1、 II 吉林 化工 学院 毕业论文（设计） 题 目： 年产 30 万吨 ABS 树脂生产车间设计 学生姓名： * * * 专 业 ： 化学工程与工艺 指导教师： * * * 2014 年 *月 *日 I 年产 30 万吨 ABS 树脂生产车间设计 化学工程与工艺 学生 * * * 指导老师 * * * 【摘要】 ABS 树脂是五大合成树脂之一，具有 广阔的市场前景。本设计对 ABS 树脂现有的生产技术、市场需求和发展状况进行了较全面的分析；主要叙述了 乳液接枝本体SAN 掺混法 生产 ABS 树脂的生产方法及工艺条件 ，并对物料衡算、设备的选型、厂房的布置等方面也做了简要的介绍；对生产车间所需
2、的各种生产设备和总投资成本进行了初步合算，并根据生产方法绘制出相应的工艺流程图。 关键词： ABS 树脂 生产技术 市场态势 物料衡算 设备II Abstract ABS resin is one of the five synthetic resin, and has broad market prospects. The design on the existing production of ABS resin technology, market demand and the development of a more comprehensive analysis; described
3、 the production of ABS resin emulsion graft bulk SAN blending method production method and process condition sand material balance, equipment selection, plant layout has also made a brief introduction; a preliminary cost-effective production workshop a variety of production equipment and the total i
4、nvestment cost, and production methods to map out the process flow diagram. Keywords: ABS resin production technology market trend material balance equipment.吉林化工学院毕业论文（设计） 1 目录 摘要 . 错误 !未定义书签。 Abstract . III 目录 . 1 第一章绪论 . 3 1. ABS 树脂生产技术现状及进展 . 3 1.1 技术概况 .3 1.2 乳液接枝本体 SAN 掺混法 .4 1.2.1 接枝用主干胶乳的合成
5、.4 1.3 ABS 连续本体聚合法 .5 2 国内外树脂生产与市场分析及预测 4 . 6 2.1 生产情况分析预测 .6 2.2 市场分析及预测 .8 3 发展趋势 2 . 10 3.1 生产技术发展趋势 . 10 3.2 产品发展趋势 . 10 第二章工艺流程设计 . 12 1. 生产方法、原料和主要工艺参数的选择 . 12 1.1 生产方法的选择 . 12 1.2 原料的选择 . 12 1.3 主要工艺参数 . 错误 !未定义书签。 2. 聚合反应过程工艺流程叙述 . 错误 !未定义书签。 2.1 工艺流程方框图 . 错误 !未定义书签。 2.2 工艺流程叙述 . 错误 !未定义书签。
6、第三章 工艺与设备计算 . 错误 !未定义书签。 3.1 基础数据 . 错误 !未定义书签。 3.2 物料衡算 . 错误 !未定义书签。 3.3 设备计算 . 错误 !未定义书签。 3.3.1 釜数及其主要工艺参数的确定 . 错误 !未定义书签。 3.3.2 搅拌器的计算 . 错误 !未定义书签。 3.3.3 传热装置设计 . 错误 !未定义书签。 3.3.4 设计结果（以生产聚丁二烯胶乳为例） . 错误 !未定义书签。 第四章 辅助设备选型 . 错误 !未定义书签。 吉林化工学院毕业论文（设计） 2 4.1 反应釜卸料泵 . 错误 !未定义书签。 4.2 凝聚釜 . 错误 !未定义书签。 4
7、.3 离心机 . 错误 !未定义书签。 4.4 混料槽 . 错误 !未定义书签。 4.5 挤出机 . 错误 !未定义书签。 第五章 厂址的选择及其厂房布置 . 错误 !未定义书签。 5.1 厂址选择 . 错误 !未定义书签。 5.2 厂房布置 . 错误 !未定义书签。 5.2.1 总图布置的选择原则 . 错误 !未定义书签。 5.2.2 车间区域划分及布置说明 . 错误 !未定义书签。 第六章 安全、环保和三废处理 . 错误 !未定义书签。 6.1 安全方面 . 错误 !未定义书签。 6.1.1 主要物料的安全性质及防护 . 错误 !未定义书签。 6.1.2 安全防护措施 . 错误 !未定义书
8、签。 6.1.3 ABS 聚合安全操作 23 . 错误 !未定义书签。 6.2 环保方面 . 错误 !未定义书签。 6.2.1 废水 . 错误 !未定义书签。 6.2.2 噪声 . 错误 !未定义书签。 6.3 污染防治措施 . 错误 !未定义书签。 6.3.1 废水 . 错误 !未定义书签。 6.3.2 噪声 . 错误 !未定义书签。 6.4 环保排放 指标 . 错误 !未定义书签。 七章 车间定员 . 错误 !未定义书签。 7.1 车间生产岗位及工作 . 错误 !未定义书签。 7.2 班次、人员编制 . 错误 !未定义书签。 第八章 产品成本估算 . 错误 !未定义书签。 8.1 固定成本
9、估算 . 错误 !未定义书签。 8.2 可变成本估算 . 错误 !未定义书签。 8.3 利润估算 . 错误 !未定义书签。 小结 . 13 致 谢 . 14 参考文献 . 15 诚信说明 45 吉林化工学院毕业论文（设计） 3 第一章绪论 ABS 树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀 、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。ABS 树脂 是丙烯腈、 1,3-丁二烯、苯乙烯三
10、种单体 的 接枝共聚物。它 的 分子式可以写为(C8H8C4H6C3H3N)x，但实际上往往是含丁二烯 的 接枝共聚物与丙烯腈 -苯乙烯共聚物的 混合物， 其中 A 代表丙烯腈，提供耐化学性和热稳定性； B 代表丁二烯，提供韧性和抗冲性 ;S 代表苯乙烯，赋予刚性和易加工性。但是，在聚丁二烯橡胶与苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚反应中，除了生成聚丁二烯橡胶与苯乙烯和丙烯腈的 接枝共聚物外，单体苯乙烯和丙烯腈会发生共聚生成游离 SAN。所以实际上得到的是聚丁二烯与苯乙烯、丙烯腈接枝共聚物和游离 SAN 的混合物。商业上通常将这种混合物与其他 SAN 的掺混物称之为 ABS 树脂。 1.ABS 树脂生产技
11、术现状及进展 1.1 技术概况 ABS 树脂是在聚苯乙烯树脂改性的基础上发展起来的， 1947 年美国橡胶公司采用共混法工艺实现了 ABS 树脂的工业法生产 ;1954 年美国的 Borg - Wame r 公司采用乳液接枝聚合开发了接枝型 ABS 树脂并实现了工业化。采用乳液接枝法生产的产品的流动性和低温抗冲击性能远优越于共混法的产品扩是真正意义上的 ABS 树脂，乳液接枝法生产 ABS 树脂工艺的开发促进了 ABS 工业的迅速发展。 20 世纪 70 年代开始， ABS 生产工艺技术进入大发展时期，至今先后开发了 乳液接枝聚合法、乳液接枝掺混法和连续本体聚合法。其中乳液接枝掺混法又分为：乳
12、液接枝 乳液 SAN 掺混法；乳液接枝 悬浮 SAN 掺混法；乳液接枝 本体 SAN 掺混法。这 3 种 ABS 树脂工业生产技术综合评价见表 11。 其中乳液接枝本体 SAN 掺混法以技术最成熟、产品范围最宽、 性能最好、有利于大型化和降低成本而成为目前世界上应用最广泛的 ABS 树脂生产工艺，国内近期引进的五套大型装置均采用此工艺。而连续本体法由于其具有工艺流程简单、环保和投资省的优势在近年来也得到逐步发展，但由于目前工艺上的局限性，其产品范围和性能有局限性，还有待进一步改进，这也是世界上各大 ABS 树脂生产厂家的研究开发方向之一。下面就上述两种较有代表性的工艺进行介绍 2: 吉林化工学
13、院毕业论文（设计） 4 表 1 3 种 ABS 树脂工业生产技术综合评价 项目 乳液接枝聚合 乳液接枝掺混法 连续本体聚合法 乳液 SAN 掺混 悬浮 SAN 掺混 本体 SAN 掺混 技术水平 已落后，仍生产 效益差，仍生产 广泛采用 大力发展 尚不完善 最低 投资 中等 较高 较高 中等 反应控制 较容易 容易 容易 容易 困难 设备要求 聚合简单 聚合简单 后处理复杂 后处理复杂 简单 热交换 容易 容易 容易 较容易 困难 后处理 复杂 复杂 复杂 复杂 简单 环保 差 差 较差 中 最好 发展趋势 淘汰 无发展空间 仍有发展空间 主要方法 前程广阔，有待完善 品种变化 品种可调 品种
14、灵活 品种灵活 品种灵活 品种少 产品质量 含杂质较多 含杂质 较多 含一定量杂质 含杂质较少 产品纯净 1.2 乳液接枝本体 SAN 掺混法 乳液接枝本体 SAN 掺混法是在乳液接枝法的基础上发展起来的，大体上可分为以下步骤 :接枝用主干胶乳的合成，接枝用主干胶乳与苯乙烯和丙烯睛的接枝共聚， SAN 共聚物的合成，接枝胶乳本身和与 SAN 的掺混成 ABS 树脂。 1.2.1 接枝用主干胶乳的合成 ABS 接枝用主干胶乳一般要求采用粒径大于 0. 25um 的大粒径的聚丁二烯胶乳，合成工艺有在聚合过程中由丁二烯单体直接合成大粒径胶乳的一步法和先合成小粒径胶乳再附聚成大粒子的 两步法，两步法由
15、于反应停留时间短、操作灵活而成为目前的研究重点。 1.2.1.1 一步法采用的放大粒径技术有适时补皂法、加人溶剂法、补加单体法、种子聚合法和聚合后期自聚集法和中和部分皂或降低 pH 值法等。上述技术的关键是加人乳化剂、溶剂、单体种子等的数量、时机和补加次数，这是影响胶乳粒径的稳定性和大小的主要因素。 1.2.1.2 二步法即附聚法技术有冷冻、压力、机械搅拌、化学、高分子胶乳附聚等方法。冷冻法产品纯净、易于工业化、反应时间短，但只能得到中粒度的胶乳，胶乳冷冻时会析出凝胶，且动力消耗较大 ;压力法虽较老， 但有些公司现仍用得较好 ;机械搅拌法是利用高搅拌强度来得到大粒径胶乳 ;化学法缺点在于附聚后
16、粒径受限制，温度及时间的影响吉林化工学院毕业论文（设计） 5 大，控制相对难，不易重复 ;高分子胶乳附聚法是近年来出现的新型工艺，离子型乳化剂胶乳和。 ,a 一不饱和梭酸共聚胶乳作为附聚集剂，可有效地缩短附聚时间。 1.2.2主干胶乳与苯乙烯和丙烯睛的接枝共聚 在此共聚过程中，聚丁二烯链上的双键以及链节的两个 a-H 易受自由基攻击形成接枝点，苯乙烯和丙烯睛等单体进行接枝反应，生成 ABS 接枝共聚物，并伴随游离 SAN的生成。影响接枝效率的因素主要有引发剂的种类 及浓度、接枝反应转化率、单体浓度、聚丁二烯浓度及其微观结构、反应温度、乳化剂种类和聚合加料工艺等，而提高接枝效率和接枝均匀性的关键
17、是控制聚合过程的反应速率，而聚合反应速率又与单体浓度、引发剂浓度、乳化剂浓度有关，所以控制聚合反应速率也就是控制聚合体系中这 3 者的总浓度和以加人速度控制的瞬间浓度。这一点对获得较好性能的 ABS 接枝共聚物非常重要。 ABS 接枝共聚物再经过凝聚过程就成为可掺混的粉状的 ABS 粉。 1.2.3本体 SAN 共聚物的合成 SAN 的合成主要有悬浮法和本体法两种工艺，连续本体法由于具有工艺流 程简单、操作易、产品质量好、污染少和投资省的优点成为新建装置的首选工艺。连续本体法合成 SAN 树脂主要包括配料、聚合、脱挥和造粒等过程 :按比例配制的苯乙烯和丙烯睛单体在少量溶剂存在的情况下被连续加人
18、到采用蒸发冷凝散热的全混流反应器，或再经过采用特殊内构件散热的多级活塞流反应器进行反应，在物料达到约 75%的转化率后送到真空条件下的脱挥器将未反应的苯乙烯和丙烯睛单体和溶剂闪蒸出去并回收循环利用，熔融的物料再经过造粒成为 SAN 树脂成品。目前该工艺已很成熟，可有效控制 SAN 的分子量、丙烯睛含量，生产出综合性能良好的产 品。 1.2.4 ABS 接枝共聚物与 SAN 树脂的掺混 ABS 接枝共聚物与 SAN 树脂的掺混一般包括宏观和微观上的混合两个过程，前者主要目的是调整 ABS 粉与 SAN 树脂及各种助剂的比例以提供不同性能的品种和牌号，后者主要目的是通过双螺杆挤出机的作用使 ABS
19、 接枝共聚物与 SAN 共聚物共混形成ABS 的分散相和 SAN 的连续相，而分散相和连续相的分子结构、化学组成、分子量大小及分布、加工条件对最终产品有直接影响。 乳液接枝本体 SAN 掺混法生产 ABS 的优点在于一是 SAN 的合成比较简单，污染少 ;二是 ABS 中的橡胶含量和 SAN 的分子量、含量可有效控制，可生产综合性能好，特别是韧性和刚性均很高的 ABS 树一脂 ;三是因其工艺的灵活可调，产品牌号多，应用范围广。 1.3 ABS 连续本体聚合法 ABS 的连续本体法是由日本的 TEC - MTC 公司于 80 年代中期率先实现工业化，是近年来发展较快的工艺。它与 HIPS 的连续
20、本体法很相似，主要区别在于反应多了丙烯腈 单体 3。 ABS 的连续本体聚合主要包括溶胶、预聚合、聚合、脱挥和造粒等过程 :将一定量吉林化工学院毕业论文（设计） 6 聚丁二烯橡胶溶于按比例配制的苯乙烯和丙烯睛单体在少量溶剂存在的情况 下被连续加 入 到 一 个全混流反应器实现相转变，再经过多级活塞流反应器继续反应，整个聚合过程亦都伴随着接枝反应，接着在物料达到约 75%的转化率后送到脱挥器将未反应的苯乙烯和丙烯睛单体和溶剂闪蒸出去并回收循环利用，熔融的物料再经过造粒成为 ABS 树脂成品。上述反应器的结构与 HIPS, SAN 本体聚合的反应器基本相同，因此 ABS 的连续本体生产线也可用于
21、HIPS, SAN 和 GPPS 的生产。 ABS 的连续本体法的优点在于一是工艺流程简单，只需要一套本体聚合装置 ;二是操作易、污染少和投资省 ;但由于本体工艺上的局限性， 无法生产橡胶含量在 20%以上的 ABS，其产品的抗冲强度受限制，另外在橡胶粒径控制上相对较大，亦无法达到乳液接枝本体 SAN 掺混法能达到的高光泽度，因此 ABS 的连续本体法目前产品范围较窄。 2 国内外树脂生产与市场分析及预测 4 2.1 生产情况分析预测 2.1.1 世界 2010 年全球 ABS 总产能约为 863 万 t/a，产量约为 750 万 t。 2010 年全球主要生产企业及产能统计见表 2. 表 2
22、 2010 年全球主要 ABS 生产企业及产能统计 生产厂家 国家和地区 生产能力（万 ） 奇美集团 台湾 100.0 镇江奇美化工 中国 70.0 BASF 比利时、德国、韩国 66.0 LG 化学公司 韩国 56.0 英力士（ INEOS） ABS 美国、西班牙等 55.0 宁波甬兴化学公司 中国 50.0 SABIC 创新塑料公司 美国、荷兰等 47.5 Cheil（三星第一毛织） 韩国 45.0 日本东丽公司 日本、马来西亚 42.0 陶氏化学公司 荷兰、美国 40.0 台塑化学和纤维公司 台湾 37.0 JSR 合成橡胶公司 日本 33.0 锦湖化学公司 韩国 25.0 上海高桥石化
23、公司 中国 20.0 台塑工业（宁波）有限公司 中国 30.0 吉林石化公司 中国 18.0 吉林化工学院毕业论文（设计） 7 新湖（常州）石化有限公司 中国 10.0 天津大沽 中国 20.0 辽宁华锦 中国 中国 20.0 IRPC 公司 泰国 14.0 其它 65.0 合计 863.5 近年来，由于家电和汽车工业的不断发展，对 ABS树脂的需求量将不断增加，因此，许多生产厂家都准备新建或扩建 ABS树脂生产装置。国外 ABS树脂 20112016年规划增加的产能见表 3。 表 3 国外 ABS树脂在（ 20112016年）规划增加的产能（万 t / a） 公司 地点 增加产能 备注 英力
24、士（ INEOS） 印度 2 2011 年完成 伊朗石化商业公司 伊朗 20 印度 SPL 印度马哈拉施特拉邦 10 IRPO 公司 泰国 Rayong 县 2 8 2011 年年初建成 2011 年开始建设 合计 42 2.1.2 中国 2010年，我国 ABS的产能达到 253万 t / a，实际产量约为 196万 t。 2010年我 国主要ABS生产企业及产能统计见表 4。 表 4 2010 年中国 ABS 主要生产企业及产能统计万 t / a 生产厂家 生产能力 产量 镇江奇美有限公司 70.0 60 宁波 LG 甬兴化工有限公司 50.0 50 台塑工业（宁波）有限公司 30.0 24 上海高桥石化 20.0 16.62 吉林石化公司 18.0 17.27 兰州石化公司 5.0 1.58 大庆石化公司 10.0 10.52 新湖（常州）石化有限公司 10.0 10.0 天津大沽 20.0 2.50 辽宁华锦 20.0 4.32 合计 253.0 196.81
