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年产4.0万吨顺丁橡胶聚合车间的设计 毕业设计(论文)开题报告 (修改)

年产4

女人我愿意为你放弃现在
2019-04-21 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《年产4doc》,可适用于高等教育领域

附件:毕业设计(论文)开题报告题  目:      学  院:      专  业:     学生姓名:         指导教师:          一、研究的现状及其意义顺丁橡胶生产方法目前世界上生产顺丁橡胶大部分采用溶液聚合法,采用的溶剂有抽余油、甲苯、甲苯与庚烷混合溶剂、正己烷、庚烷与环己烷混合溶剂等。采用的催化剂有镍(Ni)系,钛(Ti)系、钴(Co)系、钕(Nd)系、锂(Li)系。除锂系催化剂采用阴离子聚合外,其余均采用配位阴离子聚合。除传统的溶液法外,现在已出现本体法,如德国Bayer化学公司用新开发的气相法生产聚丁二烯技术进行工业化生产,可建成~kta的装置,但目前产品的某些性能还不能满足用户的要求。新技术开发的关键是采用新型的钕系镍系催化剂而淘汰传统的钛系催化剂,在不久的将来,将会用茂金属催化剂来进行二烯烃聚合。因为茂金属催化剂有单一活性中心优点,从而能精密控制相对分子质量、相对分子质量分布、共聚单体含量及其主链上的分布和结晶结构。合成的聚合物是等规立构聚合物,相对分子质量分布窄。目前用ZieglerNatta镍系催化剂合成的顺丁橡胶顺式结构含量的~,共聚合特点是快引发、慢增长、自行终止。用丁基锂引发的丁二烯是阴离子聚合,其特点是快引发、慢增长、无终止的活性聚合,生产的顺丁橡胶结构为低顺式,顺式含量为~、反式,含量为~、乙烯基为~,用于改善塑料抗冲击性能和生产HIPS,此产品可部分替代ABS。另外,也可用于轮胎和橡胶制品。为提高橡胶产量,降低能耗和生产成本,美国Firstone公司和原东德Buna化工厂分别在Ni催化剂中采用提高单体浓度和添加乙基己酸活性组分,将聚合转化率分别提高到~和。美国Goodyear公司采用Ni系催化剂可进行丁二烯本体聚合,它用自清式立体螺杆挤出机作反应器,采用丁二烯内蒸吸热(约kJmol)的制冷方式,反应速度快,仅用~min,丁二烯转化率即可达到~,产物相对分子质量较均匀,凝胶含量低,顺式,含量达,物性与溶液法的NiBR相同。虽然此工艺路线后处理设备投资要增加不少,但可大大减少蒸汽消耗量。前苏联采用塔式凝聚代替釜式凝聚来脱除溶剂和单体,也取得很好的效果。合成顺丁橡胶的催化体系主要有镍系、钴系、锂系、钛系、稀土系(钕系)五种。国内以生产镍系BR为主。镍系BR以顺式,丁二烯橡胶含量高,玻璃化温度低,耐低温性能好,是综合性能最好的品种之一。从国内供需现状来看目前我国镍系顺丁橡胶的生产能力已经开始过剩今后不宜再新建或扩建其生产能力而是应该进一步优化现有镍系聚丁二烯橡胶生产催化体系和工艺条件开发新型聚合釜及新型搅拌器开发直接干燥技术用单一溶剂代替混合溶剂实现全过程及品种牌号切换的TDC控制从而降低物耗能耗提高产品内在质量以继续保持我国镍系聚丁二烯橡胶在世界上的领先地位。对我国现有套镍系顺丁橡胶、生产同一牌号(BR)的生产装置的升级改造和产品更新换代将提高我国顺丁橡胶的国际竞争力促进我国橡胶生产企业产品技术进步具有重要的价值。产品的用途:工业上最长常用的聚丁二烯橡胶的门尼粘度在~的范围内。门尼粘度过高是不现实的因为门尼太高难以加工门尼太小也不好因为太小对充填剂分布、硫化胶强度、弹性、以及生胶的抗冷流性能都有害。单独使用聚丁二烯胶时加工性能很差混炼时有困难。现在尚无不和其他橡胶并用而易于加工的高顺式聚丁烯品种。聚丁二烯橡胶与其他橡胶并用不仅是加工成型的需要还有利于物理性能的改善。顺丁橡胶的用途主要用于制造轮胎还可用于制造耐磨制品(如胶鞋、胶辊)、耐寒制品和防震制品可作为塑料的改性剂。顺丁橡胶可与多种橡胶并用。制造乘用汽车轮时可与丁苯橡胶并用并用量为-制造载重汽车轮胎胎面时常与天然橡胶并用并用量为-。用于重型越野汽车轮胎胎面时天然橡胶份顺丁橡胶份较好。用于胶布时一般与丁苯橡胶并用并用量为-。用于制造轮胎胎侧时可与氯丁橡胶并用以提高耐低温性能。顺丁橡胶也可与氯磺化聚乙烯并用。在美国%左右的聚丁二烯橡胶用于轮胎工业。其次聚丁二烯橡胶可以掺合再聚苯乙烯塑料中改进聚苯乙烯塑料制品的脆性。由于塑料工业对透明、美观的要求一般使用催化剂用量非常少的丁基锂引发的聚丁二烯。在日本%左右的聚丁二烯橡胶用于轮胎工业其余%则用于制鞋、胶管、胶带、胶布等非轮胎工业。二、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题研究目标本次设计要达到的目标就是完成物料和热量衡算以及聚合釜工艺设计确定×千克年顺丁橡胶生产车间的工艺流程和操作工艺参数完成物料平衡图和工艺流程图的绘制编制×千克年顺丁橡胶生产车间工艺设计说明书。研究内容本次设计内容主要研究×千克年顺丁橡胶合成的生产方法的选择、生产原理、生产工艺条件的论证、生产工艺流程生产方法的选择、生产原理、生产工艺条件的论证、生产工艺流程全车间的物料衡算包括聚合釜、终止釜、凝聚釜、缓冲槽、振动筛、洗胶罐、干燥、脱水、油水分离器、聚合釜的热量衡算等聚合釜等主要设备的计算丁油进料预热器、溶剂油泵等辅助设备计算各物料进、出管管径确定。用CAD绘制了苯塔带控制点的工艺流程图、车间设备布置图、主要设备结构图。拟解决的关键问题国内聚合采用的是溶液聚合以抽余油为溶剂抽余油价廉、毒性低、原料易得、馏程宽、物系粘度低,易于输送这是溶液聚合的优点但从胶液中脱除溶剂及其回收精制需耗费大量的能量这是溶液聚合一大缺陷。现国外许多公司采用的聚合溶剂是单一组分或混合组分如果甲苯为溶剂用庚烷、甲苯为溶剂。现德国VEBChemWerkeBun公司采用以甲苯为溶剂,添加辛酸锌、环辛二烯、乙基己酸等,可将转化率提高到~。在聚合生产结束后加入醇类终止剂破坏活性中心使聚合反应结束,但同时也带来许多弊病,给回收单元分离带来困难,部分乙醇被带入回收溶剂又影响了聚合反应。所以年北京燕山石油化工公司合成橡胶厂进行了镍系顺丁橡胶生产不加终止剂的研究。结果表明:由于杂质及大量“惰性”链的存在,聚合可自行终止。年北京燕山采用了不加终止剂的自行终止技术,效果很好。我厂生产后也采取了此办法,但在NiBR生产过程中发现成品胶的门尼粘度高于聚合釜胶,门尼粘度自动升值。有人认为这是由于聚合终止不完全所致,但也有认为是由于:()成品胶干燥过程中,部分聚丁二烯分子链在氧的作用下交联,门尼粘度增加()测量聚合门尼粘度时必须经辊压干燥,此过程可造成大分子和支化分子降解,门尼下降。成品胶则无须辊压可直接测试。三、研究的基本思路和方法、技术路线、实验方案及可行性分析本设计依据中石化原有顺丁橡胶装置进行模拟设计,采取先进可行的设计流程对研究内容一一进行设计计算论证顺丁橡胶的生产原理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汽凝聚、洗胶、干燥、压块等过程获得最终产品顺丁橡胶。生产工艺聚合聚合溶剂国内聚合采用的是溶液聚合,以抽余油为溶剂,抽余油价廉、毒性低、原料易得、馏程宽、物系粘度低,易于输送,这是溶液聚合的优点但从胶液脱除溶剂及其回收精制需耗费大量的能量,这是溶液聚合一陷。终止剂在聚合生产结束后加入醇类终止剂破坏活性中心使聚合反应结束,但同时也带来许多弊病,给回收单元分离带来困难,部分乙醇被带入回收溶剂又影响了聚合反应凝聚国内一般采用双釜凝聚,而国外多采用多釜凝聚,工业应用表明,多釜比单釜省蒸汽。回收回收是顺丁橡胶生产一个不可缺少的环节,采用的是多塔分离,为节省能源。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~釜串联单釜容积为~m。所用溶剂和所得产物随催化剂不同而异。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)中国自年开始研究于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(πCHNiCl)四氯苯醌〕和卤化π-烯丙基铀催化剂均可制得高顺式(%~%)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年代中期尚未达到工业化生产的程度。单体合成方法的选择:单体生产方法的选择制取丁二烯的方法主要有三种:一是从丁烷丁烯中制备丁二烯二是从由裂解气中的C组分中抽提丁二烯三是用乙醇反应制得丁二烯本次设计采用由裂解气中的C组分中抽提丁二烯的方法。以裂解副产物C为原料DMF为萃取剂经过两段萃取精馏和两段普通精馏后脱去C原料中的丁烷丁烯炔烃及其他杂质植被出适合生产顺丁橡胶的高纯度聚合级丁二烯,。对所选用方法的论证由于C原料中大部分组分与BD,之间的沸点较为接近而且相互之间有共沸物产生这样采用一般的精馏方法很难进行分离所以为得到目的产品丁二烯就必须采用特殊分离方法萃取精馏。萃取精馏的原理就是向被分离物料C原料中加入一种新组分萃取剂DMF。他的加入使得原来物料中各组分之间的相对挥发度明显变化从而使物料中难以用普通精馏方法分离的组分如顺丁烯和反丁烯等组分在第一精馏他分离出来乙基乙炔和乙烯基乙炔等组分在第二萃取精馏他分离出来。经过两段萃取精馏得到的粗丁二烯在经过两段普通精馏即得到场拚丁二烯。普通精馏的原理是利用混合物中各组分在相同压力下相对挥发度不同的特点使混合物处于气液两相共存时各组分在液相和气相中的分配量不同从而将各组分分离开。甲基乙炔和水等清组分在第一精馏塔顶脱除第二精馏他则用于脱出在萃取精馏部分未能完全脱出的顺丁烯丁二烯,乙基乙炔C等重组分。塔顶得到产品丁二烯。聚合方法的选择()以抽余油为溶剂环烷酸镍三异丁基铝三氟化硼乙醚络合物为催化剂采用稀硼单加催化剂加料方式丁二烯连续聚合的生产方式过程。()对所选用方法的论证:离子配位聚合的聚合方法主要有本体聚合和溶液聚合工艺其中易溶液聚合工艺为主。溶液聚合工艺又分为溶液法和溶液淤浆法适合溶液法的包括中压聚乙烯、聚丁二烯橡胶、丁苯橡胶等。而溶液淤浆法适合低压聚乙烯、聚丙烯、丁基橡胶等。溶液淤浆法可以解决溶液粘度粘度问题依靠提高浓度提高生产能力但是它的缺点是聚合物容易堵塞并且分离、回收、后处理等工序较为复杂。采用溶液法合成聚丁二烯的工业方法都是以有机锂化合物或变价的离子配位体系为基础的。溶液法中存在的问题是生产能力低。原因:随着反应的进行体系的粘度增大使体系传热困难聚合物易在聚合釜壁、管道、死角上粘附挂胶而造成堵塞限制了聚合物的浓度。解决的方法是:采用传热面积大传热效果好不挂胶的反应器螺带世或旋桨式的搅拌器体系浓度要控制在-采用尽可能高的反应温度以及选择合适的溶剂。设计所需要的技术环境及相应的新技术本装置采用镍系催化剂体系镍系催化剂是一个四组份催剂A组份:有机酸镍我国采用的是环烷酸镍是主催化剂是催化剂活性中心在催化聚合反应时起定向作用。B组份:烷基铝我国采用三异丁基铝。Al(CH)用作镍的还原以降低镍的价态并使镍烷基化口C组份:含氟的无机化合物我国采用三氟化硼乙醚络合物。BF(CH)用作提供与活性中心形成配位体的氟。D组份:加强了配位体的电负性作用促使活性中心更好地形成。工艺操作条件的确定()反应原理()影响因素()工艺操作条件的确定工艺流程叙述聚合装置的工艺流程配置计量岗Al含量为gl的三异丁基铝从催化剂车间送到浓铝示位槽R供稀铝配置釜F配稀铝油溶液。然后将其放入稀铝计量罐Rab,经计算泵后与N油溶液相混合于三通管道然后与丁二烯进入聚合反应的连续釜的首釜。wt的N溶液从新配置的两侧用N压至新配制的三楼的浓N高位槽R供稀N配制釜F配制稀N油溶液。然后再将配好的放入粉两线的稀N计量罐Rab,经过量泵与稀Al油溶液混于三通管道然后进入聚合首釜。罐装三氟化硼乙醚络合物用N压入硼高位槽R中然后去Rab(计量罐)经泵送出在泵出口文氏管处以:的比例与溶剂油混合进入聚合首釜。防老剂人工运送至三楼配置釜Fbc,与回收脱重塔顶来的成品油混合进入Rab,再加入到静态混合器。a丁二烯加水系统少量的丁二烯通过浮子流量剂和调节阀从底部入加水罐含饱和水的丁二烯从顶部处通过丁二烯调节阀进入聚合釜。b聚合岗新罐Rb的溶解油与老罐区B米的丁二烯在管线中混合一部分进入丁油预冷器然后与常温下的丁油混合进入三通阀在管线中与ALN陈化液一起进入反应釜Fla通过连续三釜的聚合再加防老剂进入静态混合器然后进入胶液罐。(防老剂为:二叔丁基对甲酚)回收工艺流程概述回收油脱水(T):含有杂质饱和水丁二烯凝聚油来自新罐R经FIC流量调节阀入T塔顶冷凝器Hcd与塔顶物料进行热交换后再经预热器H加热至℃最后进入T塔第()层塔盘在塔中进行非均相共沸精馏以脱除水丁二烯轻油及其他组成杂质。丁二烯回收(T):来自B泵含丁三烯左右的物料经FIC流量调节阀入T塔第()层塔盘在塔中进行普通精馏。塔釜由再沸器H加热塔釜液靠压茶经LICA塔釜液来出调节阀入T塔或入冷却器HH冷却后进入尾气吸收塔T或去新罐区R罐。溶剂油脱轻组分(T):来自T塔釜的含轻组分杂质的溶剂油经LICA流量调节阀后以气液混合物进入T塔第()层塔盘。在塔中进行普通精馏塔釜由再沸器H加热控制塔顶温度在℃之间塔顶蒸出的轻组分经冷凝器H冷凝后通过塔顶压力调节阀FIC进入回流罐RR中的凝液经B泵一部分通过FIC流量调节阀回流入塔。另一部分通过LIC回流管液面调节阀返回新罐区R罐第三部分经限量孔板流量计FIC计量后去老罐区R塔釜液经BLIC液面条节阀通过H去R或通过H循环水冷却器H盐水冷却器后入尾气系统。回收溶剂脱重组分(T):来自T塔釜的溶剂油井LICA塔釜页面调节阀后入T塔第()塔盘层进行普通精馏。塔釜液由再沸器H加热至℃之间塔釜蒸汽经空冷器Habcde冷凝凝液经塔顶压力调节阀PICA后进入间流罐R。合格产品去新罐区R罐。不合格产品去新罐区R罐。塔釜重组分经冷却器H冷却后连续送往老罐区R或R。丁二烯脱水(T):T来的丁二烯进入T塔顶在其中进行非均相共沸精馏由再沸器H用℃蒸汽加热塔续蒸出的丁二烯HO阻聚剂通过冷凝器H不凝器经R的压力调节阀去尾气吸收凝液去R。合格品丁二烯去R塔蒸出的自水包倒淋水值阀排入污水管线。丁二烯脱重:T水值合格的丁二烯到T进行普通精馏塔顶一部分经H循环水冷凝再经H冷却。去成品R到R另一部分加入阻聚剂经H冷凝器去回流罐R经泵B回流到T塔塔底重组分用B泵连接去抽取罐区。抽余油切割(T):来自新罐区R罐的切余油经流量调节阀入T塔顶冷凝器Hb与塔顶物料进行热交换以后进顶热器H加热到℃。然后进T塔第()层塔板塔釜液由H加热到℃之间。塔顶蒸出的气相入冷凝器Hab冷凝经塔顶压力调节阀入回流罐R所含水分在罐中精置分层后自水包倒淋阀排入污水管线不凝气体入总排空系统冷凝返回R回流罐。塔顶物料经B一部分回流入塔另一部分经冷却器H冷却后去罐区R或经循环管线去新罐区R。塔釜液用B送出经冷却器Hab冷却后送至罐区R或新罐区R。由()层塔盘引出一侧线℃馏分的油入一侧线缓冲罐R再经B到R或R。由层塔盘引出二(三)侧线℃(℃)的油通过流程塔T上部进入。塔顶轻组分由第层塔盘返回T塔釜油经B泵入H冷却后去老罐区R或Ra。不合格时并入T塔顶油送出管线去R或R。阻聚剂系统高纯度的丁二烯经自聚自聚物不断增长易胀破管线、容器所以需加TBC凝固点用溶剂油配制成的溶液配制罐及输送线由排水管线伴热一部分经B循环回罐保证浓度、温度均匀一部分经B送至T冷凝HT的冷却器HT的冷凝器HT的冷凝器H的气相管线T塔液冷凝器间歇加入TBC。聚合工艺流程纯度合格的丁二烯和抽余油在三通管线的内部混合混合后的溶液简称丁油。丁油中丁二烯的浓度为g然后进入预(热)冷器预热后的丁油与来自陈化罐的AINI二元成化液混合再从首釜的釜底进入釜中与此同时与溶剂抽余油稀释后的硼组分也从首釜底部或稍上部进入首釜。在聚合釜中搅拌下形成活动中心随即引发丁二烯发生定向聚合反应。反应在给定的温度范围内进行一般控制在℃。当首釜的转化率达到时生成的聚合物胶液从釜顶到出进入第二聚合釜在经过一段时间聚合后进入第三釜依次类推。目前国内的聚合工艺多采用釜的连续聚合在末釜一般控制在℃以下转化率在以上由末釜到出的胶液进入终止釜在此将终止和防老化剂以及抽余油溶液加入。聚合反应被终止后的胶液从终止釜顶部借釜内的余压(一般为Mpa)经过过滤器滤出凝胶后再经压力射空送入胶液储罐以供下一工序的混胶和凝聚之间。四、研究计划及进度安排 学期教学周工作内容准备阶段第学期指导教师与学生第次见面指导教师指导学生进行调研查阅参考文献做好开题报告的准备工作指导教师下达任务书毕业设计(论文)环节开始运行。开题阶段第学期学生撰写开题报告学生提交开题报告工作小组审定开题报告进入毕业设计(论文)研究与撰写阶段。  严格按照论文进度进行毕业设计(论文)保证设计(论文)质量做好与教师联系的记录。毕业设计(论文)阶段及评阅答辩阶段第学期毕业论文(设计)题目或导师变更截止。进入毕业设计(论文)研究与撰写阶段。中期检查指导教师按要求填写中期检查记录工作小组检查小节报领导小组。级学生返校()完成毕业设计(论文)撰写装订和整理工作。之前提交毕业设计(论文)本。(此时不可修改)指导教师填写指导教师意见表()评阅教师评阅并填写评阅教师意见表。()()工作小组审查并确定学生答辩资格与名单。()答辩(周末)装订毕业设计(论文)文本整理、装订并保存毕业设计(论文)等有关材料。        五、参考文献刘连海 国内外顺丁橡胶发展现状及最新技术进展化学世界年张晓琳李建军 顺丁橡胶生产工艺及展望年期刘代叶 科学发展我国顺丁橡胶产业及建议年期黄葆同欧阳均等《络合催化聚合合成橡胶》科学出版社出版龙彬.丁二烯装置的安全生产J.石油化工安全环保技术():.黄健镍系顺丁橡胶生产技术化学工业出版社邵志华国内外顺丁橡胶生产及市场分析J上海化工,,:张洋高聚物合成工艺设计基础化学工出版社业焦书科戚银城姚平等北京化工学院学报年第四期化工工艺设计手册(上、下)化学工出版社业化工工艺设计手册(上、下)第二版化学工出版社业赵德仁高聚物合成工艺学化学工出版社业易落新氯酯化顺丁橡胶物性与力学性能的研究D北京化工大学,刘泳涛,董为民,石路颖,姜连升稀土顺丁橡胶的性能和应用J合成橡胶工业,,:崔克清等《安全工程大辞典》化学工业出版社出版孔令健镍系充油顺丁橡胶的工业化应用J合成橡胶业,,:指导教师意见:指导教师签名:      年 月 日工作小组审查意见:工作小组组长签名:   年 月 日 注:可附页

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