[工学]年产30万吨乳聚丁苯橡胶工艺.doc

陕西理工学院课程设计30万吨/年乳聚丁苯橡胶聚合车间的工艺设计 韩裕明 祝骞 王金娟（0814054-325 333 254 ）（陕西理工学院材料科学与工程学院高分子082班）指导老师：袁新强 目录1产品及原料说明1.1丁苯橡胶的发展史 41.2丁苯橡胶的中国发展史 41.3丁苯橡胶的生产技术概况 51.4丁苯橡胶市场前景分析 62生产方法与工艺流程2.1 原料及产品结构与性能 72.2 工艺方案选择依据 7 2.3 生产工艺原理 9 2.4 生产工艺流程 10 2.4 主要设备控制方案 133物料衡算以及热量横算 3.1计算依据 14 3.2反应釜的物料及热量恒算 154 设备工艺计算 4.1釜体的设计 22 4.2搅拌器的确定 23 4.3各物料进出管口直径确定 24 4.4轴密封形式 25 4.5流体输送机械的选型设计25 4.6调节釜的设计 26 4.7过滤器的设计 265 厂址车间、安全防护及三废处理设计 5.1厂址及车间设置 26 5.2安全防护设计 28 5.3三废处理设计 316参考文献前 言丁苯橡胶（SBR）是由丁二烯和苯乙烯经过乳液或溶液聚合制得的共聚物，丁苯橡胶再配以增塑剂、稳定剂、高分子改性剂、填料、偶联剂和加工助剂，经过提炼、塑化、成型加工成各种材料。在现代工业生产和人类生活中起着举足轻重的作用，因此SBR的生产和技术的改进越来越受到现代人的关注！当前，SBR生产面临着严重的挑战。比如：生态环境的保护，潜在替代品的市场竞争，资源的进一步优化配置，能量的合理充分利用，生产过程的优化和高效率化，生产和使用效率的提高，应用技术和市场开拓等，都在不同程度上影响着SBR的进一步发展，在上述问题上仍有大量工作要做，对生态环境安全的配套助剂，环境保护技术（包括SBR废弃物的回收，再利用和处理）等方面，更需要花大力气加以研究。本设计是以丁二烯和苯乙烯单体为原料，对年产能力为30万吨的SBR生产工艺的初步设计，收集有关的化工设计资料作参考，按课程设计大纲和设计任务书的要求进行设计。本设计的内容是在简要介绍丁苯橡胶发展状况及其性质，用途，工艺方法选择的基础上，重点介绍了采用低温乳液聚合法生产SBR及其干燥的工艺过程，产量为年产30万吨。设计的主要内容有：1.产品及原材料说明；2.生产方案的比较与选择；3.物料衡算与热量衡算；4.主要设备的计算与选型； 5.厂址选择及车间设置6.安全防火设计；7.三废处理。设计图纸包括1张PID图；1张PFD图。 本设计旨在理论学习的基础上，结合生产实践，熟悉工艺流程、生产方案的选择、设备的选型等，掌握工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备的计算、选型，对参考文献的查阅与学习等的方法。由于设计者的理论知识有限，设计经验的缺乏，在设计的过程中难免会有一些不足和错误之处，敬请各位老师指评指正。1.产品及原料说明1.1丁苯橡胶的发展史 1912年，得过Bayer公司发表了丁二烯乳液聚合制取聚丁二烯橡胶的第一篇专利，20世纪20年代，该国为改进乳聚丁二烯的性能，选用苯乙烯为第二单体，制的了乳聚丁苯橡胶，并将其命名为Buua-S。德国IG Farben公司于1933年发表了Buna-S的第一篇专利，而且于1935年在Schkopau开始建设世界上第一个乳聚丁苯橡胶生产装置，与1937年建成投产。1943年，得过Buna-S的产量112kt。乳聚丁苯橡胶的生产始于德国，而取得迅速发展则是在美国。20世纪30年代，美国因获得价格低廉的天然橡胶满足通用制品的要求，故未重视Buna-S橡胶，而是致力于特种橡胶的开发。直到第二次世界大战爆发，一是作为战略物资的橡胶需求量急增；二是天然橡胶的来源被切断，因而通用合成橡胶逐渐受到美国政府的高度重视和扶持。在美国Rubber Reserve公司统筹下，迅速开展了乳聚丁苯橡胶的生产，建立了5个制造和成橡胶所需要的单体和聚合物工厂，这些工厂在第二次世界大战是和第二次世界大战后相继投入生产。开始阶段，主要利用德国的Buna-S技术进行生产，以后改进了聚合配方，开发了称为GR-S乳聚丁苯橡胶的新技术。1942年，美国乳聚丁苯橡胶的生产能力为37kt，1943年增长到182.3kt，到1944年已达673kt。第二次世界大战结束前，德国和美国都是采用热法（50）乳液聚合工艺生产丁苯橡胶。第二次世界大战后，由于氧化还原引发体系聚合配方的出现，美国首先采用冷法（5）乳液聚合工艺，使乳聚丁苯橡胶得性能得到显著改善，因而在大宗用途方面已逐渐为冷法乳聚丁苯橡胶所取代。但是由于热法乳聚丁苯橡胶也具有独特的性能和一定的应用领域，所以至今仍有少量生产。1948年，前苏联在沃龙尼什建立了乳聚丁苯橡胶生产装置，采用热法间歇聚合生产丁苯橡胶，后来又开发了冷法连续聚合的生产技术。其他国家的乳聚丁苯橡胶则发展较晚，包括西欧国家和日本，都是在20世纪50年代以后才实现工业生产的，而且多数是引进美国的生产技术。其中日本发展速度很快，自1996年投产后，到1997年乳聚丁苯橡胶产量已跃居世界第二位，并先后把技术出售给韩国、伊朗和中国。从过硫酸盐引发系统的热法聚合转向氧化还原引发体系得冷法聚合，是生产乳聚丁苯橡胶聚合工艺的突破。 目前，聚合工艺和聚合配方基本定型，单体转化率已从60%提高至70%，甚至更高。为加速聚合反应，减少冷剂消耗，聚合温度也有所提高。聚合设备趋向大型化，连续聚合已使用3045m3的聚合釜 。在凝聚和后处理方面，以高分子絮凝剂代替氯化钠，大大减少了氯化钠的消耗量。聚合工艺自动化水平的提高，改善了产品质量。充油母炼胶、充炭黑母炼胶、充油充炭黑母炼胶的出现也使乳聚丁苯橡胶品种大大增加。1.2丁苯橡胶中国发展史 中国乳聚丁苯橡胶的生产始于1960年从前苏联引进技术在兰州投产的第一套生产装置（生产能力13.5kt）。该装置以前联邦德国Farben公司技术为基础，采用拉开粉为乳化剂，对苯二酚-亚硫酸钠为引发体系的热法聚合工艺生产高门尼黏度丁苯橡胶。为改造落后的聚合工艺，兰州石化公司石油化工研究院在1963-1965年间完成了松香歧化及冷法聚合配方的研究。该配方以歧化松香皂为乳化剂，过氧化二异丙苯为引发剂，铁盐-乙二胺四乙酸钠-甲醛次硫酸钠为还原系统。兰州石化公司合成橡胶厂采用此项技术完成了由热法乳液聚合到冷法乳液聚合的转变。此后又经过一系列的技术改造，使生产能力达到50kt/a，并且既可以生产普通乳聚丁苯橡胶，又可生产充油乳聚丁苯橡胶。该公司石油化工研究所自行开发的经（10±2）h聚合使单体转化率达（70±2）%的技术也已投入工业应用。兰州石化公司还计划将乳聚丁苯橡胶生产能力扩大至160kt/a。为满足中国对乳聚丁苯橡胶的需求，吉林石化公司和齐鲁石化公司先后从日本合成橡胶公司和瑞翁公司各引进一套80kt/a的乳聚丁苯橡胶装置，分别于1982年和1987年建成投产。经过几年的改造，两公司的生产能力已达到130kt/a。1998年，中国台湾合成橡胶公司在江苏南通合资建成的100kt/a的乳聚丁苯橡胶装置（申花化工公司）投产，经改造，到2005年末，产能已达到170kt/a。中国台湾于20世纪80年代后期引进国外技术开始生产乳聚丁苯橡胶，至21世纪初其生产能力已达100kt/a。1.3 SBR生产技术概况SBR的生产技术在20年代后期逐渐成熟，此后对工艺又进行了不断的改进，并朝着装置大型化方向发展，自动化控制水平有了明显的提高，并且己达到相当先进的水平。ESBR在提高聚合反应的单体转化率、节能降耗等方面取得了很大的进展，在解决ESBR滚动阻力与抗湿滑性能矛盾问题，优化产品性能，适应市场需求等方面也得到了突破性进展。美国Goodyear轮胎与橡胶公司不使用溶剂，用含有抗降解剂、金属失活剂，光敏剂，增效剂，颜料，催化剂和/或促进剂的官能化苯乙烯与含有2%-3%离子表面活性剂和平共处0%-70%增塑剂的丁二烯在0-25下进行乳液共聚，制得含有酰氨基的官能化ESBR。日本Zeon公司通过引入第三单体，开发出一种生热低且耐磨、可填充SiO2或炭黑、门尼粘度为10-200的ESBR。日本JSR公司发明了一种用两步法聚合工艺生产中苯乙烯含量的ESBR新方法15。美国Xerox公司通过将单体加入聚合釜，引发聚合，反应放热后用惰性气体净化反应器，并将聚合温度升到规定值的方法，制取了残余单体含量低的ESBR。日本三菱化成公司用自由基引发剂和常规乳液聚合助剂，用两步聚合工艺制成了结合苯乙烯含量分布范围宽、耐磨性和抗湿滑性比常规的ESBR好的新型ESBR。日本Lion公司用二元酸双酯作ESBR的软化剂，以改善胶料的低温抓着性。日本住友橡胶工业公司将接枝有硅烷偶联剂的SBR胶乳与一种化合物（如四乙氧基硅烷）混合，通过溶胶凝胶化反应而制成一种高强度、高回弹率、低能耗的原位增强ESBR。1.4 国内需求量和年均增长率我国丁苯橡胶的研究开发始于20 世纪50 年中期, 自2003 年我国对原产于俄罗斯、韩国和日本的丁苯橡胶进行反倾销取得胜利以来, 国内有多套丁苯橡胶新建或扩建项目建成投产。截止到2006 年底, 我国丁苯橡胶的生产厂家有7 家, 总生产能力为65.5 万t/a, 其中乳聚丁苯橡胶的生产厂家有中石化齐鲁石油化工公司、中石油吉林石油化工公司、中石油兰州石油化工公司以及江苏南通申华化工公司4家, 生产能力合计为49.5 万t/a, 约占我国丁苯橡胶总生产能力的75.57%; 溶聚丁苯橡胶的生产厂家有中石化北京燕山石油化工公司、中石化茂名石油化工公司和中石化高桥石油化工公司3 家, 生产能力合计为16.0 万t/a, 约占我国丁苯橡胶总生产能力的24.43%。其中江苏南通申华化工公司是目前我国最大的丁苯橡胶生产厂家, 生产能力约占全国丁苯橡胶总生产能力的25.95%; 其次是中石油吉林石油化工公司, 生产能力约占总生产能力的21.37%; 再次是中石化齐鲁石油化工公司, 生产能力约占总生产能力的19.85%。随着生产能力的不断增加, 我国丁苯橡胶的产量也不断增加。1999 年我国丁苯橡胶的产量只有29.32 万t, 2001 年增加到34.87 万t。2003 年由于国内市场的强劲需求和反倾销的实施, 抑制了俄罗斯及日本、韩国等国家资源的进口, 全国丁苯橡胶的产量首次突破40 万t, 达到40.79 万t, 比2002 年增长15.6%。2005 年我国丁苯橡胶的产量进一步增加到51.42 万t, 比2004 年增长约9.64%。2006 年我国丁苯橡胶的产量约为54.00 万t, 同比增长约5.02% , 2001 - 2006 年产量的年均增长率约为9.14%。近年来我国丁苯橡胶产品品种牌号不断增加,尤其是充油产品的产量不断提高。目前中石化齐鲁石油化工公司、中石油兰州石油化工公司、申华化工公司和中石化茂名石油化工公司的装置都可以生产充油产品。中石化齐鲁石油化工公司开发的充油丁苯橡胶是含苯乙烯40%、充高芳烃油37.5 份, 特别适合用作轮胎的胎面胶和三角胶, 其各项性能指标与国外产品基本一致。2生产方法及工艺流程2.1 原料及产品的结构与性能2.1.1 产品结构及其性能名称：乳聚丁苯橡胶，简称ESBR （styrene-butadiene rubber）分子式： 其中n为平均聚合度，一般为35010000 由于乳聚丁苯橡胶中丁二烯和苯乙烯两种单体链节在共聚物大分子中呈无规分布，又由于丁二烯的加成反应约80%发生在1,4位置，约20%发生在1,2位置，而在1,4位置上的链节又有顺式和反式两种区别，所以乳聚丁苯橡胶大分子内存在如下的微观结构。 此外，亦有少量支化和交联结构存在，冷法聚合的乳聚丁苯橡胶中丁二烯链的主要微观结构单元70%为反式-1,4-结构。丁苯橡胶的性能表 1 乳聚丁苯橡胶的基本性能参数性 能参 数密度，g/cm3比热容, J/（kg.）线膨胀系数, 10-4-1Tg以下Tg以上折射率nD20电导率50HZ106HZ介电强度，Kv/mm玻璃化温度Tg(DSC法)，平均分子量 Mn0.910.96182019200.80.92.32.51.53452.6 2.65 (60)2.35 2.65 (60)2436-55(1126)×104丁苯橡胶的用途乳聚丁苯橡胶具有多方面的较好特性，在物理机械性能，加工性能和制品使用性能方面十分接近于天然橡胶，尤其是耐磨、耐热、耐老化、永久变形和硫化速度方面还优于天然橡胶，并且还可以与天然橡胶及多种橡胶材料并用或改性，这就使其应用范围得以扩广，获得广泛用途。几乎所有统计资料显示乳聚丁苯橡胶的60%以上是用来生产制造轮胎用，其余的主要用途是制作胶管、胶带、胶板、胶辊、胶鞋、密封件多种橡胶制品，亦有一定量的电绝缘材料，医疗用品和其他工艺制品和民用小制品。近两年在世界丁苯橡胶消费结构中，用于生产轮胎及汽车制品用橡胶零部件对丁苯橡胶的需求量约占总消费量的54.0%，非汽车用橡胶制品约占总消费量的12.5%，制鞋等其他方面约占总消费量的33.5%。2.1.2原料的结构与性能单体丁二烯 分子式 C4H6 结构式 在常温常压下为无色气体，有特殊气味，有麻醉性，特别刺激粘膜，容易液化，易溶于有机溶剂；性质活泼，易发生自聚反应，因此在储存、运输过程中要加入阻聚剂。苯乙烯 分子式 C8H8 结构式 苯乙烯常温常压下为无色透明油状液体，受热、曝光、遇到过氧化物极易自聚、引发和聚合。苯乙烯蒸气与空气混合物的爆炸极限1.1%6.6%（体积），处理苯乙烯时应避免明火、摩擦和静电。2.2工艺方案选择依据2.2.1 工艺流程方面 就以上四种聚合工艺而言，本体法工艺流程简单，装置占地面积小，同时基本上无废液排放，排气可达到最低程度，环境污染少，而且产品质量好、纯度高，特别使用透明包装材料和电缆料。悬浮法是一种相对最成熟的工艺，在目前世界上聚氯乙烯生产中占有绝对的分额，且产品转化率最高，产品品种最多，容易适应市场。乳液法是生产糊树脂的方法，工艺复杂、成本较高且树脂质量较差。而微悬浮法也是生产糊树脂的方法，但仅用于特殊用途。2.2.2 反应速率 控制方对于本体聚合，当自由基聚合进行到一定转化率后，体系黏度增大，自动加速效应显著，散热困难。大规模生产时，即使降低引发剂浓度以减慢速率，有时还是不能很好的控制。改用溶液聚合可以克服这一困难，但聚合速率和产物分子量均有所降低；此外，脱除溶剂困难，成本较高。而悬浮聚合可以克服本体聚合和溶液聚合的上述缺点。2.2.3 经济方面 从经济角度分析，乳液聚合是最合理的聚合方法。乳聚丁苯橡胶由于开发、生产、加工、历史悠久，其生产和加工工艺成熟，尤其以它良好的综合性能，被世界各国广泛生产和应用，其生产能力、产量及消耗量在合成橡胶诸胶胶种中一直居世界合成橡胶中的首位。因此，乳聚丁苯橡胶的生产经济价值很高。2.2.4乳液聚合 浮液聚合法有许多优点，如以水为介质，价廉、不需要回收、安全、产物容易分离、生产成本低；能在较高聚合速度中获得高分子量聚合物；可在反应温度较低的情况下进行反应，反应热也容易散出，聚合过程容易控制；在转变为胶乳的整个过程中，乳液粘度较低，设备强度和能耗也会降低。 通过以上的各种方案的对比，结合吉林化学工业公司实际生产中的状况，本设计选用低温乳聚制取丁苯橡胶。2.3 丁苯橡胶的工艺原理及流程：2.3.1 聚合原理 乳聚丁苯橡胶的属于乳液法链式自由基聚合机理。整个聚合过程分为链引发、链增长、链转移和链终止四个步骤。2.3.2 链引发 这是形成单体自由基活性种的反应，首先由氧化还原引发体系在水相中产生初级自由基。第二步是初级自由基与单体加成，形成单体自由基。2.3.3 链增长 在链引发阶段形成的单体自由基，活性很高，如无阻聚物质与之作用，就能进攻第二个单体分子的键，重新杂化结合，形成新的自由基，如此循环下去。该反应过程放热，链增长速率极快（0.01 ns间），其相关的速率方程为：式中 Rp链增长速率，L/（） I引发剂浓度,mol/l f引发剂引发效率，%； kd引发剂分解速率常数； kp链增长速率常数； kt链终止速率常数。2.3.4 链终止 乳聚丁苯橡胶聚合过程的终止主要是双基结合终止。此时的聚合体系中，除水相外，主要是表面层为乳化剂覆盖的聚合胶乳粒子。2.4丁苯橡胶生产工艺流程原料准备过程用计量泵将规定数量的相对分子质量调节剂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。聚合聚合过程系统由812台聚合釜组成，采用串联操作方式。当聚合到规定转化率后，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，门尼粘度由取样测定来确定。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，也就加终止齐终止反应，以确保产物门粘度尼合格丁二烯分离从终止釜流出的终止后的胶乳液进入缓冲罐。然后经过两个不同真空度的闪蒸器回收未反应的丁二烯。第一个闪蒸器的操作条件是2228，压力0.04MPa，在第一个闪蒸器中蒸出大部分丁二烯；再在第二个闪蒸器中（温度27，压力0.01MPa）蒸出残存的丁二烯。回收的丁二烯经压缩液化，再冷凝除去惰性气体后循环使用。苯乙烯分离脱除丁二烯的乳胶进入苯乙烯汽提塔（高约10m，内有十余块塔盘）上部，塔底用0.1MPa的蒸汽直接加热，塔顶压力为12.9kPa，塔顶温度50，苯乙烯与水蒸汽由塔顶出来，经冷凝后，水和苯乙烯分开，苯乙烯循环使用。塔底得到含胶20%左右的胶乳，苯乙烯含量0.1%。经减压脱出苯乙烯的塔底胶乳进入混合槽，在此与规定数量的防老剂乳液进行混合，必要时加入充油乳液，经搅拌混合均匀后，送入后处理工段。后处理工段混合好的乳胶用泵送到絮凝槽中，加入24%26%食盐水进行破乳而形成浆状物，然后与浓度0.5%的稀硫酸混合后连续流入胶粒皂化槽，在剧烈搅拌下生成胶粒，操作温度均为55左右。 从胶粒皂化槽出来的胶粒和清浆液经振动筛进行过滤分离后，湿胶粒进入洗涤槽用胶清液和清水洗涤，操作温度为4060。洗涤后的胶粒再经真空旋转过滤器脱除一部分水分，使胶粒含水低于20%，然后进入湿粉碎机粉碎成550mm的胶粒，用空气输送器送到干燥箱中进行干燥。 干燥箱为双层履带式，分为若干干燥室分别控制加热温度，最高为90，出口处为70。履带为多孔的不锈钢板制成，为防止胶粒粘结，可以在进料端喷淋硅油溶液，胶粒在上层履带的终端被刮刀刮下落入第二层履带继续通过干燥室干燥。干燥至含水0.1%。然后经称量、压块、检测金属后包装得成品丁苯橡胶。2.4.1丁苯橡胶的生产工艺方案和流程图图2-1 低温乳液聚合丁苯橡胶的生产工艺方案图图2-2 乳液聚合生产丁苯橡胶工艺流程图2.5 主要设备控制方案 2.5.1 反应器的温度控制反应温度的控制主要是通过与夹套内循环水进行热量交换来实现的。不同的聚合反应器，聚合反应机理不同、操作方式不同、温度控制不同、传热介质、传热方向及控制特点的不同，如连锁聚合反应温度较低，多为放热反应，反应速率极快，所以反应过程中撤热必须及时，否则易发生爆聚。而缩聚反应反应热效应小，由于反应温度较高，所以大多需要供热，反应速率比较平稳，传热速率也比较平稳。连续操作反应温度控制必须平稳，抗外界干扰能力要强。而间歇操作反应温度要尽量按预定要求控制，允许有小量的波动。恒温反应过程，反映前期速率较快，传热速率快，反应温度不易控制。而变温反应过程，反应速率在一定时间内比较平稳，传热速率也比较平稳，反应温度易控制。在乳液聚合连续操作温度采用二次循环控制，二次循环（小循环）中的传热介质流量大而且控制恒定，保证反应过程中有较高的且稳定的传热系数。 2.5.2 反应器的压力控制先将聚合釜抽真空在通入氮气排除空气，然后在减压下进行聚合。通过调节真空泵的抽气量控制反应器的压力。 2.5.2 反应器液位的控制：（进料时打开进料泵，物料到达预定液位时，关闭进料泵） 在连续操作过程中，反应器的液位高度是一个重要的控制参数，它与物料流量共同决定了物料在反应器中的有效反应体积，进而确定了物料在反应器中的平均停留时间。可采用出料流量一定，调节进料管路上的阀门，调节进料流量，控制反应器的液位。 2.5.4 泵的控制 （直接流量调节）泵的控制有两一是直接流量调节，二是旁路流量调节。直接流量调节控制方案简单，易操作。所以在选择时采用直接流量调节。3物料及热量恒算3.1 计算依据SBR产量为30吨/年；开工时间：330d/a，24h/d生产方式：连续性生产3.1.1 乳液聚合的典型配方丁苯橡胶的生产配方组分用量的重量分数单体丁二烯苯乙烯7030介质水210乳化剂歧化松香酸钠扩散剂NF6.20.4引发体系二异丙苯过氧化氢EDTA硫酸亚铁雕白粉0.30.0960.040.2调节剂叔十二烷基硫醇0.1电解质氯化钾1.0终止剂二甲基二硫代氨基甲酸钠0.23.1.2 生产过程总物料衡算原料投入量各单元操作都连续进行，采用倒推法根据收率或损失率计算出原料投料，然后按单元操作顺序对各单元操作进行物料衡算：损失率：2%丁苯橡胶每小时产量为聚合物转化率为60% 60%x=38651.82/h x=64419.70(kg/h) 即实际每小时需要生产纯反应物为64419.70/h原料进口管道中各组分的流量1丁二烯 2苯乙烯 3水 4乳化剂 5引发体系 6调节剂 8电解质 17终止剂 3.2 反应釜的物料衡算和热量衡算3.2.1 物料衡算由8台聚合反应釜组成一条生产线，反应时间为812小时（取8小时），反应的转化率为60%。聚合釜的操作压力为0.40.5Mp,温度T=5，PH=45，聚合带有搅拌器，并用液氨作为冷冻介质。根据基本有机化工工厂装备知，对于一级反应，连续釜式反应器的反应转化率与反应速度常数之间的关系如下式中CAN 第N台釜内反应物的浓度；mol/LCA0 反应物初始浓度； mol/L第N台釜内反应物转化率；K 聚合反应表观速度常数； 平均停留时间；minN 连续槽式反应器的台数；为了便于计算，按等温等容处理，取总转化率60%；8釜串联；平均停留时间60 min；反应温5。将上式进一步整理得表9-11 各釜纯转化率与累积转化率第一釜第二釜第三釜第四釜纯X()累积X()纯X()累积X()纯X()累积X()纯X()累积X()10.8210.829.6520.478.6129.087.6736.75第五釜第六釜第七釜第八釜纯X()累积X()纯X()累积X()纯X()累积X()纯X()累积X()6.8543.606.1049.705.4555.154.8560根据各釜纯转化率计算各釜的物料组成如表9-12。表9-12 各釜出料口物料组成物第一釜第二釜第三釜第四釜料kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)水相139942.7868.48139942.78 68.48139942.7868.48139942.78 68.48苯乙烯17234.858.4315369.907.5213705.946.7112223.645.98丁二烯40214.6419.6833863.0917.5531980.5215.6528521.8213.96聚合物6970.213.4113186.716.4518733.259.1723674.2411.58物第五釜第六釜第七釜第八釜料kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)kg/hW(%)水相139942.7868.48139942.7868.48139942.7868.48139942.7868.48苯乙烯10899.815.339720.934.768667.674.247730.363.78丁二烯25432.9012.4422682.1811.1020224.569.9018037.528.83聚合物28086.9913.7432016.5915.6735527.4617.3838651.8218.91物料平衡示意图如下，对于物料数量与组成没有变化的设备不做物料衡算。M1丁二烯，M2苯乙烯，M3去离子水，M4乳化剂，M5引发剂，M6原料混合物，M7调节剂，M8 电解质，M9原料及部分聚合物共混液1，M10原料及部分聚合物共混液2，M11原料及部分聚合物共混液3，M12原料及部分聚合物共混液4，M13原料及部分聚合物共混液5，M14原料及部分聚合物共混液6，M15原料及部分聚合物共混液7，M16原料及部分聚合物共混液8，M17终止剂，M18-最终聚合产物顺流程逐个计算E101:M1=45093.79 kg/hM2=19325.91 kg/hM3=135281.37 kg/hM4=4251.70 kg/hM5=409.71 kg/hM6=M1+M2+M3+M4+M5=204362.48 kg/hR101:M7=64.42 kg/hM8=644.22 kg/hM9=M6+M7+M8=205071.12 kg/hR102:M10=M9=205071.12 kg/hR103:M11=M10=205071.12 kg/hR104:M12=M11=205071.12 kg/hR105:M13=M12=205071.12 kg/hR106:M14=M13=205071.12 kg/hR107:M15=M14=205071.12 kg/hR108:M16=M15=205071.12 kg/hV101:M17=128.84 kg/hM18=M16+M17=205199.96 kg/h乳液聚合丁苯橡胶连续操作物料衡算表（单位：kg/h）物流号丁二烯苯乙烯去离子水乳化剂引发剂调节剂电解质终止剂SBR合计M145093.7945093.79M219325.9119325.91M3135281.37135281.37M44251.704251.70M5409.71409.71M645093.7919325.91135281.374251.70409.71204362.48M764.4264.42M8644.22644.22M940214.6417234.85135281.37135281.37409.7164.42644.226970.21205071.12M1033863.0915369.90135281.37135281.37409.7164.42644.2213186.71205071.12M1131980.5213705.94135281.37135281.37409.7164.42644.2218733.25205071.12M1228521.8212223.64135281.37135281.37409.7164.42644.2223674.24205071.12M1325432.9010899.81135281.37135281.37409.7164.42644.2228086.99205071.12M1422682.189720.93135281.37135281.37409.7164.42644.2232016.59205071.12M1520224.568667.67135281.37135281.37409.7164.42644.2235527.46205071.12M1618037.527730.36135281.37135281.37409.7164.42644.2238651.82205071.12M17128.84205071.12M1818037.527730.36135281.37135281.37409.7164.42644.22128.8438651.82205199.963.2.2 热量衡算反应温度：5-10压力：0.40.5Mp设定：QT系统内物料与外界交换热量之和(传入热量为正，传出热量为负），KJ；Q1由于物料温度变化，系统与外界交换的热量（升温为正，降温为负），KJ；Q2由于物料发生化学变化，系统与外界的交换的热量（吸热为正，放热为负），KJ；根据热量守恒定律，得 其中经查有关资料可知：名称相对分子质量密度kg/m3比热容KJ/(kg·)汽化热KJ/kg丁二烯54621.11.597苯乙烯104919.81.636水1810004.191液氨17631.7-1663.25胶乳液Mn10×1049501.97丁苯橡胶的聚合热为：95.88KJ/mol=9588KJ/kg混合热和搅拌热的考虑由于溶质的量很少，混合热可忽略不计；搅拌设备中的物料为低黏度流体，搅拌热也可忽略不计，以1小时的产量为基准，设进料温度为10，反应温度为恒温5。分别对每个釜进行计算：（正值为吸热，负值为放热）R101： Q1=（1.597×45093.79+1.636×19325.91+4.191×135281.37）×5 KJ Q2=-6970.21×9588KJ Q=-R102: Q1= 0 KJ Q2=-(13186.71-6970.21)×9588=-KJR103: Q1= 0 KJ Q2=(18733.25-13186.71)×9588=-KJR104: Q1= 0 KJ Q2=(23674.24-18733.25)×9588=-KJR105: Q1= 0 KJ Q2=(28086.99-23674.24)×9588=-KJR106: Q1= 0 KJ Q2=(32016.59-28086.99)9588=-KJR107: Q1= 0 KJ Q2=(35527.46-32016.59)9588=-KJR108: Q1= 0 KJ Q2=(38651.82-35527.46)9588=-KJ对整个聚合工段进行大致估算：原料进入聚合釜放出的热量以1小时的产量为基准，设进料温度为1