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30万吨年ABS树脂乳液聚合生产车间的工艺设计

30万吨沙袋填充物/年ABS树脂乳液聚合生产车间的工艺设计

万叶辉张涛党鋆

（陕西理工学院材料科学与工程学院高分子072班）

指导老师：***

1项目简介

1.1项目名称………………………………………………………2

1.2项目内容 ……………………………………………………2

1.3设计依据及必要性 …………………………………………2

1.4市场前景分析 ………………………………………………2

1.5产品方案 …………………………………………………2

1.6技术方案及设备方案…………………………………………2

2生产方法与工艺流程

2.1 生产方法 …………………………………………………4

2.2 聚合工艺过程 ……………………………………………4

2.3 工艺流程 ………………………………………………9

2.4 工艺参数 …………………………………………………10

2.5 主要设备控制方案 …………………………………………10

2.6 安全防护措施 ………………………………………………11

3物料衡算以及热量横算

3.1物料衡算 …………………………………………………12

3.2热量衡算 …………………………………………………15

主回路电阻4 设备工艺计算

4.1釜体的设计………………………………………………17

4.2搅拌器的确定…………………………………………18

4.3各物料进出管口直径确定 ………………………………19

4.4轴密封形式 …………………………………………19

4.5雨刷片流体输送机械的选型设计………………………………20

4.6 调节釜的设计 ………………………………………20

4.7 单体预乳化罐的设计………………………………20

4.8 过滤器的设计………………………………………21

5参考文献

1项目简介

1.1项目名称：

30万吨/年ABS树脂乳液聚合生产车间的工艺设计。

1.2项目内容

1、设计方案简介，选定的工艺流程、主要设备的型式进行简单的论述。

2、对选定的工艺流程进行物料衡算，对某些设备进行热量衡算，为设备的工艺计算提供依据。

3、主要设备的工艺设计计算，包括工艺参数的选定、原材料消耗计算、动力计算、设备的工艺尺寸计算及结构设计；典型辅助设备的选型和计算，包括典型辅助设备的工艺尺寸计算和型号规格的选定。

4、工艺流程图一单线图的形式绘制，标出主要设备、辅助设备和主要工艺参数测量点，并绘制工艺流程草图、PFD、PID图。

1.3设计依据及必要性

依据设计任务书或可行性研究报告的批文，环境影响报告书的批文，技术引进报告的批文以及其他相关性文件等。依据主要原料及物理性质、生产方法、生产能力。

ABS树脂是微黄固体，有一定的韧性，密度约为1.04～1.06 g/cm3。它抗酸、碱、盐的腐蚀能力比较强，也可在一定程度上耐受有机溶剂溶解。　ABS树脂是丙烯腈—丁二烯—苯乙烯的三元共聚物。ABS树脂外观微黄不透明，相对密度1.04。它具有良好尺寸稳定性，突出的耐冲击性、耐热性、介电性、耐磨性，表面光泽性好，易涂装和着等优点。

ABS树脂可以在-25℃～60℃的环境下表现正常，而且有很好的成型性，加工出的产品表面光洁，易于染和电镀。因此它可以被用于家电外壳、玩具等日常用品。

野外焊接钢轨1.4市场前景分析：

1997年世界ABS树脂生产能力为556万吨/年，主要产地是亚洲、北美和西欧。亚洲的生产能力占世界总能力的60%以上。目前世界ABS生产能力发展的特点是“西方不振、东方高涨”，未来几年内世界新增能力仍主要集中在亚洲地区，韩国、中国和省以及马来

西亚都将新建或扩建ABS树脂生产装置，虽然亚洲地区的这些新增计划不一定全部实现，但在未来几年还是会有较大的发展。1999年，世界ABS树脂需求量为375、2万吨，1996-2010年的年均需求增长率为2.9%。随着ABS树脂逐渐向高性能、多功能树脂发展，其需求量会大幅增加。

1.5产品方案：

生产能力：ABS树脂30万吨／年；

开工时间：330d／a,24h／d。

1.6技术方案及设备方案：

（一）技术方案：ABS的工业生产方法很多，主要有乳液接枝、乳液接枝掺合法和连续本体法等。乳液接枝法是使苯乙烯单体和丙烯腈接枝在聚丁二烯胶乳上得到的ABS树脂。这种方法现已为乳液接枝掺合法所取代。

乳液接枝共混法是在ABS树脂的传统方法--乳液接枝法的基础上发展起来的，它将部分苯

乙烯单体和丙烯腈与聚丁二烯胶乳进行乳液接枝共聚，而以另一部分苯乙烯单体和丙烯腈单体进行共聚生成SAN，然后再将两者以不同比例掺合可以得到各种牌号的ABS树脂。这一方法根据SAN共聚工艺不同又可分为乳液接枝乳液SAN掺合、乳液接枝悬浮SAN掺合、乳液接枝本体SAN掺合三种，目前乳液接枝一乳液SAN 共混法在发达国家已被淘汰；乳液接枝一悬浮SAN掺混法只适合于中小型生产装置。

乳液聚合主要优点有：①聚合反应可在较低温度下进行，并能同时获得高聚合速率和高分子量；②以水为介质，比热容大，体系黏度小，有利于散热；③乳液产品（称胶乳）可以直接作为胶粘剂和表面处理剂加以使用，而没有易燃及污染环境等问题。

缺点：①聚合物以固体使用时，需要加破乳剂，会产生大量废水；②而且要洗涤、脱水、干燥，工序多，生产成本比悬浮聚合高；③产物中杂质含量较高。

（二）设备方案：该项目主要生产设备为聚合釜、凝聚釜、接枝釜、贮槽、混合槽、沸腾干燥器等大型设备以及各类机泵、各种仪表等。

2生产方法与工艺流程

2.1 生产方法

选择生产工艺路线就是指选择生产方法。生产方法就是指在化工生产过程中使用何种原料、根据何种原理、选择实施何种方法，通过何种操作过程实现从原料变为产品的方法。

主要生产方法：采用低温乳液共聚方法制备丙烯腈含量约为20%（质量分数）的胶乳，之后制备丙烯腈含量为20%～30% AS树脂乳液，然后通过采用适当比例将两种乳液共聚、凝聚、分离、水洗、过滤、干燥和挤出造粒，即可得ABS树脂。

本项目基本工艺由原材料的配制、聚合、脱单体和成品包装等工序。

基本组分是：单体、引发剂、乳化剂、分散剂、终止剂、分子量调节剂和抗氧剂等。

2.1.1 原料选择：该项目选用的原料主要单体为：丁二烯，苯乙烯和丙烯腈。

2.1.2 聚合机理：连锁聚合（增长链一经引发，迅速增长，反应一开始就生成相对分子量很高的聚合物，而转化率随反应进行逐步增加的聚合反应。）

2.1.3 实施方法：本项目拟采用乳液接枝共混法。

2.1.4 操作过程：采用间歇式操作。

2.2 聚合工艺条件

2.2.1单体的选择：

ABS树脂是丙烯晴--丁二烯--苯乙烯共聚物，其特性是由三组份的配比及每一种组分的化学结构，物理形态控制。丙烯腈表现的特性是耐热性、耐化学性、刚性、抗拉强度；丁二烯表现的特性是抗冲击强度；苯乙烯表现的特性是加工流动性，光泽性。这三组分的结合，优势互补，使ABS树脂具有优良的综合性能。

（1）1，3-丁二烯

1，3-丁二烯通常简称丁二烯，结构式为CH2=CH-CH=CH2 。一般以乙腈、二甲基甲酰胺为抽提剂，从约含40%丁二烯的裂解C4中抽提而得，也可以采用丁烯氧化脱氢或其他方法得到。目前世界丁二烯的年生产能力约为7000kt,主要用于生产聚丁二烯、丁苯橡胶、丁苯树脂、SBS、ABS等高分子材料。中国丁二烯年生产能力约为50余万吨，20世纪70年代初开发成功丁烯氧化脱氢法生产丁二烯。目前主要采用乙烯装置副产C4馏分溶剂萃取精馏

法生产丁二烯。

表1 丁二烯的物理性质

物理量名称	量值	物理量名称	量值
相对分子质量沸点/℃ 熔点/℃ 临界温度/℃ 临界压力/MPa 临界体积糖化锅/(ml·mol-1) 临界密度/(g·mol-1) 密度/(g·ml-1) 20℃ 25℃ 50℃	54.09 -4.41 -108.9 152 4.32 220 0.245 0.6211 0.6149 0.5818	临界热/(J·g-1) 蒸发热/(J·g-1) 25℃ 沸点下生成热/(kJ·mol-1)(25℃) 气体液体空中爆炸极限/%(体积）上限下限	147.6 389 418 110.2 88.7 vr漫游 11.5 2.0

表2 工业用丁二烯国家标准

指标名称	指标值		试验方法
指标名称	优级品	一级品	试验方法
外观 1，3-丁二烯/%(质量）总炔烃/10-6 丁二烯二聚物/10-6 （以4-乙烯基环己烯计）羰基化合物（以乙醛计）/10-6 水含量/10-6 阻聚剂（TBC）/10-6	无透明无悬浮物 ≥99.3 ≤50 ≤1000 ≤10 ≤20 50～150	无透明无悬浮物 ≥98.0 ≤100 ≤1000 ≤20 ≤500 50～150	GB/T 6012-85 GB/T 6013-85 GB/T 6017-85 GB/T 6015-85 GB/T 6018-85 GB/T 6023-85 GB/T 6020-85

表3 不同温度下丁二烯的稳定贮存时间

温度/℃	85	65.6	60	46.1
时间/h	1	7	10～12	70～100

由于丁二烯具有上述性质，在运输、贮存和适用时必须采取严格的安全措施，绝氧、氮封。装贮丁二烯的压力容器必须符合压力容器设计、制造、使用等一切规范，并经专门机构检验；丁二烯贮罐要有明显标志（即红危险物品标志）并定期进行气密性试验，试压之前要用水蒸气清洗、氮气置换。此外在蒸馏、加热、室温下长期贮存丁二烯时需加入一定量的阻聚剂，如叔丁基邻苯二酚、氢醌等，加入量一般为(100～2000)×10-6,丁二烯贮罐气相中的氧含量应<0.3%。

（2）苯乙烯