年产10万吨ABS树脂接枝粉料车间工艺设计

1、毕业设计ABS树脂是聚丁二烯橡胶、单体苯乙烯和丙烯晴的接枝共聚物，它兼具三种组分 的共同性能，无毒、无臭、耐冲击、质硬、尺寸稳定、耐化学腐蚀、电性能良好、易 于成型加工，表面光洁和容易着色。 ABS树脂是目前产量最大、应用最广的热塑性工 程塑料。目前世界上ABS树脂合成仍广泛采用的是乳液接枝掺混法。该法是用乳液接枝法 生产高胶的ABS接枝粉料作为中间品，将中间品于本体 AS聚合物进行掺混。挤出造 粒生产ABS树脂。该法工艺成熟、流程短、设备少、生产品种多、适宜大规模生产。本设计主要完成了 ABS接枝粉料段的工艺流程设计、反应釜设计、车间布置设计、 编制了设计。关键词：ABS树脂、工艺、乳液接枝

2、掺混法AbstractABS res in is Polybutadie ne Rubber, styre ne mono mer and acrylo ni trile graft copolymer, it combines three components of common,non-toxic,odourless,resista nt to shocks, the quality is hard, good dime nsional stability, chemical resista nee,electrical properties, ease of formi ng, the

3、surface is smooth andeasy colori ng. ABS res in is by far the most productive, the most widely used thermoplastic plastics.Synthesis of world ABSresin emulsion grafted mixing method is widely used. This Act was produced using emulsion graftinggraftingof ABShigh glue powderas an in termediateproduct,

4、 in termediate in the on tology ASpolymer ble nding.Extrusio n granu latio n product ion of ABS resi n. The Act less short mature tech no logy, process, equipme nt, product ion, varieties, suitable for mass producti on.This desig n ABS grafted powder process desig n, pla nt layout desig n, reactor d

5、esig n, preparatio n of desig n specificati ons.Keyword: ABS , craft , lotio n copolymerizti on.第一章概 述 .1第二章生产配方及原料、辅助原料的技术规格 .42.1生产ABS粉料的配方及工艺条件 .42.1.1生产聚丁二烯乳胶的配方及工艺条件 .42.1.2 ABS 接枝聚合的配方（质量份） .52.1.3 生产ABS粉料的主要设备 .52.2原料规格 .6第三章工艺流程简述.93.1简述 .93.2生产基本原理 .93.2.1 聚丁二烯乳胶的合成.93.2.2 ABS接枝共聚反应机理.103.3

6、生产工艺过程 .113.3.1 简述.113.3.2 PBL的生产及单体回收的工艺过程 .123.3.3 生产ABS粉料的工艺过程 .133.4工艺技术特点 .13第四章 工艺计算 .144.1物料衡算 .144.1.1工艺流程示意图 .144.1.2 化学反应方程式： .144.1.3确定计算任务 .144.1.4收集数据 .154.1.5计算基准 .154.1.6聚合计算 .154.2设备工艺计算 .184.2.1确定计算基准 .184.2.2确定操作方式 .184.2.3收集数据 .184.2.4反应釜的体积计算 .184.2.5反应釜直径Do与筒体高Ho和封头的几何参数的确定 .194

7、.2.6轴封装置 .20第五章生产控制分析.215.1丁二烯聚合及ABS聚合装置控制系统 .215.2中央控制室 .21第六章车间布置.226.1概述 .226.2设计依据 .226.3车间布置要考虑的问题 .226.4车间厂房布置 .236.4.1厂房形式的选择 .236.4.2厂房的轮廓 .236.5车间各部分组成 .236.5.1工艺生产部门 .236.5.2辅助生产部门及生活行政部门 .236.6车间设备布置 .236.6.1满足生产工艺要求 .246.6.2满足设备安装与检修对布置的要求 .246.6.3符合建筑设计要求 .246.6.4符合安全卫生标准 .24第七章 ABS 的物化

8、特性及改性产品 .257.1 ABS的物化特性.257.2 ABS的老化及防老措施.267.2.1自然老化对 ABS性能的影响 .267.2.2热氧老化对ABS性能的影响 .267.3产品的改性 .267.3.1高抗冲 ABS .267.3.2透明 ABS.267.3.3耐热 ABS.27第八章 安全技术 .288.1 安全要点.288.1.1丁二烯贮罐区 .288.1.2聚合系统 .288.1.3ABS树脂干燥系统 .288.1.4其他部位 .288.2贮存和运输 .298.3回收 .298.4法律方面 .30第九章环境保护.319.1概述 .319.2污染源及组成 .319.2.1废气污染

9、源及组成 .319.2.2组成 .319.2.3废渣（液）污染源及组成 .319.3污染物治理措施及预期效果 .329.3.1废气治理措施 .329.3.2废水治理措施 .32933 废渣（液）治理措施 .339.4绿化设计.339.5环境管理与监测.33第十章 人员编制.35第十一章 技术经济指标.3711.1各种生产工艺技术经济指标 .3711.2乳液接枝ABS粉末/本体AS熔融料掺混主要参数 .3711.2.1装置组成、生产规模、生产方案 .3711.2.2原料来源 .3811.3物耗、能耗、成本 .3811.3.1原料及助剂消耗 .3811.3.2公用工程消耗 .3911.3.3成本

10、.3911.4 投资.39第十二章 ABS发展存在的问题及建议 .4212.1国内ABS树脂生产存在的问题 .4212.1.1 ABS树脂生产的原料 .4212.1.2产品品种.4212.1.3 ABS生产的环保问题 .4212.2对国内ABS树脂生产的建议 .4212.2.1扩大ABS生产能力 .4212.2.2开发具有自主知识产权的核心技术 .42致谢.43参考文献. 44附 录. 45第一章ABS寸脂，从组成上来看，可以从3个层次表述：它由碳、氢、氮三种元素组成； 它是由丙烯腈，苯乙烯，丁二烯三种单体共聚得到的接枝共聚物； 它是由苯乙烯丙烯 腈在聚丁二烯乳胶上接枝得到的接枝橡胶，与游离的

11、苯乙烯和丙烯腈的共聚物SANKAS寸脂，通过掺混挤压造粒而制得的产品。其英文名 Acrylonitrile-butadine-styrene。它综合了丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）各自聚合物的优良性能，具有抗冲击性能、耐低温性能、绝缘性能， 而且表面光泽性、着色性能良好。丙烯腈使得 ABSt良好的耐化学腐蚀性和表面硬 度，丁二烯使ABSS韧，苯乙烯使它有良好的加工性能，其比例为苯乙烯一般在50%以上，丁二烯占20流右，剩余的是丙烯腈的含量。ABS有几好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度、硬度、 和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性及电气性能。水、无机

12、盐、 碱、酸类对ABSI乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于 大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABSI料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。ABST 一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加 工。经过调色可配成任意颜色、期缺点是耐热性不高，连续工作温度为70C左右，热变性温度约为93C左右。耐气候差，在紫外线作用下易变硬而发脆。由于 ABS三种 组分之间的比例不同，其性质也略有差异，从而适应各种不同的应用。根据应用不同 可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、地冲击型和耐热型等。ABSt机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪

13、表壳、 仪表盘、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等。ABS树脂生产装置的生产规模逐步扩大，各种性能以及专用料的开发日趋成熟。 目前工业化的ABS树脂生产技术有：乳液接枝聚合法；乳液接枝掺混法和连续本体 聚合法。其中乳液接枝掺混法又分为：乳液接枝-乳液SAN掺混法；乳液接枝-悬浮 SAN掺混法；乳液接枝-本体SAN掺混法。这三种ABS树脂工业生产技术综合评价见 表1。乳液接枝-本体SAN掺混生产技术该技术由于生产技术成熟，产品牌号多，产品 力学性能、外观着色性能、加工性能均良好，所以是目前ABS树脂生产的主要方法， 有近80 %的ABS树脂生产厂采用该方法乳液接枝-本体SAN掺混法由于本体S

14、AN生 产成本比较低,所以近几年开发的重点是生产高性能 ABS粉料。目前ABS高胶粉的主 要研究方向是提高胶乳中橡胶相（乳液聚丁二烯主干或乳液丁苯胶乳主干）的含量, 努力缩短聚丁二烯主干胶乳的聚合反应时间和苯乙烯表1ABS树脂工业生产技术综合评价乳液接枝掺混法项目乳液接枝聚合法乳液SANSAN掺混悬浮SANSAN掺混本体SANSAN掺混连续本体聚合法技术水平已落后，仍生产效益差，仍生产广泛采用大力发展尚不完善投资中等较高较高中等最低反应控制较容易容易容易容易困难设备要求聚合简单聚合简单后处理复杂后处理复杂简单热交换容易容易容易较容易困难后处理复杂复杂复杂复杂简单环保差差较差中最好发展趋势淘汰无

15、发展空间仍有发展空间主要方法景广阔， 有待完善品种变化品种可调品种灵活品种灵活品种灵活品种少产品质量含杂质较多含杂质较多含一定量杂质含杂质较少产品纯净和丙烯腈在PB胶乳上接枝的聚合反应时间，严格控制胶乳粒径和粒径分布，提 高ABS树脂的冲击性能和改善外观光泽度。ABS接枝主干PB胶乳有聚丁二烯胶乳、 丁苯胶乳和丁腈胶乳，不同PB胶乳对ABS树脂性能有一定影响,聚丁二烯PB胶乳 可使树脂有较好的耐寒性；丁苯PB胶乳可改善ABS树脂的加工流变性；丁腈PB胶 乳可以提高树脂的耐油性。PB胶乳粒径、粒径分布、凝胶含量对 ABS树脂影响比较 大，为了保证ABS有足够的冲击强度,要求PB胶乳的平均粒径要达

16、到250300 nm, 凝胶含量控制在60 %80 %粒径分布控制在一定范围内有利于 ABS树脂加工流动性 和外着色性能PB胶乳大粒径合成有2种方法：1种方法是在聚合过程中直接合成大 粒径胶乳，称1步法；另1种方法是先合成小粒径胶乳，再将小粒径附聚成大粒径， 故称2步法。由于1步法直接合成大粒径胶乳的时间长，一般为2540 h,设备利用 率低、装置生产能力小，所以目前PB胶乳聚合工艺的发展重点是2步法。生产80 100 nm小粒径PB胶乳反应速度快，一般在812 h内完成。小粒径PB胶乳附聚增大 粒径有冷冻附聚、压力附聚和强力搅拌附聚等物理附聚法在乳液接枝-本体SAN掺混 法生产ABS技术中，

17、由于ABS接枝粉生产工艺复杂，成本高，所以在与本体SAN掺 混生产ABS过程中都努力在不降低ABS树脂性能的基础上，降低ABS接枝粉的掺混 比例。因此开发生产高胶含量ABS接枝粉成为关键环节。要使ABS接枝粉有较高的质 量，就要控制ABS接枝聚合的接枝度和接枝效率，通过选用合适的引发剂（如BZ2O2）即可保证接枝反应有较高的反应速率和最终转化率 ，又能保证聚合反应有较高的接 枝效率。在国际，日本帝人公司开发出无卤阻燃 PC/ABS合金Multilo nTN- 7000系列新产 品,与以前的无卤阻燃合金TN- 3800系列产品比,成型时放出气体少，附着模具残 余量大为减少，阻燃性有所提高，并具有

18、良好的流动性，特别适用于大型办公室自 动化设备机架、台板等的薄壁化设计。日本帝人公司的Multilo n RN- 3120是PC/ABS合金，适用于掌上电脑等袖珍设备的薄层外壳。三菱工程塑料公司（MEP）已将一系列非溴化物型阻燃牌号PC/ABS合金-lupilonMB1800、MB1700 MB8300和MB1600投放 市场，适用于笔记本电脑、掌上电脑和办公室设备。我国ABS树脂主要应用于汽车、通讯器材、计算机、日用品、体育用品等,ABS树 脂产品的出口量不断增加，为了保证ABS树脂产品适应欧美国家对环保方面的要求， 国内ABS树脂厂家要努力开发专用料，满足不同领域需求，提高产品竞争力。国内

19、需 求数量比较大的专用料有阻燃、冰箱板材、耐热级、透明级、高光泽、抗静电、电镀 级以及PA/ABS PC/ABS PVC/ABS等各种ABS合金树脂。随着国内外经济的快速发展，合成ABS勺原料都存在不同程度的短缺。目前国际 上ABS树脂都向着高性能专用料、塑料“合金”方向发展，国内市场由于改性PP高 冲PP的发展,对ABS市场产生较大的影响。我国的主要 ABS生产企业多生产通用牌 号产品，产品价格低，盈利能力低。因此，提高产品品质，ABS生产企业加快开发专 用牌号、共混合金牌号是我国ABS树脂发展的重点。国内一些民营厂家ABS树脂改性 发展很快。这些厂家近靠市场，以聚丙烯、ABS聚苯乙烯共混改

20、性为主，部分满足 了国内ABS市场专用料的需求。但这些树脂改性厂家的主要问题是缺少高胶AB取枝粉，技术力量、检测手段还有一定的局限性。本装置系引进日本合成橡胶株式会社的工艺技术， 为乳液接枝一本体SAN#混法， 具有技术成熟可靠，工艺流程短，设备台数少，产品质量好，可生产的 ABS品种多， 废物排放少的优点、是目前世界上比较先进的工艺技术。 本ABS项目有日本窒素工程 总承包，由日本株式会社提够外汇贷款。本初步设计所采用的图纸、资料、数据以合同附件和总图会议书为基础。鉴于卖 方的工艺包、基础设计尚未完成、所给的数据仅是初步的，所以随着卖方工作的深入， 部分内容将会有修改。第二章生产配方及原料、

21、辅助原料的技术规格2.1生产ABS粉料的配方及工艺条件2.1.1生产聚丁二烯乳胶的配方及工艺条件物料名称质量分数丁二烯100氢氧化钠变量歧化松香酸钾皂2-3氢氧化钾变量脂肪酸皂3-2叔十二碳硫醇0.2-0.6磷酸钾0.3-0.5过硫酸钾0.15-0.4过硫酸钠0.2-0.4表面活性剂0.2-0.3软水120-190低温聚合咼温聚合聚合温度/C5 150-80聚合时间8-108-14工艺条件单体转化率/%95952.1.2ABS接枝聚合的配方（质量份）物料名称配比（质量分数）聚丁二烯乳胶100丙烯腈30苯乙烯10叔12碳硫醇0-1歧化松香酸钾5焦磷酸钠0.4葡萄糖0.8硫酸亚铁0.01-0.01

22、6过氧化氢异丙苯0.8工艺水2802.1.3生产ABS粉料的主要设备2.1.3.1聚丁二烯胶乳生产单元1、聚合釜，夹套，设计温度120C，压力1.2MPa2、乳胶排放槽，设计温度5.65 C,压力1.2MPa3、回收丁二烯压缩机，水循式真空泵，防爆型。2.1.3.2乳液接枝单元1、接枝聚合釜，搪瓷，设计温度160C，压力0.7MP&2、凝聚槽，三级，衬瓷砖，设计温度120C，常压。3、离心机，注意排量、转速、电机功率等参数。4、干燥器，（对万吨装置而言）沸腾床干燥器，排量为550-700kg/h，气流干燥器与之串联使用，排量也为550-700kg/h。2.2原料规格1、丁二烯（BD （执行 G

23、B13291-91技术标准）控制项目单位技术指标外观无色透明无悬浮物纯度% 99.010 月 5 月 W 1000; 6 月 9 月丁二烯二聚物PPm 99.6聚合物含量PPm 10阻聚剂（TBCPPm10303、丙烯腈（AN控制项目单位技术指标外观清澈透明无悬浮物水% （wt ） 0.45过氧化物PPm 42.05、氢氧化钾（POTASH控制项目单位技术指标纯度% 20.0 （液） 95.0 （固）碳酸钾% 0.63 （液） 48松香酸% 0.5不皂化物% 12皂化悬浮物无性能评价合格7、脂肪酸 （FAD控制项目单位技术指标颜色（Gardner）2中和值202207不皂化物% 1.5湿度% 99.0氯化钾% 0.01硫酸钾% 0.01三氧化二铁% 0.001灼烧失重 0.6水不溶物 0.01性能评价合格9、过硫酸钾（KPS控制项目单位技术指标外观溶解后溶液清澈氯% 0.005铁% 98.010、叔十二烷基硫醇（TDDM控制项目单位技术指标外观油状透明液体折光指数（25）1.457 1.465在苯乙烯中溶解度全溶硫含量% 15.6比重0.852 0.868纯度% 98.5色度 30性能评价合格第三章工艺流程简述