丁苯橡胶装置聚合反应器工艺的设计说明

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流量
表2 产品指标
产品
指标
气提胶乳中结合 苯乙烯含量
残留苯乙烯
最终胶乳
尾气中的丁二烯 含量
滗析器中的残留 苯乙烯
门尼粘度
伸长率
22.5~25.4%
0.1% 20.5~23.5%
2.0%
0.06%
46~58 480%
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废气 废NaOH
水 废水
废水
防填 老充 剂油
成品
图1 低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺过程
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热量衡算
(1)
(2)
聚
合
(5)
(3)
系
统
(4)
热量输入 (1) 冷却显热；(2) 聚合热；(3) 搅拌热；(4) 大气供热。 热量输出 (5) 氨冷带走的热量。
4. 保险粉：水 连二亚硫酸钠
5. 调节剂：叔十二碳硫醇 6. 氧化剂：过氧化氢对烷 7. 终止剂：二甲基二硫代氨基甲酸钠
水 亚硝酸钠 SDS 8. 缓冲剂：稀磷酸 水
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0.54 0.04 0.158 0.86 0.11 4.966 0.036 0.15 0.023 0.035
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低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺过程
用计量泵将规定数量的相对分子质量调节剂叔十烷基硫醇与苯乙 烯在管路中混合溶解，再在管路中与处理好的丁二烯混合。然后与 乳化剂混合液（乳化剂、去离子水、脱氧剂等）等在管路中混合后 进入冷却器，冷却至10℃。在与活化剂溶液（还原剂、螯合剂等） 混合，从第一个釜的底部进入聚合系统，氧化剂直接从第一个釜的 底部直接进入。聚合系统由5台聚合釜组成，采用串联操作方式。 当聚合当到规定转化率后，在终止釜前加入终止剂终止反应。聚合 反应的终点主要根据门尼粘度和单体转化率来控制，转化率是根据 取样测定固体含量来计算，门尼粘度是根据产品指标要求实际取样 测定来确定。虽然生产中转化率控制在60%左右，但当所测定的门 尼粘度达到规定指标要求，而转化率未达到要求时，也就加终止剂 终止反应，以确保产物门尼合格。
物料衡算
(1)
(2)
(11)
(3)
(4)
聚
(5)
合
(12)
(6) (7)
系
(13)
(8)
统
(14)
(9)
(10)
进料
(1) 丁二烯混合进料；(2) 苯乙烯混合进料；(3) 乳化剂；(4) 电解质；(5) 活 化剂；(6) 保险粉；(7) 调节剂；(8) 氧化剂；(9) 终止剂；(10) 缓冲剂。
出料
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纯丁二烯的进料量 纯苯乙烯的进料量 丁二烯的混合进料量 苯乙烯的混合进料量 新鲜BD的进料量
已知新鲜BD浓度为99.3%，回收BD浓度为90%，混合为93% 新鲜ST的进料量
已知新鲜ST浓度为99.6%，回收ST浓度为90%，混合为94%
平均
表4 密度 密度（kg/m3）
869 928 899
温度（oC） 9.7 5.5
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追求人生的美好!
我们的共同目标!
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辅助物料的计算： 1、乳化剂：松香酸钾皂，水 2、电解质：磷酸，氢氧化钾，水，乙二胺四乙酸四钠盐，间次甲 基二萘磺酸钠 3、活化剂：硫酸亚铁，乙二胺四乙酸四钠盐，水，甲醛次硫酸钠 4、保险粉：水，连二亚硫酸钠 5、调节剂：叔十二碳硫醇 6、氧化剂：过氧化氢对烷 7、终止剂：二甲基二硫代氨基甲酸钠，水，亚硝酸钠，SDS 8、缓冲剂：稀磷酸，水
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表1 主要原料指标
原料
指标
丁二烯纯度
99.3%
苯乙烯纯度
99.6%
烃中苯乙烯含量
23.5%
混合苯乙烯纯度
94%
混合丁二烯纯度
93%
纯碱流量/丁二烯
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1. 热量衡算
表3 聚合釜的进出口温度
项目
指标
第1釜
10oC~7oC
第2釜
7oC~5oC
第3釜至第末釜
5oC~5oC
项目 第1反应器入口 第2反应器入口
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聚合配方 （质量百分含量，净含量/100份单体）
1. 乳化剂：松香酸钾皂
4.62
水
176.072
2. 电解质：磷酸
0.231
氢氧化钾
0.396
X t/a丁苯橡胶装置聚合反应器工艺设计
聚合原理
丁二烯与苯乙烯在乳液中按自由基共聚合反应机理进行聚合反应。
m H2C CH CH CH2 + n
CH CH2
CH CH2 n CH2 CH CH CH2 m
转化率: 60%
聚合体系以水为介质，以歧化松香酸甲皂和脂肪酸钠皂为乳化剂，油、 水两相乳化，部分单体侵入到胶束中，发生增溶溶解，其他单体成为被 皂包覆着的液滴而悬浮着。在水相中生产，并由氧化还原体系提供的最 初自由基，进入增溶溶解的胶束中，引发单体聚合，用调节剂调节聚合 物的平均分子量。当单体转化率达到（62±2%）时，加入终止剂终止聚 合反应。在典型的低温乳液聚合共聚物大分子链中顺式约占9.5%，反式 约占55%，乙烯基约占12%。
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表3 聚合配方 （质量百分含量，净含量/100份单体）
原料及辅助条件 叔十烷基硫醇
水 歧化松香酸钢 过氧化氢对孟烷
硫酸亚铁 雕白粉 EDTA 磷酸钠 聚合温度，℃ 转化率，% 聚合时间，h
配方 0.16 195 4.62 0.06-0.12 0.01 0.04-0.10 0.01-0.025 0.24-0.45 5-7℃ 60 7-10
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9. 聚合温度： 5-7℃
10. 转化率：60% 11. 聚合时间：8 h
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方程组
F1
r1
r1 f12 f1 f 2 f12 2 f1 f r2
f22
f1 f2 1
F1
f10 (1 C) f1 C
m1
F1
m1
M1
M1 m2
M2
注：C—转化率，—丁二烯起始组成，r1、r2、f1、f2—丁二烯、 苯乙烯的竞聚率、瞬间单体组成，—物料平均组成。
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水
2.06
乙二胺四乙酸四钠盐
0.03
间次甲基二萘磺酸钠
0.13
3. 活化剂：硫酸亚铁
0.01
乙二胺四乙酸四钠盐
0.025
水
11.25
甲醛次硫酸钠
0.04
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典型配方
年产量：
X 万吨
年工作日： 7800小时
烃含量:
92%
转化率:
60%
单体回收单元损率: 0.2%
后处理单元损率: 0.6%
丁二烯的竞聚率 r1=1.4，瞬间摩尔分率 F1=0.84 苯乙烯的竞聚率 r2=0.44
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个人题目： （0702班 1-10号）： 30000t/a丁苯橡胶装置聚合反应器工艺设计 （0702班 11-20号）： 35000t/a丁苯橡胶装置聚合反应器工艺设计 （0702班 21-30号）： 40000t/a丁苯橡胶装置聚合反应器工艺设计 （0702班 31-41号）： 45000t/a丁苯橡胶装置聚合反应器工艺设计
(1) 未反应丁二烯；(2) 未反应苯乙烯；(3)聚合胶乳 ；(4) 废液。
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每小时产量：
每小时消耗的烃含量：
丁二烯与苯乙烯的总量