丁苯橡胶装置聚合反应器工艺的设计说明

年产5万吨丁苯橡胶装置聚合工段工艺设计材料科学与工程学院课程设计年产5万吨丁苯橡胶装置聚合工段工艺设计An annual output of 50000 tons of styrene butadiene rubber device polymerization section process design吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology摘要本设计是以丁二烯和苯乙烯为原料，年产5万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AbstractThe design is based on butadiene and styrene as raw materials, with an annual output of 50000tons 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 "three wastes" management should be made a note. Drawing the main equipment according to the process design and calculation results。

丁苯橡胶聚合工艺设计书说明书第1篇设计说明书第1章绪论1.1 设计依据、指导思想1.1.1 设计依据主要设计依据是吉林化工学院下发的“年产6.5万吨丁苯橡胶装置聚合工段的工艺设计”本科生毕业设计任务书。

1.1.2 指导思想本设计的指导思想是：（1）利用传统乳液聚合生产技术，确保产品质量高，生产过程安全；（2）生产过程尽量采用自动控制，机械化操作；（3）对于易燃易爆场所，设计采用可靠的控制，报警消防设施；（4）设计采用技术成熟完善的传统乳液聚合方法，达到环保的要求，对生产过程中的化学污水的排放要经过处理，以保证环保要求；（5）厂房、车间、设备布置要严格按土建标准，以保证生产和正常进行及操作人员的安全。

1.2 设计地区的自然条件本设计的丁苯橡胶车间拟建在吉林市江北吉化有机合成厂院内。

设计地区自然条件如下：土壤最大冻土深度：1.8米土壤设计冻土深度：1.7米全年主导风向：西南风夏季主导风向：东南风年平均风速：3.4米/秒地震裂度：7度年平均降雨量：668.4毫米日最大降雨量：119.3毫米平均气压：745.66mmH 最高气温：36.6℃最低气温：-38℃平均相对温度：71%最大降雪量：420毫米水温：15℃第2章工艺论证2.1 工艺原理丁苯橡胶是1,3-丁二烯和苯乙烯的共聚物，是一种最通用的橡胶品种，它是按自由基反应机理于乳液中合成的。

其反应方程式为：2.2 生产方法论证丁苯橡胶的生产包括溶聚和乳聚两种工艺。

溶聚丁苯橡胶具有低的滚动阻力，又具有很高的抗湿滑性与耐磨性，其滚动阻力比乳聚丁苯橡胶减少20%一30%，抗湿滑性优于顺丁橡胶，耐磨性能也很好，是全天候轮胎的最合适胶料。

近几年国际上溶聚丁苯橡胶的消费是一直处于上升趋势。

西欧和日本溶聚丁苯橡胶所占总丁苯橡胶消费量的比例为31%左右，一些公司正计划扩大溶聚丁苯橡胶生产能力或新建装置。

1992年以来，溶聚丁苯橡胶的产量呈递增趋势。

据有关资料报道，1992年至2000年西欧、美国、日本三地区SSBR平均年增长率为5.9%，而SBR平均年增长率约为1.2%0 1995年，拜耳公司决定停止其在ESBR方面的投资，Hill，的ESBR停产。

高分子材料课程设计学院：装备制造学院班级：复材1102姓名：梁笑微学号：110690208指导老师：白咏梅日期：2014.1.6目录一、有关设计的产品和原料概述.................................... - 3 -1.1设计题目.................................................... - 3 - 1.2丁苯橡胶的概述.............................................. - 3 - 1.3丁苯橡胶的原料和助剂........................................ - 3 - 1.4低温乳液聚合的生产原理...................................... - 4 - 1.4.1 聚合原理................................................. - 4 -1.4.2低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺条件.......................... - 5 -二、丁苯橡胶的生产工艺流程...................................... - 6 -三、设计介绍................................................... - 6 -3.1设计题目.................................................... - 6 -3.2 设计参数和技术特性指标..................................... - 7 -四、夹套式反应釜总体结构........................................ - 7 -4.1 罐体几何尺寸计算........................................... - 8 - 4.1.1 确定筒体内径............................................. - 8 - 4.1.2确定釜体封头尺寸.......................................... - 8 -4.1.3 釜体实际容积............................................. - 8 -五、反应釜传热装置.............................................. - 8 -六、搅拌装置设置................................................ - 8 -七、反应装置的传动装置设计..................................... - 13 -7.1电动机的选择............................................... - 14 - 7.2、减速器的选择 (14)7.3轴封的选择................................................. - 16 -八、反应装置的附件选型以及尺寸设计............................ - 18 -8.1 管法兰尺寸的设计........................................... - 18 - 8.2釜体法兰联接结构的设计..................................... - 19 - 8.2.1 法兰的设计............................................... - 19 - 8.2.2 密封面形式的选型......................................... - 20 - 8.2.3 垫片的设计............................................... - 20 - 8.2.4 螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格............................... - 20 - 8.3人孔的选用................................................. - 21 - 结束语......................................................... - 22 -一、有关设计的产品和原料概述1.1设计题目丁苯橡胶聚合反应釜的设计1.2丁苯橡胶的概述丁苯橡胶是丁二烯与苯乙烯经共聚合得到的弹性体。

丁苯橡胶聚合反应釜的制造技术赵乃梁;王正方【摘要】对丁苯橡胶装置聚合反应釜的制造难点进行了分析.对反应釜壳体的成形方法、复合钢板的焊接、封头与壳体的连接、冷却管组的成形与管束的分布形式等进行了深入的研究,解决了反应釜内件的组装难题,并对反应釜体内部进行了抛光.总结了聚合反应釜的制造经验,提高了产品质量和经济效益,可以为同类设备的制造提供参考.【期刊名称】《化工装备技术》【年(卷),期】2014(035)004【总页数】3页(P57-59)【关键词】聚合反应釜;冷却管组;抛光;丁苯橡胶;焊接【作者】赵乃梁;王正方【作者单位】山东齐鲁石化机械制造有限公司;淄博职业学院【正文语种】中文【中图分类】TQ050.6丁苯橡胶聚合反应釜是某石化公司丁苯橡胶装置技术改造的核心设备，其内部结构复杂。

在生产过程中反应釜内的物料为丁二烯和苯乙烯，具有粘着性强、易挂壁、易堵罐等特点，故釜体的内表面要求十分光滑，表面粗糙度Ra≤0.2 μm。

釜体内有10组冷却管束，在釜体内均匀布置，用于增加传热面积。

聚合反应釜带有搅拌装置，和冷却管束相辅相成。

冷却管束做成可以拆卸的结构，以便于清洗，提高传热效果。

聚合釜制造的技术条件要求高，制造工艺复杂。

聚合反应釜主要由壳体和内部的冷却管组两部分组成，壳体材料为20R+0Cr18Ni9复合板，结构尺寸Ø3000 mm×（12+3）mm×11 280 mm，下封头壁厚为12+3 mm，上封头壁厚为18+3 mm，整个聚合釜由四根HP350×350型钢支撑在基础上。

聚合反应釜的结构如图1所示，主要设计、制造参数如表1所示。

聚合反应釜的壳体为复合钢板，为避免物料粘附，壳体内表面及接触物料的部件表面均需进行抛光处理。

冷却管组固定在壳体内部。

根据设备结构特点及技术特性要求，必须合理安排各部件组装、焊接、探伤、抛光、水压试验及气密试验的顺序。

因此，釜体和冷却管组的制造、组装以及釜体内部抛光处理是聚合釜制造的难点重点。

河南城建学院毕业设计年产10 万吨丁苯橡胶装置聚合工段工艺设计Annual production capacity of 75,000 polymerization styrene-butadiene plant process design section学生学号学生姓名专业班级指导教师联合指导教师完成日期tons rubber摘要本设计为年产7.5 万吨乳聚丁苯橡胶装置聚合工段工艺设计，在文献调研和现场调研的基础上，进行了丁苯橡胶生产方法及工艺的论证，确定了以丁二烯、苯乙烯为单体，采用氧化还原体系为引发剂，歧化松香酸甲皂为乳化剂，配合其他助剂进行低温乳液共聚合的生产工艺。

在掌握各种物料的基本性质、聚合机理、聚合方法、工艺流程以及国内外的发展现状的基础上，进行聚合工段的物料衡算、热量衡算、设备选型计算，并对丁苯橡胶车间进行了技术经济分析。

在此基础上绘制出丁苯橡胶工艺流程图、设备布置图、管道布置图，编制了设计说明书.关键词：丁苯橡胶; 乳液聚合; 生产工艺AbstractThe design for the 65,000 tons annual production capacity ofpolystyrene-butadiene rubber emulsion polymerization plant process design section, in the literature research and field research on the basis of a styrene-butadiene rubber production methods and technology demonstration to determine a butadiene, styrene for the monomer, the redox initiator system, a disproportionation rosin acid soap as emulsifier, in conjunction with other additives for low-temperature emulsion copolymerization of the production process. In the grasp of the basic properties of various materials, polymerization mechanism, polymerization methods, the development process and the status quo at homea nd abroad based on the section of polymeric material balance, heat balance, calculation of equipment selection, and styrene-butadiene rubber plant techno-economic analysis carried out. On this basis SBR process to map out plans, equipment layout, piping layout, the preparation of the design specification and calculation of the book.Key Words：Emulsion; styrene-butadiene rubber ;production technology目录摘要 .......................................................................................Abstract ........................................................................... I第1 章第一篇绪论 (3)1.1设计依据、指导思想. (3)1.1.1设计依据. (3)1.1.2指导思想. (3)1.2厂址的选择. (3)1.3设计地区的自然条件. (3)1.4产品方案及生产规模. (4)1.5车间布置、岗位人员配制. (4)1.6节能与环境保护. (4)1.6.1节能. (4)1.6.2环境保护. (5)1.7厂区的安全防护. (5)1.7.1有毒害物质的防护. (5)1.7.2安全防火. (5)1.7.3厂房的防爆. (5)第2 章工艺论证 (6)2.1工艺原理. (6)第3 章工艺设计 (7)3.1工艺流程叙述. (7)3.1.1岗位管理范围. (7)3.1.2岗位操作任务. (7)3.2生产原理及工艺流程. (8)3.2.1生产原理. (8)3.2.2工艺流程叙述. (8)3.3原料产品规格及公用工程条件. (10)3.3.1原料的技术条件. (10)3.3.2公用工程条件. (12)3.4工艺过程主要控制指标. (13)3.4.1丁二烯（BD）净化 (13)3.4.2聚合. (13)第二篇设计计算书 (15)第4 章设计计算说明书 (15)4.1物料衡算. (15)4.1.1进料计算. (16)4.1.2新鲜进料. (16)4.1.3出料计算. (17)4.1.4配方的计算. (18)4.1.5总物料衡算表. (19)第5 章聚合工段热量衡算 (19)5.1冷却显热. (20)5.2聚合热. (20)5.3聚合釜的搅拌热. (22)5.4大气给热. (22)5.5氨用量计算. (24)第6 章反应器和搅拌桨的选择 (25)6.1反应釜的选型. (25)6.1.1聚合釜直径和高度的计算. (26)6.2聚合釜搅拌装置的计算. (26)6.2.1计算桨叶直径. (26)6.2.2搅拌功率P的计算 (28)6.2.3聚合釜传热的计算. (28)第7 章泵的设计 (29)7.1.1管内流速的计算. (29)7.1.2直管阻力和局部阻力的计算. (31)7.1.3理论压头的计算. (31)7.1.4泵的选型. (32)第8 章换热器的设计 (32)8.1 热负荷的计算. (33)8.2计算管程压降及给热系数α i . (34)8.3计算壳程压降及给热系数α 0 . (34)8.4计算传热面积. (36)结论 (37)参考文献 (38)致谢 (39)第1 章第一篇绪论1.1设计依据、指导思想1.1.1设计依据吉林化工学院下发的毕业设计（论文）任务书1.1.2指导思想本设计的指导思想是：由国内外丁苯橡胶生产技术的对比可知，而国内丁苯橡胶80%以上采用乳液聚合方法，所以本设计采用技术成熟完善的传统乳液聚合方法，利用传统乳液聚合生产技术，确保产品质量高，生产过程安全。

（塑料橡胶材料）万吨丁苯橡胶毕业设计品质年产3万吨丁苯橡胶装置聚合工段工艺设计- II -摘要本设计为年产3万吨乳液聚合丁苯橡胶装置工艺设计，以聚合工段为设计的主要对象。

丁二烯和苯乙烯为主要聚合单体，松香酸钾皂、硫酸亚铁、叔十二碳硫醇、过氧化氢对锰烷等为助剂，采用低温乳液聚合法连续生产工艺合成丁苯橡胶。

丁苯橡胶具有优异的物理性能和良好的加工性能，在工业生产和日常生活中应用广泛。

本设计在掌握丁苯橡胶合成原理、聚合方法、工艺流程以及国内外的发展现状的基础上，进行了聚合工段的物料衡算、热量衡算、主要设备选型计算及简单的技术经济分析，以及绘制带控制点的工艺流程图、设备布置图、管道布置图，编写了设计说明书和设计计算书。

关键词：丁苯橡胶；乳液聚合；工艺设计；丁二烯；苯乙烯年产3万吨丁苯橡胶装置聚合工段工艺设计AbstractThis design for the annual output of 30000 tons of emulsion polymerization of styrene butadiene rubber plant process design based on polymerization section design of the main object. Butadiene and styrene as the main monomer, rosin potassium soap, ferrous sulfate, uncle twelve carbon mercaptan and hydrogen peroxide as additives on manganese alkanes, etc, the continuous production process using emulsion polymerization at low temperature synthesis of styrene-butadiene rubber. Styrene butadiene rubber has excellent physical properties and good processability, has been widely applied in industrial production and daily life. This design in mastery of styrene-butadiene rubber synthesis principle, polymerization method, technological process and the development situation at home and abroad, on the basis of the aggregation process of material balance, heat balance and major equipment selection calculation and simple technical and economic analysis, and draw the control points of process flow diagram, equipment layout, piping layout, writing the design specification and design calculation.Key Words：Butadiene-styrene rubber；Emulsion polymerization；Process design；Butadiene；Styrene- II -目录摘要 (I)Abstract (II)第一篇设计说明书 (1)2. 绪论 (2)2.1. 设计依据、指导思想 (2)2.1.1. 设计依据 (2)2.1.2. 指导思想 (2)2.2. 设计地区的自然条件 (2)2.3. 厂址的选择 (2)2.4. 产品方案及生产规模 (3)2.5. 车间布置与岗位人员配制 (3)2.6. 节能与环境保护 (3)2.6.1. 节能 (3)2.6.2. 环境保护 (4)2.7. 安全生产 (4)2.7.1. 安全特点 (4)2.7.2. 消防设施 (4)2.7.3. 灭火程序 (4)3. 工艺论证 (5)3.1. 工艺原理 (5)3.2. 生产方法论证 (5)4. 工艺设计 (7)4.1. 工厂的分配和布置 (7)4.2. 工艺流程简图 (7)4.3. 橡胶聚合车间工艺流程叙述 (7)4.3.1. 本岗位管理范围 (9)4.3.2. 本岗位操作任务 (9)4.4. 生产原理及工艺流程 (9)4.4.1. 生产原理 (9)4.4.2. 工艺流程 (9)年产3万吨丁苯橡胶装置聚合工段工艺设计4.4.2.1. .单体及化学品溶液接收 (9)4.4.2.2. 聚合 (11)4.5. 原料产品规格及公用工程条件 (12)4.5.1. 原料的技术条件 (12)4.5.2. 公用工程条件 (13)4.6. 工艺过程主要控制指标 (14)4.6.1. 丁二烯（BD）净化 (14)4.6.2. 聚合 (14)4.6.2.1. 集合进料流量控制精度 (14)4.6.2.2. 进料流量校正时间间隔 (15)4.6.2.3. 聚合温度 (15)4.6.2.4. 聚合压力 (15)4.6.2.5. 转化率 (15)4.6.2.6. 门尼粘度 (15)4.6.2.7. 反应停留时间 (16)4.6.2.8. 结合苯乙烯的量 (16)第二篇设计计算书 (17)第1 章基础数据 (18)1.1 已知基础数据： (18)1.2 计算原则 (20)第2 章物料衡算 (21)2.1 进料计算 (21)2.1.1. 混合丁二烯和苯乙烯进料 (21)2.1.2. 新鲜丁二烯和苯乙烯进料 (21)2.1.3. 辅助物料计算 (22)2.1.4. 聚合工段进料表 (24)2.2 聚合工段出料计算 (25)第3 章聚合工段热量衡算 (26)3.1 聚合热 (26)3.2 冷却显热 (27)3.3 搅拌热 (28)3.4 大气吸热（略） (28)3.5 热量统计 (28)- II -3.6 所需氨的量的计算 (29)3.7 聚合过程中的能量统计 (30)第4 章反应器和搅拌桨的选择 (32)4.1 反应釜的选型 (32)4.2 罐体尺寸确定 (33)4.2.1. 筒体高径比 (33)4.2.2. 初步计算筒体直径 (33)4.2.3. 聚合釜壁厚的计算 (34)4.3 搅拌器的计算 (34)4.3.1. 搅拌器初步选型 (34)4.3.2. 搅拌功率 (35)4.4 传热的计算 (35)4.4.1. 换热器的选择 (35)4.4.2. 换热面积的计算 (38)4.4.3. 换热器的选择 (39)第5 章管道直径与储罐的计算 (40)5.1 管道直径的计算 (40)5.2 容器型式的选择 (41)5.2.1. 丁二烯缓冲罐V—303的选型 (41)5.2.2. 苯乙烯缓冲槽V—304的选型 (42)第6 章换热器的设计型计算 (43)6.1 基本条件 (43)6.2 丁二烯换热器E—301的设计 (44)6.2.1. 初选 (45)6.2.2. 计算管程压降及给热系数αi (46)6.2.3. 计算壳程压降及给热系数α0 (47)6.2.4. 计算传热面积 (48)6. 泵的设计型计算 (50)7.1 泵P—304的设计 (50)7.1.1. 简图 (50)7.1.2. 条件依据 (50)7.1.3. 管内流体的流速 (50)7.1.4. 直管阻力和局部阻力的计算 (51)年产3万吨丁苯橡胶装置聚合工段工艺设计7.2 泵的选型 (51)7.2.1. 泵的选择 (51)7.2.2. 泵的效率的计算 (51)结论 (53)参考文献 (54)附录主要符号说明 (55)致谢 (56)- IV -第一篇设计说明书年产3万吨丁苯橡胶装置聚合工段工艺设计2.绪论2.1.设计依据、指导思想2.1.1.设计依据主要设计依据有：《吉林化工学院毕业设计任务书》；及《化工工艺设计手册》、《化学工程手册》、《化学工艺设计施工图内容和深度统一规定》和吉林化公司有机合成厂丁苯橡胶车间生产装置进行本设计。

高分子合成工艺学设计说明书年产1万吨低温乳液丁苯橡胶的生产工艺流程设计院、部：材料与化学工程学院学生姓名：***指导教师：*** 职称**专业：高分子材料与工程班级：高本1002班完成时间：2013年06月14日摘要丁苯橡胶是丁二烯与苯乙烯的共聚物，由于其价格低廉，综合性能良好，成为现今应用的最为广泛的橡胶品种。

本设计为以丁二烯和苯乙烯为原料，年产1万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，对聚合釜进行了工艺计算和选型，计算得到的聚合釜釜径为2400mm高为8000mm 采用布鲁马金式搅拌器和内冷件直管式换热器。

综合上述工艺计算和设计结果，绘制出了工艺流程图、主要设备图。

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。

关键词：丁苯橡胶；低温乳液聚合；工艺设计；聚合釜AbstractStyrene-butadiene rubber is a copolymer of butadiene and styrene. In recent years, the Styrene-butadiene rubber is wildly used in everywhere for its low price and good property. This design is process design based on butadiene and styrene as raw materials, with an annual output of 10,000tons of SBR. 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, I finished a more detailed material balance and energy balance.Through the process calculation and selection, I finally finished my design of polymerizer. The diameter of it is 2400mm and the height of it is 8000mm. I choose Brumagin-type impeller as impeller of the polymerizer. As to heatexchanger, I finally choose straight tube-type heatexchanger as the inner cooler of it.According to the above process calculation and design results, I draw the process flow diagram and main equipment. At the same time, I explained the security considerations of the process of production and the treatment of the "three wastes".Key words：styrene-butadiene rubber; low temperature emulsion polymerization; process design; polymerizer目录摘要 (I)Abstract (II)1. 概述 (1)1.1丁苯橡胶的橡胶的发展历史 (1)1.2未来的发展前景 (2)1.3丁苯橡胶的分类 (3)1.4丁苯橡胶的结构、性能和用途 (4)1.4.1丁苯橡胶的结构 (4)1.4.2丁苯橡胶的性能 (4)1.4.3丁苯橡胶的用途 (5)1.5丁苯橡胶的生产技术 (5)1.5.1乳液聚合(ESBR) (5)1.5.2溶液聚合(SSBR) (6)2. 低温乳液聚合丁苯橡胶工艺设计 (8)2.1低温乳液聚合丁苯橡胶的条件 (8)2.1.1分散介质 (8)2.1.2单体纯度 (8)2.1.3聚合温度 (8)2.1.4转化率与聚合时间 (8)2.2丁苯橡胶生产工艺流程简介 (8)2.2.1原料准备过程 (8)2.2.2聚合过程 (9)2.2.3分离过程 (9)2.2.4后处理工段 (9)2.2.5工艺流程简图 (10)2.3工艺流程图......................................... 错误！未定义书签。