年产1.1万吨顺丁橡胶聚合车间工艺设计

论文题目：年产1.1万吨顺丁橡胶聚合车间工艺设计
摘要
顺丁橡胶是顺式1，4-聚丁二烯橡胶的简称，国际通用代号为BR，是目前仅次于丁苯橡胶的世界上第二大通用合成橡胶。

本文介绍了顺丁橡胶的市场需求与生产现状，讨论了原料路线、聚合方法、催化剂、终止剂、防老剂的优缺点并进行选择。

通过确定顺丁橡胶的生产流程，查阅各种物质的工艺参数，对产量为15000吨顺丁橡胶聚合工艺进行了计算，包括所有设备的物料衡算，聚合釜的热量衡算以及聚合釜的设备计算。

绘制了PID图、PFD图以及聚合釜的详细设备图。

关键词：顺丁橡胶，丁二烯，聚合，转化率，催化剂，聚合釜
Subject: Process design of 1，3-polybutadiene rubber polymeric workshop with annual output of 11,000 tons Specialty: Chemical Engineering and Technology
ABSTRACT
Butadiene rubber is the type 1, 4-like polybutadiene rubber abbreviation, general international code for BR, is currently the second only to styrenebutadiene rubber of the
world's second largest general synthetic rubber This paper introduces the butadiene rubber market demand and production status, discussed the raw material route, polymerization methods, catalyst, termination agent, the advantages and disadvantages of age-resistant choice. Through the determination of butadiene rubber production processes, refer to all kinds of material process parameters, to produce 15000 tons of butadiene rubber polymerization process of detailed calculation, including all the equipment of material balance calculate, the quantity of heat of polymerization kettle calculation and polymerization kettle calculation of the equipment. Draw the PID figure, PFD diagram and polymerization kettle equipment of detailed picture.
KEY WORDS:Butadiene,Butadiene, Polymerization, Conversion, Catalyst, Polymerization kettle
目录
第一章前言 (1)
1.1顺丁橡胶 (1)
1.1.1 顺丁橡胶的发展历史 (1)
1.1.2 顺丁橡胶的优缺点 (1)
1.1.3顺丁橡胶的优点 (2)
1.1.4顺丁橡胶的缺点 (2)
1.1.5顺丁橡胶的用途 (2)
1.2我国顺丁橡胶的发展历程 (2)
1.3顺丁橡胶的生产需求状况 (4)
1.4选题的目的与意义 (4)
1.4工艺路线的确定 (5)
1.4.1 聚合方法的确定 (5)
1.4.2 单体原料路线的确定 (6)
1.4.3溶剂的选择 (6)
1.4.4引发剂的选择 (7)
1.4.5 终止剂与防老剂 (8)
1.5车间组成 (9)
第二章工艺计算及主要设备选型 (10)
2.1物料衡算 (10)
2.1.1基础数据 (10)
2.1.2聚合釜物料衡算 (10)
2.1.3终止釜的物料衡 (13)
2.1.4凝聚釜的物料衡算 (15)
基础数据 (15)
2.1.5缓冲槽、振动筛、洗胶罐物料衡算 (18)
2.1.6干燥脱水物料衡算 (20)
2.1.7 包装物料衡算 (22)
2.1.8油水分离器物料衡算 (23)
2.1.9溶剂回收部分物料衡算 (24)
2.2热量衡算 (27)
2.2.1基础数据 (27)
2.2.2各聚合釜反应转化率确定 (29)
2.2.3各釜物料组成及物性数据 (30)
2.2.4聚合釜的热量衡算 (38)
2.3设备的计算及选型 (43)
2.3.1聚合釜计算 (43)
2.3.2．各反应器的确定 (51)
2.4泵的选择（以溶剂油泵为例） (59)
2.4.1基础数据 (59)
2.4.2确定流量与扬程 (60)
2.4.3选泵 (62)
2.4.4选电机 (62)
2.4.5几何安装高度的确定 (62)
参考文献 (63)
致谢 (65)
第一章前言
1.1顺丁橡胶
顺丁橡胶，即顺式-1,4-聚丁二烯橡胶，呈白色或微黄色,简称BR。

顺丁橡胶具有良好的耐寒性，耐磨性，弹性很优异。

动负荷下发热少，耐老化性较好。

根据顺式1,4含量的不同，顺丁橡胶可分为低顺式，中顺势和高顺势。

低顺式的顺式1,4含量为35%-40%；中顺势的顺式1,4含量为90%；高顺势的顺式1,4含量可达96%-99%。

1.1.1 顺丁橡胶的发展历史
①低顺式顺丁橡胶最早由美国费尔斯通轮胎与橡胶公司于1955年开发，1961年投产，催化剂为丁基锂；
②中顺式顺丁橡胶由美国菲利浦石油公司开发(1956)，并于1960年由美国合成橡胶公司建厂投产，催化剂是四碘化钛-三烷基铝;
③高顺式顺丁橡胶可用钴系（一氯二烷基铝-钴盐）和镍系（环烷酸镍-三烷基铝－三氟化硼乙醚络合物）催化剂进行生产。

钴系催化剂由意大利蒙特卡蒂尼公司开发并投产（1963），而镍系催化剂则是由日本合成橡胶公司采用桥石轮胎公司的技术于1965年工业化的。

目前，有中国、美国、日本、英国、法国、意大利、加拿大、俄罗斯、德国等15个国家生产顺丁橡胶，20多个品种。

1980年世界年产量已超过 1.8Mt，总产量仅次于丁苯橡胶，在合成橡胶中居第二位。

1.1.2 顺丁橡胶的优缺点
采用Ni系引发剂合成的顺丁橡胶顺式1,4含量为96~98%,属于高顺式丁二烯橡胶,其分子结构比较规整,主链上无取代基,分子间作用力小,分子长而细,分子中有大量的可发生内旋转的C-C单键,使分子十分"柔软".同时分子中还存在许多具有反应性的
C=C键,这样的分子结构决定了此种橡胶具有如下特性
1.1.3顺丁橡胶的优点
①耐磨性好
②耐低温性能好
③弹性高
④动负荷下发热小
⑤耐老化性较好
1.1.4顺丁橡胶的缺点
①加工性能差
②生胶的冷流倾向大
③抗撕裂强度差
④抗张强度较低
⑤抗湿滑性不好
但是这些缺点可以通过与丁腈橡胶，丁苯橡胶，天然橡胶的混合使用来改善。

1.1.5顺丁橡胶的用途
顺丁橡胶主要用于轮胎制造，所制造的轮胎胎面，在苛刻的行驶条件下（如高速、路况差、气温低等）可以显著改善耐磨耗性能，提高轮胎的使用寿命。

此外，还可以用来制造其他耐磨制品（如胶鞋、胶带、胶辊等）以及各种耐寒性要求较高的橡胶制品。

1.2我国顺丁橡胶的发展历程
20世纪50年代，我国建成了氯丁和乳聚丁苯橡胶失误生产装置。

当我国合成橡胶工业正在起步时，国外发现新型Ziegler-Natta定向聚合催化剂。

1960年美国开始了顺丁橡胶的工业化生产。

世界出现新型溶液聚合新技术。

由于西方世界对我国实
行经济和技术封锁，想要橡胶工业的发展与世界同步，只能自力更生，走创新之路。

1950年我国研制成功钛、钴元素组成的催化剂，合成出性能相近的顺丁橡胶同时发现镍系三元新型Ziegler-Natta催化剂建成了七套万吨级生产装置，总生产能力达40多万吨/年。

1960开展了钛系催化剂的研究，研制成功四碘化钛和三异丁基铝组成的催化体系，制得物理机械性能与国外同类产品相近的顺丁橡胶。

但钛系催化剂是非均相的，用量高，又需碘元素，胶为棕色，顺式含量偏低，并含有副产物，使胶具有不愉快的味道，以及用苯作溶剂等缺点。

1961年开展了均相钴系催化剂的研究，解决了钴系顺丁橡胶加工性能差等一系列关键技术问题，成功研制出钴或钴镍混合的三种催化剂体系，合成的顺丁橡胶性能均达到国外同类橡胶的水平。

钴系催化剂的活性高于钛系，用量低，顺式含量高，可制得非污染型胶。

但钴系催化剂仍需用芳烃作溶剂，聚合温度须严格控制才能制得高顺式的顺丁橡胶，生产成本高。

1962年、开展了镍和稀土元素作为主催化剂合成顺丁橡胶的研究，次年发现新型三元镍系催化剂，制得加工和物性均优的高顺式聚丁二烯橡胶。

到1964年末，研制成功5种催化体系，均可合成性能较好的顺丁橡胶。

1965年中科院在北京召开了鉴定会，建议对镍系催化剂合成顺丁橡胶生产技术进行开发。

1969年9月建成了规模为15kt/a,采用了以苯为溶剂万吨级顺丁橡胶生产装置。

但是苯为溶剂虽然挂胶轻，产品质量好，但苯的毒性较大，国内资源不足，在北方的冬季需用伴热管线等多方面不利因素，最终决定万吨级顺丁橡胶生产装置采用毒性小、来源充足的加氢抽余油为溶剂。

1971年北京燕山石油化工公司建成了第一套镍系顺丁橡胶生产装置，年产量为1.5W吨，采用抽余油为溶剂，环烷酸镍，三氟化硼乙醚络合物和三异丁基铝为催化剂。

1998年锦州石油化工公司与中科院长春应化所合作在万吨级镍系顺丁橡胶生产装置上以绝热聚合方式实现了钕系稀土顺丁橡胶的工业化生产。

2000年茂名石化公司从Fina引进了低顺式顺丁橡胶的生产装置并生产出合格产品，齐鲁石油化工公司也研究开发出氯化顺丁橡胶。

2003年北京燕化石油化工公司研究院开研发出低顺式顺丁橡胶的生产技术，在SBS生产装置上进行了全流程的试生产。

2005年8月，大庆石化顺丁橡胶装置扩能改建后，顺丁橡胶年产量大幅上升。

截止2005年底我国共有8套顺丁橡胶生产装置，其中7套采用了国内生产工艺。

1.3顺丁橡胶的生产需求状况
我国完全依靠自己的科研人员和科研成果，独立自主的开发成功具有自主知识产权的顺丁橡胶生产技术，不仅建厂成本低、回报高，而且我国技术与国外相比，具有催化剂用量低、反应时间短、聚合反应器生产强度高、运转周期长，居世界领先地位。

产品成本低、质量好，尤其耐屈挠性能突出，可用于子午线轮胎胎侧胶。

我国顺丁橡胶投产后，市场占有率随着产量增加而提高，现在保持在97%以上，还出口欧洲、亚洲、非洲等187个国家和地区。

目前，我国顺丁橡胶主要用于轮胎、制鞋、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)以及ABS树脂的改性等方面。

据中投顾问发布的《2010-2015中国合成橡胶行业投资分析及前景预测报告》显示，轮胎领域需求量约占顺丁橡胶总需求量的64.9%，制鞋约占10.2%，高抗冲聚苯乙烯加工改性约占9.7%，胶管、胶带约占8.8%，其他方面约占6.4%。

顺丁橡胶是仅次于丁苯橡胶的世界第二大通用合成橡胶。

近年来，由于汽车、高铁、航空航天等领域发展迅速，我国顺丁橡胶的需求量在不断增加。

然而，随着我国顺丁橡胶市场的需求量出现大幅增长，我国顺丁橡胶产能增长的速度却要低于需求量增长的速度，使得目前我国顺丁橡胶市场出现了供不应求的状况。

1.4选题的目的与意义
顺丁橡胶（BR）在世界七大合成橡胶品种中，其产量仅次于SBR，居第二位；在通用橡胶品种中，其消耗仅次于NR和SBR，居第三位。

BR具有高弹性、高耐磨性、高耐屈挠性及低滞后损失等特点，最适用于汽车轮胎。

此外，在非轮胎领域也
具有广泛的通用性。

目前,全世界30 多个国家和地区约50 套工业生产装置进行商品化生产。

作为国民经济产业序列中的一大门类,顺丁橡胶在中国橡胶工业现已形成轮胎、胶管、胶带、胶鞋、工业制品、乳胶制品等品种齐全，生产、科研、设备制造以及炭黑、助剂等原材料基本配套的工业体系。

近10年来，中国橡胶工业生产持续、稳定发展，年递增速度在8%左右；技术进步显著，新产品、新工艺、新设备发展迅速；产品结构调整大有成效，代表轮胎发展方向的子午线轮胎的产量已占总量的13%，胶鞋的高档产品已超过胶鞋总量的25%，并开发了为汽车、电子、建筑、家电等行业配套的大量精细橡胶制品；产品出口量年年大幅增长。

因此对顺丁橡胶聚合车间工艺的设计具有非常大的意义。

1.4工艺路线的确定
1.4.1 聚合方法的确定
根据产物的结构，从自由集聚合，阴离子聚合，阳离子聚合，配位聚合等反应机理中确定选择出配位聚合。

同时考虑配位聚合所用原料，引发剂，传热，物料输送，产物溶解，回收，操作方式等方面综合考虑选择溶液聚合实施方法。

该工艺路线包括了如反应活性中心的形成过程；特殊引发剂组分的安全防护；由于溶剂存在必然要考虑的回收，循环，利用；反应的终止方式；产品防老化处理等特点。

操作方式选择连续操作。

溶液聚合法主要工序如图所示：
图1-1 主要工序图
1.4.2 单体原料路线的确定
①丁烯氧化脱氢法（中国丁烯制丁二烯装置均采用此法）
优点：转化率高，选择性好，投资和运转费用较低。

缺点：氧化过程中产生副产物，使精丁二烯中不可避免的含有少量含氧化合物，影响丁二烯的质量，并带来污水处理问题。

②丁烷脱氢催化法
优点：原料来源丰富，适用范围广，反应运转安全可靠，催化剂强度大，活性高，寿命长。

缺点：转化率低，收率小。

催化剂表面结碳速度快，需要几个反应器轮流反应和再生，而且需要大量水蒸气做稀释剂才能在低的丁烷分压下反应。

③C4馏分分离法
优点：基本建设投资少，生产成本低。

缺点：需要输入大量能量才能获得有经济效益的转化率，而且溶剂回收设备多且复杂。

其中用到DMF法，萃取塔和汽提塔底部要求温度高。

④乙炔法，乙醇法。

丁烯脱氢法
前两个此工艺路线年代久远，成本高，生产流程长，原料来源不广泛，能量消耗大，不适合大量生产。

丁烯脱氢法60年代已被丁烯氧化脱氢法取代。

通过比较乙炔法，乙醇法，丁烷脱氢催化法，丁烯氧化脱氢法，丁烯脱氢法，C4馏分分离法等生产方法的优缺点，结合本地情况，因地制宜，选择合适的丁烯氧化脱氢法制丁二烯的原料路线。

1.4.3溶剂的选择
表1-1顺丁橡胶生产所用溶剂有苯，甲苯，甲苯-庚烷，溶剂油。

使用溶剂油做溶剂，除了对三氟化硼乙醚络合物的溶解度稍差，但是对单体丁二烯与引发剂环烷酸镍和三异丁级铝的溶解度都很好，尤其是溶剂油可以大大降低胶液的粘度，利于传热和搅拌，而且生产能力大。

我国石油资源较为充足，来源也广泛，所以选用溶剂油做溶剂。

1.4.4引发剂的选择
I．目前工业中使用的是锂、钛、钴和镍四种引发体系，各有其特点，说明如下：
①锂系：常用的是丁基锂，属于阴离子型引发剂，所得的聚丁二烯中顺式-1，4-含量为35%～40%。

反应中添加极性化合物，如THF，可使1，2-含量由5%～10%提高到35%～55%，常称这种聚合物为中乙烯基聚丁二烯。

优点是引发剂是单组分的，组成简单，聚合反应容易控制。

又引发剂活性高，用量少，聚合后不需要从产品中除去，适宜单釜连续聚合，生产能力高，成本低。

缺点是产品质量差，分子量较低，生胶的冷流倾向大。

因为是阴离子活性聚合反应，分子量分布很窄，加工性能较差。

②钛系：是配位阴离子聚合引法剂，不溶于反应介质中，是非均相体系。

所得聚合物分子量较高，可高达50万，故可大量充油和充碳黑。

因分子量分布较窄，加工性能不及钴系及镍系引发剂。

③钴系：是可溶性配位阴离子聚合引发剂，产物质量均匀，分子量易控制，分子量分布较钛系要宽，易加工。

产品中顺式-1，4-结构可高达96%～98%。

橡胶的综合物理机械性能较好，但聚合过程中的操作条件要求严格。

③镍系：这种引发剂的特点与钴系相似，故钴系所具有的优点镍系也有。

而镍系引发剂更为特殊的优点是聚合时可提高单体浓度，也可提高反应温度（不超过100℃）增加生产能力。

在同样反应条件下若采用钴系引发剂，就会使聚合物中顺式-1，4含
量下降，凝胶含量上升。

II．新型催化剂的研究与开发
①钕系：钕系顺丁橡胶又称稀土顺丁橡胶，运用这种橡胶为原料制造轮胎可以极大
提高轮胎的质量和性能。

在丁二烯存在及50℃下，使钕系化合物，如新癸酸钕、异辛酸钕以及异辛酸改性的膦酸钕与Al（i-Bu）2H反应，再与Al（i-Bu）2Cl作用，可形成均相稳定的钕系催化剂体系。

结果表明，该催化剂不仅可以提高丁二烯聚合的催化活性及立体定向性（顺式-1，4-结构质量分数大于96％），而且具有单一活性中心的特征，可合成相对分子质量分布指数接近于2．00的聚丁二烯。

目前国内在稀土聚丁二烯市场开发方面需要解决价格、性能、质量和供应问题，并且完善技术，尽早实现工业化。

②铁系：对高乙烯基质量分数大于80％的铁系聚丁二烯橡胶（FVBR）的生胶性能、
混炼行为、硫化特性、硫化胶性能、黏弹性能以及耐热老化性能与溶聚丁苯橡胶（SSBR）的性能进行了比较。

结果表明，FVBR的混炼行为良好，添加适量的操作油，可以得到性能理想的硫化胶。

FVBR硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和耐热老化性能等与SSBR相当。

此外，FVBR在60℃下的tanδ较低，表明它具有较低的滚动阻力。

开发铁系催化剂主要是为了达到提高活性、调节相对分子质量、减少催化剂和聚合体系毒性，同时也能降低催化剂成本，这是一个重要信息。

国内合成橡胶企业应重视铁系催化剂的研究与开发，尽早实现产业化。

综合上述引发剂的优缺点及实际生产的需要，本次设计采用镍系引发剂。

1.4.5 终止剂与防老剂
终止剂：乙醇
来源：95%的工业乙醇
当聚合反应进行到转化率≥85%时，应加入终止剂，破坏尚有活性的催化剂，终止少量正在增长的分子链，使聚合反应终止，为了使终止剂能溶于溶剂油，使之均匀的分散和终止，在工业生产中常用工业乙醇作为终止剂。

终止剂：264，即2,6—二叔丁基—4—甲基苯酚。

橡胶在加工、储存、使用过程中受空气中的氧，热合机械力作用，使橡胶变硬发脆或变软发粘，使其物理性能下降，加入防老剂可延缓老化，延长橡胶的寿命。

1.5车间组成
采用溶液聚合的方法，使丁二烯、溶剂、引发剂等在连续釜式反应器中进行配位聚合，制得粘稠胶液，再通过水蒸气凝聚、洗胶、干燥、压块等过程获得最终产品—顺丁橡胶。

车间组成：该车间主要由聚合工段和后处理工段组成。

聚合工段主要由罐区、计量、聚合、配制、黏度等岗位组成，后处理主要由混胶、凝聚、干燥、压块、包装等岗位组成。

第二章工艺计算及主要设备选型
2.1物料衡算
2.1.1基础数据
①产量：15000t；②开工时间：8000小时/年；③每吨顺丁橡胶消耗丁二烯1.045吨；④转化率：85%；⑤丁二烯浓度12~15g/100mL；⑥丁油入釜温度≤40℃；⑦末釜温度≤110℃；
⑧聚合系统压力≤0.44MPa；⑨计量罐压力≤0.1MPa；⑩计量压力泵≤0.8MPa。

选用配方（质量比）：镍/丁二烯=2.0×10-5；铝/丁二烯=1.0×10-4；硼/丁二烯=2.0×10-4；铝/镍=3-8；铝/硼＞0.25；醇/铝=6；防老剂/丁二烯=0.79%(质量比)。

装置总收率为95.3%，总损耗为4.7%。

2.1.2聚合釜物料衡算
聚合釜的物料衡算图如图所示
图2-1 聚合釜的物料衡算
丁二烯系统
产胶量: 15000×1000÷8000＝1.875×103 kg/h
需纯度为100%丁二烯量: 1.875×103×1.045＝1959.375 kg/h
除去2.5%的丁二烯损失: 1959.375×（1－2.5%）＝1910.391 kg/h 需要纯度100%的丁二烯1910.391÷85%＝2247.519 kg/h
（转化率85%）＝41.621 kmol/h
未反应的丁二烯: 2247.519－1910.391＝337.128 kg/h
所需纯度99%的原料丁二烯: 2247.519÷0.99＝2270.221 kg/h
1%按正丁烯计算: 2270.221－2247.519＝22.702 kg/h
表2-1 计算结果
注：正丁烯的密度：596kg/m3；丁二烯的密度：628kg/m3；溶剂油的密度：661kg/m3。

溶剂油系统
取[丁二烯]＝13.5g/100mL则[丁二烯]＝135 kg/m3
每小时进入聚合釜的丁油量2270.221÷135＝16.816 m3
每小时进入聚合釜的丁二烯原料量 3.440m3
每小时进入聚合釜的溶剂油量16.816－3.440＝13.376 m3
13.376×660＝8828.160 kg
引发剂系统
引发剂用量计算公式：
引发剂用量＝丁二烯进料量×(引发剂/丁二烯)×引发剂摩尔质量①环烷酸镍(CnH2n-1COO)2Ni M镍＝58.7kg/kmol
2247.519÷54×2.0×10-5×58.7＝0.0489 kg/h
0.0489÷58.7＝0.00083 kmol/h
成品中环烷酸镍的含量为7.5%，则所需环烷酸镍为
0.0489÷0.075＝0.625 kg/h
②三异丁基铝Al(i-C4H9)3 M Al(i-C4H9)3＝198 kg/kmol M Al＝27 kg/kmol
2247.519÷54×1.0×10-4×198＝0.824 kg/h
其中铝为0.824×27÷198＝0.1124 kg/h
0.1124÷27＝0.00416 kmol/h
③三氯化硼乙醚络合物[BF3(C2H5)2O]
M [BF3(C2H5)2O]＝142 kg/kmol M B＝10.811 kg/kmol
则所需[BF3(C2H5)2O]的量为
2247.519÷54×2×10-4×142＝1.182 kg/h
其中硼为 1.182×10.811÷142＝0.090 kg/h
0.090÷10.811＝0.0083 kmol/h
聚丁二烯系统
聚丁二烯2247.519×0.85＝1910.391 kg/h
挂胶损失1959.375×0.01＝19.594 kg/h
去终止釜的干胶量1910.391－19.594＝1890.797
验证配方Al/Ni＝0.00416/0.00083＝5 合格
Al/B＝0.00416/0.0083＝0.5 合格
表2-2 聚合釜物料衡算
2.1.3终止釜的物料衡
终止釜的无聊衡算如图所示
图2-2 终止釜的物料衡算
终止剂、防老剂系统
①终止剂用量计算（95的工业酒精，密度为810kg/m3）
乙醇用量＝[100%丁二烯物质的量×(铝/丁)×(醇/铝)×乙醇摩尔质量] / (乙醇纯度×乙醇密度)
＝(41.621×1.0×10-4×6×46)÷(0.95×810)
＝0.001493 m3/h
＝0.001493×810
＝1.210 kg/h
含水量为：1.210×0.05＝0.0605 kg/h
100%乙醇用量为：1.21－0.0605＝1.1495kg/h
②防老剂用量计算
防老剂/丁二烯＝0.79%，防老剂配制浓度为117g/L
防老剂总用量＝2247.519×0.0079
＝17.755 kg/h＝17.755÷117
＝0.152 m3/h
由于防老剂与乙醇都是溶解在溶剂油中，所以
264与溶剂油的用量＝防老剂用量－乙醇用量
＝0.152 m3/h－0.001493 m3/h
＝0.1505 m3/h
其质量约为：0.1505×660＝99.33 kg/h
表2-3 终止釜的物料衡算
2.1.4凝聚釜的物料衡算
基础数据
终止釜无聊衡算表中的出料数据；
a. 循环水量：水/胶液＝7.5 (体积比)；
b. 循环水入口温度：90℃；
c. 表压为0.9Mpa的水蒸气耗量：水蒸气/胶＝5:1 (质量比)；
d. 凝聚温度95℃；
e. 凝聚压力(表压)：0.02MPa
f. 胶液入釜温度：20℃；
g. 油水分离内，水在烃中的饱和温度为100 mg/kg；溶剂油在水中的饱和溶解度14×10-6 (摩尔分数)；
i. 溶剂油(以正己烷计)汽化热为316.522 kJ/kg；20-95℃的平均比热容约为428kJ/(kg·℃)；j. 95℃时丁二烯的汽化热为131.884 kJ/kg；20-90℃的平均比热容为2.554 kJ/(kg·℃)；
k.丁烯（以正丁烯计）95℃时的汽化热为254.139kg/kJ；20-95℃的平均比热容约为2.679kJ/(kg·摄氏度)；
l. 经振动筛后自由水全部脱除，脱粒内含60%，含油约为0.5%；
m.干燥脱水装置使胶粒内含水和油（即挥发份）小于0.75%；
注：⑧、⑨、⑩数据来自《化工工艺设计手册》下册；⑦来自《高聚物合成工艺设计基础》第30页；其余来自某橡胶厂现场数据。

图2-3 凝聚釜物料衡算（1）循环热水量
水/胶液＝7.5（体积比）
则用水量（16.816＋0.152）×7.5＝127.26 m3/h
取用水量为127m3/h，即127t/h。

（2）损失量
丁二烯机械损失2247.519×0.005＝11.238 kg/h
聚丁二烯渣沫损失2247.519×0.005＝11.238 kg/h
防老剂损失17.755×0.005＝0.089 kg/h
（3）去振动筛的聚丁二烯胶粒量
聚丁二烯1890.797－11.238＝1879.559 kg/h 胶粒内防老剂17.755－0.089＝17.666 kg/h
胶粒内含油1890.797×0.005＝9.454 kg/h
胶粒内含水1890.797×0.6＝1134.478 kg/h （4）水蒸气冷凝量
溶剂油气化量8927.49－9.454＝8918.036 kg/h 丁烯气化量22.702 kg/h
丁二烯气化量337.18－11.238＝325.942 kg/h 注：未扣除胶液罐中回收的丁二烯量。

查《基础化学工程》上册，第338页表10得：表压为0.9MPa水蒸气焓值△H汽＝2781.71kJ/kg；第337页表9得：95℃饱和水蒸气焓值△H水＝397.75kJ/kg。

可得，焓差：△H＝2781.71－397.75＝2383.96 kJ/kg
估算水蒸气冷凝量：
计算公式：
G w＝质量· [汽化热95℃＋平均汽化热·（95℃－20℃）] / 焓差
①溶剂油气化所需冷凝量
G w(溶剂油)＝8918.036[316.522＋2.428(95－20)]÷2383.96
＝1865.270 kg/h
②丁烯气化所需冷凝量
G w(丁烯)＝22.702[254.139＋2.679(95－20)]÷2383.96＝4.333 kg/h
③丁二烯所需冷凝量
G w(丁二烯)＝325.942[131.884＋2.554(95－20)]÷2383.96＝44.221 kg/h
④循环水（90℃升温至95℃）所需冷凝量
G w(循环水)＝127000×4.1868×(95－90)÷2386.96＝1113.809 kg/h
所需冷凝量总和
G＝1865.270＋4.333＋44.221＋1113.809
＝3027.633 kg/h
G中有1134.478 kg/h包含在胶粒内，全部冷凝水与循环水一起去振动筛。

（5）进入凝聚釜的蒸汽总量（水蒸气/胶＝5/1）
1.875×103×5＝9375 kg/h
去油水分离器的水蒸气量：
9375－3027.633＝6347.367 kg/h
表2-4 凝聚釜物料衡算
2.1.5缓冲槽、振动筛、洗胶罐物料衡算物料衡算如图所示
图2-5 物料衡算
进料系统
（1）凝聚来的胶粒和总水量131938.183 kg/h
（2）洗胶的热水量27 m3/h，即27000 kg/h
出料系统
（1）去凝聚热水罐127000 kg/h
（2）去洗涤热水罐的洗胶热水270000 kg/h
（3）去干燥脱水
聚丁二烯：1879.559 kg/h
溶剂油：9.454 kg/h
防老剂：17.666 kg/h
水：1134.478kg/h
（4）去污水池（假设引发剂、终止剂全部被洗掉）
引发剂：2.631 kg/h 终止剂：1.210 kg/h
水：(130027.663＋27000)－(127000＋27000)－1134.478＝1893.185 kg/h
表2-5 振动筛和洗胶罐的无聊衡算
2.1.6干燥脱水物料衡算
物料衡算如图所示
去包装
图2-6干燥脱水物料衡算
按指标规定胶内挥发份（水、油）＜0.75%，设计取0.74%，其中含水0.064%，含油0.1%，所以：
胶内含水量：1897.559×0.0064＝12.144 kg/g
胶内含油：1897.559×0.001＝1.898 kg/h
脱水量：1134.478－12.144＝1122.334 kg/h
脱油量：9.454－1.898＝7.556 kg/h
故，去包装部分
聚丁二烯：1897.559 kg/h
水：12.144 kg/h
防老剂：17.666 kg/h
溶剂油： 1.898 kg/h
脱除挥发份组成：
水：1122.334 kg/h
溶剂油：7.556 kg/h
表2-6 干燥、脱水物料衡算
2.1.7 包装物料衡算
（1）不合格产品及落地料损失
聚丁二烯损失：2247.519×0.007＝15.733 kg/h
防老剂损失：15.733×0.01＝0.157 kg/h
溶剂油损失：15.733×0.001＝0.016 kg/h
水损失：15.733×0.0064＝0.101 kg/h
（2）成品部分
聚丁二烯：1879.559－15.733＝1863.826 kg/h
防老剂：17.666－0.157＝17.509 kg/h
挥发份：（12.144＋1.898）－（0.016＋0.101）＝13.925 kg/h
表2-7 包装部分物料衡算列下表
校验设计任务：
包装成品扣除防老剂后生胶量：1895.260－17.509＝1877.751 kg/h
年产量为：1877.751 kg/h ÷1000 kg/t×8000 h ＝15022.008 t
结果约为15000 t，所以设计合格。

2.1.8油水分离器物料衡算
物料衡算如图所示
溶剂油对溶剂回收
图2-7 油水分离器物料衡算
进料量：15614.056 kg/h
出料部分：
（1）水相系统
水：6347.376－0.918＝6373.458 kg/h
丁二烯溶水损失(2%)：2247.519×0.02＝44.95 kg/h
溶剂在水相中的饱和溶解量：(6347.376/18)×0.0014×89.4＝44.135 kg/h （2）油相系统
丁二烯：325.942－44.95＝280.992 kg/h
丁烯：22.702 kg/h
溶剂油：8918.036－44.135＝8873.901 kg/h
油相中的饱和水：（8873.901＋280.992＋22.702）×0.0001＝0.918 kg/h
表2-8 油水分离器物料衡算
2.1.9溶剂回收部分物料衡算
基础数据
为简化处理，溶剂油的组成按n-C6H14计算；烯烃按C4H6计；溶剂中的重组分以n-C8H18计，按溶剂油总进料量的0.2%计算。

表2-9溶剂回收进料组成
工艺要求
脱水塔塔顶含丁二烯40%，溶剂油60%
塔底不含丁二烯和水；
提浓塔塔顶含丁二烯98%，溶剂油2%
塔底含丁二烯0.2%
回收塔塔顶含溶剂油99.999%
溶剂回收部分物料衡算如图2-8所示
D3
图2-8
在Ⅰ衡算范围内对丁二烯做物料衡算列式
F＝D2＋W1
F·X F＝D2·X D2
9178.513＝D2＋W1
9178.513×0.03309＝D2×0.98
解得
D2＝309.915 kg/h
W1＝8868.598
在Ⅱ范围内对丁二烯做物料衡算：
F2＝D2＋W2
F2·X F2＝D2·X D2＋W2·X W2
F2＝309.915＋W2
F2×0.4＝309.905×0.98＋W2·XW2 解得
W2＝451.61 kg/h
F2＝761.515 kg/h
提浓塔、脱水塔物料衡算列下表
表2-10 提浓塔物料衡算
表2-11 脱水塔物料衡算
F1＝F＋F1’＝9178.513＋405.19＝9583.703 kg/h
以回收塔为物料衡算范围，对溶剂油做物料衡算
8865.663＝D3＋W3
8865.663×0.998＝0.99999·D3＋0.002W3解得：
W3＝17.772 kg/h
D3＝8847.891 kg/h
表2-12 回收塔物料衡算
2.2热量衡算
主要对聚合釜进行热量衡算
2.2.1基础数据
①聚合釜无聊衡算数据：
②聚合时间：3～5h（本次设计取4h）
③聚合釜台数
④聚合温度：94℃
⑤冷却盐水：入口温度-12 ℃，出口温度-8 ℃
⑥溶剂油组成物性数据如下表。