異戊橡膠生產(chǎn)車間

1、摘要摘 要本設(shè)計從異戊橡膠的發(fā)展歷程和目前現(xiàn)狀入手，參照生產(chǎn)廠的實際情況，根據(jù)國家的政策、法規(guī)，確定了設(shè)計原則：遵守國家有關(guān)法律及法規(guī)，立足國內(nèi)，吃透和消化國外引進(jìn)的設(shè)備和工藝，力求生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，實施可行，安全可靠，防止環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)平衡。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書確定了設(shè)計的范圍為聚合，干燥工段的工藝設(shè)計（初步）；進(jìn)行了物料平衡計算，得到了物料平衡圖；進(jìn)行了熱量衡算，為設(shè)備計算奠定基礎(chǔ)；對裝置組成、生產(chǎn)方法、生產(chǎn)制度進(jìn)行了合理的確定，確定了合理的工藝參數(shù)和操作規(guī)程。聚合工段至后處理工段的物料衡算、聚合過程的熱量衡算、聚合工段各種設(shè)備的選型，物料流程圖、帶控制點(diǎn)工藝流程圖、聚合釜裝配圖、平面

2、布置圖等計算。利用物料衡算和熱量衡算的數(shù)據(jù)，進(jìn)行了專題部分熱水罐工藝設(shè)計計算。根據(jù)確定的工藝流程和控制方案，繪制出帶控制點(diǎn)的工藝流程圖；編制了1.0×107千克/年異戊橡膠生產(chǎn)車間工藝設(shè)計說明書。經(jīng)過最后核算，1.0×107千克/年異戊橡膠生產(chǎn)車間工藝設(shè)計符合設(shè)計要求，各項參數(shù)均已達(dá)標(biāo)。關(guān)鍵詞：異戊橡膠；聚合釜；工藝設(shè)計AbstractThis design from isoprene rubber developpment course and the present situation, according to the actual condition of the

3、factory production, according to the national policy, laws and regulations, determine the design principle: abide by the relevant state laws and regulations, based on domestic, assimilate and digestion of imported equipment and technology, and advanced production technology, economy reasonable, feas

4、ible, safe and reliable, to prevent environmental pollution, protectecological balance.According to the design task book identifies the design range of polymerization, drying process design (Preliminary); choice of suspension polymerization preparation of PVC; material balance calculation, obtained

5、the material balance diagram; the heat balance calculation for equipment, lay a foundation for composition, device; production method, production system the reasonable determination, determined the reasonable process parameters and operational procedures.Polymerization section to the post-processing

6、 section material balance, heat balance, polymerization polymerization process with a variety of equipment selection, process flow diagram, process flow map with the control point, polymerization kettle assembly drawing, layout and calculation.Using the material balance and heat balance data, undert

7、ook special subject is part of a hot water tank process design and calculation.According to determine the process flow and control plan, draw take control of the process flow diagram; compiled by 10kT/a isoprene rubber production workshop design specification.After a final accounting, 10kT/a isopren

8、e rubber production workshop design meets the design requirements, all parameters are standard.Key words: isoprene rubber; hot water tank; process design I目錄摘要1Abstract 2第一章 總述61.1綜述61.1.1異戊橡膠的發(fā)展史61.2異戊橡膠的生產(chǎn)工藝概況異戊橡膠的生產(chǎn)有兩種流程:61.3 我國異戊橡膠發(fā)展趨勢71.4進(jìn)口市場和競爭現(xiàn)狀71.5價格現(xiàn)狀及分析81.6. 國內(nèi)市場現(xiàn)狀分析81.6.1. 供需概況91.6.2. 進(jìn)出口

9、分析91.6.3.國內(nèi)下游用戶分析101.7.國內(nèi)市場展望101.7.1. 橡膠制品出口仍將拉動國內(nèi)橡膠需求增長。101.7.2.異戊橡膠的供需平衡預(yù)測111.7.3異戊橡膠發(fā)展方向。111.8.設(shè)計原則依據(jù)及范圍111.8.1 設(shè)計原則111.8.2 設(shè)計依據(jù)121.8.3 設(shè)計范圍及深度121.9 生產(chǎn)規(guī)模121.9.1 本裝置生產(chǎn)規(guī)模121.9.2 設(shè)計的開工時間121.9.3 生產(chǎn)方式121.10 裝置組成121.10.1 生產(chǎn)工段121.10.2 輔助生產(chǎn)設(shè)施121.11 生產(chǎn)制度13第2章生產(chǎn)方法及工藝流程132.1生產(chǎn)方法及工藝流程選擇132.1.1單體的供應(yīng)1321.2聚合熱的

10、引出142.1.3膠液凝聚142.1.4單體及溶劑回收142.1.5后處理142.2工藝參數(shù)的選擇14第三章工藝過程的計算153.1 聚合釜物料衡算163.1.1 異戊二烯系統(tǒng)163.1 .2正己烷溶劑系統(tǒng)183.1.3 引發(fā)劑系統(tǒng)183.1.4 聚異戊二烯系統(tǒng)193.1.5 終止劑系統(tǒng)193.2凝聚釜物料衡算213.2.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)213.2.2 計算213.2.3 防老劑用量223.2.4循環(huán)熱水量223.2.5損失量233.2.6 去振動篩的聚丁二烯膠粒量233.2.7水蒸氣冷凝量233.3 振動篩及熱水罐物料衡算263.3.1 物料衡算圖263.3.2 進(jìn)料系統(tǒng)263.3.3 出料系統(tǒng)2

11、63.4 干燥脫水物料衡算283.4.1 物料衡算圖283.4.2 去包裝部分293.4.3脫出組成293.4.5干燥、脫水物料衡算數(shù)據(jù)293.5 包裝物料衡算303.5.1不合格產(chǎn)品損失部分303.5.2 成品膠部分303.5.3 包裝部分物料衡算列表313.5.4校驗設(shè)計任務(wù)323.6 油水分離器物料衡算323.6.1 水相系統(tǒng)323.6.2 油相系統(tǒng)323.6.3 油水分離器物料衡算333.7 溶劑回收部分物料衡算333.7.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)333.7.2 溶劑脫輕塔的物料衡算343.7.3 溶劑脫重塔的物料衡算35第四章 聚合釜的能量衡算364.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)364.2 各聚合釜反應(yīng)轉(zhuǎn)化率確

12、定384.3 各釜物料組成及物性據(jù)數(shù)384.4 各釜對流傳熱系數(shù)和傳熱系數(shù) K 的計算394.4.1 夾套側(cè)傳熱膜系數(shù)394.4.2內(nèi)冷管的冷卻水傳熱膜系數(shù)a404.4.3 釜液對釜壁的傳熱膜系數(shù)414.4.4 反應(yīng)釜的總傳熱系數(shù)414.5 聚合釜攪拌功率的計算434.6 熱量衡算43第五章：其它能量衡算465.1 凝聚首釜循環(huán)水及水蒸氣465.2 凝聚首釜釜頂全凝器475.3 溶劑回收塔475.3.1. 溶劑脫輕塔475.3.2 溶劑脫輕塔塔頂全凝器485.3.3 溶劑脫輕塔再沸器485.4 溶劑脫重塔485.4.2 溶劑脫重塔塔頂換熱器495.4.3 溶劑脫重塔塔頂全凝器495.4.4 溶

13、劑脫重塔再沸器505.5 單體冷卻器505.6 精溶劑冷卻器50第六章 全裝置熱量平衡51第7章 車間工藝布置及廠址選擇527.2 生產(chǎn)廠房的整體布置527.3設(shè)備布置安全距離537.4車間內(nèi)輔助室和生活室布置53第八章 三廢治理538.1 三廢排放及處理方法538.2 安全措施54第九章 結(jié)論54參考文獻(xiàn)55致謝56第一章 總述第一章 總述1.1綜述1.1.1異戊橡膠的發(fā)展史制約中國橡膠工業(yè)發(fā)展的重要瓶頸是橡膠，尤其是天然橡膠供應(yīng)緊張，價格居高不下。受地理條件的限制，我國天然橡膠生產(chǎn)增速緩慢。據(jù)預(yù)測，我國天然橡膠年產(chǎn)量最多可增加70多萬噸，難以滿足國內(nèi)橡膠工業(yè)高速發(fā)展的需求；但合成橡膠產(chǎn)量卻

14、隨中國石油化工的發(fā)展而增加。合成橡膠主要品種中，我國已能生產(chǎn)丁苯橡膠、順丁橡膠、乙丙橡膠、丁基橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠等膠種，惟有異戊橡膠的生產(chǎn)仍是個空白；而上述合成橡膠品種均不能完全取代天然橡膠，只有異戊橡膠可以替代天然橡膠。如何改善橡膠工業(yè)重要原料-天然橡膠的"無米之炊"現(xiàn)狀，成為業(yè)界普遍關(guān)注的問題。我國橡膠年消耗量超過310萬噸，居世界首位。預(yù)計到2010年，將超過500萬噸，年均增長5.5%以上；2015年將超過600萬噸，可保持4%的增速。為了彌補(bǔ)國內(nèi)天然橡膠資源的不足，近兩年我國每年進(jìn)口天然膠100萬噸以上。預(yù)計今后我國年進(jìn)口天然膠將超過200萬噸，占世界天然膠

15、總資源的20%以上。另外，從我國輪胎行業(yè)的發(fā)展來看，國內(nèi)全鋼載重于午胎某些部件所需的異戊橡膠均從俄羅斯引進(jìn)，進(jìn)口量已超過1萬噸，價格也在逐步攀升。在初期價格較低時，斜交胎也曾使用過進(jìn)口異戊橡膠，輪胎生產(chǎn)企業(yè)獲得了較好效益。如果異戊橡膠以20%的比例取代天然橡膠，配方工藝無需調(diào)整就可以順利使用，僅以輪胎行業(yè)2010年消耗橡膠250萬噸計，異戊橡膠消耗量可達(dá)50萬噸，即可減少50萬噸天然橡膠進(jìn)口量，于國于民都非常有利。俄羅斯在輪胎生產(chǎn)中50%使用異戊橡膠，如果國內(nèi)達(dá)到這個比例，異戊橡膠的需求量更大。因此，我國應(yīng)從戰(zhàn)略高度鼓勵國內(nèi)橡膠行業(yè)積極開發(fā)異戊橡膠，并形成規(guī)?；a(chǎn)。1.2異戊橡膠的生產(chǎn)有兩種

16、流程:用齊格勒-納塔催化劑，以己烷(或丁烷)作溶劑的連續(xù)溶液聚合流程。這一流程首先由美國固特異輪胎和橡膠公司于1963年實現(xiàn)工業(yè)化。過程包括:催化劑（四氯化鈦-三烷基鋁或四氯化鈦聚亞胺基鋁烷）制備、聚合、脫除催化劑殘渣、脫水干燥及成型包裝。在單釜容積為4050m3的36臺串聯(lián)釜中進(jìn)行聚合。操作工藝參數(shù)為：單體濃度12%25%，聚合溫度050°C，反應(yīng)時間35h，轉(zhuǎn)化率可達(dá)80%90%，所得生膠的門尼粘度為 8090，凝膠含量<1%，異戊橡膠的順-1,4含量>95%。用鋰或烷基鋰(RLi)為催化劑，以環(huán)己烷(或己烷)作溶劑的間歇溶液聚合流程。該流程最早由美國殼牌公司于196

17、2年采用固特里奇化學(xué)公司的專利首先實現(xiàn)工業(yè)化，所得異戊橡膠的順-1,4含量為92%93%。因鋰系催化劑用量少,轉(zhuǎn)化率高,故流程中可省去單體回收和脫除催化劑殘渣工序。與連續(xù)溶液聚合相比，該工藝對原料純度要求高，聚合條件更需嚴(yán)格控制，所得異戊橡膠的性能稍差。1974年，中國首次發(fā)表了用環(huán)烷酸稀土三異丁基鋁-鹵化物合成順-1,4-聚異戊二烯的實驗結(jié)果，之后進(jìn)行了催化劑篩選、聚合物結(jié)構(gòu)和性能、以及中間試驗開發(fā)工作，這種稀土催化劑可在加氫汽油中制得順-1,4含量高達(dá)94%以上的異戊橡膠，是一種有工業(yè)化前途的新型催化劑體系。1.3 我國異戊橡膠發(fā)展趨勢我國天然橡膠種植面積約為940萬畝。根據(jù)農(nóng)業(yè)部有關(guān)部門

18、的資料，預(yù)計到2010年我國天然橡膠產(chǎn)量最多只能在到5070萬噸之間，而消費(fèi)量將會達(dá)到250萬噸/年，因此進(jìn)口依存度將會達(dá)到80%。我國作為世界最大的天然橡膠和合成橡膠進(jìn)口國，這樣的一種局面將會保持相當(dāng)長的一段時間。2010年我國天然橡膠需求量將超過250萬噸，這表示我國將在相當(dāng)長期內(nèi)，每年都需求進(jìn)口約180200萬噸天然橡膠，才能滿足橡膠工業(yè)發(fā)展的要求。如果我國能自產(chǎn)異戊橡膠，就近期來分析，而且只在我國斜交胎、農(nóng)業(yè)輪胎品種方面代替部分天然膠計算，僅這三類輪胎近期就總需求異戊橡膠10.4萬噸，占輪胎總耗膠量的11，也就是可取代10.4萬噸天然橡膠。如進(jìn)一步擴(kuò)大用量，使其達(dá)到總耗膠量的20，則每

19、年可有1819萬噸的異戊橡膠市場。當(dāng)我國的天然膠中的50用異戊橡膠代替，我國每年對異戊橡膠的需求也將達(dá)到4555萬噸之多。對國內(nèi)市場，在將來很長一段時期內(nèi)，無論是天然橡膠還是異戊橡膠都要靠進(jìn)口維持供需平衡。但是，由于異戊橡膠是重要的戰(zhàn)略物資，對進(jìn)口的依存度不容許過高，異戊橡膠的國產(chǎn)化不僅可以填補(bǔ)橡膠市場的空虛，同時也會直接服務(wù)于國防事業(yè)。1.4進(jìn)口市場和競爭現(xiàn)狀目前，占領(lǐng)中國異戊橡膠市場的主要是俄羅斯的異戊橡膠，近年進(jìn)口量呈現(xiàn)跳躍式增長，2007年進(jìn)口量9.3萬噸；天然橡膠主要來源于東南亞地區(qū)，每年進(jìn)口大約150萬噸左右。2010年，天然橡膠的進(jìn)口量將超過250萬噸/年，每年異戊橡膠或天然橡膠

20、需求量增長5.5%，即每年增加7萬噸/年以上。如果國內(nèi)異戊橡膠工業(yè)化后，在質(zhì)量相同的情況下，只能通過價格戰(zhàn)略進(jìn)入市場。1.5價格現(xiàn)狀及分析1997年到2002年受化工市場低迷的影響，異戊橡膠的進(jìn)口價格呈下降趨勢；如圖3-1所示，2002年以后異戊橡膠的價格開始回升，到2007年價格漲到2105美元/噸，年上漲率平均為20%以上；2004年到2006年，進(jìn)口異戊橡膠和天然橡膠的價格總體呈上漲趨勢，天然橡膠的進(jìn)口價格上漲幅度略高于異戊橡膠，在2006年達(dá)到一個高峰之后，自2007年開始恢復(fù)正常，但是，異戊橡膠的進(jìn)口價格卻是持續(xù)上揚(yáng)。圖3-1 近幾年來異戊橡膠和天然橡膠進(jìn)口價格變化趨勢圖鑒于我國石油

21、化工發(fā)展的現(xiàn)狀，國內(nèi)關(guān)于建設(shè)異戊橡膠生產(chǎn)裝置的呼聲越來越高，我國進(jìn)口天然橡膠逐年增加，進(jìn)口天然橡膠與國產(chǎn)天然橡膠比例已超過警戒線。市場需求的增加、天然橡膠發(fā)展受限、國際炒家的利用，使得天然橡膠價格逐步攀高。異戊橡膠生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)以產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和更廣闊的發(fā)展前景為背景。另外，天然橡膠屬于戰(zhàn)略資源，而異戊橡膠作為天然橡膠的唯一替代品，在國民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的位置，具有社會效益是它的另一個重要背景。以稀土為催化劑的稀土系異戊橡膠的工藝研發(fā)工作在2007年已經(jīng)開始在部分科研單位繼續(xù)進(jìn)行。在工藝技術(shù)和市場前景雙重因素下，該產(chǎn)品的研發(fā)和市場孕育將會順利進(jìn)行。1.6. 國內(nèi)市場現(xiàn)狀分析1.6.1.

22、供需概況異戊橡膠，作為國內(nèi)最后一個實現(xiàn)國產(chǎn)化的合成橡膠膠種，理所當(dāng)然的成為了近年來國內(nèi)投資的熱點(diǎn)行業(yè)。自2010年，茂名魯華和青島伊科思異戊橡膠裝置順利投產(chǎn)，到現(xiàn)在國內(nèi)6套裝置19.5萬噸/年的產(chǎn)能，國內(nèi)異戊橡膠裝置平均以每年63%的速度不斷擴(kuò)張，其速度令人咂舌。以異戊橡膠20%替代天然橡膠計算，2015年國內(nèi)異戊橡膠的潛在消費(fèi)能力可達(dá)到65萬噸左右。從這個數(shù)據(jù)來看，國內(nèi)異戊橡膠產(chǎn)能可全部消化，且可能仍需進(jìn)口一部分以補(bǔ)充其不足的產(chǎn)能。但是，通過卓創(chuàng)資訊近年來對異戊橡膠市場的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，國內(nèi)異戊橡膠的消費(fèi)量始終維持在6-7萬噸的水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及產(chǎn)能擴(kuò)張的速度。以2012年為例，國內(nèi)異戊橡膠的表觀

23、需求量為7.2萬噸，其中進(jìn)口量為5.2萬噸，國產(chǎn)產(chǎn)量僅為2萬噸上下。與2012年底國內(nèi)異戊橡膠裝置7.5萬噸的產(chǎn)能相比，其產(chǎn)能閑置率高達(dá)73.3%。2013年的情況或許更不容樂觀。根據(jù)卓創(chuàng)資訊數(shù)學(xué)模型推算，并進(jìn)行經(jīng)驗修正，2013年我國異戊橡膠裝置產(chǎn)能閑置率可能達(dá)到85%以上。即，從目前實際需求來看，異戊橡膠行業(yè)處于一個“供大于求”的局面。1.6.2. 進(jìn)出口分析（1）進(jìn)口來源分析。我國異戊橡膠進(jìn)口主要來自周邊國家和地區(qū)。2010年我國進(jìn)口自韓國、日本、中國臺灣省、俄羅斯、泰國的順丁橡膠數(shù)量為20.3萬噸，占總進(jìn)口量的77.4%，較2000年的74.4%提高了3個百分點(diǎn)。但10年內(nèi)各來源地區(qū)變

24、化有所不同。其中來自韓國、俄羅斯和泰國的進(jìn)口量快速增加，主要源于其國內(nèi)產(chǎn)能及開工率的提高，而國內(nèi)需求基本平穩(wěn)，增加的產(chǎn)量主要用于出口。而來自日本和中國臺灣省的進(jìn)口增速則相對較慢，所占比例呈下降趨勢。這主要是兩地區(qū)的產(chǎn)能變化不大，而需求也基本平穩(wěn)，開工率提高所增加的產(chǎn)量使得出口增加有限。此外，來自美國的進(jìn)口量快速增長。德國和英國順丁橡膠對我國的出口增速也在10%以上，但出口數(shù)量相對較低，均不足1萬噸。（2）進(jìn)口貿(mào)易方式分析。我國異戊橡膠進(jìn)口主要以來進(jìn)料加工貿(mào)易、一般貿(mào)易和保稅區(qū)轉(zhuǎn)儲為主，2010年分別占總進(jìn)口量的46.1%、31.7%和20.4%。2000年以來，隨著國內(nèi)橡膠制品出口的不斷增多，

25、橡膠進(jìn)口以來進(jìn)料加工貿(mào)易方式的數(shù)量不斷增加，由2000年的2.3萬噸增加到2007年的13.2萬噸，所占 比例相應(yīng)由44.4%提升到60.2%。但是直到2008-2010年，受金融危機(jī)及特保案等因素影響，來進(jìn)料加工方式進(jìn)口比例快 速下降，2009年降至41.8%，2010年又回升到46.1%。過去10年，一般貿(mào)易進(jìn)口不斷增加，由2000年的2.4萬噸增加到2010年的8.3萬噸，但其在總進(jìn)口量中所占比例由2000年的45.7%下降到2010年的31.7%。值得注意的是，近年來保稅區(qū)轉(zhuǎn)儲正成為一種較重要的貿(mào)易方式，但其最終流向則需要做進(jìn)一步的跟蹤調(diào)研。2000年這種貿(mào)易方式的進(jìn)口量僅為0.031

26、萬噸，所占比例也只有0.6%；而到2010年保稅區(qū)轉(zhuǎn)儲則增加到5.3萬噸，所占比例大幅提高到20.4%。（3）出口趨勢分析。過去10年，我國異戊橡膠出口情況也發(fā)生了較大的變化。從出口數(shù)量看，由2000年的3.67萬噸（占我國合成橡膠出口總量的57.3%）下降到2007年的1.47萬噸（占18.1%）。近兩年出口量又有所回升，2010年為3.06萬噸，但占我國合成橡膠出口總量的比例繼續(xù)下降到12.9%。從出口目的地來看，我國異戊橡膠主要出口到周邊國家和地區(qū)。2010年我國出口的順丁橡膠中有78%左右出口到香港（ 估計轉(zhuǎn)口為主）和（16.8%）、越南（12.2%）、泰國（10.2%）、印度（9.8

27、%）、印尼（9.5%）、馬來西亞（7.1%）、韓國（6.7%）以及中國臺灣?。?.8%）等。從出口貿(mào)易方式來看，2010年主要通過保稅區(qū)（43.4%）、一般貿(mào)易（30.8%）和進(jìn)料加工貿(mào)易（25.6%）幾種方式為主。1.6.3.國內(nèi)下游用戶分析2010年我國異戊橡膠消費(fèi)量為88萬噸，主要用于制造輪胎及其制品、鞋靴產(chǎn)品、塑料改性、力車胎等行業(yè)。輪胎制造業(yè)是異戊橡膠的最大消費(fèi)用戶。2010年我國輪胎及其制品行業(yè)約消耗異戊橡膠61.5萬噸，占其總消費(fèi)量的70%左右。異戊橡膠由于具有優(yōu)良的耐磨性、耐屈撓性等，在輪胎中具有其他膠種不可替代的用途，包括：胎側(cè)膠、載重斜交胎、導(dǎo)向輪胎胎面膠、冬用輪胎 胎面膠

28、、子午胎胎圈護(hù)膠等。我國輪胎企業(yè)眾多，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由斜交胎向子午胎轉(zhuǎn)化、有內(nèi)胎向無內(nèi)胎轉(zhuǎn)化，高性能輪胎、綠色輪胎日益增多。2010年我國輪胎外胎產(chǎn)量約4.2億條，其中子午線輪胎為3.6億條，子午化率85.7%。子午化率較2000年時提高了53.6個百分點(diǎn)。我國輪胎生產(chǎn)企業(yè)主要集中在山東、江蘇、浙江、廣東等省。1.7.國內(nèi)市場展望“十二五”期間，我國仍處于城市化和重化工業(yè)化雙加速發(fā)展階段經(jīng)濟(jì)仍將以8%9%的速度增長，汽車工業(yè)進(jìn)入起飛期，汽車需求量及保有量將快速增加。同時，我國橡膠加工及電子電器制造大國地位在“十二五”期間也不會發(fā)生較大的變化，出口仍將對國內(nèi)異戊橡膠需求產(chǎn)生較大的拉動

29、作用。1.7.1. 橡膠制品出口仍將拉動國內(nèi)橡膠需求增長。近年來，我國輪胎等橡膠制品出口量不斷增加，除受金融危機(jī)影響的2008年、2009年增速較低外，其他年份的出口增速均在20%以上。盡管2010年受到輸美輪胎特保案的影響，出口美國輪胎減少，但我國輪胎總出口量同比增速仍高達(dá)21.6%。“十二五”期間，我國輪胎等橡膠制品出口仍將繼續(xù)增長，但由于主要出口市場過于集中，美國輪胎特保案、歐盟REACH法規(guī)及輪胎標(biāo)簽法規(guī)的相繼出臺及實施，已經(jīng)或即將對我國輪胎等橡膠制品出口造成一定影響，因此預(yù)計未來出口增速將會減慢。此外，人民幣升值、勞動力成本不斷上升、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移、反傾銷等貿(mào)易保護(hù)主義等因素也將使我國輪胎

30、等橡膠制品出口增速降。1.7.2.異戊橡膠的供需平衡預(yù)測汽車的輕量化、輪胎 的綠色、節(jié)能、高性能化發(fā)展趨勢，對橡膠材料提出了新的要求。歐盟REACH法規(guī)及輪胎標(biāo)簽法規(guī)等也將加快橡膠材料的發(fā)展。此外，我國天然 橡膠的短缺，也會使得相關(guān)合成橡膠替代產(chǎn)品的需求量快速增加。未來S SBR、稀土順丁膠、異戊橡膠、鹵化丁基膠、熱塑性彈性體等產(chǎn)品的應(yīng) 用將不斷增加，所占比例將有所提高。預(yù)計“ 十二五” 末， 我國異戊橡膠需求量將達(dá)130萬噸右.2010-2015年年均增速在7%8%，增速較前10年有所降低。而到2015年末，我國異戊橡膠產(chǎn)能將達(dá)150萬噸/年左右，年均增速高達(dá)18.6%。從總量上來看，國內(nèi)異

31、戊橡膠產(chǎn)能將大于需求 ，同時由于國內(nèi)以加工貿(mào)易方式進(jìn)口的異戊橡膠較多，以及高檔次產(chǎn)品仍需進(jìn)口，將導(dǎo)致某些部分國際海域，船用燃料油的硫含 量要從目前的4.5%降到3.5%，從2020年起硫含量降至0.5%。 1.7.3異戊橡膠發(fā)展方向鑒于我國石油化工發(fā)展的現(xiàn)狀，國內(nèi)關(guān)于建設(shè)異戊橡膠生產(chǎn)裝置的呼聲越來越高，我國進(jìn)口天然橡膠逐年增加，進(jìn)口天然橡膠與國產(chǎn)天然橡膠比例已超過警戒線。市場需求的增加、天然橡膠發(fā)展受限、國際炒家的利用，使得天然橡膠價格逐步攀高。異戊橡膠生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)以產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和更廣闊的發(fā)展前景為背景。另外，天然橡膠屬于戰(zhàn)略資源，而異戊橡膠作為天然橡膠的唯一替代品，在國民經(jīng)濟(jì)中占有非

32、常重要的位置，具有社會效益是它的另一個重要背景。以稀土為催化劑的稀土系異戊橡膠的工藝研發(fā)工作在2007年已經(jīng)開始在部分科研單位繼續(xù)進(jìn)行。在工藝技術(shù)和市場前景雙重因素下，該產(chǎn)品的研發(fā)和市場孕育將會順利進(jìn)行。1.8.設(shè)計原則依據(jù)及范圍1.8.1 設(shè)計原則本設(shè)計按以下原則進(jìn)行：(1)遵守國家有關(guān)法律及法規(guī)；(2)立足國內(nèi)，吃透和消化國外引進(jìn)的設(shè)備和工藝；(3)力求生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，實施可行，安全可靠；(4)防止環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)平衡。1.8.2 設(shè)計依據(jù)(1)依據(jù)校發(fā)的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書；(2)參考遼化聚丙烯生產(chǎn)裝置技術(shù)資料；(3)原材料，半成品，成品規(guī)格，質(zhì)量指標(biāo)參照遼化企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；(4)設(shè)備

33、設(shè)計，PI圖繪制規(guī)范按遼化設(shè)計院規(guī)范執(zhí)行。1.8.3 設(shè)計范圍及深度(1)設(shè)計范圍：本設(shè)計包括聚合，分離和干燥工段的設(shè)計。(2)設(shè)計深度：本設(shè)計深度為初步設(shè)計。1.9 生產(chǎn)規(guī)模1.9.1 本裝置生產(chǎn)規(guī)模本裝置生產(chǎn)規(guī)模為1.0×107千克/年異戊橡膠粉末。1.9.2 設(shè)計的開工時間設(shè)計運(yùn)轉(zhuǎn)時間7200小時/年。1.9.3 生產(chǎn)方式生產(chǎn)方式為連續(xù)自動化生產(chǎn)。1.10 裝置組成1.10.1 生產(chǎn)工段該車間主要由聚合工段和后處理工段組成。聚合工段主要由罐區(qū)、計量、聚合、配制、粘度等崗位組成。后處理主要由混膠、凝聚、干燥、壓塊、薄膜、紙袋等崗位組成1.10.2 輔助生產(chǎn)設(shè)施包括控制室，配電室，

34、實驗室及辦公室。本裝置所需的乙烯，丙烯，水，電，蒸汽均由廠區(qū)系統(tǒng)管網(wǎng)提供。41第二章 生產(chǎn)方法及工藝流程第二章 生產(chǎn)方法及工藝流程2.1生產(chǎn)方法及工藝流程選擇異戊橡膠的生產(chǎn)目前存在的工藝主要區(qū)別在于催化劑的選擇。鈦系異戊橡膠（以鈦為基礎(chǔ)的催化劑）是目前世界上技術(shù)上最成熟的異戊橡膠生產(chǎn)技術(shù)，也是生產(chǎn)能力最大的異戊橡膠，國外技術(shù)已經(jīng)很成熟。傳統(tǒng)的鋰系異戊橡膠（以鋰為基礎(chǔ)的催化劑）雖有成本低的優(yōu)點(diǎn)，但因不能用于輪胎，不適用于我國國情。稀土異戊橡膠性能和國外鈦系異戊橡膠相比已基本接近，并且稀土異戊橡膠是在70年代由中國首先開發(fā)的，但是由于多種原因，始終沒有實現(xiàn)工業(yè)化。因此，根據(jù)中國國情，在原有技術(shù)基礎(chǔ)

35、之上進(jìn)行再開發(fā)，異戊橡膠的規(guī)模生產(chǎn)將會在不久的將來實現(xiàn)。聚合凝聚后處理單體和溶劑回收1.異戊二烯2.溶劑3.催化劑單體精制跟其他合成橡膠的生產(chǎn)工藝相仿，稀土系異戊橡膠的生產(chǎn)工藝主要有以下幾部分構(gòu)成，如圖1-1所示。圖1-1 稀土異戊橡膠工藝示意圖因此，對異戊橡膠生產(chǎn)工藝的研發(fā)重點(diǎn)在于催化劑的研制和聚合條件的摸索，以及合理的配方。2.1.1單體的供應(yīng)作為異戊橡膠單體的異戊二烯，2007年國內(nèi)產(chǎn)量僅為56萬噸/年。如果規(guī)模生產(chǎn)異戊橡膠，顯然不滿足需要。因此，根據(jù)異戊橡膠生產(chǎn)大國俄羅斯的經(jīng)驗，可以采取甲醛和異丁烯合成的辦法進(jìn)行異戊二烯的生產(chǎn)，但是該技術(shù)也是對我國實行技術(shù)封鎖，原料的第六章 全裝置熱量

36、計算不足在一定程度上造成了異戊橡膠發(fā)展的緩慢。但是近幾年，隨著中國石油、中國石化和中國海洋石油公司在南部沿海以及華東、西南的大型煉油項目的建設(shè)，原料在一定時間內(nèi)可以滿足國內(nèi)1020萬噸/年異戊橡膠的規(guī)模生產(chǎn)。有關(guān)科研單位在原料供給基本平衡的第二章 生產(chǎn)方法及工藝流程時期內(nèi)，力爭突破異戊二烯單體的生產(chǎn)技術(shù)研究屏障，為異戊橡膠的生產(chǎn)做好保障。2.1.2聚合熱的引出聚合物料經(jīng)冷卻后與引發(fā)劑按工藝要求混合后，送入聚合裝置(一般由36臺聚合釜串聯(lián)組成)進(jìn)行連續(xù)聚合操作。為了使異戊二烯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到85以上，應(yīng)在聚合過程中逐步提高聚合溫度。聚合釜裝有螺帶槳葉和刮板式的攪拌器，以保證聚合釜內(nèi)的全部空間都能得到

37、強(qiáng)烈而均勻的攪拌，并使換熱面也得到連續(xù)的清理。刮板式攪拌器與框式和渦輪式攪拌器相比，傳熱系數(shù)可提高12倍，并能防止聚合物在換熱面上沉積。聚合反應(yīng)熱一般用低溫鹽水或丙烷、丙烯通過聚合釜的冷卻夾套和內(nèi)冷卻裝置導(dǎo)出，也可靠部分溶劑（含單體）蒸發(fā)導(dǎo)出。但在高粘度聚合物溶液中，溶劑蒸發(fā)會引起發(fā)泡問題。因此，蒸發(fā)的溶劑經(jīng)冷凝后須再從聚合釜上噴入，以防止發(fā)泡。2.1.3膠液凝聚工業(yè)上采用熱水凝聚法，從膠液中分離出橡膠。為降低蒸汽消耗量及膠粒中殘留溶劑和單體含量，常采用雙釜或多釜凝聚工藝。并向溫度達(dá)到溶劑沸點(diǎn)(或與水的共沸點(diǎn))以上的熱水中導(dǎo)入膠液，這時未反應(yīng)的單體與溶劑急劇蒸發(fā)汽化，而橡膠呈小片顆粒分散在熱水

38、里成為淤漿。含有水蒸汽的蒸發(fā)氣體，由上部引出進(jìn)入回收系統(tǒng)。成為淤漿的顆粒進(jìn)到另一個凝聚釜中，用蒸汽進(jìn)一步脫除殘留的溶劑。2.1.4單體及溶劑回收由于沸點(diǎn)差異明顯，使用常壓精餾的工藝即可分離異戊二烯和溶劑。2.1.5后處理與其他合成橡膠后處理工段基本一致，凝聚的膠粒經(jīng)振動篩分離出水后，送入螺桿擠壓機(jī)脫水。脫水膠粒接著可在膨脹干燥機(jī)或多程(或單程)輸送式熱風(fēng)干燥機(jī)中干燥。干燥膠粒壓塊、成型、包裝即得成品。2.2工藝參數(shù)的選擇 (1)反應(yīng)器（D201、D202）：D201反應(yīng)器：T=70，P=1.0Mpa，停留時間：3.5小時，裝料系數(shù)：0.9，漿料濃度：36%（以聚合物計）；D201反應(yīng)器：T=7

39、0，P=0.5Mpa，停留時間：2.5小時，裝料系數(shù)：0.9，漿料濃度：36%（以聚合物計）。(2)反應(yīng)器夾套水冷卻器：反應(yīng)器循環(huán)用冷卻水 入口溫度：40 出口溫度：60。(3)閃蒸罐（D204）：頂部溫度：34 壓力：0.1174Mpa ，底部溫度：70 壓力：0.127Mpa。(4)己烷預(yù)熱器（E204）：溫度：94。(5)吸入分離罐（D206）：壓力：0.017Mpa。(6)中間罐（D205）：溫度：70 ， 液位：30% ， SL：36%。(7)離心機(jī)（S301）：溫度：40 ， 濾餅干基濕含量：25%。(8)閃蒸干燥器（MD301）；熱氮?dú)膺M(jìn)口溫度：140， 出口溫度：90，停留時間

40、：0.51s。(9)流化床干燥器（MD302）：熱氮?dú)膺M(jìn)口溫度：124 ，入口壓力：0.127Mpa；熱氮?dú)獬隹跍囟龋?10 ，出口壓力：0.109Mpa。(10)氣液分離罐（D302）。溫度：10 ，壓力：0.103Mpa。第三章 工藝過程的計算第三章 工藝過程的計算（1） 年產(chǎn)量：10000 t（基膠）（2） 年開工時間：7200h（3） 總轉(zhuǎn)化率：97%（4） 單程轉(zhuǎn)化率：85%（5） 戊濃：戊1215 g /100ml（6） 戊油入釜溫度：40（7） 首釜溫度：45（8） 末釜溫度：65（9） 聚合系統(tǒng)壓力：0.26MPa（10） 計量罐壓力：0.1MPa（11） 計量泵出口壓力：0.

41、8MPa（12） 設(shè)計選用配方：a) 釹/異戊二烯5×106b) cl/釹3 c) 鋁/釹10 d) 溶劑油/異戊二烯5（質(zhì)量比） e) 終止劑/引發(fā)劑3 f) 防老劑/異戊二烯0.79（質(zhì)量比） 全裝置總收率為 95.3；總損耗 5.1（包括工藝損耗和機(jī)械損耗）。其分配 如下（以 1.045噸100異戊二烯為基準(zhǔn)計算收率和損耗）：a) 聚合掛膠等損失 1.2 b) 聚合、凝聚的異戊二烯機(jī)械泄漏損失 0.5 c) 凝聚、振動篩聚異戊二烯渣沫損失 0.5 d) 生成低分子量產(chǎn)品聚異戊二烯的損失 2 e) 包裝過程中不合格品和落地料損失0.9 （13）計算基準(zhǔn) 連續(xù)反應(yīng)操作過程以kg h

42、作為基準(zhǔn)。 3.1 聚合釜物料衡算聚合釜物料衡算圖如圖 3.1 所示。圖 3.1 聚合釜物料衡算3.1.1 異戊二烯系統(tǒng)每小時產(chǎn)膠量：10000×1000/7200=1.388×103kg需100%純度異戊二烯量： 1.388* 103 * 1.040 =1.44* 103 kg扣除 5.1總的的損失量應(yīng)有聚異戊二烯： 物料量=出料量/（1損失率）1.388×103 ÷（ 1- 0.051 ）=1.46× 103 kg/h按 97轉(zhuǎn)化率計算 100純度異戊二烯的需求量：1.44 ×103 ÷ 0.97 =1.48×

43、 103 kg /h =25.84kmol / h未反應(yīng)的異戊二烯量： 1.48 ×103 - 1.46×103 = 0.02 ×103 kg/h從原料車間來的異戊二烯純度為 99，其余按戊二烯（含間戊二烯，雙環(huán)戊二 烯等）計。則需要的原料量：1.48×103 ÷0.99= 1.49×103 kg / h則隨原料帶入的戊二烯量： 1.49×1031.48×103 =0.01×103 kg/h整理上述計算結(jié)果列下表 3.1。表 3.1 異戊二烯系統(tǒng)物料表組分質(zhì)量分?jǐn)?shù) wkg /ht/dt/aM3 /h戊二烯

44、1.000100.24720.0152異戊二烯99.00148035.52106562.173合計100.0149035.76107282.188單程轉(zhuǎn)化率按 85%計算，則進(jìn)入聚合首釜的新的單體流量為：1.44 ×10 3÷ 0.85 =1.69×10 3 kg/h其中單體回流量中純單體流量：1.69× 103 ×0.15= 2.5× 102 kg/h由于單體純度 99%，所以進(jìn)入聚合首釜含雜質(zhì)單體流量為：1.69× 103 ÷ 0.99 =1.71× 103 kg/h3.1.2正己烷溶劑系統(tǒng)每小時進(jìn)入

45、聚合釜的溶劑油量：1.69×103×5=0.84×104kg/h0.84×104÷659 =12.7m3 / h每小時進(jìn)入聚合釜的異戊二烯量：1.69× 103÷681=2.48m3 / h每小時進(jìn)入聚合釜的異戊二烯油量：2.48 12.7= 15.18m3 / h（以包括 2.5的損失的正己烷）每小時聚合釜中隨著原料帶進(jìn)的的戊二烯量：1.71× 103 1.69× 103 =11kg/h聚合過程中未反應(yīng)的異戊二烯量為：1.71× 103 -1.46× 103 = 2.5×

46、102 kg/h3.1.3 引發(fā)劑系統(tǒng)（1） 環(huán)烷酸釹：純環(huán)烷酸釹的摩爾流量=異戊二烯進(jìn)料摩爾流量×（5×10-6）M環(huán)烷酸釹 = 65729.49× 5 ×10-6 =1.473 ×10 -4kmol / h1.473 ×10 -4 ×657= 9.678 ×10 -2kg /h商品中環(huán)烷酸釹的含量為 12，故環(huán)烷酸釹的量為：9.678× 10 -2 ÷0.12 =0.8065kg / h（2） Al(Et)2clAl(Et)2cl的摩爾流量=3×環(huán)烷酸釹的摩爾流量即 Al(Et)2

47、cl 的摩爾流量=3×環(huán)烷酸釹的摩爾流量M=118.51.473× 10 -4 ×3 =4.419 ×10 -4 kmol / h4.419× 10 -4 ×118.5 =5.237 ×10 -2 kg /h（3） Al(i-bu)2H：Al 的摩爾流量=10×環(huán)烷酸釹的摩爾流量即 Al(i-bu)2H 的摩爾流量=（103）×環(huán)烷酸釹的摩爾流量M=1421.473 ×10 -4 × 7= 1.031× 10 -3 kmol / h1.031 ×10 -3 

48、5;142= 0.1464kg /h3.1.4 聚異戊二烯系統(tǒng)聚異戊二烯： 1.69×103×0.85=1.44×103kg/h掛膠損失： 1.44×103×0.012=17.28kg/h去終止釜干膠量：1.44×103-17.28=1.42×103kg/h聚異戊二烯系統(tǒng)物料表序號組 分kg/ht/dt/aw1戊 二 烯11.000.4800144.01.658×103進(jìn)2異戊二烯169048.12144400.16633溶 劑 油8400240.7722200.83174環(huán)烷酸釹0.80651.94×1

49、025.8076.687×105料5Al(i-bu)2H0.14643.5×1031.0541.214×1056Al(Et)2cl0.052371.3×1030.37714.342×1067進(jìn)料合計10100289.4868301.000出8戊 二 烯11.000.4800144.01658×1039異戊二烯250.07.22421670.0249610溶劑油8400240.7722200.8317料11去終止釜聚異戊二烯142040.42121200.139612三種引發(fā)劑1.0050.024107.2368.333×10

50、513掛膠損失17.280.4908147.21.696×10314出料合計10100289.4868301.0003.1.5 終止劑系統(tǒng)去凝聚釜水 終止劑 聚合來膠液 圖 4.2 終止釜物料衡算終止劑的摩爾流量=3×引發(fā)劑的進(jìn)料摩爾流量1.473 ×10 -4 4.419 ×10 4 1.031× 10 3 =1.62× 10 3 kg / h3 ×1.621 ×10 -3 =4.863×103 kmol / h4.863× 10 -3 ×32 =0.1556kg/h其中水量占 5，

51、故應(yīng)用甲醇量為：0.1556÷ 0.95 =0.1638kg/h水的重量為：0.1638 ×0.05 =8.200 ×10-3 kg/h整理得終止釜物料衡算列總表 4.3 如下。序號組 分kg/ht/dt/aw1膠液10100242727201.000進(jìn)2終 止 劑0.15563734×1031.121.292×105料3水8.200×1031968×1040.059046.811×1074進(jìn)料總計10100242727211.0005戊二烯11.000.26479.21.661×1036異戊二烯250.

52、06.018002.5×1027三種引發(fā)劑1.0050.024127.2368.347×105出8溶 劑 油8400201.6604800.8331料9干膠142034.081024×1021.39910終 止 劑0.15563.734×1031.1201.292×10511水8.2×1031.968×1045.904×1026.811×10712出料總計10100242727211.000 3.2 凝聚釜物料衡算3.2.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)a、終止釜物料衡算表中的出料數(shù)據(jù)；b、循環(huán)水量：取 水/膠液7.5(體積)

53、；c、循環(huán)水入口溫度：取 90； d、0.9(表壓)MPa 水蒸汽耗量：5 噸水蒸汽/噸膠；e、凝聚溫度：取 95；f、凝聚壓力：0.02(表壓)MPa；g、膠液入釜溫度：取 20；h、油水分離內(nèi)，水在烴類中的飽和溶解度為 100mg/kg；溶劑油在水中的飽和溶解度為 0.0014(分子)；i、溶劑油(以正已烷計)在 95時的氣化熱為 316.522kJkg ；2095的 平均比熱約為 2.428kJkg C；j、戊二烯的 95時的氣化熱為 406.029kJkg ；2095的平均比熱約為2.352kJ(kg K)；k、戊二烯（以環(huán)戊二烯計)在 95時的氣化熱為 417.206kJkg ；20

54、95 的平均比熱約為 1.424kJkg C；l、低分子量聚異戊二烯（以雙環(huán)戊二烯計）在 95時的氣化熱為326.231kJkg ；2095的平均比熱約為 1.469kJkg C；m、經(jīng)振動篩后自由水全部脫除，膠粒內(nèi)含 60，含油約為 0.5；n、干燥脫水裝置使膠粒內(nèi)含水和油(即揮發(fā)分)小于 0.75；o、包裝入庫成品膠質(zhì)量指標(biāo)(見表 9-1)3.2.2 計算凝聚釜物料衡算圖見圖 5.1。去油水分離 去振動篩膠液 循環(huán)水 分散劑 損失物料 防老劑水蒸氣凝聚釜物料衡算圖圖 5.1 凝聚釜物料衡算圖3.2.3 防老劑用量取防老劑/異戊二烯0.79，以甲醇為溶劑，溶解度為 20%。1.69×

55、;103 ×0.0079 =13.35kg / h總?cè)軇┝繛椋?3.35×100 ÷20 =66.75kg / h 66.75÷792 =0.08M 3 / h 隨防老劑一起帶入的溶劑量：0.1556 ÷792 =1.965 ×10 -4 M 3 / h0.08- 1.965× 10 -4 =6.1× 10 2 M 3 /h66.75- 0.1556 = 66.595kg /h3.2.4循環(huán)熱水量?。核?膠液7.5(體積比)則用水量： (18.164 0.1) ×7.5 =1.370 ×102

56、M 3 /h取用水量為 137 M 3/h；即為 137T/h。3.2.5損失量異戊二烯機(jī)械損失： 1.44× 103 × 0.005 =7.2kg /h聚戊二烯渣沫損失： 1.44× 103 ×0.005 =7.2kg /h低分子量產(chǎn)物（以二聚體 C10 烯烴計算）：1.44 ×103 ×0.02= 28.8kg損失的防老劑： 13.35× 0.005 =6.67× 10 -2kg /h3.2.6 去振動篩的聚丁二烯膠粒量聚異戊二烯：1.42× 103 -7.2- 28.8= 1.38× 103 kg /h膠粒內(nèi)含防老劑：13.35- 6.67× 10 -2 =13.28kg /h膠粒內(nèi)含油：1.42