丁苯橡胶聚合工段课程设计

第一章前言1.1概述丁苯橡胶是由1,3-丁二烯与苯乙烯共聚而得的高聚物，简称SBR，T苯橡胶综合性能优良，是合成橡胶的第一大品种，产量占合成橡胶的60%,也是最早实现工业化生产的橡胶之一。其物理结构性能，加工性能及制品的使用性能接近天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用［1］。丁苯橡胶具有适合轮胎用途的各种优异性能，溶液丁苯橡胶滚动阻力比乳液丁苯橡胶和天然橡胶低，抗湿滑性比顺丁橡胶好，耐磨性也很好，特别是第二代溶液丁苯橡胶的成功研发，其滚动阻力比乳液丁苯橡胶减20%—30%，抗湿滑性优于顺丁橡胶。由于其优良的性能，也广泛用于胶管、胶带、胶鞋、耐磨、衬里以及塑料（主要是聚苯乙烯和abs）抗冲击改性剂等用途，但轮胎和胶鞋领域占总消费量的70%以上。目前SBR的主要生产方法是乳液聚合法和溶液聚合法，乳液聚合生产工艺已相当成熟，且乳液聚合生产工艺已占SBR生产的主导地位。乳液聚合中，约90%的生产工艺为低温条件。低温乳聚生产橡胶流程大同小异，包括原料准备、化学品制备、聚合、单体回收、胶乳贮存、凝聚、干燥和产品包装等工序，配方也大同小异。低温乳液聚合工艺催化剂、活性剂使用效率高，聚合反应温度低，凝胶含量少，能生产出大分子量、机械性能较好的橡胶。合成SSBR的基本技术路线通常用烷基锂作引发剂，用烷烃或环烷烃做溶剂，用四氢呋喃作无规剂，用醇类作终止剂。该技术被欧洲许多公司采用ESBR的生产技术在20世纪后期逐渐成熟，此后对工艺又进行了改进，并朝着大型化方向发展，自动化水平有了明显提高，并且已达到相当先进水平。ESBR在提高聚合反应的单体转化率、节能降耗等方面取得了很大的进展，2003年我国丁苯橡胶（SBR）表观消耗量达55.93万吨，仅次于美国，居世界第二位⑵。20世纪80年代末至90年代初，国外一些大的企业曾一度放弃了对ESBR的研发工作但ESBR经过数十年与SSBR的抗衡，仍显示出其较强的生命力。尤其是近年来国外有些企业在提高ESBR的综合性能研究方面取得了突破性的进展⑶近年来我国开展了许多丁苯橡胶科研开发与技术改革，大连理工大学化工学院与燕山石化公司研究院以正丁基锂为引发剂合成了丁二烯-苯乙烯二嵌段共聚物，该共聚物与普通溶聚丁苯橡胶相比，不仅具有良好的物理机械性能，同时具有低滚动阻力和高抗湿滑性能，此外还采用由正丁基锂和二乙烯基苯合成的多螯型引发剂及SnCl偶联剂等合成了具有宽相对分子质量分布、高门尼粘度的溶聚丁苯橡胶，并且采用湿法充油值得了物理机械性能优异的充油丁苯橡胶。兰州石化公司石化研究院自行研制开发了粉末丁苯橡胶制备技术，并实现了中式放大，经200t/a规模的中试证明该技术凝聚工艺平稳，过程易于控制，产品性能稳定，重复性好，属国内首创技术，该技术应用于沥青改性方面，具有掺混工艺简单、易于分散、改善沥青低温性能的特点，并填补了国内粉末丁苯橡胶改性沥青领域的空白。另外，山东齐鲁石化公司橡胶厂开发成功新一代环保型丁苯橡胶，这项产品已经达到欧洲同类产品的环保标准。其日试产能力为360吨，试生产完成之后的日生产能力将达到500吨，专家认为，环保型丁苯橡胶的问世对于推进橡胶产品行业的环境保护具有重要意义。1.2丁苯橡胶合成原理丁二烯与苯乙烯在乳液中按自由基共聚合反应机理进行聚合反应。其反应式与产物结构式为：mCH尸CH-CH=ch.+n CH=CH,—-[-CH-CH2-1---[-CH2-CH=CH-CH2-1-2 2 , 2 | 2n 2 2m-在典型的低温乳液聚合共聚物大分子链中顺式约占9.5%，反式约占55%，乙烯基约占12%。如果采用高温乳液聚合，则其产物大分子链中顺式约占16.6%，反式约占46.3%，乙烯基约占13.7%⑸链引发这是形成单体自由基活性种的反应，首先由氧化还原引发体系在水相中产生，初级自由基。R—COOH+ Fe2+一R—CO・+ Fe3+

第二步是初级自由基与单体加成，形成单体自由基。C CHCH+RC CH链增长在链引发阶段形成的单体自由基，活性很高，如无阻聚物质与之作用，就能进攻第二个单体分子的n键，重新杂化结合，形成新的自由基，如此循环下去。KPCH+CH+nH2CCHH2CH2C2H2C2CH'H2He——HH2He——H2He——XXX该反应过程放热，链增长速率极快(0.01-ns间)，其相关的速率方程为：、1Rp=kp幻^M]kk7式中 Rp——链增长速率，L/(mol・s)[I]——引发剂浓度，mol/lf——引发剂引发速率，%Kd——引发剂分解速率常数，

Kt——链终止速率常数链终止乳聚丁苯橡胶聚合过程的终止主要是双基结合终止。C2—CH+C2—CH+- h2HC C2H2HHC2—C—CH2C2XX此时的聚合体系中，除水相外，主要是表面层为乳化剂覆盖的聚合胶乳粒子。丁二烯与苯乙烯在乳液中按自由基共聚合反应机理进行聚合反应。其反应式与产物结构式为:在典型的低温乳液聚合共聚物大分子链中顺式约占9.5%，反式约占55%,乙烯基约占12%。如果采用高温乳液聚合，则其产物大分子链中顺式约占16.6%，反式约占46.3%，乙烯基约占13.7%。1.3丁苯橡胶合成工艺按聚合方法和条件分类可以分为乳液聚丁苯橡胶和溶液聚丁苯橡胶；乳聚丁苯橡胶开发历史悠久，生产和加工工艺成熟，应用广泛，其生产能力、产量和消耗量在丁苯橡胶中均占首位。溶聚丁苯橡胶是兼具多种综合性能的橡胶品种，其生产工艺与乳聚丁苯橡胶相比，具有装置适应能力强、胶种多样化、单体转化率高、排污量小、聚合助剂品种少等优点，是今后的发展方向。乳液聚丁苯橡胶又可以分为高温乳液聚合丁苯橡胶和低温乳液聚合丁苯橡胶，后者应用较广，前者趋于淘汰。在生产工艺上，乳液聚合丁苯橡胶更加成熟，因此本文主要介绍低温乳液聚合生产丁苯橡胶的生产工艺。原料丁二烯和苯乙烯按一定比例用量配成碳氢相液，在多台串联聚合釜中于5〜8°C，在有氧化还原催化体系的水乳液介质存在下，进行自由基共聚合反应。介质中除水、乳化剂外，有引发剂、活化剂、分子量调节、电解质等助剂。当聚合反应6〜10小时，聚合转化率达60〜62%时，可加入终止剂使聚合反应终止。所得胶乳经闪蒸脱气工序回收未反应的丁二烯和苯乙烯单体后，再加入防老剂和高分子凝聚剂1.4相关物性参数

1,3-丁二烯的结构式为：CH2=CH-CH=CH21,3-丁二烯是最简单的共轭双烯烃。在常温、常压下为无色气体，有特殊气味，有麻醉性，特别刺激粘膜。容易液化，易溶于有机溶剂。相对分子质量为54.09，相对密度0.6211，熔点-108.9，沸点-4.5.性质活泼，容易发生自聚反应，因此在贮存、运输过程中要加入叔丁邻苯二酚阻聚剂。与空气混合形成爆炸性混合物，爆炸极限为2.16%〜11.47%(体积)。是合成橡胶、合成树脂等的原料。1,3-丁二烯主要由丁烷、丁烯脱氢，或碳四馏分分离而得。本设计原料取自煤的碳四馏分分离。苯乙烯沸点：145.2°C 冰点：-30.628 闪点：30°C30°C条件下：nD=1.5414 Tc=374.4CPc=3.947MPa粘度=0.725(25C)蒸发潜热：84.69cal/g(25C)苯乙烯是无色液体，沸点145C，难溶于水，能溶于甲醇、乙醇及乙醚等溶剂中。能自聚生成聚苯乙烯(PS)树脂，也很容易与其他含双键的不饱和化合物共聚。1.5相关符号说明调节剂:MOD活化剂:ACT乳化剂:EM苯乙烯:ST丁二烯:BD阻聚剂:TBC搅拌热为：q粘度官 桨叶直径:D釜径:T流量数:Nqd 聚合热:Q 雷诺数:NRe第二章课程设计任务书2.1技术参数1、年产量:8.51、年产量:8.5万吨2、年工作日： 7800小时3、烃含量：92%4、转化率：60%5、单体回收单元损率：0.2%6、后处理单元损率：0.6%7、主要原料指标见表2-一1—1表2—1—1主要原料指标原料指标丁二烯纯度99.3%苯乙烯纯度99.6%丁二烯/苯乙烯72/28混合苯乙烯纯度94%混合丁二烯纯度93%纯碱流量/BD流量1/18、产品指标见下表2—1—2：表2—1—2产品指标产品指标气提胶乳中结合苯乙烯含量22.5〜25.4%残留苯乙烯0.1%最终胶乳20.5〜23.5%尾气中的丁二烯含量2.0%滗析器中的残留苯乙烯0.06%门尼粘度46〜58伸长率480%9、聚合配方（质量百分含量，净含量/100份单体）:表2—1—3聚合配方原料及辅助材料配方单体丁二烯72苯乙烯28

相对分子质量调节剂叔十烷基硫醇0.16介质水195乳化剂歧化松香酸钾皂4.62烷基芳基磺酸钠—引发剂体系过氧化物过氧化氢对孟烷0.06-0.12活化剂还原剂硫酸亚铁0.01雕白粉0.04-0.10螯合剂EDTA0.01-0.025缓冲剂磷酸钠0.24-0.45终止剂二甲基二硫代氨基甲酸钠0.08-0.14反应条件聚合温度，5转化率，%60聚合时间，h7-10第三章设计方案的确定及工艺流程说明3.1设计原则本设计的指导思想是：（1） 利用传统乳液聚合生产技术，确保产品质量高，生产过程安全；（2） 生产过程尽量采用自动控制，机械化操作；（3） 对于易燃易爆场所，设计采用可靠的控制，报警消防设施；（4） 设计采用技术成熟完善的传统乳液聚合方法，达到环保的要求，对生产过程中的化学污水的排放要经过处理，以

保证环保要求；（5）厂房、车间、设备布置要严格按土建标准，以保证生产和正常进行及操作人员的安全。3.2设计方案（1）设计地区的自然条件本设计的丁苯橡胶车间是拟建在吉林市的江北吉化有机合成厂院内。此车间建于吉林市的江北吉化有机合成厂院内，本厂毗邻松花江，有大量丰富的水源且水质优良。并且有着方便的铁路和公路与全国各地相连接，交通便利。然而这里还是全国最大的化工基地，原料充足，便利。附近还有动力厂和发电厂，所需的动力、电力以及蒸汽供应都很方便，经济节能，特别是化工区地处吉林市东北部，且该地区的主导风向为西南、西北风，对市区里居民的生活以及附近的工农业生产均无过大影响。而且该厂的下游还设有污水处理厂，能及时有效地把工业、生活污水进行处理。因此，该厂建于此处是比较理想的选择［5］。其设计地区自然条件如下：土壤的设计冻土深夏季的主导风向：地震裂度：7土壤的设计冻土深夏季的主导风向：地震裂度：7度度：1.8米全年的主导风向：西南风东南风年平均风速：3.6米/秒

年平均降雨量：668.4年平均降雨量：668.4毫米日最大降雨量:119.3毫米最高气温：36.6C平均相对温度：最高气温：36.6C平均相对温度：71%水温：15C最低气温：-38°C最大降雪量：420毫米（2）节能与环境保护节能采用低温乳液聚合法来合成丁苯橡胶，其副反应少，收率高。合理的进行设备布置，尽量按物料流向布置，来减少物料往返输送次数。适当的利用位差，以靠重力来输送物料，尽可能减少输送的设备，以节约动力。设计中加强了对进入装置中的水、电、蒸气的计算，为加强能源的管理，合理用电、水、气打下良好的基础。装置的选定使用循环水系统作为生产用的冷却水，从而大幅度的降低了新鲜水的用量。环境保护该厂建于吉林市的东北部江北化工区，其中该地区的主导风向为西南、西北风，对于市区居民的生活以及附近的工农业生产均无太大的影响。该厂的下游还设有污水处理厂，能将工业，生活产生污水进行及时有效的处理，生产过程中产生的三废都能得以妥善的处理，来符合国家环保的要求。为了美化环境和清新空气，降低噪声，尽量在空地上植树，种草，修筑花坛等，适度地种植柳树，杨树，常青树，来增加绿化面积。方案确定丁苯橡胶的生产主要有溶聚和乳聚两种工艺。其中溶聚丁苯橡胶具有低的滚动阻力，又具有很高的抗湿滑性和耐磨性，其滚动阻力较乳聚丁苯橡胶要减少20%—30%，抗湿滑性也优于顺丁橡胶，耐磨性能也较好，是全天候轮胎最合适的胶料。最近几年国际上溶聚丁苯橡胶的消费一直处于上升的趋势［1］。其中西欧和日本溶聚丁苯橡胶的消费量占总丁苯橡胶的消费量比例为31%左右，一些公司正在计划扩大溶聚丁苯橡胶的生产能力或新建生产装置。自1992年以来，溶聚丁苯橡胶的产量逐年呈递增趋势。据有关的资料报道，1992年至2000年的西欧、美国、日本个三地区SSBR平均年增长率为5.9%，而ESBR平均年增长率约为1.2%。1995年，拜耳公司决定停止在ESBR方面的投资，因此拜耳的ESBR停产。拜耳认为轮胎制备技术将会有一个根本性的转变，欧洲的消费者也将逐步的接受“绿色轮胎”；此外，他们还应该看到以下因素⑵：在现有的溶液聚合装置上花更少的费用就能有效地扩大SBR的生产能力。溶聚工艺优于乳液聚合以及气相聚合工艺，让SSBR更能接受长期挑战。目前越来越趋向于采用优等的填料，因此SSBR可在此方面降低轮胎的滚动阻力做出贡献。ESBR的生产效益长期低下。但是，同时拜耳也指出ESBR1500和ESBR1712对不同用户的需求适应性很强⑶。SSBR是一种相对于ESBR的高性能合成的橡胶，它等同于ESBR，也不可能完全取代ESBR，二者比例的调整有一个逐年的发展过程⑷。开发SSBR要在确保其综合质量的优良基础上，将目标集中在节能型的品种。目前我国的4套乳聚丁苯橡胶装置主要技术来源于日本的JSR、ZEON和台湾合成橡胶公司⑸.工艺技术路线大致相同，都是应用低温乳液聚合技术，只是在工艺流程和聚合配方上有所差别，技术本质上并无较大区别。对聚合生产工艺而言，JSR从工艺流程上来说要好于ZEON，产品质量要优于ZEON，且缓冲能力较强;不足之处是JSR聚合的转化率约为62%，而ZEON约为70%⑹。吉林石化公司丁苯橡胶装置的A、B两条生产线原设计双线各有八台釜，五台置换塔，聚合釜的容积为30m3/台，聚合物料首先从一釜进入，依次再通过串联的八台釜，在5°C的温度下，反应约8-10小时，聚合的转化率为60%，每条线的生产能力为115t/d[7]；经过几次技术的改造，双线各拆除了两台置换塔，增加了一台聚合釜，变成九釜三塔反应，聚合的转化率由60%提到62%，装置的生产能力由115t/d提高至145t/d。兰州石化公司橡胶厂丁苯橡胶主要以氯化钾为电解质（PH缓冲溶液）、过氧化氢二异丙苯为氧化剂、以叔十二碳硫醇为调节剂，借液氨冷却剂，在5-8°C的条件下，丁二烯和苯乙烯在聚合釜中进行聚合反应，待末釜单体转化率达64%-68%时，用终止剂终止其在聚合釜中的聚合反应，单体的回收采用水环式压缩机，用挤压脱水机、膨胀干燥机来进行脱水干燥⑻。齐鲁石油化工公司橡胶厂采用的ZEON技术，用低活性的引发剂通过延长反应时间、调节剂乳化剂的补加来实现高转化率，通过改变氨蒸发的压力来对聚合温度进行控制，经过14-16小时的聚合反应，聚合达约70%。单体的回收采用三台小脱水机脱水，采用带式干燥机热风干燥（两条线均随工艺包引进，第三条线为哈尔滨博实公司参照其干燥箱仿制）⑼。其工艺路线的主要缺点:一是反应时间较长；二是反应温度控制精度较低，温度波动较大;三是缓冲能力较弱。南通申华化学工艺路线与吉化公司的基本相同，其主要技术来源于台湾合成橡胶公司，聚合系统聚合温度控制在8C左右，转化率为63%-66%，单体丁二烯的回收用水环真空泵，苯乙烯的回收采用两台减压蒸馏塔串联操作，脱水机为两台并联进行操作，每条生产线的两台小干燥箱（美国WP公司生产）并联进行干燥no"虽然丁苯橡胶市场已经十分成熟，但乳液丁苯橡胶与溶液丁苯橡胶之间的竞争正在渐增。溶液丁苯橡胶在加工上存在的问题已通过生产特制的聚合物(tailoring)而得以有效的克服。目前存在的主要问题是其价格较高，各生产者所生产的产品之间没有较好的互换性。对于高性能的轮胎，没有任何其它橡胶能够取代溶液丁苯橡胶的位置，当然乳液丁苯橡胶也是不能满足要求的[11]。因此尽管溶液丁苯橡胶的成本比乳液丁苯橡胶的成本高约17%，但轮胎生产者使用的溶液丁苯橡胶趋势已经开始越来越明显，但是由于我国现状的限制，所以我国大多数还是选用乳液丁苯橡胶。一般乳液丁苯橡胶含有23.5%的苯乙烯，其分子量随聚合的情况而异，在10~150万之间。聚合物分子的微结构，也随聚合条件的变化有较大不同。高温共聚丁苯橡胶与低温丁苯橡胶的比较，高温共聚橡胶的反式结构含量较低，聚合度也较低，凝胶含量较大；低温共聚丁苯橡胶的反式结构含量较高，分子量分布较窄，凝胶含量几乎没有，因此，物理性质比高温丁苯橡胶要好％。鉴于以上内容所述，本设计主要采用低温乳液聚合合成丁苯橡胶。安全生产本车间的原料和大多助剂都为易燃易爆品，特别要注意防火防爆，而且大部分设备的自动化程度较高，设备生产中高速运转，应严格按照操作规程来操作设备。本车间的防火防爆级别较高，因此安装了地下消火栓4个，8公斤的干粉消火栓27个，30公斤干粉车一个，1211灭火器32个等消防设施。各类火灾救援程序：发现火险后进行起初的火灾补救。判断火势大小即刻报警，火警：119首先要讲清起火单位名称，详细地址。燃烧物质的简介。火势大小及着火部位以及相关部位。报警人姓名及报警的电话号码。报警后派人去路口接车。介绍燃烧物的性质及火场内部与外围的情况。向调度室和车间的领导汇报。3.3工艺流程单体及化学品溶液接收T二烯（BD）丁二烯（以下简称BD）来自单体贮存与配制岗位经FR301记录瞬时流量后，进入BD换热器（E-301）。在E-301与WHS（WCS）换热后，流入混合器（A-301）。在A-301入口，BD与来自循环碱液加热器（E-302）的碱液混合，BD和碱液在A-301中充分混合后，流入碱滗析器（V-302-1），阻聚剂（TBC）在此被碱液脱除。碱洗温度，控制V-302-1的入口为30±2°C，由TRC301控制调节E-301WHR（WCS）的流量。BD和碱液在V-302-1中分层分离，BD中的TBC转入V-302-1下部的碱液中。V-302-1中上部的8。进入V-302-2中，进一步分离掉碱液，再由上部流入BD进料换热器（E-303），换热以后，流入BD缓冲罐（V-303）。E-303的出口温度由TRC304控制，调节WHR（WCS）流量，使温度稳定在30±2°C。V-303的液位，由LICA302控制和调节。V-302T中的碱液以循环碱液输送泵（P-302）连续经E-302循环。循环碱液的瞬时流量，由P-302出口管线上的FR-302记录，改变碱液的循环量就改变了TBC的脱除效果，E-302碱液的出口温度由TIC-303控制，调节WHR（WCS）的流量，使温度稳定在30±2C，由于碱液在循环中与TBC反应而消耗，因此要定期更换，废碱液装桶或放入地沟（排放使以600#送入的母液中和）。新鲜碱在氢氧化钠配制槽V-301中配制，配制合格后的碱液，有P-301送入V-302-1中。苯乙烯（ST）苯乙烯（以下简称，丁）来自单体贮存与配制单元。经管线进AST换热器（E-306）后，进入ST缓冲罐（V-304）。V-304的液位，由LICA303控制和调节°E-306ST的出口温度，由TRC323检测，调节WHR（WCS）流量，使其稳定在24±2C。乳化剂（EM）来自化学品配制单元的乳化剂（以下简称EM）溶液在线混合系统，由于皂型不同，分别经不同的管线进入EM缓冲槽（V-306A,V-306B）。温度由TIC-307控制，调节加热蒸汽流量，使其稳定在18±2C。V-306的进料运作，由LRS-304的连锁接点LS-323控制，调节V-306的液位。活化剂（ACT）来自化学品配制岗位的活化剂（以下简称ACT）,进入ACT缓冲槽（V-307）中°V-307的进料运作，由LRS-305的连锁接点LS-215控制。V-307的温度为常温。调节剂（MOD）来自调化剂（以下简称MOD）配制罐的MOD，由MOD输送泵（P-109）送入MOD缓冲罐（V-305）中。V-305的进料运作，由LIS-307的连锁接点LS-324控制P-109泵和V-305进口调节阀的开闭。V-305的温度有TIC-327控制，调节WHR的流量，使其稳定在15±2°C。氧化剂（0X1）来自氧化剂（以下简称OXI）配制罐的OXI，由OXI输送泵（P-108）送入。XI缓冲罐（V-309）中。V-309的进料运作，由LIS-308的连锁接点LS-325控制P-108泵的开停和V-309进口调节阀的开闭。V-309的温度由TIC-328控制，调节WHR的流量，使其稳定在15±2C。终止剂溶液（S.S）来自化学品配制单元的终止剂（以下简称S.S）溶液，由S.S输送泵（P-210）经管线进入S.S缓冲罐（V-308）中。V-308的进料运作由LRS-306的连锁接点LS-218控制P-210泵和V-308入口调节阀的开闭。V-308的温度为常温。聚合聚合进料是多股物料流在线混合方式。其控制为多组分混合流量控制系统一主站追踪系统。其流量检测器为椭圆流量计（氧化剂、调节剂BDST为质量流量计）。由主站、成分比率设定器、流量检测单元、显示报警单元，与调节阀或无级调速电机组成其流量控制回路。为确保控制精度，辅设了手动校正系统。聚合进料中的丁二烯（BD）、苯乙烯（ST）、乳化剂（EM）、活化剂（ACT）、调节剂（MOD）、氧化剂（OXI），分别由聚合进料BD进料泵（P-303）、ST进料泵（P-304）、EM进料泵（P-306）、ACT进料泵（P-307）、MOD进料泵（P-305）、OXI进料泵（P-309）输送，首先ST与MOD混合后再与BD混合，然后，BD、ST、MOD混合料液与EM相混合，混合后的料液在进入冷胶进料冷却器（E-304）之前与ACT混合，进入E-304与液氨换热，出口温度控制为13〜17°C，然后，此混合料液流入冷胶进料冷却器（E-305）进一步与液氨换热，出口温度控制为8〜12C。最后，混合料液流入聚合釜。E-304、E-305的温度以TRC310、TRC311为主控回路，同V-317、V-318氨蒸发压力调节系统PIC-304或PIC-305构成串级，调节液氨蒸发压力，实现对E-304、E-305出口料液温度的稳定控制。物料混合后进入缓冲罐（V-312）由P-308A和P-308B分别加入良田聚合线，由P-309泵把OXI直接送到聚合首釜。所有的物料进入第一聚合釜后，聚合反应就开始了。为获得高质量的均匀产品，在搅拌条件下，由液氨在聚合釜氨冷管内蒸发，把聚合反应热带走。因此，每个聚合釜温度根据生产的品种不同，控制在规定值是十分重要的。SBR品种不同，所需聚合釜温度亦不同，其控制方法一样，都是以TRC312-319控制聚合釜内温度，调节氨冷管中的液氨液位。聚合釜系统的氨蒸发设计规定为240-260kPa（-7〜-3）。聚合反应的时间，设计取8.5±1.5小时。当转化率和门尼黏度等主要控制指标达到规定值时，由终止剂泵（P-310）送来的S.S溶液，从选定的S.S加料点加入到胶乳中，从而终止聚合反应。S.S加料点可能是末釜出口，也可能是置换塔（C-301〜303）的某一个出口。最终胶乳由系统压力送入单体回收岗位（400#）或胶乳缓冲罐（V-303）中。聚合系统设有两个压力控制点。PRS303检测进料集管的压力，设在E-304进口，500kPa自动报警，600kPa时，系统自动停车。PRCA308检测置换塔（C-305）出口的系统备压，设定值为200kPa，450kPa发出报警。胶乳缓冲罐（V-330）的压力由PRC-309控制，其设定值为100kPa，超出100kPa后，排入400#。V-330中的胶乳，由胶乳输送泵P-310连续送入400#单体回收岗位。V-330由LIA321、LIA322指示其液位变化。聚合所用S.S，在停车或紧急状态情况下，由停车S.S输送泵、事故S.S输送泵送入终止点，后者都是以氨气（GN）为动力源是移动式气动泵［7］。第四章设计计算4.1聚合工段物料衡算1、 年产量： 8.5万吨2、 年工作日： 7800小时3、 烃含量： 92%4、 转化率： 60%5、 单体回收单元损率：0.2%6、 后处理单元损率： 0.6%7、 主要原料指标见表2—1—1表2—1—1主要原料指标原料指标丁二烯纯度99.3%苯乙烯纯度99.6%丁二烯/苯乙烯72/28混合苯乙烯纯度94%混合丁二烯纯度93%纯碱流量/BD流量1/18、产品指标见下表2—1—2：

表2—1—2产品指标气提胶乳中结合苯乙烯含量22.5〜25.4%残留苯乙烯0.1%最终胶乳20.5〜23.5%尾气中的丁二烯含量2.0%滗析器中的残留苯乙烯0.06%门尼粘度46~58伸长率480%9、聚合配方（质量百分含量，净含量/100份单体）：产品指标表2—1—3聚合配方原料及辅助材料配方单体丁二烯72苯乙烯28相对分子质量调节剂叔十烷基硫醇0.16介质水195乳化剂歧化松香酸钾皂4.62烷基芳基磺酸钠—引发剂体系过氧化物过氧化氢对孟烷0.06-0.12活化剂还原剂硫酸亚铁0.01雕白粉0.04-0.10螯合剂EDTA0.01-0.025缓冲剂磷酸钠0.24-0.45终止剂二甲基二硫代氨基甲酸钠0.08-0.14反应条件聚合温度，5转化率，%60聚合时间，h7-104.1.1进料计算[4]每小时产量：8.5X10000X1000^7800二kg/hr每小时消耗烃含量：10897.44X0.92=10025.64kg/hr丁二烯与苯乙烯总量：10025.64!0.6!(1-0.6%):(1-0.2%)=16843.95kg/hr由于丁二烯和苯乙烯的配合料比为72：28纯丁二烯的进料量为：16843.95X0.72=12127.64kg/hr纯苯乙烯的进料量为：16843.95X0.28=4716kg/hr每小时丁二烯的混合进料量为：16843.95!0.94=17919.10kg/hr每小时苯乙烯混合进料量：4716.31!0.93=5071.29kg/h单体BD总损失：12127.65X(0.2%+0.6%+2%)=339.57kg/h单体ST总损失：4716.31X(0.2%+0.6%+0.1%+0.06%)=45.73kg/h新鲜BD进料量：[12127.65-(5071.30-339.51)X90%]:96%=7915.667kg/h新鲜ST进料量：[4716.31-(2542.78-45.28)X90%]:96.5%=2558.08kg/h新鲜BD中阻聚剂含量小于25ppm,回收BD中阻聚剂含量约为100ppm，混合后取为60ppm,责纯碱消耗为(60X10-5-10X10-5)X12127.65!1%=41.23kg/h去离子水用量：32845.70X5%=1642.29kg/h纯碱循环使用，且纯碱循环流量等于丁二烯的进料量，则：M碱=12127.65kg/h配方计算：乳化剂歧化松香酸钾皂16843.95乳化剂歧化松香酸钾皂16843.95X单体BD：17919.10kg/hr ST:5071.30kg/hr单体4.62%=778.19kg/hr介质WT16843.95介质WT16843.95X195%=32845.70kg/hr活化剂溶液硫酸亚铁16843.95X0.01%=1.68kg/hr雕白粉16843.95X0.2%=33.69kg/hrEDTA16843.95X0.01%=1.68kg/hr调节剂溶液叔十烷基硫醇16843.95X0.16%=26.95kg/hr活化剂溶液硫酸亚铁16843.95X0.01%=1.68kg/hr雕白粉16843.95X0.2%=33.69kg/hrEDTA16843.95X0.01%=1.68kg/hr调节剂溶液叔十烷基硫醇16843.95X0.16%=26.95kg/hr氧化剂溶液过氧化氢对锰烷 16843.95X0.1%=16.84kg/hr氧化剂溶液终止剂溶液二甲基二硫代氢基甲酸钠16843.95X0.1%=16.84kg/hr缓冲剂磷酸钠16843.95X0.3%=50.53kg/hr缓冲剂磷酸钠16843.95X0.3%=50.53kg/hr进料主物料流量流 量BDST质量流量12127.654716.31摩尔流量224.5845.35体积流量19.525.17各种进料流量组分物料质量流量单体BD12127.65ST4716.31乳化剂歧化松香酸钾皂778.19介质WT32845.70

活化剂溶液雕白粉1.68EDTA33.69硫酸亚铁1.68调节剂溶液叔十烷基硫醇26.95氧化剂溶液过氧化氢对锰烷16.84终止剂溶液二甲基二硫代氢基甲酸钠16.84缓冲剂磷酸钠50,53总进料量50565.534.1.2出料计算反映的丁二烯的量：12127.65X0.6=7276.58kg/h反映的BD：ST=77：23反应的苯乙烯量：23^77X7276.58=2173.53kg/h丁二烯剩余量：12127.65-7276.58=4851.06kg/h苯乙烯剩余量：4716.31-2173.53=2542.78kg/h尾气中丁二烯含量：12127.65X0.02=242.55kg/h气提胶乳中残留苯乙烯：4716.31X0.1%-4.72kg/h尾析气中的残留苯乙烯：4716X0.06%=2.83kg/h流量胶乳总量BDST固性物水质量流量10874.744851.062542.781066.2132845.70摩尔流量9.0324.45体积流量7.811.654.1.3热量恒算(1)各反应器的冷却显热表2—3—1表2-3-1各反应器的冷却显热NO.1 10°C〜7°CNO.27°C〜5°C聚合热搅拌热大气吸热表2—3—2表2—3—2大气吸热第一反应器入口869kg/m3at9.7C第二反应器入口928kg/m3at5.5C平均899kg/m3——M 总二16843.95+16.84+32845.70+778.19+16.84+1.68+1.68+33.68+1.68=50540.25kg/hr共两条生产线，则每条的总物质的量为：M=M^^2=25270.25kg/hr平均流量二M!899=28.11m3/h则取反应釜体积V=30m3每釜滞留时间t=30!28.11=1.06hr反应时间7~10hr当t=7hr7^1.06=6.6(6釜2塔)t=8hr8^1.06=7.5(7釜2塔)t=9hr9^1.06=8.4(8釜2塔)t=10hr10!1.06=9.4:（9釜1塔）根据该工艺的转化率一时间函数曲线可知，聚合反应转化率与反应时间成正比，基本呈直线关系，反应过程放热比较均匀，因此单釜的聚合热按照总聚合热按照反应时间取平均计算。聚合热BD：18.7kcal/mol ST：16.68kcal/mol每小时釜中的聚合热Q=(7915.67^54X18.7+2558.08^104X16.68)^2=(2741.16+410.27)!2=1575715.42kcal贝贝反应7小时，每釜的聚合热1575715.42!6.6=238744.76kcal/hr反应8小时，每釜的聚合热1575715.42!7.5=210095.38kcal/hr反应9小时，每釜的聚合热1575715.42^8.4=187585.17kcal/hr反应10小时，每釜的聚合热1575715.42!9.4=167629.3kcal/hr第一反应釜温度从10°C降至7°C的冷却显热见下表2—33：表2—3—3第一反应釜温度从10C降至7C的冷却显热Flow(kg/hr)AT©)Cp(7C)q=F*Cp*AT(kcal/h)BD7915.6730.54813013.36ST1558.0830.3961850.99EMF16843.9530.97749369.62MOD14.5130.28.706ACT26.9530.99580.44

OXT19.5230.211.712TOTAL一一——64334.84第二反应釜从7C降至5C的冷却显热见表2-—3—4：表2一3—4第二反应釜从7C降至5C的冷却显热Flow(kg/hr)AT©)Cp(7C)q=F*Cp*AT(kcal/h)BD7424.28120.5488675.57ST2918.26620.3961233.99EMF19348.78820.97732913.08MOD15.50820.25.80ACT31.01420.99553.63OXT29.07820.27.8TOTAL一一————42889.89搅拌热按聚合热的5%计算：则:反应7小时的搅拌热为:q=238744.76X5%=11937.23kcal/hr反应8小时的搅拌热为：q=210095.38X5%=10504.76kcal/hr反应9小时的搅拌热为：q=187585.17X5%=9379.25kcal/hr反应10小时的搅拌热为：q=167629.3X5%=8381.46kcal/hr反应器首釜 7°C； 以后各釜 5°C初选反应器为祖3400X3400H（查《化工容器及设备简明设计手册》）A表=2S底+S侧=54.4476rf大气吸热公式：q=宣Q=q*A 以人x=0.030ma=7kcal/（ma.hr.°C）0广20C（室外常年平均温度）。广15C（表面温度）则第一反应釜的大气吸热为：X=0.030+0.000120=0.03132X=0.030+0.000120=0.03132kcal/(m.hr.deg)2q=~=―7 =-10.92kcal/(m2.hr)1x 1 0.030&+元 7+0.03132A=54.4476m2Q=q.A=—10.92x54.4476=—594.57kcal/hr

则第二反应釜至最后反应釜的大气吸热为:X=0.030+0.000120=0.030+0.00012x5+152=0.0312kcal/(m.hr.deg)q=~= =—12.70kcal/(m2.hr)1x 1 0.030&+无 7+0.0312A=54.4476m2Q=q*A=—12.70x54.4476=—691.48kcal/hr

表2—3—56釜2塔热量6釜2塔聚合热Kcal/hr冷却显热Kcal/hr搅拌热Kcal/hr大气吸热Kcal/hr总计Kcal/hr第一釜238744.7672503.0212735.46-594.57323388.67第二釜238744.7648335.3412735.46-691.48299124.08第3-6釜238744.76——12735.46-691.48250788.74表2—3—67釜2塔热量聚合热冷却显热搅拌热大气吸热总计7釜2塔Kcal/hrKcal/hrkcal/hrKcal/hrKcal/hr第一釜210095.3872503.0211137.08-594.57293140.91第二釜210095.3848335.3411137.08-691.48268876.32第3-7釜210095.38——11137.08-691.48220540.98表2—3—78釜2塔热量聚合热冷却显热搅拌热大气吸热总计8釜2塔kcal/hrKcal/hrkcal/hrKcal/hrKcal/hr第一釜187585.172503.029907.06-594.57269400.68第二釜187585.148335.349907.06-691.48245136.09第3-8釜187585.1——9907.06-691.48196800.68表2—3—89釜1塔热量聚合热冷却显热搅拌热大气吸热总计7釜2塔Kcal/hrKcal/hrkcal/hrKcal/hrKcal/hr第一釜167629.372503.028921.70-594.57248459.45第二釜167629.348335.348921.70-691.48224194.86第3-9釜167629.3——8921.70-691.48175859.524.2聚合反应釜设计计算按聚合反应的特性及过程控制的重点在于除去聚合热的场合，可选用搅拌釜式反应器（参见《聚合反应工程基础》）。搅拌釜是乳液聚合最常用的反应器，也是应用最广的聚合反应器，釜式聚合反应器是一种形式多变的聚合装置，它广泛应用于低粘度的悬浮聚合过程，乳液聚合过程，也能用于高粘度的本体聚合和溶液聚合过程。从操作方式来看它能进行间歇、半连续、单釜和多釜连续操作，以满足不同聚合过程的要求。为了保证釜中物料的流动、混合与传热，液滴的分散或固体物料的均匀悬浮，釜中设有搅拌装置。釜式反应器的除热主要采用夹套和各种内冷件，以立式最为常见。综上所述，初选反应器为搅拌釜式反应器。由设计压力为3X105~5X105帕，热量衡算初选的反应器为e2400X6060H，可选封头型式为：椭圆形底、盖，可拆盖，高度H=8140mm，公称容积为25m3，筒体内径为2400mm，壁厚为12mm，A3F材质（参见《化工容器及设备简明设计手册》）⑹。反应釜和搅拌桨示意图2-4-1：

反应釜的型号见下表4—1：表2-4-1反应釜的型号封头公称筒体筒体高度壁厚材质型式容积直径高度椭圆底、30m32400mm6060mm8140mm12mmA3Frm苯乙烯密度P1=0.912X103kg/m3丁二烯的密度P2=0.6211X103kg/m3聚丁苯橡胶的密度P3=0.95X103kg/m3水的密度P=1.00X103kg/m3通过质量分数算得Pm=(72/295)X0.912X103+(28/295)X0.6211X103+(195/295)X1X103=0.9426X10skg/m3Pm 反应液混合密度，kg・m3Vr=W/pm=50565.53/(0.9426X103)=53.6m3取聚合釜V=54m3,T为提高釜的利用率，装料系数n一般取在0.6〜0.85，可取0.85,即n=0.85,则V=54/0.85=54m3,所以釜的体积应该取54m3。4.2.2搅拌器的选型根据反应釜内液体容积及粘度选择圆盘涡轮式搅拌器，桨叶层数为三层°D/T的范围为0.33-0.40（D：桨叶直径，T：釜径），取D/T=0.35，则D=1。42m。V=54m3，胶乳粘度u=0.01Pa.s，根据《