年產40萬噸順丁橡膠聚合車間的設計

1、 畢業(yè)設計（論文）年年產產 4 4 萬萬噸噸順順丁丁橡橡膠膠聚聚合合車車間間的的設設計計學 院： 專 業(yè)： 姓 名： 指導老師： 學 號： 職 稱： 中國二一四年五月北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計誠信承諾書誠信承諾書本人鄭重承諾：本人鄭重承諾：本人承諾呈交的畢業(yè)設計年產 4 萬噸順丁橡膠聚合車間的設計是在指導教師的指導下，獨立開展研究取得的成果，文中引用他人的觀點和材料，均在文后按順序列出其參考文獻，設計使用的數據真實可靠。本人簽名： 日期： 年 月 日北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計年年產產 4 4 萬萬噸噸順順丁丁橡橡膠膠聚聚合合車車間間的的設設計計摘摘

2、要要順丁橡膠是順式 1，4-聚丁二烯橡膠的簡稱，其國際通用代號為 BR，它是僅次于丁苯橡膠的世界上第二大通用合成橡膠。本設計介紹了順丁橡膠的市場需求與生產現狀，制定選擇了原料路線、聚合方法、催化劑、終止劑、防老劑的優(yōu)缺點。確定了順丁橡膠的生產流程，并查閱各種物質的工藝參數，對產量為 4 萬噸的順丁橡膠聚合工藝進行了計算，其中包括所有設備的物料衡算，聚合釜的熱量衡算以及聚合釜的設備計算，繪制了 PID 圖、車間布置圖以及聚合釜的詳細設備圖。關鍵詞關鍵詞：順丁橡膠，丁二烯，轉化率，催化劑，聚合北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計IDesign of an annual output o

3、f 40000 tons of polybutadiene rubber plantABSTRACTPolybutadiene rubber is cis 1, 4- polybutadiene rubber referred to, the international code for the BR, it is second only to styrene butadiene rubber in the world second big general synthetic rubber. This design introduced the market demand and produc

4、tion situation of polybutadiene rubber formulation selection, advantages and disadvantages of the raw materials, polymerization process, catalyst, terminating agent, antioxidant. Determination of the polybutadiene rubber production process, and check the process parameters of various materials, on t

5、he yield of polymerization of butadiene rubber 40000 tons of material balance calculation, including all equipment, heat balance calculation and polymerization equipment polymerizer calculation, draw the PID chart, PFD chart and polymerization kettle with equipment drawing.Key word: Butadiene rubber

6、, Butadiene, Conversion, Catalyst, Polymerization北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計目錄目錄1 緒論.11.1 概述.11.1.1 設計依據.11.1.2 生產狀況.11.1.3 工藝路線.11.2 原料、產品的物理化學性質和主要技術指標.21.2.1 原料的物理化學性質及技術指標.21.2.2 生成物順丁橡膠的物理化學性質及技術指標.21.3 生產流程簡述.41.3.1 生產流程簡述及工藝設備選擇.41.3.2 操作控制指標.51.4 車間三廢處理及安全防護.61.4.1 車間三廢處理.61.4.2 安全防護.62 物料衡算.82

7、.1 數據.82.2.計算基準單位.82.3 聚合釜物料衡算.82.3.1 丁二烯系統.92.3.2 溶劑油系統.92.3.3 引發(fā)劑系統.102.3.4 聚丁二烯系統.102.3.5 終止劑、防老劑系統.122.4 凝聚釜物料衡算.132.5 振動篩及熱水罐物料衡算.162.5.1 進料系統.162.5.2 出料系統.162.6 干燥脫水物料衡算.172.6.1 去包裝部分.182.7 包裝物料衡算.182.8 油水分離器物料衡算.192.8.1 出料部分：.202.9 溶劑回收部分物料衡算.202.9.1 基礎數據.202.9.2 工藝要求.212.9.3 對丁二烯作物料衡算.22北京理工

8、大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計I3 熱量衡算.243.1 主要對聚合釜進行熱量衡算.243.1.1 基礎數據.243.2 各聚合釜反應轉化率確定 .253.3 各釜物料組成及物性據數.263.4 各釜對流傳熱系數和傳熱系數 K 的計算 .273.4.1 夾套內冷卻鹽水的對流傳熱系數1 計算.273.4.2 釜內對流傳熱系數的計算 .282i3.4.3 各釜總傳熱系數 K 的計算.303.4.4 聚合釜攪拌功率的計算.313.5 熱量衡算.324 設備計算及選型.364.1 聚合釜計算 .364.1.1 基礎數據.364.1.2 聚合釜容積確定.364.1.3 聚合釜筒體直徑與筒體高度

9、確定.364.1.4 夾套直徑及高度確定.384.1.5 釜壁厚的計算.394.1.6 夾套筒體與封頭壁厚確定.394.1.7 水壓試驗應力校核.404.1.8 釜有關數據.404.2 攪拌器的確定.414.3 各物料進出管管徑確定.414.4 換熱器的選擇.444.5 泵的選擇.49參考文獻.52致謝.53附錄.54北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計01 1 緒論緒論1.11.1 概述概述.1 設計依據設計依據本設計主要設計依據是北京理工大學珠海學院化工與材料學院下發(fā)的“年產4萬噸順丁橡膠聚合車間的工藝設計”本科生畢業(yè)設計任務書。.2 生產狀況生

10、產狀況所設計車間設計生產規(guī)模為年產量為 4 萬噸順丁橡膠。主要生產原料：單體丁二烯；主要溶劑為溶劑油；反應引發(fā)劑為環(huán)烷酸鎳、三異丁基鋁、三氟化硼乙醚絡合物的混合物；所用終止劑為乙醇；防老劑為 2.6-二叔丁基對甲苯酚。本設計的生產原理是反應原料溶液發(fā)生聚合的方法，使混合液在連續(xù)釜式反應器中進行配位反應聚合，反應制得粘稠膠液，再經過水蒸汽對反應物進行凝聚、洗膠、干燥、壓塊等過程獲得所要產品順丁橡膠。.3 工藝路線工藝路線(1)聚合方法路線的選定根據產物結構要求從自由基聚合、陽離子聚合、陰離子聚合等反應機理中選擇出配位聚合，同時考慮配位聚合所用原料、傳熱、引發(fā)劑、物料輸送、回收、操

11、作方式等方面考慮選擇溶液聚合實施方法路線。該工藝處理路線包括了如反應活性中心的形成過程，特殊引發(fā)劑組分的安全防護等；由于混合溶劑在連續(xù)反應過程中的存在，所以要考慮溶劑的回收、循環(huán)利用，反應的終止方式等過程。操作為連續(xù)操作方式。單體原料路線的確定通過對乙醇法、乙炔法、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方法的優(yōu)缺點的對比，通過結合現實情況，正確地選擇合適的丁烯氧化脫氫制丁二烯原料生產路線。溶劑的選擇不同溶劑對反應原料、產物及反應所需的各種引發(fā)劑的溶解能力有所不同。從溶解度參數、體系粘度、生產能力提高、工程上傳熱與攪拌等幾方面對苯、甲苯-庚烷、甲苯、溶劑油等，進行全面比較，對溶

12、劑油進行選擇確定。引發(fā)劑的選擇北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計1首先從適合順丁橡膠聚合生產反應的引發(fā)劑共性入手，比如穩(wěn)定性好、定向能力高、高效、用量少、易分離及殘存對反應產物性能無影響等等，對常用的 Ti 系、Co系、Li 系、Ni 系四種類型引發(fā)劑進行綜合比較，選擇最適合的 Ni 系引發(fā)劑，其組份主引發(fā)劑為環(huán)烷酸鎳，助引發(fā)劑為異丁基鋁，三氟化硼乙醚絡合物。1引發(fā)劑活性中心的形成方式的選擇 陳化方式陳化指為了提高引發(fā)劑活性，充分發(fā)揮各組分的作用，在進行聚合反應前先把引發(fā)劑各組分溶液按一定比例配比，在適當的反應條件下進行的預混合反應。國內生產對上述引發(fā)體系采用過即三元陳化、雙二元

13、陳化、稀硼單加三種反應陳化方式。綜合比較后，確定稀硼單加為最佳方式。1.21.2 原料、產品的物理化學性質和主要技術指標原料、產品的物理化學性質和主要技術指標.1 原料的物理化學性質及技術指標原料的物理化學性質及技術指標順丁橡膠生產的主要原料是單體丁二烯，溶劑，溶劑油；選用引發(fā)劑為環(huán)烷酸鎳、三異丁基鋁、三氟化硼乙醚絡合物；選用終止劑為乙醇；防老劑為 2.6-二叔丁基-4-甲基苯酚。設計所采用的各種原料質量指標數據如下所列：丁二烯：純度：99；丁烯：1；水值：；二聚物：；20mg kg50mg kg溶劑油(C6 油)組分：2.1%、57.8%、40.1%；碘值：；餾程：C5C6C

14、702100. gg6090；水值：。20mg kg環(huán)烷酸鎳：鎳含量：78；不皂化物： 無；水份：0.1三異丁基鋁：無懸浮物；外觀淺黃透明；活性鋁含量：50。三氟化硼乙醚絡合物：BF3 含量：46；沸點：124.5126。終止劑：純度：95；恒沸點：78.2；含水：5；密度：810。Kg m3防老劑：熔點：6971；灰分：0.03；游離甲酚：0.04；油溶性：合格。.2 生成物順丁橡膠的物理化學性質及技術指標生成物順丁橡膠的物理化學性質及技術指標順丁橡膠的分子結構直接影響決定了它的性質。其結構主要為分子內結構和分子間結構。順丁橡膠的分子結構環(huán)烷酸鎳三異丁基鋁三氟化硼乙醚絡合物混

15、合引發(fā)劑體系促使丁二烯聚合反應后的產物中含 9698的順式 1.4 結北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計2構，12反式 1.4 結構和 12的 1.2 結構加成物。其中順式 1.4 結構為主的大分子聚合物，具有分子鏈長，分子間排布均勻，自然狀態(tài)下為無規(guī)線團狀；分子內存在獨立雙鍵使大分子鏈的柔性大，同時易于硫化處理等等的特點。1由于順式 1.4 結構聚合物在產物中中占很大部分，從而使得聚合物大分子的規(guī)整性比較好好，而且產物分子鏈間無取代基，其形成的對稱性好，但是其重復結構單元之間的距離比較大，故造成順式 1.4 結構聚合物比反式 1.4 結構聚合物更難于結晶。即使它能結晶，它的熔點

16、也會比較低，所以，在常溫狀態(tài)下順式 1.4 結構聚合物無結晶態(tài)，只是以無定形的形態(tài)存在。相反，反式結構產物相對易結晶。所以，前者是高彈性體，后者無彈性體。順丁橡膠的性能通過與天然橡膠作對比，順式順丁橡膠具有耐低溫性好、耐磨性佳、彈性高和生熱性小、耐撓曲性及動態(tài)性能好以及耐老化、而永久性好等特點，它被廣泛用于輪胎加工行業(yè)，但它也有加工性欠佳、強度較差、抗?jié)窕圆缓?、有冷流性傾向等缺點。 2順丁橡膠的性能先觀察生膠的性能(外觀、可塑性、加工性、顏色等)好壞，影響它因素有聚合方法、門尼粘度、平均分子量、分子量分布、凝膠含量、引發(fā)劑系統、生膠的分子結構、灰分、揮發(fā)份等。其次再觀察硫化后的硫化膠性能(抗

17、張強度、伸長率、生成熱、永久變形、硬度、回彈性、300定拉伸強力、磨耗量等)，影響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。 3順丁橡膠的用途產品主要用在輪胎加工行業(yè)，此外，還用于輸送帶、傳動帶、模壓制品、鞋底、膠鞋及海綿膠等方面。生產中成品膠質量指標生產中成品膠質量指標如表 1.1 所示。表表 1.1 成品膠質量指標成品膠質量指標項目優(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MC1 4100455455457混煉膠門尼粘度MC1 410068737325min6.56.011.0北京理工

18、大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計3300定伸應力MPa35min50min7.011.06.810.86.711.26.511.06.511.56.311.3拉伸強度MPa35min14.213.713.2伸長率35min4504304301.31.3 生產流程簡述生產流程簡述.1 生產流程簡述及工藝設備選擇生產流程簡述及工藝設備選擇聚合工段聚合工段流程主要是由罐區(qū)、計量、聚合、配制、粘度五個主要崗位所組成。罐區(qū)部分主要負責貯存、收送丁二烯溶液和溶劑油。當聚合崗開車運作，罐區(qū)連續(xù)不斷的給聚合釜輸送溶劑油；原料單體丁二烯則由后乙腈直接輸送進行聚合，聚合釜停產后，則未反應的

19、丁二烯直接輸送回罐區(qū)。計量崗主要負責為聚合反應過程輸送各種各樣的引發(fā)劑、終止劑。配制崗的負責主要為聚合反應配制各種引發(fā)劑和終止劑，同時還負責接收從鋁劑車間配制好的三異丁基鋁溶劑。粘度崗主要對生產的結果進行檢測，測試產物的門尼粘度和轉化率。流量控制閥對來自乙腈的丁二烯進行調控在合適的流量范圍內，反應物料流進文氏管后和溶劑油溶劑進行充分混合，進而流進丁油預熱器和預冷器進行熱量交換，從而能夠控制溶液以合適的溫度入釜。鎳組分，鋁組分分別由鎳計量泵和鋁計量泵送出，通過鋁鎳文氏管不斷混合后，與出自丁油預熱器和預冷器的丁油溶液進行混合。硼引發(fā)劑組分則是由硼計量泵直接送出和稀釋油溶劑經文氏管進行混合后，在釜底

20、與丁油混合后進入首釜。丁油溶液在聚合釜中，在一定溫度和壓力的環(huán)境下，通過引發(fā)劑的作用，原料丁二烯發(fā)生聚合反應，從而生成高分子量的丁二烯聚合產物聚丁二烯。首釜膠液自釜項出口出來，由第二釜釜底進入第二釜繼續(xù)進行反應；再由第二釜的釜項出口出來，由第三釜釜底進入第三釜繼續(xù)進行反應；由第三釜的釜項出口出來，進入第四釜繼續(xù)進行反應；當反應物料達到一定粘度和轉化率后，在第四釜的出口管線和終止劑從終止釜釜底進入終止釜進行終止反應處理；最后，膠液由終止釜項出口出來，經膠液過濾器和壓力控制閥入成品工段凝聚崗的膠液罐。反應過程中用于換熱的冷溶劑油視情況可以從不同 4釜的項部加入。后處理工段后處理工段包括混膠崗、凝聚

21、崗、洗膠崗、干燥崗、壓塊崗、薄膜崗、紙袋崗?；炷z崗接收原料反應聚合的膠液，將不一樣門尼粘度的膠液混合配制為優(yōu)級品指標內的膠液；由膠液罐定期回收小部分丁二烯；將檢查合格的膠液送往凝聚崗。凝聚崗將終止后進入膠液罐混合的門尼粘度合格的膠液進行凝聚，膠粒送洗膠崗，溶劑油北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計4送回收工段。洗膠崗對膠粒表面雜質用水進行清洗，降低膠液的溫度，并且把膠粒輸送去干燥崗。干燥崗把含水 4060的膠粒物質，通過擠壓脫水機、膨脹干燥機和干燥箱降到 0.75以下，并呈海綿狀，直徑為 10mm 小膠條送至壓塊崗。壓塊崗對產物進行稱量壓塊。薄膜崗對產物用薄膜進行包裝。紙袋崗則對產

22、物封袋、入庫。終止反應后的膠液則進入膠液儲罐，同時將部分反應未轉化的丁二烯物料經液罐罐項壓控調節(jié)閥，再經過鹽水冷凝冷卻器，進入配置的丁二烯貯罐，最后輸送去丁二烯回收罐區(qū)。罐區(qū)中的膠液依據門尼粘度值高低進行相互混配達到合格后，通過膠液泵送去凝聚崗。合格膠液經泵輸送并噴射到凝聚釜內，在熱水、機械攪拌和蒸汽加熱的作用下，進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，氣體經過兩個并聯的循環(huán)水冷凝冷卻器，冷凝物進入油水分離器進行油水分離，溶劑油用油泵送往溶劑回收罐區(qū)，水經油水分離罐底部由液面調節(jié)閥控制排出，經二次凈化分離罐排入地溝。釜底膠

23、粒和循環(huán)熱水經顆粒泵送入洗膠崗的緩沖罐，再經 1 號振動篩分離出膠粒送至洗膠罐4。在洗膠罐中，對膠粒用 5070的水進行洗滌，由 2 號振動篩對洗滌過的膠粒和水進行分離，同時將含水 4060的膠粒送往擠壓干燥崗。對膠粒用擠壓機進行擠壓，使含水量降至815，進而把它切成條形狀，進行膨脹和內蒸，即是把它送入膨脹干燥機加熱、加壓，把膠粒的絕大部分水分脫去，再送入水平紅外干燥箱干燥，使膠的含水量達標0.75以下。經干燥核查合格后的膠條用提升機送至自動稱量秤，進行稱量壓塊(25kg)。稱重壓好的膠塊用薄膜包好，再裝入紙袋封好入庫。.2 操作控制指標操作控制指標聚合工段操作控制指標丁油濃度

24、：1215g/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20105.10104.20104./鋁=6;鋁/鎳=38;防老劑/丁=0.79%1.0%; 轉化率：83%;收率：95%;每噸順丁膠消耗丁二烯：1.045 t后處理工段操作控制指標膠液罐：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：9498；壓力0.08MPa ;釜底溫度：96101;液面：7 視鏡;蒸汽壓力：0.9MPa; 水膠比(體積)：58;循環(huán)水壓力：0.15MPa;安全閥定壓：0.1MPa;噴膠量：北京理

25、工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計51025; 循環(huán)水 PH 值：810;分層罐：常壓(開口) ;界面：隔板高的 40%60%;Mh3/液面：隔板高的 20%80%;熱水罐：液面1/2;洗膠罐：水溫：4555;洗滌水罐液面：1/4;干燥崗： 擠壓機出口膠含水：812%; 熱風溫度：80100;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;控制油路油壓：1.5Mpa;低壓油壓：5Mpa1.41.4 車間三廢處理及安全防護車間三廢處理及安全防護.1 車間三廢處理車間三廢處理車間三廢排量及組成如表 1.2 所示。表表

26、1.2 三廢排量及組成表三廢排量及組成表排放量序號名稱溫度壓力Pa排出點單位正常最大組成及含量國家排放標準處理意見備注廢水聚合總下水B、F、N擠壓機排水B、F、N洗膠罐排水B、F、N油水分離罐B、油生化處理后排放廢氣脫水回流罐、C4C5C6膠液罐排氣、C4送火炬燃燒廢渣鋁 渣溶劑油、鋁廢膠網狀結構凝膠污泥焚燒.2 安全防護安全防護聚合工段全車間使用不同原料有丁二烯、三異丁基鋁、溶劑油、丁烯、終止劑等等。從北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計6化工工藝設計手冊化工生產安全與防護等資料了解這些原料的性質。防范全車間火災甲級危險；設定 2 區(qū)為爆炸危險場所；車間建筑物歸屬

27、一類工業(yè)建筑等。設計用的電氣設備必須使用用隔爆式電器設備；各設備都要通過接地線等預防靜電和防雷等設施；車間的通風設備要到位。在車間的生產過程中要禁止下列行為6 ：進入車間內不得明火；禁止帶電子通訊設備進入車間；禁止產生火花的的行為，如吸煙；機動車要有允許才可進入生產車間區(qū)域。車間生產工作人員必須熟悉了解相關崗位各種消防設施及存放位置，而且能正確熟練的使用，掌握了處理現場各種物料的性質安全問題。車間生產員工要做好各種防護人身安全的措施，接觸腐蝕有毒等物料時要戴好手套，販毒面具，防腐蝕衣服等。貯罐等設備泄露、冒頂后要馬上采取預急措施，停止物料輸送，把控現場安全，做好明火，防火等措施，及時清理現場，

28、防止危險物料的危害。生產設備超壓時應采取緊急排空措施，必須有專人監(jiān)護現場。用錘子敲打生產設備時，要求使用銅制工具或在鐵制工具上涂上黃干油，避免引起火花。車間生產現場嚴禁存放易燃，易爆物品，預防產生火花。生產設備開車前必須使用氮氣進行置換，聚合系統及丁二烯貯罐的氧含量必須小于 0.2，其它設備置換到氧含量小于 1方可投料。各貯罐填料不得超標，同時要在氮氣的保護下進行。常壓條件下儲罐的壓強必須保證在 0.05MPa 一下,受壓罐壓強保證處在 0.4MPa。用蒸汽對聚合釜蒸煮一天以上進行清膠，保持釜內可燃物含量在 0.2一下，含氧量在 18以上才可入釜治理清理。在規(guī)定的地點用槽車進行裝卸物料，裝卸物

29、料過程中槽車不得發(fā)動，使用膠管車身要連接地線，要控制流量，避免產生火花，要有專人對裝卸現場進行看管。后處理工段后處理部分所用物料主要有膠液、丁二烯、溶劑油等，性質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。膠液罐與凝聚釜在進行清理前要做好安全措施，要切斷這種連接設備，有氮氣置換，控制可燃物濃度含氧量等，檢查合格后方可入內。后處理所用的電器、轉動設備較多，一線生產人員要做好各種人生安全防護措施。干燥崗有危害呼吸道的顆粒，所以要有排氣通風各種必要設施。設備動火要有動火票，并有專人監(jiān)護，切斷電源，嚴禁啟動。膠庫嚴禁明火和各種產生火花的行為，庫內保持衛(wèi)生。北京理工大學珠海學院

30、 2014 屆本科生畢業(yè)設計72 2 物料衡算物料衡算2.12.1 數據數據年產量：40000t;年開工時間：8000 h;產順丁橡膠每噸耗丁二烯：1.045t;經過計算順丁橡膠總轉化率約：85%;丁二烯濃度：丁1215;首釜溫度：95;gml/100末釜溫度：110;原料入釜溫度：40;聚合系統壓力：0.44;計量罐壓力：MPa0.1MPa;計量泵壓力：0.8MPa;設計原料選用配方：硼/丁 ;鋁/丁;鋁/硼 0.25;鎳/丁;2 0104. 1 0104. 2 0105. 醇/鋁6;鋁/鎳38;防老劑/丁二烯0.79（質量比） 。生產順丁橡膠整裝置總收率約為 95.3；總損耗率約 4.7（

31、包括機械損耗和工藝損耗）。各種損耗如下（以 1.045 噸 100丁二烯為基準計算收率和損耗）：原料丁二烯發(fā)生聚合、凝聚的泄漏損失約0.5;油水分離器分離過程發(fā)生水相丁二烯溶解損失約 2;聚合方應掛膠等過程損失約 1;凝聚、振動篩聚丁二烯渣沫損失 0.5;包裝過程中不合格品和落地料損失約 0.7。.計算基準單位計算基準單位連續(xù)反應操作過程以作為基準單位。kg h2.32.3 聚合釜物料衡算聚合釜物料衡算溶劑油丁二烯鎳組分鋁組分 硼組分去終止釜掛膠損失北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計8 圖圖 2.1 聚合釜物料衡算圖聚合釜物料衡算圖.1 丁二烯系統丁

32、二烯系統每小時產膠量：/hkg50008000100040000需 100純度丁二烯量：/hkg5225045. 15000除去 2.5的各種損失量應該有聚丁二烯：kg/h375.5094025. 015225根據計算結果 85轉化率計算 100純度丁二烯的需求量：/hkg382.599385. 0375.5094hkmolhkg/989.110/382.5993未參加反應的丁二烯量：hkg /007.899375.5094382.5993根據從原料車間來的丁二烯純度約為 99，余下的按正丁烯計。則需要的原料量：hkg /921.605399. 0382.5993則隨原料帶入的丁烯量約：hkg

33、 /539.60382.5993921.6053整理上述計算結果列下表：表表2.1 聚合放應進料聚合放應進料組分質量分數wtkg ht/dt/ahm3丁烯160.5391.453484.3120.102丁二烯995993.382143.84147947.0569.544合計1006053.921145.29448431.3689.646備注：丁烯的密度：596;丁二烯密度：628;溶劑油密度：6603mkg3mkg3mkg.2 溶劑油系統溶劑油系統北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計9設取丁油量的濃度為 13.5，換算為 135gml/100kg m/3則每小時進入

34、方應聚合釜的丁油量：3844.44135921.6053m每小時進入方應聚合釜的丁二烯原料量：3646. 9m每小時進入方應聚合釜的溶劑油量： kgm734.23230660198.35198.35646. 9844.44.3 引發(fā)劑系統引發(fā)劑系統計算公式：引發(fā)劑用量丁二烯進料摩爾數(引發(fā)劑/丁)引發(fā)劑分子量a、環(huán)烷酸鎳：M 鎳=58.7hkmolhkg/00224. 07 .58132. 0/132. 07 .58100 . 254921.60535成品中環(huán)烷酸鎳的含量為 7.5，則環(huán)烷酸鎳的量為：hkg /76. 1075. 0132. 0b、三異丁基鋁： Al iC H

35、493MAl i C H493198MAl 27hkg /220. 21981054921.60534換算為鋁的量： kmolhkg0112. 027303. 0/303. 019827220. 2C、三氟化硼乙醚絡合物：BF C HO3252() MBF C HO3252142MB10 811.hkg /184. 314210254921.60534換算為硼的量： hkmolhkg/0224. 0811.10242. 0/242. 0142811.10184. .4 聚丁二烯系統聚丁二烯系統聚丁二烯產量： hkg /375.509485. 0382.5993掛膠損失：hkg

36、 /25.5201. 05225去終止釜干膠量：hkg /125.504225.52375.5094北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計10驗證配方： 合格500224. 00112. 0NiAl 合格5 . 00224. 00112. 0BAl聚合釜物料衡算列總表如下表2.2：表表2.2 聚合釜物料衡算表聚合釜物料衡算表序號組 分kg/ht/dt/awt1丁 烯60.5391.300433.3360.207進2丁 二 烯5993.382128.74290020.4613溶 劑 油23230.734498.856166285.46479.3084環(huán)烷酸鎳1.7600.037312.

37、440.005料5三異丁基鋁2.2200.04715.7280.0076三氟硼乙醚絡合物3.1840.067722.560.0127進料合計29291.819629.008209669.5281008丁 烯60.5391.300433.3360.207出9丁 二 烯899.0076.43521451.02310溶 劑 油23230.734498.856166285.46479.30811去終止釜聚丁二烯5042.125121.0114033719.238料12三種引發(fā)劑7.1640.15250.7280.02513掛膠損失52.251.2544180.19914出料合計29291.819629

38、.008209669.528100終止釜發(fā)生過程的物料衡算圖見圖2.2去凝聚釜防老劑終止劑乙醇聚合來膠液北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計11圖圖2.2 終止釜物料衡算圖終止釜物料衡算圖 .5 終止劑、防老劑系統終止劑、防老劑系統計算公式如下： hkghM/257. 3/00402. 05481095. 0466100 . 1921.605334其中含水量約占 5，其量約為：hkg /163. 005. 0257. 3則用 100乙醇用量約：hkg /094. 3163. 0257. 3防老劑用量：設取防老劑/丁二烯0.79，防老配制濃度為 117g l hMhk

39、g/409. 0117830.47/830.470079. 0921.60533隨防老劑一起帶入的溶劑量： hkghM/134.2676604047. 0/4047. 000402. 0409. 03以上整理可得終止釜物料衡算列表如下表2.3表表2.3 終止釜物料衡算列表終止釜物料衡算列表序號組 分kg/ht/dt/awt1膠 液29239.569627.755209251.52898.93332終 止 劑3.0940.069223.080.01043水0.1630.00351.1520.00114防 老 劑47.8301.017338.9120.16025帶入溶劑267.1345.67918

40、92.9920.8950進料6進料總計29557.79634.524211507.6641007丁 烯60.5391.235411.6640.2108丁 二 烯899.00721.5767192.0563.6722乙醇密度乙醇純度乙醇分子量醇鋁比鋁丁比丁二烯摩爾數乙醇用量 100北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計129三種引發(fā)劑7.1640.144648.1920.024710溶 劑 油23497.868460.8856153632.52678.44311干 膠5042.125102.67134223.75217.47512終 止 劑3.0940.06256.7420.01061

41、3水0.1630.00331.0960.000514防 老 劑47.8300.966321.9680.164出料15出料總計29557.79634.524211507.6641002.42.4 凝聚釜物料衡算凝聚釜物料衡算凝聚釜物料衡算所需的各種基礎數據：（1）終止釜物料衡算表中的出料數據；循環(huán)用水量：設取 水/膠液7.5(體積) ;循環(huán)用水入口溫度：設取 90；設取 0.9(表壓水蒸汽消耗量：5 噸水蒸汽/噸膠；凝聚aMP溫度：設取 95；凝聚壓力：取 0.02(表壓)；膠液入釜溫度：設取 20；油水分離器：溶劑油在水中的飽和溶解度約為 0.0014(分子)；水在烴類中的飽和溶解度為100m

42、g/kg；溶劑油(以正已烷計)：2095的平均比熱約為 2.428；在 95kJ kg C時的氣化熱為 316.522；丁二烯在 95時的氣化熱為 131.884；2095kJ kgkJ kg的平均比熱約為 2.554；丁烯(以正丁烯計)在 95時的氣化熱為kJ kg C254.139；2095的平均比熱約為 2.679；經振動篩過程后自由水基本kJ kgkJ kg C全部脫除，膠粒內含 60，含油約為 0.5；干燥脫水過程裝置使膠粒內含水和油(即揮發(fā)分)小于 0.75；包裝入庫成品膠質量指標。凝聚釜物料衡算圖如圖 2.3圖圖2.3 凝聚釜物料衡算圖凝聚釜物料衡算圖（1）用于循環(huán)熱水用量熱水熱

43、水膠液膠液0.9MPa 水蒸氣水蒸氣凝凝聚聚釜釜機械損失機械損失渣沫損失渣沫損失熱水、膠粒去振動篩熱水、膠粒去振動篩北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計13設?。核?膠液7.5(體積比)則用水量：hM /398.3395 . 7409. 0844.443取用水量圓整為 339/h；即為 339T/h。M3（2）損失量丁二烯機械損失： hkg /27.30005. 0921.6053聚丁二烯渣沫損失：hkg /967.29005. 0382.5993連續(xù)操作過程損失的防老劑：hkg /239. 0005. 0830.47（3）去振動篩專置的聚丁二烯膠粒量聚丁二烯：hkg /158.5

44、012967.29125.5042膠粒內含防老劑：hkg /591.47239. 0830.47膠粒內含油：hkg /211.25005. 0125.5042膠粒內含水：hkg /275.30256 . 0125.5042（4）水蒸氣冷凝量溶劑油氣化量：hkg /657.23472211.25868.23497丁烯氣化量： hkg /539.60丁二烯氣化量：hkg /737.86827.30007.899備注：暫時未扣除膠液罐中回收的丁二烯量。查物理化學得：0.9(表)水蒸焓值H 汽2781.71MPakJ kg查物理化學得：95飽和水焓值H 水=397.75。kJ kg焓差為：HkJ kg

45、2781 71397 752383 96.分四部分估算水蒸汽冷凝量：用于溶劑油氣化hkgGCW/471.490996.23832095428. 2522.316657.234726用于丁烯氣化hkgGCW/556.1196.23832095679.2139.254539.604北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計14用于丁二烯氣化hkgGCW/862.11796.23832095554. 2884.131737.8684用于循環(huán)水從 90升溫到 95 hkgGW/823.297696.238390951868.4339000四項之和：GGGGGWWWWCCC644hkgG/712.

46、8015823.2976862.117556.11471.4909以上計算所有冷凝水有 3025.275kg 包含在膠粒內，所有冷凝水與循環(huán)水一起支振動篩。（5）進入凝聚釜的蒸汽總量： hkg /250005000000. 5其中去油水分離器的水蒸氣量：hkg /288.16984712.801525000整理得凝聚釜物料衡算數據列表如下：表表 2.42.4 凝聚釜物料衡算數據表凝聚釜物料衡算數據表類別 序號 組分kg/ht/dt/awt%進1膠液29557.79634.523211507.6647.4592循環(huán)水3390007272242400085.487料3水蒸汽250006002000

47、007.0544進料合計393557.798506.5232835507.6641005聚丁二烯5012.158121.011403371.422去6防老劑47.5911.017338.9120.012振7溶劑油25.2110.605201.6880.006出 動8引發(fā)劑7.1640.15250.7280.002篩9終止劑3.0940.06922.840.00110水347015.8757446.0232481696.26287.52111去1號篩合計352111.0937567.8772522647.4388.948去12丁烯60.5391.2994330.016油13丁二烯868.7376

48、.43521450.076水14溶劑油23472.657498.856166285.4645.886北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計15分15水蒸氣16984.288430.763143587.6085.06離16去分離罐合計41386.221937.353312451.07211.038料 損17損失丁二烯30.270.644214.5040.007失18損失干膠29.9670.644214.5040.007物19損失防老劑0.2390.0050.6100.0001料20損失合計60.4761.293409.1620.01421出料合計393557.798506.523283

49、5507.6641002.52.5 振動篩及熱水罐物料衡算振動篩及熱水罐物料衡算振動篩及熱水罐反應流程如圖 2.4圖圖2.4 緩沖罐、振動篩、洗膠罐物料衡算圖緩沖罐、振動篩、洗膠罐物料衡算圖.1 進料系統進料系統（1）經自凝聚來膠粒和水總量： 352111.093kg/h（2）取洗膠熱水量：70 /h,即 70000 kg/hM.2 出料系統出料系統（1）循環(huán)熱水去凝聚熱水罐： 339000kg/h（2）洗膠熱水支洗滌熱水罐： 70000 kg/h（3）去干燥脫水：聚丁二烯： 5012.158 kg/h防 老 劑：47.591kg/h溶 劑 油：25.211k

50、g/h 水：3025.275 kg/h（4）去污水池(設引發(fā)劑與終止劑全部洗掉,不循環(huán))緩沖槽1 # 振動篩V-1E-12 # 振動篩凝聚來膠粒 、水循環(huán)熱水去凝聚釜去污水池洗膠熱水含水膠粒去干燥脫水去洗滌熱水罐北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計16引發(fā)劑：7.164kg/h終止劑：3.094kg/h 水： hkg /6 .4990275.30257000033900070000875.347015振動篩和洗膠罐物料衡算列下表：表表2.52.5 振動篩和洗膠罐物料衡算振動篩和洗膠罐物料衡算序號 組分kg/ht/dt/awt進1膠粒和水352111.0937567.87825226

51、25.88881.8332洗膠水70000168056000018.167料3進料合計422111.0939247.8783082625.8881004去凝聚循環(huán)熱水罐的水33900072728726400078.635去洗滌熱水罐的水70000168056000018.17出 去6聚丁二烯5012.158121.01140337干7防老劑47.5911.017338.912燥8溶劑油25.2110.605201.688脫9水3025.27572.60724202.2水106-9項合計8110.235195.2465079.82.11去11引發(fā)劑7.1640.15250.667污12終止劑3.

52、0940.06922.84料 水13水4990.6100.41833472.52池1411-13項合計5000.858100.63933546.0271.0915出料總合計422111.0939247.8783082625.8881002.62.6 干燥脫水物料衡算干燥脫水物料衡算干燥脫水物料衡算圖如圖 2.5 去包裝 含水膠粒 干燥.脫水 水.溶劑油去污水池圖圖2. 5 干燥干燥.脫水物料衡算圖脫水物料衡算圖北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計17按指標膠內揮發(fā)分(水、油)0.75，設計設取 0.74，其中水 0.64，油0.1。則：膠內含水：kg/h078.320064. 01

53、58.5012膠內含油：kg/h015. 5001. 0312.5015脫 油 量：kg/h195.20015. 5211.25脫 水 量：kg/h177.2993098.32275.30.1 去包裝部分去包裝部分聚丁二烯：5012.158kg/h防 老 劑：47.591kg/h 水：32.078 kg/h溶 劑 油：5.012 kg/h脫出揮發(fā)分組成： 水：2993.177 kg/h溶 劑 油：20.199 kg/h物料衡算數據列下表：表表2.62.6 干燥脫水物料衡算表干燥脫水物料衡算表序號 組分kg/ht/dt/awt%進 料1含水膠粒等8110.235172.337

54、57445.704100去2聚丁二烯5012.158109.26036419.976出包3防老劑47.5910.961320.36裝4水32.0780.699233.088 5溶劑油5.0120.10936.4166去包裝合計5096.839111.02937009.84064.453去7水2993.17760.90320301.16料污8溶劑油20.1990.404134.704水9去污水池合計3013.376661.30720435.86435.54710出料總合計8110.235172.33757445.7041002.72.7 包裝物料衡算包裝物料衡算計算不合格產品損失部分損失聚丁二烯

55、：kg/h085.35007. 0158.5012損失防老劑：kg/h351. 001. 0085.35北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計18損失溶劑油： kg/h035. 0001. 0085.35損失水量： 35.0850.00640.225 kg/h計算成品膠部分聚丁二烯：kg/h073.4977107.35158.5012防老劑： kg/h24.47351. 0591.47揮發(fā)分：kg/h 83.36225. 0035. 0012. 5078.32包裝部分物料衡算列下表：表表2.72.7 包裝部分物料衡算包裝部分物料衡算序號 組分kg/ht/dt/awt%進 料1成品膠5

56、096.839122.92340974.408100不2損失聚丁二烯35.0850.847282.36合3損失防老劑0.3510.00852.824出 格4損失水0.2250.00541.808損5損失溶劑油0.0350.00080.288失6損失合計35.6960.861287.2720.7去7聚丁二烯4977.073119.80139933.632料 包8防老劑47.241.008336.088裝9揮發(fā)分36.830.883294.3210去包裝合計5061.142122.06140687.13699.311出料總合計5096.839122.92340974.408100根據以上數據校驗設

57、計任務：從去包裝干膠中扣除防老劑后的生膠量： kg/h902.501324.47142.5061其年產量為：40111216 T/h結果稍大于所給設計任務，故設計為合格。2.82.8 油水分離器物料衡算油水分離器物料衡算油水分離器物料衡算圖如圖 2.6 凝聚釜頂來油和水 溶劑油對溶劑回收 油水分離器 去污水池圖圖2.6 油水分離器物料衡算圖油水分離器物料衡算圖北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計19進料量：41386.221kg/h.1 出料部分：出料部分：（1）水相系統 水： kg/h872.16981416. 2288.16984溶劑在水相中的飽和溶解量： kg

58、/h097.1184 .890014. 018288.16984丁二烯溶水損失約：kg/h868.11902. 0382.5993（2）油相系統丁二烯：kg/h869.748868.119737.868溶劑油： kg/h74.23354097.118661.23472丁 烯：60.359kg/h油相中的飽和水量： kg/h416. 20001. 0359.60869.74856.23354油水分離器物料衡算列下表：表表2.82.8 油水分離器物料衡算表油水分離器物料衡算表序號組 分kg/ht/dt/awt%出料1丁烯,丁二烯,溶劑油,水41386.221937.353312451.072100

59、2溶劑油23354.74495.911165303.736去3丁二烯748.8694.0151338.256出 回4丁烯60.3591.299433收5水2.4160.0516.7046去回收合計24166.384501.276167092.03253.48去7水16981.872430.713143570.936料 污8溶劑油118.0972.42806.744水9丁二烯119.8682.945981.728池10去污水池合計17219.837436.078145359.40846.5211出料合計41386.221937.353312451.0721002.92.9 溶劑回收部分物料衡算溶

60、劑回收部分物料衡算.1 基礎數據基礎數據把回收物料作簡化處理，烯烴按 C4H6 計；溶劑油的組成按 n-C6H14 計算；所含重組分以 n-C8H18 計，含量取溶劑油總進料量的 0.2。北京理工大學珠海學院 2014 屆本科生畢業(yè)設計20則溶劑回收進料組成如下表所示：表表 2.9 溶劑回收進料組成表溶劑回收進料組成表序號組成kg/hwt(%)Mikmol/hmol(%)1n-C8H1846.7090.1931140.4100.142n-C6H1423308.03196.44886271.02494.583C4H6809.2283.3495414.9865.2304H2O2.4