丁苯橡胶装置聚合反应器工艺设计.ppt

School of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology w 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。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。w w 转化率转化率:60%w 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、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均分子量。当单体转化率达到（。当单体转化率达到（622%）时，加入终止剂终止聚合反应。）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，反式约占55%，乙烯基约占，乙烯基约占12%。X t/a丁苯橡胶装置聚合反应器工艺设计聚合原理 School of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology 低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺过程 w 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，冷却至进入冷却器，冷却至10。在与活化剂溶液（还原剂、螯合剂等）。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。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。终止反应，以确保产物门尼合格。School of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology 废水成品填充油防老剂废水废气废NaOH水图图1 低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺过程低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺过程 School of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology w 年产量：年产量：X 万吨万吨w 年工作日：年工作日：7800小时小时w 烃含量烃含量:92%w 转化率转化率:60%w 单体回收单元损率单体回收单元损率:0.2%w 后处理单元损率后处理单元损率:0.6%w 丁二烯的竞聚率丁二烯的竞聚率 r1=1.4，瞬间摩尔分率，瞬间摩尔分率 F1=0.84 w 苯乙烯的竞聚率苯乙烯的竞聚率 r2=0.44典型配方 School of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology 个人题目：个人题目：（0702班班 1-10号）：号）：30000t/a丁苯橡胶装置聚合反应器工艺设计丁苯橡胶装置聚合反应器工艺设计（0702班班 11-20号）：号）：35000t/a丁丁苯苯橡橡胶胶装置聚合反装置聚合反应器工器工艺设计（0702班班 21-30号）：号）：40000t/a丁丁苯苯橡橡胶胶装置聚合反装置聚合反应器工器工艺设计（0702班班 31-41号）：号）：45000t/a丁丁苯苯橡橡胶胶装置聚合反装置聚合反应器工器工艺设计w School of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology 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/丁二烯流量1/1表1 主要原料指标产品指标气提胶乳中结合苯乙烯含量22.525.4%残留苯乙烯0.1%最终胶乳20.523.5%尾气中的丁二烯含量2.0%滗析器中的残留苯乙烯0.06%门尼粘度4658伸长率480%表2 产品指标 School of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology 原料及辅助条件配方叔十烷基硫醇0.16水195歧化松香酸钢4.62过氧化氢对孟烷0.06-0.12硫酸亚铁0.01雕白粉0.04-0.10EDTA0.01-0.025磷酸钠0.24-0.45聚合温度，5-7转化率，%60聚合时间，h7-10表3 聚合配方（质量百分含量，净含量/100份单体）School of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology 1.乳化剂：松香酸钾皂乳化剂：松香酸钾皂 4.62 水水 176.0722.电解质：磷酸电解质：磷酸 0.231 氢氧化钾氢氧化钾 0.396 水水 2.06 乙二胺四乙酸四钠盐乙二胺四乙酸四钠盐 0.03 间次甲基二萘磺酸钠间次甲基二萘磺酸钠 0.133.活化剂：硫酸亚铁活化剂：硫酸亚铁 0.01 乙二胺四乙酸四钠盐乙二胺四乙酸四钠盐 0.025 水水 11.25 甲醛次硫酸钠甲醛次硫酸钠 0.04聚合配方（质量百分含量，净含量/100份单体）School of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology 4.保险粉：水保险粉：水 0.54 连二亚硫酸钠连二亚硫酸钠 0.045.调节剂：叔十二碳硫醇调节剂：叔十二碳硫醇 0.1586.氧化剂：过氧化氢对烷氧化剂：过氧化氢对烷 0.867.终止剂：二甲基二硫代氨基甲酸钠终止剂：二甲基二硫代氨基甲酸钠 0.11 水水 4.966 亚硝酸钠亚硝酸钠 0.036 SDS 0.158.缓冲剂：稀磷酸缓冲剂：稀磷酸 0.023 水水 0.035School of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology 9.聚合温度：聚合温度：5-710.转化率：转化率：60%11.聚合时间：聚合时间：8 hSchool of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology 物料衡算 进料进料(1)丁二烯混合进料；丁二烯混合进料；(2)苯乙烯混合进料；苯乙烯混合进料；(3)乳化剂；乳化剂；(4)电解质；电解质；(5)活活化剂；化剂；(6)保险粉；保险粉；(7)调节剂；调节剂；(8)氧化剂；氧化剂；(9)终止剂；终止剂；(10)缓冲剂。缓冲剂。出料出料(1)未反应丁二烯；未反应丁二烯；(2)未反应苯乙烯；未反应苯乙烯；(3)聚合胶乳聚合胶乳；(4)废液。废液。(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)聚合系统(11)(12)(13)(14)School of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology w 每小时产量：每小时产量：w 每小时消耗的烃含量：每小时消耗的烃含量：w 丁二烯与苯乙烯的总量丁二烯与苯乙烯的总量w 方程组方程组w w 注：注：C转化率，转化率，丁二烯起始组成，丁二烯起始组成，r1、r2、f1、f2丁二烯、丁二烯、苯乙烯的竞聚率、瞬间单体组成，苯乙烯的竞聚率、瞬间单体组成，物料平均组成。物料平均组成。School of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology w 纯丁二烯的进料量纯丁二烯的进料量w 纯苯乙烯的进料量纯苯乙烯的进料量w 丁二烯的混合进料量丁二烯的混合进料量w 苯乙烯的混合进料量苯乙烯的混合进料量w 新鲜新鲜BD的进料量的进料量 已知新鲜已知新鲜BD浓度为浓度为99.3%，回收，回收BD浓度为浓度为90%，混合为，混合为93%w 新鲜新鲜ST的进料量的进料量 已知新鲜已知新鲜ST浓度为浓度为99.6%，回收，回收ST浓度为浓度为90%，混合为，混合为94%School of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology w 辅助物料的计算：辅助物料的计算：1、乳化剂：松香酸钾皂，水、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、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、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、保险粉：水，连二亚硫酸钠5、调节剂：叔十二碳硫醇、调节剂：叔十二碳硫醇6、氧化剂：过氧化氢对烷、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，、终止剂：二甲基二硫代氨基甲酸钠，水，亚硝酸钠，SDS8、缓冲剂：稀磷酸，水、缓冲剂：稀磷酸，水School of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology 热量衡算 (1)(2)(3)(4)(5)聚合系统热量输入热量输入(1)冷却显热；冷却显热；(2)聚合热；聚合热；(3)搅拌热；搅拌热；(4)大气供热。大气供热。热量输出热量输出(5)氨冷带走的热量。氨冷带走的热量。School of Chemical and Materials Engineering Jilin Institute of Chemical Technology 1.热量衡算 项目指标第1釜10oC7oC第2釜7oC5oC第3釜至第末釜5oC5oC表3 聚合釜的进出口温度项目密度（kg/m3）温度（oC）第1反应器入口8699.7第2反应器入口9285.5平均899表4 密度