年产30万吨ABS树脂生产工艺设计

1. ABS树脂的简介

1.1 ABS树脂的组成

1.1.1 丙烯腈（AN）

• 丙烯腈（AN）使大分子中存在侧氰基，取代基极性较大，使得分子刚性较大、硬度较高、耐高温性好、耐化学腐蚀性好。
• AN部分主要提供ABS树脂的刚性和耐化学腐蚀性。

1.1.2 1,3-丁二烯（BD）

• 1,3-丁二烯（BD）部分使得大分子链中含有孤立双键，使分子的柔性增加，链段运动能力增强、并使得ABS树脂具有优秀的韧性以及耐低温性。
• BD部分主要提供ABS树脂的耐冲击性和柔韧性。

1.1.3 苯乙烯（St）

• 苯乙烯（St）使大分子含有苯环，有一定的空间位阻，刚性较大，亦可以提高反应的速率，提供良好的加工流动性、着色性以及电绝缘性能。
• St部分主要提供ABS树脂的光泽性、成型性和电绝缘性能。

1.2 ABS树脂的性能与应用

1.2.1 尺寸稳定性

• ABS树脂具有良好的尺寸稳定性，能够适应各种加工条件，不易变形。
• 因此，ABS树脂常用于需要精确尺寸的制品，如电子产品外壳。

1.2.2 耐冲击性

• ABS树脂具有突出的耐冲击性，即使在低温环境下也能保持良好的韧性。
• 因此，ABS树脂常用于需要承受冲击的制品，如汽车保险杠。

1.2.3 耐热性

• ABS树脂具有较好的耐热性，能够承受一定的高温环境。
• 因此，ABS树脂常用于高温环境下的制品，如电热水壶。

1.2.4 介电性能

• ABS树脂具有优良的介电性能，适用于电子产品的绝缘材料。
• 因此，ABS树脂常用于电子产品的绝缘层。

1.2.5 耐磨性

• ABS树脂具有较好的耐磨性，不易磨损，使用寿命长。
• 因此，ABS树脂常用于需要耐磨的制品，如手机壳。

1.2.6 表面光泽性

• ABS树脂表面光泽性好，易涂装和着色，外观美观。
• 因此，ABS树脂常用于需要外观装饰的制品，如玩具。

1.3 ABS树脂的市场需求

1.3.1 儿童玩具

• ABS树脂因其良好的尺寸稳定性、耐冲击性和表面光泽性，常用于儿童玩具的生产。
• 例如，乐高积木就是采用ABS树脂制造的。

1.3.2 家用电器

• ABS树脂因其耐热性和介电性能，常用于家用电器的生产。
• 例如，电热水壶的外壳就是采用ABS树脂制造的。

1.3.3 汽车零件

• ABS树脂因其耐冲击性和耐磨性，常用于汽车零件的生产。
• 例如，汽车保险杠就是采用ABS树脂制造的。

1.3.4 消费品

• ABS树脂因其良好的加工性能和外观装饰性，常用于消费品的生产。
• 例如，手机壳就是采用ABS树脂制造的。

1.3.5 3D打印

• ABS树脂因其良好的成型性和加工性能，常用于3D打印领域。
• 例如，3D打印模型就是采用ABS树脂制造的。

1.4 ABS树脂的生产现状

1.4.1 国内生产现状

• 我国自20世纪60年代开始进行对ABS树脂的开发与研制，经过几十年的发展，已经建立了众多的生产中心。
• 目前，我国ABS树脂的生产技术已经达到了国际先进水平，能够满足国内市场的需求。

1.4.2 国外生产现状

• 国外发达国家在ABS树脂生产方面具有较早的发展历史，技术成熟，产量大。
• 例如，美国、日本和韩国的ABS树脂生产技术处于世界领先地位。

1.4.3 国内外市场需求

• 随着经济的快速发展，ABS树脂的需求量逐年增加。
• 目前，ABS树脂已成为五大通用合成树脂之一，市场需求持续增长。

1.5 ABS树脂的聚合方法

1.5.1 连续本体法

• 连续本体法是依据本体聚苯乙烯的相关工艺改进形成的。
• 该方法包括溶胶、预聚合、聚合、脱挥和造粒等过程。
• 该方法具有生产效率高、产品质量稳定等优点。

1.5.2 乳液接枝-本体SAN掺混法

• 乳液接枝-本体SAN掺混法是在传统乳液接枝法的基础上演变而来的。
• 该方法首先将一部分丙烯腈单体和苯乙烯单体与聚丁二烯乳胶进行乳液接枝共聚合，同时另一部分的丙烯腈单体和苯乙烯单体共聚以形成丙烯腈-苯乙烯共聚物（SAN）。
• 最后，将这两种聚合物按照不同的比例混合，从而制得不同牌号的ABS树脂。
• 该方法具有生产技术成熟、产品牌号多、产品力学性能、外观着色性能、加工性能均良好等优点。

2. 工艺选择与概述

2.1 生产思路概述

2.1.1 生产任务

• 年产30万吨ABS树脂的生产任务，需要进行合理的生产安排和设备选择。
• 通过对生产过程的详细分析，建立完整的生产工艺流程。

2.1.2 生产方法选择

• 根据先进技术和国内外市场对产品需求情况，结合现有装置以及生产能力，选择乳液接枝-本体SAN掺混法进行ABS树脂生产。
• 该方法具有生产技术成熟、产品牌号多、产品力学性能、外观着色性能、加工性能均良好等优点。

2.1.3 生产设备选择

• 根据生产方法，选择合适的反应釜、混合罐、汽提塔等关键设备。
• 通过对设备的选型和计算，确保生产过程的顺利进行。

2.2 生产方法概述

2.2.1 聚合反应

• 首先将1,3-丁二烯和去离子水按比例加入反应釜R101中，然后加入由松香皂、过硫酸钾以及叔十二碳硫醇等组成的辅助物料混合物，进行聚合反应。
• 聚合反应完成后，将产物转移到真空汽提塔T101中进行汽提，去除未反应的单体和溶剂。

2.2.2 接枝聚合

• 将苯乙烯和丙烯腈单体加入反应釜R102中，进行接枝聚合反应。
• 接枝聚合反应完成后，将产物转移到凝聚罐V104中，进行凝聚，得到ABS浆液。

2.2.3 本体聚合

• 将苯乙烯、丙烯腈、过氧化氢异丙苯以及甲苯溶剂按照配比加入到反应釜R103中，进行本体聚合反应。
• 本体聚合反应完成后，将产物转移到闪蒸罐V105中，进行闪蒸，脱去未反应的单体和溶剂。

2.2.4 混炼和切粒

• 将SAN颗粒与ABS湿粉料和必要的助剂经计量后加入挤出机中前段，在挤出机中充分混合熔融，经过模头挤出，水下切粒、干燥等后处理，得到最终产品。

2.3 生产流程图

2.3.1 流程图绘制

• 根据生产方法，绘制出生产流程图，以便于理解和指导生产过程。
• 流程图包括原料投料、聚合反应、接枝聚合、本体聚合、混炼和切粒等环节。

2.3.2 关键设备图

• 根据生产方法，绘制出关键设备图，以便于理解和指导设备选型和安装。
• 关键设备包括反应釜、混合罐、汽提塔、凝聚罐、闪蒸罐、挤出机等。

3. 工艺计算

3.1 物料衡算

3.1.1 BD投料数量

• 丁二烯聚合后与苯乙烯和丙烯腈反应聚合，之后在与苯乙烯和丙烯腈本体聚合后的产物进行混炼。
• 丁二烯的投料量应根据聚合反应和本体聚合反应的比例来确定。

3.1.2 V101（辅助物料混合罐）物料衡算

• 对V101进行物料衡算，由物料守恒定律得：M7+M17+M18=M2
• 即松香皂、过硫酸钾和叔十二碳硫醇的投料量应根据聚合反应的需求来确定。

3.1.3 R101（聚合反应釜）物料衡算

• 对R101进行物料衡算，由物料守恒定律得：M1+M3+M7=M4
• 即1,3-丁二烯、去离子水和辅助物料的投料量应根据聚合反应的需求来确定。

3.1.4 T101（汽提塔）物料衡算

• 对T101进行物料衡算，由物料守恒定律得：M4=M5
• 即聚合反应釜中的产物在汽提塔中的汽提效果应根据汽提塔的设计来确定。

3.1.5 V102（单体混合罐）物料衡算

• 对V102进行物料衡算，由物料守恒定律得：M6=M10+M11
• 即苯乙烯和丙烯腈单体的投料量应根据接枝聚合反应的需求来确定。

3.1.6 V103（助剂混合罐）物料衡算

• 对V103进行物料衡算，由物料守恒定律得：M8=M12
• 即松香皂和过氧化氢异丙苯的投料量应根据接枝聚合反应的需求来确定。

3.1.7 R102（接枝聚合反应釜）物料衡算

• 对R102进行物料衡算，由物料守恒定律得：M4+M6=M9
• 即聚合反应釜中的产物和单体混合物的投料量应根据接枝聚合反应的需求来确定。

3.1.8 R103（本体聚合反应釜）物料衡算

• 对R103进行物料衡算，由物料守恒定律得：M10+M11+M12=M15
• 即苯乙烯、丙烯腈、过氧化氢异丙苯和甲苯溶剂的投料量应根据本体聚合反应的需求来确定。

3.1.9 V105（闪蒸罐）物料衡算

• 对V105进行物料衡算，由物料守恒定律得：M15=M19