年产4万吨丁苯橡胶的工艺设计

年月日年月日工学学士学位毕业设计课题名称：年产4万吨丁苯橡胶生产工艺设计2023年06月01日摘要本设计是以丁二烯和苯乙烯为原料，年产4万吨丁苯橡胶的工艺设计。通过比较目前丁苯橡胶的聚合生产方法，最后拟定以低温乳液聚合法作为聚合的工艺生产方法。在设计过程中，根据设计任务书的规定，进行了较为具体的物料恒算和能量恒算，对设备进行了工艺计算和选型，同时对聚丁苯橡胶生产过程中的安全注意事项及“三废”治理作了相关说明。综合上述工艺计算和设计结果，绘制出了工艺流程图、重要设备图以及厂区布置图。关键词:丁苯橡胶乳液聚合工艺设计丁二烯苯乙烯AbstractThedesignisbasedonbutadieneandstyreneasrawmaterials,withanannualoutputof40000tonsofSBRprocessdesign.BycomparingwiththepresentSBRpolymerizationproductionmethod,wemakeadecisiontotreatemulsionpolymerizationatlowtemperatureaspolymerizationproductionmethodatlast.Inthedesignprocess,inaccordancewiththerequirementsofthemissiondesign,amoredetailedmaterialbalanceandenergybalance,equipmentforthecalculationandselectionprocess,atthesametimeonstyrenebutadienerubberproductionintheprocessofattentiontosafetyissuesandthe"threewastes"managementshouldbemadeanote.Drawingtheprocessflowdiagram,themainequipmentandplantlayoutaccordingtotheprocessdesignandcalculationresults,.Keywords:SBR,Emulsionpolymerization,Processdesign,butadiene,styrenemonomer

目录摘要 I第1篇设计说明书 1第1章绪论 11.1丁苯橡胶的市场分析 11.1.1国外生产情况 11.1.2国内生产情况 21.2丁苯橡胶合成技术进展 41.2.1乳聚丁苯橡胶的合成技术进展 41.2.2溶聚丁苯橡胶合成技术进展 51.2.3我国丁苯橡胶新技术的开发 61.3设计依据、指导思想 61.3.1设计依据 61.3.2指导思想 61.4设计地区的自然条件 7第2章工艺论证 82.1产品的结构与性能 82.1.1名称及其结构 82.1.2丁苯橡胶的性能 82.1.3丁苯橡胶的用途 92.2工艺原理 92.3生产方法论证 102.4丁苯橡胶的生产方法 122.4.1工艺方案选择依据 122.4.1.1工艺流程方面 122.4.1.2反映速率 122.4.1.3经济方面 132.4.1.4乳液聚合 132.4.2丁苯橡胶的工艺原理： 132.4.2.1聚合原理 132.4.2.2链引发 132.4.2.3链增长 132.4.2.4链终止 142.4.3丁苯橡胶生产工艺流程简述 142.4.4丁苯橡胶的生产工艺流程 16第2篇设计计算说明书 17第1章基础数据 17第2章聚合工段物料衡算 192.1进料计算 192.2出料计算 21第3章聚合工段热量衡算 243.1聚合热 243.2冷却显热 243.3搅拌热 253.4大气吸热 253.5所需氨的量 25第4章反映器的选择 274.1反映釜的选型 274.2罐体尺寸拟定 284.2.1筒体高径比 284.2.2初步计算筒体直径 284.2.3聚合釜壁厚的计算 29第5章管道直径与贮罐的计算 305.1管道与贮罐的计算 305.1.1丁二烯苯乙烯进料管径的计算 305.1.2贮罐体积的计算 30第6章泵的计算 316.1泵P—304的设计 316.1.1条件依据 316.1.2管内流体的流速 316.1.3泵的选型 32第7章车间工艺布置及厂址选择 337.1工艺布置设计 337.2生产厂房的整体布置 337.3厂址选择依据与原则 347.4设备布置安全距离 347.5车间内辅助室和生活室布置 34第8章安全设计 368.1防火防爆 368.2防毒 378.3中毒后应采用急救措施 378.4安全生产要点 388.4.1重点部位 388.4.2安全要点 38第9章“三废”治理 409.1“三废”治理的意义 409.2废水解决 409.3废气解决 419.4废渣解决 41参考文献 42致谢 44

前言丁苯橡胶（SBR）是由丁二烯和苯乙烯通过乳液或溶液聚合制得的共聚物，丁苯橡胶再配以增塑剂、稳定剂、高分子改性剂、填料、偶联剂和加工助剂，通过提炼、塑化、成型加工成各种材料。在现代工业生产和人类生活中起着举足轻重的作用，因此SBR的生产和技术的改善越来越受到现代人的关注！当前，SBR生产面临着严重的挑战。比如：生态环境的保护，潜在替代品的市场竞争，资源的进一步优化配置，能量的合理充足运用，生产过程的优化和高效率化，生产和使用效率的提高，应用技术和市场开拓等，都在不同限度上影响着SBR的进一步发展，在上述问题上仍有大量工作要做，对生态环境安全的配套助剂，环境保护技术（涉及SBR废弃物的回收，再运用和解决）等方面，更需要花大力气加以研究。本设计是以丁二烯和苯乙烯单体为原料，对年产能力为4万吨的SBR生产工艺的初步设计，收集有关的化工设计资料作参考，按毕业设计大纲和设计任务书的规定进行设计。本设计的内容是在简要介绍丁苯橡胶发展状况及其性质，用途，工艺方法选择的基础上，重点介绍了采用低温乳液聚合法生产SBR及其干燥的工艺过程，产量为年产4万吨。设计的重要内容有：1.产品及原材料说明；2.生产方案的比较与选择；3.物料衡算与热量衡算；4.重要设备的计算与选型；5.附属设备的设计及选型；6.整个的生产工艺流程；7.安全防火防爆防毒设计三废解决；设计图纸涉及1张物料流程图；1张聚合釜设备图；1张厂区布置图。本设计旨在理论学习的基础上，结合生产实践，熟悉工艺流程、生产方案的选择、设备的选型等，掌握工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备的计算、选型，对参考文献的查阅与学习等的方法。由于设计者的理论知识有限，设计经验的缺少，在设计的过程中难免会有一些局限性和错误之处，敬请各位老师指评指正。第1篇设计说明书第1章绪论1.1丁苯橡胶的市场分析1.1.1国外生产情况据资料报道，2023年世界丁苯橡胶生产能力约为558万t/a，其中乳聚丁苯橡胶约为425万t/a，占总产能的76.2%，溶聚丁苯橡胶约为133万t/a，占总产能的23.8%。2023年世界SBR重要生产公司的产能列于表1-1-1。表1-1-12023年世界SBR重要生产公司及产能生产公司生产能力/（万t/a）中国石化43.2韩国锦湖公司38.5朗盛36.9固特异公司36.3中国石油29.7ISP27.2JSR26.0JSRCCorp21.9道化学公司21.2埃尼化学21.0BridgestoneCorp20.5日本瑞翁株式会社18.5Sibneft15.0DESC14.5Kauchuk14.0其他173.6合计558.02023年，金融危机引发的经济疲软进一步影响着世界各国。特别是汽车工业处在艰难困境，通用、克莱斯勒等知名汽车公司已宣布破产。橡胶的重要用途就是轮胎行业，因此克制了SBR的生产与需求。加之，2023年SBR重要原料丁二烯价格高涨，也使SBR生产公司的利润空间被挤压，这也不得不使部分SBR生产商减少装置开工率。如韩国锦湖石化公司从2023年8月开始将SBR装置开工率减少了20%，台湾合成橡胶公司在2023年7月至9月将开工率减少20%-30%。2023年，世界范围内的经济疲软也没有得到有效控制，SBR开工率仍很低，见表1-1-2。表1-1-2世界计划新建/扩建SBR装置情况[1]公司名称计划投产时间备注印度石油天然气公司142023年台湾国光石化公司152023年计划2023年1月中旬签署土地开垦协议台橡公司将与印度石油公司合资122023抚顺石化202023批复天津陆港石油橡胶工程有限公司102023年末2023年3月土建开工福建联合石油护工有限公司102023年合计81 1.1.2国内生产情况截止到2023年末，国内SBR总生产能力为101.5万t/a，约占国内SBR总生产能力的84.2%；国内SSBR生产能力的15.8%。国内产能增长，重要来自齐鲁石化新建10万t/aESBR装置，该装置于2023年6月份开车以来，装置运营平稳，实现满负荷生产。2023年，国内SBR生产厂家及能力见表1-3。2023年，受金融危机影响，许多发达国家的SBR产量与消费量都有大幅下降，而中国逆势而上，呈现增长趋势，总产量再创历史新高。我国SBR市场供需情况见表1-4。特别是乳聚丁苯橡胶，2023年较2023年增长16%，产量约占总橡胶产量的80%。表1-1-32023年我国SBR生产厂家及能力[1]品种生产厂家生产能力（万t/a）ESBR江苏南通申华化工公司18吉林石化公司14齐鲁石化公司兰州石化公司扬子石化与南京金浦集团普利司通（惠州）合成橡胶公司2315.5105小计85.5SSBR燕山石化公司茂名石化公司33高桥石化公司10小计16合计101.5表1-1-4近年我国SBR市场供需情况[1]年份产量/万吨进口量/万吨出口量/万吨表观消费量/万吨202346.011.50.9756.5202351.711.82.0361.5202356.918.71.8173.8202372.418.71.7689.3202374.213.51.5686.14202384.919.12.94101.0国内SBR产能由2023年的65.5万t/a增长至2023年的101.5万t/a，3年内产能增长了55%。此外，计划新建/扩建SBR装置能力合计约50万t/a，预计到2023年国内SBR产能将达成151.5万t/a，其中，ESBR产能125.5万t/a，SSBR26万t/a.产能的过快增长，产品竞争也将加剧。表1-1-52023-2023年我国ESBR装置产量[1]2023年2023年2023年2023年2023年2023年南通申华化工公司14.216.619.921.417.519.8齐鲁石化公司12.715.615.816.116.320.1吉林石化公司14.015.016.516.314.016.2兰州石化公司5.04.54.74.89.813.8金浦公司0006.210.49.1合计45.951.756.964.868.079.01.2丁苯橡胶合成技术进展1.2.1乳聚丁苯橡胶的合成技术进展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善，并朝着大型化方向发展，自动化水平有了明显提高，并且已达成相称先进水平。ESBR在提高聚合反映的单体转化率、节能降耗等方面取得了很大的进展，在解决ESBR滚动阻力与抗湿滑性能矛盾问题。优化产品性能，适应市场需求等方面也得到了突破性进展。美国Goodyear轮胎与橡胶公司不使用溶剂，用品有抗降解剂、金属失活剂、光敏剂、增效剂、颜料、催化剂和促进剂的官能化苯乙烯与具有2%-3%离子表面活性剂和10%-70%增塑剂的丁二烯在0-25℃下进行乳液共聚，制得具有酰氨基的官能化ESBR。日本Zeon公司通过引入第三单体，开发出一种生热低且耐磨、可填充SiO2或炭黑、门尼粘度为10-200的ESBR。日本JSR公司发明了一种用两步法聚合工艺生产中苯乙烯含量的ESBR新方法。美国Xerox公司通过将单体加入聚合釜，引发聚合，反映放热后用惰性气体净化反映器，并将聚合温度升到规定值的方法，制取了残余单体含量低的ESBR。日本三菱化成公司用自由基引发剂和常规乳液聚合制剂，用两步聚合工艺制成了结合苯乙烯含量分布范围宽、耐磨性和抗湿滑性比常规的ESBR好的新型ESBR[3]。日本Lion公司用二元酸双酯作ESBR的软化剂，以改善胶料的低温抓着性。日本住友橡胶工业公司将接枝有硅烷偶联剂的ESBR胶乳与一种化合物（如四乙氧基硅烷）混合，通过溶胶凝胶化反映而制成一种高强度、高回弹率、低能耗的原位增强ESBR。1.2.2溶聚丁苯橡胶合成技术进展[4]20世纪50年代末期，美国Philips公司采用锂引发阴离子聚合成功地开发了SSBR并于1964年实现了工业化生产。SSBR的工业化生产通常使用烷基锂，重要是以丁基锂作为引发剂，使用烷烃或环烷烃为溶剂，醇类为终止剂，，四氢呋喃为无规剂。但由于SSBR的加工性能较差，其应用并没有得到较快的发展。70年代末期，对轮胎的规定越来越高，对橡胶的结构和性能也提出了更高的规定，加之聚合技术的进步，使SSBR得到较快的发展。20世纪80年代初期，英国的Duniop公司和荷兰的Shell公司通过高分子设计技术共同开发了新的低滚动阻力型SSBR产品，日本合成橡胶公司与普利斯通公司共同开发了新型锡偶联SSBR等第二代SSBR产品，这标志着SSBR的生产技术已进入了新的阶段。我国SSBR的开发较晚，1982年北京燕山石化公司研究院对正丁基锂-四氢呋喃-环己烷体系的苯乙烯和丁二烯共聚进行了小试研究，1984年进行了放大实验，1989年研制了一种新型节能SSBR，1Kt级的工业装置开发成功，1996年北京燕山石化公司开发成功10Kt级的SSBR生产线，并与有关单位合作，在汽车轮胎、自行车胎、胶鞋、杂品和改性沥青等方面相继进行了应用研究。北京橡胶工业研究设计院对SSBR是基本物性、加工性能评价和轮胎胎面配方等方面进行了研究。目前，SSBR已经发展到了第三代，发达国家已经开发研究第四代乃至第五代SSBR。而我国的SSBR生产还停留在第一、二代之间，尚有待于进一步的进一步研究，开发新品种，增长技术含量。1.2.3我国丁苯橡胶新技术的开发[5]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，反复性好，属国内首创技术，该技术应用于沥青改性方面，具有掺混工艺简朴、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。此外，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，这项产品已经达成欧洲同类产品的环保标准。其日试产能力为360吨，试生产完毕之后的日生产能力将达成500吨，专家认为，环保型丁苯橡胶的问世对于推动橡胶产品行业的环境保护具有重要意义。1.3设计依据、指导思想1.3.1设计依据重要设计依据是依据南京扬子石化金浦橡胶股份有限公司丁苯橡胶的生产工艺。1.3.2指导思想本设计的指导思想是：（1）运用传统乳液聚合生产技术，保证产品质量高，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）对于易燃易爆场合，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，达成环保的规定，对生产过程中的化学污水的排放要通过解决，以保证环保规定；（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。1.4设计地区的自然条件本设计的丁苯橡胶车间拟建在南京扬子石化金浦橡胶股份有限公司厂区。设计地区自然条件如下：土壤最大冻土深度：1.8米土壤设计冻土深度：1.7米全年主导风向：西南风夏季主导风向：东南风年平均风速：3.4米/秒地震裂度：7度年平均降雨量：668.4毫米日最大降雨量：119.3毫米平均气压：745.66mmH最高气温：3最低气温：-10℃最大降雪量：420毫米水温：15

第2章工艺论证2.1产品的结构与性能2.1.1名称及其结构名称：乳聚丁苯橡胶，简称ESBR（styrene-butadienerubber）分子式：其中n为平均聚合度，一般为350—10000由于乳聚丁苯橡胶中丁二烯和苯乙烯两种单体链节在共聚物大分子中呈无规分布，又由于丁二烯的加成反映约80%发生在1,4位置，约20%发生在1,2位置，而在1,4位置上的链节又有顺式和反式两种区别，所以乳聚丁苯橡胶大分子内存在如下的微观结构。此外，亦有少量支化和交联结构存在，冷法聚合的乳聚丁苯橡胶中丁二烯链的重要微观结构单元70%为反式-1,4-结构。2.1.2丁苯橡胶的性能表1-2-1乳聚丁苯橡胶的基本性能参数性能参数密度，g/cm30.91~0.96比热容,J/（kg.℃）1820~1920线膨胀系数,10-4℃—Tg以下0.8~0.9Tg以上2.3~2.5折射率nD201.5345电导率—50HZ2.6~2.65(60℃106HZ2.35~2.65(60℃介电强度，Kv/mm24~36玻璃化温度Tg(DSC法)，℃-55平均分子量Mn(11~26)×1042.1.3丁苯橡胶的用途乳聚丁苯橡胶具有多方面的较好特性，在物理机械性能，加工性能和制品使用性能方面十分接近于天然橡胶，特别是耐磨、耐热、耐老化、永久变形和硫化速度方面还优于天然橡胶，并且还可以与天然橡胶及多种橡胶材料并用或改性，这就使其应用范围得以扩广，获得广泛用途。几乎所有记录资料显示乳聚丁苯橡胶的60%以上是用来生产制造轮胎用，其余的重要用途是制作胶管、胶带、胶板、胶辊、胶鞋、密封件多种橡胶制品，亦有一定量的电绝缘材料，医疗用品和其他工艺制品和民用小制品。近两年在世界丁苯橡胶消费结构中，用于生产轮胎及汽车制品用橡胶零部件对丁苯橡胶的需求量约占总消费量的54.0%，非汽车用橡胶制品约占总消费量的12.5%，制鞋等其他方面约占总消费量的33.5%[6]。]2.2工艺原理（1）丁二烯分子式C4H6结构式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；性质活泼，易发生自聚反映，因此在储存、运送过程中要加入阻聚剂。（2）苯乙烯分子式C8H8结构式苯乙烯常温常压下为无色透明油状液体，受热、曝光、碰到过氧化物极易自聚、引发和聚合。苯乙烯蒸气与空气混合物的爆炸极限1.1%～6.6%（体积），解决苯乙烯时应避免明火、摩擦和静电。丁苯橡胶是1,3-丁二烯和苯乙烯的共聚物，是一种最通用的橡胶品种，它是按自由基反映机理于乳液中合成的。其反映方程式为：mCHmCH2=CH-CH=CH2+nCH=CH2-[-CH—CH2-]n[-CH2-CH=CH-CH2-]m--2.3生产方法论证丁苯橡胶的生产涉及溶聚和乳聚两种工艺。溶聚丁苯橡胶具有低的滚动阻力，又具有很高的抗湿滑性与耐磨性，其滚动阻力比乳聚丁苯橡胶减少20%一30%，抗湿滑性优于顺丁橡胶，耐磨性能也很好，是全天候轮胎的最合适胶料。近几年国际上溶聚丁苯橡胶的消费是一直处在上升趋势。西欧和日本溶聚丁苯橡胶所占总丁苯橡胶消费量的比例为31%左右，一些公司正计划扩大溶聚丁苯橡胶生产能力或新建装置。1992年以来，溶聚丁苯橡胶的产量呈递增趋势。据有关资料报道，1992年至2023年西欧、美国、日本三地区SSBR平均年增长率为5.9%，而SBR平均年增长率约为1.2%01995年，拜耳公司决定停止其在ESBR方面的投资，Hill，的ESBR停产。拜耳认为轮胎制备技术会有一个主线转变，欧洲的消费者将逐步接受“绿色轮胎”;此外，还应当看到以下因素[7]：(1)在现有的溶液聚合装置上花较少的费用就能有效地扩大SR的能力。(2)溶聚工艺优于乳液聚合和气相聚合工艺，SSBR和BR更能接受长期挑战。(3)目前越来越趋向于采用优等填料，SSBR可在此方面减少轮胎的滚动阻力做出奉献。(4)ESBR的生产效益长期低下。但是，拜耳同时也指出ESBR1500,1712对不同用户需求的适应性很强[7]。SSBR是一种相对ESBR的高性能合成橡胶，它不能等同于ESBR，也不能完全取代ESBR，两者比例的调整有一个渐进的发展过程。开发SSBR要在保证其综合质量优良的基础上，将目的集中在节能型品种。虽然丁苯橡胶市场已经成熟，但乳液丁苯橡胶与溶液丁苯橡胶之间的竞争正在增长。溶液丁苯橡胶在加工上存在的问题已通过生产特制聚合物(tailoring)而得到克服。目前存在的重要问题是价格较高，各生产者所生产的产品之间没有很好的互换性。对于高性能轮胎，没有任何其它橡胶可以代替溶液丁苯橡胶，当然乳液丁苯橡胶也是不能满足规定的。因此尽管溶液丁苯橡胶成本比乳液丁苯橡胶约高出17%，但轮胎生产者使用溶液丁苯橡胶的趋势已开始越来越明显，但是由于我国的现状的限制，所以我国大多数还是选用乳液丁苯橡胶。目前国内4套乳聚丁苯橡胶装置重要技术来源于日本JSR、ZEON和台湾合成橡胶公司。工艺技术路线基本一致，都是低温乳液聚合技术，只是在工艺流程和聚合配方上有差别，技术本质上无差别。对于聚合生产工艺而言，JSR从工艺流程上要好于ZEON，产品质量优于ZEON，缓冲能力较强；局限性之处是JSR聚合转化率为62%，而ZEON为70%[8]。吉林石化公司丁苯橡胶装置A、B两条生产线原设计双线各八台釜，五台置换塔，聚合釜容积为30m3/台，聚合物料从第一釜进入，依次通过串联的八台釜，在5℃的温度下，反映8-10小时，聚合转化率为60%，生产能力每条线为115t/d；通过几次技术改造，双线各拆除两台置换塔，增长一台聚合釜，变为九釜三塔反映，聚合转化率由60%提至62%，装置生产能力由115t/d提高到145t/d兰州石化公司橡胶厂丁苯橡胶以氯化钾为电解质（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，在5-8℃下，丁二烯和苯乙烯在聚合釜中进行聚合反映，待末釜单体转化率达64-68%时，用终止剂终止聚合反映，单体回收采用水环式压缩机，用挤压脱水机、膨胀干燥机进行脱水干燥[8]齐鲁石油化工公司橡胶厂采用ZEON技术，用低活性引发剂通过延长反映时间、调节剂乳化剂补加实现高转化率，通过改变氨蒸发压力对聚合温度进行控制，通过14-16小时的聚合反映，聚合达70%。单体回收采用三台小脱水机脱水，采用带式干燥机热风干燥（两条线为随工艺包引进，第三线为哈尔滨博实公司参照其干燥箱仿制）。其工艺路线的缺陷一是反映时间较长；二是反映温度控制精度低，温度波动大；三是缓冲能力弱[8]。南通申华化学工艺路线与吉化公司基本相称，其技术来源于台湾合成橡胶公司，聚合系统聚合温度控制在8℃左右，转化率为63%--66%，单体丁二烯回收用水环真空泵，苯乙烯回收采用两台减压蒸馏塔串联操作，脱水机为两台并联操作，每条生产线两台小干燥箱（美国WP公司生产）并联进行干燥[9]虽然丁苯橡胶市场已经成熟，但乳液丁苯橡胶与溶液丁苯橡胶之间的竞争正在增长。溶液丁苯橡胶在加工上存在的问题已通过生产控制聚合物(tailoring)而得到克服。目前存在的重要问题是价格较高，各生产者所生产的产品之间没有很好的互换性。对于高性能轮胎，没有任何其它橡胶可以代替溶液丁苯橡胶，当然乳液丁苯橡胶也是不能满足规定的。因此尽管溶液丁苯橡胶成本比乳液丁苯橡胶约高出17%，但轮胎生产者使用溶液丁苯橡胶的趋势已开始越来越明显，但是由于我国的现状的限制，所以我国大多数还是选用乳液丁苯橡胶。一般乳液丁苯橡胶中具有23.5%的苯乙烯，其分子量随聚合情况而异，在10~150万之间。聚合物的分子微结构，也随聚合条件的变化有很大不同。高温共聚丁苯橡胶与低温丁苯橡胶比较，高温共聚橡胶反式结构含量较低，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好[10]。2.4丁苯橡胶的生产方法2.4.1工艺方案选择依据2.4.1.1工艺流程方面就以上四种聚合工艺而言，本体法工艺流程简朴，装置占地面积小，同时基本上无废液排放，排气可达成最低限度，环境污染少，并且产品质量好、纯度高，特别使用透明包装材料和电缆料。悬浮法是一种相对最成熟的工艺，在目前世界上聚氯乙烯生产中占有绝对的分额，且产品转化率最高，产品品种最多，容易适应市场。乳液法是生产糊树脂的方法，工艺复杂、成本较高且树脂质量较差。而微悬浮法也是生产糊树脂的方法，但仅用于特殊用途。2.4.1.2反映速率控制方对于本体聚合，当自由基聚合进行到一定转化率后，体系黏度增大，自动加速效应显著，散热困难。大规模生产时，即使减少引发剂浓度以减慢速率，有时还是不能很好的控制。改用溶液聚合可以克服这一困难，但聚合速率和产物分子量均有所减少；此外，脱除溶剂困难，成本较高。而悬浮聚合可以克服本体聚合和溶液聚合的上述缺陷[11]。2.4.1.3经济方面从经济角度分析，乳液聚合是最合理的聚合方法。乳聚丁苯橡胶由于开发、生产、加工、历史悠久，其生产和加工工艺成熟，特别以它良好的综合性能，被世界各国广泛生产和应用，其生产能力、产量及消耗量在合成橡胶诸胶胶种中一直居世界合成橡胶中的首位。因此，乳聚丁苯橡胶的生产经济价值很高。2.4.1.4乳液聚合浮液聚合法有许多优点，如以水为介质，价廉、不需要回收、安全、产物容易分离、生产成本低；能在较高聚合速度中获得高分子量聚合物；可在反映温度较低的情况下进行反映，反映热也容易散出，聚合过程容易控制；在转变为胶乳的整个过程中，乳液粘度较低，设备强度和能耗也会减少。通过以上的各种方案的对比，本设计选用低温乳聚制取丁苯橡胶。2.4.2丁苯橡胶的工艺原理[12]：2.4.2.1聚合原理乳聚丁苯橡胶属于乳液法链式自由基聚合机理。整个聚合过程分为链引发、链增长、链转移和链终止四个环节。2.4.2.2链引发这是形成单体自由基活性种的反映，一方面由氧化还原引发体系在水相中产生初级自由基。第二步是初级自由基与单体加成，形成单体自由基。2.4.2.3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π键，重新杂化结合，形成新的自由基，如此循环下去。该反映过程放热，链增长速率极快（0.01–0.02ns间），其相关的速率方程为：式中Rp—链增长速率，L/（）[I]—引发剂浓度，mol/l；f—引发剂引发效率，%；kd—引发剂分解速率常数；kp—链增长速率常数；kt—链终止速率常数。2.4.2.4链终止乳聚丁苯橡胶聚合过程的终止重要是双基结合终止。此时的聚合体系中，除水相外，重要是表面层为乳化剂覆盖的聚合胶乳粒子[13]。2.4.3丁苯橡胶生产工艺流程简述2.4.3.1原料准备过程用计量泵将规定数量的相对分子质量调节剂与苯乙烯在管路中混合溶解，再在管路中与解决好的丁二烯混合。然后与乳化剂混合液（乳化剂、去离子水等）等在管路中混合后进入冷却器，冷却至5℃2.4.3.2聚合过程[13]系统由8~12台聚合釜组成，采用串联操作方式。当聚合到规定转化率后，在终止釜前加入终止剂终止反映。聚合反映的终点重要根据门尼粘度和单体转化率来控制，转化率是根据取样测定固体含量来计算，门尼粘度由取样测定来拟定。虽然生产中转化率控制在60%左右，但当所测定的门尼粘度达成规定指标规定，而转化率未达成规定期，也就加终止剂终止反映，以保证产物门粘度尼合格。2.4.3.3分离过程丁二烯分离从终止釜流出的终止后的胶乳液进入缓冲罐。然后通过两个不同真空度的闪蒸器回收未反映的丁二烯。第一个闪蒸器的操作条件是22～28℃，压力0.04MPa，在第一个闪蒸器中蒸出大部分丁二烯；再在第二个闪蒸器中（温度27℃苯乙烯分离脱除丁二烯的乳胶进入苯乙烯汽提塔（高约10m，内有十余块塔盘）上部，塔底用0.1MPa的蒸汽直接加热，塔顶压力为12.9kPa，塔顶温度50℃2.4.3.4后解决工段混合好的乳胶用泵送到絮凝槽中，加入24%～26%食盐水进行破乳而形成浆状物，然后与浓度0.5%的稀硫酸混合后连续流入胶粒皂化槽，在剧烈搅拌下生成胶粒，操作温度均为55℃从胶粒皂化槽出来的胶粒和清浆液经振动筛进行过滤分离后，湿胶粒进入洗涤槽用胶清液和清水洗涤，操作温度为40~60℃。洗涤后的胶粒再经真空旋转过滤器脱除一部分水分，使胶粒含水低于20%，然后进入湿粉碎机粉碎成5～50mm的胶粒，用空气输送器送到干燥箱中进行干燥[14]干燥箱为双层履带式，分为若干干燥室分别控制加热温度，最高为90℃，出口处为702.4.4丁苯橡胶的生产工艺流程]图1低温乳液聚合丁苯橡胶的生产工艺流程简图[15]

第2篇设计计算说明书第1章基础数据1、年产量：4万吨2、年工作日：7200小时3、烃含量:92%4、转化率:60%5、单体回收单元损率:0.2%6、后解决单元损率:0.6%7、聚合配方（质量百分含量，净含量/100份单体）表2-1-1重要原料指标[16]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1/1表2-1-2产品指标[16]产品指标气提胶乳中结合苯乙烯含量（wt%）22.5~25.4%残留苯乙烯（wt%）0.1%最终胶乳（wt%）20.5~23.5%单体回收单元丁二烯损率：（wt%）2.0%单体回收单元苯乙烯损率（wt%）0.06%门尼粘度46~58伸长率480%表2-1-3聚合配方[16]名称组分SBR1500单体BD72ST28乳化剂WT176.072松香酸钾皂液4.62电解质WT2.058磷酸0.231氢氧化钾0.396乙二胺四乙酸四钠盐0.03间次甲基二萘磺酸钠0.13保险粉溶液WT0.54连二亚硫酸钠0.04活化剂溶液WT11.253乙二胺四乙酸四钠盐0.025硫酸亚铁0.01甲醛次硫酸钠0.04调节剂溶液叔十二碳硫醇0.158氧化剂溶液过氧化氢对，锰烷0.86终止剂溶液WT4.966二甲基二硫代氨基甲酸钠0.11亚硝酸钠0.036SDS0.15稀磷酸WT0.035PHS0.023

第2章聚合工段物料衡算丁苯物料衡算图：1—丁二烯；2—苯乙烯；3—调节剂；4—活化剂；5—氧化剂；6—终止剂；7—钾皂；8—碱；9—聚合物；10—软水；11—未反映丁二烯；12—未反映苯乙烯；13—蒸气；14—消泡剂；15—固体；16—碱；2.1进料计算（1）混合丁二烯和苯乙烯进料：设年产量为4万吨每小时产量：M=4×107/7200=5555.56kg/h每小时消耗的烃含量：5555.56kg/h×0.92=5122.23kg/h丁二烯和苯乙烯的总量：MST+BD=5122.23kg/h/60%/（1—0.2%）/（1—0.6%）=8605.79kg/h丁二烯和苯乙烯的配料比值：BD：ST=72：28纯丁二烯的进料量：M2=MST+BD×0.72=8605.79kg/h×0.72=6196.17kg/h纯苯乙烯的进料量：M3=MST+BD×0.28=8605.79kg/h×0.28=2409.62kg/h每小时丁二烯的混合进料量：M5=M2/0.93=6196.17kg/h/0.93=6662.55kg/h每小时苯乙烯的混合进料量：M4=M3/0.94=2409.62kg/h/0.94=2563.43kg/h单体BD的总损失量：6196.17×（0.002+0.006+0.02）=162.34kg/h单体ST的总损失量：2409.62×（0.002+0.006+0.001+0.0006）=23.13kg/h（2）辅助物料计算：单体：BD：6196.17kg/hST：2409.62kg/h单体总量：BD+ST=8605.79kg/h乳化剂：松香酸钾皂8605.79kg/h×4.62%=397.59kg/hWT8605.79kg/h×176.072%=15152.58kg/h电解质：WT8605.79kg/h×2.058%=177.11kg/h磷酸8605.79kg/h×0.231%=19.88kg/h氢氧化钾8605.79kg/h×0.396%=34.08kg/h乙二胺四乙酸四钠盐8605.79kg/h×0.03%=2.58kg/h间次甲基二萘磺酸钠8605.79kg/h×0.13%=11.19kg/h保险粉溶液：WT8605.79kg/h×0.54%=46.47kg/h连二亚硫酸钠8605.79kg/h×0.04%=3.44kg/h活化剂溶液：WT8605.79kg/h×11.253%=968.41kg/h乙二胺四乙酸四钠盐8605.79kg/h×0.025%=2.15kg/h硫酸亚铁8605.79kg/h×0.01%=0.861kg/h甲醛次硫酸钠8605.79kg/h×0.04%=3.44kg/h调节剂溶液：叔十二碳硫醇8605.79kg/h×0.158%=13.60kg/h氧化剂溶液：过氧化氢对锰烷8605.79kg/h×0.86%=74.01kg/h终止剂溶液：WT8605.79kg/h×4.966%=427.36kg/h二甲基二硫代氨基甲酸钠8605.79kg/h×0.11%=9.47kg/h亚硝酸钠8605.79kg/h×0.036%=3.10kg/hSDS8605.79kg/h×0.15%=12.91kg/h稀磷酸：WT8605.79kg/h×0.035%=3.01kg/hPHS8605.79kg/h×0.023%=1.98kg/h

2.2出料计算未反映的丁二烯出料根据结合苯乙烯的量(22.5-23.5%）拟定反映掉的苯乙烯的量(即乳胶中丁二烯/苯乙烯=76.5/23.5)反映的MBD=6662.55kg/h×0.6=3997.53kg/hMBD/MST=77/23=3.35反映的MST=23/77×2563.43kg/h=765.70kg/h未反映的MBD=6662.55kg/h-3997.53kg/h=2665.02kg/h尾气中丁二烯的含量6196.17kg/h×0.02=123.92kg/h（3）气体乳胶中残留苯乙烯2409.62kg/h×0.001=2.41kg/h（4）滗吸器中的残留苯乙烯2409.62kg/h×0.0006=1.45kg/h（5）胶乳总量反映的MBD+反映的MST=4437.46kg/h(由8台聚合反映釜组成一条生产线，反映时间为8～12小时（取8小时），反映的转化率为60%。聚合釜的操作压力为0.4～0.5Mpa，温度T=5℃根据《基本有机化工工厂装备》知，对于一级反映，连续釜式反映器的反映转化率与反映速度常数之间的关系如下[17]：式中CAN—第N台釜内反映物的浓度；mol/LCA0—反映物初始浓度；mol/L—第N台釜内反映物转化率；k—聚合反映表观速度常数；—平均停留时间；minN—连续槽式反映器的台数；为了便于计算，按等温等容解决，取总转化率60%；8釜串联；平均停留时间60min；反映温5℃表2-2-1各釜纯转化率与累积转化率[18]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(％)10.8210.829.6520.478.6129.087.6736.75第五釜第六釜第七釜第八釜纯X(％)累积X(％)纯X(％)累积X(％)纯X(％)累积X(％)纯X(％)累积X(％)6.8543.606.1049.705.4555.154.8560根据各釜纯转化率计算各釜的物料组成如表2-2-2。表2-2-2各釜出料口物料组成物第一釜第二釜第三釜第四釜料kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)水相16774.9464.5216774.9464.5216774.9464.5216774.9464.52苯乙烯2282.468.772048.027.881808.296.951609.126.19丁二烯5941.6622.865298.7220.384725.0718.174214.0516.21聚合物1001.863.851879.247.222692.6210.363402.8113.08物第五釜第六釜第七釜第八釜料kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)水相16774.9464.5216774.9464.5216774.9464.5216774.9464.52苯乙烯1431.245.501272.844.901131.324.351005.373.87丁二烯3757.6714.453351.2512.892988.1411.492665.0110.25聚合物4037.0715.534601.8917.695106.5219.645555.621.36表2-2-3物料衡算表组成进料量Kg/h出料量Kg/h混合丁二烯BD6662.55混合苯乙烯ST2563.43未反映丁二烯2665.01乳化剂EM15550.17活化剂ACT974.81调节剂MOD13.60氧化剂OXI74.01总量25835.932665.01

第3章聚合工段热量衡算Rt=8小时9/1.02=8.82（8釜）为达成规定转化率，使聚合反映充足发生，取反映时间Rt=8小时，聚合釜为8釜串联。由于工艺程序中八个釜都要用到液氨的冷凝装置，所以以第一釜为例计算能量守恒。在第一釜进料之前已将原料从10℃降至5℃3.1聚合热BD:18.7kcal/molST:16.68kcal/mol一小时第一釜中的聚合热：Q=（MBD/54×0.001×18.7+MST/104×0.001×16.68）kcal/h=720.89/(54×0.001)×18.7+281.36/(104×0.001)×16.68kcal/h=294767.35kcal/h3.2冷却显热在第一反映釜进料之前就已经将进料的温度从10℃降至5℃的冷却显热如表表2-3-1首釜冷却显热FLOW(kg/h)△T(℃)Cp(kcal/kg·℃)(5℃q=FCp△T(kcal/h)BD6662.5550.54818255.39ST2563.4350.3965075.59EM15550.1750.97775962.58MOD10.9650.210.96ACT974.8150.9954849.68OXI74.0150.274.01TOTAL25835.93--104228.213.3搅拌热搅拌热为聚合热的5%计算反映8小时，则第一反映釜的搅拌热为:q1=q×5%==14738.37kcal/h3.4大气吸热反映器R302～3095初定反映器的型号为：φ2800×H5820（查≤化工容器及设备简明设计手册≥）P998表面积:A=2×S底+S侧=2×π/4×D2+πDH=32.80大气吸热公式：Q=q×Aq=(Q0-Qr)/(1/α+x/λ)（x=0.030α=7Kcal/m2.hr.℃Qr=20℃Qs=15℃则第一反映釜的大气吸热为：λ=0.030+0.00012θ=0.030+0.00012×（7+15）/2=0.03132Kcal/m.h.degq=(Q0-Qr)/(1/α+x/λ)=(7-20)/(1/7+0.030/0.03132)=－11.81kcal/m2.hA=32.80mQ=q×A=－11.81×32.80=－387.40kcal/h3.5所需氨的量m：氨的质量；Hr：氨的汽化潜热，7℃时为295.7kcal/kg,5℃时为297.05kcal/kg。则反映8小冷却第一釜所需氨的量：第一釜的热量平衡表如表2-3-1所示：表2-3-2反映时间为8h时第一釜的热量平衡表釜聚合热kcal/h冷却显热kcal/h搅拌热kcal/h大气吸热kcal/h总计kcal/h第一釜294767.35104228.2114738.37-387.40413346.53

第4章反映器的选择4.1反映釜的选型[7]按聚合反映的特性及过程控制的重点在于除去聚合热的场合，可选用搅拌釜式反映器（参见《聚合反映工程基础》）。搅拌釜是乳液聚合最常用的反映器，也是应用最广的聚合反映器，釜式聚合反映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规定。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[19]。釜式反映器的除热重要采用夹套和各种内冷件，以立式最为常见。综上所述，初选反映器为搅拌釜式反映器。由设计压力为3×105~5×105帕，热量衡算初选的反映器为φ2800×H5820，可选封头型式为：椭圆形底、盖，可拆盖，高度H=5820mm，公称容积为38m3，筒体内径为2800mm，壁厚为12mm，A3材质，重量为3680Kg，下轴泵为LIGUM—VIJUE（参见《化工容器及设备简明设计手册》）[7]。反映釜和搅拌桨示意图2图2反映釜和搅拌桨示意图反映釜的型号见下表2-4-1：表2-4-1反映釜的型号封头型式公称容积计算容积筒体直径筒体高度壁厚材质下轴泵型号椭圆底、盖38m32m32800mm5820mm12mmA3LIGUM—VIJUE反映器的体积计算苯乙烯密度ρ1=0.912×103kg丁二烯的密度ρ2=0.6211×103kg聚丁苯橡胶的密度ρ3=0.95×103kg水的密度ρ=1.00×103kg通过质量分数算得ρm=（72/295）×0.912+（28/295）×0.6211+（195/295）×1=0.9426×103kgρm——反映液混合密度，kg·m3 VR=W/ρm=29216.06/0.9426×103=30.995m取聚合釜VT=32m3为提高釜的运用率，装料系数η一般取在0.6～0.85，可取0.85，即η=0.85，则V=32/0.85=37.65m3，所以釜的体积应当取4.2罐体尺寸拟定4.2.1筒体高径比因此设计条件为低温、乳聚，可选择高径比为2.4，即：H/Di=2.44.2.2初步计算筒体直径立式搅拌器的容积通常是筒体和下封头容积之和。已知高径比和η值后，仍不能拟定筒体直径和高度，由于当Di不知时，封头体积也不知。因此选用粗估法计算，即先忽略封头体积，然后再精确计算。V≈（π/4）Di2H=（π/4）Di3(H/Di)∴Di=圆整Di=2.8m当Di=2.8时，封头体积V=3.64m³，直边高度40mm，内表面积10.1㎡筒体高度H==验证：H/Di=5.813/2.8=2.176,在2.08～3.85之间，以上假设成立。4.2.3聚合釜壁厚的计算由公式：式中：Pc—计算压力取Pc=1MPa；Di=2800mm；=0.9；设计温度为5℃查得1Cr18Ni9Ti在5℃的[σ]t取腐蚀余量C2=1.1mm，钢板厚度负偏差C2=0.8mm，则Sn=S+C1+C2=7.6+0.8+1.1=9.5mm圆整后取Sn=10mm。复验Sn×6%=12×0.06=0.72mm＜0.8mm，故不能取C1=0.8，取C1=0.7重新计算：Sn=S+C1+C2=9.58+0.7+1.1=11.38mm，圆整后取Sn=12mm。复验，Sn×6%=12×0.06=0.72mm＞0.7mm，故最后取C1=0.7mm。该聚合釜体可用12mm厚的16MnR钢板制造。由于内压要比外压大，所以按强度计算内筒的壁厚一定能满足外压稳定的规定。因此，本设计中未做外压的设计。

第5章管道直径与贮罐的计算5.1管道与贮罐的计算5.1.1丁二烯苯乙烯进料管径的计算查得工艺液体的流速范围为0.5-1m/s。1.丁二烯管径的计算取丁二烯的流速为u=1m/s；qm=6662.55kg/h；=621.1kg/m3d=取标准的管道直径为70×3，实际的流速为u==0.93m/s。2.苯乙烯管径的计算苯乙烯的流速u=1.0m/sqm=2563.43kg/h；=914.0kg/m3d=取标准的管道直径为42×3，实际的流速为u==0.86m/s。5.1.2贮罐体积的计算贮罐是用来储存一定量的进料，以保证一定期间内工艺程序准时按量的进行。每8小时一倒班加一次料。贮罐（丁二烯）：每小时丁二烯的进料为6662.55kg,V=8×6662.55/621.1=85.81m贮罐（苯乙烯）：每小时苯乙烯的进料为2563.43kg,V=8×2563.43/914=22.44m其他贮罐均按以上方法计算，一些助化剂自身的损耗量很小甚至不损失，就按照一小时的计算量来计算。

第6章泵的计算6.1泵P—304的设计图2-6-1泵示意图6.1.1条件依据以P—304苯乙烯进料泵的计算为例，已知数据如下：管径：D=0.036m苯乙烯的平均密度：苯乙烯的粘度：压强：P1=5×105PaP2=1×105Pa6.1.2管内流体的流速（1）管内流体的流速：雷诺数：即：管内流动状态为湍流取，由Re、e查《化工原理》上册P40，（2）直管阻力和局部阻力的计算：(按照厂区布置推算，取管道长度为50m)直管阻力的计算：局部阻力的计算：有90°的弯头19个，则=11.25总的阻力：（3）理论压头的计算：由柏氏方程可得：=45.136.1.3泵的选型：由输送温度为常温、低粘度、无腐蚀性、无固体颗粒的液体，选择扬程为48，流量为15的旋涡泵，旋涡泵适合小流量高扬程的场合。查《化工手册》P4-71[21]选泵的型号为：IS50—320—200泵的效率的计算：第7章车间工艺布置及厂址选择7.1工艺布置设计生产车间工艺布置合理与否直接影响生产工艺方案能否实现及工厂的效率、占地面积及建设投资等，对整个工厂的厂貌及其他设计都有重要的影响，在进行生产工艺布置时，一方面遵守工艺设计的整体原则，同时还应注意以下几点。=1\*GB3①以组织形成工艺生产流水线为准则，生产工艺流程要顺，力求合理。尽量缩短半成品运送路线，尽也许避免运送路线交叉和往返。=2\*GB3②各生产车间的用胶一端，尽也许接近炼胶车间，便于胶料的搬运和供应。为了减少炼胶车间对生产厂房的污染，炼胶车间应尽量布置在全年主导风向的下风向。=3\*GB3③生产设备的周边，需留出足够的操作面积和设备吊运、拆装、检修所需要的空间，机台之间的安全间距等。=4\*GB3④各生产工序（或工段）之间，需留出足够的物料和半成品存放面积。=5\*GB3⑤各生产车间（或工段）之间，需留出车间内部通道和运送道路。=6\*GB3⑥在布置大型生产设备（或机组）时，必须注意地基状况、楼板荷载与厂房高度和柱的关系。有问题需与土建专业协商，采用相应措施。还需注意大型设备基础与厂房墙、柱基础的关系。两种基础不能连结或紧靠。若间距过小，应采用防震措施。=7\*GB3⑦在不影响产品质量的前提下，应充足运用自然采光和自然通风条件，保障良好的生产操作环境。生产厂房四周，不要贴墙布置其他建筑物。=8\*GB3⑧在生产车间工艺布置过程中，需同时考虑管道敷设、起重运送、自动控制、通风设施、车间动力站、车间变电所等所需要的空间和比较合适的位置。需分别会同有关设计专业协商拟定。=9\*GB3⑨为了消防和安全生产，在布置车间内部的重要通道时，需考虑人员迅速疏散的条件。对于易燃易爆生产工段，布置在主厂房的边角地带，并提供生产车间工艺平面布置图和必要的立面布置图。请有关专业在设计时采用必要的措施。=10\*GB3⑩要为车间办公室和车间生活室留出足够的空间，以便有关设计专业进行具体安排。结合长远发展规划，为进一步扩建预留出条件。7.2生产厂房的整体布置生产厂房的整体布置就是根据工艺、交通运送、动力供应、生产管理多方面的规定结合地形、地貌和周边环境等具体情况，进行全厂各种建筑物、构筑物和道路等的布置。橡胶厂生产厂房的整体布置基本上可归纳为综合性集中厂房和按车间划分的分散厂房两种形式。国内外生产实践证明，综合性集中厂房具有更多的优点。本工艺也采用综合性集中厂房。综合性集中厂房把一种橡胶产品的整个生产过程的几个车间，甚至把几种橡胶产品的几个生产车间，按照生产工艺流程的合理性，集中布置在一个大厂房内。这种形式的优点是生产车间集中、厂区布置紧凑、节省占地面积；各生产车间连在一起，便于组织连续生产流水线；半成品可避免露天运送，不受外界环境影响，减少半成品在搬运过程中变形，对严格控制半成品的规格，提高产品质量极为重要；同时，某些生产设备还可就进共用，或互为备用。此外，各种动力介质管线均可相应缩短，减少能量损耗。7.3厂址选择依据与原则[20]生产能力：本设计为年产丁苯橡胶4万吨交通运送：该厂属于丁苯橡胶生产的大中型公司，需要有便利的交通运送条件，因而选择水陆运送比较方便的地方建厂，且原料供应充足。地貌地形：地势较平缓、地带平阔的丘陵地，保证建厂的土石运用量不大。厂区的面积、形式和其他流程合乎需要，厂区留有发展的余地。气候条件：主导风向规定较稳定，场地应选择在城乡常年空气下风侧，河流下游，尽量远离居民区。水文地质：装置需水量大，故厂址应选择在靠近水源充足和水质良好的地区，以满足装置生产和生活用水及排水，靠近河流但避开洪水地段。7.4设备布置安全距离在设备安装中，设备应留有余地，以便操作和维修。查《化工设计》，列于表2-7-1。7.5车间内辅助室和生活室布置=1\*GB2⑴生活规模较小的车间，多数是将辅助室、生活室集中布置在车间的一个区域内。=2\*GB2⑵考虑到通风和采光效果，一般将生产区集中在北面，辅助室、生活室放在南面。=3\*GB2⑶辅助室、生活室应尽量接近安全通道。=4\*GB2⑷辅助室、生活室和生产区间应考虑用防火防爆墙隔离。=5\*GB2⑸辅助室、生活室的门都应朝外开，以便人员的撤离。表2-7-1设备的安全距离一览表[21]序号项目净安全距离/m1泵与泵间的距离0.72泵与墙的距离1.23泵列间的距离2.04计量槽间的距离0.4～0.65换热器间的距离1.06离心机周边通道1.57过滤机周边通道1.0～1.88反映釜间距1.0～2.09反映釜与墙间距0.710反映罐盖上传动装置离天花板距离0.81112反映罐卸料口至离心机的距离513通廊、操作台通行部分的最小净空高度2.0～2.514不通行的地方的最小净空高度1.915操作台梯子的斜度45°～60°16工艺设备与通道间距1.0第8章安全设计在工业生产的整个过程中，都要涉及到安全问题。安全工程同时也是一项系统工程。安全涉及是完毕设计工作的一个重要环节。提高橡胶厂的安全性重要从两个方面着手：在硬件方面，提高设备的可靠性；在软件方面，加强现代化的安全管理。从生产的角度看，工业安全又两个侧面，一个是以防火、防爆为重要的安全措施；另一个侧面是防止污染扩散形成的暴露源对人身导致的健康危害。本设计重要从综合安全防护方面进行安全设计。8.1防火防爆=1\*GB2⑴根据中华人民共和国国家标准（GBJ16-87）建筑设计防火规范，本厂属于甲级防火防爆单位，各工序岗位的管理均应符合规范规定。=2\*GB2⑵在厂范围内，30米以内严禁烟火，严禁携带易燃、易爆品和穿钉鞋进入生产区域，生产所用的易燃品（棉纱、油类等）应放在指定地点，并妥善保管。=3\*GB2⑶所有盛装易燃易爆物料的设备和运送通道，均应有良好的静电接地装置，接地总电阻不得大于4欧姆，厂房和装置的避雷装置应保持良好，不得损坏，每年要检测校验一次，接地线的测试由动力厂负责，检测记录应报生产单位和生产机动部、安环质检部各一份，以备待查。=4\*GB2⑷盛装和输送易燃易爆物料的设备，管道应当严密无泄露，发现泄漏应及时检修，若开车无法检修，又严重威胁安全生产，应立即停车检修。=5\*GB2⑸所有的电动机和电器设备均应有良好的接地装置，机械传动设备应有完整的安全防护罩。=6\*GB2⑹当班工人，不得任意脱离工作岗位，传动设备合闸前，要按操作法规定，严格细致检查，注意设备内外是否有人工作。=7\*GB2⑺登高作业2米以上，应带好安全带和安全帽，并携带好材料、工具、切勿落下伤人。=8\*GB2⑻安全阀、防爆膜、压力表要经常保持灵活好有用，均应按照受压容器管理规范规定，按期进行核验，并做好记录，打好铅封，记录上应有检查人签字存档备查，如遇特殊情况，例如安全阀误操作跳开，低改高型号树脂生产，要随时调校安全阀[22]。=9\*GB2⑼砂封、阻火器等安全装置每半年清理检查一次。=10\*GB2⑽系统设备管道停车检修，必须将物料解决干净，排N2置换。经分析化验合格，办理动火证后，方可动火检查。=11\*GB2⑾系统设备，管道开车，应用N2置换，分析含氧在3%以下，方可进行开车。=12\*GB2⑿盛装和输送C2H2、VCM的管道设备严禁用铁器敲打，以免发生火花。8.2防毒生产中所用的反映物品大多对人身有健康危害，化学物品经吸入、食入、经皮吸取等途径向人体侵入。防护措施：=1\*GB2⑴皮肤防护=1\*GB3①严禁直接接触剧毒物品=2\*GB3②在生产岗位工作的职工根据有毒物的性质穿戴工作帽、工作服、防护面具、防护镜、手套、工作鞋、口罩等劳动保护用品以及在外露的皮肤上涂抹皮肤防护剂。=2\*GB2⑵呼吸防护进入有毒物料是设备内作业或有毒物质浓度超标区域，应戴防毒面具及防护用品。呼吸防护面具涉及防毒面具、氧气呼吸器等。=3\*GB2⑶个人卫生保健=1\*GB3①不准在被污染的环境中存放食品及就餐、饮水。饭前应洗手、漱口。=2\*GB3②对的穿戴防护用品，下班后应洗澡。工作服不应与非工作服混放。=3\*GB3③增长保健食品，增长营养，增强体质、增强身体康毒害能力。=4\*GB3④定期检查身体健康状况。=5\*GB3⑤应备有一定数量的应急解毒药品。8.3中毒后应采用急救措施有以下四个要领：=1\*GB2⑴安全进入毒物污染区=2\*GB2⑵迅速抢救生命=3\*GB2⑶彻底清除毒物污染，防止继续吸取=4\*GB2⑷送医院治疗8.4安全生产要点本装置所用物料丁二烯、苯乙烯、过氧化氢异丙苯等，均为易燃、易爆、有毒物质，有些工序属有毒有害生产作业岗位。8.4.1重点部位1．中间罐区

该罐区是储存丁二烯、苯乙烯、过氧化氢异丙苯等物质的场合。所储物质除具有易燃、易爆、有毒的性质外，其中丁二烯可生成易急剧分解爆炸的过氧化物。丁二烯、苯乙烯又易自聚，导致设备、管道堵塞。过氧化氢异丙苯是一种极强的氧化剂，极易分解，遇还原剂则发生剧烈反映。某厂曾发生过丁二烯过氧化物分解引起的精丁二烯储罐爆炸事故。2．聚合釜

是在5～7℃和0.19～0.49MPa压力下操作的带有搅拌装置的压力容器。除了因参与反映的单体等的化学性质所具有的危险因素外，还因反映过程中工艺调节控制因素较多，一旦控制失误，易产生爆聚，引起温度、压力急剧升高以致发生更严重的事故[23]。在第二和末釜出口装有γ射线（铯137）密度计。应注意射线对人体的危害。3．单体回收系统

该系统是将胶乳中未反映的单体丁二烯和苯乙烯回收再运用的单元。除物料等危险因素外，还由于负压操作也许出现密封性问题而导致空气进入系统，并引起系统内氧含量增高，促使丁二烯过氧化物的生成，出现分解爆炸的危险。该系统的设备与管道常会因单体的自聚、凝胶而导致管道堵塞，甚至撑破钢制容器，这是丁苯橡胶生产中最感麻烦的问题。苯乙烯沉降罐常因沉降不好，水内夹带苯乙烯，导致污水解决设备的堵塞事故。8.4.2安全要点1．中间罐区=1\*GB3①丁二烯、苯乙烯贮罐液位应不超过贮罐容积的80%，并避免长期静止贮存。=2\*GB3②贮罐及其附属设备（涉及泵房内机泵）要无跑、冒、滴、漏，贮罐排水要有两名操作人员在场，发现问题必须及时消除。=3\*GB3③贮罐的避雷和静电接地设施要牢固完整，并有定期检测记录。=4\*GB3④可燃气体检测报警仪器等安全设施要投用、灵敏，消防设施须完好无损。消防通道要畅通，防爆照明要完整。=5\*GB3⑤贮罐的保温须完整，进出物料管线、阀门及液位计的防冻措施要可靠。=6\*GB3⑥机泵润滑油位要正常。2．聚合釜=1\*GB3①各物料管道、设备的静、动密封点须严格，特别要注意聚合釜的搅拌器轴封、机泵和调节阀的填料函等动密封点的严密性，及时发现和排除任何导致泄漏的故障。=2\*GB3②聚合釜投料前必须通过气密实验，并经氮气置换合格方准投料。经常注意检查投料比例和投料量的准确性，检查聚合釜温度、压力变化及搅拌器电动机负荷有无超限，发现异常及时告知操作人员检查解决，防止爆聚和其它生产事故。=3\*GB3③要检查氨罐压力、温度、液位是否正常。=4\*GB3④要检查可燃气体检测报警仪器等安全设施是否投用、完好，有无损坏。=5\*GB3⑤仪表维修人员进入射线区域作业时，应穿戴铅橡皮服和铅橡皮手套。严禁非仪表维修人员进入γ射线区域内，严禁任何人私自打开?射线密度计或取出放射源──铯。3．单体回收系统=1\*GB3①开车前要严格进行试压和真空度实验，生产中注意检查系统中真空度是否达成规定值，发现异常立即查找因素或泄漏点，及时消除故障，防止空气进入回收单体中。

=2\*GB3②要经常检查回收丁二烯贮罐、苯乙烯贮罐、回收丁二烯压缩机前后分离器及管道的温度、液位是否正常，有无堵塞。如发现异常，立即组织解决。=3\*GB3③要经常检查不凝气体排放管线中氧含量。不凝气中氧含量不得超过0.8%，以防止丁二烯系统氧含过高而过多地生成丁二烯端基聚合物和过氧化物。=4\*GB3④要经常检查可燃气体检测报警仪器和其他安全设施是否投用、完好。防雷、防静电接地是否良好，应定期检查和检测并有记录。=5\*GB3⑤要检查苯乙烯沉降罐排放的污水有无苯乙烯带出。=6\*GB3⑥清理设备、管道时，严禁胶液排放地沟。

第9章“三废”治理9.1“三废”治理的意义 热塑性丁苯橡胶生产过程中，有大量废水、废气、和废渣产生。随着顺丁橡胶工业的不断发展，“三废”的数量将日益增长，成份亦愈来愈复杂。因此，必须不