年產(chǎn)5萬噸-丁苯橡膠生產(chǎn)設(shè)計.doc

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1、低溫乳液聚合丁苯橡膠，年產(chǎn)5萬噸。丁苯橡膠：由1,3-丁二烯與苯乙烯共聚而得的高聚物，簡稱SBR丁苯橡膠基本性能性能參數(shù)密度，g/cm30.91～0.96比熱容，J/(kg℃)1820～1920線膨脹系數(shù)，10-4℃-1Tg以下Tg以上0.8～0.92.3～2.5折射率nD201.5345電導(dǎo)率50Hz106Hz2.62.65(60℃)2.352.65（60℃）介電強度，Kv/mm24～36玻璃化溫度Tg(DSC法)，℃平均分子量Mn-55(11～26)×104一．生產(chǎn)工藝選擇乳聚法的有優(yōu)點是：①反應(yīng)易于控制，聚合熱容易導(dǎo)出；②可制得分子量較高的合成橡膠；③

2、可調(diào)節(jié)合成橡膠的性能；④用水為介質(zhì)，廉價而又安全；⑤中間產(chǎn)品可直接應(yīng)用。缺點是：由于直接與間接參與反應(yīng)的組份過多，存留于橡膠中的雜質(zhì)頗難除盡，便影響橡膠制品的介電性能及其他性能。我國基本采用溶聚工藝，目前國內(nèi)有4套大型設(shè)備，技術(shù)較成熟。綜合以上，本工藝采用低溫乳液聚合工藝，年產(chǎn)5萬噸。1.名稱及其結(jié)構(gòu)名稱：乳聚丁苯橡膠，簡稱ESBR分子式：其中n為平均聚合度，一般為350-100002．聚合原理：乳液聚合丁苯橡膠屬于乳液法鏈?zhǔn)阶杂苫酆蠙C理，整個聚合過程分為鏈引發(fā)、鏈增長、鏈轉(zhuǎn)移、鏈終止四個步驟。（1）鏈引發(fā)這是形成單體自由基活性種的反應(yīng)，首先由氧化還原引發(fā)

3、體系在水相中產(chǎn)生，初級自由基。R—COOH+Fe2+→R—CO·+Fe3+第二步是初級自由基與單體加成，形成單體自由基。（2）鏈增長在鏈引發(fā)階段形成的單體自由基，活性很高，如無阻聚物質(zhì)與之作用，就能進攻第二個單體分子的π鍵，重新雜化結(jié)合，形成新的自由基，如此循環(huán)下去。該反應(yīng)過程放熱，鏈增長速率極快（0.01-ns間），其相關(guān)的速率方程為：Rp=kp式中Rp——鏈增長速率，L/(mol·s)[I]——引發(fā)劑濃度，mol/lf——引發(fā)劑引發(fā)速率，%Kd——引發(fā)劑分解速率常數(shù)，Kt——鏈終止速率常數(shù)（3）鏈終止乳聚丁苯橡膠聚合過程的終止主要是雙基結(jié)合終止。此時的聚

4、合體系中，除水相外，主要是表面層為乳化劑覆蓋的聚合膠乳粒子。3.原料（1）丁二烯1,3-丁二烯的結(jié)構(gòu)式為：CH2=CH-CH=CH2（2）苯乙烯沸點：145.2℃冰點：-30.628閃點：30℃30℃條件下：nD=1.5414Tc=374.4℃Pc=3.947MPa粘度=0.725（25℃）蒸發(fā)潛熱：84.69cal/g(25℃)4.配方原料及輔助材料配方Ⅰ配方Ⅱ單體丁二烯7072苯乙烯3028相對分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑叔十烷基硫醇0.200.16介質(zhì)水200195乳化劑歧化松香酸鈉4.54.62烷基芳基磺酸鈉0.15-引發(fā)劑體系過氧化物過氧化氫對孟烷0.080.0

5、6-0.12活化劑還原劑硫酸亞鐵0.050.01雕白粉0.150.04-0.10螯合劑EDTA0.0350.01-0.025緩沖劑磷酸鈉0.080.24-0.45反應(yīng)條件聚合溫度55轉(zhuǎn)化率，%6060聚合時間，h7-127-105.轉(zhuǎn)化率經(jīng)典的丁二烯苯乙烯乳液聚合的轉(zhuǎn)化率為60%左右，太低，原料利用率下降，而提高轉(zhuǎn)化率是可以達(dá)到的，但所得橡膠的性能變差以及聚合釜掛壁嚴(yán)重。未反應(yīng)的單體經(jīng)“脫氣”工序回收，與新鮮單體混合再次進入聚合釜。圖4-1置換塔出口單體轉(zhuǎn)化率隨聚合釜串聯(lián)個數(shù)的變化[8]根據(jù)上圖，確定使用8釜串聯(lián)工藝，各釜轉(zhuǎn)化率分布為10.82%、9.65%

6、、8.61%、7.67%、6.85%、6.10%、5.45%、4.85%。6.配料確定圖4-2苯乙烯含量與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系[8]由以上關(guān)系圖，暫確定苯乙烯22%，丁二烯78%，根據(jù)后邊的物料衡算，進行檢驗。二．聚合條件及原料要求（1）分散介質(zhì)一般以水為分散介質(zhì)，要求必須用去離子水，以保證乳液的穩(wěn)定和聚合產(chǎn)物的質(zhì)量，用量一般為單體的60%～300%。水量的多少對體系的穩(wěn)定性和傳熱都有影響，水量少，乳液穩(wěn)定性差，不利于傳熱，尤其在低溫下聚合這種影響更大。因此，低溫乳液聚合生產(chǎn)丁苯橡膠要求乳液的濃度低一些為好，一般控制單體與水的比值為1:1.05～1:1.81（物質(zhì)的

7、量之比），而高溫乳液聚合則為1:2.0～1:2.5.（2）單體純度丁二烯純度＞99%。對于由丁烷、丁烯氧化脫氫制得的丁二烯中丁烯含量≤1.5%，硫化物≤0.01%，羥基化合物≤0.006%；對于石油裂解得到的丁二烯中炔烴的含量≤0.002%，以防止交聯(lián)增加丁苯橡膠的門尼粘度，阻聚劑低于0.001%時對聚合沒有明顯影響，當(dāng)高于0.01%時，要用濃度為10%～15%的NaOH溶液于30℃進行洗滌除去，苯乙烯純度＞99%，并且不含二乙基苯。（3）聚合溫度聚合溫度與聚合采用的引發(fā)劑體系有關(guān)。低溫乳液聚合生產(chǎn)丁苯橡膠采用氧化-還原引發(fā)體系，可以在5℃或更低溫度下（－1

8、0℃～－18℃）進行，同時，鏈轉(zhuǎn)移少，產(chǎn)物中低聚物和