摘 要

关于ABS树脂的应用和ABS工艺的选择与设计，都有了基本的说明。对于工艺、主要设备类型进行了选择，计算。对部分设备进行热平衡，为设备工艺提供依据。主要设备的计算工艺设计，包括工艺参数的选择、原材料消耗的计算、功率计算、工艺设备尺寸的计算和结构设计；典型辅助设备的选择计算，包括工艺尺寸计算和典型辅助设备类型的选择和单线图表格绘制工艺流程图的规范，确定主要设备、辅助设备和测量设备。车间的各部分包括三废处理，安全操作等等的设计。具体的车间设计与图纸等。

关键词：ABS树脂；生产方法；工艺流程；设备工艺计算

Abstract

With regard to the application of ABS resin and the selection and design of ABS technology, there are basic instructions. For the process, major equipment types were selected and calculated. For the process, major equipment types were selected and calculated. Heat balance of some equipment to provide basis for the equipment process. Calculation of major equipment design process, including selection of process parameters, calculation of raw material consumption, power calculation, calculation of process equipment size and structural design; selection calculation of typical auxiliary equipment, including calculation of process dimensions and selection of typical auxiliary equipment types and single line The chart forms the specification of the process flow chart and identifies the main equipment, auxiliary equipment and measuring equipment. The various parts of the shop include the design of waste disposal, safe operation and so on. Specific workshop design and drawings.

Keyword：ABS resin; production method; process flow; equipment process calculation

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 ABS树脂基本结构 1

1.2 ABS树脂基本性能特征 1

1.3 ABS树脂的应用及制备 2

1.3.1 应用 2

1.3.1制备 2

1.3.2 乳液接枝-本体SAN掺混生产技术 3

1.3.3连续本体聚合法 3

1.4 ABS树脂的发展趋势 3

1.5车间厂房设计 3

1.5.1车间布置要考虑的问题 4

1.5.2厂房形式的选择 4

1.5.3厂房的轮廓 4

1.6车间各部分组成 5

1.6.1工艺生产部门 5

1.6.2 辅助生产部门及生活行政部门 5

1.6.3车间设备布置 5

1.7生产与车间安全 5

1.7.1储存与运输安全 6

1.8三废处理 6

第2章 生产方法与工艺流程 7

2.1 生产方法 7

2.2 聚合工艺条件 7

2.2.1单体的选择 7

2.2.2引发剂的选择 11

2.2.3 乳化剂选用 11

2.2.4溶剂的选择 13

2.2.5 终止剂选择 14

2.2.6分子量调节剂的选择 14

2.2.7抗氧剂的选择 14

2.2.8 ABS乳液聚合流程简图 14

2.3 工艺流程 14

2.3.1丁二烯胶乳合成 15

2.3.2 SAN胶乳的制备 15

2.3.3 乳液接枝聚合 16

2.3.4其他流程 17

2.4 主要设备控制方案 17

2.4.1 反应器的温度控制 17

2.4.2 反应器的压力控制 17

2.4.3泵的控制 17

第3章 物料衡算 18

3.1物料流程图 18

3.2物料反应方程式 19

3.3收集数据 19

3.4技术指标 19

3.5 计算丁二烯投料数量 19

3.6 顺流程逐个计算 19

3.6.1.乳液接枝聚合部分 19

3.6.2.乳液聚合部分 20

3.6.3.聚丁二烯胶乳部分 21

3.6.4.接枝部分 22

3.6.5.洗涤过滤部分 23

3.6.6.干燥部分 24

3.6.7.包装部分 24

第4章 设备工艺计算 25

4.1釜体的设计 25

4.1.1反应器体积的计算（间歇操作） 25

4.1.2釜体外形尺寸的设计 26

4.1.3筒体壁厚 26

4.1.4封头厚度 26

4.1.5筒体长度设计 27

4.1.6釜体长径比H/Di的复核 27

4.1.7夹套直径及高度的确定 27

4.1.8夹套筒体厚度的确定 28

4.2釜体的水压试验 28

4.2.1水压试验压力的确定 28

4.2.2液压试验的强度校核 29

4.2.3水压试验的操作过程 29

4.3夹套的液压试验 29

4.3.1液压试验压力的确定 29

4.3.2液压试验的强度校核 29

4.3.3液压试验的操作过程 29

4.4选择釜体法兰与支座选型 30

4.4.1法兰选择 30

4.4.2 支座的选型 30

4.5搅拌轴、器及传动装置的设计 30

4.5.1选择搅拌桨叶型式，确定搅拌桨叶尺寸 31

4.5.2设计搅拌附叶 31

4.5.3确定搅拌转数 31

4.5.4搅拌轴直径计算 31

4.5.5选择搅拌传动装置和密封装置 32

4.5.3 轴密封形式 32

4.6各物料进出管口直径确定 33

4.6.1釜底、釜顶进出料管直径确定 33

4.6.2圆形人孔选型 33

第5章 热量衡算 34

5.1操作参数与流程时间表 34

5.2升温阶段热量衡算 34

5.3聚合阶段热量衡算 35

5.4冷却阶段热量衡算 35

5.5蒸汽以及冷却液用量 35

5.5传热面积计算与校核 36

5.5.1计算物料粘度 36

5.5.2 计算给热系数α_j以及总传热系数 36

5.6传热面积校核 36

第6章 其他选型 37

6.1流体输送机械的选型设计 37

6.1.1 操作条件 37

6.1.2选泵 37

6.2调节釜的设计 37

6.3配料罐的设计 37

6.3.1计算参数 37

6.3.2 罐的选型 38

6.3.3 罐的几何尺寸的确定 38

6.4单体预乳化罐的选型 38

6.4.1参数的确定 38

6.4.2计算 39

6.4.4 选用标准设备 39

6.5过滤器的设计 39

6.6干燥机的选型 39

附录1 重要符号表 39

附录2 设备一览表 41

参考文献 43

致谢 44

第1章 绪论

1.1 ABS树脂基本结构

ABS树脂有很多不同的结构组成，例如有以弹性树脂结构体作为共聚物主链的接枝共聚物，有以刚性树脂为共聚物主链的接枝共聚物，还有以橡胶弹性体和刚性树脂共存的混合物。树脂拥有则不同的结构则含有不同的性质。弹性树脂结构体会具有橡胶的韧性和刚性。作为树脂可以得到高冲击型、中等冲击型、一般冲击型和特殊冲击型等多种类型的性质^[1]。尤其是随着橡胶结构组分含量的上升，树脂的抗冲击性和弹性性能都会提高，但是与此同时，他的拉伸强度、流动性以及耐候性会下降。刚性树脂组分的含量(通常为70-95g)会影响树脂的表面光泽、机械强度、耐候性、耐热性、耐蚀性、电性能、加工性能，同理它的冲击强度会呈现负反馈的影响。^[2]

1.2 ABS树脂基本性能特征

ABS树脂在广泛的温度范围下都拥有良好的抗冲击强度。而且它的机械强度、硬度、耐磨性、耐寒性、耐腐蚀性、耐油性、化学稳定性及电气性能都能够经得期考验。绝大部分无机盐、酸、碱类都对ABS几乎无影响。在酮、酯、醛、氯代烃等类型化合物中ABS会溶解或形成乳浊液，但是它不溶于大多数醇类及烃类溶剂，不过与烃类长期接触会存在老化现象。ABS塑料的表面受植物油、冰醋酸等化学品的侵蚀会引起开裂。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，经过调色之后可配成其他颜色、但是是耐热不好，正常工作温度是68℃左右，热变性温度约为93℃。在紫外线下ABS易发脆变硬^[3]。

塑料ABS树脂作为应用最广泛的聚合物之一，有机地结合了abs的特性，这是非常困难的。刚性相平衡的良好力学性能为丙烯腈。丙烯腈的多少影响了ABS树脂化学稳定性和耐油性。丁二烯使其具有良好的介电性能和加工性能，提高了其韧性，耐冲击和抗寒性^[4]。而丁二烯使其具有良好的介电性能、加工性能、冲击性和抗寒性。

1.3 ABS树脂的应用及制备

1.3.1 应用

电器、汽车、家电是目前ABS树脂的三大应用领域。然而，ABS树脂产品的消费结构在不同的地区和国家有很大差异，尤其在发达地区与发展中地区。在汽车领域，美国和西欧等发达地区的ABS树脂产品消费占比较高，共约占22-24%。日本约15%。而在汽车领域，其占比为东部只占5%，日本占27%，西欧占23%，美国占21%。^[4]东部地区在电子和电器领域的ABS比例高达50%。日本的ABS杂项产品比例高达28%，美国建筑材料中的比例为13%到16%，而日本与西欧的比例约为23%-26%。相反在美国，这杂项产品比例只有10%左右。

ABS树脂是仅次于聚氨酯和聚丙烯的第三大汽车用树脂。ABS树脂可用于汽车内外壳体、方向盘、导油管、手柄、纽扣等^[5]。汽车的外部零件包括前散热器、灯罩和护罩。另外，且ABS树脂具有良好的耐热性等优点，近年来工艺进步使得在喷管、储存盒、美国汽车的ABS树脂平均用量也越来越多，达到了10公斤以上的用量，卡车和其他型号的ABS树脂平均用量为18至23公斤^[6] 。

大多数汽车零部件采用的方法是注塑加工，PP与ABS树脂相比具有抗冲击、隔音、耐划痕、耐热、美观等优点。尤其是对横向耐冲击性和温度要求较高的零件，PP的应用会有所局限，而ABS由于表面光滑、抗冲击性能好、耐高温、加工性能好等优点，使得与其它树脂相比中更胜一筹。ABS树脂在家电领域，如冰箱、洗衣机、食品加工机械、干衣机、缝纫机罩、空调、加湿器等领域。 电子设备包括范围广泛的办公和消费电子设备，包括电子数据处理设备、办公设备、视频设备、音频设备和磁介质存储在内的消费电器。在美国和西欧等地区，办公用具市场远大于消费电器市场，前者约占70%。近年来，ABS树脂也将受到其他树脂在电气和电子市场上的影响^[7]。ABS树脂将保持其在电子市场的地位。这就要求ABS树脂具有更好的阻燃性和高耐热性。

1.3.1制备

ABS树脂生产单元的生产规模逐渐扩大，各种性能和特种材料的开发也逐渐成熟。目前ABS树脂的工业生产技术有乳液接枝聚合、乳液接枝共混和连续本体聚合、乳液接枝SAN共混等^[8] 。还有乳液接枝悬浮SAN共混，乳液接枝本体SAN共混等等一系列方法。随着树脂生产单元的生产规模逐渐扩大，各种性能和特种材料的开发也日趋成熟。目前，ABS树脂的主要工业生产技术是乳液接枝聚合，乳液接枝共混和连续本体聚合方法。

1.3.2 乳液接枝-本体SAN掺混生产技术

本设计采用了乳液接枝-本体SAN掺混的生产技术方法。由于批量SAN生产成本低，乳液接枝-本体SAN共混工艺成本低，提高橡胶相含量(乳液聚丁二烯骨架或乳液苯乙烯乳液干)是ABS粉末的主要研究方向。当减少了聚丁二烯胶乳的含量和接枝苯乙烯的时间，从而缩短了聚丁二烯乳液和PB乳液接枝苯乙烯的聚合时间。丙烯腈聚合时间可以严格控制乳液的粒径和分布，改善ABS树脂的冲击性能，改善乳液的光泽^[9] 。

1.3.3连续本体聚合法

连续本体聚合法合成ABS树脂的工艺是：首先，使得乳胶溶解与苯乙烯、丙烯腈和少量溶剂之后，加热加入引发剂，而在此，苯乙烯和丙烯腈的共聚物为连续相，橡胶颗粒作为分散相，之后使反应物去挥发，得到ABS产品。连续本体ABS聚合生产工艺较为复杂。橡胶材料必须溶解在混合单体中，并且必须有一个预聚合过程。通过控制接枝率和粒径，可以降低工业废水的排放。具有产品纯度高、投资不大、生产成本低等优点，具有显著的发展潜力^[10]。

1.4 ABS树脂的发展趋势

这些年，随着人们对于电子产品、汽车、家电和轻工产品的要求提高，对于ABS产品的性能也提出了新的要求。国外生产科研机构为了适应市场发展的需要，提高产品的附加值，设计和制备了各种具有高性能、不同功能ABS专用树脂。目前，世界上的高性能ABS树脂主要是耐冲击(超高)。随着科技的不断发展和ABS树脂性能要求的不断提高，不止它的其他性能要求提高，ABS树脂的生产工艺和流程也将进一步改进、完善和提高。为了降低生产产品的成本，提高经济和社会效益，开发了节能、节能、无污染的节能降耗技术，将是未来发展的主流。

1.5车间厂房设计

车间厂房设计的主要内容是设计整个生产车间的厂房结构，并把各种生产设施、生产辅助设施、生产控制设施、生活设施等进行全面的布局。车间设备布置主要内容是确定各生产设备在车间厂房中的空间位置^[11]。车间厂房与车间设备布置时应该达到互相制约、密不可分的要求。本设计为小型化工厂车间的设计.生产规模小，所以各种生产和生活设施均集中在一个厂区内。随着化工装置的大型化，车间布置的趋势向着露天化，流程化，集中化，定型化等的特点发展，不过，车间布置的最终要求的一点就是安全生产。为达到这一最终目标，我们应遵循以下几项原则:

1.满足生产工艺要求；

2.满足设备安装与检修对布置的要求；

3.符合建筑设计要求；

4.符合建筑设计要求。

其中包括：1.建筑设计防水规范  TJ16-74。2.炼油化工企业省级防火规范  YHS01-783。3.工业企业省级卫生标准TJ36-79 。4.工业企业噪声卫生标准。

1.5.1车间布置要考虑的问题

1.满足于工艺生产高度而且包括设备维修最高的要求。

2.能够充分利用城建的建筑面积。

3.为车间的技术经济指标先进合理以及节能等要求创造条件。

4.了解其他专业对于车间布置的要求。

5.车间中所采取的生产安全保护措施、防腐蚀措施是否符合要求。

6.建厂地区的气象、地质、水质等条件对于厂区生产影响。

7.人流货流工作中不要交替。

1.5.2厂房形式的选择

根据本设计的生产工艺要求、投资能力、用地条件等各种因素，选择集中多层室内厂房和露天厂房两种厂房设计。

1.5.3厂房的轮廓

厂房轮廓应以简洁为要求，这会使设备布置灵活方便，同时有利于厂房的建造。厂房的轮廓一般有四种: 矩形厂房，L形厂房，T形厂房，I形厂房，他们都有各自的特点。而本设计采用的是矩形厂房设计，因为矩形便于设备和通道的布置和生产管理，它的占地面积比较小，管道狭短采光通风好，设备区的布局经济，方便。而且还有两个优点:当建筑物向其他方向延伸时不会影响生产区的生产，生活区的建筑结构可以与生产区分开考虑，不同的层高并不会影响设备与管道的布置。

1.6车间各部分组成

1.6.1工艺生产部门

工艺生产部门是整个车间的核心部分，是首先要安排并要安排在车间厂房相对中心位置处的，兼顾到操作方便的原则，将与其密切相关的部门安排在适当位置处，包括有预处理区，储罐区等。

1.6.2 辅助生产部门及生活行政部门

本设计方案共包含三层，有电变压器室，空调室，实验室，分析室，终产品室，样品贮藏室以及一系列废气废液处理区。

1.6.3车间设备布置

车间设备布置的主要内容包含确定在车间之中各工艺设备平面布置和立面位置以及它们的空间方位，确定车间内行走道路及物流通道的位置，各种管道布线的位置和走向。一个优秀的设备布置方案应做到符合安全生产的要求，经济合理，操作维修方便，设备排列整齐美观^[12]。

1.7生产与车间安全

鉴于ABS树脂生产的不安全性，车间应该具有长期检查的系统，例如火灾自动报警系统（烟敏、温敏）、手动火灾报警系统、有毒及易燃气体自动检测系统、自动泡沫系统、水汽遥控系统、ABS树脂粉尘防爆灭火系统、防爆系统、事故柜和抢救急救器材。

同时，聚合及接枝工序所使用的引发剂、抗氧剂、凝聚剂等助剂，其中过氧化氢异丙苯、偶氮二异丁腈、等危险化学品的安全储存和使用，应尤为重视。ABS树脂出料机的工频加热器是大功率的电加热装置，定期对其负荷、绝缘、线圈温度等进行检查，发现异常应及时停车，由专业人员进行处理，以防发生触电事故或烧毁设备。检查各岗位是否有正确地使用通风和空调设备，阻止发生气体泄漏扩散事件形成空间爆炸危险。按丁二烯系统过氧化物定期清理的规定，对聚丁二烯和回收丁二烯贮罐的按时清理进行检查。当发现有未按规定清理的现象，应立刻停车清理。注意记录丁二烯过氧化物清洗过程中的积累情况，若发现积累量过多时，要缩短下一周期清理间隔，同时要查原因，以采取改善措施。

想要清理容器内的丁二烯氧化物正确方法是：先用化学药物来处理，当其只剩少量残渣时，方可允许在安全措施落实之后，再进行人工清理。在容器内不能使用铁器铲除丁二烯过氧化物的残渣。将可拆卸的零部件、管道运出生产车间处理，不能在装置中进行处理。

1.7.1储存与运输安全

ABS成品可以用聚乙烯胶包装或者聚乙烯衬里的包装来进行贮存和运输。对于公路、铁路或水路运输，必须贴有安全数据牌。由于产品表面会吸水，因此在加工前必须进行干燥（70℃,2h）。作添加剂（如对PVC）使用的ABS粉末，由于易氧化且比表面积大，所以必须用防爆体系贮存、运输，还要采取措施防止静电积累。ABS粉料用聚乙烯袋来贮存、运输。若有形成粉尘的危险，操作时须戴防尘面罩。

1.8三废处理

正常工作时，丁二烯贮罐连续排出丁二烯挥发物；造粒单元挤出机排放大部分是空气，微量丙烯腈、甲苯等有害物质；SAN单元废气冷凝器大量排放氮气，其中含有少量丙烯腈、甲苯等有害物质；烟囱排放废气含量中大概有71%氮气、13%水汽、12%的二氧化碳，亦包含有二氧化硫，氮氧化合物等有害物质。