年产4万吨丁苯橡胶的工艺设计

吉林化工学院

材料科学与工程学院课程设计

年产4万吨丁苯橡胶装置聚合工段工艺设计

An annual output of 40000 tons of styrene butadiene rubber

device polymerization section process design

学生学号 学生姓名 专业班级 指导教师 张 钰 教 授 教 授 联合指导教师 张 钰 完成日期

2013.12.05 吉林化工学院 Jilin Institute of Chemical Technology

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摘 要

本设计是以丁二烯和苯乙烯为原料，年产4万吨丁苯橡胶的工艺设计。通过比较目前丁苯橡胶的聚合生产方法，最后确定以低温乳液聚合法作为聚合的工艺生产方法。在设计过程中，根据设计任务书的要求，进行了较为详细的物料恒算和能量恒算，对设备进行了工艺计算和选型，同时对聚丁苯橡胶生产过程中的安全注意事项及―三废‖治理作了相关说明。综合上述工艺计算和设计结果，绘制出了主要设备图。

关键词: 丁苯橡胶 乳液聚合 工艺设计 丁二烯 苯乙烯

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Abstract

The design is based on butadiene and styrene as raw materials, with an annual output of 40000tons of SBR process design. By comparing with the present SBR polymerization production method, we make a decision to treat emulsion polymerization at low temperature as polymerization production method at last. In the design process, in accordance with the requirements of the mission design, a more detailed material balance and energy balance, equipment for the calculation and selection process, at the same time on styrene butadiene rubber production in the process of attention to safety issues and the \wastes\management should be made a note. Drawing the main equipment according to the process design and calculation results。

Key words: SBR , Emulsion polymerization, Process design, butadiene, styrene monomer

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目录

摘 要 .................................................................................................................... II 第1篇 设计说明书 ................................................................................................. 1 第1章 绪 论 ......................................................................................................... 1

1.1丁苯橡胶的市场分析 .................................................................................... 1

1.1.1 国外生产情况 ...................................................................................... 1 1.1.2 国内生产情况 ...................................................................................... 2 1.2丁苯橡胶合成技术进展 ................................................................................ 4

1.2.1 乳聚丁苯橡胶的合成技术进展 .......................................................... 4 1.2.2 溶聚丁苯橡胶合成技术进展 .............................................................. 5 1.2.3 我国丁苯橡胶新技术的开发 .............................................................. 5 1.3 设计依据、指导思想 .................................................................................. 6

1.3.1 设计依据 ............................................................................................ 6 1.3.2 指导思想 ............................................................................................ 6 1.4 设计地区的自然条件 .................................................................................. 7 第2章 工艺论证 ..................................................................................................... 8

2.1 产品的结构与性能 ........................................................................................ 8

2.1.1 名称及其结构 ...................................................................................... 8 2.1.2丁苯橡胶的性能 .................................................................................. 8 2.1.3丁苯橡胶的用途 .................................................................................. 9 2.2 工艺原理 ...................................................................................................... 9 2.3 生产方法论证 .............................................................................................. 10 2.4 丁苯橡胶的生产方法 .................................................................................. 12

2.4.1工艺方案选择依据 ............................................................................ 12 2.4.1.1 工艺流程方面 ............................................................................ 12 2.4.1.2 反应速率 .................................................................................... 12 2.4.1.3 经济方面 .................................................................................... 13 2.4.1.4乳液聚合 .................................................................................... 13 2.4.2 丁苯橡胶的工艺原理： .................................................................... 13

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2.4.2.1 聚合原理 .................................................... 错误！未定义书签。 2.4.2.2 链引发 ........................................................ 错误！未定义书签。 2.4.2.3链增长 ........................................................ 错误！未定义书签。 2.4.2.4 链终止 ........................................................................................ 14 2.4.3丁苯橡胶生产工艺流程简述 ............................................................ 14 2.4.4 丁苯橡胶的生产工艺流程 ................................................................ 16

第2篇 设计计算说明书 ....................................................................................... 17

第1章 基础数据 ................................................................................................... 17 第2章 聚合工段物料衡算 ................................................................................... 19

2.1 进料计算 .................................................................................................... 19 2.2 出料计算 .................................................................................................... 21 第3章 聚合工段热量衡算 ................................................................................... 25

3.1 聚合热 ........................................................................................................ 25 3.2 冷却显热 .................................................................................................... 25 3.3 搅拌热 ........................................................................................................ 26

3.4 所需氨的量 .................................................................................................. 26

第4章 反应器的选择 ........................................................................................... 27

4.1 反应釜的选型 ............................................................................................ 27 4.2 罐体尺寸确定 ............................................................................................ 28

4.2.1筒体高径比 ........................................................................................ 28 4.2.2初步计算筒体直径 ............................................................................ 28 4.2.3聚合釜壁厚的计算 ............................................................................ 29

第5章 管道直径与贮罐的计算 ........................................................................... 30

5.1 管道与贮罐的计算 .................................................................................... 30

5.1.1 丁二烯苯乙烯进料管径的计算 ........................................................ 30 5.1.2 贮罐体积的计算 ................................................................................ 30

第6章 泵的计算 ................................................................................................... 31

6.1 泵P—304的设计 ...................................................................................... 31

6.1.1 条件依据 .......................................................................................... 31 6.1.2 管内流体的流速 .............................................................................. 31 6.1.3 泵的选型 .......................................................................................... 32

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