顺丁橡胶生产工艺设计说明书模板

北京化工大学化学工程学院设计说明书

题目：

学生：

班级：

学号：

指导教师：

201 年月

目录

1.工艺设计基础

1.1 设计任务

1.2 原辅材料性质及技术规格

1.3 产品的性质及技术规格

1.4 危险性物料的主要物性

1.5 原辅材料的消耗定额

2.工艺说明

2.1生产方法、工艺技术路线及工艺特点

2.1.1 生产方法

2.1.2 工艺技术路线的确定

2.2生产流程简述

3.工艺计算与主要设备选型

3.1 物料衡算

3.1.1 计算的基准数据

3.1.2 计算基准

3.1.3 各单元物料衡算

3.2热量衡算

3.2.1 计算的基准数据

3.2.2 物料衡算

3.3 聚合釜的计算及选型

4 工艺控制条件及自控设计

5.附图：带控制点的工艺流程图（PID）

设计说明书版式要求

1.目录格式中，一级标题采用黑体字，其余级别标题用宋体字，字号均为小四。

2.设计说明书正文约20页。

3.全文字体规定：中文采用宋体；英文采用Times New Roman。

4.正文采用小四号字，固定行距20磅。

5.参考文献内容字体采用5号字。

6.正文中一级标题（章）采用小三号字，加黑，居中；逢一级标题（章）更换

起始页。

7.其余级别标题采用小四号字，加黑。

8.标题之间、标题与正文之间空一行。

9.标题数字排序：

一级：1、2、3…；

二级：1.1、1.2…；

三级：1.1.1、1.1.2…；

四级：（1）、（2）、（3）…；

五级：①、②、③…。

10.图题目和表题目采用小四号字，居中，加黑。

11.表采用三线表格式；表格尽量不要跨页，如必须跨页设置表格时，后续页表

格必须带表头，并标注续表说明，例如“（续表1－2）”。

12.页面设置为：A4纸型，纵向、单面打印：上2cm，下2cm，左2.5cm，右

1.5cm，装订线0.5cm，选择“不对称页边距”，页眉1.2cm，页脚1.5cm。13.页脚设置为：插入页码，居中。

1．工艺设计基础

1.1 设计任务

（包含由指导教师给出的设计任务书外，还应有一些简要的文献综述如意义、当前趋势等。）

1.2 原辅材料性质及技术规格

（一般应按不同物料分别列出物性、组成、单位、指标、分析方法和（或）标准号等；对聚合物产品规格应分别列出性能、单位、测试方法和（或）标准号、及各牌号产品指标。可自行列表，也可参考指导书附件中附录A表1格式填写。）1.3 产品性质及技术规格

（一般应按不同物料分别列出物性、组成、单位、指标、分析方法和（或）标准号等；对聚合物产品规格应分别列出性能、单位、测试方法和（或）标准号、及各牌号产品指标。可自行列表，也可参考指导书附件中附录A表1格式填写。）1.4危险性物料的主要物性

（危险性物料主要指有毒有害、易燃易爆的物质。它们的存在决定了车间（装置）区域或厂房防火、防爆等级；操作环境按照国家职业卫生标准而需要采取隔离、置换（空气）等措施。具体可按指导书附录A表2格式填写。）

1.5 原材料的消耗定额

（应分别列出物料名称、规格、单位、数量（按每吨产品、每小时、每年的消耗量或产量列出），对于使用过程中逐渐消耗的溶剂或效能逐渐降低的催化剂、吸附剂和中和剂等，如进行定期补充，则需注明补充间隔时间和补充量，并折成每吨产品的消耗量；对于初次充填的或定期更换的催化剂、溶剂或干燥剂等，必须注明一次填充量和更换的间隔时间，并折成每吨产品的消耗量。原材料消耗定额及消耗量可按指导书附录A表3填写。）

2. 工艺说明

2.1生产方法、工艺技术路线及工艺特点

2.1.1 生产方法

（介绍顺丁橡胶的基本生产方法采用的基本生产方法（流程）；）

2.1.2 工艺技术路线的确定

（说明聚合工艺所采用工艺技术路线及其依据（聚合方法选、原辅材料选择等方面说明）；通过聚合反应机理、工艺、设备、操作和安全等方面说明装置的工艺特点。）

2.2生产流程说明

（叙述物料通过工艺设备的顺序和生成物的去向；说明主要操作技术条件，如温度、压力及流量配比等；如系间歇操作，则需说明一次操作加料量和时间周期；连续操作或间歇操作时需说明工艺设备常用、备用工作情况；说明副产品的回收、利用和三废处理方案。）

3．工艺计算及主要设备设计

3.1.物料衡算

3.1.1 计算的基础数据

物料衡算所需相关数据详见表3-1至3-10

（1）聚合釜工艺参数

①聚合釜进料参数

表3-1 聚合釜进料参数一览表

②聚合釜操作参数

表3-2 聚合釜操作参数一览表

③原辅材料规格

表3-3 聚合釜原辅材料规格一览表

（2）终止釜工艺参数

①终止釜进料参数

表3-4 终止釜进料参数一览表

②终止釜操作参数（略）

③终止釜原辅材料规格

表3-5 终止釜原辅材料规格一览表

（3）凝聚釜工艺参数

①凝聚釜进料参数

表3-6 凝聚釜进料参数规格一览表

②凝聚釜操作参数

表3-7 凝聚釜操作参数一览表

③凝聚釜原辅材料规格

表3-8 凝聚釜原辅材料规格一览表

（4）相关设计参数

表3-9 物料衡算相关设计参数

（5）所需物性数据

表3-10 物料衡算所需物性数据

3.1.2计算基准

由于生产采用连续式溶液聚合法，因此计算过程以kg/h为基准。

3.1.3各单元的物料衡算

（1）聚合釜总物料衡算

聚合釜物料衡算图如图所示：

挂胶损失胶液硼组分铝组分镍组分溶剂油丁二烯M +M =M +M +M +M +M

① 丁二烯系统

根据设计任务书，年产顺丁橡胶11000t ，年操作时间8000h ，可知

每小时顺丁橡胶产量：h /kg 1375=8000÷1000×

11000 根据丁二烯单耗可知所需纯丁二烯质量流量为：h /kg 875.1436=045.1×

1375 扣除机械损失以及溶解损失，应有聚丁二烯：

h /kg 953.1400=)02.0005.01(×875.1436--

根据总转化率85%可知应需纯丁二烯质量流量为

h /kg 180.1648=85.0÷953.1400

本工艺采用中国石化上海石油化工股份有限公司生产的工业用丁二烯（优级品，执行企业标准Q/SH 012.01.13-1999）质量分数为99.3%，其余按正丁烯计算，

可知，所需原料丁二烯为：h /kg 799.1659=993.0÷180.1648

随原料夹带的正丁烯为：h /kg 619.11=180.1648799.1659

- 根据上述计算结果，总结于下表中

表3-11 进料丁二烯用量

② 溶剂油系统

溶剂油密度原料丁二烯体积）-丁油浓度

原料丁二烯质量

（

溶剂油质量×=

已知丁二烯质量流量为1659.799kg/h ，体积流量 2.6775m 3/h ，丁油浓度为13.5g/100ml ，即为135kg/m 3，溶剂油密度660kg/m 3，因而可得所需溶剂油质量：

h /kg 191.6347=660×)6775.2135

799

.1659(- ③ 引发剂系统

引发剂采用镍催化剂体系，成分为环烷酸镍—三异丁基铝—三氟化硼乙醚络合物，主要计算公式为：

原料纯度

引发剂分子量

丁）（引发剂纯丁二烯摩尔数引发剂质量×/×=

a) 环烷酸镍（主引发剂）

已知镍/丁（摩尔比）为510×

2-，69.58=M 镍，纯度为7.5%，可知 环烷酸镍质量流量：

h /kg 478.0=h /kg 075.0×5469

.58×10×2×18.16485- 镍组分摩尔流量：

h /kmol 10×104.6=h /kmol 54

10×2×18.164845

-- b) 三异丁基铝（助引发剂，Al(i-C 4H 9)3）

已知三异丁基铝/丁（摩尔比）为410×1-，198=M 三异丁基铝，活性铝含量50%

三异丁基铝质量流量：

h /kg 209.1=h /kg 5.0×54198

×10×1×18.16484- 摩尔流量：

h /kmol 10×052.3=h /kmol 54

10×1×18.164834

-- c) 三氟化硼乙醚络合物（第三组分，BF 3O(C 2H 5)2）

已知三氟化硼乙醚络合物/丁（摩尔比）为410×

2-，142=M 三氟化硼乙醚络合物，BF 3含量为46%，可知：

三氟化硼乙醚络合物质量流量：h /kg 884.1=h /kg 46.0×54142

×10×2×18.16484-

摩尔流量：h /kmol 10×104.6=h /kmol 54

10×2×18.164834

--

根据上述结果可知5=10×104.610×052.3=N N 4

3

N Al i --，

5.0=10×104.610×052.3=N N 33B Al --，而由文献可知，当Al/Ni=3~8，Al/B=0.3~0.7（均为摩尔比），催化剂活性最高，因此可知此配方满足工艺要求。 ④ 聚丁二烯系统

由总转化率85%可知生成的聚丁二烯为：h /kg 953.1400=85.0×180.1648

由于存在挂胶损失，损失量为：h /kg 369.14=01.0×875.1436

去终止釜的聚丁二烯为：h /kg 584.1386=369.14953.1400

- 未反应的丁二烯质量流量：h /kg 227.247=15.0×180.1648

根据上述结果可得聚合釜总物料衡算，列于表3-12

表3-12 聚合釜总物料衡算表

（2） 聚合釜数量的确定以及各釜物料衡算 ① 聚合釜数量的确定

由聚合釜物料衡算可得丁二烯进料量h /kg 799.1659=M 丁二烯，丁油浓度

3m /kg 135=ρ丁油，聚合时间T=4h ，因而可得聚合总容积为：

33

m 18.49=m 135

4×799.1659=ρT ×M =

V 丁油

丁二烯总

需12m 3

聚合釜台数：10.4=12

18

.49=12V =

n 总，圆整为4台。 ② 各釜转化率的确定

根据《合成橡胶工业》第七卷（1984）P67中内容知：丁二烯聚合属于一级反应，并且镍催化体系油溶剂丁二烯的表观动力学反应速度常数的关联式如下：

]C [αk =k 0p

)T /4455exp(10×637.3=k 8p -

对于一级反应，连续槽式反应器的反应转化率与反应速率常数之间的关系如下（假设各釜停留时间相同）：

N

0A AN )τk +1(C =

C -

，0A AN N C C 1=X -，)

1N (A AN

N C C 1=x --

可知： N

N )τk +1(11=X -

-

其中：

C AN —第N 台釜内反应物浓度，mol/L ； C A0—反应物初始浓度，mol/L ；

C A(N-1)—第N-1台釜内反应物浓度，mol/L ； X N —N 台釜累积转化率； x N —第N 台釜转化率；

k —聚合反应表观速率常数，min -1；

-

τ—平均停留时间，min ；

N —连续槽式反应器台数； [C 0]—主催化剂的浓度，mol/L ； k p —链增长速度常数，L/(mol ·min)； T —反应温度，K ；

α—催化剂利用率（在94℃下，取27%）

为便于计算，按等温等容处理，取总转化率为85%；各釜停留时间相同；反应温度为94℃，[C 0]=L /mol 10×92.15-，则可计算得

min)?mol /(L 393.1954=)15.367/4455exp(×10×637.3=)T /4455exp(10×637.3=k 88p --1250p min 10×013.1=10×92.1×27.0×393.1954=]C [αk =k --- 由于总转化率为85%，即X N =85%，可求得平均停留时间-

τ为

min 9.59=013.1/100×)185

.011

(=k /)1X 11(=τ4N

N -----

由于各釜停留时间相同，由各釜转化率计算公式可知各釜转化率相同，现计算首釜的转化率：

%77.37=100×)9.59×10×013.1+11

1(=%100×))

τk +1(11(=C C 1=x 2

1A 0A 1----- 3.2.热量衡算

3.2.1 计算的基础数据 3.2.2 热量衡算

（计算聚合釜的热量衡算） 3.3 聚合釜的计算和选型

4．工艺控制条件及自控设计

针对工艺特点，用文字和条件表具体说明下述事项：

（1）工艺中主要操作参数（如温度、压力、流量等）的检测条件的说明、控制条件及相应的自控回路设计方案的说明。

（2）安全自控设计：如生产控制中的报警、停车连锁和事故状态下紧急停车等条件的说明；卫生自控设计：如通风、除尘、降温、减噪等条件的说明；

5．附图

带控制点的流程图（PID）（必须有）

（画到聚合反应结束，图纸采用1号图幅，计算机绘制。）

参考文献

1. 期刊作者．题名[J]．刊名，出版年，卷（期）：起止页码

2 专著作者．书名[M]．版本（第一版不著录）．出版地：出版者，出版年．起止页码

3 论文集作者．题名[C]．//编者．论文集名．出版地：出版者，出版年．起止页码

4 学位论文作者．题名[D]．保存地点：保存单位，年份

5 专利文献题名[P]．国别，专利文献种类，专利号．出版日期

6 标准标准编号，标准名称[S]

7 报纸作者．题名[N]．报纸名，出版日期（版次）

8 报告作者．题名[R]．保存地点：年份

9 电子文献作者．题名[电子文献及载体类型标识]．文献出处，日期

文献类型及其标识

1．根据GB3469规定

①期刊[J] ②专著[M] ③论文集[C]

④学位论文[D] ⑤专利[P] ⑥标准[S]

⑦报纸[N] ⑧技术报告[R]

2．电子文献载体类型用双字母标识，例如

①磁带[MT] ②磁盘[DK] ③光盘[CD]

④联机网络[OL]

3．电子文献载体类型的参考文献类型标识方法为：[文献类型标识/载体类型标识]。例如：

①联机网上数据库[DB/OL]

②磁带数据库[DB/MT]

③光盘图书[M/CD]

④磁盘软件[CP/DK]

⑤网上期刊[J/OL]

⑥网上电子公告[EB/OL]