年产6万吨丁苯橡胶聚合釜及其主要附属设备设计课程设计(编辑修改稿)

年产6万吨丁苯橡胶聚合釜及其主要附属设备设计课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

指出 ESBR1500,1712 对不同用户需求的适应性很强 [2]。 SSBR是一种相对 ESBR 的高性能合成 橡胶，它不能等同于 ESBR，也不能完全取代 ESBR，二者比例的调整有一个渐进的发展过程。 开发 SSBR 要在确保其综合质量优良的基础上，将目标集中在节能型品种。 虽然丁苯橡胶市场已经成熟，但乳液丁苯橡胶与溶液丁苯橡胶之间的竞争正在增加。 溶液丁苯橡胶在加工上存在的问题已通过生产特制聚mCH2=CHCH=CH2+ n CH=CH2 [CH— CH2]n[CH2CH=CHCH2]m 材料科学与工程学院课程设计 3 合物 (tailoring)而得到克服。 目前存在的主要问题是价格较高，各生产者所生产的产品之间没有很好的互换性。 对于高性能轮胎，没有任何其它橡胶能够代替溶液丁苯橡胶，当然乳液丁苯橡胶也是不能满足要求的。 因此尽管溶液丁苯橡胶成本比乳液丁苯橡 胶约高出 17%，但轮胎生产者使用溶液丁苯橡胶的趋势已开始越来越明显，但是由于我国的现状的限制，所以我国大多数还是选用乳液丁苯橡胶。 目前国内 4 套乳聚丁苯橡胶装置主要技术来源于日本 JSR、 ZEON 和台湾合成橡胶公司。 工艺技术路线基本一致，都是低温乳液聚合技术，只是在工艺流程和聚合配方上有差别，技术本质上无差别。 对于聚合生产工艺而言， JSR 从工艺流程上要好于ZEON，产品质量优于 ZEON，缓冲能力较强；不足之处是 JSR 聚合转化率为 62%，而 ZEON 为 70%[15]。 吉林石化公司丁苯橡胶装置 A、 B 两条生产线原设 计双线各八台釜，五台置换塔，聚合釜容积为 30 3m /台，聚合物料从一釜进入，依次通过串联的八台釜，在 5℃的温度下，反应 810 小时，聚合转化率为 60%，生产能力每条线为 115t/d；经过几次技术改造，双线各拆除两台置换塔，增加一台聚合釜，变为九釜三塔反应，聚合转化率由 60%提至 62%，装置生产能力由 115t/d 提高到 145t/d[3]。 兰州石化公司橡胶厂丁苯橡胶以氯化钾为电解质（ PH 缓冲溶液）、过氧化氢二异丙苯为氧化剂、以叔十二碳硫醇为调节剂，借液氨冷却，在 58℃ 下，丁二烯和苯乙烯在聚合釜中进行聚合反应，待末釜单体转化率达 6468%时，用终止剂终止聚合反应，单体回收采用水环式压缩机，用挤压脱水机、膨胀干燥机进行脱水干燥 [3]。 齐鲁石油化工公司橡胶厂采用 ZEON 技术，用低活性引发剂通过延长反应时间、调节剂乳化剂补加实现高转化率，通过改变氨蒸发压力对聚合温度进行控制，经过1416 小时的聚合反应，聚合达 70%。 单体回收采用三台小脱水机脱水，采用带式干燥机热风干燥（两条线为随工艺包引进，第三线为哈尔滨博实公司参照其干燥箱仿制）。 其工艺路线的缺点一是反应时间较长；二是 反应温度控制精度低，温度波动大；三是缓冲能力弱 [15]。 南通申华化学工艺路线与吉化公司基本相当，其技术来源于台湾合成橡胶公司，聚合系统聚合温度控制在 8℃左右，转化率为 63%66%，单体丁二烯回收用水环真空泵，苯乙烯回收采用两台减压蒸馏塔串联操作，脱水机为两台并联操作，每条生产线两台小干燥箱（美国 WP 公司生产）并联进行干燥。 材料科学与工程学院课程设计 4 虽然丁苯橡胶市场已经成熟，但乳液丁苯橡胶与溶液丁苯橡胶之间的竞争正在增加。 溶液丁苯橡胶在加工上存在的问题已通过生产控制聚合物 (tailoring)而得到克服。 目前存在的主要问题是 价格较高，各生产者所生产的产品之间没有很好的互换性。 对于高性能轮胎，没有任何其它橡胶能够代替溶液丁苯橡胶，当然乳液丁苯橡胶也是不能满足要求的。 因此尽管溶液丁苯橡胶成本比乳液丁苯橡胶约高出 17%，但轮胎生产者使用溶液丁苯橡胶的趋势已开始越来越明显，但是由于我国的现状的限制，所以我国大多数还是选用乳液丁苯橡胶 [4]。 一般乳液丁苯橡胶中含有 %的苯乙烯，其分子量随聚合情况而异，在 10~150万之间。 聚合物的分子微结构，也随聚合条件的变化有很大不同。 高温共聚丁苯橡胶与低温丁苯橡胶比较，高温共聚橡胶反式结构含 量较低，聚合度也较低，凝胶含量较大；低温共聚丁苯橡胶反式结构含量较高，分子量分布较窄，凝胶含量几乎没有，因此，物理性质比高温丁苯橡胶好。 低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺过程 图 1— 4— 1 丁苯橡胶工艺简图 废水 成品 填 充 油 防 老 剂 废水 废气 废 NaOH 水 材料科学与工程学院课程设计 5 单体及化学品溶液接受 ．丁二烯（ BD） 丁二烯（以下简称 BD）来自单体贮存与配制岗位经 FR301 记录瞬时流量后，进入 BD 换热器（ E301）。 在 E301 与 WHS(WCS)换热后，流入混合器（ A301）。 在 A301入口， BD 与来自循 环碱液加热器（ E302）的碱液混合， BD 和碱液在 A301 中充分混合后，流入碱滗析器（ V3021），阻聚剂（ TBC）在此被碱液脱除。 碱洗温度，控制V3021 的入口为 30177。 2℃，由 TRC301 控制调节 E301 WHR(WCS)的流量。 BD和碱液在 V3021 中分层分离， BD中的 TBC 转入 V3021下部的碱液中。 V3021中上部的BD 进入 V3022 中，进一步分离掉碱液，再由上部流入 BD 进料换热器（ E303），换热以后，流入 BD 缓冲罐（ V303）。 E303 的出口温度由 TRC304 控 制，调节 WHR(WCS)流量，使温度稳定在 30177。 2℃。 V303 的液位，由 LICA302 控制和调节。 V3021 中的碱液以循环碱液输送泵（ P302）连续经 E302 循环。 循环碱液的瞬时流量，由 P302出口管线上的 FR302 记录，改变碱液的循环量就改变了 TBC 的脱除效果， E302 碱液的出口温度由 TIC303 控制，调节 WHR(WCS)的流量，使温度稳定在 30177。 2℃，由于碱液在循环中与 TBC 反应而消耗，因此要定期更换，废碱液装桶或放入地沟（排放使以 600送入的母液中和）。 新鲜碱在氢氧化钠配制槽 V301 中配制，配制合格后的碱液，有 P301 送入 V3021中 [5]。 苯乙烯（ ST） 苯乙烯（以下简称 ST）来自单体贮存与配制单元。 经管线进入 ST 换热器（ E306）后，进入 ST 缓冲罐（ V304）。 V304的液位，由 LICA303 控制和调节。 E306 ST的出口温度，由 TRC323 检测，调节 WHR(WCS)流量，使其稳定在 24177。 2℃。 乳化剂（ EM） 来自化学品配制单元的乳化剂（以下简称 EM）溶液在线混合系统，由于皂型不同，分别经不同的管线进入 EM 缓冲 槽（ V306A , V306B）。 温度由 TIC307 控制，调节加热蒸汽流量，使其稳定在 18177。 2℃。 V306 的进料运作，由 LRS304 的连锁接点 LS323 控制，调节 V306的液位。 材料科学与工程学院课程设计 6 活化剂（ ACT） 来自化学品配制岗位的活化剂（以下简称 ACT），进入 ACT 缓冲槽（ V307）中。 V307 的进料运作，由 LRS305 的连锁接点 LS215 控制。 V307 的温度为常温。 调节剂（ MOD） 来自调化剂（以下简称 MOD）配制罐的 MOD，由 MOD 输送泵（ P109）送入 MOD缓冲罐（ V305）中。 V305的进料运作，由 LIS307的连锁接点 LS324 控制 P109泵和 V305 进口调节阀的开闭。 V305的温度有 TIC327控制，调节 WHR的流量，使其稳定在 15177。 2℃。 氧化剂（ OXI） 来自氧化剂（以下简称 OXI）配制罐的 OXI，由 OXI 输送泵（ P108）送入 OXI缓冲罐（ V309）中。 V309的进料运作，由 LIS308的连锁接点 LS325 控制 P108泵的开停和 V309进口调节阀的开闭。 V309 的温度由 TIC328 控制，调节 WHR 的流量，使其稳定在 15177。 2℃。 终止剂溶液（ ） 来自化学品配制单元的终止剂（以下简称 ）溶液，由 输送泵（ P210）经管线进入 缓冲罐（ V308）中。 V308的进料运作由 L RS306 的连锁接点 LS218控制 P210 泵和 V308入口调节阀的开闭。 V308 的温度为常温。 聚合 聚合进料是多股物料流在线混合方式。 其控制为多组分混合流量控制系统 — 主站追踪系统。 其流量检测器为椭圆流量计（氧化剂、调节剂 BDST 为质量流量计）。 由主站、成分比率设定器、流量检测单元、显示报警单元，与调节阀或无级调速电机组成其流量控制回路。 为确保控制精度，辅设了手动校正系统。 聚合进料中的丁二烯（ BD）、苯乙烯（ ST）、乳化剂（ EM）、活化剂（ ACT）、调节剂（ MOD）、氧化剂（ OXI），分别由聚合进料 BD 进料泵（ P303）、 ST 进料泵（ P304）、 EM进料泵（ P306）、 ACT 进料泵（ P307）、 MOD 进料泵（ P305）、 OXI 进料泵（ P309）输送，材料科学与工程学院课程设计 7 首先 ST 与 MOD 混合后再与 BD 混合，然后， BD、 ST、 MOD 混合料液与 EM 相混合，混合后的料液在进入冷胶进料冷却器（ E304）之前与 ACT 混合，进入 E304 与液氨换热，出口温度控制为 13～ 17℃，然后，此混合料液流入冷胶进料冷却器（ E305）进一步与液氨换热，出口温度控制为 8～ 12℃。 最后，混合料液流入聚合釜。 E30E305 的温度以 TRC3 TRC311为主控回路，同 V31 V318 氨蒸发压力调节系统PIC304 或 PIC305 构成串级，调节液氨蒸发压力，实现对 E30 E305 出口料液温度的稳定控制。 物料混合后进入缓冲罐 (V312)由 P308A 和 P308B 分别加入良田聚合线， 由 P309泵把 OXI 直接送到聚合首釜。 所有的物料进入第一聚合釜后，聚合反应就开始了。 为获得高质量的均匀产品，在搅拌条件下，由液氨在聚合釜氨冷管内蒸发，把聚合反应热带走。 因此，每个聚合釜温度根据生产的品种不同，控制在规定值是十分重要的。 SBR 品种不同，所需聚合釜温度亦不同，其控制方法一样，都是以 TRC312319 控制聚合釜内温度，调节氨冷管中的液氨液位。 聚合釜系统的氨蒸发设计规定为 240260kPa(7～ 3)[6]。 聚合反应的时间，设计取 177。 小时。 当。