年產(chǎn)11000t順丁橡膠聚合車間工藝設(shè)計

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第九章設(shè)計實(shí)例--年產(chǎn)11000t順丁橡膠聚合車間工藝設(shè)計設(shè)計實(shí)例一《年產(chǎn)11000t順丁橡膠聚合車間工藝設(shè)計》設(shè)計講明書一、概述（一）設(shè)計原則⒈設(shè)計依據(jù)依據(jù)有關(guān)部門下達(dá)的設(shè)計任務(wù)書或可行性研究報告的批文，環(huán)境阻礙報告書的批文，資源評價報告的批文，技術(shù)引進(jìn)報告的批文，技術(shù)引進(jìn)合同，設(shè)計合同，其它文件等。關(guān)于畢業(yè)設(shè)計而言，學(xué)生的設(shè)計依據(jù)確實(shí)是專業(yè)教師下達(dá)的設(shè)計任務(wù)書。⒉車間概況該車間設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)11000t順丁橡膠。要緊原料：單體——丁二烯；溶劑——溶劑油；引發(fā)劑——環(huán)烷酸鎳、三異丁基鋁、三氟化硼乙醚絡(luò)合物；終止劑——乙醇；防老劑——2.6-二叔丁基對甲苯酚（簡稱2.6.4）。其生產(chǎn)原理采納溶液聚合的方法，使丁二烯、溶劑、引發(fā)劑等在連續(xù)釜式反應(yīng)器中進(jìn)行配位聚合，制得粘稠膠液，再通過水蒸汽凝聚、洗膠、干燥、壓塊等過程獲得最終產(chǎn)品——順丁橡膠。⒊工藝路線的確定⑴聚合方法的確定依照產(chǎn)物結(jié)構(gòu)要求從自由基聚合、陰離子聚合、陽離子聚合、配位聚合等反應(yīng)機(jī)理中選擇出配位聚合，同時考慮配位聚合所用原料、引發(fā)劑、傳熱、物料輸送、產(chǎn)物溶解、回收、操作方式等方面綜合考慮選擇溶液聚合實(shí)施方法。該工藝路線包括了如反應(yīng)活性中心的形成過程；專門引發(fā)劑組分的安全防護(hù)；由于溶劑的存在必定要考慮的回收、循環(huán)利用；反應(yīng)的終止方式；產(chǎn)品防老化處理等特點(diǎn)。操作方式為連續(xù)操作。⑵單體原料路線的確定通過比較乙炔法、乙醇法、丁烷一步脫氫法、丁烯氧化脫氫法、丁烯催化脫氫法、石油高溫裂解回收法等生產(chǎn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r，因地制宜地選擇合適的丁烯氧化脫氫制丁二烯原料路線。⑶溶劑的選擇各種溶劑對反應(yīng)原料、產(chǎn)物及反應(yīng)所用各種引發(fā)劑的溶解能力不同。從溶解度參數(shù)、體系粘度、工程上傳熱與攪拌、生產(chǎn)能力提高、回收難易、毒性大小、來源、輸送等幾方面對苯、甲苯、甲苯-庚烷、溶劑油等，進(jìn)行綜合比較，確定選擇溶劑油。⑷引發(fā)劑的選擇從適合順丁橡膠生產(chǎn)的引發(fā)劑共性入手，如定向能力高、穩(wěn)定性好、易貯存、高效、用量少、易分離及殘存對產(chǎn)物性能無阻礙等，對常用的四大類型引發(fā)劑Li系、Ti系、Co系、Ni系進(jìn)行比較，選擇Ni系引發(fā)劑，其組份主引發(fā)劑為環(huán)烷酸鎳，助引發(fā)劑為以異丁基鋁，第三組分為三氟化硼·乙醚絡(luò)合物。⑸引發(fā)劑活性中心的形成方式—陳化方式陳化是指為了提高引發(fā)劑活性，充分發(fā)揮各組分的作用，在聚合前事先把引發(fā)劑各組分安一定配比，在一定的條件下進(jìn)行的預(yù)混合反應(yīng)。國內(nèi)對上述引發(fā)體系曾采納過三種陳化方式，即三元陳化、雙二元陳化、稀硼單加。通過比較確定最佳方式為稀硼單加。⒋聚合反應(yīng)機(jī)理及阻礙反應(yīng)的因素⑴聚合反應(yīng)機(jī)理丁二烯聚合反應(yīng)的機(jī)理屬于連鎖聚合反應(yīng)，遵循配位陰離子的鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止及鏈轉(zhuǎn)移等基元反應(yīng)機(jī)理。其總反應(yīng)式為：nCH2＝CH—CH＝CH2[CH2—CH＝CH—CH2]n⑵阻礙反應(yīng)的因素阻礙聚合反應(yīng)的因素要緊有引發(fā)劑的陳化方式，引發(fā)劑配制濃度，引發(fā)劑用量、配比，通過幾方面進(jìn)行分析，最后得出比較合適配方為：鎳/丁鋁/丁硼/丁鋁/硼0.25、醇/鋁=6鋁/鎳=3～8④單體濃度提高單體濃度聚合反應(yīng)速度增加，有利于提高產(chǎn)量。從傳熱、攪拌、物料輸送等方面綜合考慮單體濃度(丁濃)操縱范圍為10～15％。⑤溫度聚合溫度升高，會使反應(yīng)速度加快，產(chǎn)物分子量下降，但過高的溫度會造成大分子產(chǎn)生支化，阻礙膠的質(zhì)量。因此，要嚴(yán)格操縱。一般首釜不大于95℃，末釜不大于110℃。⑥雜質(zhì)體系中的雜質(zhì)要緊有乙腈、水分、炔烴和空氣中的氧等，這些雜質(zhì)要緊對引發(fā)劑的活性、誘導(dǎo)期的長短、體系的穩(wěn)定性、聚合速度產(chǎn)生阻礙，因此，要嚴(yán)格操縱在一定指標(biāo)以下。設(shè)計原則中還要考慮要緊設(shè)備的選型。（二）車間組成該車間要緊由聚合工段和后處理工段組成。聚合工段要緊由罐區(qū)、計量、聚合、配制、粘度等崗位組成。后處理要緊由混膠、凝聚、干燥、壓塊、薄膜、紙袋等崗位組成。設(shè)計范圍包括：聚合工段至后處理工段的物料衡算、聚合過程的熱量衡算、聚合工段各種設(shè)備的選型，物料流程圖、帶操縱點(diǎn)工藝流程圖、聚合釜裝配圖、平面布置圖等。車間設(shè)備采納露天與廠房內(nèi)布置相結(jié)合的原則。其中罐區(qū)、凝聚采納露天布置，其它全部采納廠房內(nèi)布置。（三）生產(chǎn)制度考慮裝置的大修，采納年開工時刻為8000h。全裝置要緊采納連續(xù)操作方式，局部采納間歇操作方式。全裝置采納五班三倒制，每班八小時工作制。二、原料、產(chǎn)品的物理化學(xué)性質(zhì)及技術(shù)指標(biāo)（一）原料的物理化學(xué)性質(zhì)及技術(shù)指標(biāo)生產(chǎn)順丁橡膠的要緊原料：單體：丁二烯；溶劑：溶劑油；引發(fā)劑：環(huán)烷酸鎳、三異丁基鋁、三氟化硼·乙醚絡(luò)合物；終止劑：乙醇；防老劑：2.6-二叔丁基-4-甲基苯酚(簡稱2.6.4)。其化學(xué)名稱、分子式、結(jié)構(gòu)式、物理化學(xué)性質(zhì)、來源(原料路線確定)、用途等能夠查閱《有機(jī)化工原料手冊》《有機(jī)化工原料中間體便覽》《有機(jī)化學(xué)》及有關(guān)資料等獲得。設(shè)計時采納的各種原料質(zhì)量指標(biāo)如下：⒈丁二烯純度：99％；丁烯：1％；水值：；醛酮總量：；二聚物：；乙腈：檢不出。⒉溶劑油(C6油)組分：2.1%、57.8%、40.1%；餾程：60～90℃；碘值：；水值：。⒊環(huán)烷酸鎳鎳含量：7～8％；水份：0.1％；不皂化物：無⒋三異丁基鋁外觀淺黃透明；無懸浮物；活性鋁含量：50％。⒌三氟化硼乙醚絡(luò)合物BF3含量：46％；沸點(diǎn)：124.5～126℃。⒍終止劑純度：95％；含水：5％；恒沸點(diǎn)：78.2℃；密度：810。⒎防老劑熔點(diǎn)：69～71℃；游離甲酚：0.04％；灰分：0.03％；油溶性：合格。（二）生成物順丁橡膠的物理化學(xué)性質(zhì)及技術(shù)指標(biāo)順丁橡膠的物理化學(xué)性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)的直接關(guān)系。這種結(jié)構(gòu)又分為分子內(nèi)結(jié)構(gòu)和分子間結(jié)構(gòu)(聚攏態(tài)結(jié)構(gòu))。⒈順丁橡膠的結(jié)構(gòu)HHCCCH2CH2CH2CH2CCHH順式1.4結(jié)構(gòu)0.86nm還有反式1.4結(jié)構(gòu)和1.2位加成產(chǎn)物。利用環(huán)烷酸鎳－三異丁基鋁－三氟化硼乙醚絡(luò)合物引發(fā)體系使丁二烯聚合后的產(chǎn)物中含96％～98％的順式1.4結(jié)構(gòu)，含1％～2％反式1.4結(jié)構(gòu)和1％～2％的1.2結(jié)構(gòu)加成物。這種以順式1.4結(jié)構(gòu)為主的聚合物具有分子鏈長，自然狀態(tài)下為無規(guī)線團(tuán)狀；分子內(nèi)存在獨(dú)立雙鍵使大分子鏈的柔性大，同時易于硫化處理的特點(diǎn)。由于順式1.4結(jié)構(gòu)含量大，使得大分子的規(guī)整性好，同時又由于分子鏈無取代基，造成對稱性好，但因其重復(fù)結(jié)構(gòu)單元之間距離大，而使順式1.4結(jié)構(gòu)聚丁二烯比反式1.4結(jié)構(gòu)聚丁二烯更難于結(jié)晶。即便能結(jié)晶，其熔點(diǎn)也低(順式1.4含量為98.5％的產(chǎn)物，熔點(diǎn)為0℃)，因此，在常溫下無結(jié)晶態(tài)，只以無定形形態(tài)存在。相反，反式結(jié)構(gòu)產(chǎn)物易結(jié)晶。故此，前者是高彈性體，后者無彈性。⒉順丁橡膠的性能通過與天然橡膠相比，順丁橡膠具有彈性高、耐低溫性好、耐磨性佳、滯后損失和生熱性小、耐撓曲性及動態(tài)性能好以及耐老化、而永久性好等特點(diǎn)。被廣泛用于輪胎加工行業(yè)。但它也有加工性欠佳、強(qiáng)度較差、抗?jié)窕圆恍小⒂欣淞餍詢A向等不足。順丁橡膠的性能一看生膠的性能(可塑性、加工性、外觀、顏色等)好壞，阻礙它因素有聚合方法、引發(fā)劑系統(tǒng)、生膠的分子結(jié)構(gòu)、門尼粘度、平均分子量、分子量分布、凝膠含量、灰分、揮發(fā)份等。二看硫化后的硫化膠性能(抗張強(qiáng)度、300％定拉伸強(qiáng)力、伸長率、硬度、回彈性、生成熱、永久變形、磨耗量等)，阻礙硫化膠的因素有門尼粘度、凝膠含量、加工用的配合劑(種類、用量、配方)加工方法等。上述這些能夠用表格列出數(shù)據(jù)對常見橡膠膠進(jìn)行比較顯示。⒊順丁橡膠的用途要緊用于輪胎加工行業(yè)，另外，還用于輸送帶、傳動帶、模壓制品、鞋底、膠鞋及海綿膠等方面。⒋生產(chǎn)中成品膠質(zhì)量指標(biāo)生產(chǎn)中成品膠質(zhì)量指標(biāo)如表9-1所示。表9-1成品膠質(zhì)量指標(biāo)項目優(yōu)級品一級品合格品揮發(fā)份％0.751.001.30灰分％0.300.300.30生膠門尼粘度455455457混煉膠門尼粘度687373300％定伸應(yīng)力MPa25min35min50min6.5～10.57.0～11.06.8～10.86.2～10.76.7～11.26.5～11.06.0～11.06.5～11.56.3～11.3拉伸強(qiáng)度MPa35min14.213.713.2伸長率％35min450430430三、車間危險性物料要緊物性表該車間危險性物料要緊包括丁二烯、三異丁基鋁、溶劑油、乙醇等，其要緊物性如表9-2所示。表9-2車間危險物料要緊物性序號名稱分子量熔點(diǎn)℃沸點(diǎn)℃閃點(diǎn)℃燃點(diǎn)℃爆炸極限（Vd%）國家標(biāo)準(zhǔn)備注上限下限丁二烯56-4.4三異丁基鋁198溶劑油86686乙醇4678.4三氟化硼乙醚絡(luò)合物142142.5～126四、生產(chǎn)流程簡述（一）生產(chǎn)流程簡述⒈聚合工段聚合工段要緊由罐區(qū)、計量、聚合、配制、配制、粘度五個崗位組成。罐區(qū)崗位負(fù)責(zé)貯存、收送丁二烯和溶劑油。聚合崗開車，罐區(qū)連續(xù)給聚合送溶劑油；單體丁二烯由后乙腈直接送聚合，聚合停產(chǎn)時，丁二烯直接送罐區(qū)。計量崗負(fù)責(zé)為聚合輸送各種引發(fā)劑、終止劑。配制崗負(fù)責(zé)為聚合配制引發(fā)劑和終止劑，此外，還負(fù)責(zé)接收鋁劑車間配好的三異丁基鋁。粘度崗負(fù)責(zé)檢測生產(chǎn)的結(jié)果，測試門尼粘度和轉(zhuǎn)化率。由乙腈來的丁二烯經(jīng)流量操縱閥操縱合適流量，入文氏管與溶劑油溶劑進(jìn)行混合，再進(jìn)入丁油預(yù)熱器(預(yù)冷器)進(jìn)行換熱，操縱一定入釜溫度。鎳組分和鋁組分分不由鎳計量泵和鋁計量泵送出，經(jīng)鋁－鎳文氏管混合后，與出丁油預(yù)熱器(預(yù)冷器)的丁油溶液混合。硼組分由硼計量泵送出與稀釋油經(jīng)文氏管混合后，在釜底與丁油混合進(jìn)入首釜。丁油溶液在聚合釜中，在一定溫度和壓力下，受到引發(fā)劑的作用，發(fā)生丁二烯聚合反應(yīng)，生成高分子量的丁二烯聚合產(chǎn)物—聚丁二烯。首釜膠液自釜項出口出來，由第二釜釜底進(jìn)入第二釜接著進(jìn)行反應(yīng)；再由第二釜的釜項出口出來，由第三釜釜底進(jìn)入第三釜接著進(jìn)行反應(yīng)；由第三釜的釜項出口出來，進(jìn)入第四釜接著進(jìn)行反應(yīng)；當(dāng)達(dá)到一定粘度和轉(zhuǎn)化率后，在第四釜的出口管線(終止釜的入口管線)與終止劑一起由終止釜釜底進(jìn)入終止釜進(jìn)行終止處理；最后，膠液由終止釜項出口出來，經(jīng)膠液過濾器和壓力操縱閥入成品工段凝聚崗的膠液罐。反應(yīng)中換熱用的冷溶劑油視情況從不同釜的項部加入。⒉后處理工段后處理工段包括混膠崗、凝聚崗、洗膠崗、干燥崗、壓塊崗、薄膜崗、紙袋崗?；炷z崗負(fù)責(zé)接收聚合來的膠液，并將門尼粘度不同的膠液混配成優(yōu)級品指標(biāo)內(nèi)的膠液；在膠液罐定期回收一部分丁二烯；合格膠液送往凝聚崗。凝聚崗負(fù)責(zé)將終止后進(jìn)入膠液罐混合的門尼粘度合格的膠液進(jìn)行凝聚，膠粒送洗膠崗，溶劑油送回收工段。洗膠崗負(fù)責(zé)用水洗掉膠粒表面的雜質(zhì)，降低膠的溫度，并膠粒送往干燥崗。干燥崗負(fù)責(zé)將含水40～60％的膠粒，通過擠壓脫水機(jī)、膨脹干燥機(jī)和干燥箱降到0.75％以下，并呈海綿狀，直徑為10mm小膠條送至壓塊崗。壓塊崗負(fù)責(zé)稱量壓塊。薄膜崗負(fù)責(zé)薄膜包裝。紙袋崗負(fù)責(zé)封袋、入庫。被終止后的膠液進(jìn)入膠液罐后，將部分未轉(zhuǎn)化的丁二烯經(jīng)罐項壓控調(diào)節(jié)閥，鹽水冷凝冷卻器，進(jìn)入丁二烯貯罐，再送至丁二烯回收罐區(qū)。膠液在罐中依照門尼粘度值高低進(jìn)行相互混配合格后，通過膠液泵送往凝聚崗。合格膠液被噴到凝聚釜內(nèi)，在熱水、機(jī)械攪拌和蒸汽加熱的作用下，進(jìn)行充分凝聚形成顆粒，并蒸出溶劑油溶劑和少量丁二烯。釜項被蒸發(fā)的氣體有水蒸汽、部分丁二烯和絕大部分溶劑油溶劑，氣體通過兩個并聯(lián)的循環(huán)水冷凝冷卻器，冷凝物進(jìn)入油水分離器進(jìn)行油水分離，溶劑油用油泵送往溶劑回收罐區(qū)，水經(jīng)油水分離罐底部由液面調(diào)節(jié)閥操縱排出，經(jīng)二次凈化分離罐排入地溝。釜底膠粒和循環(huán)熱水經(jīng)顆粒泵送入洗膠崗的緩沖罐，再經(jīng)1號振動篩分離出膠粒送至洗膠罐。在洗膠罐中，用40～60℃的水對膠粒進(jìn)行洗滌，經(jīng)洗滌的膠粒和水由2號振動篩進(jìn)行分離，并將含水40～60％的膠粒送往擠壓干燥崗。通過擠壓機(jī)擠壓將膠粒含水量降到8～15％，然后，切成條狀進(jìn)入膨脹干燥機(jī)加熱、加壓，達(dá)到膨脹和內(nèi)蒸的目的，除去膠粒中的絕大部分水分，再送入水平紅外干燥箱干燥，使膠的含水量達(dá)到0.75％以下。干燥合格后的膠條經(jīng)提升機(jī)送入自動稱量秤進(jìn)行稱量壓塊(25kg)。壓好的膠塊用薄膜包好裝入紙袋封好入庫。（二）操作操縱指標(biāo)⒈聚合工段操作操縱指標(biāo)丁油濃度：12～15g/100mL首釜溫度：95℃未釜溫度：100℃壓力：0.45MPa引發(fā)劑配方：鎳/丁鋁/丁硼/丁鋁/硼0.25、醇/鋁=6鋁/鎳=3～8防老劑/丁=0.79%～1.0%轉(zhuǎn)化率：83%收率：95%每噸順丁膠消耗丁二烯：1.045t⒉后處理工段操作操縱指標(biāo)膠液罐：貯量罐容積的80%；壓力0.1MPa。膠液泵：壓力0.1MPa。凝聚釜： 釜頂溫度：94～98℃；壓力0.08MPa釜底溫度：96～101℃液面：7視鏡蒸汽壓力：>0.9MPa。水膠比(體積)：5～8循環(huán)水壓力：>0.15MPa安全閥定壓：0.1MPa噴膠量：10～25循環(huán)水PH值：8～10分層罐： 常壓(開口)界面：隔板高的40%～60%液面：隔板高的20%～80%熱水罐： 液面>1/2洗膠罐： 水溫：45～55℃洗滌水罐液面：>1/4干燥崗： 擠壓機(jī)出口膠含水：8～12%熱風(fēng)溫度：80～100℃蒸汽壓力：>0.9Mpa循環(huán)水壓力：0.1Mpa干燥五段溫度：175℃壓塊崗： 高壓油壓：<25Mpa操縱油路油壓：<1.5Mpa低壓油壓：<5Mpa（三）安全防護(hù)措施⒈聚合工段由于全車間使用的原料有丁二烯、溶劑油、三異丁基鋁，還有丁烯等。依照這些原料的性質(zhì)查《化工工藝設(shè)計手冊》《化工生產(chǎn)安全與防護(hù)》等確定全車間火災(zāi)危險等級為甲級；爆炸危險場所分區(qū)為2區(qū)；車間建筑物屬一類工業(yè)建筑。設(shè)計中電氣設(shè)備一律選用隔爆式電器設(shè)備；各設(shè)備均有接地線、跨接線等防靜電設(shè)施及防雷設(shè)施；各崗位設(shè)有排風(fēng)系統(tǒng)。此外在生產(chǎn)中還要注意以下問題：車間內(nèi)不準(zhǔn)使用明火；禁止穿帶釘子進(jìn)入裝置現(xiàn)場；禁止吸煙；禁止隨意用鐵器碰擊設(shè)備；機(jī)動車不徑許可不得進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)。生產(chǎn)人員必須熟悉相崗位消防設(shè)施的種類及存放位置，并能熟練正確使用，了解所處理現(xiàn)場物料的性質(zhì)。生產(chǎn)人員上崗必須佩帶好勞動愛護(hù)用品，在接觸三異丁基鋁和三氟化硼乙醚絡(luò)合物時必須帶好手套、面具及其它防護(hù)用品。三異丁基鋁著火時不得用水和泡沫滅火器，應(yīng)選用干粉及四氯化碳。生產(chǎn)人員地生產(chǎn)過程中要及時檢查，消除漏點(diǎn)。設(shè)備跑料、貯罐冒頂后應(yīng)立即采取緊急措施，切斷物料來源，操縱現(xiàn)場，通知附近使用明火單位立即停止，嚴(yán)禁開停傳動設(shè)備，及時回收流失物料或用蒸汽蒸煮，消除危險。生產(chǎn)設(shè)備超壓時應(yīng)采取緊急排空措施，必須有專人監(jiān)護(hù)現(xiàn)場。在生產(chǎn)裝置檢修敲打設(shè)備時，必須使用銅制工具或在鐵制工具上涂上黃干油，以免引起火花。生產(chǎn)現(xiàn)場禁止存放大量易燃易爆物品。設(shè)備開車前必須用氮?dú)庵脫Q，聚合系統(tǒng)及丁二烯貯罐要置換到氧含量小于0.2％以下，其它設(shè)備置換到氧含量小于1％方可投料。各貯罐裝料不得超過規(guī)定裝料系數(shù)，而且要有氮?dú)鈵圩o(hù)。常壓罐保壓不超過0.05MPa,受壓罐保壓0.4MPa。設(shè)備檢修必須把物料倒空,并用盲板切斷與其它設(shè)備的聯(lián)系。清除可燃物，由車間安全員開動火票，指令專人到現(xiàn)場監(jiān)護(hù)，檢修人員方可動火。管線動火可燃物含量要小于0.2％，容器動火可燃物含量小于0.1％。聚合釜清膠要用蒸汽蒸煮24小時以上，分析釜內(nèi)可燃物小于0.2％，氧含量大于18％方可入釜治理清理。并在入釜前要檢查確認(rèn)電機(jī)確定停止，并有專人監(jiān)護(hù)，嚴(yán)禁啟動電機(jī)。槽車必須在指定地點(diǎn)裝卸物料，裝卸中汽車不準(zhǔn)發(fā)動，使用膠管車身應(yīng)有接地線，同時流量不要過大，以免產(chǎn)生靜電，裝卸現(xiàn)場有專人看管。⒉后處理工段后處理部分所用物料要緊有膠液、丁二烯、溶劑油等，性質(zhì)與聚合所用物料相同，故后處理也屬于易燃易爆崗位，其安全規(guī)定與聚合相同。膠液罐與凝聚釜在清理前要切斷外連管線，切斷電機(jī)，有氮?dú)庵脫Q，并分析可燃物濃度氧含量等，合格后方可入內(nèi)。后處理的電器、轉(zhuǎn)動設(shè)備多，生產(chǎn)人員上崗必須穿好工作服帶好安全帽。所有電器設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)中禁止用手亂動。生產(chǎn)人職員作服內(nèi)禁止帶東西，防止落入設(shè)備內(nèi)阻礙生產(chǎn)。干燥崗因有油氣逸出和滑石粉能引起呼吸道系統(tǒng)發(fā)炎，因此，要加強(qiáng)通風(fēng)，排風(fēng)。設(shè)備動火要有動火票，并有專人監(jiān)護(hù)，切斷電源，嚴(yán)禁啟動。膠庫禁止吸煙，使用明火，非崗位人員禁止入內(nèi)，庫內(nèi)要經(jīng)常保持衛(wèi)生。

五、工藝計算與要緊設(shè)備選型（一）物料衡算⒈計算采納的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)年產(chǎn)量：11000t年開工時刻：8000h每噸順丁橡膠消耗丁二烯：1.045t總轉(zhuǎn)化率：85%丁濃：[丁]＝12～15丁油入釜溫度：≤40℃首釜溫度：≯95℃末釜溫度：≯110℃聚合系統(tǒng)壓力：≤0.44計量罐壓力：≤0.1MPa計量泵壓力：≤0.8MPa設(shè)計選用配方：鎳/?。戒X/丁＝硼/?。戒X/鎳＝3～8鋁/硼＞0.25醇/鋁＝6防老劑/丁二烯＝0.79％（質(zhì)量比）全裝置總收率為95.3％；總損耗4.7％（包括工藝損耗和機(jī)械損耗）。其分配如下（以1.045噸100％丁二烯為基準(zhǔn)計算收率和損耗）：聚合掛膠等損失 1％聚合、凝聚的丁二烯機(jī)械泄漏損失 0.5％凝聚、振動篩聚丁二烯渣沫損失 0.5％油水分離器水相丁二烯溶解損失 2％包裝過程中不合格品和落地料損失 0.7％⒉計算基準(zhǔn)連續(xù)反應(yīng)操作過程以作為基準(zhǔn)。⒊聚合釜物料衡算聚合釜物料衡算圖如圖9-1所示。去終止釜溶劑油聚聚聚聚丁二烯合合合合鎳組分釜釜釜釜鋁組分硼組分掛膠損失圖9-1聚合釜物料衡算圖丁二烯系統(tǒng)：每小時產(chǎn)膠量： 需100％純度丁二烯量： 扣除2.5％的損失量應(yīng)有聚丁二烯： 按85％轉(zhuǎn)化率計算100％純度丁二烯的需求量：/h未反應(yīng)的丁二烯量： /h從原料車間來的丁二烯純度為99％，其余按正丁烯計。則需要的原料量：/h隨原料帶入的丁烯量： /h整理上述計算結(jié)果列下表。組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)wt/dt/a丁烯116.6480.399133.1860.028丁二烯991648.18039.55613185.4412.658合計1001664.82839.95613318.6272.686注：丁烯的密度：596丁二烯密度：628溶劑油密度：660溶劑油系統(tǒng)：取[丁]＝13.5則有： [丁]＝135每小時進(jìn)入聚合釜的丁油量： 每小時進(jìn)入聚合釜的丁二烯原料量： 每小時進(jìn)入聚合釜的溶劑油量： 引發(fā)劑系統(tǒng)：計算公式： 引發(fā)劑用量＝丁二烯進(jìn)料摩爾數(shù)×(引發(fā)劑/丁)×引發(fā)劑分子量a、環(huán)烷酸鎳： M鎳=58.7/h/h商品中環(huán)烷酸鎳的含量為7.5％，故環(huán)烷酸鎳的量為：/hb、三異丁基鋁： /h折合成鋁的量： /h/hC、三氟化硼乙醚絡(luò)合物/h折合成硼的量： /h/h聚丁二烯系統(tǒng)：聚丁二烯： /h掛膠損失： /h去終止釜干膠量： /h驗證配方： 合格合格聚合釜物料衡算列總表如下。序號組分kg/ht/dt/aw％1丁烯16.6480.399133.1860.207進(jìn)2丁二烯1648.18039.55613185.44120.5173溶劑油6366.36152.79250930.8879.2514環(huán)烷酸鎳0.4770.01143.8160.006料5三異丁基鋁0.6040.001454.8350.0086三氟硼乙醚絡(luò)合物0.8670.02086.9340.0117進(jìn)料合計8033.136192.78164265.0921008丁烯16.6480.399133.1860.207出9丁二烯247.2275.9331977.8163.07810溶劑油6366.36152.79250930.8879.25111去終止釜聚丁二烯1386.58433.27811092.67517.261料12三種引發(fā)劑1.9480.047615.5850.02513掛膠損失14.3690.345114.9520.17814出料合計8033.136192.78164265.092100終止釜的物料衡算圖見圖9-2。去凝聚釜終防老劑止終止劑釜聚合來膠液圖9-2終止釜物料衡算圖終止劑、防老劑系統(tǒng):計算公式：/h=/h其中水量占5％，其重量為： /h100％乙醇用量： /h防老劑用量：取防老劑/丁二烯＝0.79％，防老配制濃度為117/h/h隨防老劑一起帶入的溶劑量： /h/h整理得終止釜物料衡算列總表如下。序號組分kg/ht/dt/aw％進(jìn)料1膠液8018.767192.45064150.13698.93112終止劑0.84270.2026.7420.01043水0.04430.00110.3550.00054防老劑13.0210.312104.1650.1615帶入溶劑72.7271.745581.8170.8976進(jìn)料總計8105.402194.710164843.216100出料7丁烯16.6480.399133.1860.2058丁二烯247.2275.9331977.8163.05019三種引發(fā)劑1.9480.046715.5840.02410溶劑油6439.087154.53851512.69679.44211干膠1386.58433.27811092.67517.10712終止劑0.84270.2026.7420.010413水0.04430.00110.3550.000514防老劑13.0210.312104.1650.16115出料總計8105.402194.710164643.2161006、凝聚釜物料衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：a、終止釜物料衡算表中的出料數(shù)據(jù)；b、循環(huán)水量：取水/膠液＝7.5(體積)；c、循環(huán)水入口溫度：取90℃；d、0.9(表壓)MPa水蒸汽耗量：5噸水蒸汽/噸膠；e、凝聚溫度：取95℃；f、凝聚壓力：0.02(表壓)MPa；g、膠液入釜溫度：取20℃；h、油水分離內(nèi)，水在烴類中的飽和溶解度為100mg/kg；溶劑油在水中的飽和溶解度為0.0014(分子％)；i、溶劑油(以正已烷計)在95℃時的氣化熱為316.522；20℃～95℃的平均比熱約為2.428；j、丁二烯的95℃時的氣化熱為131.884；20℃～95℃的平均比熱約為2.554；k、丁烯(以正丁烯計)在95℃時的氣化熱為254.139；20℃～95℃的平均比熱約為2.679；m、經(jīng)振動篩后自由水全部脫除，膠粒內(nèi)含60％，含油約為0.5％；n、干燥脫水裝置使膠粒內(nèi)含水和油(即揮發(fā)分)小于0.75％；o、包裝入庫成品膠質(zhì)量指標(biāo)(見表9-1)注：h,i,j數(shù)據(jù)查于《化工工藝設(shè)計手冊》下冊；g查于《高聚物合成工藝設(shè)計基礎(chǔ)》P30；其余取自某操作現(xiàn)場數(shù)據(jù)。計算：凝聚釜物料衡算圖見圖9-3。溶劑油、丁二烯、水蒸氣去油水分離器熱水凝機(jī)械損失聚渣沫損失膠液釜熱水、膠粒去振動篩0.9MPa水蒸氣圖9-3凝聚釜物料衡算圖（1）循環(huán)熱水量?。? 水/膠液＝7.5(體積比)則用水量： /h取用水量為93/h；即為93T/h。（2）損失量丁二烯機(jī)械損失： /h聚丁二烯渣沫損失： /h損失的防老劑： /h（3）去振動篩的聚丁二烯膠粒量聚丁二烯： /h膠粒內(nèi)含防老劑： /h膠粒內(nèi)含油： /h膠粒內(nèi)含水： /h（4）水蒸氣冷凝量溶劑油氣化量： /h丁烯氣化量： /h丁二烯氣化量： /h注：未扣除膠液罐中回收的丁二烯量。查《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊P338表10得：0.9(表)水蒸焓值△H汽＝2781.71查《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊P337表9得：95℃飽和水焓值△H水=397.75。焓差為：分幾部分估算水蒸汽冷凝量：①用于溶劑油氣化/h②用于丁烯氣化/h③用于丁二烯氣化/h④用于循環(huán)水從90℃升溫到95℃/h四項之和：/h這些冷凝水有831.951kg包含在膠粒內(nèi)，全部冷凝水與循環(huán)水一起支振動篩。（5）進(jìn)入凝聚釜的蒸汽總量： /h其中去油水分離器的水蒸氣量： /h整理得凝聚釜物料衡算數(shù)據(jù)列下表。類不序號組分kg/ht/dt/dW%進(jìn)1膠液8105.402194.52964843.2167.5062循環(huán)水93000223274400086.127料3水蒸汽6875165550006.3674進(jìn)料合計107980.4022591.529863843.2161005聚丁二烯1378.34333.0811026.7481.276去6防老劑12.9560.311103.6440.012振7溶劑油6.9330.16655.4630.006出動8引發(fā)劑1.9480.046815.5840.002篩9終止劑0.84270.0206.7420.00110水95197.5122284.741761580.46488.161911去1號篩合計96598.5352318.365772788.64589.4589去12丁烯16.6480.399133.1860.015油13丁二烯238.9865.7361911.8890.221水14溶劑油6432.044154.37951456.3525.957分15水蒸氣4677.442112.25937419.5364.332離16去分離罐合計11365.12272.76390920.96310.525料損17損失丁二烯8.2410.19865.9280.008失18損失干膠8.2410.19865.9280.008物19損失防老劑0.06510.001560.5210.0001料20損失合計16.5470.397132.3770.016121出料合計107980.4022591.529863843.2161007、振動篩及熱水罐物料衡算物料衡算圖見圖9-4。洗膠熱水1#振動篩含水膠粒去緩洗膠罐2#振動篩干燥脫水沖筒凝聚來膠粒、水循環(huán)熱水去凝聚釜去污水池去洗滌熱水罐圖9-4緩沖罐、振動篩、洗膠罐物料衡算圖進(jìn)料系統(tǒng)：（1）自凝聚來膠粒和水總量： 96598.535kg/h（2）取洗膠熱水量： 20/h,即20000kg/h出料系統(tǒng)：（1）循環(huán)熱水去凝聚熱水罐： 93000kg/h（2）洗膠熱水支洗滌熱水罐： 20000kg/h（3）去干燥脫水：聚丁二烯： 1378.343kg/h防老劑： 12.956kg/h溶劑油： 6.933kg/h水： 831.951kg/h（4）去污水池(設(shè)引發(fā)劑與終止劑全部洗掉,不循環(huán))引發(fā)劑： 1.948kg/h終止劑： 0.8427kg/h水： (95197.512＋20000)－(93000＋20000)－831.951＝1365.561kg/h振動篩和洗膠罐物料衡算列下表。序號組分kg/ht/dt/aW％進(jìn)1膠粒和水96598.5352318.365772788.64582.852洗膠水2000048016000017.15料3進(jìn)料合計116598.5352798.365932788.6451004去凝聚循環(huán)熱水罐的水93000223274400079.775去洗滌熱水罐的水2000048016000017.15出去6聚丁二烯1378.34333.0811026.748干7防老劑12.9560.311103.644燥8溶劑油6.9330.16655.463脫9水831.95119.9676655.605水106-9項合計2230.18353.52417841.461.91去11引發(fā)劑1.9480.046715.584污12終止劑0.84270.02026.742料水13水1365.56132.77310948.488池1411-13項合計1368.351732.8410946.8141.1715出料總合計116598.5352798.365932788.241008、干燥脫水物料衡算含水膠粒干燥.脫水去包裝水.溶劑油去污水池圖9-5干燥.脫水物料衡算圖按指標(biāo)膠內(nèi)揮發(fā)分(水、油)＜0.75％，設(shè)計取0.74％，其中水0.64％，油0.1％。則：膠內(nèi)含水： 1378.343×0.0064＝8.821kg/h脫水量： 831.951－8.821＝823.13kg/h膠內(nèi)含油： 1378.343×0.001＝1.378kg/h脫油量： 6.933－1.378＝5.555kg/h去包裝部分聚丁二烯： 1378.343kg/h防老劑： 12.955kg/h水： 8.821kg/h溶劑油： 1.378kg/h脫出揮發(fā)分組成：水： 823.129kg/h溶劑油： 5.555kg/h干燥、脫水物料衡算圖見圖9-5。物料衡算數(shù)據(jù)列下表。序號組分kg/ht/dt/aW%進(jìn)料1含水膠粒等2230.18353.52417841.46100去2聚丁二烯1378.34333.08011026.74出包3防老劑12.9560.311103.644裝4水8.8210.21270.5715溶劑油1.3780.03311.0266去包裝合計1401.49933.63611211.98162.84去7水823.12919.7556585.033料污8溶劑油5.5550.13344.437水9去污水池合計828.68419.8886629.47037.1610出料總合計2230.18353.52417841.461009、包裝物料衡算不合格產(chǎn)品損失部分損失聚丁二烯： 1648.180×0.007＝11.537kg/h損失防老劑： 11.537×0.01＝0.115kg/h損失溶劑油： 11.537×0.001＝0.012kg/h損失水量： 11.537×0.0064＝0.074kg/h成品膠部分聚丁二烯： 1378.343－11.537＝1366.806kg/h防老劑： 12.956－0.115＝12.841kg/h揮發(fā)分： 10.199－0.085＝10.114kg/h包裝部分物料衡算列下表。序號組分kg/ht/dt/aW%進(jìn)料1成品膠1401.49933.63611211.99100不2損失聚丁二烯11.5370.27792.2980.8合3損失防老劑0.1150.00280.923出格4損失水0.0740.00180.591損5損失溶劑油0.0120.00030.092失6損失合計11.7380.281993.904去7聚丁二烯1366.80632.80310934.44899.2料包8防老劑12.8400.308102.720裝9揮發(fā)分10.1140.24380.91210去包裝合計1389.7633.35411118.0811出料總合計1401.49933.63611211.99100校驗設(shè)計任務(wù)：從去包裝干膠中扣除防老劑后的生膠量： 1389.76－12.840＝1376.92kg/h其年產(chǎn)量為： 11015.36T/h結(jié)果稍大于所給設(shè)計任務(wù)，故設(shè)計為合格。10、油水分離器物料衡算物料衡算圖：凝聚釜頂來油和水油水分離器溶劑油對溶劑回收去污水池圖9-6油水分離器物料衡算圖進(jìn)料量： 11365.12kg/h出料部分：（1）水相系統(tǒng)水： 4677.442－0.662＝4676.78kg/h丁二烯溶水損失： 1648.180×0.02＝32.964kg/h溶劑在水相中的飽和溶解量： 4677.442÷18×0.0014×89.4＝32.524kg/h（2）油相系統(tǒng)丁二烯： 238.986－32.964＝206.022kg/h丁烯： 16.648kg/h溶劑油： 6432.044－32.524＝6399.52kg/h油相中的飽和水量： (6399.52＋206.022＋16.648)×0.0001＝0.662kg/h油水分離器物料衡算列下表。序號組分kg/ht/dt/aW%出料1丁烯,丁二烯,溶劑油,水11365.12272.76390920.961002溶劑油6399.52153.58851196.160去3丁二烯206.0224.9451648.176出回4丁烯16.6480.399133.186收5水0.6620.0165.2996去回收合計6622.852158.94852982.81658.27去7水4676.78112.24337414.240料污8溶劑油32.9640.791263.712水9丁二烯32.5240.781260.192池10去污水池合計4742.268113.81537938.14441.7311出料合計11365.12272.76390920.9610011、溶劑回收部分物料衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為簡化處理，溶劑油的組成按n-C6H14計算；烯烴按C4H6計；所含重組分以n-C8H18計，含量取溶劑油總進(jìn)料量的0.2％。則溶劑回收進(jìn)料組成如下表所示。序號組成kg/hW(%)Mikmol/hmol(%)1n-C8H1812.7990.191140.1120.142n-C6H146386.72196.448674.2694.563C4H6222.673.36544.1245.254H2O0.6620.01180.0370.055合計6622.85210078.533100工藝要求：脫水塔：塔頂：含丁二烯40％，溶劑油60％；塔底：不含丁二烯和水提濃塔：塔頂：含丁二烯98％，溶劑油2％；塔底：含丁二烯0.2％，回收塔：塔頂：含溶劑油99.999％；溶劑回收部分物料衡算圖如圖9-7所示。ⅠD1ⅡD2D3F1’脫提回水濃收FF1塔F2塔F3塔W2W3W1圖9-7溶劑回收部分物料衡算圖關(guān)于Ⅰ衡算范圍，操縱脫水塔底丁二烯餾出量為0.2kg/h。對丁二烯作物料衡算：解得：在Ⅱ衡算范圍對丁二烯作物料衡算，解得：表9-3提濃塔物料平衡序號組分進(jìn)料塔頂塔底kg/hW（％）kg/hW（％）kg/hW（％）1C4H6222.6739.91222.528980.1420.0432n-C6H14334.64259.974.5412330.10199.7573H2O0.6620.12000.6620.24合計557.974100227.069100330.905100表9-4脫水塔物料平衡序號組分進(jìn)料塔頂塔底kg/hW（％）kg/hW（％）kg/hW（％）1C4H6222.8123.204222.81239.933002H2O1.3240.0191.3240.237003n-C6H146716.82296.593333.83859.836382.98499.84n-C8H1812.7990.1840012.7990.25合計6953.757100557.9741006395.783100以回收塔為物料衡算范圍，對溶劑油進(jìn)行物料衡算：解得：表9-5回收塔物料平衡序號組分進(jìn)料塔頂塔底kg/hW（％）kg/hW（％）kg/hW（％）1n-C6H146382.98499.86382.7951000.1891.452n-C8H1812.7990.20012.79998.553合計6395.7831006382.79510012.988100

(二)熱量衡算要緊對聚合釜進(jìn)行熱量衡算⒈基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(1)聚合釜物料衡算表；(2)聚合時刻：3～5h(設(shè)計取4h)；(3)有用聚合釜臺數(shù)：4臺（確定方法見設(shè)備設(shè)計）；(4)聚合溫度：94℃(5)冷卻鹽水：入口溫度-12℃，出口溫度-8℃。(6)溶劑油組成及物性數(shù)據(jù)表9-6溶劑油組成n-C5H12n-C6H14n-C7H16合計Wi%2.157.840.1100Xi%2.5961.5435.87100Mi7284100表9-7溶劑油物性數(shù)據(jù)物性n-C5H12n-C6H14n-C7H16溶劑油數(shù)據(jù)來源計算公式密度549590620601《化工工藝設(shè)計手冊》下P633比熱容CpkJ/(kg·℃)3.07672.62042.48232.6168《化工工藝設(shè)計手冊》下P645熱導(dǎo)率W/(m·℃)0.08610.09070.09890.0942《化工工藝設(shè)計手冊》下P680⑺丁烯、丁二烯物性數(shù)據(jù)見表9-8。表9-8丁烯、丁二烯物性數(shù)據(jù)定性溫度℃密度比熱容CpkJ/(kg·℃)熱導(dǎo)率W/(m·℃)數(shù)據(jù)來源C4H89410102.00010.1396《化工工藝設(shè)計手冊》下P634.P645.P681C4H6944802.97210.08374《化工工藝設(shè)計手冊》下P634.P645.P681⑻順丁橡膠物性數(shù)據(jù)見表9-9。表9-9順丁橡膠物性數(shù)據(jù)定性溫度℃密度比熱容CpkJ/(kg·℃)熱導(dǎo)率W/(m·℃)數(shù)據(jù)來源順丁橡膠944802.97210.08374《合成橡膠工業(yè)》第七卷(1984)P69⑼冷凍鹽水物性數(shù)據(jù)見表9-10。表9-10冷凍鹽水物性數(shù)據(jù)定性溫度℃密度比熱容CpkJ/(kg·℃)熱導(dǎo)率W/(m·℃)數(shù)據(jù)來源CaCl2-1012452.85900.4885《化工手冊》P20702、各聚合釜反應(yīng)轉(zhuǎn)化率確定依照《合成橡膠工業(yè)》第七卷(1984)P67“丁二烯溶液聚合的工程分析”知：丁二烯聚合屬于一級反應(yīng)，同時，鎳催化體系油溶劑丁二烯的表觀動力學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)的關(guān)聯(lián)式如下：另依照《差不多有機(jī)化工工廠裝備》知，關(guān)于一級反應(yīng)，連續(xù)槽式反應(yīng)器的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)速度常數(shù)之間的關(guān)系如下：式中CAN—第N臺釜內(nèi)反應(yīng)物的濃度；mol/LCA0—反應(yīng)物初始濃度；mol/L—第N臺釜內(nèi)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率；k—聚合反應(yīng)表觀速度常數(shù)；—平均停留時刻；minN—連續(xù)槽式反應(yīng)器的臺數(shù)；[C0]—主催化劑的濃度；mol/Lkp—鏈增長速度常數(shù)；L/(mol·min)[P·]—活性鏈總濃度；mol/LT—反應(yīng)溫度；K—催化劑利用率(在94℃下，＝27％)為了便于計算，按等溫等容處理，取總轉(zhuǎn)化率85%；4釜串聯(lián)；平均停留時刻60min；反應(yīng)溫度94℃。將上式進(jìn)一步整理得：給定一個主催化劑濃度，分不求出、、、，直至達(dá)到設(shè)計要求。依照第八章第四節(jié)計算實(shí)例2，取[C0]＝mol/L，將計算結(jié)果整理得表9-11。表9-11各釜純轉(zhuǎn)化率與累積轉(zhuǎn)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(％)37.8137.8123.5161.3214.6275.949.185.043、各釜物料組成及物性據(jù)數(shù)總時料量： 12.32236＋1648.18＋16.648＝8031.188kg/h其中100%丁二烯：1648.18kg/h丁烯：16.648kg/h溶劑油：6366.36kg/h依照各釜純轉(zhuǎn)化率計算各釜的物料組成如表9-12。表9-12各釜的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(%)溶劑油6366.3679.276366.3679.276366.3679.276366.3679.27丁烯16.6480.2116.6480.2116.6480.2116.6480.21丁二烯1025.0012.67637.5167.94396.5524.94246.5673.07聚丁二烯623.1777.761010.66412.581251.62815.581401.61217.45各釜物性數(shù)據(jù)計算結(jié)果如表9-13表9-13各釜物性數(shù)據(jù)計算結(jié)果釜號溫度℃組分密度比熱容CpkJ/(kg·℃)熱導(dǎo)率W/(m．℃)門尼粘度動力粘度Pa．s一94膠液606.82.57440.0956503.5二94膠液624.22.52830.0986507.5三94膠液635.52.50320.10054511.0四94膠液642.82.48650.10164518.0注：依照各釜門尼粘度和膠液濃度查《高聚物合成工藝學(xué)》確定各釜動力粘度。4、各釜對流傳熱系數(shù)和傳熱系數(shù)K的計算(1)夾套內(nèi)冷卻鹽水的對流傳熱系數(shù)1計算差不多方程式：式中1—夾套對流傳熱系數(shù)，；圖9-8螺旋導(dǎo)流板Nu—努塞爾準(zhǔn)數(shù)；Re—雷諾準(zhǔn)數(shù)；—傳熱面的特征尺寸，m；—流體的熱導(dǎo)率，；u—流體的流速，m/s；—流體的密度，；—流體的粘度，Pa·s；Cp—流體的比熱容，J/(kg·℃)；w—流體在壁溫條件下的粘度，Pa·s查《化工工藝設(shè)計手冊》上冊P301表4-14，取冷卻鹽水在螺旋導(dǎo)流板中的流速為1.5m/s；依照《攪拌設(shè)備設(shè)計》P142和《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第三冊P180有關(guān)內(nèi)容，取聚合釜夾套內(nèi)螺旋導(dǎo)流板的幾何尺寸如圖9-8所示。則傳熱面特尺寸為：那么：由于0Pr100Re10000，因此：計算時取因鹽水在彎曲的螺旋導(dǎo)流板中流淌，因此要對1進(jìn)行修正。查《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊P172修正公式為：式中R—曲率半徑，設(shè)計取916mm。(2)釜內(nèi)對流傳熱系數(shù)的計算依照《化學(xué)工程手冊》第5篇《攪拌與混合》P31有關(guān)高粘度流體采納雙螺帶式攪拌槽的傳熱公式，即永田公式：當(dāng)1<Re<1000時： Re>1000時： 考慮葉輪與槽壁間隙大小對傳熱的阻礙時：攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)式中d—攪拌葉輪直徑，m；n—攪拌轉(zhuǎn)數(shù)，r/s；D—聚合釜內(nèi)徑，m。設(shè)計中?。篋＝1.8m；d＝0.95D＝1.71m；n＝59r/min。以1號釜為例計算對流傳熱系數(shù)同理，2號、3號、4號釜計算結(jié)果如表9-14所示：表9-14各釜對流給熱系數(shù)計算結(jié)果釜號RePrNu1498.5194251.0461677.238589.082239.31192314.911666.369291.283166.12273982.091660.119492.694102.68440521.651656.673293.51(3)各釜總傳熱系數(shù)K的計算圖9-9聚合釜壁剖面圖如圖9-9所示，由于，因此按《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊P180式3-58計算各釜K值。以1號釜為例已知：掛膠厚度，；釜壁厚度，；取水垢厚度，查《基礎(chǔ)化學(xué)工程》上冊P180表3-9得25％CaCl2鹽水的垢層系數(shù)。對2號釜、3號釜、4號釜而言，取掛膠厚度為1mm，其它數(shù)據(jù)同上，各釜K值計算結(jié)果如表9-15所示：表9-15各釜K值計算結(jié)果釜不11122d2K1221.9430.010.13960.01617.4451395.689.0811.242221.9430.0010.13960.01617.4451395.691.2841.223221.9430.0010.13960.01617.4451395.692.6941.504221.9430.0010.13960.01617.4451395.693.5141.67聚合釜攪拌功率的計算攪拌器型式的確定，丁二烯溶液聚合生產(chǎn)順丁橡膠中，隨著單體轉(zhuǎn)化率的提高，體系的動力粘度逐漸增加，一般從幾十厘泊增加到幾萬厘泊，為此要從適合高粘度液體的錨式、框式、螺桿式及雙螺帶式等攪拌器中進(jìn)行選擇。目前，國內(nèi)有的生產(chǎn)廠家要緊采納首釜為框式，其余為雙螺帶式，設(shè)計中依照1998年第1期《合成橡膠工業(yè)》“順丁橡膠技術(shù)開發(fā)中的幾個工程放大問題”中所分析的框式攪拌器，在使用中存在因湍流圖9-10程度不夠而造成釜內(nèi)溫度上下不均及混合分散程度差的缺點(diǎn)，決定全部采納雙螺帶式攪拌器，攪拌轉(zhuǎn)速為59r/min，其它幾何參數(shù)如下圖9-10所示。查《攪拌設(shè)備設(shè)計》P59知，當(dāng)雙螺帶式攪拌器的幾何參數(shù)為：～0.98；～5.5；；～2.5；時，同時，在層流區(qū)操作時，其功率準(zhǔn)數(shù)為： 當(dāng)Re>100時： 由前面計算結(jié)果可知，各釜的Re值均大于100，因此設(shè)計采納后面關(guān)系式進(jìn)行計算，然后，再按下式求出攪拌功率。查《攪拌設(shè)備設(shè)計》P161知，電機(jī)功率為： 采納機(jī)械密封時： ～15%)式中H—聚合釜筒體高度，m；D—聚合釜筒體內(nèi)徑，m；h—攪拌器攪拌葉總高度，m；di—攪拌葉外徑，m；s—攪拌葉螺距，m；b—攪拌葉寬度，m；Re—攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)；Np—攪拌功率準(zhǔn)數(shù)；P—攪拌功率，KW；—液體密度，；n—攪拌轉(zhuǎn)速，r/s；g—重力加速度，；Pa—電機(jī)功率，KW；Pm—軸密封系統(tǒng)摩擦損失功率，KW；—機(jī)械傳動效率，KW；(一般＝0.95～0.98)P填—填料密封系統(tǒng)摩擦損失功率，KW；以1號釜為例進(jìn)行計算：設(shè)計中?。籔填＝0.1P；Pm＝0.15P填；＝0.95。則：同理可求其它各釜的P和Pa。見表9-16表9-16各釜的P和Pa釜號ReNpP/KWPa/KW1號4981.512.07317.4818.6762號239.312.64122.90424.473號166.122.97926.30328.104號112.683.49231.18633.32取其中最大的電機(jī)功率，同時考慮1.65的備用系數(shù)，則實(shí)際電機(jī)功率為55KW。熱量衡算⑴計算基準(zhǔn)數(shù)量基準(zhǔn)：kJ/h；基準(zhǔn)溫度：0℃。⑵總熱量衡算圖如下：Q1出Q1沖出Q2出Q2沖出Q3出Q3沖出Q3出Q3沖出Q1沖入Q2沖入Q3沖入Q4沖入Q1反Q2反Q3反Q4反Q1夾Q2夾Q3夾Q4夾Q1攪Q2攪Q3攪Q4攪Q1入Q2入Q3入Q4入圖9-11熱量衡算總圖⑶各釜熱量衡算關(guān)系式：1號釜Q1入＋Q1反＋Q1攪＋Q1沖入＝Q1出＋Q1沖出＋Q1夾2號釜Q2入＋Q2反＋Q2攪＋Q2沖入＝Q2出＋Q2沖出＋Q2夾3號釜Q3入＋Q3反＋Q3攪＋Q3沖入＝Q3出＋Q3沖出＋Q3夾4號釜Q4入＋Q4反＋Q4攪＋Q4沖入＝Q4出＋Q4沖出＋Q4夾⑷攪拌熱依照資料介紹，攪拌熱與膠液粘度大小有關(guān)。粘度大，攪拌熱就大。設(shè)計中取1號釜電機(jī)功率的70％、2釜電機(jī)功率的75％、3號釜電機(jī)功率的80％及4號釜電機(jī)功率的85％用于形成攪拌熱。⑸各釜熱量衡算1號釜熱量衡算(目的確定進(jìn)料溫度)Q1入＝G·Cp·T1＝8031.0392.2604T1＝18153.361T1kJ/hQ1反＝x·G丁二烯·H反＝0.37811648.1801381.38＝860844.05kJ/hQ1攪＝550.703600＝138600kJ/hQ1沖入＝0(首釜不沖冷油)Q1夾＝0(因為首釜掛膠嚴(yán)峻，傳熱系數(shù)較小，故不用夾套移熱)Q1出＝G·Cp·(T2－T1)＝8033.1362.5744(94－0)＝1943967.5kJ/hQ1沖出＝0由1號釜熱量平衡關(guān)系式知： Q1入＝Q1出－(Q1反＋Q1攪)18153.361T1＝1943967.5－(860844.05＋138600)解得： T1＝52℃2號釜熱量衡算(目的確定沖冷油量)Q2入＝Q1出＝1943967.5kJ/hQ2反＝0.23511648.181381.38＝535266.96kJ/hQ2攪＝550.753600＝148500kJ/hQ2沖入＝0(T2沖＝0)Q2出＝Q2入Q2夾＝K2·A2·tm2已知：冷卻鹽水t進(jìn)＝-12℃，t出＝-8℃。t1＝T－t進(jìn)＝94－(－12)＝106℃t2＝T－t出＝94－(－8)＝102℃℃K2＝41.22取A2＝27則： Q2夾＝41.22271043.6＝416684.74kJ/h由熱量平衡關(guān)系式知： Q2沖出＝Q2反＋Q2攪－Q2夾Q2沖出＝535266.96＋148500－416684.74＝267082.22kJ/h冷抽余油用量： 冷卻鹽水用量： 3號釜熱量衡算(目的確定沖冷油量)Q3入＝Q2出＋Q2沖出＝Q3出＝2211049.7kJ/hQ3反＝0.14621648.181381.38＝332862.73kJ/hQ3攪＝550.803600＝158400kJ/hQ3夾＝41.50271043.6＝419515.2kJ/hQ3沖入＝0(T3沖＝0)由熱量平衡關(guān)系式知： Q3沖出＝Q3反＋Q3攪－Q3夾Q3沖出＝332862.73＋158400－419515.2＝71747.53kJ/h冷抽余油用量： 冷卻鹽水用量： 4號釜熱量衡算Q4入＝Q3出＋Q3沖出＝Q4出＝2282797.3kJ/hQ4反＝0.0911648.181381.38＝207185.42kJ/hQ4攪＝550.853600＝168300kJ/hQ4夾＝41.67271043.6＝421233.7kJ/hQ4沖入＝0(T2沖＝0)由熱量平衡關(guān)系式知： Q4沖出＝Q4反＋Q4攪－Q4夾Q4沖出＝207185.42＋168300－421233.7＝-45748.28kJ/h負(fù)數(shù)表示4號釜不用沖冷油只用夾套就能夠滿足傳熱要求。因此，要重新確定夾套的傳熱負(fù)荷與冷卻鹽水的用量。Q4夾＝Q4反＋Q4攪Q4夾＝207185.42＋168300＝375485.42kJ/h冷卻鹽水用量： ⑹1～4號釜熱量衡算總結(jié)果列表9-17。表9-17總熱量衡算表序號項目1號釜2號釜3號釜4號釜1VR121212122T℃949494943min606060604純x(%)37.8123.5114.629.015沖油前W%7.7612.5815.5617.456沖油后W%7.7611.0613.2714.727K11.2441.2241.5041.678A272727279℃10410410410410Q入kJ/h18153.361T11943967.52211049.72282797.311Q攪kJ/h13860014850015840016830012Q反kJ/h860844.05535266.96332862.73207185.4213Q出kJ/h1943967.51943967.52211049.72220223.814Q沖出kJ/h0267082.2271747.53015Q夾kJ/h0416684.74419515.2375485.4216G沖kg/h01103.67296.49017G鹽kg/h036436.2336683.76432833.632

(三)設(shè)備計算及選型⒈聚合釜計算⑴基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)計溫度：釜內(nèi)120℃，釜外(夾套)-12℃；設(shè)計壓力：釜內(nèi)1.0MPa，釜外(夾套)0.4MPa；工藝要求容積：12操作形式：滿釜連續(xù)操作；材質(zhì)：1Cr18Ni9Ti其它數(shù)據(jù)同前。⑵聚合釜容積確定按4小時聚合時刻確定聚合總?cè)莘e需12聚合釜臺數(shù)臺圓整為4臺，考慮1.2的備用系數(shù)，則需12聚合釜5臺。⑶聚合釜筒體直徑與筒體高度確定圖9-12因反應(yīng)體系的粘度較大，因此解決好傳熱問題特不重要。查《聚合物合成設(shè)計基礎(chǔ)》P78知，一般釜的高徑比在1～3之間，高徑比大有利于傳熱，但不利于攪拌。設(shè)計中綜合考慮取高徑比為2.4。如圖9-12所示，高徑比①聚合釜筒體直徑確定設(shè)計中初選V封＝1，按下式估算聚合釜的筒體直徑：式中Di—聚合釜直徑，m；V—聚合釜容積，；V封—聚合釜封頭容積，；π—圓周率；γ—高徑比；園整取1.8m。②封頭容積及直邊高度確定圖9-13封頭選用橢園形封頭，結(jié)構(gòu)如圖9-13所示。依照筒體直徑查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第三冊P230及《化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊》第四卷P10得有關(guān)數(shù)據(jù)如下：h1＝450mm；h0＝40mm；A內(nèi)表＝3.73；V封＝0.864；G封＝479kg(S=16mm)③筒體高度確定由Di＝1800mm查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》附表1-1得：V1米＝2.545；A1米＝5.66；當(dāng)S＝16mm時，G1米＝716kg。依照公式得取，則：V實(shí)＝4.4×2.545＋0.866＝12.064考慮攪拌器等所占的容積，實(shí)際有效容積約12γ實(shí)⑷夾套直徑及高度確定①夾套直徑確定查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》P180表25-3知：Di在700～1800mm之間時，Dj＝Di＋100因Di＝1800mm，因此：Dj＝1800＋100＝1900mm夾套封頭采納橢園形封頭，直徑采納與夾套筒體相同的直徑，其它有關(guān)尺寸數(shù)據(jù)按前面介紹方法查得：h0封'＝40mm；h1封'＝475mm；A封內(nèi)'＝4.14；V封'＝1.01；G封'＝397kg(S=8mm)*V1米夾'＝2.806；*A1米夾'＝5.97；*G1米夾'＝558kg(S=8mm)②夾套高度確定圖9-14圖9-15夾套越高傳熱面越大，但過高會阻礙封頭的裝卸。如圖9-14和圖9-15所示，選用乙型平焊法蘭，其差不多尺寸可由《標(biāo)準(zhǔn)手冊》第四卷P358查得，其總重量為1184.6kg。取h''＝150mm，則：H夾＝4.4－(0.15＋0.016)＝4.234m校核傳熱面積A＝A封＋A筒＝3.73＋5.56×4.234＝27.3即傳熱面積完全滿足工藝要求。③夾套內(nèi)螺旋導(dǎo)流板確定依照《攪拌設(shè)備設(shè)計》P142和《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第三冊P180中的內(nèi)容進(jìn)行選擇。其幾何尺寸如圖9-8所示。⑸聚合釜筒體壁厚確定依照Di＝1800mm，P＝1.0MPa，P夾＝0.4MPa，γ＝2.44查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第三冊P181表25-4知，壁厚應(yīng)在16～18mm之間，本設(shè)計取壁厚S＝16mm。⑹聚合釜封頭壁厚確定設(shè)計中選用標(biāo)準(zhǔn)橢園封頭，其壁厚計算公式式中S—標(biāo)準(zhǔn)橢園封頭的壁厚，mm；Di—封頭內(nèi)直徑，mm；C—封頭壁厚附加量，mm；C1—鋼板負(fù)偏差，mm；C2—腐蝕余量，mm；C3—封頭熱加壓成型時壁厚減薄量，mm；S0—計算壁厚，mm；—設(shè)計壓力，MPa；—設(shè)計溫度時的許用應(yīng)力，MPa；φ—焊縫系數(shù)，若為整塊鋼板制造，則φ＝1；查《化工機(jī)械基礎(chǔ)》P362表23-6，取C1＝0.8mm；C2＝2mm。查表23-5，取φ＝0.7。查P361表23-3，取＝133MPa。壁厚計算結(jié)果取與筒體相同的壁厚，即16mm。⑺夾套筒體與封頭壁厚確定夾套選用鋼材為16MnR，其使用溫度范圍為-20～475℃。筒體壁厚計算公式查《化工機(jī)械基礎(chǔ)》P360表23-2得＝173MPa；查P362表23-6，取C1＝0.8mm；C2＝2mm；查表23-5，取φ＝0.7。代入上式計算得：夾套封頭計算C3＝0.11(S0＋C2)＝0.11×(3.14＋2)＝0.57mm取夾套壁厚為8mm。⑻聚合釜質(zhì)量估算m釜筒體＝4.4×716＝3150.4kgm釜封＝2×479＝958kgm釜法蘭＝1184.6kgm夾筒體＝4.182×558＝2333.56kgm夾封＝397kg總質(zhì)量8023.56kg⑼攪拌器的確定①攪拌器形式采納雙螺帶式攪拌器，依據(jù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)見熱量衡算部分。②攪拌器軸徑確定依照電機(jī)功率55KW和攪拌轉(zhuǎn)速59rpm，查《攪拌設(shè)備設(shè)計》表