聚苯乙烯裝置簡介和重點部位及設(shè)備

1、pain is only residing to oneself by hating someone.整合匯編簡單易用（頁眉可刪）聚苯乙烯裝置簡介和重點部位及設(shè)備 一、裝置簡介(一)裝置發(fā)展及其類型裝置發(fā)展聚苯乙烯樹脂(ps)是世界五大通用塑料之一，是熱塑性樹脂的主要品種，其產(chǎn)量僅次于聚烯烴和聚氯乙烯，在合成樹脂中占有重要地位。聚苯乙烯樹脂的生產(chǎn)一般采用本體聚合、溶液聚合、乳化聚合、懸浮聚合等四種工藝。中國現(xiàn)有的懸浮聚合工藝技術(shù)，由于規(guī)模小、產(chǎn)品種類單一、原料單耗和能耗都較高，因而缺乏競爭力。致使在國際上，由于懸浮聚合工藝排放廢水量比較大，能耗、物耗高，也正在逐漸被本體聚合工藝所取代。連續(xù)本體

2、法已逐漸發(fā)展成為生產(chǎn)聚苯乙烯樹脂的一種常用方法，因為該方法能以較低的成本生產(chǎn)出純度高、殘留單體含量低的產(chǎn)品。流程中可以有1-5個反應(yīng)器，其構(gòu)型有多種。通常把苯乙烯、溶劑(乙苯)，有時也有引發(fā)劑一起加入到第一個反應(yīng)器中，反應(yīng)器通常是在連續(xù)升溫下操作，操作溫度為90180，最終轉(zhuǎn)化率可達6090。反應(yīng)流出物送人真空脫揮器，將殘留單體和溶劑蒸發(fā)掉，熔融聚合物擠出造粒，冷凝下來的未反應(yīng)單體和溶劑經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)返回到反應(yīng)器進料中。我國從20世紀60年代開始生產(chǎn)ps，80年代開始從國外引進的技術(shù)和設(shè)備，使我國h工業(yè)得到不斷的發(fā)展和壯大。到2000年，我國ps生產(chǎn)能力已經(jīng)達100x104ta左右。2裝置的主要類

3、型連續(xù)本體聚合工藝的典型生產(chǎn)技術(shù)有德國basf公司、美國huntsman公司的臥式、立式釜工藝技術(shù)，美國dow化學公司的高立式釜工藝技術(shù)，美國cosden公司(現(xiàn)美國fina公司)的臥式釜工藝技術(shù)，日本東洋工程公司一三井東亞公司(tecmtc)的矮立式釜工藝技術(shù)等工藝技術(shù)。(二)裝置單元組成與工藝流程1。組成單元整個生產(chǎn)裝置由下列主要單元組成：原料接受、儲存及配制系統(tǒng)；切膠、溶膠及供料系統(tǒng)；聚合系統(tǒng)；脫揮發(fā)系統(tǒng)；冷凝及抽真空系統(tǒng)；造粒系統(tǒng)；粒料輸送，儲存及包裝系統(tǒng)；導(dǎo)生系統(tǒng)；公用工程系統(tǒng)。各單元介紹如下：(1)原料接收、儲存及配制苯乙烯單體從界區(qū)外批量送人本裝置苯乙烯罐中。當生產(chǎn)通用級gpps

4、產(chǎn)品時，苯乙烯經(jīng)進料泵直接送到主進料泵的人口。當生產(chǎn)高抗沖級hips產(chǎn)品時，苯乙烯經(jīng)進料泵送到漿液罐配制橡膠溶液并送至溶膠罐進行溶解，然后再送到主進料泵。礦物油從界區(qū)外送來存人本裝置礦物油罐中，礦物油經(jīng)泵送到主進料泵的人口管道，其流量由調(diào)節(jié)閥控制。乙苯由界區(qū)外送至本裝置乙苯貯槽中。乙苯按需要補充到循環(huán)液中，循環(huán)液連續(xù)加入反應(yīng)原料中。兩者共用循環(huán)液進料泵輸送。循環(huán)液送至主進料泵的入口。隨反應(yīng)的進行，循環(huán)液不斷循環(huán)使用，其中的雜質(zhì)不斷增多，需定期將部分循環(huán)液送回苯乙烯裝置回收處理。當反應(yīng)系統(tǒng)中需注入循環(huán)液或乙苯時，可通過泵經(jīng)過過濾器向反應(yīng)系統(tǒng)供料。聚合反應(yīng)使用的引發(fā)劑是tbpb或dp275b，它是

5、用乙苯和礦物油配成的溶液，可以直接使用。將桶裝引發(fā)劑用泵送到引發(fā)劑供料槽中。經(jīng)引發(fā)劑供料泵計量送到第一反應(yīng)器。聚苯乙烯需加入抗氧劑及硬脂酸鋅等粉狀固體添加劑。按比例將它們加到添加劑槽中，槽中預(yù)先加入定量的循環(huán)液，攪拌器及循環(huán)泵使添加劑均勻的懸浮于循環(huán)液中，懸浮液用添加劑供料泵計量送到第二反應(yīng)器中部。(2)切膠、溶膠及進料準備切膠、溶膠橡膠是以2534kg一塊裝成木箱運來的，直到使用時才從箱中取出膠塊。聚丁二烯橡膠冷流會導(dǎo)致膠塊變形?？赡茏兂刹贿m于進入到切膠系統(tǒng)的形狀。苯乙烯用泵連續(xù)送到漿液罐的底部，使苯乙烯與橡膠形成漿液。只要切膠在進行，苯乙烯就一直連續(xù)輸送。對不同牌號的產(chǎn)品切膠量以及與其相關(guān)

6、的苯乙烯的量是不同的。苯乙烯膠混合物由漿液泵送到溶膠罐。從溶膠罐出來的膠液直接流到主進料泵，在那里它按要求和其他物質(zhì)混合，形成反應(yīng)器的主要供料。供料準備從主進料泵出來的物料過濾后經(jīng)計量提供聚合反應(yīng)的主供物料流。主供料預(yù)熱到80左右，進入第一反應(yīng)器。生產(chǎn)抗沖級產(chǎn)品時，預(yù)熱后的一部分物料經(jīng)進料泵送到第二反應(yīng)器的中部，此股物料稱為m2進料。(3)聚合系統(tǒng)本單元由幾個串聯(lián)的反應(yīng)器組成，物料連續(xù)的從低溫區(qū)流向高溫區(qū)，溫度范圍在90-180之間。反應(yīng)所產(chǎn)生的聚合熱是經(jīng)換熱載體實現(xiàn)熱交換的。反應(yīng)器一般都設(shè)有攪拌，實現(xiàn)共混及反應(yīng)均勻。最終產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率可達8085。(4)脫揮發(fā)系統(tǒng)從最終反應(yīng)器擠出的物流中約含有8

7、085的聚合物，1520的液體，這股物料經(jīng)減壓后，到聚合物加熱器中，在很短的時間內(nèi)聚合物溫度從180qc加熱到230，然后落到一個帶夾套的脫揮發(fā)物器中，該脫揮發(fā)物器操作處于負壓狀態(tài)，絕壓一般控制在30mmhg以下，以除去聚合物中的溶劑乙苯和未反應(yīng)的苯乙烯。脫揮發(fā)物器底部的聚合物泵把熔融狀態(tài)的聚合物送到擠壓模頭進行造粒。(5)冷凝及真空系統(tǒng)從脫揮發(fā)物器脫除的苯乙烯、乙苯等物料蒸汽先進人部分冷凝器，物料中少量的焦油即苯乙烯的齊聚物等在此冷凝下來，流人焦油收集罐。物流中未冷凝下來的蒸汽進入最終的冷凝器，使苯乙烯、乙苯冷凝下來，所形成的冷凝液就是工藝物料的循環(huán)液，可循環(huán)使用。(6)切粒系統(tǒng)由聚合物齒輪

8、泵送出的熔融聚合物經(jīng)模頭擠出，條料分別進入水浴槽進行冷卻。經(jīng)固化后的條料從水浴槽中拉出，經(jīng)干燥后進人切粒機。模頭處設(shè)排風罩以抽出從模頭擠料時揮發(fā)出來的小分子。(7)粒料輸送、儲存及包裝系統(tǒng)從切粒機出來的粒料經(jīng)振動篩分出過大或過小的粒子或團料后，合格的進入料斗，經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥送到輸送料管，輸送風機將帶有粒料的氣流輸送至料倉。一般gpps和hips產(chǎn)品料倉應(yīng)分別儲存相應(yīng)的粒料，不能混用。普通級產(chǎn)品和抗沖級產(chǎn)品分別由兩條推拉系統(tǒng)從料倉送至包裝作為成品。(8)熱載體系統(tǒng)整個工藝過程中，原料的預(yù)熱器，反應(yīng)器的盤管和夾套，脫揮發(fā)物器夾套及聚合物加熱器，聚合物輸送管道，部分冷凝器等都需要熱載體與其中的物料進行熱交

9、換。熱載體的使用溫度一般有三種，一種是冷載體，溫度在60左右，一種是熱載體，溫度在2000左右，第三種是過熱載體，溫度在280左右。整個反應(yīng)的原料預(yù)熱、聚合、真空系統(tǒng)的部分冷凝等需要前兩種溫度的載體經(jīng)混合后，由調(diào)節(jié)閥控制所需的換熱。過熱載體主要是加熱聚合物加熱器和脫揮發(fā)物器，以及部分物料管線。熱載體的熱量由兩臺加熱爐提供。整個熱載體系統(tǒng)的不同溫度是靠換熱器來實現(xiàn)溫度控制的。(9)公用工程系統(tǒng)裝置公用工程主要包括：高、低壓氮氣、儀表風及雜用風、蒸汽、循環(huán)冷卻水、激冷水、消防水等。主要用于裝置吹掃、壓料；調(diào)節(jié)氣動閥門和切粒設(shè)備；加熱物料；冷卻換熱器；滅火、罐區(qū)降溫等。2工藝流程聚苯乙烯生產(chǎn)工藝原則

10、流程見圖53。苯乙烯和其他的供料成分經(jīng)預(yù)熱后連續(xù)供到串聯(lián)的反應(yīng)器中，在這里大部分苯乙烯單體被轉(zhuǎn)化成聚合物。根據(jù)產(chǎn)品牌號的不同進料組成有所不同。進料中一般含有：苯乙烯和乙苯，其中乙苯是一種鏈轉(zhuǎn)移劑，還有各種產(chǎn)品添加劑，聚合反應(yīng)的化學引發(fā)劑，在生產(chǎn)高抗沖級產(chǎn)品時，進料還必須含有聚丁二烯橡膠。物料在進入反應(yīng)器之前，要在預(yù)熱器中進行預(yù)熱。在第一反應(yīng)器還要進一步供熱以引發(fā)聚合反應(yīng)。其他的反應(yīng)區(qū)要冷卻，以除去聚合熱和控制反應(yīng)速率。進料和反應(yīng)器中的物：料是通過控制在一定溫度下的熱載體的循環(huán)進行加熱和冷卻的。從反應(yīng)器中出來的產(chǎn)品在脫揮發(fā)物器中進行加熱和抽真空以便除去乙苯和沒有反應(yīng)的苯乙烯。從最終反應(yīng)器出來的聚

11、合物在聚合物加熱器中進一步加熱，這樣有助于脫除揮發(fā)分和把聚合物保持在適于泵送的黏度下。揮發(fā)出來的物質(zhì)在真空系統(tǒng)(一級或兩級)的抽真空下經(jīng)過冷凝系統(tǒng)回收。部分冷凝器把進入最終冷凝器之前的蒸汽冷卻，并且除去了其中少部分蒸汽壓很低的象苯乙烯的齊聚物之類的組分。最終冷凝器回收了基本是所有剩余的苯乙烯和乙苯，這部分冷凝液在作為循環(huán)液進入聚合反應(yīng)系統(tǒng)之前，先返回到儲罐中儲存。脫除揮發(fā)分的聚合物熔體，由齒輪泵送到擠出模頭，擠出的聚合物條料經(jīng)水浴槽拉人切粒機，切出的產(chǎn)品顆粒經(jīng)過篩子和磁鐵，除去過大的顆粒和金屬碎屑。粒料經(jīng)一個正壓空送系統(tǒng)連續(xù)地輸送到產(chǎn)品料倉，然后從這些料倉出來，粒料通過一個“拉一推”空送系統(tǒng)送

12、到包裝料斗，產(chǎn)品經(jīng)包裝后出廠。熱載體系統(tǒng)包括以燃料油為燃料的加熱爐，它可向脫揮發(fā)物器和其他工藝部分提供所要求的熱導(dǎo)生。以水為冷卻介質(zhì)的換熱器，為反應(yīng)器提供冷載體，而熱交換器為反應(yīng)器補充熱量，提供中等溫度的載體，反應(yīng)器熱載體系統(tǒng)所吸收的熱量用作為供料預(yù)熱器的加熱介質(zhì)熱量。(三)化學反應(yīng)過程聚苯乙烯連續(xù)本體法聚合主要分兩種反應(yīng)：熱引發(fā)和引發(fā)劑引發(fā)。1熱引發(fā)的反應(yīng)機理熱引發(fā)就是在高溫下，使部分苯乙烯的雙鍵打開，生成自由基，從而引發(fā)大量的苯乙烯進行聚合反應(yīng)。2引發(fā)劑引發(fā)的反應(yīng)機理引發(fā)劑引發(fā)就是引發(fā)苯乙烯所需要的自由基是由引發(fā)劑受熱分解提供的。引發(fā)劑一般是采用有機過氧化物(dp275b或tbpb)。在前

13、兩個反應(yīng)器的每個反應(yīng)區(qū)內(nèi)引發(fā)劑引發(fā)比熱引發(fā)的溫度分布大約下降1520，而反應(yīng)速度與熱引發(fā)的相同。液態(tài)的苯乙烯經(jīng)上述的三個步驟轉(zhuǎn)化為固體的聚苯乙烯，可能由于存在其他的反應(yīng)，如支化、交聯(lián)等使反應(yīng)變得更為復(fù)雜。3橡膠改性的聚苯乙烯，即抗沖聚苯乙烯苯乙烯純凈的均聚物是五色透明、剛性很強、極易脆裂的材料。為提高其韌性，改進耐沖擊性，把橡膠加入到聚苯乙烯中增加它對能量的吸收能力，這樣在受到?jīng)_擊時破碎的趨勢減少。在生產(chǎn)抗沖聚苯乙烯時，供料是由含有橡膠的苯乙烯溶液和各種添加劑組成的。此時橡膠溶液是均相的，清澈的，但在苯乙烯引發(fā)、有聚苯乙烯生成后不久，反應(yīng)混合物就變得不透明了，這種現(xiàn)象說明了聚合物溶液的一種特性

14、，即兩種聚合物溶解在同一種溶劑中時要分成兩相。此時反應(yīng)混合物是由兩種溶液組成的：一種為橡膠溶解在苯乙烯中形成的溶液，作為連續(xù)相；另一種為聚苯乙烯在苯乙烯中形成的溶液作為分散相，以小液珠狀懸浮在橡膠溶液中。隨著聚合反應(yīng)的進行，溶液中聚苯乙烯數(shù)量增加，橡膠溶液對聚苯乙烯溶液的比例減少，當聚苯乙烯在苯乙烯中的溶液量大于橡膠在苯乙烯中的溶液量時，出現(xiàn)了相轉(zhuǎn)變，即聚苯乙烯在苯乙烯中的溶液變成了連續(xù)相，橡膠在苯乙烯中的溶液變成了分散相。橡膠相像無數(shù)個“小島嶼”分散在聚苯乙烯相的“海洋”中。相轉(zhuǎn)變完成的快慢與攪拌速度、溶液黏度、固含量等因素有關(guān)。通常固含量為30左右時，所形成的橡膠顆粒就達到了足夠穩(wěn)定的狀態(tài)

15、。此時所形成的橡膠粒子的大小與分散狀況對產(chǎn)品性能影響很大。在聚合過程中，一部分苯乙烯接枝到橡膠上形成連接在橡膠鏈上的聚苯乙烯鏈。已發(fā)現(xiàn)接枝到1、2乙烯基團上的機會占優(yōu)勢。支化增加了兩相的相溶性，使橡膠粒子變小。同時也可能存在交聯(lián)反應(yīng)，即一個橡膠分子接到另一個橡膠分子上。表征接枝和交聯(lián)程度的相對數(shù)值為凝膠含量和溶脹指數(shù)。凝膠含量增加，伸長率增加，拉伸強度增加。而溶脹指數(shù)高的材料，伸長拉伸性能好。(四)主要操作條件及工藝技術(shù)特點1操作條件一覽表生產(chǎn)ps操作條件如表515所示(以dow化學工藝三個反應(yīng)器為例)2工藝技術(shù)特點連續(xù)本體法生產(chǎn)聚苯乙烯具有如下特點：(1)滿釜操作，反應(yīng)容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量好；

16、(2)轉(zhuǎn)化率高；(3)能耗較低；(4)切換牌號靈活，過渡時間少；(5)三廢排放少。(五)催化劑及助劑1。催化劑引發(fā)劑一般采用過氧化物，在一定溫度下能有效提供苯乙烯單體聚合反應(yīng)所需要的自由基，使反應(yīng)溫度降低，同時增加聚合度。2助劑為了改善產(chǎn)品的性能，聚合反應(yīng)體系中需要添加一些助劑，主要有橡膠、礦物油、硬脂酸鋅、蘭料等。為提高通用級聚苯乙烯的韌性，改進耐沖擊性，把橡膠加入到聚苯乙烯中增加它對能量的吸收能力，這樣在受到?jīng)_擊時破碎的趨勢減少。潤滑劑礦物油能減少分子內(nèi)部的摩擦，提高分子的流動性，具有內(nèi)填充和增塑的作用。增加產(chǎn)品中的礦物油含量可降低熱變形溫度，提高熔體流動速率。在第一反應(yīng)器中礦物油與聚合混

17、合物混合，可降低熔體黏度，減少攪拌槳葉對反應(yīng)物的剪切力，使第一反應(yīng)器中形成的橡膠粒子尺寸增大，提高伸長率。硬脂酸鋅作為產(chǎn)品的脫模劑，有利于用戶在擠出機上的加工成型。蘭料能增加cpps的透明度。(六)原料及產(chǎn)品性質(zhì)1主要原材料性質(zhì)主要原材料性質(zhì)如表516所示。2產(chǎn)品性質(zhì)聚苯乙烯樹脂具有良好的熱塑性和熱加工性能，熱變形溫度高，殘留單體含量低，無毒、透明、絕緣，加入一定助劑后還具有阻燃性。二、重點部位及設(shè)備(一)重點部位1反應(yīng)系統(tǒng)由于聚合物在此系統(tǒng)中發(fā)生劇烈反應(yīng)，因此控制該系統(tǒng)操作平穩(wěn)非常重要，若反應(yīng)失控會造成暴聚，影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至會造成裝置停車。2脫揮發(fā)及真空系統(tǒng)該系統(tǒng)主要靠瞬間加熱閃蒸使未反應(yīng)單體從聚合物中分離出來，若溫度太低或真空度太低則閃蒸效果不好，易產(chǎn)生稀料。進而影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至造成停車及火災(zāi)事故。3擠出和造粒系統(tǒng)高溫熔融狀態(tài)聚合物從該系統(tǒng)擠出，不