年產5萬噸丁苯橡膠的生產工藝設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 物容易分離、生產成本低；能在較高聚合速度中獲得高分子量聚合物；可在反應溫度較低的情況下進行反應，反應熱也容易散出，聚合過程容易控制；在轉變為膠乳的整個過程中，乳液粘度較低，設備強度和能耗也會降低。 通過以上的各種方案的對比，結合吉林化學工業公司實際生產中的狀況，本設計選用低溫乳聚制取丁苯橡膠。 丁苯橡膠的工藝原理： 聚合原理 乳聚丁苯橡膠的屬于乳液法鏈式自由基聚合機理。整個聚合過程分為鏈引發、鏈增長、鏈轉移和鏈終止四個步驟。 鏈引發 這是形成單體自由基活性種的反應，首先由氧化還原引發體系在水相中產生初級自由基。第二步是初級自由基與單體加成，形成單體自由基。 鏈增長 在鏈引發階段形成的單體自由基，活性很高，如無阻聚物質與之作用，就能進攻第二個單體分子的π鍵，重新雜化結合，形成新的自由基，如此循環下去。該反應過程放熱，鏈增長速率極快（ –ns間），其相關的速率方程為：式中 Rp—鏈增長速率，L/（） [I]—引發劑濃度,mol/l f—引發劑引發效率，%； kd—引發劑分解速率常數； kp—鏈增長速率常數； kt—鏈終止速率常數。 鏈終止 乳聚丁苯橡膠聚合過程的終止主要是雙基結合終止。此時的聚合體系中，除水相外，主要是表面層為乳化劑覆蓋的聚合膠乳粒子。用計量泵將規定數量的相對分子質量調節劑與苯乙烯在管路中混合溶解，再在管路中與處理好的丁二烯混合。然后與乳化劑混合液（乳化劑、去離子水等）等在管路中混合后進入冷卻器，冷卻至10℃。在與活化劑溶液（還原劑、螯合劑等）混合，從第一個釜的底部進入聚合系統，氧化劑直接從第一個釜的底部直接進入。系統由8~12臺聚合釜組成，采用串聯操作方式。當聚合到規定轉化率后，在終止釜前加入終止劑終止反應。聚合反應的終點主要根據門尼粘度和單體轉化率來控制，轉化率是根據取樣測定固體含量來計算，門尼粘度由取樣測定來確定。雖然生產中轉化率控制在60%左右，但當所測定的門尼粘度達到規定指標要求，而轉化率未達到要求時，也就加終止齊終止反應，以確保產物門粘度尼合格丁二烯分離從終止釜流出的終止后的膠乳液進入緩沖罐。然后經過兩個不同真空度的閃蒸器回收未反應的丁二烯。第一個閃蒸器的操作條件是22～28℃，在第一個閃蒸器中蒸出大部分丁二烯；再在第二個閃蒸器中（溫度27℃，）蒸出殘存的丁二烯。回收的丁二烯經壓縮液化，再冷凝除去惰性氣體后循環使用。苯乙烯分離脫除丁二烯的乳膠進入苯乙烯汽提塔（高約10m，內有十余塊塔盤）上部，，塔頂溫度50℃，苯乙烯與水蒸汽由塔頂出來，經冷凝后，水和苯乙烯分開，苯乙烯循環使用。塔底得到含膠20%左右的膠乳，苯乙烯含量＜%。經減壓脫出苯乙烯的塔底膠乳進入混合槽，在此與規定數量的防老劑乳液進行混合，必要時加入充油乳液，經攪拌混合均勻后，送入后處理工段。混合好的乳膠用泵送到絮凝槽中，加入24%～26%食鹽水進行破乳而形成漿狀物，%的稀硫酸混合后連續流入膠粒皂化槽，在劇烈攪拌下生成膠粒，操作溫度均為55℃左右。 從膠粒皂化槽出來的膠粒和清漿液經振動篩進行過濾分離后，濕膠粒進入洗滌槽用膠清液和清水洗滌，操作溫度為40~60℃。洗滌后的膠粒再經真空旋轉過濾器脫除一部分水分，使膠粒含水低于20%，然后進入濕粉碎機粉碎成5～50mm的膠粒，用空氣輸送器送到干燥箱中進行干燥。 干燥箱為雙層履帶式，分為若干干燥室分別控制加熱溫度，最高為90℃，出口處為70℃。履帶為多孔的不銹鋼板制成，為防止膠粒粘結，可以在進料端噴淋硅油溶液，膠粒在上層履帶的終端被刮刀刮下落入第二層履帶繼續通過干燥室干燥。干燥至含水＜%。然后經稱量、壓塊、檢測金屬后包裝得成品丁苯橡膠。 丁苯橡膠的生產工藝流程圖31 低溫乳液聚合丁苯橡膠的生產工藝流程簡圖4 工藝計算1年產5萬噸丁苯橡膠計算，以300個工作日計，連續生產，每年工作7200小時生產方式：連續性生產丁苯橡膠的生產配方組分用量的重量分數單體丁二烯苯乙烯7030介質水210乳化劑歧化松香酸鈉擴散劑NF引發體系二異丙苯過氧化氫EDTA硫酸亞鐵雕白粉調節劑叔十二烷基硫醇電解質氯化鉀終止劑二甲基二硫代氨基甲酸鈉 生產過程總物料衡算 原料投入量，各單元操作都連續進行，采用倒推法根據收率或損失率計算出原料投料，然后按單元操作順序對各單元操作進行物料衡算：丁苯橡膠每小時產量為聚合物轉化率為60% 60%x=7582 x=(kg/h) 丁二烯 苯乙烯 水 乳化劑 引發體系 產品及回收液出口管道中各組分的流量丁苯橡膠 丁二烯 苯乙烯 水相 反應釜的物料衡算和熱量衡算 物料衡算由8臺聚合反應釜組成一條生產線，反應時間為8～12小時（取8小時），反應的轉化率為60%。～,溫度T=5℃，PH=4～5，聚合帶有攪拌器，并用液氨作為冷凍介質。根據《基本有機化工工廠裝備》?知，對于一級反應，連續釜式反應器的反應轉化率與反應速度常數之間的關系如下：式中CAN —第N臺釜內反應物的濃度；mol/LCA0 — 反應物初始濃度； mol/L—第N臺釜內反應物轉化率；k — 聚合反應表觀速度常數； —平均停留時間；minN—連續槽式反應器的臺數；為了便于計算，按等溫等容處理，取總轉化率60%；8釜串聯；平均停留時間60 min；反應溫5℃。將上式進一步整理得表911 各釜純轉化率與累積轉化率第一釜第二釜第三釜第四釜純X(％)累積X(％)純X(％)累積X(％)純X(％)累積X(％)純X(％)累積X(％)第五釜第六釜第七釜第八釜純X(％)累積X(％)純X(％)累積X(％)純X(％)累積X(％)純X(％)累積X(％)60根據各釜純轉化率計算各釜的物料組成如表912。表912 各釜出料口物料組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 苯乙烯丁二烯聚合物物第五釜第六釜第七釜第八釜料kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)水相苯乙烯丁二烯聚合物7582 熱量衡算設定：QT——系統內物料與外界交換熱量之和(傳入熱量為正，傳出熱量為負），KJ；Q1——由于物料溫度變化，系統與外界交換的熱量（升溫為正，降溫為負），KJ；Q2——由于物料發生化學變化，系統與外界的交換的熱量（吸熱為正，放熱為負），KJ；根據熱量守恒定律，得 其中經查有關資料可知：名稱相對分子質量密度kg/m3比熱容kj/(kg℃)汽化熱kj/kg丁二烯54苯乙烯104水181000液氨17膠乳液Mn10104950丁苯橡膠的聚合熱為：混合熱和攪拌熱的考慮由于溶質的量很少，混合熱可忽略不計；攪拌設備中的物料為低黏度流體，攪拌熱也可忽略不計。原料進入聚合釜放出的熱量以1小時的產量為基準，設進料溫度為10℃，反應溫度為恒溫5℃，則物料帶入聚合釜的熱量為： 聚合反應放出的熱量以1小時產量為基準，則聚合反應放出的熱量為 反應過程需要排出的熱量加液氨的量液氨進口溫度為5℃