年产20kt聚丁二烯配位聚合工艺设计

年产20kt聚丁二烯配位聚合工艺设计内容摘要：

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；当达到一定粘度和转化率后，在第四釜的出口管线 (终止釜的入口管线 )与终止剂一起由终止釜釜底进入终止釜进行终止处理；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。 反应中换热用的冷溶剂油视情况从不同釜的项部加入。 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。 混胶岗负责接收聚合来的胶液，并将门尼粘度不同的胶液混配成优级品指标内的胶液；在胶液罐定期回收 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。 洗胶岗负责用水洗掉胶粒表面的杂质，降低胶的温度，并胶粒送往干燥岗。 干燥岗负责将含水 40～ 60％的胶粒，通过挤压脱水机、膨胀干燥机和干燥箱降到 ％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。 被终止后的胶液进入胶液罐后，将部分未转化的丁二烯经罐项压控调节阀，9 盐水冷凝冷却器，进入丁二烯贮罐，再送至丁二烯回收罐区。 胶液在罐中根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。 在洗胶罐中，用 40～ 60℃的水对胶粒进行洗涤，经洗涤的胶粒和水由 2 号振动筛进行分离，并将含水 40～ 60％的胶粒送往挤压干燥岗。 通过挤压机挤压将胶粒含水量降到 8～ 15％，然后，切成条状进入膨胀干燥机加热、加压，达到膨胀和内蒸的目的，除去胶粒中的绝大部分水分，再送入水平红外干燥箱干燥，使胶的含水量达到 ％以下。 干燥合格后的胶条经提升机送入自动称量秤进行称量压块 (25kg)。 压好的胶块用薄膜包好装入纸袋封 好入库。 第三章 工艺计算与主要设备选型 设计参数 原料及配方 (1)单体浓度（丁二烯）≥ 99％，羰基化合物≤ 100ppm，丁烯≤ 1％，炔烃≤200ppm，水≤ 10ppm (2)溶剂（己烷）规格：沸程 6080℃， I2 值≤ ，水值≤ 20ppm，比重 (3)Ni催化剂规格（配制浓度 1g/l） :Ni≥ 7％，不皂化物近于无，水≤ ％ (4)Al催化剂规格（配制浓度 2g/l）：活性铝含量≥ 20g/l，无悬浮铝 10 (5)B催化剂规格（配制时以 300倍溶剂稀释）： BF3含量≥ 46％，沸点℃，比重 (6)乙醇规格：工业品含乙醇 95％ (7)防老剂 2， 6二叔丁基对甲苯酚规格 :熔点 6971℃ (8)聚合基本配方： [丁 ]=1016g/100ml， Al/[丁 ]=179。 103 Ni/[丁 ]=179。 104， B/[丁 ]=179。 103 Al/Ni=38， Al/B= 醇 /Al=6，防老剂 /胶 =1％（质量） 配方说明： Ni/[丁 ]及其后面 Al/[丁 ]， B/[丁 ]， Al/Ni， Al/B，醇 /Al均为摩尔比。 化学反应式 n CH2＝ CH— CH＝ CH2 [ CH2— CH＝ CH— CH2]n 179。 104kj/mol 生产时间： 8000 小时 每吨橡胶消耗定额： 吨 100％丁二烯 损失配额 全装置总收率 ％。 总损耗。 根据生产统计数据，各步骤的损失分配如下（以 100％丁二烯为基准计算收率和损耗）： 聚合挂胶等损失 2％ 聚合、凝聚的丁二烯机械泄漏损失 1％ 凝聚、振动筛聚丁二烯渣沫损失 ％ 油水分离器水相丁二烯溶解损失 2％ 包装过程中不合格品和落地料损失 ％ 各工序操作条件与控制指标 (1)聚合工序 温度 3580℃，聚合时间 34h，聚合反应转化率 81％。 (2)凝聚工序 凝聚循环水量按水胶比 78，采用 9kgf/cm2（表压）蒸汽耗量 6吨蒸汽 /吨胶，凝聚温度 90℃，凝聚压力 ,胶粒内含油量为 2％， C6在 90℃汽化热 ， 3090℃平均热容 ℃。 (3)后处理工序 11 经振动筛后胶粒内含水约 60％， 含油约 2％，干燥脱水装置使胶粒内含水和油≤ 1％，包装成品胶质规格门尼粘度 4050，挥发分≤ 1％，灰分≤ ％，凝胶含量≤ 1％，顺式 1， 4含量≥ 94％ (4)回收工序 脱水塔塔顶含丁二烯约 30％（其余为溶剂和水），塔釜不含丁二烯，水值≤15ppm，丁二烯回收塔塔顶不含溶剂，塔底不含丁二烯，脱重塔塔釜残留物含量超过 1％，或馏程超过 90℃时及时排放。 计算基准 连续反应操作过程以 kgh作为基准。 聚合釜物料衡算 图 1聚合釜物料衡算图 丁二烯系统 每小时产胶量： 20200179。 1000247。 8000=179。 103kg 需 100％纯度丁二烯量： 179。 103179。 =2650kg 扣除 ％的损失量应有聚丁二烯： 2650179。 （ ） = 按 81％转化率计算 100％纯度丁二烯的需求量： 247。 ==未反应的丁二烯量： =从原料车间来的丁二烯纯度为 99％，其余按正丁烯计。 则需要的原料量： 247。 =随原料带入的丁烯量： =12 整理上述计算结果列下表。 表 6丁二烯系统 序号 组分 质量（ kg/h） 1 丁烯 2 丁二烯 3 合计 注：丁烯的密度： 596kgM3 丁二烯密度： 628kgM3 溶剂油密度： 660kgM3 溶剂油系统： 取 [丁 ]＝ g ml/100,则有： [丁 ]＝ 135kgm/ 3 每小时进入聚合釜的丁油量： 247。 135= 每小时进入聚合釜的丁二烯原料量 : 每小时进入聚合釜的溶剂油量 := 179。 660= 引发剂系统： 计算公式：引发剂用量＝丁二烯进料摩尔数179。 (引发剂 /丁 )179。 引发剂分子量 (1)环烷酸镍： M镍 = 247。 54179。 179。 104 179。 = 247。 =商品中环烷酸镍的含量为 7％，故环烷酸镍的量为： 247。 =(2)三异丁基铝   Al i C H 4 9 3：  M Al i C H 4 9 3 198, MAl 27 247。 54179。 179。 103179。 198=折合成铝的量： 179。 27247。 198=247。 27=(3)三氟化硼乙醚络合物  BF C H O3 2 5 2( )  M BF C H O3 2 5 2 142 MB 10 811. 247。 54179。 179。 103179。 142=13 折合成硼的量： 179。 247。 142=247。 = 聚丁二烯系统 聚丁二烯： 179。 81％ =挂胶损失： 2650179。 2％ =53kg/h 去终止釜干胶量： =验证配方： Al/Ni=Al/B=聚合釜物料衡算列总表如下。 表 7聚合釜物料衡算 序号 组 分 kg/h 1 丁 烯 进 2 丁 二 烯 3 溶 剂 油 4 环烷酸镍 料 5 三异丁基铝 6 三氟硼乙醚络合物 7 进料合计 8 丁 烯 出 9 丁 二 烯 10 溶 剂 油 11 去终止釜聚丁二烯 料 12 三种引发剂 13 挂胶损失 53 14 出料合计 终止釜的物料衡算 图 2终止釜的物料衡算图 14 计算公式： =(179。 1179。 103179。 6179。 46)/（ 179。 810179。 54） ==179。 810=其中水量占 5％，其重量为： 179。 =100％乙醇用量： =防老剂用量： 取防老剂 /丁二烯＝ 1％，防老配制浓度为 117 gl 179。 =247。 117=随防老剂一起带入的溶剂量： =179。 660= 整理得终止釜物料衡算列总表如下。 表 8终止釜物料衡算 序号 组 分 kg/h 进 料 1 胶 液 2 终 止 剂 3 水 4 防 老 剂 5 带入溶剂 6 进料总计 出 料 7 丁 烯 8 丁 二 烯 9 三种引发剂 10 溶 剂 油 11 干 胶 12 终 止 剂 13 水 14 防 老 剂 15 出料总计 乙醇用量 1 0 0 ％丁二烯摩尔数 铝丁比 醇铝比 乙醇分子量乙醇纯度 乙醇密度 15 凝聚釜物料衡算 基础数据： (1)终止釜物料衡算表中的出料数据； (2)循环水量：取 水 /胶液＝ (体积 )； (3)循环水入口温度：取 90℃； (4)(表压 )MPa 水蒸汽耗量： 6 吨水蒸汽 /吨胶； (5)凝聚温度：取 90℃； (6)凝聚压力： (表压 )MPa； (7)胶液入釜温度：取 20℃； (8)油水分离内，水在烃类中的饱和溶解度为 100mg/kg；溶剂油在水中的饱和溶解度为 (分子％ )； (9)溶剂油 (以正已烷计 )在 90℃时的气化热为 ； 30℃～ 90℃的平均比热约为 ℃； (10)丁二烯的 90℃时的气化热为 ； 30℃～ 90℃的平均比热约为 ℃； (11)丁烯 (以正丁烯计 )在 90℃时的气化热为 ； 30℃～ 90℃的平均比热约为 ℃； (12)经振动筛后自由水全部脱除，胶粒内含 60％，含油约为 2％； (13)干燥脱水装置使胶粒内含水和油 (即挥发分 )小于 1％； 计算： 图 3凝聚釜物料衡算图 （ 1）循环热水量 16 取： 水 /胶液＝ (体积比 ) 则用水量： （ +）179。 =取用水量为 181 M3/h；即为 181T/h。 （ 2）损失量 丁二烯机械损失： 179。 1％ =聚丁二烯渣沫损失： 179。 ％ =损失的防老剂： 179。 ％ =（ 3）去振动筛的聚丁二烯胶粒量 聚丁二烯： =胶粒内含防老剂： =胶粒内含油： 179。 2％ =胶粒内含水： 179。 60％ =（ 4）水蒸气冷凝量 溶剂油气化量： =丁烯气化量： 丁二烯气化量： =查《基础化学工程》上册 P338表 10 得： (表 )MPa水蒸焓值△ H汽＝ 查《基础化学工程》上册 P337 表 9得： 90℃饱和水焓值△ H 水 =焓差为：  H kJ kg  2 7 8 1 71 3 9 7 75 2 3 8 3 96. . . 分几部分估算水蒸汽冷凝量： ①用于溶剂油气化 G={179。 [+179。 (9030)]}/=②用于丁烯气化 G={179。 [+179。 (9030)]}/=③用于丁二烯气化 G={179。 [+179。 (9030)]}/=④用于循环水从 85℃升温到 90℃ G=[181000179。 179。 (9085)]/=四项之和： 17 G’=+++=（ 5）进入凝聚釜的蒸汽总量： 179。 6000=15000kg/h 其中去油水分离器的水蒸气量： = 整理得凝聚釜物料衡算数据列下表。 表 9凝聚釜物料衡算 类别 序号 组分 kg/h 进 1 胶液 2 循环水 181000 料 3 水蒸汽 15000 4 进料合计 5 聚丁二烯 去 6 防老剂 振 7 溶剂油 出 动 8 引发剂 筛 9 终止剂 10 水 11 去 1号筛合计 去 12 丁烯 油 13 丁二烯 水 14 溶剂油 分 15 水蒸气 离 16 去分离罐合计 料 损 17 损失丁二烯 31． 898 失 18 损失干胶。