顺丁橡胶生产工艺设计说明书模板

1、“化工设计”课程作业北京化工大学 化学工程学院设计说明书题目：学生：班级：学号：指导教师：201 年 月目 录1.工艺设计基础 1.1 设计任务 1.2 原辅材料性质及技术规格 1.3 产品的性质及技术规格 1.4 危险性物料的主要物性 1.5 原辅材料的消耗定额2.工艺说明 2.1生产方法、工艺技术路线及工艺特点2.1.1 生产方法2.1.2 工艺技术路线的确定 2.2生产流程简述3.工艺计算与主要设备选型3.1 物料衡算3.1.1 计算的基准数据3.1.2 计算基准3.1.3 各单元物料衡算 3.2热量衡算3.2.1 计算的基准数据3.2.2 物料衡算 3.3 聚合釜的计算及选型4 工艺控

2、制条件及自控设计5.附图：带控制点的工艺流程图（PID）设计说明书版式要求1. 目录格式中，一级标题采用黑体字，其余级别标题用宋体字，字号均为小四。2. 设计说明书正文约20页。3. 全文字体规定：中文采用宋体；英文采用Times New Roman。4. 正文采用小四号字，固定行距20磅。5. 参考文献内容字体采用5号字。6. 正文中一级标题（章）采用小三号字，加黑，居中；逢一级标题（章）更换起始页。7. 其余级别标题采用小四号字，加黑。8. 标题之间、标题与正文之间空一行。9. 标题数字排序：一级：1、2、3；二级：1.1、1.2；三级：1.1.1、1.1.2；四级：（1）、（2）、（3）

3、；五级：、。10. 图题目和表题目采用小四号字，居中，加黑。11. 表采用三线表格式；表格尽量不要跨页，如必须跨页设置表格时，后续页表格必须带表头，并标注续表说明，例如“（续表12）”。12. 页面设置为：A4纸型，纵向、单面打印：上2cm，下2cm，左2.5cm，右1.5cm，装订线0.5cm，选择“不对称页边距”，页眉1.2cm，页脚1.5cm。13. 页脚设置为：插入页码，居中。1工艺设计基础1.1 设计任务 （包含由指导教师给出的设计任务书外，还应有一些简要的文献综述如意义、当前趋势等。）1.2 原辅材料性质及技术规格（一般应按不同物料分别列出物性、组成、单位、指标、分析方法和（或）标

4、准号等；对聚合物产品规格应分别列出性能、单位、测试方法和（或）标准号、及各牌号产品指标。可自行列表，也可参考指导书附件中附录A表1格式填写。）1.3 产品性质及技术规格（一般应按不同物料分别列出物性、组成、单位、指标、分析方法和（或）标准号等；对聚合物产品规格应分别列出性能、单位、测试方法和（或）标准号、及各牌号产品指标。可自行列表，也可参考指导书附件中附录A表1格式填写。）1.4危险性物料的主要物性（危险性物料主要指有毒有害、易燃易爆的物质。它们的存在决定了车间（装置）区域或厂房防火、防爆等级；操作环境按照国家职业卫生标准而需要采取隔离、置换（空气）等措施。具体可按指导书附录A表2格式填写。

5、）1.5 原材料的消耗定额（应分别列出物料名称、规格、单位、数量（按每吨产品、每小时、每年的消耗量或产量列出），对于使用过程中逐渐消耗的溶剂或效能逐渐降低的催化剂、吸附剂和中和剂等，如进行定期补充，则需注明补充间隔时间和补充量，并折成每吨产品的消耗量；对于初次充填的或定期更换的催化剂、溶剂或干燥剂等，必须注明一次填充量和更换的间隔时间，并折成每吨产品的消耗量。原材料消耗定额及消耗量可按指导书附录A表3填写。）2. 工艺说明2.1生产方法、工艺技术路线及工艺特点2.1.1 生产方法（介绍顺丁橡胶的基本生产方法采用的基本生产方法（流程）；）2.1.2 工艺技术路线的确定（说明聚合工艺所采用工艺技术

6、路线及其依据（聚合方法选、原辅材料选择等方面说明）；通过聚合反应机理、工艺、设备、操作和安全等方面说明装置的工艺特点。）2.2生产流程说明（叙述物料通过工艺设备的顺序和生成物的去向；说明主要操作技术条件，如温度、压力及流量配比等；如系间歇操作，则需说明一次操作加料量和时间周期；连续操作或间歇操作时需说明工艺设备常用、备用工作情况；说明副产品的回收、利用和三废处理方案。）3工艺计算及主要设备设计3.1.物料衡算3.1.1 计算的基础数据物料衡算所需相关数据详见表3-1至3-10（1） 聚合釜工艺参数 聚合釜进料参数表3-1 聚合釜进料参数一览表项 目指 标丁油浓度13.5g/100ml；温度：4

7、0镍/丁（摩尔比）2.0×10-5三异丁基铝/丁（摩尔比）1.0×10-4三氟化硼乙醚络合物/丁（摩尔比）2.0×10-4铝/硼（摩尔比）0.25铝/镍（摩尔比）3-8 聚合釜操作参数表3-2 聚合釜操作参数一览表项 目指 标聚合系统压力0.45MPa聚合温度94聚合时间4h 原辅材料规格表3-3 聚合釜原辅材料规格一览表项 目指 标丁二烯纯度：99%，其余按丁烯计；溶剂油组成2.1%，57.8%，40.1%环烷酸镍纯度：7.5%三异丁基铝活性铝含量：50%三氟化硼乙醚络合物BF3含量：46%（2） 终止釜工艺参数 终止釜进料参数表3-4 终止釜进料参数一览表项

8、目指 标胶 液组成同聚合釜出料醇/三异丁基铝（摩尔比）6防老剂/丁（质量比）0.0079 终止釜操作参数（略） 终止釜原辅材料规格表3-5 终止釜原辅材料规格一览表项 目指 标乙醇纯度：95%，其余按水计防老剂/溶剂油（质量比）0.179；防老剂溶液防老剂溶液浓度117g/l（3） 凝聚釜工艺参数 凝聚釜进料参数表3-6 凝聚釜进料参数规格一览表项 目指 标胶 液组成同终止釜出料水/胶液（体积比）7.5水蒸汽/聚丁二烯（质量比）5 凝聚釜操作参数表3-7 凝聚釜操作参数一览表项 目指 标循环水进料温度90凝聚温度95凝聚压力0.2MPa（表压）胶液进料温度20 凝聚釜原辅材料规格表3-8 凝聚

9、釜原辅材料规格一览表项 目指 标水蒸汽0.9MPa（表压）（4） 相关设计参数表3-9 物料衡算相关设计参数项 目指 标丁二烯总转化率85%丁二烯单耗1.045t/t-p全装置总收率95.3%；（以1.045吨的100%丁二烯为基准计算收率和损耗）全装置总损耗4.7%，其中：1. 聚合挂胶损失：1%2. 聚合、凝聚的丁二烯机械泄露损失：0.5%3. 凝聚、振动的渣末损失：0.5%4. 油水分离器水相丁二烯溶解损失：2%5. 包装过程中不合格品及落地损失：0.7%胶粒含水量0.6（凝聚所得胶粒中的水/胶粒，质量比）胶粒含油量0.005（凝聚所得胶粒中的溶剂油/胶粒，质量比）聚合釜容积12m3年产

10、量11000t年操作时间8000h（5） 所需物性数据表3-10 物料衡算所需物性数据物性数据丁烯的密度596kg/m3丁二烯的密度628kg/m3溶剂油密度660kg/m3溶剂油（以正己烷计）在95时的汽化热316.522kJ/kg20-95的平均比热2.428kJ/kg·沸点86丁二烯在95时的汽化热131.844kJ/kg20-95的平均比热2.554kJ/kg·丁烯（以正丁烯计）在95时的汽化热254.139kJ/kg20-95的平均比热2.679kJ/kg·0.9MPa(表压)水蒸汽焓H汽2781.71kJ/kg95饱和水焓H水397.75kJ/kg3.

11、1.2计算基准由于生产采用连续式溶液聚合法，因此计算过程以kg/h为基准。3.1.3各单元的物料衡算（1） 聚合釜总物料衡算聚合釜物料衡算图如图所示： 丁二烯系统根据设计任务书，年产顺丁橡胶11000t，年操作时间8000h，可知每小时顺丁橡胶产量：根据丁二烯单耗可知所需纯丁二烯质量流量为：扣除机械损失以及溶解损失，应有聚丁二烯：根据总转化率85%可知应需纯丁二烯质量流量为本工艺采用中国石化上海石油化工股份有限公司生产的工业用丁二烯（优级品，执行企业标准Q/SH 012.01.13-1999）质量分数为99.3%，其余按正丁烯计算，可知，所需原料丁二烯为：随原料夹带的正丁烯为：根据上述计算结果

12、，总结于下表中表3-11 进料丁二烯用量组分质量分数%kg/ht/am3/h丁二烯99.31648.18013185.442.658正丁烯0.711.61992.9520.0195合计1001659.79913278.3922.6775 溶剂油系统已知丁二烯质量流量为1659.799kg/h，体积流量2.6775m3/h，丁油浓度为13.5g/100ml，即为135kg/m3，溶剂油密度660kg/m3，因而可得所需溶剂油质量： 引发剂系统引发剂采用镍催化剂体系，成分为环烷酸镍三异丁基铝三氟化硼乙醚络合物，主要计算公式为：a) 环烷酸镍（主引发剂）已知镍/丁（摩尔比）为，纯度为7.5%，可知环

13、烷酸镍质量流量：镍组分摩尔流量：b) 三异丁基铝（助引发剂，Al(i-C4H9)3）已知三异丁基铝/丁（摩尔比）为，活性铝含量50%三异丁基铝质量流量：摩尔流量：c) 三氟化硼乙醚络合物（第三组分，BF3O(C2H5)2）已知三氟化硼乙醚络合物/丁（摩尔比）为，BF3含量为46%，可知：三氟化硼乙醚络合物质量流量：摩尔流量：根据上述结果可知，而由文献可知，当Al/Ni=38，Al/B=0.30.7（均为摩尔比），催化剂活性最高，因此可知此配方满足工艺要求。 聚丁二烯系统由总转化率85%可知生成的聚丁二烯为：由于存在挂胶损失，损失量为：去终止釜的聚丁二烯为：未反应的丁二烯质量流量：根据上述结果可

14、得聚合釜总物料衡算，列于表3-12表3-12 聚合釜总物料衡算表序号组分kg/ht/aw%（质量分数）进料1丁二烯1648.18013185.44020.5752丁烯11.61992.9520.1453溶剂油6347.19150777.52879.2354环烷酸镍0.4783.8240.0065三异丁基铝1.2099.6720.0156三氟化硼乙醚络合物1.88415.0720.0247合计8010.56164084.488100出料1去终止釜聚丁二烯1386.58411092.67217.3092未反应的丁二烯247.2271977.8163.0863丁烯11.61992.9520.1454

15、挂胶损失14.369114.9520.1795溶剂油6347.19150777.52879.2356三种引发剂3.57128.5680.0457合计8010.56164084.488100（2） 聚合釜数量的确定以及各釜物料衡算 聚合釜数量的确定由聚合釜物料衡算可得丁二烯进料量，丁油浓度，聚合时间T=4h，因而可得聚合总容积为：需12聚合釜台数：，圆整为4台。 各釜转化率的确定根据合成橡胶工业第七卷（1984）P67中内容知：丁二烯聚合属于一级反应，并且镍催化体系油溶剂丁二烯的表观动力学反应速度常数的关联式如下：对于一级反应，连续槽式反应器的反应转化率与反应速率常数之间的关系如下（假设各釜停留

16、时间相同）：，可知： 其中：CAN第N台釜内反应物浓度，mol/L；CA0反应物初始浓度，mol/L；CA(N-1)第N-1台釜内反应物浓度，mol/L；XNN台釜累积转化率；xN第N台釜转化率；k聚合反应表观速率常数，min-1；平均停留时间，min；N连续槽式反应器台数；C0主催化剂的浓度，mol/L；kp链增长速度常数，L/(mol·min)；T反应温度，K；催化剂利用率（在94下，取27%）为便于计算，按等温等容处理，取总转化率为85%；各釜停留时间相同；反应温度为94，C0=，则可计算得由于总转化率为85%，即XN=85%，可求得平均停留时间为由于各釜停留时间相同，由各釜转

17、化率计算公式可知各釜转化率相同，现计算首釜的转化率：3.2.热量衡算3.2.1 计算的基础数据3.2.2 热量衡算（计算聚合釜的热量衡算）3.3 聚合釜的计算和选型4工艺控制条件及自控设计针对工艺特点，用文字和条件表具体说明下述事项：（1） 工艺中主要操作参数（如温度、压力、流量等）的检测条件的说明、控制条件及相应的自控回路设计方案的说明。（2） 安全自控设计：如生产控制中的报警、停车连锁和事故状态下紧急停车等条件的说明；卫生自控设计：如通风、除尘、降温、减噪等条件的说明；5附图带控制点的流程图（PID）（必须有）（画到聚合反应结束，图纸采用1号图幅，计算机绘制。）参考文献1. 期刊 作者题名J刊名，出版年，卷（期）：起止页码2 专著 作者书名M版本（第一版不著录）出版地：出版者，出版年起止页码3 论文集 作者题名C/编者论文集名出版地：出版者，出版年起止页码4 学位论文 作者题名D保存地点：保存单位，年份5 专利文献 题名P国别，专利文献种类，专