30000吨每年热塑性丁苯橡胶的生产设计

/摘要热塑性丁苯橡胶（SBS）是以丁二烯与苯乙烯在锂系催化剂作用下通过溶液聚合制得的高分子弹性体，SBS是一种热塑性弹性体,在常温下显示橡胶的弹性,高温下又能够塑化成型。本文从技术发展、消费状况、环境角度以及可持续发展的观点进行了建设热塑性丁苯橡胶的生产车间设计。根据对热塑性丁苯橡胶的研究和调查，从不同角度对市场、技术经济进行调查，找出一条最适合工业生产的生产线。对原料、生产方法、产品方案、设备及厂址进行了选定。关键词：热塑性丁苯橡胶市场分析设计计算三废处理AbstractThermoplasticstyrene—butadienerubber（SBS)andstyrenebutadienebasedinlithiumcatalystwaspreparedbysolutionpolymerizationpolymerelastomer,SBSisathermoplasticelastomer，atroomtemperatureshowtheflexibilityofrubber，hightemperaturetheycanbemoldedplastics.Fromthetechnologicaldevelopment,consumption,environmentandsustainabledevelopmentpointofviewtobuildingathermoplasticstyrene-butadienerubbermanufacturingplantdesign.Thermoplasticstyrenebutadienerubberbasedontheresearchandinvestigation,fromdifferentanglesonthemarket，technicalandeconomicinvestigationtofindoutoneofthemostsuitableforindustrialproductionlines。Onrawmaterials,productionmethods,products,equipment＆sitewereselected。Keyword：Thermoplasticstyrene-butadienerubber(SBS）marketanalysisdesigncalculationthreewastescuring.目录摘要………………...……………………ⅠAbstract。。。。。.。...。.。。..。。.。.。.。。。。。。..。。..。。。.。。。。..。.。。。。.。..。..。.。。。.。.。。。..。。.。。.。。。。..。。...。.。。..。.。.。。。..。。.。...。。.。。..………ⅡHYPERLINK\l”_Toc263512574"第1章绪论 1HYPERLINK\l”_Toc263512575"1.1热塑性丁苯橡胶的结构与性能与应用 11.1。1热塑性丁苯橡胶的结构与性能 11。1。2热塑性丁苯橡胶SBS应用 21。2。1生产现状 31。2.2进口量逐渐减小 5HYPERLINK\l”_Toc263512581”1.2。3热塑性丁苯橡胶橡胶的消费情况 5HYPERLINK\l”_Toc263512582"1。2。3。1SBS在全球的消费与需求情况 51。3热塑性丁苯橡胶的发展方向 6_Toc263512585”第二章工艺流程的设计 8HYPERLINK\l”_Toc263512586”2。1热塑性丁苯橡胶生产技术 8HYPERLINK\l”_Toc263512587"2.2.1聚合反应机理 8HYPERLINK\l”_Toc263512588"2。1.2聚合反应工艺 9HYPERLINK\l”_Toc263512589"2.1.3生产方法的选择 92。2原料的选择 10_Toc263512592”2。2。2聚合溶剂的选择 10_Toc263512594”2.2。4聚合条件的选择 11HYPERLINK\l”_Toc263512595"2。3生产工艺的选择 12HYPERLINK\l”_Toc263512596”2。3.1凝聚 12_Toc263512598”2.4工艺流程及叙述 13HYPERLINK\l”_Toc263512599"2。5顺丁橡胶原料路线 14HYPERLINK\l”_Toc263512600"2。5。1丁二烯 14HYPERLINK\l”_Toc263512601"2。5.2苯乙烯 15HYPERLINK\l”_Toc263512602”第3章工艺设计计算 173。1设计参数 17_Toc263512605”3。1.2聚合工序 173。1.5回收工序 213.2计算基准 22_Toc263512611"3.3。1物料衡算 22HYPERLINK\l”_Toc263512612"3。3。2热量衡算 28HYPERLINK\l”_Toc263512613"第4章设备计算选型 324。1反应器体积的计算 32_Toc263512616”4。2。1确定封头型式 32_Toc263512618"4。2。3选择长径比（H/D） 33_Toc263512621"4。3其他零部件的选型 344。3。1搅拌装置的选型 344。3.2计量泵的选型 34第6章“三废"治理 37HYPERLINK\l”_Toc263512628”6。1“三废”治理的意义 376.3废水处理 396.4废气处理 40_Toc263512633"6.6热塑性丁苯橡胶生产中有害物质的最高允许含量 40对SBS的合成油重要的实践意义。如在苯乙烯活性聚合物（PS＊）中加入丁二烯,那么在PS*上又可以无终止地加成丁二烯，形成二嵌段活性聚合物(SB＊)链。人们根据活性聚合物的特点，恶意交替加入不同的单体，这样就可以获得不同嵌段的单体，这样就可以获得不同嵌段的共聚物。链终止：4R（S）nS(B）m—1B—Li++SiCl4→[R（S)nS(B)m—1B］4Si+4LiCl式中,R:正丁基SiCl4:偶联剂S:苯乙烯单体B：丁二烯单体聚合反应结束后，胶液先经闪蒸再按要求加入防老剂后送去胶液罐[1].2。1.2聚合反应工艺SBS的生产方法包括顺序法和偶合法两种，顺序法用以合成线性SBS,即使先将溶剂，苯乙烯加入到聚合釜内，在一定温度下加入引发剂引发反应至反应完全(第一段反应），紧接着加入丁二烯，丁二烯立即在活性苯乙烯连段末端开始反应，反应完全活性SB–Li﹢双嵌段共聚物（第二段反应)，然后再加入苯乙烯.生成星型S-B-S–Li﹢结构物后（第三段反应）,最后再加入终止剂.偶合法是先是使全部苯乙烯聚合，再加入丁二烯进行反应，生成活性SB﹣Li﹢双嵌段共聚物。这两部同顺序法前两步，而偶合法此后便是加入偶合剂了，用偶合剂的官能团与二个或多个活性双嵌段高分子基团进行耦合反应，加入的偶合剂可以使双官能团化合物，如二卤化甲苯、二溴乙烷、苯甲酸甲脂、二氯二甲基硅烷，则生成线性SBS,若加入的偶合剂是四官能团的化合物，如四氯化硅,四氯化锡等便可生成四臂星型的SBS产品。聚合反应结束后，胶液由第一聚合釜顶部出来后依次通过串联的聚合釜再入终止釜。终止剂和防老剂按定量打入终止釜内。胶液经终止后进到混胶罐，再由胶液泵打入凝聚釜中进行凝聚。釜内通入大量蒸汽和循环热水，胶液喷入釜中后，绝大部分溶剂和丁二烯被蒸出，随水蒸汽进入全凝器。水蒸汽、溶剂和丁二烯蒸气被全部冷凝由全凝器由流入油水分离槽，分层捕捞水相流入水中间槽，油相流入油中间罐而后送至回收工序处理，胶料经脱水干燥后进行包装而得到产品.2。1.3生产方法的选择偶合法的优点:改变偶合剂的种类，即方便的得到星型和线型两类完全不同的产品。避免了活性丁二烯基锂末端引发苯乙烯聚合这一困难操作,并减少了一次单体杂质造成活性连死亡的机会。这个操作过程比顺序法简单.特别是制备高分子量产品时，操作周期短的优点更加明显。2.2原料的选择2。2.1催化剂的选择SBS的合成一般采用有机锂系引发剂，其优点主要在于生成的二烯烃聚合物1。2结构含量低（表3），产品性能好；其次是这类引发剂活性高，寿命长，聚合反应速度快,单体转化率搞.有激励通常采用丁基锂，它有四种异构体,即正丁基锂、异丁基锂、仲丁基锂和叔丁基锂。表3不同有机碱金属对聚丁二烯结构的影响引发剂顺式—1,4（%）反式—1，4（％）1,2结构（％)锂(Li）钠（Na）钾(K）铷（Rb）铯（Cs）3510157652254031351365456259在非极性溶剂中，丁基锂的四种异构体对二烯烃的引发效应按下列顺序：仲＞叔＞异＞正对苯乙烯的顺序则稍有差异：仲＞异＞正＞叔工业上一般采用仲丁基锂和征丁基锂作引发剂。前者具有活性高、对SBS的聚合诱导期没有影响,所得产品分子量分布窄，物性好等优点,但价格贵、不易保存.后者虽活性不及前者，但制备收率高、价格低，便于保存，仍是一种比较满意的引发剂,为了提高其反应活性，可以在反应体系中引入活化剂如THF（四氢呋喃）等极性溶剂。以THF为活化剂是，其用量一般为引发剂的1~2倍指数10倍。2.2。2聚合溶剂的选择阴离子聚合是由于有离子对的形成才得以进新的,因此溶剂的介电性能对离子对的形成起着至关重要的作用。极性溶剂能促进引发剂缔合物的离解和离子对的形成，提高反应的形成,提高反应活性。如THF就可以作为SBS的局和溶剂，并能获得较高的反应速度。但其对单体加成的结构有极大影响，易发生丁二烯的1,2加成反应，因此一般不作为SBS的聚合溶剂，因而可以作为活化剂。基于上述原因，SBS聚合反应采用介电常数较小且对聚合物溶解性好的非极性溶剂,如苯、甲苯、环己烷、正己烷等。这些溶剂中的聚合反应速度随溶剂介电常数的递减而依次递减。甲苯﹥苯﹥正己烷﹥环己烷由于环己烷容易提纯，对SBS的溶解性好，又不像苯那样有毒,而甲苯又可以导致链转移，因此工业生产中以环己烷做溶剂更有利。2.2。3其他助剂的选择反应是以四氢呋喃为活化剂，四氯化硅为偶联剂，水为终止剂2。2。4聚合条件的选择2.2.4.1聚合温度聚合温度一般选择在60℃左右.过高难于控制分子量，而且由于热的关系,使活性聚合物“死亡”;过低则会影响聚合速率。2。2。4。2聚合压力压力对聚合反应影响不大。聚合过程中只要自身压力存在使单体处在液相就行了.也有充入惰性惰性气体的方法，以降低反应单体的分压，使聚合反应在较短时间内趋于完全。2.2.4。3聚合时间聚合时间因聚合方法而异。采用顺序加料法，时间要少于24h,第一段1—2h,第二段2-3h,第三段约h。采用偶联法，第一段2-3h，第二段2—3h，偶合时间约1h，以上给的时间包括反应体系升降温和停放时间，真正的反应时间要短得多，如苯乙烯嵌段合成反应，50℃下反应时间（从加入引发剂开始算）只需要20min就够了。2.2.4。4偶联如前所述，偶联剂的加入量必须恰当控制，即在理论上偶联剂的用量应与SB＊化学等当量,而在事实上特别是合成星型产品却要比理论量稍高一些。多官能团的偶联剂的各个官能团的活性并不一样。如四氯化硅，在室温下第一、二两个氯原子与活性聚合物的反应只需相互混合的时间即可完成，然而进一步的偶联则较慢，如第三个氯原子需要反应几小时，而第四个氯则要在50℃加热几天才能结束.为此在合成工艺上，一般在50℃-70℃进行偶联，偶联剂的用量一般为理论的110％以下，再次加入，并保持一定的偶联时间，这样的偶联效率可达到90％以上。2。2.4。5杂质的影响初步发现，影响聚合反应机理的杂质分成两类.a、急性毒物在聚合物链被引发之前杀死催化剂。这会降低催化剂的活性且影响聚合物的分子量。因此必须增加额外的催化剂来弥补因急性毒物消耗掉的（即首先破杂）部分催化剂量.b、慢性毒物在聚合反应时会破坏活性中心或导致活性链转移，使聚合物分子量分布加宽.此外，活性链一旦被终止,偶联剂不能与这些链反应,交联聚合物预期分子量就不能达到。2.3生产工艺的选择2。3.1凝聚国内一般采用双釜凝聚,而国外多采用多釜凝聚，工业应用表明,多釜比单釜省蒸汽.因此国外凝聚流程比国内能耗低.凝聚釜的内构件上也有不同，日本宇部兴产公司研制出一种高效喷嘴，从其宽度为013~4mm的环隙中喷出的线速高达200~300m/s的过热蒸汽，与从直径2～5mm圆孔中喷出的胶液相遇并将其切制，凝聚后胶粒径为4～6mm，远小于采用普通喷嘴时的20～50mm胶粒。Bayer公司开发的伸缩式喷嘴,通过压力传感器、控制器和移动装置的作用，可自动或手动调节喷出的中空胶液环流厚度（011~510mm），后者与中心管喷出的接近音速的150℃蒸汽相遇而凝聚成粒径小而均匀的胶粒。日本JSR公司开发成功一种乳化汽提工艺，其特点是先用由非离子型表面活性剂(如聚乙二醇芳烷基醚)与通式为R(OC3H6)nOP(OH)2O的磷酸酯组成的复合型分散剂、蒸汽和热水在一般机械混合装置中使胶液乳化，然后喷入凝聚釜上部空间，喷嘴高出釜内液面015~210m，经乳化处理后只用一台凝聚釜就可达到胶中的溶剂含量降至≤110%，凝聚胶粒径5～10mm，且不互粘的满意效果，而采用常规汽提工艺时，粒径则为20～40mm，并有互粘现象。虽然多釜凝聚的优势多，但国内技术还不够成熟，再考试建厂成本来说，最终选择了国内比较常用的双釜凝聚。2。3.2回收回收是顺丁橡胶生产一个不可缺少的环节，采用的是多塔分离，为节省能源,齐鲁石化公司顺丁橡胶回收工艺优化改造为三塔流程（脱水塔、丁二烯塔、脱重塔）,降低了回收能耗。独山子石化为了解决丁二烯塔堵塞问题,将塔内溢流堰进行改造，成功解决了该难题。而国外由于聚合溶剂是单一组分或混合组分，分离较为容易，塔数少,耗能低。从各方面来考虑，最终选择了齐鲁石化公司的回收方案：三塔流程(脱水塔、丁二烯塔、脱重塔)。经综合分析，本设计选择镍氏催化剂（Al—Ni陈化，稀B单加），抽余油作聚合溶剂，不加终止剂（杂质的存在而自行终止);选择镍氏溶液聚合方法、双釜凝聚、三塔流程（脱水塔、丁二烯塔、脱重塔）回收工艺。2.4工艺流程及叙述溶液聚合法生产顺丁橡胶的主要工序有：（1）催化剂、偶联剂、终止剂和防老剂的配制和计量;(2)丁二烯和苯乙烯的聚合；（3）胶液的掺混；(4）胶液的凝聚；(5）橡胶的脱水和干燥;（6）单体、溶剂的回收和精制。其方框流程图如下，催化剂经配制、陈化后,与单体丁二烯、苯乙烯、溶剂油一起进入聚合装置，在此合成热塑性丁苯橡胶。胶液在进入凝聚工序前加入终止剂与防老剂.胶液用水蒸汽凝聚后,橡胶成颗粒状与水一起送到脱水、干燥工序。干燥后的生胶包装后去成品仓库。在闪蒸工序蒸出的溶剂（含有少量的丁二烯与苯乙烯,但不影响)经回收后直接回到精溶剂罐，如附图1。1所示，其流程说明：首先是往聚合釜(F01）里加溶剂，苯乙烯也随同溶剂一起加到聚合釜（F01）里。苯乙烯在加到聚合釜之前,需要经过（G01)脱水，同时为了防止苯乙烯自聚，苯乙烯还需要通过冷却。当苯乙烯和溶剂加到需要的量的时候,搅拌一段时间后,就加入正丁基锂引发苯乙烯反应。当苯乙烯反应完毕后(依靠检测温度峰值来判断)，加入丁二烯进一步反应,就生成了SB。丁二烯在加到聚合釜之前，为了防止丁二烯自聚，丁二烯也需要通过冷却。在检测到压力峰值后，就判断丁二烯完全反应完毕,接着加入偶联剂终止反应,生成了SBS。反应完毕后，胶液通过（G02）闪蒸回收溶剂后，再跟BHT和TNPP一起进到（G04）胶液掺混罐里。胶液在掺混灌经过掺混后，通过泵送到凝聚岗的（F02和F03）进行溶剂的脱除.从后处理回来的热水进到首釜，分散剂也是加到首釜(F02）的。由于溶剂汽化的温度比较低，在首釜里一部分溶剂首先被分离出来。从首釜出来的蒸汽通过冷却后进到油水分离罐，溶剂回到粗溶剂罐。进到末釜(F03）后，在中压蒸汽的作用下，胶粒的溶剂进一步被脱除。末釜的水蒸气和溶剂蒸汽又回到首釜。末釜的胶粒水进到胶粒水缓冲罐后,在通过泵送到后处理进行脱水干燥,分别经过挤压脱水机(J01)和膨胀干燥机(J02），然后再到包装线进行产品的包装.2。5顺丁橡胶原料路线2。5.1丁二烯丁二烯是合成顺丁橡胶的原料。早在1928年,用酒精作原料合成丁二烯的方法首先实现了工业经生产。随着石油化学工业的迅速发展,1943年由石油气丁烯催化脱氢生产丁二烯的工业装置投产，到1950年左右，除个别国家以外，用酒精法生产丁二烯的技术路线逐步被淘汰。1955年以后新建的丁二烯生产工业装置几乎全部采用以石油气丁烷－丁烯催化脱氢生产丁二烯的工业装置。60年代以后，轻油裂解制乙烯的技术迅速发展，为丁二烯工业生产提供了极其丰富而廉价的副产碳四馏分,从此以后,世界各国争先发展和采用从脱氢生产丁二烯的研究也获得了重大进展，丁烯氧化脱氢的工业装置于1970年投产，又为制造丁二烯开辟了一条新的途径。我国丁二烯生产过去主要是采用苏联进口的、以粮食酒精作为原料的陈旧的酒精路线。以酒精作原料经管式催化剂反应器后，酒精部分转化成丁二烯，反应气体经凝缩、吸收，蒸馏和精制后得到原料丁二烯。此法转化率低，成本高，现正逐步被淘汰中。随着我国石油工业的发展，为石油化学提供丰富的原料。我国地大物博，拥有丰富的油田气资源，且有几个较大的石油炼厂可提供一定量的丁烷,为了因地制宜、综合利用,丁烷催化脱氢法制丁二烯的技术也将会得到进一步研究和推广。现在，工业用丁二烯主要由丁烯作原料的氧化脱氢法，轻油作原料的、从碳四馏分中抽取丁二烯的抽提法和丁烷作原料的催化脱氢法，以下对其优缺点作个简要的介绍。丁烯氧化脱氢反应是借助于催化剂晶格氧使丁烯氧化而脱除两个原子丁二烯的反应。其优点是转化率较高,选择性较好,投资和运转费用较低，缺点是氧化过程产生副产物,使精丁二烯中不可避免地含有少量含氧化合物，影响丁二烯质量并带来了污水处理问题。轻油裂解制乙烯所得副产碳四馏分成分极复杂，含有丙二烯和炔烃等杂质,这些烃类化合物沸点非常接近，只有采用萃取精馏技术，方能达到分离的目的。由于所用的溶剂不同，我国现有的工业装置又分为乙腈法和二甲酰胺（DMF）法.乙腈法流程较简单，操作比较容易，我国现在有装置生产的丁二烯主要用于乳液聚合法生产丁苯橡胶，如果用来生产顺丁橡胶,它的质量还欠佳(炔烃含量和乙腈含量偏高），需要进一步精制和提纯.而DMF法比较经济，产品纯度高。由于溶剂性能优良，循环量小,所以设备装置也小，热量回收较好，因此，基本建设投资小、产品成本低.其缺点是溶剂回收设备多，而且复杂。此外,由于DMF的溶解度好，蒸汽压低,故萃取塔和汽提塔等底部要保持较高温度，但容易生成聚合物。2。5。2苯乙烯苯乙烯是生产热塑性丁苯橡胶的另一重要原料,苯乙烯不但是合成丁苯类橡胶的单体，更重要的是它是生产塑料的单体。很多国家都大量生产苯乙烯，进行苯乙烯的合成方法的研究。苯乙烯的合成方法有很多，但实际用于大规模生产的方法并不多，下面介绍几种工业生产方法。(1)乙苯催化脱氢法乙苯催化脱氢法生产苯乙烯于20世纪40年代初开始工业化。经过半个多世纪不断研究、不断实践，在催化剂、反应器和工艺控制方面都有很大改进。所以，目前世界上苯乙烯的生产还打都采用此法.乙苯催化脱氢法的厨师原料是苯和乙烯，生产过程的第一步是苯和乙烯进行烷基化制取乙苯；第二步是乙苯催化脱氢得到苯乙烯，其主要化学反应如下：CH2=CH2+C6H6催化剂→（C6H6)CH2—CH2(C6H6)CH2—CH2高温、催化剂→(C6H6）CH2=CH2+H2乙苯烷基化又可分为液相烷基化和气相烷基化。传统方法是采用无水三氯化铝作催化剂液相烷基化法.这种方法，催化剂对烷基转移有较好的活性，多乙苯可以循环使用，还可以用低浓度乙烯作原料，因此,是一种历史最悠久、应用最广泛的方法.但因采用强酸性催化剂,设备需采用耐腐蚀性材料，烷基化液需经过水解、中和、水洗等过程,流程比较复杂.同时，催化剂配制劳动条件较差,生产过程中产生大量的氢氧化铝的废水，处理困难。随着分子筛催化剂和气相法的出现和环保要求，此法必将逐步被淘汰。气相法最早采用固体磷酸作催化剂，后来开发了BF3/γ-Al2O3催化剂，20世纪70年代又开发分子筛催化剂.此法的优点是无污染、无腐蚀，装置不需特殊合金设备,反应温度高，热量可以回收。催化剂寿命长，但表面积炭，需定期再生.乙苯催化脱氢一般均使用铁系催化剂，工业上采用的反应器有两种.一种是多管等温反应器，催化剂装在炉管内。以烟道气为热载体，反应器放在炉内，高温烟道气将反应所需的热量通过管壁传给催化机床层.是绝热反应器，催化剂在反应器内装填一层或多层床层，反应所需热量由加热炉加热的反应物料带入反应系统,反应器不再有加热设备，与外界没有任何热交换.采用等温反应器，乙苯转化率高、苯乙烯选择性高，水蒸气消耗量约为绝热反应器的一半.但等温反应器结构复杂，且需要大量的特殊合金钢，反应器制造费用高。所以大规模的生产装置都采用绝热反应器。（2）乙苯共氧化法此法是国外另一种工业生产方法。其特点是把乙苯脱氢的吸热反应与丙稀氧化的放热反应结合进行，一套装置同时联苯苯乙烯和环氧丙烷，两者的产量比2.5：1，反应过程是乙苯由空气氧化生乙苯过氧化氢，它再与丙稀发生氧化反应，生成环氧丙烷与甲级苄醇，甲级苄醇脱水则得苯乙烯。氧化反应采用环烷酸钼或钨灯均相环氧化催化剂，反应温度为110℃，压力约为0.98MPa，乙苯选择性约80％.脱水反应采用TiO2作催化剂，反应温度为250℃，苯乙烯收率为81～90%。该方法流程较长，工艺复杂，效率较低。第3章工艺设计计算3。1设计参数3.1。1全装置工艺数据(1）生产规模年产30000t聚丁二烯橡胶（2)生产时间年工作时数8000h(3）每吨橡胶消耗定额0。721t100%丁二烯0。294t100％苯乙烯(4)全装置总收率按98.5%计,损耗（包括工艺损耗和机械损耗）为1.5％。其分配如下（以1.06吨100％丁二烯为基准计算收率和损耗）：凝聚一振动筛丁二烯渣沫损失…………0.5％包装过程中不合格品和扫地料损失………1％3.1。2聚合工序（１)聚合反应转化率≥95％,以95%进行计算。（２)聚合基本配方设计主要是生产牌号为SBS2010,是星型结构,不充填充油干胶生产配方如下表3.1表3.1生产配方项目 牌号SBS2010结构星型嵌段比S/B40/60充油量（%)0单体总重（t）4。03单体浓度(G%）16设计分子量（万）Mn18～20防老剂加入量G％（占干胶量）0.7活化剂在环己烷中含量（ppm）80终止剂量(mol）0实际催化剂的用量=聚合反应用的量+破杂用的量(３)各种参加聚合物料的规格3.1.1丁二烯规格见表3-1表3。1丁二烯规格名称单位数值典型值1。3-丁二烯wt％99。3总炔烃mg/kg25甲基乙炔mg/kg5乙烯基乙炔mg/kg51—丁炔mg/kg10丙二烯mg/kg11,2-丁二烯mg/kg22乙醇mg/kg10羰基物mg/kg20氮化合物（N2计）mg/kg10氨mg/kg5过氧化物mg/kg＜5硫化物（H2S计）mg/kg＜2重质残余物（非挥发份）wt％0.01糠醛mg/kg5二甲基甲酰胺mg/kg10TBCmg/kg20水份mg/kg20二聚物wt%0.2异丁稀mg/kg40反丁二烯—2mg/kg150正丁稀mg/kg10顺丁稀-2wt%0.443.1。2苯乙烯规格，见表3—2表3。2苯乙烯规格名称单位控制指标纯度wt％99.7颜色APHA10聚合物mg/kg10醛（如苯甲醛）mg/kg100硫化物（如硫）mg/kg5过氧化物mg/kg15氯化物mg/kg1TBC抗氧剂mg/kg30苯乙炔mg/kg50水含量mg/kg300α-m—苯乙烯mg/kg5003.2。3环己烷见表3—4表3。3环己烷规格表性质单位明细表典型值最小值最大值环己烷wt％98。5硫含量mg/kg1IBP177.3PP177。8水含量mg/kg100比重60/60F0.782蒸汽压Sai在100℉3。25冰点℉38.7赛波特色度+30铜腐蚀在2h和212℉1博士实验1正不挥发物g/100ml0.0005瓶聚合试验（干燥后）3。2。4丁基锂(催化剂)见表3.4表3.4丁基锂规格表规格单位溶剂环己烷正丁基锂含量wt％20。25±0.20活性相分分析wt％20±0.2活度％（min）97共价Clwt％(max)0。03氯丁烷wt％(max)0。1悬浮物mg/kg无3。2.5THF规格见表3。5表3.5THF规格表规格单位色度APHA（max）20折射率1.4075±0.0075THF含量wt%（min)99.91沸程Hgg/cm3第一滴℃(min）6595%蒸发℃（max）66.7呋喃和硅烷wt％（max)0.09水wt%（max）0。07丁醇wt%（max)无丙酮wt％(max)0.05异丙醇wt%(max）0。05正丙醇wt％（max)0.05过氧化物wt％(max)0.01抗氧剂mg/kgBHT(max）2003。2。6BHT见表3.6表3。6BHT规格表规格单位外观白色晶体熔点℃69—70溶解范围℃（max）0.4凝固点℃69水含量mg/kg无灰分wt%（max)0。008纯度wt％（min）99。7颜色10gm在100ml异丙醇中10APHA(max）砷mg/kg（max）3苯酚…无烷基苯酚wt％（max)0。3重金属mg/kg（max）10贮存三个月后自由流动是3。2.7SiCl4见表3.7表3.7SiCl4(2＃偶联剂）规格表规格单位质量无水组成SiCl4wt%(min)98。8SiHCl3wt%（max)0。08游离Clmg/kg10铁mg/kg1钛mg/kg5比重（在16℃）1。48沸点℃57冰点℃-70（4）聚合温度35～105℃；聚合时间2小时。3。1。3凝聚工序(1)凝聚釜循环水量按水胶比7～8计。（2)采用9Kg/cm(表）蒸汽，耗汽量为６吨蒸汽/吨胶。(3)凝聚温度94℃;聚合釜压力为0。2Kg/cm（表）。(5）油水分离器内，水在烃类中饱和溶解度100ppm（重量)；烃类在水中饱和溶解度0.0014（分子％）(以上数据均系20℃时之值）。(6）环己烷溶剂在90℃时的气化热76kcal/Kg;30～90℃平均热容0。58kcal/Kg℃。3.1.4后处理工序(1)经振动筛后自由水全部脱除，胶粒内含水约60％,含油约2％.（2）干燥脱水装置使胶粒含水和油（即挥发分）〈1％。（3)包装入库的成品胶质量指标门尼粘度……40～50凝胶含量……<1%挥发分…………<1％顺式1。4含量………………>94％灰分……………<0.5%3。1。5回收工序（1)脱水塔塔顶,含丁二烯、苯乙烯约30％，其余为溶剂、水.塔釜不含丁二烯，水值〈15ppm。(2）丁二烯回收塔塔顶不含溶剂，塔底不含丁二烯。(3）脱重塔塔釜残留物含量超过1%，或馏程超出90℃时应及时排放.3。2计算基准此过程属于间歇操作过程、发生化学反应，故选Kg/h作为基准.3。3计算3.3。1物料衡算3.3.1。1聚合（1）丁二烯进料量SBS每小时的生产量：需100%丁二烯。按转化率95％计，100%丁二烯进料量为折合摩尔数为原料中含丁二烯为99.3%则原料量应为：其体积为(2）苯乙烯进料量每生产一吨的SBS需要苯乙烯0.294吨每小时的生产量:需100％丁二烯。按转化率95%计，100%丁二烯进料量为折合摩尔数为原料中含丁二烯为99。7%则原料量应为：其体积为（2）溶剂进料量溶剂的加入，是为了稀释反应生成的橡胶，在聚合釜里多加溶剂有利于反应热的撤走，多加溶剂有利于胶液的输送.但是溶剂加多了不利于产量的做大。所以一般会有一个浓度的，而本设计中装置设计的单体浓度是16％。的要求进行估算,每小时溶剂、丁二烯和苯乙烯的进料总体积约为根据丁二烯浓度为16%的要求进行估算，每小时溶剂、丁二烯和苯乙烯的进料总体积约为单体的总质量：2866Kg+1164Kg=4030Kg=4。03t（4。03t/16%）—4.03t=21。15t环己烷的含量为98。5%21。15/98。5%=21。47t则溶液的进料体积可在大约21.47t/h溶剂体积为21.47/0。799=26.9m3（3)催化剂用量催化剂量=聚合反应需要的催化剂的量+破杂用量聚合反应需要的催化剂的量：4R—Li++［4S+4nS+4mB］+SiCl4→[R(S）nS(B）m—1B]4Si+4Li+Cl—此生产设计所反应的单体的数均分子量为188029g/mol催化剂RLi的分子量为64g/mol每小时的单体用量总质量：2866Kg+1164Kg=4030Kg4R—Li++［4S+4nS+4mB］+SiCl4→[R（S）nS(B）m-1B]4Si+4Li+Cl-4×64188029G14030×1000g聚合反应用的催化剂的质量为：苯乙烯和丁二烯杂质的影响反应式速度①BuLi+H2O→C4H10+LiOH快②BuLi+LiOH→C4H10+Li2O慢总反应式2BuLi+H2O→2C4H10+Li2O对于每小时的反应，溶剂投入量为21.47吨，溶剂中水值100mg/Kg:21。47吨溶剂含水量=21。47×100/18=119。28mol,消耗的引发剂=119.28×2×64=15.28kg(式1）苯乙烯每小时投入量为1.164吨，苯乙烯中溶剂中水值300mg/Kg：苯乙烯含水量=1.164×300/18=19。4mol消耗的引发剂=19.4×2×64=2483.2g=2。48Kg丁二烯每小时投入量为2。866吨，丁二烯中溶剂中水值20mg/Kg苯乙烯含水量=2.866×20/18=3.18mol消耗的引发剂=3。18×2×64=407。04g=0.407Kg从上面的计算看出，溶剂水值对正丁基锂用量的影响最大。引发剂的作用是破杂和引发，引发剂的加入量对反应非常重要，如果引发剂加入量过少会使胶液粘度增大。杂质水对产品质量的影响最大，因为水值的变化改变了丁基锂的有效用量，使得产品的分子量也随着发生变化。每小时催化剂的用量=5。49+15.28+2.48+0。407=23.65Kg/h（4)偶联剂的用量4R-Li++[4S+4nS+4mB］+SiCl4→[R（S）nS（B）m—1B］4Si+4Li+Cl-188029169.94030×1000gG2偶联剂的用量G2=/h目前生产中生产的牌号,在配方中，偶合剂的用量SiCl4/BuLi比表示的，从理论上讲，要得到最大偶合度的产物,必须保证偶合剂与活化链等当量比，但实际的耦合反应中，由于配制偶合剂浓度时，溶剂少量杂质会消耗一些偶合剂活性基团,故需要超量的偶联剂才能保证等当量比。当偶合剂用量为100～120％（对活性聚合物浓度的理论值而言），耦合产物的耦合度高.根据经验，偶合剂量是理论量的1。05～1.2倍加入,一般为1.1倍。偶联剂的实际用量为3。6×1.1=3.96Kg/h（5)活化剂THF（四氢呋喃）的量活化剂配制使用浓度为0.25mol/lTHF用量（l/h)＝代入各值计算总重量为889g/l×47。6l/h＝42316。4g/h=4。23Kg/h。由于活化剂是用溶剂配在一起的，所以47.6l/h的溶液中有溶剂28Kg。（4）SBS生成量为3807Kg/h,其中聚合过程无损失。送去凝聚的聚合物为3807Kg/h（5)防老剂用量防老剂BHT用量可按下式计算：防老剂用量（l/h）＝反应用防老剂浓度为160g/l式中代入各值计算其中防老剂用量为28.16Kg/h。由于防老剂是用溶剂配在一起的，所以176l/h的溶液中有溶剂104Kg。两项配比亦符合配方要求。计算结果整理于下：表3。1计算结果统计表物料名称进料,Kg/h出料,Kg/h物料名称进料,Kg/h出料，Kg/h1、丁二烯(2866）5、偶联剂3.63.6其中:100%丁二烯28461426、SBS去凝聚3807丁烯等20207、活化剂4。234.232、苯乙烯（1164）溶剂28其中:100％苯乙烯1161588、防老剂28.1628.16苯乙炔等33溶剂1043、溶剂21470216024、催化剂23。6523。65合计25691.6425691.643。3。1.2凝聚(1)循环水量（26。8。+0.047+0。176）m3/h×7＝189.16m3/h取水胶比为7，取190t/h(2）去振动筛SBS胶粒量去振动筛的胶粒量3807Kg/h胶粒内含防老剂28。16—0.14=28.02Kg/h胶粒内含油3807×2％＝76Kg/h胶粒内含水3807×60％＝2284。2Kg/h（3)损失量聚丁二烯渣沫损失3807×0。5%＝19.Kg/h,随同损失的防老剂量为28.16×0.5%＝0.14Kg/h(4）水蒸汽冷凝量环己烷气化量21602—76=21526Kg/h丁二烯气化量162Kg/h（包括丁烯等)苯乙烯的汽化量62Kg/h9Kg/cm2(表）水蒸汽与90℃饱和水的焓值之差为664。4-90kcal/Kg由于丁二烯同环己烷的汽化热和比热数值非常接近，为简化计算可假设它们是相等的。根据热量平衡、算出蒸汽冷凝量为这些冷凝水有2284Kg/h包含在胶粒内,全部冷凝水随同循环水一起去振动筛.（5)进入凝聚釜的蒸汽总量按消耗指标计算应为3.75t/h×6＝22.50t/h.其中有22500—4184=18316Kg/h水蒸汽去油水分离器。表3。2计算结果统计表进料出料物料名称Kg/h物料名称Kg/h1、胶液25691.641、去振动筛物料198107。36其中：丁二烯142其中:丁烯等20SBS共聚物3787。86苯乙烯58防老剂28。02其它等3溶剂76溶剂21602催化剂23.65催化剂23。65活化剂+偶联剂7.83偶联剂3。6水194184.活化剂4。232、去油水分离器物料40065SBS共聚物3807其中:防老剂28。16丁二烯(包括丁烯）1622、循环水190000苯乙烯613、水蒸汽22500溶剂21526水蒸汽183163、聚丁二烯渣沫损失（包括防老剂）19.14合计238191。5合计238191。53.3.1.3振动筛、热水罐冷凝水中有2248Kg/h包含在胶粒内自振动筛中分出后去干燥脱水装置。余下的4184Kg/h—2240Kg/h=1944Kg/h冷凝水同循环水一起从振动筛中分出后去热水罐再排往污水池,循环水送往凝聚釜继续使用.假定催化剂及偶联剂等全部被1944Kg/h冷凝水带走。不在循环水内积累。去干燥脱水装置物料组成：聚丁二烯……3787。86Kg/h水………2284Kg/h防老剂………28.02Kg/h合计………………6099.88Kg/h油溶剂………………76Kg/h去凝聚釜循环热水190t/h去污水池的排污水组成为：水1671.28Kg/h催化剂等31.48Kg/h3.3.1。4干燥脱水按规定，胶内含挥发分（水、油）<1%胶内含水3787.86×0。5％＝19Kg/h；则脱水量为2248-19＝2219Kg/h.胶内含油3787.86×0.1％＝3。8Kg/h；脱油量应为:76—3。8＝72.2Kg/h.送去包装的干胶组成SBS共聚物…………………3787。86Kg/h防老剂……………………28.02g/h水……………19Kg/h溶剂…………3.8Kg/h合计3838。68Kg/h脱出挥发分组成水………2219Kg/h油………72。2Kg/h3.3。1。5包装不合格品扫地料损失为60Kg/hSBS共聚物，与此相应防老剂损失o.6Kg/h；失水量为0.36Kg/h，失油量为0。o6Kg/h，由此得每小时成品胶的量及组成为：SBS共聚物…………………3727。86Kg/h防老剂……………………27.42Kg/h挥发分（水、油）………22.38Kg/h合计3777。66Kg/h扣除防老剂后生胶产量为3777。66—27.42=3750.2Kg/h=3750Kg/h；符合设计要求。3。3。1。6油水分离器丁二烯、苯乙烯无溶水损失溶剂在水中饱和溶解量油相中溶剂量21526—120=21406Kg/h油相中溶剂、丁二烯、丁烯等总量为：21406+162+61=21629Kg/h油相中溶解饱和水量21629×0.0001=2.2Kg/h水相中水量18316—2。2=18313.8Kg/h丁烯等全部进入油相油相组成水相组成溶剂……21406Kg/h丁二烯等……162Kg/h水……18313.8Kg/h苯乙烯等……61Kg/h溶剂……120Kg/h水……………2。2Kg/