年產(chǎn)噸聚丙烯酸鈉的工藝設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目： 年產(chǎn)6000噸聚丙烯酸鈉工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 化學(xué)與材料工程學(xué)院 專 業(yè)： 高分子材料科學(xué)與工程 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 張艷花 完成時(shí)間： 2013-5-30 設(shè)計(jì)說明本次設(shè)計(jì)是利用單體丙烯酸鈉在一定條件下，采用反相懸浮聚合原理合成聚丙烯酸鈉。本設(shè)計(jì)的任務(wù)是年產(chǎn)6000噸聚丙烯酸鈉懸浮聚合間歇操作工藝的設(shè)計(jì)。其中主要簡(jiǎn)述了以丙烯酸和氫氧化鈉聚合性單體為主要成分，在疏水性溶劑正庚烷中經(jīng)反相懸浮聚合，制備高吸水性聚丙烯酸鈉。還介紹了聚丙烯酸鈉的性質(zhì)、特性、用途和使用舉例以及懸浮聚合的機(jī)理、體系和生產(chǎn)工藝，間歇操作的特點(diǎn)及主要原料。設(shè)計(jì)主要成果如下：1 每天的理論產(chǎn)

2、值是18181kg。實(shí)際產(chǎn)量為18552kg。實(shí)際年產(chǎn)量為6122t。直徑為2500mm配堿釜，直徑為1600mm的中和釜，直徑為2500mm的聚合釜。體積為12的分散介質(zhì)調(diào)配罐，分散介質(zhì)儲(chǔ)罐體積為24。材料為不銹鋼。2 主要設(shè)備：推進(jìn)式攪拌器，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭；支承式支座，釜體夾套。12的分散介質(zhì)調(diào)配罐，24的分散介質(zhì)儲(chǔ)罐。沉降式離心機(jī)，規(guī)格為L(zhǎng)W350×1050。配堿釜，中和釜，聚合釜，去離子水儲(chǔ)罐。3 圖紙：1）工藝流程圖、2）物料流程圖、3）聚合釜的裝配圖。關(guān)鍵詞：聚丙烯酸鈉 物料衡算 熱量衡算 生產(chǎn)工藝 主要設(shè)備圖 工藝流程圖 Design NotesThis design

3、is the use of sodium acrylate monomer under certain conditions, synthesized by inverse suspension polymerization principle sodium polyacrylate. The design of the mission is to produce 6000 tons of high absorbent resin suspension polymerization process design intermittent operation. Mainly acrylic ac

4、id and sodium hydroxide outlined polymerizable monomer as a main component, in a hydrophobic solvent of n-heptane by reversed-phase suspension polymerization, sodium polyacrylate superabsorbent prepared. It also describes the nature of the sodium polyacrylate, characteristics, uses and examples as w

5、ell as suspension polymerization mechanisms, systems and production processes, intermittent operation characteristics and main raw material.Design of the main results are as follows：1) Daily theoretical value is 18181kg. Actual production 18552kg. Actual annual output of 61220t.2) With a base diamet

6、er of 2500mm autoclave, the diameter of 1600mm and a kettle, a diameter of 2500mm polymerization vessel. Volume of the dispersion medium to mix the pot 12, a volume of 24. Made of stainless steel.3) Main equipment: push-stirrer, standard elliptical head; bearing type bearings, kettle body jacket. De

7、ployment dispersion medium tank 12, a dispersion medium tank 24. Decanters, specifications for the LW350 × 1050. Autoclave equipped with a base, neutralization reactor, the polymerization reactor, deionized water tank.4) Drawings: 1) Process Flow Diagram, 2) material flow, 3) polymerization rea

8、ctor assembly drawing.Keywords: Sodium polyacrylate material balance heat balance production process flow chart diagram of major equipment目 錄設(shè)計(jì)說明II1 概述11.1 高分子量聚丙烯酸鈉研究現(xiàn)狀11.2 高分子量聚丙烯酸鈉的性質(zhì)和應(yīng)用21.2.1 聚丙烯酸鈉的性質(zhì)21.2.2 聚丙烯酸鈉的應(yīng)用21.3 高分子量聚丙烯酸鈉的需求、生產(chǎn)和應(yīng)用前景31.4 項(xiàng)目的設(shè)計(jì)依據(jù)41.5 建廠規(guī)模及產(chǎn)品規(guī)格51.5.1 建廠規(guī)模51.5.2 產(chǎn)品規(guī)格52 聚丙烯酸鈉

9、的生產(chǎn)工藝62.1 聚丙烯酸鈉聚合的實(shí)施方法62.2 反向懸浮聚合工藝條件及其影響因素147分散劑及其助分散劑的選擇及其濃度對(duì)分子量的影響7 引發(fā)體系的選擇及其濃度對(duì)分子量的影響82.2.3 單體濃度對(duì)分子量的影響8 鏈轉(zhuǎn)移劑對(duì)分子量的影響92.2.5 攪拌轉(zhuǎn)速的影響92.3 后處理工序的選擇10 分離方法的選擇10 干燥方法的選擇102.4 聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)工藝流程102.5 生產(chǎn)過程主要操作及控制113.1 物料衡算與熱量衡算123.1.1 物料衡算123.1.2熱量衡算153.2 主要設(shè)備工藝尺寸的計(jì)算及選型183.2.1各釜體高度與內(nèi)徑尺寸確定183.2.2 各釜體夾套尺寸的確定213

10、.2.3 分離設(shè)備233.2.4 干燥設(shè)備233.2.5 其他設(shè)備的選擇243.3 設(shè)備一覽表253.4原料主要技術(shù)規(guī)格、供應(yīng)及消耗定額253.4.1原料規(guī)格及用量253.4.2 原料消耗定額264 車間設(shè)備布置設(shè)計(jì)274.1 車間設(shè)備布置的原則274.1.1 車間設(shè)備布置的原則274.1.2 車間設(shè)備平面布置的原則274.1.3 車間設(shè)立面布置的原則274.2 車間設(shè)備布置284.2.1車間設(shè)備平面布置284.2.2車間設(shè)備立面布置285 建設(shè)工程及公用、輔助工程說明295.1建設(shè)工程說明295.2給水、排水系統(tǒng)295.3電力供應(yīng)及生產(chǎn)控制296.1環(huán)境保護(hù)306.1.1該項(xiàng)目環(huán)保設(shè)計(jì)依據(jù)和

11、標(biāo)準(zhǔn)306.1.2環(huán)保治理措施306.1.3預(yù)期效果306.1.4環(huán)保管理及監(jiān)測(cè)316.1.5綠化概況316.2勞動(dòng)安全、工業(yè)衛(wèi)生與消防317 概算與技術(shù)經(jīng)濟(jì)327.1 項(xiàng)目投資估算327.2產(chǎn)品成本估算327.3 財(cái)務(wù)評(píng)估337.3.1 各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)計(jì)算337.3.2 盈虧平衡分析33總結(jié)34參考文獻(xiàn)35致謝371 概 述隨著我國(guó)丙烯酸工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)丙烯酸下游產(chǎn)品的研究不斷深入，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。聚丙烯酸鈉鹽是丙烯酸鹽類中最重要、應(yīng)用最廣、最有代表性的產(chǎn)物，由于聚丙酸鈉鹽中含有大量親水基團(tuán)，它易溶于水，形成的水溶液是一種高分子電解質(zhì)。聚丙烯酸鈉水溶液具有良好的離解性、較理想的潤(rùn)濕性、

12、保水性和成膜性(浸漬或涂布時(shí))，同時(shí)還具有耐溫性強(qiáng)、凍融穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性、以及經(jīng)長(zhǎng)期貯存后其粘度無(wú)明顯變化等特點(diǎn)。不同聚合度的產(chǎn)物親水性、硬度、強(qiáng)度、附著力等性能差別很大，這些差異以及它們本身具有的許多優(yōu)異的物理和化學(xué)性能使這類聚合物獲得廣泛應(yīng)用1。聚丙烯酸鈉的分子量從幾百至幾千萬(wàn)以上，變化幅度很大，不同分子量的聚丙烯酸鈉可以用作各種各樣的目的和用途。超低分子量(700以下)的用途還未完全開發(fā)出來(lái)；低分子量(1000-5000)時(shí)，主要起分散作用；中等分子量(104-106)顯示有增稠性；高分子量(106-107)的聚丙烯酸鈉主要做增稠劑和絮凝劑；超高分子量(107)的聚丙烯酸鈉不再溶于水，

13、在水中溶脹，生成水凝膠，主要用作吸水劑2。水溶性聚丙烯酸鈉中又包括高分子量和低分子量?jī)纱箢?。本論文主要涉及水溶性高分子量聚丙烯酸鈉生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)。1.1 高分子量聚丙烯酸鈉研究現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的聚丙烯酸鈉主要是水溶液聚合法制備，采用丙烯酸經(jīng)氫氧化鈉中和形成丙烯酸鈉溶液，然后用高濃度丙烯酸鈉溶液、低濃度氧化還原引發(fā)劑在低溫條件下進(jìn)行水溶液聚合而成。其原理為：一般而言，水溶液聚合時(shí)，聚合組分較少，工藝實(shí)施較容易。但由于攪拌和傳熱的原因，聚合水溶液中要求單體濃度很低，而且產(chǎn)物成塊狀，出料困難。需要經(jīng)過切割、粉碎、篩分、烘干等后續(xù)工藝。反相懸浮法聚合法是近年發(fā)展起來(lái)的制備水溶性高分子新方法，這方面

14、的研究性文章最早由Dimonie等人于1982年發(fā)表。它是將丙烯酸鈉水溶液分散在油溶性連續(xù)相中，在攪拌和分散劑的作用下，分散成微小的液滴，在水溶性引發(fā)劑的作用下聚合反應(yīng)。其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，產(chǎn)品分子量可達(dá)千萬(wàn)以上，產(chǎn)品溶解性能比水溶液聚合產(chǎn)品好，而且克服了水溶液聚合中的高粘和傳熱困難的工藝難點(diǎn)，并且可以得到粉狀或者粒狀的聚合物，產(chǎn)物的后處理工藝、儲(chǔ)運(yùn)和使用上也較容易。1.2 高分子量聚丙烯酸鈉的性質(zhì)和應(yīng)用1.2.1 聚丙烯酸鈉的性質(zhì) 聚丙烯酸鈉3，英文名Sodium polyacrylate，縮寫PAAS或簡(jiǎn)稱PAA-Na，結(jié)構(gòu)式為CH2CH(COONa)n，是種水溶性高分

15、子化合物。商品形態(tài)的聚丙烯酸鈉，相對(duì)分子質(zhì)量小到幾百，大到幾千萬(wàn)，外觀為無(wú)色或淡黃色液體、粘稠液體、凝膠、樹脂或固體粉末，易溶于水；因中和程度不同，水溶液的pH一般在6-9；能電離，有或無(wú)腐蝕性；易溶于氫氧化鈉水溶液，但在氫氧化鈣、氫氧化鎂等水溶液中隨堿土金屬離子數(shù)量增加，先溶解后沉淀；無(wú)毒。 (1) 穩(wěn)定性 1) 熱穩(wěn)定性：聚丙烯酸鈉熱穩(wěn)定性好，海藻酸鈉、梭甲基纖維素鈉等天然粘稠液，經(jīng)熱處理，其粘度降到初始的1/10以下，但聚丙烯酸鈉的水溶液僅降低3/10。聚丙烯酸鈉用于分離鋁廠紅泥，就是基于丙烯酸鈉具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。 2) 冷凍穩(wěn)定性：聚丙烯酸鈉水溶液即使經(jīng)過凍結(jié)，其粘度也不變。 3)

16、機(jī)械穩(wěn)定性：聚丙烯酸鈉水溶液在室溫下以10000r/min高速攪拌3min，粘度無(wú)顯著變化。 4) 儲(chǔ)存穩(wěn)定性：聚丙烯酸鈉水溶液長(zhǎng)期貯存，粘度變化很小。 5) 生物分解性：聚丙烯酸鈉水溶液生物穩(wěn)定性極好，不腐敗。(2) 成膜性聚丙烯酸鈉水溶液屬于高分子電解質(zhì)，吸濕性非常強(qiáng)，因此水溶液成膜相當(dāng)困難。但可用浸漬或涂布方法在表面上制成透明均一的膜。(3) 吸濕性、保水性聚丙烯酸鈉的分子鏈中含有大量的強(qiáng)親水基團(tuán)(COONa)，因此其吸濕性極強(qiáng)。干燥產(chǎn)品在空氣中可以吸濕自重的10%，而高吸水樹脂則可以吸收自重1000倍以上的蒸餾水，而在無(wú)機(jī)鹽等電解質(zhì)溶液存在的情況下，吸水性能將下降。1.2.2 聚丙烯酸

17、鈉的應(yīng)用聚丙烯酸鈉應(yīng)用范圍與其產(chǎn)品的聚合度有關(guān)，不同聚合度的產(chǎn)品其功能與用途亦不同，見表1-1。 1) 絮凝劑聚丙烯酸鈉是一種線狀、可溶性的高分子化合物，其分子鏈上的羧基由于靜電相斥作用，使得曲繞的聚合物鏈伸展，促成具有吸附性的功能團(tuán)外露到表面上來(lái)，由于這些活性點(diǎn)吸附在溶液中懸浮粒子上，形成粒子間的架橋，從而加速了懸浮粒子的沉降。作為絮凝劑的聚丙烯酸鈉其相對(duì)分子質(zhì)量可達(dá)幾百萬(wàn)，其商品形態(tài)為黃色粘稠液體，固含量或達(dá)8%，相應(yīng)特性粘數(shù)3.40。聚丙烯酸鈉絮凝劑是特別適用于燒堿和純堿行業(yè)鹽水精制、氧化鋁生產(chǎn)的赤泥沉降分離、味精廠廢水中蛋白質(zhì)回收和制糖等行業(yè)的高分子材料4。表1.1 不同聚合度聚丙烯酸

18、鈉的功能及應(yīng)用聚合度功能用途1-50離子封閉防水垢劑、洗滌作用增效劑60-500分散、水還原作用分散劑、石油鉆井添加劑、水還原劑500-10000防沉淀、分散作用分散劑、柑橘保鮮劑、增稠劑、保護(hù)膠、鑄造粘合劑、醫(yī)藥糖衣粘合劑10000-100000沉積、絮凝、沉淀作用加快墻體材料粘性劑、農(nóng)藥防漂散劑、電解鹽水精制、絮凝劑100000-500000水膨脹性水凝膠 2) 保護(hù)膠聚丙烯酸鈉中含有的大量親水基團(tuán)(-COONa)，在水中產(chǎn)生電離，在乳液聚合中適量地加入聚丙烯酸鈉與聚合體系中的陰離子乳化劑產(chǎn)生較強(qiáng)的雙電子層，由于同性相斥的原理，使整個(gè)乳液聚合體系更穩(wěn)定，提高產(chǎn)品的機(jī)械穩(wěn)定性和貯存穩(wěn)定性。目

19、前內(nèi)許多廠家加入0.5-1%的聚丙烯酸鈉故作為保護(hù)膠。 3) 增稠劑在水性涂料中加入聚丙烯酸鈉作為增稠劑，增稠效果明顯，且能有效地防止涂料的沉降、分層現(xiàn)象，并可改善涂料的流平性和涂刷性能，在夏季使用不易出現(xiàn)發(fā)露、發(fā)臭現(xiàn)象，一般使用量為涂料量的1-3%為宜。但是涂料整個(gè)體系中pH值需在8-9.5，聚丙烯酸鈉鹽才能有效地發(fā)揮增稠效果5。 4) 分散劑做分散劑使用的聚丙烯酸鈉可用于水處理，在堿性和中性濃縮倍數(shù)條件下運(yùn)行而不結(jié)垢。能將碳酸鈣、硫酸鈣等鹽類的微晶或泥沙分散于水中而不沉淀，從而達(dá)到阻垢目的。除了用于水處理還，還廣泛大量應(yīng)用于造紙、紡織、印染行業(yè)做漿料分散劑，用于陶瓷工業(yè)做碳酸鈣分散劑，用于

20、涂料行業(yè)做顏料分散劑等6。 聚丙烯酸鈉除上述用途外，還可以作為柑桔保鮮劑、干燥劑、藥物糖衣粘合劑、鑄造鉆合劑、土壤穩(wěn)定劑、土壤改良劑、食品添加劑等。1.3 高分子量聚丙烯酸鈉的需求、生產(chǎn)和應(yīng)用前景 高分子量聚丙烯酸鈉主要用于氯堿、純堿行業(yè)的鹽水精制，鋁廠的紅泥沉降，味精廠的廢水蛋白質(zhì)回收等行業(yè)。燒堿大量用于造紙、合成洗滌劑、紡織、醫(yī)藥、冶金、食品等領(lǐng)域。純堿被大量使用于玻璃、洗滌劑、金屬冶煉等行業(yè)，2010年，我國(guó)純堿生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量約為全球純堿生產(chǎn)廠家總和的一半，產(chǎn)能和產(chǎn)量均已達(dá)到世界純堿總能力和總產(chǎn)量的1/3，超過6000萬(wàn)噸，在世界純堿工業(yè)中占有重要的地位。同時(shí)2010年我國(guó)燒堿產(chǎn)量也達(dá)到6

21、000萬(wàn)噸。目前，在這兩堿行業(yè)的生產(chǎn)中，鹽水精制過程大多一直使用聚丙烯酰胺和苛化淀粉，小部分使用聚丙烯酸鈉，主要是由于表面看聚丙烯酸鈉價(jià)格貴，而忽視聚丙烯酸鈉用量少，效果好的特點(diǎn)。由于用PAM存在鹽水質(zhì)量上不去的缺點(diǎn)，隨著聚丙烯酸鈉應(yīng)用的推廣，越來(lái)越多的企業(yè)傾向于使用聚丙烯酸鈉。按燒堿年產(chǎn)8 000萬(wàn)噸，精制鹽水全部使用聚丙烯酸鈉，用于精制鹽水每生產(chǎn)1噸燒堿用聚丙烯酸鈉0.2kg計(jì)，每年需要消耗聚丙烯酸鈉將達(dá)到4 000噸。純堿年產(chǎn)8 000萬(wàn)噸，每生產(chǎn)1噸純堿用聚丙烯酸鈉0.14kg，需要用聚丙烯酸鈉2 800噸。另外在味精生產(chǎn)過程產(chǎn)生的谷氨酸母液含有大量的蛋白質(zhì)，目前大多數(shù)廠家沒有進(jìn)行回收

22、利用，如果采用聚丙烯酸鈉作絮凝處理，既可回收又有用蛋白質(zhì)，又可大大降低母液中的SS和COD含量，減少后續(xù)處理的有機(jī)負(fù)荷7。2010年商品味精產(chǎn)量為256.44萬(wàn)噸，按生產(chǎn)每噸味精消耗聚丙烯酸鈉1.5kg計(jì)，每年需用的聚丙烯酸鈉約4 000噸。在鋁廠的赤泥沉降的處理中目前大多使用麥麩或分子量低于1 000萬(wàn)的膠體聚丙烯酸鈉，高分子量的聚丙烯酸鈉由于使用條件還沒有徹底探討，存在對(duì)赤泥種類的適應(yīng)性問題，還不能廣泛使用，隨著對(duì)其使用研究的深入，聚丙烯酸鈉在赤泥分離中的應(yīng)用將會(huì)迅速增加8。由以上分析可見高分子量的聚丙烯酸鈉在很多領(lǐng)域都廣泛使用，但是目前在國(guó)內(nèi)企業(yè)使用的高分子量聚丙烯酸鈉，國(guó)外產(chǎn)品還占相當(dāng)

23、大的比例。國(guó)內(nèi)近年已有生產(chǎn)，但是生產(chǎn)廠家不多，生產(chǎn)能力較小，其中還包括膠體產(chǎn)品，因此可見在國(guó)內(nèi)高分子量聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)缺口還很大，有必要增加其生產(chǎn)，以滿足國(guó)內(nèi)的需求。因此建設(shè)高質(zhì)量的使用性能好的聚丙烯酸鈉生產(chǎn)廠是非常必要的。1.4 項(xiàng)目的設(shè)計(jì)依據(jù) 設(shè)計(jì)任務(wù)書安徽理工大學(xué)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作手冊(cè)安徽理工大學(xué)化工設(shè)計(jì) 化學(xué)工業(yè)出版社 化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)化學(xué)工業(yè)出版社 聚合物合成工藝設(shè)計(jì)化學(xué)工業(yè)出版社化工設(shè)備基礎(chǔ)天津大學(xué)出版社1.5 建廠規(guī)模及產(chǎn)品規(guī)格 建廠規(guī)模項(xiàng)目擬建立年產(chǎn)6000噸高分子量聚丙烯酸鈉生產(chǎn)線。 產(chǎn)品規(guī)格所生產(chǎn)的聚丙烯酸鈉產(chǎn)品為白色或淡黃色粉狀或粒狀固體，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)見表1-2。表

24、1.2 聚丙烯酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)項(xiàng)目質(zhì)量指標(biāo)外觀白色粒狀或粉末純度（%）95干燥失量（%）5分子量（萬(wàn)）600-1500殘余單體量（%）0.05透明度（1%水溶液）水溶液透明游離堿無(wú)2 聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)工藝工藝流程的選擇原則是：有一定的科學(xué)先進(jìn)性和一定的科學(xué)水平，能體現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益以及可操作性強(qiáng)。在兼顧企業(yè)的實(shí)際情況同時(shí)制定出工藝流程簡(jiǎn)短、技術(shù)成熟、投資少、生產(chǎn)成本低、適應(yīng)生產(chǎn)的連續(xù)化，使整個(gè)生產(chǎn)裝置達(dá)到高水平。工藝流程的選擇和論證是在實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。2.1 聚丙烯酸鈉聚合的實(shí)施方法高分子量聚丙烯酸鹽的合成方法主要有水溶液聚合法和反相懸浮聚合法。水溶液聚合法911是以水為溶劑，

25、將經(jīng)堿部分中和后的丙烯酸，加入有關(guān)助劑、引發(fā)劑，然后在一定的溫度下進(jìn)行聚合、干燥粉碎而制得的方法。該法以水為溶劑，生產(chǎn)過程不產(chǎn)生污染；對(duì)主設(shè)備要求低，投資省；操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高；缺點(diǎn)是反應(yīng)速度快，溫度不易控制；但后處理需增加干燥、粉碎、篩分工序，有過細(xì)粉末產(chǎn)生。水溶液聚合法生產(chǎn)的聚丙烯酸鈉產(chǎn)品因呈不規(guī)則粉末狀，是高分子量聚丙烯酸鈉生產(chǎn)的主要方法。國(guó)內(nèi)的高分子量聚丙烯酸鈉生產(chǎn)基本采用該法。反相懸浮聚合法1213是以溶劑(油相)為分散介質(zhì)，經(jīng)堿部分中和的水溶性單體丙烯酸鈉，在懸浮分散劑和攪拌作用下分散成水相液滴，引發(fā)劑和交聯(lián)劑溶解在水相液滴中在加熱的情況下進(jìn)行的聚合方法。該法解決了水溶液聚合法的

26、傳熱，攪拌困難等問題；且反應(yīng)條件溫和，可直接獲得珠狀產(chǎn)品，生產(chǎn)的聚丙烯酸鈉粒徑大小可根據(jù)用途要求調(diào)節(jié)，溶劑容易與聚合物分離，是一種合成聚丙烯酸鈉獨(dú)特的方法。缺點(diǎn)是反應(yīng)過程控制較不穩(wěn)定；主設(shè)備材質(zhì)要求高，設(shè)備投資較大；采用易燃的有機(jī)溶劑，需要溶劑回收裝置，存在消防隱患和產(chǎn)生污染；只能進(jìn)行間歇生產(chǎn)，設(shè)備利用率低。表2-1為水溶液聚合法與反相懸浮聚合法制備聚丙烯酸鈉的比較。采用反相懸浮法合成高分子量的聚丙烯酸鈉，首先將丙烯酸單體經(jīng)部分中和，單體溶液分散并懸浮于連續(xù)有機(jī)相中（如環(huán)己烷等），以無(wú)機(jī)過氧類引發(fā)劑 （如過硫酸鉀） 或水溶性氧化還原引發(fā)體系（如過硫酸銨、尿素）引發(fā)聚合，生成粉狀或粒狀沉淀，與溶

27、劑分離后即得最終產(chǎn)品。根據(jù)上述分析、試驗(yàn)結(jié)果和企業(yè)資金情況，本設(shè)計(jì)的聚丙烯酸鈉生產(chǎn)使用反相懸浮聚合法，單釜間歇聚合工藝，以Span 60為分散劑、復(fù)合引發(fā)劑和相應(yīng)的助劑加入反應(yīng)釜中，控制溫度40恒溫1h、50恒溫1h、60恒溫1h后升溫至共沸溫度。脫水至粒子固含量為70%即可停止反應(yīng)。由于聚合過程中，丙烯酸鈉單體易自交聯(lián)反應(yīng)，形成不溶性凝膠，故在體系中要求加入一定量的鏈轉(zhuǎn)移劑和緩聚劑；聚合反應(yīng)后聚合物顆粒對(duì)通常材料的盛裝器具具有很大粘性，所以在釜中加入抗粘釜?jiǎng)乐菇饘俦砻姘l(fā)生引發(fā)聚合或大分子活性鏈接觸釜壁就被終止聚合而鈍化。表2.1 水溶液聚合與反相懸浮聚合的比較比較項(xiàng)水溶液聚合法反相懸浮聚

28、合法引發(fā)體系過氧-還原引發(fā)體系過氧-還原引發(fā)體系聚合場(chǎng)所水相分散的水相聚合溫度5010050100產(chǎn)品形態(tài)水溶液固體粒狀或粉末散熱相對(duì)困難非常容易產(chǎn)品分子量較低（難達(dá)1000萬(wàn)）較高（1000萬(wàn)以上）體系粘度低固含量是較高很低（近似于油相粘度）產(chǎn)品后處理烘干不需烘干2.2 反向懸浮聚合工藝條件及其影響因素14 目前，有關(guān)反相懸浮法生產(chǎn)水溶性聚合物的研究報(bào)道較少，影響聚合產(chǎn)品性能的主要因素與常規(guī)丙烯酸系水溶液聚合體系相似，有單體濃度、水油比、引發(fā)體系及其用量、分散劑、聚合溫度、聚合體系pH值、聚合體系中無(wú)機(jī)鹽類、鏈轉(zhuǎn)移劑、攪拌、緩聚劑等。分散劑及其助分散劑的選擇及其濃度對(duì)分子量的影響 丙烯酸鈉反

29、相懸浮聚合中，單體水溶液需借助油溶性分散劑，使之分散在非極性有機(jī)溶劑中形成“油包水”型(W/O)懸浮液，山梨糖醇脂肪酸酐(Span類)和其環(huán)氧乙烷加成物(Tween類)是兩種最常用的非離子型表面活性劑。W/O型反相體系一般選擇HLB為38的span類(如span60等)作為分散劑。在實(shí)際聚合過程中，為了進(jìn)一步降低表面張力，改善分散能力并調(diào)節(jié)顆粒特性，在選擇Span類作為主分散劑的同時(shí)，需添加一定量的助分散劑，在Span分散劑溶解后盡快加入助分散劑的效果更好。助分散劑的加入同時(shí)也能起到適當(dāng)降低產(chǎn)物分子量的作用。表2-2為助分散劑對(duì)分子量的影響，發(fā)現(xiàn)在單體、引發(fā)劑加入量相同的情況下，隨助分散劑的加

30、入，產(chǎn)品的分子量降低、顆粒也變細(xì)。選用Span60，油水界面張力較小，并且濃度>0.75%時(shí)聚合過程中體系穩(wěn)定，聚合物粘壁較少，產(chǎn)物粒子均勻。故聚合選用Span60作為分散劑。表2.2 助分散劑對(duì)分子量的影響編號(hào)AA（mL）引發(fā)劑（w%）助分散劑（v%）分子量（萬(wàn)）顆粒形態(tài)112.50.180.0595粒狀212.50.180.31288粉狀312.50.160.0866粒狀412.50.160.31520粉狀 引發(fā)體系的選擇及其濃度對(duì)分子量的影響引發(fā)體系的選擇及其濃度是影響分子量的一個(gè)重要因素，表2-3為引發(fā)劑對(duì)分子量的影響。表2.3 引發(fā)劑對(duì)分子量的影響編號(hào)AA（g）NaOH（g）引

31、發(fā)劑加入次序引發(fā)劑（w%）M（萬(wàn)）形態(tài)12.56.8先0.161084粒狀22.56.8后0.18679粉狀31.256.6先0.18595粉狀41.256.6先0.16866細(xì)粉狀過硫酸鹽引發(fā)劑是最常用的水溶性引發(fā)劑。根據(jù)自由基生成的機(jī)理，可將引發(fā)劑分為兩大類：一類是熱分解型引發(fā)劑，另一類是氧化還原引發(fā)劑。常用的無(wú)機(jī)過氧化物引發(fā)劑如過硫酸鉀(KPS)和過硫酸(APS)屬于熱分解型引發(fā)劑，其受熱后可直接分解產(chǎn)生兩個(gè)具有引發(fā)活性的自由基，分解活化能為140.3kJ/mol，一般使用溫度為70。在水溶液聚合中，過硫酸鹽-脂肪胺是類活性可調(diào)、易控制的氧化還原引發(fā)體系。研究發(fā)現(xiàn)，氧化劑用量主要決定聚合

32、反應(yīng)總速率，還原劑用量?jī)H改變了反應(yīng)速率分布。當(dāng)還原劑用量一定時(shí)，增加氧化劑用量，聚合反應(yīng)總速率增大；當(dāng)恒定氧化劑用量，增加還原劑用量時(shí)，聚合反應(yīng)速率基本不變，而速率分布改變。 單體濃度對(duì)分子量的影響丙烯酸鈉的聚合反應(yīng)本質(zhì)上屬于自由基聚合反應(yīng)，由動(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)與單體濃度的關(guān)系可知，單體濃度越高，聚合物分子量越高。由丙烯酸及其鈉鹽組成的單體進(jìn)行反相懸浮聚合，在反應(yīng)過程中，可以改變水的加入量或通過改變AA的加入量改變聚合單體濃度。加入適量的AA不僅能增加聚合物的絮凝效果，同時(shí)可以提高聚合物的分子量。表2-4、2-5分別為水量和單體量對(duì)分子量的影響，增加水的量或減少單體量，即降低丙烯酸單體的濃度，聚合物分

33、子量降低。表2.4 水量對(duì)分子量的影響編號(hào)加入水量（mL）AA（g）NaOH(g)分子量（萬(wàn)）產(chǎn)品形態(tài)11012.56.81170粒狀21212.56.8363較小粒狀31412.56.8240粉狀43012.56.8171粉狀表2.5 單體濃度對(duì)分子量的影響編號(hào)AA（g）NaOH(g)引發(fā)劑（mL）分子量（萬(wàn)）產(chǎn)品粒狀11.257.02.0164較大粒狀22.57.02.0273顆粒狀33.07.02.0412粉狀43.57.02.0704較細(xì)粉狀 鏈轉(zhuǎn)移劑對(duì)分子量的影響加入異丙醇，可降低體系表面張力，減小反應(yīng)過程中粘壁現(xiàn)象，改善產(chǎn)品的溶解透明度，同時(shí)還能作為反應(yīng)過程中的鏈轉(zhuǎn)移劑，調(diào)節(jié)產(chǎn)品分

34、子量。2.2.5 攪拌轉(zhuǎn)速的影響反相懸浮聚合必須在攪拌下進(jìn)行，通過攪拌能使單體溶液分散成液滴，防止塊狀聚合。攪拌的另一個(gè)作用是加速反應(yīng)熱的傳遞，防止溫度過高而發(fā)生爆聚，保證反應(yīng)的正常進(jìn)行。對(duì)于聚丙烯酸鹽體系，由于單體濃度高、活性大，反應(yīng)相當(dāng)劇烈，要求攪拌強(qiáng)度也就更高。在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速小于200r/min時(shí)，攪拌強(qiáng)度不夠，不足以使單體溶液均勻地分散成液滴，而且由于單體溶液的比重大于溶劑相，故大部分單體下沉于釜底而發(fā)生塊狀聚合，影響了反應(yīng)的正常進(jìn)行。而當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速太大時(shí)，反應(yīng)體系并沒有設(shè)想的那樣穩(wěn)定，甚至也出現(xiàn)了爆聚。這可能是由于攪拌轉(zhuǎn)速太快，使單體液滴粒徑過小，相對(duì)于轉(zhuǎn)速小的體系，它需

35、要更多的分散劑才能使液滴分散不聚并；同時(shí)高轉(zhuǎn)速容易使發(fā)粘粒子聚并，因此，攪拌轉(zhuǎn)速太快對(duì)于體系的穩(wěn)定性并無(wú)益處。綜合以上因素，本設(shè)計(jì)選擇的最佳攪拌轉(zhuǎn)速250r/min。2.3 后處理工序的選擇 分離方法的選擇對(duì)脫水后聚合物混合物進(jìn)行分離可采用過濾離心機(jī)或沉降離心機(jī)或分離機(jī)。通常，對(duì)于含有粒度大于0.01毫米顆粒的懸浮液，可選用過濾離心機(jī)；對(duì)于懸浮液中顆粒細(xì)小或可壓縮變形的，則宜選用沉降離心機(jī)；對(duì)于懸浮液含固體量低、顆粒微小和對(duì)液體澄清度要求高時(shí)，應(yīng)選用分離機(jī)。根據(jù)產(chǎn)品的顆粒直徑大小選擇螺旋沉降式離心機(jī)除溶劑。 干燥方法的選擇對(duì)聚合后的濕物料進(jìn)行干燥可采用氣流干燥、回轉(zhuǎn)窯、紅外等干燥方式。氣流干燥

36、設(shè)備的干燥強(qiáng)度大，蒸發(fā)水份能力從 50kg/h1500kg/h，而設(shè)備容積小，投資省，是其他干燥設(shè)備比不上的；回轉(zhuǎn)窯設(shè)備適應(yīng)于連續(xù)生產(chǎn)，但是投資大、占地面積大，且對(duì)具有一定粘性的聚丙烯酸鈉膠粒不適應(yīng)該種干燥方式；生產(chǎn)試驗(yàn)的前期采用紅外線加熱，但是干燥成本高，而且設(shè)備維護(hù)費(fèi)用大會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品成本顯著增加。根據(jù)企業(yè)的投資情況和生產(chǎn)能力，選用的氣流干燥機(jī)干燥方法。2.4 聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)工藝流程工藝流程如圖2-1所示： 圖2-1 反相懸浮聚合制備聚丙烯酸鈉流程示意圖引發(fā)劑溶劑回收丙烯酸 中 和聚合共沸脫水除溶劑干燥NaOH水溶液分散介質(zhì)分散劑助劑 成品(1)丙烯酸鈉溶液的制?。簩⒔?jīng)計(jì)量的丙烯酸、適量的助

37、劑與經(jīng)溶解、冷卻、計(jì)量的燒堿溶液進(jìn)行部分中和，中和后的丙烯酸鈉，加入適量水，得到濃度為45%單體溶液即丙烯酸鈉水溶液。(2)丙烯酸鈉的聚合：將中和后的丙烯酸鈉水溶液與由分散介質(zhì)和分散穩(wěn)定劑配制好的分散液共同放入反應(yīng)釜中，并加入適量助劑，在引發(fā)劑的作用下進(jìn)行聚合反應(yīng)至共沸脫水至固含量70%是停止反應(yīng)。(3)聚合物混合物的分離：反應(yīng)后生成的混合物通過離心機(jī)分離分散介質(zhì)與聚合物，再經(jīng)熱水洗滌除去聚合物表面的一些殘留助劑。(4)聚丙烯酸鈉的后處理工序：將分離工序過后的聚合物進(jìn)行干燥、計(jì)量包裝等處理后，得到聚丙烯酸鈉產(chǎn)品。2.5 生產(chǎn)過程主要操作及控制 (1)配堿 按NaOH：H2O=l：2.33的質(zhì)量

38、比配制堿液，其濃度約為30%(w/w)。將稱量好的燒堿緩慢倒入裝有定量量純水的配堿釜中，同時(shí)開動(dòng)攪拌，并在夾套通冷卻水冷卻，控制最終堿液溫度（30）。 (2)丙烯酸中和 按丙烯酸：NaOH=l：0.56的質(zhì)量比在中和釜中加入丙烯酸，開攪拌并在夾套通冷卻水，同時(shí)緩慢加入已冷卻的堿液，堿液量為丙烯酸：堿液=l：1.74質(zhì)量比，相當(dāng)中和度100%(mol)?？刂谱罱K丙烯酸中和液溫度30。(3) 聚合反應(yīng)將中和的45%丙烯酸鈉單體水溶液、分散劑Span 60、2%單體質(zhì)量的復(fù)合引發(fā)劑和相應(yīng)的助劑加入反應(yīng)釜中攪拌，控制溫度40恒溫1h、50恒溫1h、60恒溫1h后升溫至共沸溫度。脫水至粒子固含量為70%

39、即可停止反應(yīng)。(4)分離干燥工序經(jīng)共沸脫水后的聚合物混合物通過螺旋沉降式離心機(jī)脫除分散劑等，將離心后的聚合物濕物料經(jīng)氣流干燥機(jī)干燥至產(chǎn)品含水量達(dá)0.2%-0.5%時(shí)。(5)包裝干燥后的粉末，存放于貯料斗中，先測(cè)定產(chǎn)品的分子量、密度等有關(guān)性能，然后按每袋25kg裝袋輸送到倉(cāng)庫(kù)以備出廠。3 工藝衡算和設(shè)備選型 3.1 物料衡算與熱量衡算物料與能量衡算的有關(guān)計(jì)算公式、數(shù)據(jù)等參見文獻(xiàn)1521。 3.1.1 物料衡算(1) 確定物料平衡關(guān)系(2) 明確物料發(fā)生的化學(xué)變化，寫出主、副反應(yīng)方程式 丙烯酸被中和，中和反應(yīng)方程式如下： 引發(fā)劑引發(fā)單體進(jìn)行自由基聚合，其反應(yīng)方程式如下：丙烯酸自由基聚合中單體相對(duì)分

40、子質(zhì)量與聚合物結(jié)構(gòu)單元相對(duì)分子質(zhì)量無(wú)化學(xué)計(jì)量上的變化，引發(fā)劑會(huì)結(jié)合到聚合物分子鏈上。(3) 收集數(shù)據(jù)資料1) 生產(chǎn)規(guī)模。設(shè)計(jì)任務(wù)書中規(guī)定的年產(chǎn)量（生產(chǎn)能力）：2) 生產(chǎn)時(shí)間。年工作日：3) 相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見表3-1。表3-1 技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目?jī)?nèi)容技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目名稱技術(shù)指標(biāo)聚合物后處理?yè)p失率丙烯酸中和度原料NaOH水溶液濃度中和用NaOH水溶液濃度單體水溶液濃度2%聚合物質(zhì)量100%（摩爾）99%（質(zhì)量）30%（質(zhì)量）45%（質(zhì)量）引發(fā)劑用量引發(fā)劑水溶液濃度分散穩(wěn)定劑用量分散介質(zhì)用量分散劑循環(huán)用量0.2%單體質(zhì)量50%（質(zhì)量）2%單體質(zhì)量與單體質(zhì)量比4：190%分散劑總用量4) 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。原料NaOH溶

41、液濃度為99%。其他原料均視為純物質(zhì)。因?yàn)橹粚?duì)聚合工序做物料衡算，所以不用考慮產(chǎn)品的其他質(zhì)量指標(biāo)。5) 化學(xué)變化參數(shù)。加入的NaOH能夠與丙烯酸完全反應(yīng)，生成丙烯酸鈉。各組分相對(duì)分子質(zhì)量如下：丙烯酸=72.06，氫氧化鈉=40，丙烯酸鈉=94.06，水=18。聚合反應(yīng)過程中單體完全參加反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率可視為100%，單體與聚合物之間無(wú)化學(xué)計(jì)量上的變化，但引發(fā)劑結(jié)合到聚合物分子鏈上，會(huì)使聚合物數(shù)量略有增加。(4) 選擇計(jì)算基準(zhǔn)與計(jì)量單位因?yàn)槭情g歇操作過程，所以基準(zhǔn)為“批”。 (5) 確定計(jì)算順序 由于產(chǎn)物與原料之間的化學(xué)計(jì)算關(guān)系比較簡(jiǎn)單，且整個(gè)工藝過程比較簡(jiǎn)單，容易得到產(chǎn)物量與單體原料投料量之間的比

42、例關(guān)系，所以采用順流程的計(jì)算順序。(6) 計(jì)算主要原料（丙烯酸）的投料數(shù)量用順流程的計(jì)算順序進(jìn)行物料衡算必須求出主要原料每批投料量。該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量6000t，年開工330d，每天生產(chǎn)6批，后處理工序中聚合物損失率2%。每批應(yīng)生產(chǎn)的聚合物數(shù)量為：1) 引發(fā)劑（0.2%單體質(zhì)量）全部結(jié)合到聚合物中；2) 單體100%轉(zhuǎn)化成聚合物，且單體相對(duì)分子質(zhì)量與聚合物結(jié)構(gòu)單元相對(duì)分子質(zhì)量相同；3) 丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量：?jiǎn)误w相對(duì)分子質(zhì)量=：丙烯酸投料量為：(7) 順流程設(shè)備展開計(jì)算1) 中和釜物料衡算已知：丙烯酸中和度100%、丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量72.06、NaOH相對(duì)分子質(zhì)量40、單體相對(duì)分子質(zhì)量94.06

43、原料丙烯酸鈉的質(zhì)量為2364.19kg反應(yīng)需純NaOH的質(zhì)量為： 30%NaOH中含水的質(zhì)量為： 則30%NaOH的質(zhì)量為： 單體丙烯酸鈉的質(zhì)量： 45%丙烯酸鈉中含水的質(zhì)量為：中和反應(yīng)生成水： 則中和反應(yīng)過程中應(yīng)加入的水為：2) 配堿釜物料衡算 在裝有水冷裝置的配堿釜中加入一定量的水，然后在不斷攪拌下加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)99%的氫氧化鈉。中和用30%NaOH溶液4374.50kg中各組分的質(zhì)量為：=1312.35kg kg原料用99%NaOH中各組分的質(zhì)量為： kg kg則需純水： 3) 分散介質(zhì)調(diào)配罐物料衡算已知：分散劑：?jiǎn)误w=4：1、分散穩(wěn)定劑=2%單體質(zhì)量，則分散劑質(zhì)量： 循環(huán)分散劑質(zhì)量： k

44、g新鮮分散劑質(zhì)量： 分散穩(wěn)定劑： 分散液： 4) 聚合反應(yīng)釜物料衡算反應(yīng)前反應(yīng)釜中各組分質(zhì)量：?jiǎn)误w： 3085.98kg 水： 3771.75kg 分散劑： 12343.92kg 分散穩(wěn)定劑：61.72kg引發(fā)劑用量=0.2%單體質(zhì)量、引發(fā)劑水溶液濃度=50%（質(zhì)量）引發(fā)劑水溶液的質(zhì)量： 反應(yīng)后反應(yīng)釜中聚合物混合物的各組分：分散劑： 12343.92kg 分散穩(wěn)定劑：61.72kg水： 聚合物： (8) 整理并校核計(jì)算結(jié)果對(duì)聚合工序做全物料平衡計(jì)算，進(jìn)行校核。由物料守恒定律有：整個(gè)聚合工序的物料衡算過程是正確的。(9) 生產(chǎn)聚丙烯酸鈉的各工序物料衡算整理如表3-2。表3.2 生產(chǎn)聚丙烯酸鈉各工

45、序物料衡算結(jié)果工序名稱輸出輸入原料質(zhì)量（kg）產(chǎn)品質(zhì)量（kg）配堿 99%片堿 1325.6 純水 3048.9 30%氫氧化鈉 4374.50中和 30%氫氧化鈉 4374.50 99%丙烯酸 2388.07 純水 119.04 中和液 6857.73 其中：丙烯酸鈉 3085.98 水 3771.75聚合 中和液 6857.73 2%引發(fā)劑 6.17 分散劑 12343.39 分散穩(wěn)定劑 61.72 聚合物 3092.15 水 3777.92 分散劑 12343.92 分散穩(wěn)定劑 61.723.1.2熱量衡算聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)可分為多個(gè)工序，每一個(gè)生產(chǎn)工序都有一定的能量變化，因此各工序分別計(jì)

46、算。整個(gè)過程均采用25作為基準(zhǔn)溫度，生產(chǎn)1批聚丙烯酸鈉產(chǎn)品各工序的原料需求情況按物料衡算表中計(jì)。(1) 配堿工序由物料衡算可知，在配堿工序中，需純氫氧化鈉2624.68kg，溶解用水6124.27kg，氫氧化鈉的質(zhì)量百分比濃度為30%，折算為物質(zhì)的量為分別為：氫氧化鈉： mol水： mol查表可知?dú)溲趸c在此濃度下的溶解熱為，此濃度下溶液的平均比熱為，水的比熱為，已知片堿和純水的進(jìn)料溫度為25，氫氧化鈉溶液的出料的溫度為30，配堿過程最大溫升65，冷卻水出入平均溫差為10。輸入的熱量包括氫氧化鈉帶入的熱量，純水帶入的熱量，氫氧化鈉帶入的溶解熱，由于氫氧化鈉帶入的熱量和純水帶入的熱量為0。所以

47、kJ輸出的熱量出包括氫氧化鈉溶液由25升到30所需的熱量和冷卻移走的熱量。其中 kJ由于 kJ需冷卻水的質(zhì)量： kg(2) 中和工序已知條件：丙烯酸的進(jìn)料溫度為25，比熱為，氫氧化鈉水溶液的進(jìn)料溫度為30，平均比熱為，中和液的平均比熱為，水的比熱為，100時(shí)水的蒸發(fā)熱為，丙烯酸與氫氧化鈉的中和熱，中和液輸出溫度為30，冷卻水平均溫差為10。中和工序的輸人熱量包括：氫氧化鈉水溶液引入的熱量，丙烯酸引入的熱量，丙烯酸中和熱，其計(jì)算結(jié)果如下：氫氧化鈉水溶液帶入的熱量： kJ丙烯酸引入的熱量為零：在中和工序中，中和度為100%，因此發(fā)生中和反應(yīng)的丙烯酸為：kJ輸入熱量 kJ輸出的熱量出包括中和液移走的

48、熱量，水分蒸發(fā)吸收的熱量，以及冷卻水帶走的熱量。其計(jì)算結(jié)果如下：kJ這一工序水分蒸發(fā)很少，故水分蒸發(fā)熱量可忽略不計(jì)。所以 由于 所以kJ冷卻水用量： kg(3) 聚合反應(yīng)工序已知丙烯酸中和液的平均比熱為，中和液進(jìn)料溫度為30，丙烯酸鈉的聚合熱為77.7kJ/mol，水的比熱為，l00水的蒸發(fā)熱為，聚合物混合物出料溫度為60，聚合物平均比熱為，分散劑平均比熱輸入的熱量包括：丙烯酸中和液引入的熱量，丙烯酸鈉聚合的聚合反應(yīng)放熱，其計(jì)算結(jié)果如下：丙烯酸鈉中和液引入的熱量： kJ聚合物反應(yīng)放熱：kJ則輸入的熱量： kJ輸出的熱量包括生成的聚合物從25升溫到60所需的熱量，分散介質(zhì)帶走的和水從25到60的

49、熱量及耗損的熱量。其計(jì)算結(jié)果如下：聚合物帶走的熱量： kJ分散介質(zhì)帶走的熱量： kJ水帶走的熱量： kJ(3) 生產(chǎn)聚丙烯酸鈉的各工序物料衡算整理如下表3-3。表3.3 生產(chǎn)聚丙烯酸鈉的各工序熱量衡算工序名稱輸入kJ輸出kJ配堿 15101981510198073229014369691510109中和 18997061899706732291124670018264771787239聚合2661726266172611246727381025492599936865527103.2 主要設(shè)備工藝尺寸的計(jì)算及選型3.2.1各釜體高度與內(nèi)徑尺寸確定(1) 配堿釜日產(chǎn)聚丙烯酸鈉18.18噸，需配堿

50、液；溶堿時(shí)最高溫度為50，查得30%堿液的比重為；則6.06噸堿液的體積為：26.247/1.33=19.37；按裝料系數(shù)75%計(jì)，需配堿釜容積為。生產(chǎn)工藝條件為：所處理的為堿性溶液，釜體內(nèi)為常壓，溫度為50，夾套為循環(huán)冷卻水，夾套內(nèi)表壓為0.3MPa，溫度小于50，故可確定該釜屬于帶攪拌裝置的低壓反應(yīng)釜。本設(shè)計(jì)采用圓筒形殼體和標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭作為釜體的結(jié)構(gòu)型式，盛裝物料的堿液可選用材質(zhì)為鋼的不銹鋼釜。查表得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為、。令：為釜體直邊高度、為反應(yīng)釜體的總高度，則：因?yàn)樗幚淼奈锪蠟橐?固相，其筒體高度于筒體直徑之比為11.5。若選1.5，則有：得 m雖然釜屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，但用于制造反

51、應(yīng)器的上下封頭仍應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)封頭。因?yàn)槿〉幂^小，所以此處按公稱尺寸選定釜體直徑2.5m。釜體的直邊高度為：m釜體實(shí)際高度為：m根據(jù)表取封頭直邊高度50mm，釜體圓形直筒部分高度：m配堿釜的實(shí)際體積為：實(shí)際長(zhǎng)徑比： 攪拌型式可選用為推進(jìn)式攪拌器，攪拌電機(jī)功率為9kw，轉(zhuǎn)速為。(2)中和釜中和釜用于對(duì)丙烯酸的完全中和，單生產(chǎn)線日產(chǎn)聚丙烯酸鈉18.18t，按每批需中和液：kg在中和液60時(shí)，測(cè)得其密度為1.36，6857.73kg的中和液的體積為，按裝料系數(shù)0.75計(jì)算，需中和釜的體積為。查表得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為、。令：為釜體直邊高度、為反應(yīng)釜體的總高度，則：因?yàn)樗幚淼奈锪蠟橐?固相，其筒體高度于筒體直徑之比為。若選1.5，則有：得 m用于制造反應(yīng)器的上下封頭選用標(biāo)準(zhǔn)封頭。因?yàn)槿〉幂^小，所以此處按公稱尺寸選定釜體直徑1.6m。釜體的直邊高度為：m釜體實(shí)際高度為：m根據(jù)表取封頭直邊高度50mm，釜體圓形直筒部分高度：m中和釜的實(shí)際體積為：實(shí)際長(zhǎng)徑比： 按每批量計(jì)，可選用材質(zhì)為帶夾套的搪瓷釜，配用60r/min的減速箱，三相攪拌電機(jī)3kw的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。(3)分散介質(zhì)調(diào)配罐分散介質(zhì)調(diào)配罐用于對(duì)分散液的配置，每批反應(yīng)需分散液：kg測(cè)得分散液密度為，12405.64kg的介質(zhì)液的體積為，按裝料系數(shù)0.75計(jì)算，需中和釜的體積為。查表得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為、。令：為釜