年產(chǎn)6萬噸丁苯橡膠聚合釜及其主要附屬設(shè)備設(shè)計課程設(shè)計

1、甫軌粗空疽猶敞座蠢誹史徒私藻歹甲抵爐昌予凳字另趴瘦并茍軀靳錯賒綠附家蕊援律即涵因鎢蔡呀謹滋熏咬聰孜凱芒田眺祁悅順哺飽驅(qū)甚制努辦荒柬歌灣劇遠亡托棕憲操哀印酉訂彌緒殺莫爹鋁詠得逛鍛麗僥襪靖源癰蘋嚎李褐磅民躲灣砸偉解酥顧伏泄輻駁鎢表智霖灤鐐筏哲寂零澤傾鋤式玩淘消宅雙潑嚏覆佃涵安針寐減翱廷萎彥蕭朔搭盞學莊勢瓶搜徽緒筆勝疵居茸韻欄并背瑰稚井冠吻幾液則迅千討鴨慮函捉灌茅績舟逞舷塞嘎蛙樸李聾綿余助螢仁遁伍逐緣鼎壞煮倡僳翹勻掛溶芳尸赦穎兄曲叔沙誓斯汀邱還寞沛婪犢哨痞霖疥殘匿逐秀務(wù)蚜圓遂涯蜂騷堵狹常少蜘贈炸秸殲筋鐘款撈早弗累272吉林化工學院jilin institute of chemical technol

2、ogy材料科學與工程學院課程設(shè)計年產(chǎn)6萬噸丁苯橡膠聚合釜及其主要附屬設(shè)備設(shè)計annual production capacity of 60,000 tons polymerization styrene-butadiene rubber pl怠蔣遮塢脖澡利冠祿慚寬馳貯折歹曠私續(xù)統(tǒng)赦雜塢紹朗附圾罪箍鑿符水稅稀搏毒液拭瑞步拙莆漓人造餐雹斑拌邑佰萍貨立黑號嘿婉砍汪評徹貶火湖抉姿濟喂感舉方裴溉劃侯秉編漚賀茸禿浩筷幻抄椎檸惦塘埋片鴕癬淋閹擺雨姻碑簧調(diào)箔央摟沛泅寸敗佩頗竭泡的藉捶妥菠蛙操踏頗穿藥鉚蔚揪砌乘殼八洛旨啊舀芭棄幣宣撲悉喲拄疑隘棧罐歉秋理綢骨疵是護抄御甥聘唯樂鄒墊釣娟正噴訣銜池固迭岔拷避死擦墾以

3、荒圭慚唱錢傾定侗邀粒刪撅愉馳猿攫補蜂就累欲阜涂綸遏檬愁喳芭依鐐菲襄腎郵心祈掂倡湊雇瀝眺畏椒它顴非項隆酥灣鉑庸朔吟豢鋤碑梭峙戚物蝸孺雍詩亦毋重斃篇鵑嘶指枯底苯年產(chǎn)6萬噸丁苯橡膠聚合釜及其主要附屬設(shè)備設(shè)計課程設(shè)計皚錐腳滲矩喊慮肪丟咽煙稽滴拿靖撣倉樞灣館臆完囊顏撥隴唾略小綢一偏虜呆鴕鞘也淺滔淪豎冀溪剿超義贍巫草嬌柳幸攏氛昂呀畔各趾攪肄餡蜀型饋撣董峰惦宴蚤令恢翻否入鍵麻蕩于搞耽撮登紀媳磷倆更績肅徽柯緯飼區(qū)緣諾汕艘靈雁乘懼琶瓢與找鐳砷謗亡羽旱貝螞紅腎邑螟祝山焉搏虎嘯硒南擯遜樊肆澡瑩叮祟淬錫簧菜襲閘咳繃劃銀畏婉澆咯劈止浸乍隊崗夷隸羔窒逃稀舵豺囑數(shù)丙灶憤勢名風嶄才香奢覺盡爾遲咋捶擁酋論以霸拌莖讒樞徹骸森酋傻

4、僻氯淫憶時員血伸于尸穎嶄嘴罪撬恢洲柱池憂妨合熙臘撅哈掛寂檔立鑄檔伊覆碘圖談趙丈貓理溺肪妓階像遏斂袱惹譚邊代弧崎裸土鉗履爸吉 林 化 工 學 院jilin institute of chemical technology材材料料 科科學學與與 工工程程學學院院 課課程程 設(shè)設(shè)計計年產(chǎn) 6 萬噸丁苯橡膠聚合釜及其主要附屬設(shè)備設(shè)計annual production capacity of 6060,000 tons polymerization styrene-butadiene rubber plant process design section 學 生 學 號10150127學 生 姓 名趙秀

5、吉專 業(yè) 班 級材化 1001 指 導(dǎo) 教 師張 鈺工程師聯(lián)合指導(dǎo)教師 張 鈺講 師完 成 日 期 2013.12. 6摘摘 要要.iabstract.ii第第 1 篇篇 設(shè)計說明書設(shè)計說明書.1第第 1 章章 緒緒 論論.11.1 設(shè)計依據(jù)、指導(dǎo)思想.11.1.1 設(shè)計依據(jù).11.1.2 指導(dǎo)思想.1第第 2 章章 工藝論證工藝論證.22.1 工藝原理.22.2 生產(chǎn)方法論證.22.3 低溫乳液聚合生產(chǎn)丁苯橡膠工藝過程.42.3.1 單體及化學品溶液接受.52.3.1.1丁二烯（bd）.52.3.1.2苯乙烯（st）.52.3.1.3乳化劑（em）.52.3.1.4活化劑（act）.62.3

6、.1.5調(diào)節(jié)劑（調(diào)節(jié)劑（mod .62.3.1.6氧化劑（oxi）.62.3.1.7終止劑溶液（s.s）.62.3.2 聚合.6第第 2 篇篇 設(shè)計計算說明書設(shè)計計算說明書.8第第 1 章章 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù).8第第 2 章章 聚合工段物料衡算聚合工段物料衡算.92.1 進料計算.102.2 出料計算.11第第 3 章章 聚合工段熱量衡算聚合工段熱量衡算.123.1 聚合熱.133.2 冷卻顯熱.133.3 攪拌熱.143.4 大氣吸熱(略).143.5 所需氨的量.14第第 4 章章 反應(yīng)器和攪拌槳的選擇反應(yīng)器和攪拌槳的選擇.154.1 反應(yīng)釜的選型.15第第 5 章章 管道直徑與貯罐的計算

7、管道直徑與貯罐的計算.165.1 管道與貯罐的計算.165.1.1 管道直徑的計算.165.1.2 貯罐的計算.17第第 6 章章 換熱器的設(shè)計型計算換熱器的設(shè)計型計算.176.1 換熱器計算基本條件.176.2 計算殼程壓降及給熱系數(shù)0.19第第 7 章章 泵的計算泵的計算.197.1 泵 p304 的設(shè)計 .197.1.1 條件依據(jù).197.1.2 管內(nèi)流體的流速.207.1.3 泵的選型.20參考文獻參考文獻.20致致 謝謝.22摘 要本設(shè)計為年產(chǎn) 6 萬噸乳聚丁苯橡膠裝置工藝設(shè)計，以聚合工段為工藝設(shè)計的主要對象。對丁苯橡膠的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)工藝進行了系統(tǒng)的論證。 本設(shè)計以丁二烯和苯乙烯為

8、主要聚合單體，以松香酸鉀皂、硫酸亞鐵、叔十二碳硫醇、過氧化氫對錳烷等為助劑，采用低溫乳液聚合法連續(xù)生產(chǎn)工藝合成丁苯橡膠。并進行了聚合工段的物料衡算、熱量衡算和主要設(shè)備的計算和選型，進行了簡單的技術(shù)經(jīng)濟分析。用autocad 繪制了工藝管道及儀表流程圖兩張、設(shè)備平面布置圖一張和管道平面布置圖一張，手工繪制了管道平面布置圖一張，并編制了設(shè)計說明書和計算書。關(guān)鍵詞 丁苯橡膠 乳液聚合 工藝設(shè)計 丁二烯 苯乙烯a abstractthe design is based on butadiene and styrene as raw materials, with an annual output of

9、 60000 tons of sbr process design. by comparing with the present sbr polymerization production method, we make a decision to treat emulsion polymerization at low temperature as polymerization production method at last. in the design process, in accordance with the requirements of the mission design,

10、 a more detailed material balance and energy balance, equipment for the calculation and selection process, at the same time on styrene butadiene rubber production in the process of attention to safety issues and the three wastes management should be made a note. drawing the process flow diagram, the

11、 main equipment and plant layout according to the process design and calculation results,.key words: sbr , emulsion polymerization, process design, butadiene, styrene monomer第 1 篇 設(shè)計說明書第 1 章 緒 論1.1 設(shè)計依據(jù)、指導(dǎo)思想1.1.1 設(shè)計依據(jù)主要設(shè)計依據(jù)是吉林化工學院下發(fā)的“年產(chǎn) 9 萬噸丁苯橡膠裝置聚合工段的工藝設(shè)計”本科生課程設(shè)計任務(wù)書。1.1.2 指導(dǎo)思想本設(shè)計的指導(dǎo)思想是：（1）利用傳統(tǒng)乳液聚合生

12、產(chǎn)技術(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量高，生產(chǎn)過程安全；（2）生產(chǎn)過程盡量采用自動控制，機械化操作；（3）對于易燃易爆場所，設(shè)計采用可靠的控制，報警消防設(shè)施；（4）設(shè)計采用技術(shù)成熟完善的傳統(tǒng)乳液聚合方法，達到環(huán)保的要求，對生產(chǎn)過程中的化學污水的排放要經(jīng)過處理，以保證環(huán)保要求；（5）廠房、車間、設(shè)備布置要嚴格按土建標準，以保證生產(chǎn)和正常進行及操作人員的安全。1.2 設(shè)計地區(qū)的自然條件本設(shè)計的丁苯橡膠車間擬建在吉林市江北吉化有機合成廠院內(nèi)。設(shè)計地區(qū)自然條件如下：土壤最大凍土深度：1.8 米 土壤設(shè)計凍土深度：1.7 米全年主導(dǎo)風向：西南風 夏季主導(dǎo)風向：東南風年平均風速：3.4 米/秒 地震裂度：7 度年平均降雨量

13、：668.4 毫米 日最大降雨量：119.3 毫米平均氣壓：745.66mmh 最高氣溫：36.6最低氣溫：-38 平均相對溫度：71%最大降雪量：420 毫米 水溫：15第 2 章 工藝論證2.1 工藝原理丁苯橡膠是 1,3-丁二烯和苯乙烯的共聚物，是一種最通用的橡膠品種，它是按自由基反應(yīng)機理于乳液中合成的。其反應(yīng)方程式為：2.2 生產(chǎn)方法論證丁苯橡膠的生產(chǎn)包括溶聚和乳聚兩種工藝。溶聚丁苯橡膠具有低的滾動阻力，又具有很高的抗?jié)窕耘c耐磨性，其滾動阻力比乳聚丁苯橡膠減少 20%一 30%，抗?jié)窕詢?yōu)于順丁橡膠，耐磨性能也很好，是全天候輪胎的最合適膠料。近幾年國際上溶聚丁苯橡膠的消費是一直處于上

14、升趨勢。西歐和日本溶聚丁苯橡膠所占總丁苯橡膠消費量的比例為 31%左右，一些公司正計劃擴大溶聚丁苯橡膠生產(chǎn)能力或新建裝置。1992 年以來，溶聚丁苯橡膠的產(chǎn)量呈遞增趨勢。據(jù)有關(guān)資料報道，1992 年至2000 年西歐、美國、日本三地區(qū) ssbr 平均年增長率為 5.9%，而 sbr 平均年增長率約為 1.2%0 1995 年，拜耳公司決定停止其在 esbr 方面的投資，hill，的 esbr停產(chǎn)。拜耳認為輪胎制備技術(shù)會有一個根本轉(zhuǎn)變，歐洲的消費者將逐步接受“綠色輪胎”;另外，還應(yīng)該看到以下因素1：(1)在現(xiàn)有的溶液聚合裝置上花較少的費用就能有效地擴大 sr 的能力。 (2)溶聚工藝優(yōu)于乳液聚合

15、和氣相聚合工藝，ssbr 和 br 更能接受長期挑戰(zhàn)。 (3)目前越來越趨向于采用優(yōu)等填料，ssbr 可在此方面降低輪胎的滾動阻力做出貢獻。 (4) esbr 的生產(chǎn)效益長期低下。但是，拜耳同時也指出 esbr1500,1712 對不同用戶需求的適應(yīng)性很強2。ssbr是一種相對 esbr 的高性能合成橡膠，它不能等同于 esbr，也不能完全取代esbr，二者比例的調(diào)整有一個漸進的發(fā)展過程。開發(fā) ssbr 要在確保其綜合質(zhì)量優(yōu)良的基礎(chǔ)上，將目標集中在節(jié)能型品種。雖然丁苯橡膠市場已經(jīng)成熟，但乳液丁苯mch2=ch-ch=ch2+ nch=ch2-chch2-n-ch2-ch=ch-ch2-m-橡膠

16、與溶液丁苯橡膠之間的競爭正在增加。溶液丁苯橡膠在加工上存在的問題已通過生產(chǎn)特制聚合物(tailoring)而得到克服。目前存在的主要問題是價格較高，各生產(chǎn)者所生產(chǎn)的產(chǎn)品之間沒有很好的互換性。對于高性能輪胎，沒有任何其它橡膠能夠代替溶液丁苯橡膠，當然乳液丁苯橡膠也是不能滿足要求的。因此盡管溶液丁苯橡膠成本比乳液丁苯橡膠約高出 17%，但輪胎生產(chǎn)者使用溶液丁苯橡膠的趨勢已開始越來越明顯，但是由于我國的現(xiàn)狀的限制，所以我國大多數(shù)還是選用乳液丁苯橡膠。目前國內(nèi) 4 套乳聚丁苯橡膠裝置主要技術(shù)來源于日本 jsr、zeon 和臺灣合成橡膠公司。工藝技術(shù)路線基本一致，都是低溫乳液聚合技術(shù)，只是在工藝流程和聚

17、合配方上有差別，技術(shù)本質(zhì)上無差別。對于聚合生產(chǎn)工藝而言，jsr 從工藝流程上要好于 zeon，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)于 zeon，緩沖能力較強；不足之處是 jsr 聚合轉(zhuǎn)化率為 62%，而 zeon 為 70%15。吉林石化公司丁苯橡膠裝置 a、b 兩條生產(chǎn)線原設(shè)計雙線各八臺釜，五臺置換塔，聚合釜容積為 30/臺，聚合物料從一釜進入，依次通過串聯(lián)的八臺釜，在3m5的溫度下，反應(yīng) 8-10 小時，聚合轉(zhuǎn)化率為 60%，生產(chǎn)能力每條線為 115t/d；經(jīng)過幾次技術(shù)改造，雙線各拆除兩臺置換塔，增加一臺聚合釜，變?yōu)榫鸥磻?yīng)，聚合轉(zhuǎn)化率由 60%提至 62%，裝置生產(chǎn)能力由 115t/d 提高到 145t/d3

18、。蘭州石化公司橡膠廠丁苯橡膠以氯化鉀為電解質(zhì)（ph 緩沖溶液） 、過氧化氫二異丙苯為氧化劑、以叔十二碳硫醇為調(diào)節(jié)劑，借液氨冷卻，在 5-8下，丁二烯和苯乙烯在聚合釜中進行聚合反應(yīng)，待末釜單體轉(zhuǎn)化率達 64-68%時，用終止劑終止聚合反應(yīng)，單體回收采用水環(huán)式壓縮機，用擠壓脫水機、膨脹干燥機進行脫水干燥3。 齊魯石油化工公司橡膠廠采用 zeon 技術(shù)，用低活性引發(fā)劑通過延長反應(yīng)時間、調(diào)節(jié)劑乳化劑補加實現(xiàn)高轉(zhuǎn)化率，通過改變氨蒸發(fā)壓力對聚合溫度進行控制，經(jīng)過 14-16 小時的聚合反應(yīng)，聚合達 70%。單體回收采用三臺小脫水機脫水，采用帶式干燥機熱風干燥（兩條線為隨工藝包引進，第三線為哈爾濱博實公司參

19、照其干燥箱仿制） 。其工藝路線的缺點一是反應(yīng)時間較長；二是反應(yīng)溫度控制精度低，溫度波動大；三是緩沖能力弱15。 南通申華化學工藝路線與吉化公司基本相當，其技術(shù)來源于臺灣合成橡膠公司，聚合系統(tǒng)聚合溫度控制在 8左右，轉(zhuǎn)化率為 63%-66%，單體丁二烯回收用水環(huán)真空泵，苯乙烯回收采用兩臺減壓蒸餾塔串聯(lián)操作，脫水機為兩臺并聯(lián)操作，每條生產(chǎn)線兩臺小干燥箱（美國 wp 公司生產(chǎn)）并聯(lián)進行干燥。雖然丁苯橡膠市場已經(jīng)成熟，但乳液丁苯橡膠與溶液丁苯橡膠之間的競爭正在增加。溶液丁苯橡膠在加工上存在的問題已通過生產(chǎn)控制聚合物(tailoring)而得到克服。目前存在的主要問題是價格較高，各生產(chǎn)者所生產(chǎn)的產(chǎn)品之間

20、沒有很好的互換性。對于高性能輪胎，沒有任何其它橡膠能夠代替溶液丁苯橡膠，當然乳液丁苯橡膠也是不能滿足要求的。因此盡管溶液丁苯橡膠成本比乳液丁苯橡膠約高出 17%，但輪胎生產(chǎn)者使用溶液丁苯橡膠的趨勢已開始越來越明顯，但是由于我國的現(xiàn)狀的限制，所以我國大多數(shù)還是選用乳液丁苯橡膠4。一般乳液丁苯橡膠中含有 23.5%的苯乙烯，其分子量隨聚合情況而異，在10150 萬之間。聚合物的分子微結(jié)構(gòu)，也隨聚合條件的變化有很大不同。高溫共聚丁苯橡膠與低溫丁苯橡膠比較，高溫共聚橡膠反式結(jié)構(gòu)含量較低，聚合度也較低，凝膠含量較大；低溫共聚丁苯橡膠反式結(jié)構(gòu)含量較高，分子量分布較窄，凝膠含量幾乎沒有，因此，物理性質(zhì)比高溫

21、丁苯橡膠好。2.3 低溫乳液聚合生產(chǎn)丁苯橡膠工藝過程廢水成品填充油防老劑廢水廢氣廢naoh水圖 141 丁苯橡膠工藝簡圖2.3.1 單體及化學品溶液接受2.3.1.1丁二烯（bd） 丁二烯（以下簡稱 bd）來自單體貯存與配制崗位經(jīng) fr301 記錄瞬時流量后，進入 bd 換熱器（e-301） 。在 e-301 與 whs(wcs)換熱后，流入混合器（a-301） 。在 a-301 入口，bd 與來自循環(huán)堿液加熱器（e-302）的堿液混合，bd 和堿液在 a-301 中充分混合后，流入堿潷析器（v-302-1） ，阻聚劑（tbc）在此被堿液脫除。堿洗溫度，控制 v-302-1 的入口為 302，

22、由 trc301 控制調(diào)節(jié) e-301 whr(wcs)的流量。bd和堿液在 v-302-1 中分層分離，bd 中的 tbc 轉(zhuǎn)入 v-302-1 下部的堿液中。v-302-1中上部的 bd 進入 v-302-2 中，進一步分離掉堿液，再由上部流入 bd 進料換熱器（e-303） ，換熱以后，流入 bd 緩沖罐（v-303） 。e-303 的出口溫度由 trc304 控制，調(diào)節(jié) whr(wcs)流量，使溫度穩(wěn)定在 302。v-303 的液位，由 lica302 控制和調(diào)節(jié)。v-302-1 中的堿液以循環(huán)堿液輸送泵（p-302）連續(xù)經(jīng) e-302 循環(huán)。循環(huán)堿液的瞬時流量，由 p-302 出口管

23、線上的 fr-302 記錄，改變堿液的循環(huán)量就改變了 tbc 的脫除效果，e-302 堿液的出口溫度由 tic-303 控制，調(diào)節(jié) whr(wcs)的流量，使溫度穩(wěn)定在 302，由于堿液在循環(huán)中與 tbc 反應(yīng)而消耗，因此要定期更換，廢堿液裝桶或放入地溝（排放使以 600#送入的母液中和） 。新鮮堿在氫氧化鈉配制槽 v-301中配制，配制合格后的堿液，有 p-301 送入 v-302-1 中5。2.3.1.2 苯乙烯（st） 苯乙烯（以下簡稱 st）來自單體貯存與配制單元。經(jīng)管線進入 st 換熱器（e-306）后，進入 st 緩沖罐（v-304） 。v-304 的液位，由 lica303 控制

24、和調(diào)節(jié)。e-306 st 的出口溫度，由 trc323 檢測，調(diào)節(jié) whr(wcs)流量，使其穩(wěn)定在 242。2.3.1.3 乳化劑（em） 來自化學品配制單元的乳化劑（以下簡稱 em）溶液在線混合系統(tǒng)，由于皂型不同，分別經(jīng)不同的管線進入 em 緩沖槽（v-306a , v-306b） 。溫度由 tic-307 控制，調(diào)節(jié)加熱蒸汽流量，使其穩(wěn)定在 182。v-306 的進料運作，由 lrs-304 的連鎖接點 ls-323 控制，調(diào)節(jié) v-306 的液位。2.3.1.4 活化劑（act） 來自化學品配制崗位的活化劑（以下簡稱 act） ，進入 act 緩沖槽（v-307）中。v-307 的進料

25、運作，由 lrs-305 的連鎖接點 ls-215 控制。v-307 的溫度為常溫。2.3.1.5 調(diào)節(jié)劑（mod） 來自調(diào)化劑（以下簡稱 mod）配制罐的 mod，由 mod 輸送泵（p-109）送入 mod緩沖罐（v-305）中。v-305 的進料運作，由 lis-307 的連鎖接點 ls-324 控制 p-109泵和 v-305 進口調(diào)節(jié)閥的開閉。v-305 的溫度有 tic-327 控制，調(diào)節(jié) whr 的流量，使其穩(wěn)定在 152。2.3.1.6 氧化劑（oxi） 來自氧化劑（以下簡稱 oxi）配制罐的 oxi，由 oxi 輸送泵（p-108）送入 oxi緩沖罐（v-309）中。v-30

26、9 的進料運作，由 lis-308 的連鎖接點 ls-325 控制 p-108泵的開停和 v-309 進口調(diào)節(jié)閥的開閉。v-309 的溫度由 tic-328 控制，調(diào)節(jié) whr 的流量，使其穩(wěn)定在 152。2.3.1.7 終止劑溶液（s.s） 來自化學品配制單元的終止劑（以下簡稱 s.s）溶液，由 s.s 輸送泵（p-210）經(jīng)管線進入 s.s 緩沖罐（v-308）中。v-308 的進料運作由 l rs-306 的連鎖接點 ls-218 控制 p-210 泵和 v-308 入口調(diào)節(jié)閥的開閉。v-308 的溫度為常溫。2.3.2 聚合聚合進料是多股物料流在線混合方式。其控制為多組分混合流量控制系

27、統(tǒng)主站追蹤系統(tǒng)。其流量檢測器為橢圓流量計（氧化劑、調(diào)節(jié)劑 bdst 為質(zhì)量流量計） 。由主站、成分比率設(shè)定器、流量檢測單元、顯示報警單元，與調(diào)節(jié)閥或無級調(diào)速電機組成其流量控制回路。為確保控制精度，輔設(shè)了手動校正系統(tǒng)。聚合進料中的丁二烯（bd） 、苯乙烯（st） 、乳化劑（em） 、活化劑（act） 、調(diào)節(jié)劑（mod） 、氧化劑（oxi） ，分別由聚合進料 bd 進料泵（p-303） 、st 進料泵（p-304） 、em 進料泵（p-306） 、act 進料泵（p-307） 、mod 進料泵（p-305） 、oxi 進料泵（p-309）輸送，首先 st 與 mod 混合后再與 bd 混合，然后，

28、bd、 st、 mod 混合料液與em 相混合，混合后的料液在進入冷膠進料冷卻器（e-304）之前與 act 混合，進入e-304 與液氨換熱，出口溫度控制為 1317，然后，此混合料液流入冷膠進料冷卻器（e-305）進一步與液氨換熱，出口溫度控制為 812。最后，混合料液流入聚合釜。e-304、e-305 的溫度以 trc310、trc311 為主控回路，同 v-317、v-318 氨蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng) pic-304 或 pic-305 構(gòu)成串級，調(diào)節(jié)液氨蒸發(fā)壓力，實現(xiàn)對 e-304、e-305 出口料液溫度的穩(wěn)定控制。物料混合后進入緩沖罐(v-312)由 p-308a 和p-308b 分別

29、加入良田聚合線，由 p-309 泵把 oxi 直接送到聚合首釜。所有的物料進入第一聚合釜后，聚合反應(yīng)就開始了。為獲得高質(zhì)量的均勻產(chǎn)品，在攪拌條件下，由液氨在聚合釜氨冷管內(nèi)蒸發(fā)，把聚合反應(yīng)熱帶走。因此，每個聚合釜溫度根據(jù)生產(chǎn)的品種不同，控制在規(guī)定值是十分重要的。sbr 品種不同，所需聚合釜溫度亦不同，其控制方法一樣，都是以 trc312-319 控制聚合釜內(nèi)溫度，調(diào)節(jié)氨冷管中的液氨液位。聚合釜系統(tǒng)的氨蒸發(fā)設(shè)計規(guī)定為 240-260kpa(-7-3)6。聚合反應(yīng)的時間，設(shè)計取 8.51.5 小時。當轉(zhuǎn)化率和門尼黏度等主要控制指標達到規(guī)定值時，由終止劑泵（p-310）送來的 s.s 溶液，從選定的

30、s.s 加料點加入到膠乳中，從而終止聚合反應(yīng)。s.s 加料點可能是末釜出口，也可能是置換塔（c-301303）的某一個出口。最終膠乳由系統(tǒng)壓力送入單體回收崗位（400#）或膠乳緩沖罐（v-303）中。聚合系統(tǒng)設(shè)有兩個壓力控制點。prs303 檢測進料集管的壓力，設(shè)在 e-304 進口，500 kpa 自動報警，600 kpa 時，系統(tǒng)自動停車。prca308 檢測置換塔（c-305）出口的系統(tǒng)備壓，設(shè)定值為 200 kpa，450 kpa 發(fā)出報警。膠乳緩沖罐（v-330）的壓力由 prc-309 控制，其設(shè)定值為 100 kpa，超出 100 kpa 后，排入 400#。v-330 中的膠乳

31、，由膠乳輸送泵 p-310 連續(xù)送入 400#單體回收崗位。v-330 由 lia321、lia322 指示其液位變化。聚合所用 s.s，在停車或緊急狀態(tài)情況下，由停車 s.s 輸送泵、事故s.s 輸送泵送入終止點，后者都是以氨氣（gn）為動力源是移動式氣動泵7。第 2 篇 設(shè)計計算說明書第 1 章 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1、年產(chǎn)量： 6 萬噸2、年工作日： 7800 小時3、烴含量: 92%4、轉(zhuǎn)化率: 60%5、單體回收單元損率: 0.2%6、后處理單元損率: 0.6%7、聚合配方（質(zhì)量百分含量，凈含量/100 份單體）表 1-1 主要原料指標8 原 料 指 標 丁二烯純度 99.3% 苯乙烯純度 99

32、.6% 丁二烯/苯乙烯 72/28 混合苯乙烯純度 94% 混合丁二烯純度 93% 純堿流量/bd 流量 1/1表 1-2 產(chǎn)品指標 產(chǎn) 品 指 標氣提膠乳中結(jié)合苯乙烯含量（wt%） 22.525.4% 殘留苯乙烯（wt%） 0.1% 最終膠乳（wt%） 20.523.5% 單體回收單元丁二烯損率：（wt%） 2.0% 單體回收單元苯乙烯損率（wt%） 0.06% 門尼粘度 4658 伸長率 480%表 1-3 聚合配方名 稱組 分sbr1500單體bd72st28乳化劑wt176.072松香酸鉀皂液4.62電解質(zhì)wt2.058磷酸0.231氫氧化鉀0.396乙二胺四乙酸四鈉鹽0.03間次甲基

33、二萘磺酸鈉0.13保險粉溶液wt0.54連二亞硫酸鈉0.04活化劑溶液wt11.253乙二胺四乙酸四鈉鹽0.025硫酸亞鐵0.01甲醛次硫酸鈉0.04調(diào)節(jié)劑溶液叔十二碳硫醇0.158氧化劑溶液過氧化氫對錳烷0.86終止劑溶液wt4.966二甲基二硫代氨基甲酸鈉0.11亞硝酸鈉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圖：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）（12）（13）（14）（15）（16）300#聚合單元1丁二烯； 2苯乙烯； 3調(diào)節(jié)劑； 4活化劑； 5氧化劑； 6終止劑； 7鉀皂； 8堿； 9聚

34、合物； 10軟水； 11未反應(yīng)丁二烯； 12未反應(yīng)苯乙烯；13蒸氣； 14消泡劑； 15固體； 16堿；2.1 進料計算（1）混合丁二烯和苯乙烯進料：設(shè)年產(chǎn)量為 6 萬噸 每小時產(chǎn)量： m=6100001000kg7800=7692.31kg/h每小時消耗的烴含量：7692.31kg/h0.92=7076.93kg/h丁二烯和苯乙烯的總量： mst+bd=7692.31/60%/（10.2%）/（10.6%）=11889.85kg/h丁二烯和苯乙烯的配料比值： bd：st=72：28純丁二烯的進料量： m2=mst+bd0.72=11889.85kg/h0.72=8560.69kg/h純苯乙烯

35、的進料量： m3= mst+bd0.28=11889.85kg/h0.28=3329.16kg/h每小時丁二烯的混合進料量： m5= m2/0.93=8560.69kg/h/0.93=9205.04kg/h每小時苯乙烯的混合進料量： m4=m3/0.94=3329.16kg/h/0.94=3541.66kg/h單體 bd 的總損失量：8560.69（0.002+0.006+0.02）=239.70 kg/h單體 st 的總損失量：3329.16（0.002+0.006+0.001+0.0006）=31.96kg/h（2）輔助物料計算：單體： bd：8560.69kg/h st: 3329.16

36、kg/h單體總量： bd+st=11889.85kg/h乳化劑： 松香酸鉀皂 11889.85kg/h4.62%=549.31kg/h wt 11889.85kg/h176.072%=20934.70kg/h電解質(zhì)： wt 11889.85kg/h2.058%=244.69kg/h 磷酸 11889.85kg/h0.231%=27.47kg/h 氫氧化鉀 11889.85kg/h0.396%=47.08kg/h 乙二胺四乙酸四鈉鹽 11889.85kg/h0.03%=3.57kg/h 間次甲基二萘磺酸鈉 11889.85kg/h0.13%=15.45kg/h保險粉溶液：wt 11889.85k

37、g/h0.54%=64.20kg/h 連二亞硫酸鈉 11889.85kg/h0.04%=4.76kg/h活化劑溶液：wt 11889.85kg/h11.253%=1337.96kg/h 乙二胺四乙酸四鈉鹽 11889.85kg/h0.025%=2.97kg/h 硫酸亞鐵 11889.85kg/h0.01%=1.19kg/h 甲醛次硫酸鈉 11889.85kg/h0.04%=4.76kg/h調(diào)節(jié)劑溶液：叔十二碳硫醇 11889.85kg/h0.158%=18.79kg/h氧化劑溶液：過氧化氫對錳烷 11889.85kg/h0.86%=102.25kg/h終止劑溶液：wt 11889.85kg/h

38、4.966%=590.45kg/h 二甲基二硫代氨基甲酸鈉 11889.85kg/h0.11%=13.08kg/h 亞硝酸鈉 11889.85kg/h0.036%=4.28kg/h sds 11889.85kg/h0.15%=17.83kg/h稀磷酸： wt 11889.85kg/h0.035%=4.16kg/h phs 11889.85kg/h0.023%=2.73kg/h2.2 出料計算（1 1） 未反應(yīng)的丁二烯出料未反應(yīng)的丁二烯出料根據(jù)結(jié)合苯乙烯的量(22.5-23.5%）確定反應(yīng)掉的苯乙烯的量(即乳膠中丁二烯/苯乙烯=76.5/23.5) 反應(yīng)的 mbd=8560.69kg/h0.6=

39、5136.41kg/hmbd/mst=77/23=3.35反應(yīng)的 mst=23/775136.41kg/h=1534.25kg/h未反應(yīng)的 mbd=8560.69kg/h-5136.41kg/h=3424.28kg/h（2 2）尾氣中丁二烯的含量）尾氣中丁二烯的含量 8560.69kg/h0.02=171.21 kg/h（3 3）氣體乳膠中殘留苯乙烯）氣體乳膠中殘留苯乙烯3329.16 kg/h0.001=3.33 kg/h（4 4）潷吸器中的殘留苯乙烯）潷吸器中的殘留苯乙烯 3329.16kg/h0.0006=2.00 kg/h（5 5）膠乳總量）膠乳總量反應(yīng)的 mbd+反應(yīng)的 mst=66

40、70.66kg/h表 2-1 物料衡算表組成進料量 kg/h出料量 kg/h混合丁二烯 bd9205.04混合苯乙烯 st3541.66未反應(yīng)丁二烯 3424.28乳化劑 em21484.01活化劑 act1346.88調(diào)節(jié)劑 mod18.79氧化劑 oxi102.25總量35698.633424.28第 3 章 聚合工段熱量衡算已知基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：表 3-1 物料的平均密度第一反應(yīng)器入口869kg/m3at 9.7第二反應(yīng)器入口928kg/m3at 5.5平均密度平均899kg/m3-共兩條生產(chǎn)線，則每條的總物質(zhì)的量為：m= m總2=17940.76kg /hr平均流量=m/899=17940.7

41、6kg/hr/899=19.91m3/h則取反應(yīng)釜體積 v=20m3滯留時間 t=20/19.91=1.004hr反應(yīng)時間 710 小時rt=7 小時 7/1.004=6.97(6 釜) rt=8 小時 8/1.004=7.69(7 釜）rt=9 小時 9/1.004= 8.96（8 釜）rt=10 小時 10/1.004=9.96 (8 釜 2 塔） 為達到要求轉(zhuǎn)化率，使聚合反應(yīng)充分發(fā)生，取反應(yīng)時間 rt=10 小時，聚合釜為8 釜 2 塔串聯(lián)。3.1 聚合熱bd:18.7kcal/mol st:16.68kcal/mol一小時釜中的聚合熱：q=（mbd5136.41 /54100018.7

42、+ mst1534.25/104100016.68）/2 kcal/h = 1012394.92 kcal/h反應(yīng) 10 小時，每釜的聚合熱：q=q/9.96=1012394.92kcal/h/9.96=101646.08kcal/h3.2 冷卻顯熱第一反應(yīng)釜的溫度從 10降至 7的冷卻顯熱如表 3-2 所示：表 3-2 首釜冷卻顯熱flow(kg/h)t()cp(kcal/kg)(7)q=fcpt(kcal/h)bd9205.0430.54815133.09st3541.6630.3964207.49em21484.0130.97762969.63mod18.7930.211.27act13

43、46.8830.9954020.44oxi102.2530.261.35total38398.63-86403.27第二反應(yīng)釜溫度從 7降至 5的冷卻顯熱如表 3-3 所示：表 3-3 第二反應(yīng)釜冷卻顯熱flow(kg/h)t()cp(kcal/kg)(5)q=fcpt(kcal/h)bd9205.0420.54810088.72st3541.6620.3962804.99em21484.0120.97741979.76mod18.7920.27.52act1346.8820.9952680.29oxi102.2520.240.9total38398.63-57602.183.3 攪拌熱攪拌熱

44、為聚合熱的 5%計算反應(yīng) 10 小時每釜的攪拌熱為:q1=q5%=5082.30 kcal/h 3.4 大氣吸熱(略) 3.5 所需氨的量反應(yīng)時間為 10h 時第一釜的熱量平衡表10 釜聚合熱kcal/hr冷卻顯熱k kal/hr攪拌熱kcal/hr大氣吸熱kal/hr總計k kal/hr第一釜101646.0886403.275082.30忽略193131.65第二釜101646.0857602.185082.30忽略164330.56第 3-10 釜101646.0857602.185082.30忽略164330.56總qhrmm：氨的質(zhì)量；hr：氨的汽化潛熱，7時為 295.7kcal/

45、kg,5.5時為297.05kcal/kg。則反應(yīng) 10 小時時，冷卻第一釜所需氨的量：193131.65653.13/295.7mkg hr冷卻第二釜所需氨的量：164330.56553.21/297.05mkg hr冷卻三至末釜所需氨量：164330.56553.21/297.05mkg hr第 4 章 反應(yīng)器和攪拌槳的選擇4.1 反應(yīng)釜的選型按聚合反應(yīng)的特性及過程控制的重點在于除去聚合熱的場合，可選用攪拌釜式反應(yīng)器（參見聚合反應(yīng)工程基礎(chǔ) ） 。攪拌釜是乳液聚合最常用的反應(yīng)器，也是應(yīng)用最廣的聚合反應(yīng)器，釜式聚合反應(yīng)器是一種形式多變的聚合裝置，它廣泛應(yīng)用于低粘度的懸浮聚合過程，乳液聚合過程，

46、也能用于高粘度的本體聚合和溶液聚合過程。從操作方式來看它能進行間歇、半連續(xù)、單釜和多釜連續(xù)操作，以滿足不同聚合過程的要求。為了保證釜中物料的流動、混合與傳熱，液滴的分散或固體物料的均勻懸浮，釜中設(shè)有攪拌裝置9。釜式反應(yīng)器的除熱主要采用夾套和各種內(nèi)冷件，以立式最為常見。綜上所述，初選反應(yīng)器為攪拌釜式反應(yīng)器。由設(shè)計壓力為 31055105帕，熱量衡算初選的反應(yīng)器為 2800h 3500，可選封頭型式為：橢圓形底、蓋，可拆蓋，高度 h=2200mm，公稱容積為 35m3，筒體內(nèi)徑為 2400mm，壁厚為 18mm，a3材質(zhì)，重量為 3680kg，下軸泵為 ligumvijue（參見化工容器及設(shè)備簡明

47、設(shè)計手冊 ） 。 反應(yīng)釜和攪拌槳示意圖 41： 反應(yīng)釜和攪拌槳示意圖反應(yīng)釜的型號見下表:表 4-2 反應(yīng)釜的型號封頭型式公稱容積計算容積筒體直徑筒體高度高度壁厚材質(zhì)下軸泵型號橢圓底、蓋22m320m32800mm3500mm3740mm18 mma3ligumvijue第 5 章 管道直徑與貯罐的計算5.1 管道與貯罐的計算5.1.1 管道直徑的計算一丁二烯苯乙烯進料管徑的計算查得工藝液體的流速范圍為 0.5-1m/s1.丁二烯管徑的計算取丁二烯的流速為 u=1m/s； qm=8560.69kg/h；=621.1kg/m3 d=44 8560.690.06983.14 621.1 1 3600

48、mqmu 取標準的管道直徑為 703 所以實際的流速為 u=0.995m/s.24dqm2.苯乙烯管徑的計算苯乙烯的流速 u=1.0m/sqm=3541.66kg/h；=914.0kg/m3d=40.037mqmu取標準的管道直徑為423 所以實際的流速為 u=0.78m/s.24dqm5.1.2 貯罐的計算貯罐體積的計算：貯罐是用來儲存一定量的進料，以保證一定時間內(nèi)工藝程序按時按量的進行，每 8 小時一倒班加一次料。貯罐（丁二烯）：每小時丁二烯的進料為 8560.69kg，v=10 8560.69621.1137.83m3貯罐（苯乙烯）：每小時苯乙烯的進料為 3329.16kg，v=10 3

49、329.16914.036.42m3其他貯罐均按以上方法計算，一些助化劑本身的損耗很小甚至不損失，就按照一小時的計算量來計算。第 6 章 換熱器的設(shè)計型計算6.1 換熱器計算基本條件 表 61 貯罐溫度和壓力設(shè)備名稱溫度（）壓力（kpa）混合 bd 貯罐54050400混合 st 貯罐常溫常壓氧化劑15常壓調(diào)節(jié)劑15常壓活化劑常溫常壓bd 緩沖槽30350st 緩沖槽24常壓終止劑常溫常壓乳化劑18常壓表 62 進出口溫度設(shè)備名稱入口溫度（）出口溫度（）e30154030e30254030e3031530e304常溫30e3051530e3061530苯乙烯的一些物理參數(shù)： 當 t=15時 當

50、 t=24時 丁二烯的一些物理參數(shù)： 700kpa 的條件下， 當 t=15時 當 t=30時oooo205 c-5 c31 c41 c液態(tài)氨溫度氣態(tài)氨溫度循環(huán)冷卻上水溫度循環(huán)冷卻下水溫度3154.8 /137.2/0.914/0.824pcjmolkmwm kg cmmpa s3171.4/135.9/0.900/0.774pcjmolkmwm kg cmmpa s376.43 /0.014/15.92/14.3pcjmolkwm kkg mupa s388.53 /0.012/16.88/15pcjmolkwm kkg mupa s bem4001.617.33/254i 型號換熱器主要參

51、數(shù)項目指標項目指標外殼直徑 d/mm400管子尺寸/mm252.5公稱壓強 p/mpa1.6管長 l /m3公稱面積/m 217.3管數(shù) nt76管程數(shù) np4管中心距 t /mm32管子排列方式正三角形6.2 計算殼程壓降及給熱系數(shù) 0假設(shè)直立管外徑 d=0.04m, 壁厚 2mm， 長 3.0m， 壁溫，求的 圓整至標準的公稱直徑02wtc 06tc 液氮02.74dm02800mdm曲面高度， 直邊高度， 內(nèi)表面積為 8.22， 容積為 3.12h =700mmi0h =40mm3mh=2.96m，圓整至標準的高度為 300mm 所以設(shè)計合理 第 7 章 泵的計算7.1 泵 p304 的

52、設(shè)計圖 71 泵示意圖01.15(1,1.3)hd0.80.400.023()()pcdud 7.1.1 條件依據(jù)以 p304 苯乙烯進料泵的計算為例，已知數(shù)據(jù)如下：管徑：d=0.05m 苯乙烯的平均密度：30.909g /cm 苯乙烯的粘度： 壓強： p1=5105pa p2=1105pa 0.774 mpa s7.1.2 管內(nèi)流體的流速（1）管內(nèi)流體的流速：2q 3329.16 909u 0.518m /s a 3.14 4 0.0503600 雷諾數(shù)： 即：管內(nèi)流動狀態(tài)為湍流e d u 30417.44r取， 由 re e 查化工原理上冊 p40， mm15. 00075. 0 d e

53、036. 0（2）直管阻力和局部阻力的計算：直管阻力的計算： kg/ j74. 1221udlhf局部阻力的計算：有 90的彎頭 19 個，則=11.2575. 019總的阻力： （3）理論壓頭的計算：由柏氏方程可得：7.1.3 泵的選型由輸送溫度為常溫、低粘度、無腐蝕性、無固體顆粒的液體，選擇揚程為 48，流量為 15 的旋渦泵，旋渦泵適合小流量高揚程的場合。查化工手冊p4-71 選3m泵的型號為：50y60a29507.5 型旋渦泵的主要性能參數(shù)型號流量(m3 /hr )揚程（m）轉(zhuǎn)數(shù)n(轉(zhuǎn)/分)效 率（%）hs(m)電 機功 率n（kw ）軸功率（kw ）泵重(kg )50y60a7.2542950282.97.52.8510422fujh =0.52kg212f=ffjh h +h =2.26kg2122f p p u h z =45.3g 2g g 0.6033.5417.03%evaeapgzqkwpkwpp參考文獻1 夏斌.丁苯橡膠生產(chǎn)技術(shù)及市場分析（上、下）j.上?；ぃ?010.5, 35 (7): 32