本科毕业论文---年产5万吨顺丁橡胶生产工艺设计说明书.doc

沈阳建筑大学
毕业设计说明书

毕 业 设 计 题 目 年产2.0万吨顺丁胶生产工艺设计
学院专业班级 材料学院高分子2011级2班
学 生 姓 名 毕思远 性 别 男
指 导 教 师 范兆荣 职 称 高级实验师

2015年 6月 15日

沈阳建筑大学毕业设计
摘要
顺丁橡胶是仅次于丁苯橡胶的世界上第二大人工合成橡胶。本设计通过查阅资料文献介绍了顺丁橡胶行业目前的发展特点、所处的发展阶段、市场的供需平衡和竞争格局。通过计算分析比较,制定了原料路线、确认了聚合方法以及各类添加剂的选择。又在查阅各种物料的工艺参数，确定了顺丁橡胶的生产流程。总的来说，本设计在对顺丁橡胶在国内外的发展过程以及现状进行系统化分析之后，制定了相关生产路线，进而达到经济技术合理化，坚持可持续发展线路等要求。本设计对年产量为2万吨的顺丁胶聚合工艺进行了设备的物料衡算，聚合釜的热量衡算以及聚合釜的设备计算。阐述了对厂房的大概设计及相关要求，如何处理易燃易爆品等危险品，预防有毒有害物品等安全问题，以及发生事故时如何进行紧急处理和处理好“三废”问题。尽量在做到经济利益达到最大化的同时，也做到保护环境。通过查阅文献数据和计算分析，完成了年产2万吨顺丁橡胶的生产设计，绘制了工艺流程图、聚合釜装配图、厂区布置图以及车间布置图若干，最后对产品顺丁橡胶进行经济核算，各项数据均符合各项规定指标。

关键词：顺丁橡胶；丁二烯；转化率；催化剂；聚合
Abstract
Polybutadiene rubber is the world's second largest synthetic rubber,just after styrene-butadiene rubber.Through access to information and documents, the design introduces the butadiene rubber industry's development characteristics, stage of development, the supply and demand balance and market competition.By calculation and analysis, select raw material route, polymerization method, and various additives.And then, after checking out the process parameters of various materials,it determine the butadiene rubber production process.In a word,The design,after doing the systematic analysis of butadiene rubber about the development process and the status quo at home and abroad, formulated relevant production line,to achieving the rationalization of economic and technical,adhere to the sustainable development of the line.The design do a equipment mass balance of the annual output of 20,000 tons of butadiene rubber polymerization process,calculation of the heat and something about equipment.It elaborate on the plant design and requirements, how to deal with inflammable and explosive materials and other dangerous goods, prevention of toxic and hazardous materials safety issues, as well as how to deal with an emergency accident and to deal with the "three wastes" problem.Try to do to maximize the economic benefits, but also to do to protect the environment.After a review of the literature data and computational analysis,Complete an annual output of 20,000 tons of butadiene rubber production design, drawn a flow chart, the polymerization reactor assembly drawing, plant layout and several plant arrangement drawings.Finally,do the economic accounting about butadiene rubber, the data are all consistent with the specified target.

Key words：Polybutadiene rubber；Butadiene；Conversion rate；Catalyst；Polymerization
目录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 设计依据及生产状况 1
1.1.2 工艺路线 1
1.2 原料、产品的物理化学性质和主要技术指标 2
1.3 生产流程简述 3
1.3.1 生产流程简述及工艺设备选择 3
1.3.2 操作控制指标 5
1.4 车间三废处理及安全防护 6
1.4.1 三废处理 6
1.4.2 有毒物品 6
1.4.3 易燃易爆品 6
1.4.4 预防措施 7
1.4.5 有毒害物质的防护 7
1.4.6 防护噪声污染 8
1.4.7 厂房的布置及水电汽的要求 9
第二章 物料衡算 10
2.1 聚合釜和终止釜物料衡算 10
2.1.1 丁二烯系统 10
2.1.2 溶剂油系统 10
2.1.3 引发剂系统 11
2.1.4 聚丁二烯系统 11
2.1.5 终止剂、防老剂系统 12
2.2 凝聚釜物料衡算 13
2.3 振动筛及热水罐物料衡算 16
2.3.1 进料系统 16
2.3.2 出料系统 16
2.4 干燥脱水物料衡算 17
2.4.1 去包装部分 18
2.5 油水分离器物料衡算 20
2.5.1 出料部分： 20
2.6 溶剂回收部分物料衡算 21
2.6.1 基础数据 21
2.6.2 工艺要求 22
2.6.3 对丁二烯作物料衡算 22
第三章 热量衡算 24
3.1 主要对聚合釜进行热量衡算 24
3.1.1 基础数据 24
3.2 各聚合釜反应转化率确定 25
3.3 各釜物料组成及物性据数 26
3.4 各釜对流传热系数a和传热系数K的计算 27
3.4.1 夹套内冷却盐水的对流传热系数a1计算 27
3.4.2 釜内对流传热系数a2i的计算 29
3.4.3 各釜总传热系数K的计算 30
3.4.4 聚合釜搅拌功率的计算 31
3.5 热量衡算 33
第四章 设备计算及选型 37
4.1 聚合釜计算 37
4.1.1 基础数据 37
4.2 选取胶液贮罐 37
4.3 选取凝聚釜 38
4.4 搅拌器的确定 38
4.5 各物料进出管管径确定 39
4.6 换热器的选择 41
第五章 技术经济分析 46
5.1 技术经济分析 46
第六章 结论 48
参考文献 49
致谢 50
附录一
附录二

V

第一章 绪论
1.1 概述
1.1.1 设计依据及生产状况
本设计主要设计依据是沈阳建筑大学材料学院下发的“年产2万吨顺丁橡胶聚合车间的工艺设计”本科生毕业设计任务书。
所设计车间设计生产规模为年产量为2万吨顺丁橡胶。
主要生产原料：单体丁二烯；反应引发剂为环烷酸镍、三氟化硼乙醚络合物的混合物、三异丁基铝；主要溶剂为溶剂油；所用终止剂为乙醇；防老剂为2,6-二叔丁基对甲苯酚。
本设计的生产原理是反应原料溶液发生聚合的方法，使混合液在连续釜式反应器中进行配位反应聚合，生成的液体，再用水蒸汽对生产物进行凝聚、洗胶、干燥、压块等过程后方可得到产品——顺丁橡胶。
1.1.2 工艺路线
(1)聚合方法路线的选定
分析产物，从结构要求方面入手。从自阳离子聚合、由基聚合、阴离子聚合等机理中挑选出出配位聚合，此时还需要考虑配位聚合所用原料、传热、引发剂、物料输送、回收、操作方式几个方面考虑选择溶液聚合方法路线。溶液聚合工艺处理路线包括了反应活性中心的形成，特殊引发剂组分的安全防护等；由于混合溶剂在连续反应过程中的存在，所以要考虑溶剂的回收、循环利用，反应的终止方式等过程。选择连续操作方式。
(2)单体原料路线的确定
经过对乙醇法、丁烯氧化脱氢法、乙炔法、丁烯催化脱氢法、石油高温裂解回收法等方法的各种优点缺点的对比，然后结合实际情况，选择了丁烯氧化脱氢制丁二烯原料的生产路线。
(3)溶剂的选择
不同溶剂对原料、产物及各类引发剂的溶解能力不尽相同。从溶解度参数、体系粘度、生产能力的提高、工程传热与搅拌等几个方面对苯、甲苯-庚烷、甲苯、溶剂油等进行较为全面的比较，然后选择溶剂油。
(4)引发剂的选择
首先从适合顺丁橡胶聚合生产反应的引发剂共性入手，比如稳定性能、定向能力、高效、容易分离及残存对反应产物性能无影响等等，对常用的Ti、Co、Li、Ni四种系列类型引发剂进行对比，选择最合适的Ni系引发剂，其组份主引发剂为环烷酸镍，助引发剂为异丁基铝，三氟化硼乙醚络合物[1]。
(5)引发剂活性中心的形成方式的选择——陈化方式
陈化指为了提高引发剂活性，充分发挥各组分的作用，在进行聚合反应前先把引发剂各组分溶液按一定比例配比，在适当的反应条件下进行的预混合反应。国内生产对上述引发体系采用过即三元陈化、双二元陈化、稀硼单加三种反应陈化方式。综合比较后，确定稀硼单加为最佳方式。
1.2 原料、产品的物理化学性质和主要技术指标

表1-1原料的物理化学性质及技术指标
原材料名称
控制项目及指标
主要物化性质
抽提丁二烯
纯度≥99.5%
胺值≤1ppm

无色气体，有苦杏仁味，易液化，比重0.621（20℃）沸点是-4.5℃，闪点-40℃，化性活泼易聚合，爆炸极限
单体丁二烯
同上（纯度、水值、总炔值）乙腈 0.1ppm
同上
回收丁二烯
纯度≥96%
水值≤20ppm
同上
溶剂油
C52.1%、C657.8%、C740.1%；碘值<0.2g/100g；
无色透明液体，可溶于水，比重0.66~0.68，闪点≤ -25℃
环烷酸镍浓溶液
镍含量：>7~8%；不皂化物：无；水份：<0.1%
绿色透明溶液，在汽油中溶解度较大，应尽量避免同皮肤接触
三异丁基铝
活性铝含量：³50%
比重0.785，沸点10mmHg 82℃ 与空气接触后燃烧，与水、醇发生激烈反应
乙醇
纯度：95%；恒沸点：78.2℃；含水：5%；密度：810kg/m3
密封好，尽量避免挥发

顺丁橡胶生产的主要原料是单体丁二烯，溶剂是溶剂油；选用引发剂为环烷酸镍、三异丁基铝、三氟化硼乙醚络合物；选用终止剂为乙醇；防老剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。顺丁橡胶的分子结构直接影响决定了它的性质。其结构主要为分子内结构和分子间结构。
环烷酸镍－三异丁基铝－三氟化硼乙醚络合物混合引发剂体系促使丁二烯聚合反应后的产物中含96%~98%的顺式1,4结构，1%~2%反式1,4结构和1%~2%的1,2结构加成物。其中顺式1,4结构为主的大分子聚合物，具有分子链长，分子间排布均匀，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的柔性大，同时易于硫化处理等等的特点。顺式1.4结构聚合物在产物中占很大部分，使得聚合物大分子的规整性比较好，且产物分子链间无取代基，形成的对称性好，但重复结构单元之间的距离比较大，故造成顺式1,4结构聚合物比反式1,4结构聚合物更难于结晶。即使它能结晶，它的熔点也会比较低。通过与天然橡胶作对比，顺式顺丁橡胶具有耐低温性好、耐磨性佳、弹性高和生热性小、耐挠曲性及动态性能好以及耐老化、而永久性好等特点，它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、有冷流性倾向等缺点[2]。
生产中成品胶质量指标如表1-2所示。

表1-2成品胶质量指标
项目

优级品
一级品
合格品
挥发份
%
£0.75
£1.00
£1.30
灰分
%
£0.30
£0.30
£0.30
生胶门尼粘度
M100℃ 1+4
45±5
45±5
45±7
混炼胶门尼粘度
M100℃ 1+4
£68
£73
£73
300％定伸应力
MPa
25min
6.5~10.5
6.2~10.7
6.0~11.0
35min
7.0~11.0
6.7~11.2
6.5~11.5
50min
6.8~10.8
6.5~11.0
6.3~11.3
拉伸强度
MPa
35min
³14.2
³13.7
³13.2
伸长率
%
35min
³450
³430
³430

1.3 生产流程简述
1.3.1 生产流程简述及工艺设备选择
(1)聚合工段
聚合工段流程主要是由罐区、计量、聚合、配制、粘度五个主要岗位所组成。
罐区部分主要负责贮存、收送丁二烯溶液和溶剂油。当聚合岗开车运作，罐区连续不断的给聚合釜输送溶剂油；原料单体丁二烯则由后乙腈直接输送进行聚合，聚合釜停产后，则未反应的丁二烯直接输送回罐区。计量岗主要负责为聚合反应过程输送各种各样的引发剂、终止剂。配制岗的负责主要为聚合反应配制各种引发剂和终止剂，同时还负责接收从铝剂车间配制好的三异丁基铝溶剂。粘度岗主要对生产的结果进行检测，测试产物的门尼粘度和转化率。流量控制阀对来自乙腈的丁二烯进行调控在合适的流量范围内，反应物料流进文氏管后和溶剂油溶剂进行充分混合，进而流进丁油预热器和预冷器进行热量交换，从而能够控制溶液以合适的温度入釜。
镍组分，铝组分分别由镍计量泵和铝计量泵送出，通过铝－镍文氏管不断混合后，与出自丁油预热器和预冷器的丁油溶液进行混合。硼引发剂组分则是由硼计量泵直接送出和稀释油溶剂经文氏管进行混合后，在釜底与丁油混合后进入首釜。丁油溶液在聚合釜中，在一定温度和压力的环境下，通过引发剂的作用，原料丁二烯发生聚合反应，从而生成高分子量的丁二烯聚合产物—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；再由第二釜的釜项出口出来，由第三釜釜底进入第三釜继续进行反应；由第三釜的釜项出口出来，进入第四釜继续进行反应；当反应物料达到一定粘度和转化率后，在第四釜的出口管线和终止剂从终止釜釜底进入终止釜进行终止反应处理；最后，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的胶液罐[4]。反应过程中用于换热的冷溶剂油视情况可以从不同釜的项部加入。
(2)后处理工段
后处理工段包括混胶岗、凝聚岗、洗胶岗、干燥岗、压块岗、薄膜岗、纸袋岗。
混胶岗接收原料反应聚合的胶液，将不一样门尼粘度的胶液混合配制为优级品指标内的胶液；由胶液罐定期回收小部分丁二烯；将检查合格的胶液送往凝聚岗。凝聚岗将终止后进入胶液罐混合的门尼粘度合格的胶液进行凝聚，胶粒送洗胶岗，溶剂油送回收工段。洗胶岗对胶粒表面杂质用水进行清洗，降低胶液的温度，并且把胶粒输送去干燥岗。干燥岗把含水40~60%的胶粒物质，通过挤压脱水机、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。压块岗对产物进行称量压块。薄膜岗对产物用薄膜进行包装。纸袋岗则对产物封袋、入库。
终止反应后的胶液则进入胶液储罐，同时将部分反应未转化的丁二烯物料经液罐罐项压控调节阀，再经过盐水冷凝冷却器，进入配置的丁二烯贮罐，最后输送去丁二烯回收罐区。罐区中的胶液依据门尼粘度值高低进行相互混配达到合格后，通过胶液泵送去凝聚岗。
合格胶液经泵输送并喷射到凝聚釜内，在热水、机械搅拌和蒸汽加热的作用下，进行充分凝聚形成颗粒，并蒸出溶剂油溶剂和少量丁二烯。釜项被蒸发的气体有水蒸汽、部分丁二 烯和绝大部分溶剂油溶剂，气体经过两个并联的循环水冷凝冷却器，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节阀控制排出，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的缓冲罐，再经1号振动筛分离出胶粒送至洗胶罐[5]。在洗胶罐中，对胶粒用50~70℃的水进行洗涤，由2号振动筛对洗涤过的胶粒和水进行分离，同时将含水40~60%的胶粒送往挤压干燥岗。对胶粒用挤压机进行挤压，使含水量降至8~15%，进而把它切成条形状，进行膨胀和内蒸，即是把它送入膨胀干燥机加热、加压，把胶粒的绝大部分水分脱去，再送入水平红外干燥箱干燥，使胶的含水量达标﹙0.75%以下﹚。
经干燥核查合格后的胶条用提升机送至自动称量秤，进行称量压块（25kg）。称重压好的胶块用薄膜包好，再装入纸袋封好入库。
1.3.2 操作控制指标
(1)聚合工段操作控制指标
丁油浓度：12~15g/100ml；首釜温度<95℃；未釜温度<100℃；压力<0.45MPa；引发剂配方：镍/丁£2.0×10-5；铝/丁£1.0×10-4；硼/丁£2.0×10-4；铝/硼>0.25、醇/铝=6；铝/镍=3~8；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：1.045t。
(2)后处理工段操作控制指标
胶液罐：贮量罐容积的80%；压力£0.1MPa；胶液泵压力£0.1MPa；凝聚釜釜顶温度：94~98℃；压力£0.08MPa；釜底温度：96~101℃；液面蒸汽压力>0.9MPa；水胶比(体积)：5~8；循环水压力>0.15MPa；安全阀定压：0.1MPa；喷胶量：10~25m3/h，循环水pH值：8~10；分层罐：常压(开口)；界面比隔板高40%~60%；液面比隔板高20%~80%；热水罐：液面>1/2；洗胶罐水温：45~55℃；洗涤水罐液面>1/4；干燥岗：挤压机出口胶含水：8~12%；热风温度：80~100℃；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<1.5MPa；低压油压<5MPa。
1.4 车间三废处理及安全防护
1.4.1 三废处理
本设计严格执行了有关石油化工企业的各种设计表针、设计规程和规定，认真考虑了环境保护和安全措施问题，并采取了积极有效的技术措施。
(1)防止废渣污染：
聚合釜产生的无规物，部分进入产品，部分随废己烷送至己烷回收工段，分离的无规物再利用，这样既保护环境又降低原料单耗。
(2)防止废液污染：
① 本工段工艺废水集中送至废水处理装置；
② 污染了的溶剂油送至溶剂油回收工段处理。
(3)防止大气污染：
① 来自聚合系统的尾气送至火炬燃烧；
② 干燥系统的干燥介质成闭路循环使用，避免了废气排放污染了大气。
1.4.2 有毒物品
(1)1,3-丁二烯
浓度比较高的时候会对人的神经系统产生麻醉作用，浓度低的时候会对人体黏膜产生强烈的刺激作用，丁二烯进入人体内的主要途径是通过呼吸道经肺在融入血液。
(2)三异丁基铝
此物质在未稀释的原液具有较强的腐蚀性能把皮肤灼伤，并且对上眼结膜和上呼吸道眼有刺激的作用，对人身体伤害较大。
(3)三氟化硼乙醚络合物
氢氟酸能造成皮肤的烧伤，人吸入后，能引起一系列呼吸道的疾病，甚至引起肺炎等疾病。
(4)溶剂油
溶剂油主要是通过呼吸道和皮肤的吸收，进入人体造成中枢神经系统的损伤，造成急性中毒，甚至可能会出现脑出血、水肿等情况。
1.4.3 易燃易爆品
从反应原料来看，如下易燃易爆：
① 丁二烯在有氧气环境时很易发生聚合反应，并且能够形成具有爆炸性质的过氧化物，当遇到磨檫或者撞击时很容易发生爆炸，或者遇到火星、高热时也容易燃烧爆炸，所以在运输、储存的过程中要加入一定的阻聚剂溶解于有机溶剂中。
② 三异丁基铝在空气中反应很强烈，会产生烟雾或者起火燃烧，遇到水的话，反应更为剧烈，从而造成爆炸现象，能与酸类、胺类、醇类、卤素等发生强烈的反应。开始分解时的温度为50℃，在100℃以上时分解更加剧烈。
③ C6溶剂油也是很容易燃烧，遇到明火或者高热时燃烧造成爆炸。
④ 阻聚剂很容易与氧气发生反应，灼伤人体皮肤，遇到明火或在高温环境中可发生燃烧。而粉体和空气可形成爆炸性的混合物，当达到一定的浓度时，遇到明火会发生爆炸。本品会对皮肤，眼睛，黏膜和上呼吸道有很强的刺激，可以引起皮肤和呼吸道的过敏反应[9]。
⑤ 三氟化硼乙醚络合物也是具有刺激性的液体，很容易与空气、水反应，对人体具有较强的腐蚀作用。
1.4.4 预防措施
① 操作人员在上岗之前需要经过严格的培训，只有考核合格后才能上岗作业。在操作过程中要严格按照工艺指标执行，严格的遵守操作规程。并且建立健全的事故预案，使操作人员掌握发生事故时该如何处理以及如何排除故障的方法。增强员工的安全意识。
② 配足消防车辆、灭火器材等一系列灭火器材，并且要做好对其日常的保养与维护，以便在出现事故时能良好的使用，避免造成损失。
③ 室内厂房要保持良好的通风环境，以防可燃气体的大量积聚，并且在浓度高、危性险较大的易燃易爆气体场所要设置可燃气体测报仪，防止发生爆炸。
④ 要严格的执行《动火管理制度》，对其动火申请必须逐条严格审核。并对员工实行全员消防知识培训，增强他们的安全意识。
⑤ 做好设备合理设置与维护的工作，及时消除滴、漏现象，见微知著。液面计、安全阀、防爆膜、压力表以及连锁等安全设施都必须保持完好并其投入使用。
⑥ 动火前必须进行动火分析，使可燃物＜0.2%，避免造成事故的发生。
1.4.5 有毒害物质的防护
(1)1,3-丁二烯
a) 在生产过程中所用设备和管道必须保持良好的密封性，作业场所必须保持良好的通风条件。
b) 当丁二烯出现大量泄漏时，应该马上及时的配戴过滤式防毒面具或隔离式防毒面具迅速的撤离现场，避免造成人员伤亡。
c) 当员工发生了急性中毒时，急救人员必须做好自身的防护措施，比如配戴氧气呼吸器，迅速把伤员从污染区迅速转移到空气新鲜，温度适宜的地方，并且迅速实施救助措施比如人工呼吸等，直至伤员能自主的呼吸。
(2)溶剂油
a) 当工作环境中，危险气体浓度过高时，必须增设密闭排毒设施，并且增强自然通风和机械通风的条件。
b) 进入高危险气体浓度区作业时，一定要穿好工作服、防护手套、胶鞋，戴好防毒面具等防护措施，作业完后要淋澡冲洗，要严格遵守规章制度。
c) 如伤员吸入了溶剂液体，待伤员在清醒的状态下导入硫代硫酸钠洗胃，严重的立即送往医院。
(3)三异丁基铝
a) 设备和管道必须保持良好的密封，不允许含有氧气和水，加强通风。
b) 少量铝剂飞溅到人身上时，应立即用大量的水进行冲洗。
(4)三氟化硼乙醚络合物
a) 急性中毒，应立即将患者移出毒区，到新鲜而暖和的场所用2～4%的小苏打洗鼻、含嗽口，然后送往医院。
b) 肤烧伤，立即用大量的清水冲洗，再用5%的小苏打水洗涤或湿敷。
c) 溅入眼内，立即用大量清水冲洗，再用生理盐水或3%的硫待硫酸钠溶液冲洗，对症治疗[10]。
1.4.6 防护噪声污染
在生产中产生的不同频率和强度的声波无规律地杂乱组合形成对人体干扰、危害的声音称为噪声，噪声对人体的危害主要是听觉、神经、心血管等系统。生产车间地点噪声容许标准为85dB（A），现有企业暂时达不到此标准可放宽至不超过115dB（A）（每天接触时间不超过1h）。在噪声的防护上主要应在设计施工时要考虑到，采取吸声、消声、隔声和隔振等措施。工人操作场所应加强噪声防护，可选用防噪耳塞和防噪声耳罩。对噪声岗位做好操作人员的体检工作。
1.4.7 厂房的布置及水电汽的要求
厂房设计求简单，一般为长方形，设计如下：该车间为落地设计。厂房布置包括生产部分，辅助部分和生活部分三大区域。
厂址的选择：
(1) 周围环境的空气含尘量，含菌量要低，应选在农村或市郊。
(2) 选择水源丰富，水质好的厂址，减少制备工艺用水的投资和运行费用。
(3) 应选择交通运输方便之处，能源有保障，电力供应稳定并与电力部门有供电协议。
(4) 有良好的工程地质和水文地质条件。
总布局主要应该满足三个方面的要求：
保证径直和便捷的生产作业线，并尽可能避免交叉和迂回，使各种物料和输送距离为最小，同时将水，电，汽耗最大的车间尽量集中，形成负荷中心，并使其与供应来源靠近，使水电汽输送距离最小。
(1) 安全要求：
化工厂具有易燃，易爆的特点，厂区应充分考虑安全布局严格遵守防火，卫生等安全规范和标准的相关规定，重点是防止火灾和爆炸的发生。
(2) 发展要求：
厂区布置要求有较大的弹性，对于工厂的发展变化有较大的适应性，即随着工厂不断发展变化，厂区的不断扩大，厂区的卫生布局和安全布局方面人能满足合理性。
(3) 水电汽要求：
电：根据所设计装置的爆炸危险性选用相应等级的电器设备，照明灯具和仪表，所有能产生火花的电气开关均应与爆炸车间隔离，供电：使用电网的电力，总装机容量不小于1500kw。水：使用1.2MPa中压冲洗水，0.5MPa低压冲洗水，蒸汽：使用12.5Mpa、515℃的过热蒸汽，2.2Mpa、330℃的过热蒸汽，2.16MPa、219℃的饱和蒸汽，0.34MPa、147℃的饱和蒸汽，0.48MPa、158℃的增压蒸汽[9]。
第二章 物料衡算
2.1 聚合釜和终止釜物料衡算
2.1.1 丁二烯系统
(1)年工作时间：7200h
(2)每小时产胶量：
20000×1000÷7200=2777.778 kg/h
(3)需100%纯度的丁二烯量为：
2777.778 ×1.045=2902.780 kg/h
(4)除去2.5%的损失量应该有聚丁二烯：
2902.780×(1-0.025)=2830.211 kg/h
(5)所以需要100%纯度的丁二烯量：
2830.211÷0.85=3329.66 kg/h =56.723 kmol/h
(6)未参加反应的丁二烯量：
3329.66-2830.211=499.449 kg/h
(7)车间来的丁二烯纯度约为99%，余下的按正丁烯计。则需要的原料量：
3329.66÷0.99=3362.626 kg/h
(8)所以随原料带入的丁烯量约：
3362.626-3329.66=32.966kg/h
整理计算结果见表2-1：

表2-1 聚合放应进料
组分
质量分数wt%
kg/h
m3/h
丁烯
1
32.966
0.055
丁二烯
99
3362.626
5.354
合计
100
3395.592
5.099
备注：丁烯的密度：596kg/m3;丁二烯密度：628kg/m3;溶剂油密度：660kg/m3。

2.1.2 溶剂油系统
(1)取丁油量的浓度为13.5g/100ml
(2)每小时进入聚合釜的丁油量：
3362.626 ÷135=24.834 m3
(3)每小时进入聚合釜的丁二烯原料量：5.099 m3
(4)每小时进入聚合釜的溶剂油量：
24.834-5.099=19.735 m3
19.735×660=13025.1 g/mol kg
2.1.3 引发剂系统
公式： 引发剂用量＝丁二烯进料摩尔数×(引发剂/丁)×引发剂分子量
(1)环烷酸镍：M(环烷酸镍)=58.7 g/mol
3395.592÷54×2.0×10-5×58.7=0.074kg/h
0.074÷58.7=0.00126 kmol/h
成品中环烷酸镍的含量为7.5%，则环烷酸镍的量为：
0.074÷0.075=0.987 kg/h
(2)三异丁基铝[Al(i-C4H9)3]：M[Al(i-C4H9)3]=198 g/mol，M (Al)=27 g/mol
3395.592÷54×10-4×198=1.245kg/h
换算为铝的量：
1.245×27÷198=0.170kg/h
0.170÷27=0.0063kmol/h
(3)三氟化硼乙醚络合物[BF3(C2H5)2O]：M[BF3(C2H5)2O]=142 g/mol，M(B)=10.8 g/mol
3395.592÷54×2×10-4×142=1.786kg/h
换算为硼的量：
1.786×10.811÷142=0.136kg/h
0.136÷10.811=0.0126 kmol/h
2.1.4 聚丁二烯系统
(1) 聚丁二烯产量：
3395.592×0.85=2886.253kg/h
(2) 挂胶损失：
2902.780×0.01=29.02kg/h
(3) 去终止釜干胶量：
2830.211-29.02=2801.191 kg/h
(4) 验证配方：
Al/Ni=0.0063/0.00126=5合格 Al/B=0.0063/0.0126=0.5合格
聚合釜物料衡算列总表如下表2-2：

表2-2 聚合釜物料衡算表

组分
kg/h
wt%
进料
丁烯
32.966
0.201
丁二烯
3362.626
20.474
溶剂油
13025.1
79.306
环烷酸镍
0.074
0.006
三异丁基铝
1.245
0.008
三氟硼乙醚络合物
1.786
0.011
进料合计
16423.797
100
出料
丁烯
32.966
0.200
丁二烯
499.449
5.35
溶剂油
13025.1
77.575
去终止釜聚丁二烯
2801.191
16.683
三种引发剂
3.105
0.018
挂胶损失
29.02
0.173
出料合计
16790.389
100

2.1.5 终止剂、防老剂系统
计算公式如下：

① 其中含水量约占5%，其量约为：
1.5633×0.05=0.0782 kg/h
② 则用100%乙醇用量约：
1.5633-0.0782=1.485 kg/h
③ 防老剂用量：设取防老剂/丁二烯＝0.79%，防老配制浓度为117 g/l：
3395.592×0.0079=26.825 kg/h，26.825 ÷117=0.230 m3/h
④ 随防老剂一起带入的溶剂量：
0.230-0.00193=0.228 m3/h，0.228×660=150.48 kg/h
以上整理可得终止釜物料衡算列表如下表2-3。

表2-3 终止釜物料衡算列表

组分
kg/h
wt%
进料
胶液
16761.369
98.9333
终止剂
1.485
0.0104

胶液
16761.369
98.9333
终止剂
1.485
0.0104
水
0.0782
0.0011
防老剂
26.825
0.1602
带入溶剂
150.48
0.8950
进料总计
16940.237
100
出料
丁烯
32.966
0.210
丁二烯
499.449
3.6722
三种引发剂
3.105
0.0247
溶剂油
13175.58
78.443
干胶
2801.191
17.475
终止剂
1.485
0.0106
水
0.0782
0.0005
防老剂
26.825
0.164
出料总计
16940.237
100

2.2 凝聚釜物料衡算
凝聚釜物料衡算所需的各种基础数据：
终止釜物料衡算表中的出料数据；循环用水量：设取 水/胶液＝7.5(体积) ;循环用水入口温度：设取90℃；表压取0.9MPa水蒸汽消耗量5吨水蒸汽/吨胶；凝聚温度：设取95℃；凝聚压力：取0.02(表压)；胶液入釜温度：设取20℃；油水分离器：溶剂油在水中的饱和溶解度约为0.0014(分子%)；水在烃类中的饱和溶解度为100mg/kg；溶剂油（以正已烷计）：20℃~95℃的平均比热约为2.428kJ/(kg∙℃)；在95℃时的气化热为316.522kJ/kg；丁二烯在95℃时的气化热为131.884kJ/kg；20℃~95℃的平均比热约为2.554kJ/(kg∙℃)；丁烯（以正丁烯计）在95℃时的气化热为254.139kJ/kg；20℃~95℃的平均比热约为2.679kJ/(kg∙℃)；经振动筛过程后自由水基本全部脱除，胶粒内含60%，含油约为0.5%；干燥脱水过程装置使胶粒内含水和油(即挥发分)小于0.75%；包装入库成品胶质量指标。
凝聚釜物料衡算图如图2-1所示。

凝
聚
釜
热水

机械损失失

渣沫损失
胶液

热水、胶粒去振动筛

水蒸气

图2-1 凝聚釜物料衡算图

(1)用于循环热水用量
设取：水/胶液＝7.5(体积比)
则用水量：
(24.834+0.230)×7.5=187.98 m3/h
取用水量圆整为188m3/h，即为188 t/h
(2)损失量
丁二烯机械损失：
3395.592×0.005=16.98 kg/h
聚丁二烯渣沫损失：
3329.66 ×0.005=16.65kg/h
连续操作过程损失的防老剂：26.825 ×0.005=0.134kg/h
(3)去振动筛专置的聚丁二烯胶粒量
聚丁二烯：
2801.191-16.65=2784.541 kg/h
胶粒内含防老剂：
26.825-0.005=26.820 kg/h
胶粒内含油：
2801.191×0.005=14.006 kg/h
胶粒内含水：
2801.191×0.6=1680.715 kg/h
(4)水蒸气冷凝量
溶剂油气化量：
13025.1-14.006=13011.094kg/h
丁烯气化量：32.966 kg/h
丁二烯气化量：482.469 kg/h
备注：暂时未扣