒸汽蒸煮，消除危险。6)生产设备超压时应采取紧急排空措施，必须有专人监护现场。7)在生产装置检修敲打设备时，必须使用铜制工具或在铁制工具上涂上黄干油，以免引起火花。8)生产现场禁止存放大量易燃易爆物品。9)设备开车前必须用氮气置换，聚合系统及丁二烯贮罐要置换到氧含量小于0.2以下，其它设备置换到氧含量小于1方可投料。10)各贮罐装料不得超过规定装料系数，而且要有氮气保护。常压罐保压不超过0.05MPa,受压罐保压0.4MPa。11)设备检修必须把物料倒空,并用盲板切断与其它设备的联系。清除可燃物，由车间安全员开动火票，指令专人到现场监护，检修人员方可动火。管线动火可燃物含量要小于0.2，容器动火可燃物含量小于0.1。12)聚合釜清胶要用蒸汽蒸煮24小时以上，分析釜内可燃物小于0.2，氧含量大于18方可入釜治理清理。并在入釜前要检查确认电机确定停止，并有专人监护，严禁启动电机。13)槽车必须在指定地点装卸物料，装卸中汽车不准发动，使用胶管车身应有接地线，同时流量不要过大，以免产生静电，装卸现场有专人看管。4.3.2后处理工段1)后处理部分所用物料主要有胶液、丁二烯、溶剂油等，性质与聚合所用物料相同，故后处理也属于易燃易爆岗位，其安全规定与聚合相同。2)胶液罐与凝聚釜在清理前要切断外连管线，切断电机，有氮气置换，并分析可燃物浓度氧含量等，合格后方可入内。3)后处理的电器、转动设备多，生产人员上岗必须穿好工作服带好安全帽。所有电器设备在运转中禁止用手乱动。4)生产人员工作服内禁止带东西，防止落入设备内影响生产。5)干燥岗因有油气逸出和滑石粉能引起呼吸道系统发炎，因此，要加强通风，排风。6)设备动火要有动火票，并有专人监护，切断电源，严禁启动。7)胶库禁止吸烟，使用明火，非岗位人员禁止入内，库内要经常保持卫生。第五章 工艺计算与主要设备选型5.1 物料衡算5.1.1计算采用的基础数据年产量：9500t年开工时间：8000h每吨BR消耗丁二烯：1.045t总转化率：86%丁油浓度：1215g/100ml丁油入釜温度：40首釜温度：95末釜温度：100聚合压力：0.45Mpa计量罐压力：0.1 Mpa计量泵压力：0.8Mpa设计选用配方：镍/丁=2.010-5铝/丁=1.010-4硼/丁=2.010-4铝/镍=38铝/硼0.25醇/铝=6防老剂/丁二烯=0.79%(质量比)全装置总收率为95.4%，总损耗为4.6%（包括工艺损耗和机械损耗）。其分配如下（以1.045吨100%丁二烯为基准计算收率和损耗）：聚合挂胶损失： 1%聚合、凝聚中丁二烯机械泄露损失： 0.5%凝聚、振动筛聚丁二烯渣沫损失： 0.5%油水分离器水相丁二烯溶解损失： 2%包装过程中不合格和落地料损失： 0.6%5.1.2计算基准连续反应操作过程以kg/h作为基准。5.1.3聚合釜物料衡算聚合釜物料衡算图如图1所示。去终止釜挂胶损失聚合釜聚合釜聚合釜聚合釜丁二烯硼组分溶剂油镍组分铝组分图1 聚合釜物料衡算图丁二烯系统：每小时产胶量：950010008000=1187.5kg需100%纯度丁二烯量：1187.51.045=1240.938kg扣除2.5%的损失量应有聚丁二烯：1240.938（10.025）=1209.914kg按86%转化率计算100%纯度丁二烯的需求量：1209.9140.86=1406.877kg=26.053kmol/h未反应的丁二烯量：1406.8771209.914=196.963kg/h从原料车间来的丁二烯纯度为99.8%，其余按正丁烯计。则需要的原料量：1406.8770.998=1409.696kg/h随原料带入的丁二烯量：1409.6961406.877=2.819kg/h整理上述计算结果列于下表：组分质量分数wKg/ht/dt/aM3/h丁烯0.202.8190.0680.5410.005丁二烯99.801406.87733.765270.1202.240合计1001409.69633.833270.6622.245注：丁烯密度：596kg/M3；丁二烯密度：628 kg/M3；溶剂油密度：660 kg/M3溶剂油系统：取丁=13.5g/100ml 则有：丁=135kg/m3每小时进入聚合釜的丁油量：1409.696135=10.442 m3每小时进入聚合釜的丁二烯原料量：2.244 m3每小时进入聚合釜的溶剂油量：10.4422.244=8.198 M3 8.198660=5410.68 kg5.1.4引发剂系统：计算公式： 引发剂用量=丁二烯进料摩尔数（引发剂/丁）引发剂分子量1）环烷酸镍： M镍=58.71406. 877542.010-558.7=0.0306kg/h0.030658.7=0.00052kmol/h商品中环烷酸镍的含量7.5%，故环烷酸镍的量为：0.03060.075=0.408kg/h2）三异丁基铝（Al（iC4H9）3）：M Al（iC4H9）3=198 MAl=271406.8771.010-4198=0.516kg/h折合成铝的量： 0.51627198=0.0704kg/h0.070427=0.00261kmol/h3）三氟化硼乙醚络合物（BF3（C2H5）2O）M BF3（C2H5）2O=142 MB=10.8111406.877542.010-4142=0.7399kg/h折合成硼的量：0.739910.811142=0.0563kg/h0.056310.811=0.00521kmol/h聚丁二烯系统聚丁二烯： 1406.8770.86=1209.914kg/h挂胶损失： 1240.9380.01=12.409kg/h去终止釜干胶量： 1209.91412.409=1197.505kg/h验证配方： 合格 合格聚合釜物料衡算列表总表如下。序号组分Kg/ht/dt/aw%进料1丁烯2.8190.06822.5520.0412丁二烯1406.87733.76511255.0220.6233溶剂油5410.68129.85643285.4479.312续前表4环烷酸镍0.4080.0103.2640.0065三异丁基铝0.5160.0124.1280.0086三氟硼乙醚络合物0.73990.0185.91920.0117进料合计6822.04163.72954576.32100出料8丁烯2.8190.06822.5520.0419丁二烯196.9634.7271575.7042.88710溶剂油5410.68129.85643285.4479.31211去终止釜聚丁二烯1197.50528.7409580.0417.55312三种引发剂1.66390.04013.31120.02413挂胶损失12.4090.29899.2720.18214出料合计6822.04163.72954576.32100终止釜的物料衡算图见图2。聚合来胶液终止剂去凝聚釜终止釜防老剂图2 终止釜物料衡算5.1.5终止剂、防老剂系统：计算公式：乙醇用量= =0.000934M3/h =0.000934810=0.757kg/h其中水量5%，其重量为：0.7570.05=0.0378kg/h100%乙醇用量： 0.7570.0378=0.7192kg/h防老剂用量：取防老剂/丁=0.79%，防老剂配制浓度为117g/l1406.8770.0079=110114kg/h11.114117=0.095M3/h随防老剂一起带入的溶剂量：0.0950.000934=0.0941 M3/h 0.0941660=62.08kg/h整理得终止釜物料衡算列总表如下：序号组分Kg/ht/dt/aw%进料1胶液6809.631163.43154477.04898.9262终止剂0.71920.0175.7540.0103水0.03780.0010.3020.0014防老剂11.1140.26788.9120.1615带入溶剂62.081.490496.6400.9026进料总计6883.582165.20655068.656100.000出料7丁烯2.8190.06822.5520.0418丁二烯196.9634.7271575.7042.8619三种引发剂1.6640.04013.3120.02410溶剂油5472.76131.34643782.08079.50511干胶1197.50528.7409580.04017.39712终止剂0.71920.0175.7540.01013水0.03780.