聚合物合成工艺设计

目录概述-------------------------------------------------------------------------------- ---1基础数据--------------------------------------------------------------------------------9 一．三釜物料衡算1．计算丁二烯进料量-------------------------------------------------------- ---92. 溶剂进料量---------------------------------------------------------------- ---103．催化剂用量---------------------------------------------------------------- ----104. 聚丁二烯生成量--------------------------------------------------------------105. 防老剂用量--------------------------------------------------------------------116. 三釜物料衡算表------------------------------------------------------------- --11 二．首釜物料衡算1. 计算丁二烯进料量---------------------------------------------------------- --122.溶剂进料量--------------------------------------------------------------------- --123. 催化剂用量----------------------------------------------------------------------124. 聚丁二烯生成量----------------------------------------------------------------135.首釜物料衡算表------------------------------------------------------------------13 三．设备选择与计算1.聚合釜体积------------------------------------------------------------------------142.确定釜的外形尺寸---------------------------------------------------------------143.搅拌形式选择---------------------------------------------------------------------154.搅拌功率计算---------------------------------------------------------------------15 四．热量衡算--------------------------------------------------------------------- ------15 参考文献----------------------------------------------------------------------------------17附录1.BR生产工艺流程图2.BR凝聚釜工艺装配图概述1 顺丁橡胶产品概述顺丁烯橡胶，由丁二烯聚合制得的结构规整的合成橡胶。

与天然橡胶和丁苯橡胶相比，硫化后的顺丁橡胶的耐寒性、耐磨性和弹性特别优异，动负荷下发热少，耐老化性尚好，易与天然橡胶、氯丁橡胶或丁腈橡胶并用。

根据顺式1，4含量的不同，顺丁橡胶又可分为低顺式（顺式1，4含量为35％～40％）、中顺式(90％左右)和高顺式（96％～99％）三类。

高顺式顺丁橡胶分子间力小，分子量高，因而分子链柔性大,玻璃化温度低（Tg=-110℃），在常温无负荷时呈无定形态，承受外力时有很高的形变能力，是弹性和耐寒性最好的合成橡胶。

且由于分子链比较规整，拉伸时可以获得结晶补强，加入炭黑又可获得显著的炭黑补强效果，是一种综合性能较好的通用橡胶。

2 顺丁橡胶生产工序方法2.1 合成工序顺丁橡胶的生产工序包括：催化剂、终止剂和防老剂的配制计量,丁二烯聚合,胶液凝聚和橡胶的脱水干燥。

其聚合几乎都采用连续溶液聚合流程，聚合装置大都用3～5釜串联，单釜容积为12～50m。

所用溶剂和所得产物随催化剂不同而异。

2.2 合成方法①用丁基锂为催化剂生产顺丁橡胶,多以环己烷 (或己烷)作溶剂。

这种聚合体系的催化活性高,工艺简单，反应容易控制；但所得顺丁橡胶的顺式1，4含量低，分子量分布窄，不易加工，硫化后的顺丁橡胶的物理性能较差，一般只与聚苯乙烯树脂混炼作改性树脂。

②用钛或钴催化体系生产顺丁橡胶，一般选用苯或甲苯作溶剂，制得顺丁橡胶的顺式1，4含量高，硫化胶的物理性能类似，不同的是钛系顺丁橡胶的分子量分布窄、冷流倾向大，加工性能也不如钴系和镍系顺丁橡胶好。

③用镍系催化剂生产顺丁橡胶，芳烃（如苯或甲苯）和脂肪烃（如环己烷、己烷、庚烷或加氢汽油）均可作为聚合溶剂，而且都得到高分子量、高顺式顺丁橡胶，以环烷酸镍-三异丁基铝-三氟化硼乙醚络合物作催化剂、以抽余油作溶剂生产顺丁橡胶的技术（我国生产橡胶的主要技术方法），中国自1959年开始研究，于1971年建成万吨级生产装置并投产。

④尚有三种新型催化剂即：稀土催化剂（如环烷酸稀土－一氯二乙基铝－三异丁基铝）、π－烯丙基氯化镍催化剂〔如(π-C3H5NiCl)2-四氯苯醌〕和卤化π－烯丙基铀催化剂均可制得高顺式(96％～99％)的顺丁橡胶，而且活性和所得硫化胶的物理性能也好，但由于开发较晚，至80年代中期尚未达到工业化生产的程度。

3 国内顺丁橡胶生产技术差距①品种单一，品牌少，难以适应市场变化需求②生产成本高③生产技术差④质量上有差距因此，我们要采用新的技术改善我们的生产技术开发新型聚合釜反应器、催化剂陈化方式改进、凝聚釜采用热泵回收热能。

4顺丁橡胶发展方向开发顺丁橡胶新品种和新牌号，以调整现有顺丁橡胶的产品结构，增加装置适应性。

继续进行充油顺丁橡胶不同充油份数及不同门尼的产品，稀土顺丁橡胶产量很少、装置规模小产品牌号单一，难以适应多种用途、多种加工配方的需求，缺少低顺橡胶的技术开发和应用研究，并尽早将研究成果投入工业生产，实现在顺丁橡胶装置上的多品种生产。

优化顺丁橡胶现有的催化体系和工艺条件，进一步降低物耗能耗，提高技术水平。

催化剂陈化方式需改进，以提高总转化率，稳定活性。

国内蒸汽与溶剂的消耗略高于国外，增加了产品成本，产品出口量小。

需要提高生产自控水平，如在线门尼粘度检测水平低，导致产品门尼粘度波动较大，影响了用户使用。

开发新型聚合反应器。

目前顺丁橡胶采用，采用双螺带搅拌器，存在返混态、搅拌不均等缺陷。

所以主要是搅拌浆型的改动，提高混合效果，强化传热能力，从而能优化聚合工艺指标，提高产品的内在质量。

不断开辟顺丁橡胶在非轮胎制品中的应用。

增加顺丁橡胶在工程轮胎、拖机轮胎、农用轮胎中的使用比例， 占领塑料改性用顺丁橡胶市场，开发改性顺丁橡胶如氯化顺丁橡胶、环氧化、羧化、卤磺化改性顺丁橡胶的研究等，以进一步扩大顺丁橡胶的用量 5原料的物理化学性质及技术指标生产顺丁橡胶的主要原料：单体：丁二烯；溶剂：溶剂油；引发剂：环烷酸镍、三异丁基铝、三氟化硼·乙醚络合物；终止剂：乙醇；防老剂：2.6-二叔丁基-4-甲基苯酚(简称2.6.4)。

其化学名称、分子式、结构式、物理化学性质、来源(原料路线确定)、用途等可以查阅《有机化工原料手册》《有机化工原料中间体便览》《有机化学》及有关资料等获得。

设计时采用的各种原料质量指标如下：5.1丁二烯纯度：≥99％；丁烯：<1％；水值：<20mg kg ；醛酮总量：20mg kg ；二聚物：<50mg kg ；乙腈：检不出。

5.2溶剂油(C6油)组分：C 5 2.1%、C 6 57.8%、C 740.1%；馏程：60～90℃；碘值：<02100.g g ；水值：<20mg kg 。

5.3环烷酸镍镍含量：>7～8％；水份：<0.1％；不皂化物： 无 5.4三异丁基铝外观浅黄透明；无悬浮物；活性铝含量：≥50％。

5.5三氟化硼乙醚络合物BF3含量：>46％；沸点：124.5～126℃。

5.6终止剂纯度：95％；含水：5％；恒沸点：78.2℃；密度：810Kg m3。

5.7防老剂熔点：69～71℃；游离甲酚：<0.04％；灰分：<0.03％；油溶性：合格。

6生成物顺丁橡胶的物理化学性质及技术指标顺丁橡胶的物理化学性质与其结构的直接关系。

这种结构又分为分子内结构和分子间结构(聚集态结构)。

6.1顺丁橡胶的结构还有反式1.4结构和1.2位加成产物。

利用环烷酸镍－三异丁基铝－三氟化硼乙醚络合物引发体系使丁二烯聚合后的产物中含96％～98％的顺式1.4结构，含1％～2％反式1.4结构和1％～2％的1.2结构加成物。

这种以顺式1.4结构为主的聚合物具有分子链长，自然状态下为无规线团状；分子内存在独立双键使大分子链的柔性大，同时易于硫化处理的特点。

由于顺式1.4结构含量大，使得大分子的规整性好，同时又由于分子链无取代基，造成对称性好，但因其重复结构单元之间距离大，而使顺式1.4结构聚丁二烯比反式1.4结构聚丁二烯更难于结晶。

即便能结晶，其熔点也低(顺式1.4含量为98.5％的产物，熔点为0℃)，因此，在常温下无结晶态，只以无定形形态存在。

相反，反式结构产物易结晶。

故此，前者是高弹性体，后者无弹性。

6.2顺丁橡胶的性能通过与天然橡胶相比，顺丁橡胶具有弹性高、耐低温性好、耐磨性佳、滞后损失和生热性小、耐挠曲性及动态性能好以及耐老化、而永久性好等特点。

被广泛用于轮胎加工行业。

但它也有加工性欠佳、强度较差、抗湿滑性不好、有冷流性倾向等不足。

顺丁橡胶的性能一看生胶的性能(可塑性、加工性、外观、颜色等)好坏，影响它因素有聚合方法、引发剂系统、生胶的分子结构、门尼粘度、平均分子量、分子量分布、凝胶含量、灰分、挥发份等。

二看硫化后的硫化胶性能(抗张强度、300％定拉伸强力、伸长率、硬度、回弹性、生成热、永久变形、磨耗量等)，影响硫化胶的因素有门尼粘度、凝胶含量、加工用的配合剂(种类、用量、配方)加工方法等。