溶液丁苯橡胶聚合工艺设计

溶液丁苯橡胶聚合工艺设计2摘要本设计主要是对溶液丁苯橡胶聚合工艺进行设计，它的聚合机理为阴离子聚合，其目的是为了进一步明确S-SBR的聚合工艺，掌握其聚合机理，并选取适当的配方，降低耗能，提高产率，提高其性能。文献部分对溶液丁苯橡胶的发展史，聚合机理，各种配方，聚合过程，流程生产工艺，种类与性能，结构及应用等方面进行了阐述。在设计部分对聚合过程的物料平衡，热量平衡进行了计算，以及聚合反应器和搅拌桨的设计计算。整个过程参考了大量的相关文献，并对各类搅拌器和反应釜进行了比较，综合各搅拌器和聚合釜的优点，对已有的工艺进行了改进，提高了聚合效率。关键词：S-SBR，阴离子聚合，聚合工艺，间歇聚合，聚合釜溶液丁苯橡胶聚合工艺设计IIIAbstractThedesignismainlytodesignthesolutionstyrene-butadienerubberpolymerizationprocess.It’spolymerizationmechanismisanionpolymerization.ThepurposeofthedesignistofurthercatchontheS-SBRpolymerizationtechnics,masterthemechanism,choiceproperformulation,leasetheusingpower,improvetheyield,andimproveit’sperformance.TheliteratureisincludingthedevelopmenthistoryoftheS-SBR,polymerizationmechanism,differentkindsofformulation,polymerizationprocess,flowedproducetechnics,categories,property,construction,andapplicationandsoon.Besides,inthedesignpart,includethepolymerizationprocess’smaterielbalance,quantityoftheheatbalance,andpolymerizationkettle’sbeaterdesigncalculation.Duringthewholecourse,withamountofcorrelativeliterature,aftercomparingwiththedifferentbeatersandpolymerizationkettle,improvethepastmechanismandimprovethepolymerizationefficiency.Keywords:S-SBR,anionpolymerization,polymerizationmechanismintermittentpolymerization,polymerizationkettle溶液丁苯橡胶聚合工艺设计4目录第一章前言.............................................11．1总述.........................................................11．2内容简介.....................................................2第二章总论.............................................42．1文献.........................................................42．1．1S-SBR聚合反应机理－阴离子聚合：................................42．1．2S-SBR的发展简史及与E-SBR的比较...............................52．1．3溶聚丁苯的结构、性能及应用：....................................82．1．4溶液丁苯橡胶的聚合工艺：........................................92．1．5生产控制因素...................................................14第三章设计...........................................203．1物料衡算....................................................203．1．1设计要求：.....................................................203．1．2原料要求：.....................................................203.1.3配方要求:........................................................203.1.4反应时间及控制温度...............................................203.1.5计算过程：.......................................................213.2设备计算.....................................................233．2．1釜式聚合反应器的结构...........................................243．2．2确定反应釜釜身与封头形式.......................................243．2．3搅拌器的选择与确定.............................................243．2．4计算与设计部分.................................................253．3热量衡算....................................................303．3．1数据整理.......................................................303．3．2计算过程.......................................................30第四章问题与发展前景....................................33第五章设计体会与收获.....................................34参考文献...............................................35溶液丁苯橡胶聚合工艺设计5致谢..................................................37附图A溶液丁苯橡胶生产工艺流程图B溶液丁苯橡胶聚合釜总图溶液丁苯橡胶聚合工艺设计V第一章前言1．1总述溶液丁苯橡胶于60年代初由Firestone公司和Phillips公司率先实现工业化生产，最初的目的是因苯乙烯价格上升，想生产能达到乳液丁苯橡胶性能水平的低苯乙烯含量的溶液丁苯橡胶。但很快就发现溶液丁苯橡胶具有比乳液丁苯橡胶更优异的机械性能，因而引起广泛的重视。目前世界溶液丁苯橡胶总消费量大约占丁苯橡胶总消费量的40％左右。基本生产技术：溶液丁苯橡胶的工业生产中，通常使用烷基锂，主要是丁基锂为引发剂，烷烃或环烷烃为溶剂，四氢呋喃为无规剂，醇类为终止剂。其基本技术路线有两种：1）Phillips法：该公司专利覆盖了连续聚合工艺和间歇聚合工艺，但以间歇工艺为主；2）Firestone法：其基本工艺与Phillips法相同，以连续聚合为主，也可用间歇聚合工艺。这两种工艺所生产的聚合物微观结构为：顺式1，4－含量35％－50％，反式1，4－含量35％－55％，1，2－含量10％左右。Phillips公司目前已经不生产溶液丁苯橡胶，但其技术仍被欧洲许多公司所采用，如Enichem和Petrochem公司等。其它技术都是在上述两种基本技术的基础上发展的。最早生产的溶液丁苯橡胶，其玻璃化温度低（Tg为－70℃左右），乙烯基结构含量只有10％－13％，分子量分布窄且呈单峰分布，虽然其耐磨性和耐寒性比乳液丁苯橡胶好，但粘着性能与加工性能稍差。作为轮胎用胶没有表现出明显的优越性。70年代中期，石油危机使汽车的节能成为突出的问题。汽车的耗能中很大一部分用于克服轮胎的滚动阻力，小汽车总能耗的20％用于克服轮胎的滚动阻力。而轮胎滚动阻力的将近40％产生于轮胎的胎面。虽然轮胎的滚动阻力可以通过改进轮胎结构设计和改变胶料配方等手段得到改善，但是降低轮胎滚动阻力最根本的途径还是改善基础胶的性能，加之国外对轮胎在高速行驶下的安全和舒适性的要求也越来越高。因此，开发既有低滚动阻力又有高抗湿滑性和耐磨性的新型胎面用合成橡胶成为国外合成橡胶生产者的研究开发重点。由于锂系催化剂制备的合成橡胶，特别是溶液丁苯橡胶生产灵活性大，聚合物结构与性能易调节，便于通过高分子设计手段开发具有特殊性能的合成橡胶新品种，因而成为开发新型轮胎胎面用胶的重点目标。品种：1937年德国首先投入工业生产，是一种综合性能较好的通用型品种，溶液丁苯橡胶聚合工艺设计2根据生产丁苯橡胶时所用聚合反应的温度，助剂及单体配比等的不同，丁苯橡胶的种类很多，主要者见表1-1。表1－1丁苯橡胶种类品名特点高温丁苯低温丁苯充油丁苯在50度左右聚合在5度左右聚合，弹性大强度大，耐磨耗性好加有含芳烃或环烷烃的石油馏分，易加工较耐寒，成本低充碳黑丁苯加有碳黑，生胶混炼时的电力消耗少充油-碳黑丁苯充树脂丁苯加有碳黑和石油，兼有充油，充碳黑丁苯的特色加有树脂，物理性能比一般丁苯好丁苯橡胶外观是浅黄褐色的弹性体，微有苯乙烯那种气味。商品丁苯橡胶除含生胶之外，还含有多种助剂之类的非胶成分。丁苯橡胶的介电性能较好，和其他通用橡胶一样，它在空气中长期受氧的作用后，性能会逐渐变坏，特别是在高温和光线的照射下更是如此。〔1〕丁苯橡胶的粘结性不好，在用它制造多层制品如轮胎，帘布，运输带，胶管等时成型过程中的贴合就有些困难。制品在多次变形时（如轮胎行驶过程中）的发热量大，相对地将缩短使用寿命。此外，它的弹性也较差。丁苯橡胶的硫化速度较慢，因此，硫化促进剂的用量要大些。丁苯橡胶的组成结构与天然橡胶不同。天然橡胶不同。天然橡胶主要是由有规则的聚异戊二稀（顺式-1.4）链组成，而丁苯橡胶则是丁二稀与苯乙烯的不规整共聚物。1．2内容简介本文包括文献和设计两部分，文献部分从理论上对溶液丁苯橡胶进行阐述，具体讲为对溶液丁苯橡胶的发展史，聚合机理，各种配方，聚合过程，流程生产工艺，种类与性能，结构及应用等方面进行了阐述。而设计部分则针对物料，设备，热量衡算来进行，通过根据额定年产量，反应时间，进料温度的计算，选取适当的聚合温度，完成聚合反应器和搅拌桨的设计计溶液丁苯橡胶聚合工艺设计3算，并计算出换热面积及电机的功率，设计出一个较完整的流程，进行一万五千吨溶液丁苯橡胶的设计生产。设计目的是，了解并掌握溶液丁苯橡胶的聚合机理，聚合工艺，并对已有的工艺进行了改进，提高聚合效率。溶液丁苯橡胶聚合工艺设计4第二章总论2．1文献2．1．1S-SBR聚合反应机理－阴离子聚合：可以发生阴离子聚合的单体主要有两类：一是乙烯基或二烯烃单体．它们须带有可使负电荷稳定的吸电子取代基．二是环状单体如内酰胺、内酯、环氧杂烷、异氰酸酪等。阴离子聚合引发剂为碱、路易士碱等碱金属、金属碳基物、胺、磷化氢以及格氏试剂等。多数情况下，所加入的引发剂本身含有聚合的引发