设计实例年产顺丁橡胶聚合车间工艺设计模板模板.doc
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1、第九章 设计实例-年产11000t顺丁橡胶聚合车间工艺设计设计实例一年产11000t顺丁橡胶聚合车间工艺设计设 计 说 明 书一、概述(一)设计标准设计依据依据相关部门下达设计任务书或可行性研究汇报批文,环境影响汇报书批文,资源评价汇报批文,技术引进汇报批文,技术引进协议,设计协议,其它文件等。对于毕业设计而言,学生设计依据就是专业老师下达设计任务书。车间概况该车间设计生产规模为年产11000t顺丁橡胶。关键原料:单体丁二烯;溶剂溶剂油;引发剂环烷酸镍、三异丁基铝、三氟化硼乙醚络合物;终止剂乙醇;防老剂2.6-二叔丁基对甲苯酚(简称2.6.4)。其生产原理采取溶液聚合方法,使丁二烯、溶剂、引发
2、剂等在连续釜式反应器中进行配位聚合,制得粘稠胶液,再经过水蒸汽凝聚、洗胶、干燥、压块等过程取得最终产品顺丁橡胶。工艺路线确实定聚合方法确实定依据产物结构要求从自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合、配位聚合等反应机理中选择出配位聚合,同时考虑配位聚合所用原料、引发剂、传热、物料输送、产物溶解、回收、操作方法等方面综合考虑选择溶液聚合实施方法。该工艺路线包含了如反应活性中心形成过程;特殊引发剂组分安全防护;因为溶剂存在肯定要考虑回收、循环利用;反应终止方法;产品防老化处理等特点。操作方法为连续操作。单体原料路线确实定经过比较乙炔法、乙醇法、丁烷一步脱氢法、丁烯氧化脱氢法、丁烯催化脱氢法、石油高温裂解
3、回收法等生产方法优缺点,结合当地情况,因地制宜地选择适宜丁烯氧化脱氢制丁二烯原料路线。溶剂选择多种溶剂对反应原料、产物及反应所用多种引发剂溶解能力不一样。从溶解度参数、体系粘度、工程上传热和搅拌、生产能力提升、回收难易、毒性大小、起源、输送等几方面对苯、甲苯、甲苯-庚烷、溶剂油等,进行综合比较,确定选择溶剂油。引发剂选择从适合顺丁橡胶生产引发剂共性入手,如定向能力高、稳定性好、易贮存、高效、用量少、易分离及残余对产物性能无影响等,对常见四大类型引发剂Li系、Ti系、Co系、Ni系进行比较,选择Ni系引发剂,其组份主引发剂为环烷酸镍,助引发剂为以异丁基铝,第三组分为三氟化硼乙醚络合物。引发剂活性
4、中心形成方法 陈化方法陈化是指为了提升引发剂活性,充足发挥各组分作用,在聚合前事先把引发剂各组分安一定配比,在一定条件下进行预混合反应。中国对上述引发体系曾采取过三种陈化方法,即三元陈化、双二元陈化、稀硼单加。经过比较确定最好方法为稀硼单加。聚合反应机理及影响反应原因聚合反应机理丁二烯聚合反应机理属于连锁聚合反应,遵照配位阴离子链引发、链增加、链终止及链转移等基元反应机理。其总反应式为:n CH2CHCHCH2 CH2CHCHCH2n 影响反应原因影响聚合反应原因关键有引发剂陈化方法,引发剂配制浓度,引发剂用量、配比,经过几方面进行分析,最终得出比较适宜配方为:镍/丁铝/丁硼/丁铝/硼 0.2
5、5、醇/铝=6铝/镍=38 单体浓度提升单体浓度聚合反应速度增加,有利于提升产量。从传热、搅拌、物料输送等方面综合考虑单体浓度(丁浓)控制范围为1015。温度聚合温度升高,会使反应速度加紧,产物分子量下降,但过高温度会造成大分子产生支化,影响胶质量。所以,要严格控制。通常首釜小于95,末釜小于110。杂质体系中杂质关键有乙腈、水分、炔烃和空气中氧等,这些杂质关键对引发剂活性、诱导期长短、体系稳定性、聚合速度产生影响,所以,要严格控制在一定指标以下。设计标准中还要考虑关键设备选型。(二)车间组成该车间关键由聚合工段和后处理工段组成。聚合工段关键由罐区、计量、聚合、配制、粘度等岗位组成。后处理关键
6、由混胶、凝聚、干燥、压块、薄膜、纸袋等岗位组成。设计范围包含:聚合工段至后处理工段物料衡算、聚合过程热量衡算、聚合工段多种设备选型,物料步骤图、带控制点工艺步骤图、聚合釜装配图、平面部署图等。车间设备采取露天和厂房内部署相结合标准。其中罐区、凝聚采取露天部署,其它全部采取厂房内部署。(三)生产制度考虑装置大修,采取年开工时间为8000h。全装置关键采取连续操作方法,局部采取间歇操作方法。全装置采取五班三倒制,每班八小时工作制。二、原料、产品物理化学性质及技术指标(一)原料物理化学性质及技术指标生产顺丁橡胶关键原料:单体:丁二烯;溶剂:溶剂油;引发剂:环烷酸镍、三异丁基铝、三氟化硼乙醚络合物;终
7、止剂:乙醇;防老剂:2.6-二叔丁基-4-甲基苯酚(简称2.6.4)。其化学名称、分子式、结构式、物理化学性质、起源(原料路线确定)、用途等能够查阅有机化工原料手册有机化工原料中间体便览有机化学及相关资料等取得。设计时采取多种原料质量指标以下:丁二烯纯度:99;丁烯:1;水值:;醛酮总量:;二聚物:;乙腈:检不出。溶剂油(C6油)组分:2.1%、57.8%、40.1%;馏程:6090;碘值:;水值:78;水份:46;沸点:124.5126。终止剂纯度:95;含水:5;恒沸点:78.2;密度:810。防老剂熔点:6971;游离甲酚:0.04;灰分:0.03;油溶性:合格。(二)生成物 顺丁橡胶物
8、理化学性质及技术指标顺丁橡胶物理化学性质和其结构直接关系。这种结构又分为分子内结构和分子间结构(聚集态结构)。顺丁橡胶结构 H H C C CH2 CH2 CH2 CH2 C C H H 顺式1.4结构 0.86nm 还有反式1.4结构和1.2位加成产物。利用环烷酸镍三异丁基铝三氟化硼乙醚络合物引发体系使丁二烯聚合后产物中含9698顺式1.4结构,含12反式1.4结构和121.2结构加成物。这种以顺式1.4结构为主聚合物含有分子链长,自然状态下为无规线团状;分子内存在独立双键使大分子链柔性大,同时易于硫化处理特点。因为顺式1.4结构含量大,使得大分子规整性好,同时又因为分子链无替换基,造成对称
9、性好,但因其反复结构单元之间距离大,而使顺式1.4结构聚丁二烯比反式1.4结构聚丁二烯更难于结晶。即便能结晶,其熔点也低(顺式1.4含量为98.5产物,熔点为0),所以,在常温下无结晶态,只以无定形形态存在。相反,反式结构产物易结晶。故此,前者是高弹性体,后者无弹性。顺丁橡胶性能经过和天然橡胶相比,顺丁橡胶含有弹性高、耐低温性好、耐磨性佳、滞后损失和生热性小、耐挠曲性及动态性能好和耐老化、而永久性好等特点。被广泛用于轮胎加工行业。但它也有加工性欠佳、强度较差、抗湿滑性不好、有冷流性倾向等不足。顺丁橡胶性能一看生胶性能(可塑性、加工性、外观、颜色等)好坏,影响它原因有聚合方法、引发剂系统、生胶分
10、子结构、门尼粘度、平均分子量、分子量分布、凝胶含量、灰分、挥发份等。二看硫化后硫化胶性能(抗张强度、300定拉伸强力、伸长率、硬度、回弹性、生成热、永久变形、磨耗量等),影响硫化胶原因有门尼粘度、凝胶含量、加工用配合剂(种类、用量、配方)加工方法等。上述这些能够用表格列出数据对常见橡胶胶进行比较显示。顺丁橡胶用途关键用于轮胎加工行业,另外,还用于输送带、传动带、模压制品、鞋底、胶鞋及海绵胶等方面。生产中成品胶质量指标生产中成品胶质量指标如表9-1所表示。表9-1 成品胶质量指标项目优级品一级品合格品挥发份0.751.001.30灰分0.300.300.30生胶门尼粘度455455457混炼胶门
11、尼粘度687373300定伸应力MPa25min35min50min6.510.57.011.06.810.86.210.76.711.26.511.06.011.06.511.56.311.3拉伸强度MPa35min14.213.713.2伸长率35min450430430三、车间危险性物料关键物性表该车间危险性物料关键包含丁二烯、三异丁基铝、溶剂油、乙醇等,其关键物性如表9-2所表示。表9-2 车间危险物料关键物性序号名称分子量熔点沸点闪点燃点爆炸极限(Vd%)国家标准备注上限下限丁二烯56-4.4三异丁基铝198溶剂油86686乙醇4678.4三氟化硼乙醚络合物142142.5126四、
12、生产步骤简述(一)生产步骤简述聚合工段聚合工段关键由罐区、计量、聚合、配制、配制、粘度五个岗位组成。罐区岗位负责贮存、收送丁二烯和溶剂油。聚合岗开车,罐区连续给聚合送溶剂油;单体丁二烯由后乙腈直接送聚合,聚合停产时,丁二烯直接送罐区。计量岗负责为聚合输送多种引发剂、终止剂。配制岗负责为聚合配制引发剂和终止剂,另外,还负责接收铝剂车间配好三异丁基铝。粘度岗负责检测生产结果,测试门尼粘度和转化率。由乙腈来丁二烯经流量控制阀控制适宜流量,入文氏管和溶剂油溶剂进行混合,再进入丁油预热器(预冷器)进行换热,控制一定入釜温度。镍组分和铝组分分别由镍计量泵和铝计量泵送出,经铝镍文氏管混合后,和出丁油预热器(
13、预冷器)丁油溶液混合。硼组分由硼计量泵送出和稀释油经文氏管混合后,在釜底和丁油混合进入首釜。丁油溶液在聚合釜中,在一定温度和压力下,受到引发剂作用,发生丁二烯聚合反应,生成高分子量丁二烯聚合产物聚丁二烯。首釜胶液自釜项出口出来,由第二釜釜底进入第二釜继续进行反应;再由第二釜釜项出口出来,由第三釜釜底进入第三釜继续进行反应;由第三釜釜项出口出来,进入第四釜继续进行反应;当达成一定粘度和转化率后,在第四釜出口管线(终止釜入口管线)和终止剂一起由终止釜釜底进入终止釜进行终止处理;最终,胶液由终止釜项出口出来,经胶液过滤器和压力控制阀入成品工段凝聚岗胶液罐。反应中换热用冷溶剂油视情况从不一样釜项部加入
14、。后处理工段后处理工段包含混胶岗、凝聚岗、洗胶岗、干燥岗、压块岗、薄膜岗、纸袋岗。混胶岗负责接收聚合来胶液,并将门尼粘度不一样胶液混配成优级品指标内胶液;在胶液罐定时回收一部分丁二烯;合格胶液送往凝聚岗。凝聚岗负责将终止后进入胶液罐混合门尼粘度合格胶液进行凝聚,胶粒送洗胶岗,溶剂油送回收工段。洗胶岗负责用水洗掉胶粒表面杂质,降低胶温度,并胶粒送往干燥岗。干燥岗负责将含水4060胶粒,经过挤压脱水机、膨胀干燥机和干燥箱降到0.75以下,并呈海绵状,直径为10mm小胶条送至压块岗。压块岗负责称量压块。薄膜岗负责薄膜包装。纸袋岗负责封袋、入库。被终止后胶液进入胶液罐后,将部分未转化丁二烯经罐项压控调
15、整阀,盐水冷凝冷却器,进入丁二烯贮罐,再送至丁二烯回收罐区。胶液在罐中依据门尼粘度值高低进行相互混配合格后,经过胶液泵送往凝聚岗。合格胶液被喷到凝聚釜内,在热水、机械搅拌和蒸汽加热作用下,进行充足凝聚形成颗粒,并蒸出溶剂油溶剂和少许丁二烯。釜项被蒸发气体有水蒸汽、部分丁二 烯和绝大部分溶剂油溶剂,气体经过两个并联循环水冷凝冷却器,冷凝物进入油水分离器进行油水分离,溶剂油用油泵送往溶剂回收罐区,水经油水分离罐底部由液面调整阀控制排出,经二次净化分离罐排入地沟。釜底胶粒和循环热水经颗粒泵送入洗胶岗缓冲罐,再经1号振动筛分离出胶粒送至洗胶罐。在洗胶罐中,用4060水对胶粒进行洗涤,经洗涤胶粒和水由2
16、号振动筛进行分离,并将含水4060胶粒送往挤压干燥岗。经过挤压机挤压将胶粒含水量降到815,然后,切成条状进入膨胀干燥机加热、加压,达成膨胀和内蒸目标,除去胶粒中绝大部分水分,再送入水平红外干燥箱干燥,使胶含水量达成0.75以下。干燥合格后胶条经提升机送入自动称量秤进行称量压块(25kg)。压好胶块用薄膜包好装入纸袋封好入库。(二)操作控制指标聚合工段操作控制指标丁油浓度:1215g/100mL首釜温度:95未釜温度:100压力: 0.25、醇/铝=6 铝/镍=38 防老剂/丁=0.79%1.0% 转化率:83% 收率:95% 每吨顺丁胶消耗丁二烯:1.045 t后处理工段操作控制指标胶液罐:
17、贮量罐容积80%;压力0.1MPa。胶液泵:压力0.1MPa。凝聚釜:釜顶温度:9498;压力0.08MPa 釜底温度:96101 液面:7视镜 蒸汽压力:0.9MPa 。 水胶比(体积):58 循环水压力:0.15MPa 安全阀定压:0.1MPa 喷胶量:1025 循环水PH值:810分层罐:常压(开口) 界面:隔板高40%60% 液面:隔板高20%80%热水罐:液面1/2洗胶罐:水温:4555 洗涤水罐液面:1/4干燥岗:挤压机出口胶含水:812% 热风温度:80100 蒸汽压力:0.9Mpa 循环水压力:0.1Mpa 干燥五段温度:175压块岗:高压油压:25Mpa 控制油路油压:1.5
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