公司橡胶聚合车间的工艺设计

1、第九章设计实例-年产11000t顺丁橡胶聚合车间工艺设计设计实例一年产11000t顺丁橡胶聚合车间工艺设计设计说明书一、概述（一）设计原则1设计依据依据有关部门下达的设计任务书或可行性研究报告的批文，环境影响报告书的批文，资源评价报告的批文，技术引进报告的批文，技术引进合同，设计合同，其它文件等。对于毕业设计而言，学生的设计依据就是专业教师下达的设计任务书。车间概况该车间设计生产规模为年产11000t顺丁橡胶。主要原料：单体丁二烯；溶剂溶剂油；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（简称2.6.4）。其生产原理采用溶液聚合的方法，使丁二烯、溶

2、剂、引发剂等在连续釜式反应器中进行配位聚合，制得粘稠胶液，再通过水蒸汽凝聚、洗胶、干燥、压块等过程获得最终产品顺丁橡胶。3工艺路线的确定聚合方法的确定根据产物结构要求从自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合、配位聚合等反应机理中选择出配位聚合，同时考虑配位聚合所用原料、引发剂、传热、物料输送、产物溶解、回收、操作方式等方面综合考虑选择溶液聚合实施方法。该工艺路线包括了如反应活性中心的形成过程；特殊引发剂组分的安全防护；由于溶剂的存在必然要考虑的回收、循环利用；反应的终止方式；产品防老化处理等特点。操作方式为连续操作。单体原料路线的确定通过比较乙炔法、乙醇法、丁烷一步脱氢法、丁烯氧化脱氢法、丁烯催化

3、脱氢法、石油高温裂解回收法等生产方法的优缺点，结合当地情况，因地制宜地选择合适的丁烯氧化脱氢制丁二烯原料路线。溶剂的选择各种溶剂对反应原料、产物及反应所用各种引发剂的溶解能力不同。从溶解度参数、体系粘度、工程上传热与搅拌、生产能力提高、回收难易、毒性大小、来源、输送等几方面对苯、甲苯、甲苯-庚烷、溶剂油等，进行综合比较，确定选择溶剂油。引发剂的选择从适合顺丁橡胶生产的引发剂共性入手，如定向能力高、稳定性好、易贮存、高效、用量少、易分离及残存对产物性能无影响等，对常用的四大类型引发剂Li系、Ti系、Co系、Ni系进行比较，选择Ni系引发剂，其组份主引发剂为环烷酸镍，助引发剂为以异丁基铝，第三组分

4、为三氟化硼乙醚络合物。引发剂活性中心的形成方式陈化方式陈化是指为了提高引发剂活性，充分发挥各组分的作用，在聚合前事先把引发剂各组分安一定配比，在一定的条件下进行的预混合反应。国内对上述引发体系曾采用过三种陈化方式，即三元陈化、双二元陈化、稀硼单加。通过比较确定最佳方式为稀硼单加。4.聚合反应机理及影响反应的因素聚合反应机理丁二烯聚合反应的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：nCH2=CHCH=CHCH2CH=CHCH2n影响反应的因素影响聚合反应的因素主要有引发剂的陈化方式，引发剂配制浓度，引发剂用量、配比，通过几方面进行分析，最后

5、得出比较合适配方为：镍/丁2.0 x10-5铝/丁10 x10-4硼/丁2.0 x10-4铝/硼0.25、醇/铝=6铝/镍=38单体浓度提高单体浓度聚合反应速度增加，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（丁浓）控制范围为1015。温度聚合温度升高，会使反应速度加快，产物分子量下降，但过高的温度会造成大分子产生支化，影响胶的质量。因此，要严格控制。一般首釜不大于95C，末釜不大于110C。杂质体系中的杂质主要有乙腈、水分、炔烃和空气中的氧等，这些杂质主要对引发剂的活性、诱导期的长短、体系的稳定性、聚合速度产生影响，因此，要严格控制在一定指标以下。设计原则中还要考虑主要设备

6、的选型。（二）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、薄膜、纸袋等岗位组成。设计范围包括：聚合工段至后处理工段的物料衡算、聚合过程的热量衡算、聚合工段各种设备的选型，物料流程图、带控制点工艺流程图、聚合釜装配图、平面布置图等。车间设备采用露天与厂房内布置相结合的原则。其中罐区、凝聚采用露天布置，其它全部采用厂房内布置。三）生产制度考虑装置的大修，采用年开工时间为8000h。全装置主要采用连续操作方式，局部采用间歇操作方式。全装置采用五班三倒制，每班八小时工作制。二、原料、产品的物理化学性质及技术指标

7、（一）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：单体：丁二烯；溶剂：溶剂油；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-4-甲基苯酚（简称2.6.4）。其化学名称、分子式、结构式、物理化学性质、来源（原料路线确定）、用途等可以查阅有机化工原料手册有机化工原料中间体便览有机化学及有关资料等获得。设计时采用的各种原料质量指标如下：1丁二烯纯度：99%；丁烯：1%；水值：20mgkg；醛酮总量：20mg/kg；二聚物：50mgkg；乙腈：检不出。2溶剂油（C6油）组分：C。2.1%、C。57.8%、C。40.1%；馏程：6090C；碘值:0.2

8、g100g；水值:56720mg-kg。3环烷酸镍镍含量：78%；水份：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:124.5126Co6终止剂纯度：95%；含水：5%；恒沸点：78.2C；密度：810Kgm3。7防老剂熔点：6971C；游离甲酚：0.04%；灰分：0.03%；油溶性：合格。（二）生成物顺丁橡胶的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顺丁橡胶的结构”C=C顺式1.4结构-Ach2chch2HH0.86nm还有反式1.4结

9、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0C）,因此，在常温下无结晶态，只以无定形形态

10、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。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

11、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。上述这些可以用表格列出数据对常见橡胶胶进行比较显示。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、传动带、模压制品、鞋底、胶鞋及海绵胶等方面。4生产中成品胶质量指标生产中成品胶质量指标如表9-1所示。表9-1成品胶质量指标项目优级品级品合格品挥发份%0.751.001.30灰分%0.300.300.30生胶门尼粘度M100C455455457混炼胶门尼粘度M100C687314.213.713.2伸长率%35min450430430三、车间危险性物料主要物性表该车间危险性物料主要包括丁二烯、三异丁基铝、溶剂油、乙醇等

12、，其主要物性如表9-2所示。表9-2车间危险物料主要物性序号名称分子量熔点C沸点C闪点C燃点C爆炸极限（Vd%）国家标准备注上限下限丁二烯56-4.4三异丁基铝198铝溶剂油86686乙醇4678.4三氟化硼乙醚络合物142142.5126四、生产流程简述（一）生产流程简述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

13、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

14、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。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

15、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

16、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4060C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

17、(25kg)。压好的胶块用薄膜包好装入纸袋封好入库。操作控制指标1聚合工段操作控制指标丁油浓度：1215g/100mL首釜温度：95C未釜温度：100C压力：0.45MPa引发剂配方：镍/丁2.0 x10-5铝/丁10 x10-4硼/丁2.0 x10-4铝/硼0.25、醇/铝=6铝/镍=38防老剂/丁=0.79%1.0%转化率：83%收率：95%每吨顺丁胶消耗丁二烯：1.045t2后处理工段操作控制指标胶液罐：贮量罐容积的80%；压力WO.IMPa。胶液泵：压力WO.IMPa。凝聚釜：釜顶温度：9498C；压力0.9MPa。水胶比（体积）：58循环水压力：0.15MPa安全阀定压：0.1MPa

18、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：4555C洗涤水罐液面：1/4干燥岗：挤压机出口胶含水：812%热风温度：80100C蒸汽压力：0.9Mpa循环水压力：0.1Mpa干燥五段温度：175C压块岗：高压油压：25Mpa控制油路油压：1.5Mpa低压油压：5Mpa（三）安全防护措施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。

19、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：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。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，了解所处理现场物料的性质。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。生产人员地生产过程中要及时检查，消除漏点。设备跑料、贮罐冒顶后应立即采取紧急措施，切断物料来源

20、，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。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。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。生产现场禁止存放大量易燃易爆物品。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。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。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

21、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。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。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。2后处理工段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。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。后处理的

22、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。生产人员工作服内禁止带东西，防止落入设备内影响生产。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。设备动火要有动火票，并有专人监护，切断电源，严禁启动。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。五、工艺计算与主要设备选型（一）物料衡算计算采用的基础数据年产量：11000t年开工时间：8000h每吨顺丁橡胶消耗丁二烯：1.045t总转化率：85%丁浓：丁=1215g/I。ml丁油入釜温度：W40C首釜温度：才95C末釜温度：才110C聚合系统压力：W0.44M

23、Pa计量罐压力：W0.1MPa计量泵压力：W0.8MPa设计选用配方：镍/丁=2.X10一5铝/丁=1.0X10-4硼/丁=2.0X10-4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95.3；总损耗4.7（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）：TOC o 1-5 h z聚合挂胶等损失1聚合、凝聚的丁二烯机械泄漏损失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包装过程中不合格品和落地料损失0.72.计算基准连续反应操作过程以kg：h作为基准。3聚合釜物料衡算去终止釜聚合釜物料衡算

24、图如图9-1所示。溶剂油聚聚聚聚丁二烯合合合合镍组分釜釜釜釜铝组分硼组分挂胶损失丁二烯系统：每小时产胶量:11000 x1000一8000=1.375x103kg需100%纯度丁二烯量：1.375x103x1.045=1436.875kg扣除2.5%的损失量应有聚丁二烯：1436875x(l0.025)=1400.953檢按85%转化率计算100%纯度丁二烯的需求量：1400.953十0.85=1648.180kg=30.522kmol/h未反应的丁二烯量：1648.1801400.953=247.227kg/h从原料车间来的丁二烯纯度为99%，其余按正丁烯计。则需要的原料量1648.180十

25、0.99=1664.828kg/h随原料带入的丁烯量：1664.8281648.180=16.648kg/h整理上述计算结果列下表。组分质量分数Wkg/ht/dt/aM3/h丁烯116.6480.399133.1860.028丁二烯991648.18039.55613185.4412.658合计1001664.82839.95613318.6272.686注：丁烯的密度：596kgM3丁二烯密度：628kgM3溶剂油密度：660kg.M3溶剂油系统：取丁=13.5g/10ml则有：丁=135kg/m3每小时进入聚合釜的丁油量：1664.828十135=12.332m3每小时进入聚合釜的丁二烯原

26、料量：2.686m312.332-2.686二9.646M3每小时进入聚合釜的溶剂油量：9.646x660二6366.36kg引发剂系统：计算公式：引发剂用量=丁二烯进料摩尔数X(引发剂/丁)X引发剂分子量a、环烷酸镍:M镍=58.71648180十54x2.0 x10-5x58.7二0.0358kg/h0.0358十58.7=0.00061kmol/h商品中环烷酸镍的含量为7.5，故环烷酸镍的量为：0.0358十0.075二0.477kg/hb、三异丁基铝S/-C4H9)3)：M/、=198M=27Al(i-C4H9)3Al一54x1.0 x10-4x198=0.604kg/h折合成铝的量：

27、0.604x27-198=0.0824kg/h0.0824十27=0.00305kmol/hC、三氟化硼乙醚络合物曲理H5)2O)M、=142M=10.811BF3(C2H5)2OB一54x2.0 x10-4x142=0.867kg/h折合成硼的量：0.867x10.811-142=0.066kg/h0.066十10.811=0.0061kmol/h聚丁二烯系统：聚丁二烯：1648.18x0.85=1400.953kg/h挂胶损失：1436875x001=14.369kg/h去终止釜干胶量：1400.953-14.369=1386.584kg/hAl0.0305验证配方：-0.00061合格聚

28、合釜物料衡算列总表如下。AlB0.003050.0061-0.5合格序号kg/h1234丁烯丁二烯溶剂油环烷酸镍16.6481648.1806366.360.4775三异丁基铝0.604三氟硼乙醚络合物进料合计8910丁烯丁二烯溶剂油0.8678033.13616.648247.2276366.3611去终止釜聚丁二烯1386.58412三种引发剂194813挂胶损失14.36914出料合计8033.136t/d0.39939.556152.7920.01140.001450.0208192.7810.3995.933152.79233.2780.04760.345192.781t/a133.

29、18613185.44150930.883.8164.8356.93464265.092133.1861977.81650930.8811092.67515.585114.95264265.092w%0.20720.51779.2510.0060.0080.0111000.2073.07879.25117.2610.0250.178100终止釜的物料衡算图见图9-2。去凝聚釜防老剂止终止剂釜聚合来胶液图9-2终止釜物料衡算图终止剂、防老剂系统:计算公式：乙醇用吐100%丁二烯摩尔数铝丁比醇铝比乙醇分子量乙醇纯度乙醇密度=0.001095M3/h1648.18x1.0 x10-4x6x460.9

30、5x810 x54=0.001095x810二0.887kg/h其中水量占5%,其重量为：0.887x0.05=0.0443kg/h100%乙醇用量：0.887-0.0443二0.8427kg/h防老剂用量：取防老剂/丁二烯=0.79%，防老配制浓度为117gx0.0079二13.021kg/h13.021十117二0.111M3%随防老剂一起带入的溶剂量：0.111O.OOOl。9=0102M3/h0.1102x660二72.727kg/h序号组分kg/ht/dt/aw%1胶液8018.767192.45064150.13698.93112终止剂0.84270.2026.7420.01043

31、水0.04430.00110.3550.00054防老剂13.0210.312104.1650.1615带入溶剂72.7271.745581.8170.8976进料总计8105.402194.710164843.2161007丁烯16.6480.399133.1860.2058丁二烯247.2275.9331977.8163.05019三种引发剂1.9480.046715.5840.02410溶剂油6439.087154.53851512.69679.44211干胶1386.58433.27811092.67517.10712终止剂0.84270.2026.7420.010413水0.0443

32、0.00110.3550.000514防老剂13.0210.312104.1650.16115出料总计8105.402194.710164643.216100整理得终止釜物料衡算列总表如下。进料出料6、凝聚釜物料衡算基础数据：a、终止釜物料衡算表中的出料数据；b、循环水量：取水/胶液=7.5（体积）；c、循环水入口温度：取90C；d、0.9（表压）MPa水蒸汽耗量：5吨水蒸汽/吨胶；e、凝聚温度：取95C；f、凝聚压力：0.02（表压）MPa；g、胶液入釜温度：取20C；h、油水分离内，水在烃类中的饱和溶解度为100mg/kg；溶剂油在水中的饱和溶解度为0.0014（分子%）；i、溶剂油（以正

33、已烷计）在95C时的气化热为316.522kJkg；20C95C的平均比热约为2.428kJkgY；j、丁二烯的95C时的气化热为131.884kJkg；20C95C的平均比热约为2.554kJkg。C；k、丁烯（以正丁烯计）在95C时的气化热为254.139kJkg；20C95C的平均比热约为2.679kJkg。C；m、经振动筛后自由水全部脱除，胶粒内含60%，含油约为0.5%；n、干燥脱水装置使胶粒内含水和油（即挥发分）小于0.75%；o、包装入库成品胶质量指标（见表9-1）注：h,i,j数据查于化工工艺设计手册下册；g查于高聚物合成工艺设计基础P30；其余取自某操作现场数据。计算：凝聚釜

34、物料衡算图见图9-3。溶剂油、丁二烯、水蒸气去油水分离器热水凝机械损失*聚渣沫损失胶液釜热水、胶粒去振_-图9-3凝聚釜物料衡算图（1）循环热水量恥水/胶液=7.5（体积比）则用水量：（12.332+0.111）x7.5=93.33M3/h取用水量为93M3/h；即为93T/h。（2）损失量丁二烯机械损失：164818x0.。05=8241kg/h聚丁二烯渣沫损失：1648.18x0.005=8.241kg/h损失的防老剂：13-021x0-0050.0651kg/h（3）去振动筛的聚丁二烯胶粒量聚丁二烯：1386.584-8.241=1378.343kg/h胶粒内含防老剂：13.021-0.

35、0651=12.956kg/h胶粒内含油：1386.584x0.005=6.933kg/h胶粒内含水：1386.584x0.6=831.951kg/h（4）水蒸气冷凝量溶剂油气化量：6439.087-6.933=6432.044kg/h丁烯气化量：16.648kg/h丁二烯气化量：247.227-8.241=238.986kg/h注：未扣除胶液罐中回收的丁二烯量。查基础化学工程上册P338表10得：0.9（表）MP水蒸焓值厶曰汽=2781.71Jkgd查基础化学工程上册P337表9得：95C饱和水焓值AH水=397.75kJkg。焓差为：AH=2781.71-397.75=2383.96kJk

36、g分几部分估算水蒸汽冷凝量：用于溶剂油气化6432.044x（316.522+2.428（95-20）2383.96=1345.307kg/h用于丁烯气化GWC4=16.648xI254.139+2.679x（95-20）2383.96=3.178kg/h用于丁二烯气化GWC4=238.986x131884+2.554（95-20）2383.96=32.423kg/h用于循环水从90C升温到95C93000 x4.1868x（9520）2383.96=816.65kg/h四项之和：G=G+G+G+GWWWWC6C4C4=G=1345.307+3.178+32.423+816.65=2197.5

37、58kg/h这些冷凝水有831.951kg包含在胶粒内，全部冷凝水与循环水一起支振动筛(5)进入凝聚釜的蒸汽总量：1.375x5000=6875焙/h其中去油水分离器的水蒸气量：6875-2197.558=4677.442kg/h整理得凝聚釜物料衡算数据列下表。类别进去振动筛去油水分序号101112131415161718192021进料合计聚丁防老齐U溶剂油引发剂终止剂去1号筛合计丁丁溶剂油气去分离罐合计损失丁损失干胶损失防老剂损失合计出料合计kg/h8105.402930006875107980.4021378.34312.9566.9331.9480.842795197.51296598

38、.53516.648238.9866432.0444677.44211365.128.2418.2410.065116.547107980.402t/d194.52922321652591.52933.080.3110.1660.04680.0202284.7412318.3650.3995.736154.379112.259272.7630.1980.1980.001560.3972591.529t/d74400055000863843.21611026.748103.64455.46315.5846.742761580.464772788.645133.1861911.88951456.3

39、5237419.53690920.96365.92865.9280.521132.377863843.216W%7.50686.1276.3671001.2760.0120.0060.0020.00188.161989.45890.0150.2215.9574.33210.5250.0080.0080.00010.01611007、振动筛及热水罐物料衡算物料衡算图见图9-4。洗胶热水1#振动筛含水胶粒去图9-4缓冲罐、振动筛、洗胶罐物料衡算图进料系统：(1)自凝聚来胶粒和水总量：96598.535kg/h(2)取洗胶热水量：20M3/h,即20000kg/h出料系统：(1)循环热水去凝聚热水罐

40、：93000kg/h(2)洗胶热水支洗涤热水罐：20000kg/h(3)去干燥脱水：聚丁二烯：1378.343kg/h防老剂：12.956kg/h溶剂油：6.933kg/h水：831.951kg/h(4)去污水池(设引发剂与终止剂全部洗掉,不循环)引发剂：1.948kg/h终止剂：0.8427kg/h水：(95197.512+20000)(93000+20000)831.951=1365.561kg/h振动筛和洗胶罐物料衡算列下表。序号胶粒和水洗胶水进料合计凝聚循环热水罐的水聚丁kg/h96598.53520000116598.53593000200001378.343t/d2318.3654

41、802798.365223248033.08t/a772788.645160000932788.64574400016000011026.748W%82.8517.1510079.7717.15料干燥脱水7防老剂12.9560.311103.6448溶剂油6.9330.16655.4639水831.95119.9676655.605106-9项合计2230.18353.52417841.461.91去污水池11引发剂1.9480.046715.58412终止剂0.84270.02026.74213水1365.56132.77310948.4881411-13项合计1368.351732.841

42、0946.8141.1715出料总合计116598.5352798.365932788.241008、干燥脱水物料衡算含水胶粒干燥脱水去包装水.溶剂油去污水池图9-5干燥脱水物料衡算图按指标胶内挥发分（水、油）0.75%，设计取0.74%，其中水0.64%，油0.1%。则:胶内含水：1378.343X0.0064=8.821kg/h脱水量：831.9518.821=823.13kg/h胶内含油：1378.343X0.001=1.378kg/h脱油量：6.9331.378=5.555kg/h去包装部分聚丁二烯：1378.343kg/h防老剂：12.955kg/h水：8.821kg/h溶剂油：1.

43、378kg/h脱出挥发分组成：水：823.129kg/h溶剂油：5.555kg/h干燥、脱水物料衡算图见图9-5。物料衡算数据列下表。序号组分kg/ht/dt/aW%进料1含水胶粒等2230.18353.52417841.46100去2聚丁二烯1378.34333.08011026.74出包3防老剂12.9560.311103.644装4水8.8210.21270.5715溶剂油1.3780.03311.0266去包装合计1401.49933.63611211.98162.84去7水823.12919.7556585.033料污8溶剂油5.5550.13344.437水9去污水池合计828.6

44、8419.8886629.47037.1610出料总合计2230.18353.52417841.46100序号组分kg/ht/dt/a进料1成品胶1401.49933.63611211.99出不合格损失2损失聚丁二烯11.5370.27792.2983损失防老剂0.1150.00280.9234损失水0.0740.00180.5915损失溶剂油0.0120.00030.0926损失合计11.7380.281993.904W%1000.89、包装物料衡算不合格产品损失部分损失聚丁二烯：1648.180X0.007=11.537kg/h损失防老剂：11.537X0.01=0.115kg/h损失溶剂

45、油：11.537X0.001=0.012kg/h损失水量：11.537X0.0064=0.074kg/h成品胶部分聚丁二烯：1378.34311.537=1366.806kg/h防老剂：12.9560.115=12.841kg/h挥发分：10.1990.085=10.114kg/h包装部分物料衡算列下表。去包装7聚丁二烯1366.80632.80310934.44899.28防老剂12.8400.308102.7209挥发分10.1140.24380.91210去包装合计1389.7633.35411118.0811出料总合计1401.49933.63611211.99100校验设计任务：13

46、89.7612.840=1376.92kg/h从去包装干胶中扣除防老剂后的生胶量：其年产量为：11015.36T/h结果稍大于所给设计任务，故设计为合格10、油水分离器物料衡算物料衡算图：凝聚釜顶来油和水油水分离器溶剂油对溶剂回收去污水池图9-6油水分离器物料衡算图进料量：11365.12kg/h出料部分：（1）水相系统水：4677.4420.662=4676.78kg/h丁二烯溶水损失：1648.180X0.02=32.964kg/h溶剂在水相中的饱和溶解量：4677.442三18X0.0014X89.4=32.524kg/h（2）油相系统丁二烯：238.98632.964=206.022k

47、g/h丁烯：16.648kg/h溶剂油：6432.04432.524=6399.52kg/h油相中的饱和水量：(6399.52206.02216.648)X0.0001=0.662kg/h油水分离器物料衡算列下表。序号组分kg/ht/dt/aW%出料丁烯丁一烯溶剂油7k11365.12272.76390920.961001011溶剂油丁二烯丁烯去回收合计溶剂油丁二烯去污水池合计出料合计6399.52206.02216.6480.6626622.8524676.7832.96432.5244742.26811365.12153.5884.9450.3990.016158.948112.2430.

48、7910.781113.815272.76351196.1601648.176133.1865.29952982.81637414.240263.712260.19237938.14490920.9658.2741.7310011、溶剂回收部分物料衡算基础数据为简化处理，溶剂油的组成按n-C6H14计算；烯烃按。4比计；所含重组分以n-C8H18计，含量取溶剂油总进料量的0.2。则溶剂回收进料组成如下表所示。序号组成kg/hW(%)n-C8H1812.7990.19114n-CEC4H6H2O合计6386.721222.670.6626622.85296.443.360.01100865418

49、kmol/h0.11274.264.1240.037mol(%)0.1494.565.250.0578.533100工艺要求：脱水塔：塔顶：含丁二烯40，溶剂油60塔底：不含丁二烯和水提浓塔：塔顶：含丁二烯98，溶剂油2；塔底：含丁二烯0.2，回收塔：塔顶：含溶剂油99.999；表9-3提浓塔物料平衡溶剂回收部分物料衡算图如图9-7所示。对于I衡算范围，控制脱水塔底丁二烯馏出量为0.2kg/h。F3塔对丁二烯作物料衡算：fF二D+W(FX二dXF2D26622.852=D+W*21I6622.852x0.0336=Dx0.982解得：jD二227.069kg/hW二6395.783kgjh在I

50、I衡算范围对丁二烯作物料衡算，(F=D+W222“X二DX+WX2F22D22W2F=227.069+W22Fx0.4=227.069x0.98+Wx0.00222解得：W二330.905kg/hF二557.974kgh序号组分进料塔顶塔底kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)CHHQ合计222.67334.6420.662557.97439.9159.970.12100222.5284.541227.069981000.142330.1010.662330.9050.04399.7570.2100F二F+F=6622.852+330.905二6953757kgh11表9-4脱水塔物

51、料平衡序号组分进料塔顶塔底kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)1Cl222.8123.204222.81239.933002HQ1.3240.0191.3240.237003n-C6H“6716.82296.593333.83859.836382.98499.84n-CfiH1fi12.7990.1840012.7990.25合计6953.757100557.9741006395.783100以回收塔为物料衡算范围，对溶剂油进行物料衡算：6395.783二D+W*336395.783x0.998二0.99999xD+0.02xW33解得：W二12.988kg.hD二6382.795

52、kgh表9-5回收塔物料平衡组分进料塔顶塔底kg/h6382.98412.799合计6395.783W(%)99.80.2100kg/h6382.7956382.795W(%)100100kg/h0.18912.79912.988W(%)1.4598.55100(二)热量衡算主要对聚合釜进行热量衡算1基础数据(1)聚合釜物料衡算表；聚合时间：35h(设计取4h)；实用聚合釜台数：4台(确定方法见设备设计)聚合温度:94C冷却盐水：入口温度-12C，出口温度-8C。(6)溶剂油组成及物性数据表9-6溶剂油组成Wi%Xi%Min-C5H122.12.5972n-C6Hi457.861.5484nG

53、HM40.135.87100合计100100表9-7溶剂油物性数据物性n-C5H12n-C6H14n-C7H16溶剂油数据来源计算公式密度P549590620601化工工艺设计手1vW=乙i-kgM3册下P633pP,比热容Cp3.07672.62042.48232.6168化工工艺设计手Cp=工WCpiikJ/(kgC)册下P645热导率九九二YW九0.08610.09070.09890.0942化工工艺设计手iiW/(mC)册下P680丁烯、丁二烯物性数据见表9-8。表9-8丁烯、丁二烯物性数;据定性温度密度p比热容Cp热导率九数据来源Cdm3kJ/(kgC)W/(mC)C4H894101

54、02.00010.1396化工工艺设计手册下P634P645P681C4H6944802.97210.08374化工工艺设计手册下P634P645P68111顺丁橡胶物性数据见表9-9。表9-9顺丁橡胶物性数据定性温度C密度Pkg/m3比热容CpkJ/(kgC)热导率九W/(mC)数据来源顺丁橡胶944802.97210.08374合成橡胶工业第七卷(1984)P69冷冻盐水物性数据见表9-10。表9-10冷冻盐水物性数据定性温度C密度Pkg$m3比热容CpkJ/(kgC)热导率九W/(mC)数据来源CaCl2-1012452.85900.4885化工壬册P20702、各聚合釜反应转化率确定根

55、据合成橡胶工业第七卷(1984)P67“丁二烯溶液聚合的工程分析”知：丁二烯聚合属于一级反应，并且，镍催化体系油溶剂丁二烯的表观动力学反应速度常数的关联式如下：k=P=kaCcp0k=3637x108exp(-4455/T)p另根据基本有机化工工厂装备知，对于一级反应，连续槽式反应器的反应转化率与反应速度常数之间的关系如下：CC=AMAN(1+kJCX二1-ANNCA0式中CAN第N台釜内反应物的浓度；mol/LCA0反应物初始浓度；mol/LxN第N台釜内反应物转化率；k聚合反应表观速度常数；min-1T平均停留时间；minN连续槽式反应器的台数；C0主催化剂的浓度；mol/Lkp链增长速度

56、常数；L/(molmin)P活性链总浓度；mol/LT反应温度；Ka催化剂利用率(在94C下，a=27%)为了便于计算，按等温等容处理，取总转化率85%；4釜串联；平均停留时间60min；反应温度94C。将上式进一步整理得：给定一个主催化剂浓度，分别求出x1、x2、x3、x4，直至达到设计要求。根据第八章第四节计算实例2,取C0=192x10-5mol/L,将计算结果整理得表9-11。表9-11各釜纯转化率与累积转化率第一釜第二釜第三釜第四釜纯X(%)累积X(%)纯X(%)累积X(%)纯X(%)累积X(%)纯X(%)累积X(%)37.8137.8123.5161.3214.6275.949.1

57、85.043、各釜物料组成及物性据数总时料量：12.322m3/h36+1648.18+16.648=8031.188kg/h其中100%丁二烯：1648.18kg/h丁烯：16.648kg/h溶剂油：6366.36kg/h根据各釜纯转化率计算各釜的物料组成如表9-12。表9-12各釜的物料组成表9-12各釜的物料组成物料溶剂油丁烯丁二烯聚丁二烯第一釜kg/h6366.3616.6481025.00623.177W(%)79.270.2112.677.76第二釜kg/h6366.3616.648637.5161010.664各釜物性数据计算结果如表9-13温度C组分密度Pkgm39494949

58、4胶液胶液胶液胶液606.8624.2635.5642.8W(%)79.270.217.9412.58第三釜kg/h6366.3616.648396.5521251.628W(%)79.270.214.9415.58第四釜kg/h6366.3616.648246.5671401.612W(%)79.270.213.0717.45表9-13各釜物性数据计算结果比热容CpkJ/(kgC)2.57442.52832.50322.4865热导率九W/(m.C)0.09560.09860.10050.1016门尼粘度动力粘度卩Pa.s505045453.57.511.018.0注：根据各釜门尼粘度和胶液

59、浓度查高聚物合成工艺学确定各釜动力粘度。4、各釜对流传热系数a和传热系数K的计算(1)夹套内冷却盐水的对流传热系数a1计算基本方程式：九Na=u1l=0.027Re0.8Pro.33Re=-Pr=式中a夹套对流传热系数，W/(m2oC)；Nu努塞尔准数;Re雷诺准数；l传热面的特征尺寸，m；九一流体的热导率，W/(m2oC)；u流体的流速，m/s；p流体的密度，kg/m3；图9-8螺旋导流板卩一流体的粘度，Pas；Cp流体的比热容，J/(kgC)；比流体在壁温条件下的粘度，Pas查化工工艺设计手册上册P301表4-14,取冷却盐水在螺旋导流板中的流速为1.5m/s；根据搅拌设备设计P142和化

60、工设备机械基础第三册P180有关内容，取聚合釜夹套内螺旋导流板的几何尺寸如图9-8所示。则传热面特尺寸为：4x500 x34l=6367mm=0.06367m2x(500+34)那么：Pr=36.872.859x103x6.3x10-30.4885Re=0.06367x08x12456.3x10-3由于0Pr10000，所以:0.14尢1a=0.027Re0.8Pr31l沁1.05a=0.027X0.0837X(10065924)。$x(3687)1x1.05=197.629W/(m2oC)10.063673因盐水在弯曲的螺旋导流板中流动，所以要对ax进行修正。查基础化学工程上册P172修正公