促進劑CBS裝置工藝設計

陳珩炅

（中石化南京工程有限公司，江蘇 南京 211100）

0 引言

硫化促進劑CBS的化學名為N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺，分子式C13H16N2S2，是一種應用廣泛的橡膠硫化促進劑,主要用于制造輪胎、膠鞋、膠管、膠帶、電纜等工業(yè)制品。

生產(chǎn)CBS通常采用促進劑M(2-硫醇基苯駢噻唑)與環(huán)己胺反應，氧化劑用次氯酸鈉、雙氧水或氧氣。生產(chǎn)方法有四種：次氯酸鈉氧化法、雙氧水氧化法、無氧化劑合成法和氧氣氧化法。雙氧水法生產(chǎn)成本高，氧氣法的安全性無法保證，無氧化劑合成法輔料消耗多，工藝過程復雜，廢氣廢液難處理。而次氯酸鈉氧化法有工藝簡單、成熟，操作穩(wěn)定、對設備要求低、轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點。目前國內(nèi)一般采用次氯酸鈉氧化工藝。綜合考慮，在南化公司－南京化工廠資源優(yōu)化重組項目中，以粗M為原料，采用次氯酸鈉法工藝，異地新建一套CBS生產(chǎn)裝置，設計能力由2.5 kt/a提高到5.0 kt/a，其中粉狀干燥一條線，設計能力2.0 kt/a，粒狀干燥兩條線，設計能力各2.0 kt/a。

1 反應原理及原生產(chǎn)工藝

1.1 反應合成原理

30℃條件下，粗M與過量環(huán)已胺成鹽形成環(huán)己胺絡合鹽MBT，在攪拌下均勻滴加次氯酸鈉得到CBS?；瘜W反應式：

1.2 原促進劑CBS生產(chǎn)工藝

原CBS生產(chǎn)裝置采用間歇法生產(chǎn)，由氧化、打漿吸濾、潮品吸濾、蒸餾回收、粉狀干燥、粒狀干燥等步驟組成。其生產(chǎn)工藝見圖1。

粗M和環(huán)己胺反應生成環(huán)己胺絡合鹽MBT，在氧化釜中與NaClO30℃反應，生成粗品CBS。CBS經(jīng)打漿吸濾器固液分離，經(jīng)10%環(huán)己胺打漿洗滌，除有機雜質(zhì)，經(jīng)工藝水三次洗滌，除無機鹽。濾液進入母液罐。CBS送至潮品吸濾器,進行真空吸濾分離。潮品CBS去干燥。母液經(jīng)蒸餾釜分餾、冷凝、冷卻回收環(huán)己胺，送罐貯存。蒸餾廢液做廢水排放。

潮品CBS，人工挖出，小車運至粉狀干燥系統(tǒng)。干燥系統(tǒng)有兩段空氣預熱器，熱空氣由干燥管底部進入，形成向上的干燥氣流。在高速熱氣流的沖擊和帶動下，干燥物料。干燥尾氣經(jīng)布袋除塵器去煙囪排空。物料在系統(tǒng)中經(jīng)一段干燥管、二段干燥器干燥，旋風收塵器收集，卸料閥放料，經(jīng)旋振篩對CBS進行篩分，人工包裝送至成品庫。

潮品CBS挖至入捏合機，加水和添加劑捏合，捏合后放料至小車，送至擠壓造粒機造粒成型，進入流化干燥床，干燥后的物料經(jīng)振動篩分離、包裝。尾氣經(jīng)布袋除塵器去煙囪排空。

2 新建促進劑CBS生產(chǎn)工藝

異地新建的促進劑CBS生產(chǎn)能力為5.0 kt/a。通過設計改進，將原有2.5 kt/a促進劑CBS擴大為5.0 kt/a,其生產(chǎn)工藝見圖2。

2.1 放大氧化釜

原裝置有6臺氧化釜同時生產(chǎn)，周期為8 h/ (臺·批)，生產(chǎn)能力417 t/(a·臺)。由于CBS的氧化反應周期在工藝上還難以進一步縮短，若將裝置的生產(chǎn)能力擴大到5.0 kt/a，最簡單、有效的辦法是增加氧化反應器的換熱面積和罐容。原氧化釜4 m3，夾套換熱面積9 m2；三層槳葉攪拌，攪拌效果不理想，電機功率7.5 kW；僅一個次氯酸鈉進口，滴加分布不均勻，導致局部過氧化。

圖2 新建CBS生產(chǎn)工藝

經(jīng)計算，新設計維持6臺氧化釜；容積增至18m3；夾套換熱面積20 m2；為保證反應溫度穩(wěn)定，增加內(nèi)管進出水口各4個，可換熱面積10 m2；攪拌槳采用兩層折葉開啟渦輪，一層彎葉開啟渦輪形式，攪拌接觸面積增大，效果更好，電機功率需18.5 kW；次氯酸鈉采用多點滴加，管口對稱布置，滴加分布更均勻；同時采用真空抽取上層油相進行油水分離，分開洗滌，減少洗滌強度。核算結果表明，增大氧化釜后，可有效提高產(chǎn)量。

2.2 采用廂式壓濾機

原打漿、潮品吸濾器為半敞開式，母液中未反應的環(huán)己胺大量揮發(fā)，嚴重污染生產(chǎn)環(huán)境。為確保洗滌效果，洗滌水用量大，致母液產(chǎn)生量過大，加大了蒸餾系統(tǒng)的處理負荷。擴能后原一臺蒸餾塔能力遠遠不夠，要增加到4臺才能滿足生產(chǎn)，且是間歇操作，勞動強度過大，油水混合，清理油渣時費時費力，用水量和廢水量也很大。

“大人比小孩有更多本領，如果一個大人要幫忙，一定會找其他大人，而不是小孩。如果你遇到這樣的情況，一定要拒絕，并且第一時間告訴媽媽。”

改進后，采用廂式壓濾機取代打漿、潮品吸濾器，避免環(huán)己胺的揮發(fā)損耗，且強制過濾分離效果更好。經(jīng)計算需3臺，每臺過濾面積280 m2。選用蒸餾塔2臺，分別蒸餾水相母液和油相母液中的環(huán)己胺，水相采取連續(xù)蒸餾，油相間歇蒸餾，用廢罐清理油相釜底廢油。改造后顯著改善操作環(huán)境，油水分開處理，水相蒸餾可提高生產(chǎn)連續(xù)性，降低勞動強度，減少用水和廢水排放，并提高環(huán)己胺的質(zhì)量。

2.3 改進干燥系統(tǒng)

粒狀干燥原流化床尺寸為7.5 m×1.2 m，床體過寬，致激振力分布不均，且易造成熱空氣短路，熱效率低，局部積料，受熱不均，局部物料焦化或水分無法移出，達不到流化效果。原尾氣收塵系統(tǒng)較簡陋，粉塵擴散嚴重。故改進粒狀干燥系統(tǒng)及尾氣收塵。

2.3.1 干燥系統(tǒng)組成及流程

粒狀干燥工段由擠壓造粒機、振動流化床干燥機、給熱風機、給冷風機、引風機、預熱器、旋風除塵器、造粒布袋除塵器、自動包裝機、組式旋風除塵器、系統(tǒng)袋式除塵器和尾氣煙囪等組成。粒狀干燥流程見圖3。

圖3 粒狀干燥流程

2.3.2 設備選型

（1）流化床選型

尺寸：經(jīng)計算需6 m2左右的干燥面積，因流化床不宜過寬，選用TGZZ7.5×90L振動流化床干燥機一臺，尺寸7.5 m×0.9 m。

篩板：流化床篩板的床面開孔率、孔徑、孔形，直接影響干燥效果。結合CBS特性，在干燥段采用4%開孔率開2.5 mm的孔。經(jīng)改進，在整個干燥過程中達到了最佳沸騰干燥效果。

分室操作：在干燥過程中，物料含水率、粒重、床層厚度沿床面方向逐漸減少，篩板開孔率及所需風量、風壓也是相應變化的。采用分室操作可調(diào)整各分室的風量、分壓。設備分三個腔，前段為干燥室，長7.5 m，為預干燥和干燥段，配1～3#鼓風機；后段為冷卻室，長1.5 m，配4#鼓風機。

（2）風機

經(jīng)計算，干燥段，風量Q風＝10 500 m3/h；冷卻段，風量Q風＝2 105 m3/h。

選用風機計算參數(shù)見表1。

表1 選用風機計算參數(shù)

（3）除塵器

原除塵器效率不高，除塵后廢氣中含料粉量較大，操作環(huán)境差，當廢氣經(jīng)過風機時，料粉會沾粘在風機的轉(zhuǎn)子上，造成轉(zhuǎn)子動平衡破壞，產(chǎn)生強烈振動，燒壞電機，地基也受到破壞。改進的干燥系統(tǒng)采用組式旋風除塵器，具有除塵效率高、結構簡單、效果好等特點。為提高產(chǎn)品回收率，同時尾氣能達標排放，在旋風除塵器后增加一個布袋除塵器。旋風除塵器中不合格粒料收集到破碎機繼續(xù)破碎，合格料送至成品包裝處，除塵尾氣與包裝附近尾氣進袋式除塵器進一步收塵，改善生產(chǎn)環(huán)境。

（4）改進后，在干燥工段，大量使用皮帶機和螺旋輸送機輸送CBS物料，大大提高自動化程度，節(jié)約勞動力。

3 結論

（1）放大氧化釜，可使裝置的生產(chǎn)能力由2.5 kt/a提高到5.0 kt/a，改進氧化釜結構，可使反應更充分，采用真空抽取進行油水分離，減少洗滌強度。

（2）用廂式壓濾機取代打漿吸濾器和潮品吸濾器，強制過濾分離效果更好，且避免環(huán)己胺的揮發(fā)損耗，改善生產(chǎn)環(huán)境；一臺蒸餾回收塔改為水相和油相分開蒸餾，顯著改善操作環(huán)境，提高生產(chǎn)的連續(xù)性，降低勞動強度，減少用水量和廢水排放，并提高環(huán)己胺的質(zhì)量。

（3）改進流化床系統(tǒng)干燥裝置，提高流化效果，減少粉塵擴散，提高生產(chǎn)自動化程度。

[1]武振宇,王翠珍,張躍.硫化促進劑CBS合成新工藝[J].河北化工,1997，(4):13-15.

[2]劉秀蘭,賴燕平,何春,等.雙氧水氧化法合成橡膠硫化促進劑CBS的中試研究 [J].精細化工,2007，(10):24-10.