年產(chǎn)1000噸聚丙烯酸鈉車(chē)間工藝設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)總說(shuō)明聚丙烯酸鈉的應(yīng)用極為廣泛.在涂料、陶瓷、造紙、紡織工業(yè)用作顏料分散劑；在日用化工領(lǐng)域用作清潔劑成份.可用于墻體材料粘結(jié)劑、農(nóng)藥防漂散劑,且在生物方面對(duì)動(dòng)植物蛋白的絮凝有特效作用.此外在石油工業(yè)的油田化學(xué)領(lǐng)域,用作鉆井液的增粘劑、降濾失劑、粘土穩(wěn)定劑等；還可用作酸化液、制藥、化裝品等方面的增稠劑等等.聚丙烯酸鈉合成方法主要有木體聚合、水溶液聚合、反相懸浮聚合、反相乳液聚合、微波合成及輻射合成等多種方式.通過(guò)查閱大量相關(guān)文獻(xiàn),進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)與市場(chǎng)調(diào)研,選定了基于反相懸浮聚合方法來(lái)生產(chǎn)聚丙烯酸鈉,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響釜中,在引發(fā)劑的作用下進(jìn)行聚合反響至共沸脫水,反響后生成的混合物通過(guò)離心機(jī)別離分散介質(zhì)與聚合物,再經(jīng)熱水洗滌除去聚合物外表的一些殘留助劑,將別離工序過(guò)后的聚合物進(jìn)行枯燥、計(jì)量包裝等處理后,得到聚丙烯酸鈉產(chǎn)品.根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求對(duì)生產(chǎn)條件進(jìn)行了探討,分散劑種類、單體濃度、聚合溫度對(duì)分子量的影響,攪拌轉(zhuǎn)速的影響,中和度確實(shí)定,后處理工藝中分離方法和枯燥方法的選取,確定了以Span-60作為分散劑,抽余油作為分散介質(zhì),過(guò)硫酸核作為引發(fā)劑,單體丙烯酸鈉中和度為100%來(lái)進(jìn)行聚合反響,離心機(jī)別離后,使用氣流枯燥機(jī)進(jìn)行枯燥.本設(shè)計(jì)規(guī)模為年生產(chǎn)聚丙烯酸鈉1000噸,按全年330天,每天2班,一班8小時(shí)生產(chǎn),一班可以生產(chǎn)兩批,每批產(chǎn)量為773.04kgo并以此進(jìn)行物料衡算、能量衡算和設(shè)備選型,并且進(jìn)行了簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)概算,僅在第一年就可以盈利1444.45萬(wàn)元.而后說(shuō)明了平安生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)以及環(huán)境保護(hù)舉措.IllustrationApplicationofsodiumpolyacrylateisveryextensive,itcanbeusedaspigmentdispersantinthepaint,ceramics,papermaking,textileindustry,acleaningagentcompositionindailychemicalindustry,andthepesticideofwallmaterialsandbleachingpowderbinder.SodiumpolyacrylatehasspecialeffectonproteininBiology.Inaddition,itisusedastackifier,drillingfluidfiltratereducer,claystabilizerintheoilfieldchemistryofpetroleumindustry,alsoitcanbeusedforacidizingfluid,pharmaceutical,cosmeticsandotheraspectsofthethickeneretc..Sodiumpolyacrylatecanbesynthesizedbythebulkpolymerization,solutionpolymerization,inversesuspensionpolymerization,inverseemulsionpolymerization,microwavesynthesisandradiationsynthesisetc..Throughconsultinganumberofliterature,surfingontheinternetandresearchingmarket,Iuseinverseemulsionpolymerizationtoproductsodiumpolyacrylate.ThereareSodiumacrylatesolutionthathadbeenneutralized^dispersionmediumanddispersantinthereactor,Thepolymerizationreactionundertheeffectofinitiatorwillbecarryonuntilazeotropicdehydration,thegeneratedmixturewillbeseparatedofthepolymerandremnantdispersionmediumbythemachine.Finally,thepolymertransformintothecompletionbythepostprocessingsuchasdrying,meteringandpacking.Thedesignaccordingtothedesigntasksareassignedthetaskofthebook,theproductionconditionsarediscussed.Thetypeofdispersant,monomerconcentration,polymerizationtemperatureeffectonthemolecularweight,theeffectsofstirringspeed,determinationthedegreeofneutralization,theselectionoftheseparatingmethodanddryingmethodintheendensurethatpolymerizationreactionisimplementedthroughusingSpan-60asdispersant,raffinateoilasdispersingmedium,ammoniumpersulfateasinitiator,sodiumacrylatewhoseneutralizationdegreeis100%asmonomer.Afterthat,separatingbyusingthecentrifuge,dryingbyairflowdryer.ThescaleofthedesignforthesodiumpolyacrylateislOOOtonsperyeartaccordingto330daysayear,2shiftaday,8workinghoursashift,theycanproducetwobatchesinashift,theyieldofeachbatchis773.04kg.Thenmentionedsafetyproductionstandardizationandthemeasureofenvironmentalprotection.ProfessorXuChunHua,guidingbythedirectororiginally,hadsubmittedalotofvaluableandpositivesuggestions,hadhelpedmetoraisethedesignmass.Here,Iexpressmysincerethankstothem.Throughoutthedesignprocess,Ihadacomprehensiveunderstandingoftheirproductionprocess.Accordingtomyprofessionalknowledge,combinedwiththelearningexperience,flexibleapplication,laidabasisforfutureworkrelated.BecauseofthewiderangeofknowledgeofthedesignofPolyacrylatesodiumprocess,andmyknowledgeandexperienceislimited.Sohavingdesignerrorsandanythingwrongwiththat,Iurgemarkingteachercriticism.目錄1前言2聚丙烯酸鈉的概述聚丙烯酸鈉性能聚丙烯酸鈉的分類.2低.2高分子量聚丙烯酸鈉聚丙烯酸鈉的應(yīng)用聚丙烯酸鈉國(guó)內(nèi)外開(kāi)展?fàn)顩r及開(kāi)展前景3聚丙烯酸鈉生產(chǎn)工藝聚丙烯酸鈉的聚合方法3.1.1水溶液聚合3.1.2反相乳液聚合3.1.3微波法3.1.5反相懸浮聚合74聚合過(guò)程中工藝條件確實(shí)定TOC\o"1-5"\h\z分散劑及其助分散劑對(duì)分子分的影響8引發(fā)體系的選擇及其濃度對(duì)分子分的影響8交聯(lián)劑對(duì)分子量的影響9單體濃度對(duì)分子量的影響9聚合溫度對(duì)分子量的影響106聚合升溫限制對(duì)聚合穩(wěn)定性的影響107攪拌轉(zhuǎn)速的影響118中和度的選取119別離方法的選擇1210枯燥方法的選擇125聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)工藝131生產(chǎn)工藝132生產(chǎn)原料以產(chǎn)品指標(biāo)146工藝衡算141物料衡算146.2熱量衡算182.2中和工序202.3聚合反響工序217設(shè)備選型231釜的選擇237.1.1配堿釜的選擇237.1.2中和反響釜的選擇257.1.3分散介質(zhì)調(diào)配釜的選擇267.1.4聚合反響釜的選取287.1.5釜體夾套尺寸確實(shí)定30TOC\o"1-5"\h\z別離設(shè)備33枯燥設(shè)備33泵的選型348生產(chǎn)工藝流程圖359設(shè)備一覽表3636車(chē)間設(shè)備布置的原那么36車(chē)間設(shè)備平面布置的原那么37車(chē)間布置圖3711經(jīng)濟(jì)概算3811.1原料估算38IL1.1原料用量381.2原料費(fèi)用39TOC\o"1-5"\h\z其他費(fèi)用39利潤(rùn)估算4012生產(chǎn)平安與環(huán)境保護(hù)401設(shè)計(jì)依據(jù)402環(huán)保治理舉措414212.2.3綠化概況4212.2.4勞動(dòng)平安、工業(yè)衛(wèi)生與消防42致謝43參考文獻(xiàn)441前言隨著我國(guó)丙烯酸工業(yè)的迅速開(kāi)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,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、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).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(kāi)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〔10」106〕顯示有增稠性；高分子量〔1.6-107〕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,而是在水中溶脹,生成水凝膠,主要用作吸水劑⑴.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)車(chē)間的工藝設(shè)計(jì).2聚丙烯酸鈉概述聚丙烯酸鈉的應(yīng)用極為廣泛,在涂料、陶瓷、造紙、紡織工業(yè)用作顏料分散劑；在日用化工領(lǐng)域用作清潔劑成份⑵.可用于墻體材料粘結(jié)劑、農(nóng)藥防漂散劑,且在生物方面對(duì)動(dòng)植物蛋白的絮凝有特效作用.此外在石油工業(yè)的油田化學(xué)領(lǐng)域,用作鉆井液的增粘劑、降濾失劑、粘土穩(wěn)定劑等；還可用作酸化液、制藥、化裝品等方面的增稠劑等⑶.圖2.1聚丙烯酸鈉結(jié)構(gòu)式聚丙烯酸鈉,英文名Sodiumpolyacrylate,縮寫(xiě)PAAS或簡(jiǎn)稱PAA-Na,結(jié)構(gòu)式為-[CH2-CH〔C00Na〕]r-,是一種水溶性高分子化合物.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(shù)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6-9o緩慢溶于水形成極粘稠的透明液體,粘性并非吸水膨潤(rùn)〔如CMC,海藻酸鈉〕產(chǎn)生,而是由于分子內(nèi)許多陰離子基團(tuán)的離子現(xiàn)象使分子鏈增長(zhǎng),其粘度約為CMC、海藻酸鈉的15-20倍:,加熱處理、中性鹽類、有機(jī)酸類對(duì)其粘性影響很小,堿性時(shí)那么粘性增大.不溶于乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑.強(qiáng)熱至300度不分解.久存粘度變化極小,不易腐敗.因系電解質(zhì),易受酸及金屬離子的影響,粘度降低.遇足量二價(jià)以上金屬離子〔如鋁、鉛、鐵、鈣、鎂、鋅〕形成其不溶性鹽,引起分子交聯(lián)而凝膠化沉淀.但是二價(jià)金屬離子量少時(shí)仍為溶液,因此可作為洗滌助劑,起到預(yù)防污垢再沉積的作用.2.1聚丙烯酸鈉性能〔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、按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.聚丙烯酸鈉用于別離鋁廠紅泥,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(guò)凍結(jié),其粘度也不變.3)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外表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).普通枯燥產(chǎn)品在空氣中可以吸濕自重的10%,而高吸水樹(shù)脂那么可以吸收自重1000倍以上的蒸儲(chǔ)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.2聚丙烯酸鈉的分類1低分子量聚丙烯酸鈉低分子量聚丙烯酸鈉⑸具有廣泛的作用,特別是分子量小于2X101的產(chǎn)品.其中分子量在500-5000的低分子量聚丙烯酸鈉主要起分散劑作用,在油田化學(xué)品中用作降粘劑,在涂料、陶瓷、造紙、紡織工業(yè)用作顏料分散劑；在日用化工領(lǐng)域用作清潔劑成份,在特種洗滌劑、清洗粉中可局部替代三聚磷酸鈉以減少環(huán)境污染⑹；在工業(yè)水處理中用作防垢劑；在金屬材料中用作新型的淬火劑；在橡膠工業(yè)作增稠劑；在食品工業(yè)、皮革工業(yè)、印刷業(yè)、塑料工業(yè)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)及金屬離子廢液的金屬回收等方面均得到應(yīng)用.2.2.2高分子量聚丙烯酸鈉高分子量聚丙烯酸鈉⑴易溶于水,由于受分子中帶負(fù)電荷的竣基吸附和結(jié)構(gòu)上空間效應(yīng)的影響,使溶液中的帶正電荷離子以沉淀的形式沉聚出來(lái).故高分子量聚丙烯酸鈉作為絮凝劑可用于電解食鹽水精制,氧鋁生產(chǎn)〔鋁土礦中的氧化鋁轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄凿X酸鈉〕形成赤泥的別離及工業(yè)污水的處理等方面.還可用作墻體材料粘結(jié)劑、農(nóng)藥防漂散劑,且在生物方面對(duì)動(dòng)植物蛋白的絮凝有特效作用.此外在石油工業(yè)的油田化學(xué)領(lǐng)域,用作鉆井液的增粘劑、降濾失劑、粘土穩(wěn)定劑等；還可用作酸化液、制藥、化裝品等方面的增稠劑等⑶2.3聚丙烯酸鈉的應(yīng)用聚丙烯酸鈉的應(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(jiàn)表2T.表2-1不同聚合度聚丙烯酸鈉的功能及應(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、水復(fù)原分散劑、石油鉆井添加劑、水復(fù)原劑作用500-10000防沉淀、分散分散劑、柑橘保鮮劑、增稠劑、保護(hù)膠、

10000-10000010010000-100000100000-500000作用沉積、絮凝、

沉淀作用

水膨脹性加快墻體材料粘性劑、農(nóng)藥防漂散劑、

電解鹽水精制、絮凝劑水凝膠1〕絮凝劑聚丙烯酸鈉是一種線狀、可溶性的高分子化合物,其分子鏈上的竣基由于靜電相斥作用,使得彎曲纏繞的聚合物鏈伸展,促成其具有吸附性的功能團(tuán)外露到外表上來(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的相對(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,固含量達(dá)8%,相應(yīng)特性粘數(shù)H23.40⑸.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、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,氧化鋁生產(chǎn)的赤泥沉降別離中,隨著氧化鋁產(chǎn)量的不斷提升,沉降槽常有渾濁現(xiàn)象出現(xiàn)降.改用聚丙烯酸鈉絮凝,大大增加了拜耳法赤泥的沉降速度,澄清效果好.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參加聚丙烯酸鈉,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,提升產(chǎn)品的機(jī)械穩(wěn)定性和貯存穩(wěn)定性.目前國(guó)內(nèi)許多廠家參加0.5-1%的聚丙烯酸鈉作為保護(hù)膠.3〕增稠劑聚丙烯酸鈉是具有親水基因的高分子化合物,緩慢溶于水形成極粘稠的透明溶液,其不像裝甲基纖維素鈉和海藻鈉那樣吸水膨脹,而是由于分子內(nèi)許多親水基團(tuán)〔竣基〕,使分子伸展開(kāi)來(lái),形成高粘性溶液.其粘度是竣甲基纖維素鈉和海藻酸鈉的20倍,長(zhǎng)期放置粘度變化極小,不容易腐敗,平安無(wú)毒,被廣泛用于食品添加劑,如可以增加果汁和果凍的粘度,改善它們的外觀和口感.從2000年開(kāi)始,我國(guó)衛(wèi)生部已經(jīng)正式批準(zhǔn)聚丙烯酸鈉為食品級(jí)增稠劑.在水性涂料中參加聚丙烯酸鈉作為增稠劑,增稠的效果明顯,且能有效的預(yù)防涂料的沉降、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.4〕分散劑聚丙烯酸鈉屬于陰離子型聚合電解質(zhì),當(dāng)其分子量低時(shí),與絮凝劑相反低聚物離子不能吸附懸浮粒子,而是被懸浮粒子所吸附,吸附了低聚物離子的顆粒外表形成雙電層,改變了電荷狀態(tài),在靜電荷作用下,顆粒相互排斥,這樣預(yù)防了顆粒碰撞而長(zhǎng)大沉積,而使顆粒分散在溶液中.作為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,從而到達(dá)阻垢目的.除了用于水處理,聚丙烯酸鈉還廣泛大量應(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,用于涂料行業(yè)做顏料分散劑等.5〕洗滌助劑在洗滌劑行業(yè),磷酸鹽、硅酸鹽與碳酸鹽一直是重要的助洗劑,特別是三聚磷酸鈉〔STPP〕,其顯著特點(diǎn)在于能與水中的Ca/Mg〞生成可溶性螯合物,從而起到軟化硬水的作用,并且有分散、乳化、增溶污垢的水平.但隨著某些地區(qū)水體富磷,導(dǎo)致赤化的現(xiàn)象出現(xiàn),無(wú)磷洗滌劑的呼聲越來(lái)越高,從而掀起了代磷助劑開(kāi)發(fā)與應(yīng)用高潮①：o聚丙烯酸鈉除上述用途外,還可以作為柑桔保鮮劑、枯燥劑、藥物糖衣粘合劑、鑄造粘合劑、土壤穩(wěn)定劑、土壤改進(jìn)劑、食品添加劑等,應(yīng)用于日常生活中的各個(gè)領(lǐng)域.4聚丙烯酸鈉國(guó)內(nèi)外開(kāi)展?fàn)顩r及開(kāi)展前景80年代美國(guó)的PAANa絮凝劑生產(chǎn)水平5萬(wàn)t/a,日本2萬(wàn)t/軟.目前西歐生產(chǎn)水平也很大.我國(guó)的工業(yè)開(kāi)展迅速,人口眾多,產(chǎn)生的工業(yè)廢水、生活廢水日益增多,造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,加上我國(guó)水資有限,因此做好廢水處理已迫在眉嚏.高分子絮凝劑的需要量逐年增加,據(jù)了解,早在1995年我國(guó)絮凝劑〔無(wú)機(jī)和高分子絮凝劑〕年用量己到達(dá)124萬(wàn)to在污水處理方面,北京密云污水處理廠每年用絮凝劑〔無(wú)機(jī)和高分子絮凝劑〕為20003北京高碑店污水處理廠每年用絮凝劑為6000toPAANa可以根據(jù)市場(chǎng)需要生產(chǎn)成不同分子量的系列產(chǎn)品,開(kāi)發(fā)出多用途產(chǎn)品,以滿足各行業(yè)的需求,市場(chǎng)潛力很大.此產(chǎn)品從國(guó)外的應(yīng)用進(jìn)展看,己用于飲用水處理,以及造紙、采油、礦業(yè)等領(lǐng)域.PAANa在我國(guó)同樣有很大市場(chǎng),用于飲用水處理的高分子絮凝劑己超過(guò)250t/a、造紙行業(yè)為500t/a、油田用聚丙烯醐胺絮凝劑為5000t/a、離子膜燒堿需要PAANa絮凝劑50-75t/a＞煉鋁生產(chǎn)中紅泥沉降的PAANa年需求量逾千噸.此外,我國(guó)合成洗滌劑的助洗劑中,據(jù)生產(chǎn)廠的試驗(yàn)說(shuō)明,使用PAANa〔占洗衣粉1%〕替代洗衣粉中三聚磷酸鈉和縮甲基纖維素助劑〔分別占洗衣粉的5%和1%〕,經(jīng)河南開(kāi)封日用化學(xué)品廠測(cè)定可使洗衣粉洗滌效果提升5倍,而且可減少污染；我國(guó)每年生產(chǎn)洗衣粉160萬(wàn)3如果使用PAANa作為洗滌劑助洗劑,每年需要量為1.6萬(wàn)t；由于PAANa絮凝劑生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)性以及產(chǎn)品的良好性能,隨著應(yīng)用研究的進(jìn)一步深入,市場(chǎng)需求會(huì)進(jìn)一步增加,PAANa高分子絮凝劑在我國(guó)完全可能開(kāi)展成為生產(chǎn)裝置規(guī)模到達(dá)萬(wàn)噸級(jí)的化工產(chǎn)品,其開(kāi)展前景和潛在的經(jīng)濟(jì)效益十分樂(lè)觀皿.純堿被大量使用于玻璃、洗滌劑、金屬冶煉等行業(yè),2021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)量均己到達(dá)世界純堿總水平和總產(chǎn)量的1/3,超過(guò)2000萬(wàn)噸,在世界純堿工業(yè)中占有重要的地位.同時(shí)2021年我國(guó)燒堿產(chǎn)量也到達(dá)2000萬(wàn)噸皿.目前,在這兩堿行業(yè)的生產(chǎn)中,鹽水精制過(guò)程大多一直使用聚丙烯酰胺和苛化淀粉,小局部使用聚丙烯酸鈉,主要是由于聚丙烯酸鈉價(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)2000萬(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到達(dá)4000噸.純堿年產(chǎn)2000萬(wàn)噸,每生產(chǎn)1噸純堿用聚丙烯酸鈉0.14kg計(jì),需要用聚丙烯酸鈉2800噸.土木建筑方面,利用高吸水性樹(shù)脂的水膨潤(rùn)性能,可制備水溶性密封膠,管路施工潤(rùn)滑劑、防結(jié)露壁紙和頂板襯墊、止水板等,到達(dá)以水制水的目的;還可用于制備高強(qiáng)度混凝土、嵌條玻璃外表的防霧劑等.此外聚丙烯酸鈉高吸水性樹(shù)脂還可用于保鮮包裝、人工降雪,電子材料、涂料和消防等各個(gè)領(lǐng)域三聚丙烯酸鈉高吸水性樹(shù)脂吸水后形成的凝膠比擬柔軟,具有人體適應(yīng)性,如對(duì)人體皮膚無(wú)刺激、無(wú)副反響,不發(fā)生炎癥、不引起血液凝固等,這些都為其在醫(yī)藥方面的應(yīng)用創(chuàng)造了條件.近年來(lái),聚丙烯酸鈉高吸水性樹(shù)脂己初步應(yīng)用于醫(yī)藥的各個(gè)方面,如用于保持局部被測(cè)液的醫(yī)用檢驗(yàn)試片；含水量大、使用舒適的外用軟膏用.由此可見(jiàn)高分子量的聚丙烯酸鈉在很多領(lǐng)域都廣泛使用.國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小,生產(chǎn)方法落后,市場(chǎng)需求量大,有必要增加其生產(chǎn).因此建設(shè)高質(zhì)量的使用性能好的聚丙烯酸鈉生產(chǎn)廠家是非常可行的.3聚丙烯酸鈉生產(chǎn)工藝工藝流程的選擇原那么是：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)本錢(qián)低、生產(chǎn)的連續(xù)化,使整個(gè)生產(chǎn)裝置到達(dá)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)的根底上進(jìn)行的.3.1聚丙烯酸鈉的聚合方法其合成方法主要有本體聚合、水溶液聚合、反相懸浮聚合、反相位乳液聚合、微波合成及輻射合成等多種方式.其中本體聚合反響,體系散熱困難,反響難以限制,容易發(fā)生爆炸性聚合,使之全部交聯(lián)成塊,很難粉碎,無(wú)法工業(yè)化生產(chǎn).1.1水溶液聚合丙烯酸在反響器中先用氫氧化鈉溶液中和,其中和度為80%,再用蒸鐳水將單體濃度稀釋至30-60%,參加交聯(lián)劑,將反響器置于恒溫水浴中加熱,溫度保持在30-80C,并通氮?dú)怛?qū)氧,參加引發(fā)劑,聚合反響2-5h,然后將得到的凝膠體切成碎片并送入130-230℃枯燥器內(nèi)枯燥,取出粉碎物即為成品.溶液法合成聚丙烯酸鈉高吸水性樹(shù)脂的特點(diǎn)是過(guò)程簡(jiǎn)單,既可間歇,也可連續(xù)生產(chǎn),可以制成膜狀、片狀、粉末狀,也可與其他吸水性物質(zhì)復(fù)合成各種吸水材料.其缺點(diǎn)是反響難以限制,當(dāng)單體濃度高時(shí),交聯(lián)成塊,產(chǎn)品難于粉碎；而當(dāng)溶液濃度太低時(shí),反響緩慢,不利于交聯(lián).1.2反相乳液聚合加有機(jī)溶劑和乳化劑于反響器中,以一定轉(zhuǎn)速攪拌,再加0.15-0.97%的引發(fā)劑水溶液和中和度為65-100%丙烯酸鈉水溶液,在氮?dú)獗Ｗo(hù)下,于一定溫度下反響數(shù)小時(shí).反響完畢后,經(jīng)冷卻、過(guò)濾、脫水、枯燥得產(chǎn)品.用反相乳液聚合法合成的聚丙烯酸鈉高吸水性樹(shù)脂,其吸水率高,吸水水平強(qiáng).1.3微波法在反響器中參加水溶性引發(fā)劑,經(jīng)氫氧化鈉溶液中和的丙烯酸和交聯(lián)劑,在氮?dú)獗Ｗo(hù)下,放人微波爐內(nèi)反響數(shù)分鐘.反響完畢后,將生成的水凝膠放人烘箱中烘干,經(jīng)粉碎得白色粉末產(chǎn)品.其優(yōu)點(diǎn)是反響速度快,反響時(shí)間由溶液聚合的幾小時(shí)縮短為幾分鐘,且得到的產(chǎn)品吸水速度快；缺點(diǎn)是反響過(guò)強(qiáng)烈,易爆炸.微波法是一種新的合成方法,工業(yè)化生產(chǎn)有待于進(jìn)一步研究.1.4輻射聚合以丙烯酸為主要原料,用氫氧化鈉中和,然后用Co60釋放出的射線輻射聚合,經(jīng)交聯(lián)后得到聚丙烯酸鈉.其特點(diǎn)是制造過(guò)程中沒(méi)有添加任何助劑,因此得到的產(chǎn)品純度高,適于制作生理衛(wèi)生和醫(yī)藥用品.假設(shè)添加其他單體如丙烯獻(xiàn)胺、烏頭酸等,經(jīng)輻射聚合可對(duì)聚丙烯酸鈉吸水性樹(shù)脂改性①:.1.5反相懸浮聚合反相懸浮法聚合法是近年開(kāi)展起來(lái)的制備水溶性高分子新方法,這方面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)劑的作用下聚合反響皿.其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、本錢(qián)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度和傳熱困難、攪拌困難的工藝難點(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,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),溶劑容易與聚合物別離,是一種合成聚丙烯酸鈉獨(dú)特的方法.缺點(diǎn)是反響過(guò)程限制較不穩(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3-1為水溶液聚合法與反相懸浮聚合法制備聚丙W/0型反相體系一般選擇HLB為3~8的span類〔如span60等〕作為分散劑在實(shí)際聚合過(guò)程中,為了進(jìn)一步降低外表張力,改善分散水平并調(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分散劑溶解后盡快參加助分散劑的效果更好.助分散劑的參加同時(shí)也能起到適當(dāng)降低產(chǎn)物分子量的作用.表4T為助分散劑對(duì)分子量的影響,發(fā)現(xiàn)在單體、引發(fā)劑參加量相同的情況下,隨著助分散劑的參加,產(chǎn)品的分子量降低、顆粒也變細(xì).表4-1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)595粒狀1288粉狀3866粒狀41520粉狀在傳統(tǒng)的懸浮聚合中,常常選用的分散劑有:有機(jī)高分子〔如聚乙烯醇〕和非水溶性無(wú)機(jī)粉末〔如磷酸鈣〕兩大類.實(shí)際應(yīng)用中常常綜合考慮到保護(hù)/隔離、降低界面張力和提升分散效果的雙重作用,往往采用復(fù)合分散體系,包括兩種或多種有機(jī)分散劑的復(fù)合、有機(jī)和無(wú)機(jī)分散劑的復(fù)合.有時(shí)還添加少量陰離子外表活性劑〔如十二烷基硫酸鈉〕.依據(jù)懸浮聚合體系中聚合場(chǎng)所的不同,可以依照外表活性劑HLB值與分散性能、用途的關(guān)系來(lái)選用適宜的分散劑.選用Tween-80時(shí),出現(xiàn)聚合物粘結(jié),并發(fā)生爆聚；而選用Span-60/Tween-80混用時(shí),也出現(xiàn)嚴(yán)重粘壁現(xiàn)象,所得產(chǎn)物聚集現(xiàn)象較嚴(yán)重;單獨(dú)使用Span-60時(shí)聚合產(chǎn)物的顆粒形態(tài)較好,體系穩(wěn)定,聚合物粘壁較少,

產(chǎn)物粒子均勻,因此本設(shè)計(jì)選擇Span-60作為分散劑,用量為＞0.75%即.2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4-2為引發(fā)劑對(duì)分子量的影響.表4-2引發(fā)劑對(duì)分子量的影響編丙烯酸氫氧化鈉引發(fā)劑~~引發(fā)劑M〔萬(wàn)〕W號(hào)〔g〕〔g〕參加次〔w%〕態(tài)序123488123488666.&&&先后先先16*O084狀狀狀

粒粉粉過(guò)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,另一類是氧化一復(fù)原引發(fā)劑.常用的無(wú)機(jī)過(guò)氧化物引發(fā)劑如過(guò)硫酸鉀和過(guò)硫酸屬于熱分解型引發(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(guò)硫酸鹽-脂肪胺是類活性可調(diào)、易限制的氧化一復(fù)原引發(fā)體系.研究發(fā)現(xiàn),氧化劑用量主要決定聚合反響總速率,復(fù)原劑用量?jī)H改變了反響速率分布.當(dāng)復(fù)原劑用量一定時(shí),增加氧化劑用量,聚合反響總速率增大；當(dāng)恒定氧化劑用量,增加復(fù)原劑用量時(shí),聚合反響速率根本不變,而速率分布改變.聚合反響速率將會(huì)影響到單體分配、共聚物組成和分子量.有人認(rèn)為共聚物組成可能直接受所用引發(fā)劑種類的影響「⑻.本設(shè)計(jì)中采用水溶性氧化-復(fù)原劑引發(fā)聚合,過(guò)硫酸鉉作為引發(fā)劑.4.3交聯(lián)劑對(duì)分子量的影響采用丙烯酸鈉反相懸浮聚合合成高吸水性樹(shù)脂,參加一定量的交聯(lián)劑,可以提升樹(shù)脂的交聯(lián)密度,提升產(chǎn)品的吸水性能和強(qiáng)度.在水溶性的高分子聚丙烯酸鈉的合成中參加一定量的交聯(lián)劑,進(jìn)行適當(dāng)高分子擴(kuò)鏈,使其產(chǎn)生微交聯(lián),也可以提升分子量.4.4單體濃度對(duì)分子量的影響丙烯酸鈉的聚合反響本質(zhì)上屬于自由基聚合反響,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.V=k-X-M-2(fkdkt廠［42(4.1)由丙烯酸及其鈉鹽組成的單體進(jìn)行反相懸浮聚合,在反響過(guò)程中,可以改變水的參加量或通過(guò)改變AA的參加量改變聚合單體濃度.參加適量的AA不僅能增加聚合物的絮凝效果,同時(shí)可以提升聚合物的分子量.表4-3、4-4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,聚合物分子量降低.表4-3水量對(duì)分子量的影響編號(hào)參加水量AA(g)NaOH(g)分子量產(chǎn)品形(mL)(萬(wàn))態(tài)11012756781176

21212.56.8363較小粒狀31412.56.8240粉狀43012.56.8171粉狀表4-4單體濃度對(duì)分子量的影響編AA(g)NaOH(g引發(fā)劑〔mL〕分子量產(chǎn)品粒狀號(hào))〔萬(wàn)〕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)粉狀由于設(shè)計(jì)為高分子量聚丙烯酸鈉生產(chǎn),產(chǎn)品最好為粒狀,采用配比單體濃度為45%.4.5聚合溫度對(duì)分子量的影響在丙烯酸鈉反相懸浮聚合過(guò)程中,使用不同有機(jī)溶劑作為連續(xù)相〔如環(huán)己烷及抽余油〕.抽余油和環(huán)己烷的沸點(diǎn)不同,因此他們與誰(shuí)的共沸點(diǎn)也不同.不同的溶劑回流溫度不同,對(duì)產(chǎn)品的分子量影響很大.由于抽余油的回流溫度低,而且分子量高,產(chǎn)品形態(tài)為粒狀,容易進(jìn)行后處理工序,所以分散介質(zhì)采用抽余油.表4-5不同溶劑聚合溫度對(duì)分子量影響溶劑名稱溶劑體積〔mL〕回流溫度〔℃〕分子量〔萬(wàn)〕產(chǎn)品形態(tài)抽余油10060.5-681170粒狀環(huán)己烷10069-78697粉狀4.6聚合升溫限制對(duì)聚合穩(wěn)定性的影響反相懸浮法聚合由于存在易揮發(fā)的連續(xù)相,可利用蒸發(fā)潛熱解決反響傳熱問(wèn)題.但丙烯酸鈉聚合反響放熱太強(qiáng),在聚合反響加速期,液滴粘度急劇增加,如果不能較好的分散和攪拌,極易發(fā)生粒子或液滴的聚集、纏槳甚至爆聚.在懸浮聚合中,為了提升反響器的效率,單體濃度較高,這就提前了聚合反響加速期.故在聚合反響初期,為了適當(dāng)限制聚合放熱,不宜使聚合溫度過(guò)高.否那么由于聚合熱量來(lái)不及帶走,出現(xiàn)粒子大量聚集而使利聚合失敗.聚合反響在60℃以上容易出現(xiàn)失穩(wěn).故在聚合反響初期,選用較低的聚合溫度(<60℃).通過(guò)查閱文獻(xiàn)引用實(shí)驗(yàn)結(jié)果,選定升溫過(guò)程為：40C恒溫1h、50℃恒溫1h、60C恒溫0.5h后升溫至共沸溫度..脫水至粒子固含量為70%即可停止反響.采用上述變溫聚合過(guò)程,體系穩(wěn)定性較好,聚合物顆粒均勻.4.7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(guò)攪拌能使單體溶液分散成液滴,預(yù)防塊狀聚合.攪拌的另一個(gè)作用是加速反響熱的傳遞,預(yù)防溫度過(guò)高而發(fā)生爆聚,保證反響的正常進(jìn)行.對(duì)于聚丙烯酸鹽體系,由于單體濃度高、活性大,反響相當(dāng)劇烈,要求攪拌強(qiáng)度也就更高.在實(shí)驗(yàn)過(guò)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,故大局部單體下沉于釜底而發(fā)生塊狀聚合,影響了反響的正常進(jìn)行.而當(dāng)攪

拌轉(zhuǎn)速太大時(shí),反響體系并沒(méi)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(guò)小,相對(duì)于轉(zhuǎn)速小的體系,它需要更多的分散劑才能使液滴分散不聚集；同時(shí)高轉(zhuǎn)速容易使發(fā)粘粒子聚集,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)選擇的最正確攪拌轉(zhuǎn)速250r/mino4.8中和度的選取丙烯酸聚合反響速率較快,反響劇烈,通常不直接用來(lái)聚合,而使用氫氧化鈉中和后聚合(丙烯酸鈉的聚合反響速率較丙烯酸小).丙烯酸在中和度為94%左右,其水溶液pH值即為7中和度下丙烯酸/丙烯酸鈉水溶液的pH值曲線如圖4.1所示.圖4,1圖4,1中和度對(duì)pH影響圖4.2中和度對(duì)轉(zhuǎn)化率影響圖4.2為丙烯酸單體的中和度對(duì)聚合反響轉(zhuǎn)化率(Con.)的影響,通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)化率曲的分析可知：丙烯酸在較低的中和度情況下具有較高的反響速率,在反相懸浮聚合體系中,在考慮聚合速率的同時(shí),要同時(shí)考慮聚合體系的穩(wěn)定性.在適宜的聚合溫度、攪拌轉(zhuǎn)速及分散劑的條件下,低中和度時(shí)體系穩(wěn)定性差,反響在共沸脫水時(shí)易聚集,造成物料團(tuán)聚、結(jié)塊、甚至爆聚.表4-6中和度對(duì)體系穩(wěn)定性的影響中和度(%)體系穩(wěn)定性48.0爆聚,結(jié)塊61.7爆聚,結(jié)塊75.4爆聚,結(jié)塊80反響平穩(wěn)在丙烯酸及其鈉鹽的聚合體系中,丙烯酸在酸性條件下具有較高的聚合反響速率(在酸性條件下,聚丙烯酸鏈段卷曲),容易造成局部溫度較高,促使聚合反響速率進(jìn)一步提升.因此中和度為80%以上體系最為穩(wěn)定,為了便于操作,本設(shè)計(jì)中中和度選為10096.根據(jù)上述分析,木設(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,丙烯酸單體中和度為100%,以Span-60為分散劑、過(guò)硫酸鉉作為引發(fā)劑參加反響釜中,抽余油作為分散介質(zhì),限制溫度40℃恒溫1h、50℃恒溫1h、60℃恒溫0.5h后升溫至共沸溫度.脫水至粒子固含量為75%即可停止反響.4.9別離方法的選擇對(duì)脫水后聚合物混合物進(jìn)行別離可采用過(guò)濾離心機(jī)或沉降離心機(jī)或別離機(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(guò)濾離心機(jī);對(duì)于懸浮液中顆粒細(xì)小或可壓縮變形的,那么宜選用沉降離心機(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)選用別離機(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.10枯燥方法的選擇對(duì)聚合后的濕物料進(jìn)行枯燥可采用氣流枯燥、回轉(zhuǎn)窯、紅外等枯燥方式.氣流枯燥設(shè)備的枯燥強(qiáng)度大,蒸發(fā)水份水平從50kg/h-1500kg/h,而設(shè)備容積小,投資省,是其他枯燥設(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)該種枯燥方式；生產(chǎn)試驗(yàn)的前期采用紅外線加熱,但是枯燥本錢(qián)高,而且設(shè)備維護(hù)費(fèi)用大會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品本錢(qián)顯著增加.根據(jù)企業(yè)的投資情況和生產(chǎn)水平,選用的氣流枯燥機(jī)枯燥方法.5聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)工藝圖5.1聚丙烯酸鈉生產(chǎn)工藝流程圖1生產(chǎn)工藝⑴堿液的配制：將計(jì)量好的NaOH固體與適量的水配制為30%的XaOH溶液.(2)丙烯酸鈉溶液的配置：將計(jì)量的丙烯酸與配好的XaOH溶液進(jìn)行局部中和,中和后的丙烯酸鈉,參加適量水,得到濃度為45%,中和度為100%單體溶液.(3)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)和分散劑配制好的分散液共同放入反響釜中,在引發(fā)劑的作用下進(jìn)行聚合反響至共沸脫水至固含量75%左右停止反響.(4)聚合混合物的別離:反響后生成的混合物通過(guò)離心機(jī)別離分散介質(zhì)與聚合物,再經(jīng)熱水洗滌除去聚合物外表的一些殘留劑.(5)聚丙烯酸鈉的后處理工序:將別離工序過(guò)后的聚合物用氣流枯燥劑進(jìn)行枯燥,經(jīng)包裝后可為成品.2生產(chǎn)原料以產(chǎn)品指標(biāo)表5-1生產(chǎn)原料原料名稱W丙烯酸氫氧化鈉引發(fā)劑過(guò)硫酸錫分散劑Span-60水分散介質(zhì)抽余油表5-2產(chǎn)品指標(biāo)工程指標(biāo)工程外觀白色粉末游離堿合格硫酸鹽〔以S04計(jì)〕W0.5%枯燥失重W10%灼燒殘?jiān)黈76%重金屬〔以Pb計(jì)〕^0.002%碑〔以As203計(jì)〕W0.0002%剩余單體W1.0%低聚合物W5%6工藝衡算物料衡算工藝設(shè)計(jì)中,物料衡算是在工藝流程確定后進(jìn)行的.目的是根據(jù)原料與產(chǎn)品之間的定量轉(zhuǎn)化關(guān)系,計(jì)算原料的消耗量,各種中間產(chǎn)品、產(chǎn)品和副產(chǎn)品的產(chǎn)量,生產(chǎn)過(guò)程中各階段的消耗量以及組成,進(jìn)而為熱量衡算、其他工藝計(jì)算及設(shè)備計(jì)算打根底.物料衡算是以質(zhì)量守恒定律為根底對(duì)物料平衡進(jìn)行計(jì)算的.物料平衡是指“在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入系統(tǒng)〔體系〕的全部物料質(zhì)量必定等于離開(kāi)該系統(tǒng)的全部物料質(zhì)量再加上損失掉的和積累起來(lái)的物科質(zhì)量二〔1〕確定物料平衡關(guān)系明確物料發(fā)生的化學(xué)變化,寫(xiě)出主、副反響方程式丙烯酸被中和,中和反響方程式如下：CH,=CHCOOH+NaOHfCH,二CHCOONa+HQ(6.1)

引發(fā)劑引發(fā)單體進(jìn)行自由基聚合,其反響方程式如下：nCH2=CHCX3ONa^(CH2-CH)nCOONa(6.2)丙烯酸自由基聚合中單體相對(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.(2)收集數(shù)據(jù)資料a生產(chǎn)規(guī)模.年產(chǎn)量為：1000噸b生產(chǎn)時(shí)間.年工作日：330天c相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表6T.表6-1技術(shù)指標(biāo)工程內(nèi)容技術(shù)指標(biāo)聚合物損失率丙烯酸中和度XaOH中和用NaOH水溶液濃度單體水溶液濃度引發(fā)劑用量分散劑用量分散介質(zhì)用量分散劑循環(huán)用量2%聚合物質(zhì)量100%(摩爾)純度98%30%(質(zhì)量)45%(質(zhì)量2%聚合物質(zhì)量100%(摩爾)純度98%30%(質(zhì)量)45%(質(zhì)量)0.16%單體質(zhì)量1%單體質(zhì)量與單體質(zhì)量比4：190%分散劑總用量d質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).原料NaOH溶液濃度為99%.其他原料均視為純物質(zhì).由于只對(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).e化學(xué)變化參數(shù).參加的NaOH能夠與丙烯酸完全反響,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.聚合反響過(guò)程中單體完全參加反響,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.(3)選擇計(jì)算基準(zhǔn)與計(jì)量單位由于是間歇操作過(guò)程,所以基準(zhǔn)為“批二(4)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)系比擬簡(jiǎn)單,且整個(gè)工藝過(guò)程比擬簡(jiǎn)單,容易得到產(chǎn)物量與單體原料投料量之間的比例關(guān)系,所以采用順流程的計(jì)算順序.(5)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10003年開(kāi)工330d,每天生產(chǎn)4批,聚合物損失率為2%.每批應(yīng)生產(chǎn)的聚合物數(shù)量為：1000X103=773.04kg330X4X0.98引發(fā)劑(0.2%單體質(zhì)量)全部結(jié)合到聚合物中；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；丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量：?jiǎn)误w相對(duì)分子質(zhì)量=72.06:94.06丙烯酸投料量為：773.0472.06X=591.05kg1-0.0294.061〕中和釜物料衡算：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原料丙烯酸的質(zhì)量為591.05kg反響需要純NaOH的質(zhì)量為59591.0572.06義40=328.09kg30%Na0H的質(zhì)量為32328.090.3=1093.63kg30%Na0H的含水量為1093.63-328.09=765.54kg單體丙烯酸鈉的質(zhì)量94.94.0672.06X591.05=771.50kg45%丙烯酸鈉中含水的質(zhì)量為:0.55瓦區(qū)X771.50=942.94kg中和反響生成的水

328.09———X18=147.64kg中和反響完成后需參加的水為:942.94-147.64-765.54=29.76kg2〕配堿釜物料衡算在裝有水冷裝置的配堿釜中參加一定量的水,然后在不斷攪拌下參加純度為98%的氫氧化鈉.中和用30%Na0H溶液質(zhì)量為1093.63kg,那么需要純度98%氫氧化鈉固體質(zhì)量為32328.090.98=334.79kg需參加的水為1093.63-334.79=758.84kg3〕分散介質(zhì)調(diào)配罐物料衡算己知：分散介質(zhì)：?jiǎn)误w二4：1、分散劑為1%單體質(zhì)量,那么分散介質(zhì)抽余油質(zhì)量：771.50X4=3086.00kg循環(huán)分散介質(zhì)抽余油質(zhì)量：3086.00X09=2777.40kg新鮮分散介質(zhì)抽余油質(zhì)量：3086.00X0.1=308.60kg分散劑：771.50X0.01=7.72kg4〕聚合反響釜物料衡算反響前反響釜中各組分質(zhì)量：?jiǎn)误w：771.50kg水：942.94kg分散介質(zhì)：3086.00kg分散劑：7.72kg引發(fā)劑用量為0.16%單體質(zhì)量引發(fā)劑質(zhì)量：X0.16%=1.23kg反響后聚合物質(zhì)量：+1.23=772.73kg表6-2生產(chǎn)聚丙烯酸鈉各工序物料衡算結(jié)果工序名輸入輸出稱原料質(zhì)量產(chǎn)品質(zhì)量(kg)(kg)配堿98%燒334.730%氫氧化1093.63堿9鈉純水758.54中和30%氫氧化1093.63丙烯酸鈉溶1714.44鈉591.05液771.50丙烯酸29.76其中丙烯酸942.94純水鈉水聚合丙烯酸鈉溶1714.44聚合物772.液1.23水73引發(fā)劑3086.00分散介質(zhì)942.分散介質(zhì)7.72分散劑94分散劑3086.007.726.2熱量衡算選擇最正確的操作條件,對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和選型,制定出既經(jīng)濟(jì)又合理的能量消耗方案.熱量衡算包有兩種情況：當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)單元設(shè)備之間沒(méi)有熱量的交換時(shí),只需要對(duì)單元設(shè)備做熱量衡算計(jì)算；當(dāng)各個(gè)單元操作或工序之間有熱量交換時(shí),必須做整個(gè)過(guò)程的熱量衡算.塑料制品的成型加工大都采用的是對(duì)單元設(shè)備的熱量衡算.熱量遵循熱力學(xué)第一定律：能量既不能產(chǎn)生,也不能消滅,只能從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式.即熱量平衡方程式為：Qt=Qi+QZ+Q3+Q4式中：Qt一—設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)物料與外界交換熱量之和〔傳入能量為正、傳出熱量為負(fù)〕,kJ；Qi一一由于物料溫度變化,系統(tǒng)與外界交換的熱量〔當(dāng)有相變時(shí),應(yīng)分段計(jì)算,升溫為正、降溫為負(fù)〕,kJ；Q2一一由于物料發(fā)生各種變化〔化學(xué)反響、相變、溶解、混合等〕,系統(tǒng)與外界交換的熱量〔吸熱為正、放熱為負(fù)〕,kJ；Q3一一由于設(shè)備溫度改變,系統(tǒng)與外界交換的熱量〔設(shè)備升溫為正、設(shè)備降溫為負(fù)〕,kJ；q4一—設(shè)備向外界環(huán)境散失的熱量〔操作溫度高于環(huán)境溫度為正、操作溫度低于環(huán)境溫度為負(fù)〕,kjo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)算.整個(gè)過(guò)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).6.2.1配堿工序由物料衡算可知,在配堿工序中,需純氫氧化鈉328.09kg,溶解用水765.54kg,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：328.09X1000』I.n>raOu==8202.25m.］氫氧化鈉：Ma°H40765.54X1000.nH□==42530,00m.】水：M18查表可知?dú)溲趸c在此濃度下的溶解熱為46.03kJ/mol,此濃度下溶液的平均比熱為3.348kJ/kg?K,水的比熱為4.18kJ/kg.K,己知片堿和純水的進(jìn)料溫度為25℃,氫氧化鈉溶液的出料的溫度為30C,配堿過(guò)程最大溫升65C,冷卻水出入平均溫差為10ro輸入的熱量％入包括氫氧化鈉帶入的熱量Ql,純水帶入的熱量心〞氫氧化鈉帶入的溶解熱心3,由于氫氧化鈉帶人的熱量Qu和純水帶入的熱量為0o所以Qi=46.3X8202.25=377549.57kJ輸出的熱量明出出包括氫氧化鈉溶液由25℃升到30C所需的熱量Qg和

冷卻移走的熱量Qis.其中Q14=3.348X1093.63X(30-25)=1830737k)由于Qi入=Qi出Qt-=Q］入-Q3=377549.57-18307.37=35924220k〕需要冷卻水質(zhì)量為35359242.204.18X10=8594.3IkJ2.2中和工序條件：丙烯酸的進(jìn)料溫度為25℃,比熱為2.76kJ/kg.K,氫氧化鈉水溶液的進(jìn)料溫度為30℃,平均比熱為3.348kJ/kg.K,中和液的平均比熱為3.28kJ/kg-K,水的比熱為4.18kJ/kgK,100℃時(shí)水的蒸發(fā)熱為2587kJ/kg,丙烯酸與氫氧化鈉的中和熱55.67kJ/mol,中和液輸出溫度為30℃,冷卻水平均溫差為10℃o中和工序的輸入熱量Q?入包括：氫氧化鈉水溶液引入的熱量Q〞,丙烯酸引人的熱量52,丙烯酸中和熱心3,其計(jì)算結(jié)果如下：氫氧化鈉水溶液帶入對(duì)的熱量：QZ1=3.348X1093.63X(30-25)=18307.37kJ丙烯酸引入的熱量為0：Qzz=.在中和工序中,中和度為100%,發(fā)生中和反響的丙烯酸反響熱為Q23=55.67X8202.25=456619.26kJ輸入熱量Q2a=Q21+Q22+Q23=18307.37+456619.26=474926.63kJ輸出的熱量&出出包括中和液移走的熱量Q24,水分蒸發(fā)吸收的熱量55,以及冷卻水帶走的熱量Q“.其計(jì)算結(jié)果如下：Qm=3.28X1714.44X(30-25)=28116.82kJ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Qzs二.由于Q2入=<?2出所以Qz6=<?2入—Qz4=474926.63-28116.82=446809.81冷卻水用量446809°==10689.21kJ-4.18X102.3聚合反響工序己知丙烯酸中和液的平均比熱為3.28kJ/kg.K,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4.18kJ/kg-K,100C水的蒸發(fā)熱為2587kJ/kg,聚合物混合物出料溫度為60℃,聚合物平均比熱為2.53kJ/kg.K,分散劑平均比熱2.30kJ/kg-K.輸入的熱量＜?3人包括：丙烯酸中和液引入的熱量Q3W丙烯酸鈉聚合的聚合反響放熱Q32,其計(jì)算結(jié)果如下：丙烯酸鈉中和液引入的熱量：Q?=3.28X1714.44X(30-25)=28116.82kJ聚合物反響放熱：Qm=77.7X8202.25=637314.83kJ那么輸入的熱量八二＜?3i+Q3z=28116.82十637314.83=665431.65k〕輸出的熱量Q3出包括生成的聚合物從25℃升溫到60℃所需的熱量Q33,分散介質(zhì)帶走的Q34和水從25c到60℃的熱量Q35及耗損的熱量.其計(jì)算結(jié)果如下：聚合物帶走的熱量：Q33=2.53X772.73X〔60-25〕=6S425.24kJ分散介質(zhì)帶走的熱量Qm=2.3X3086.00X〔60-25〕=248423.00kJ水帶走的熱量：Q35=4.18X942.94X〔60-25〕=137952.12k〕聚丙烯酸鈉各工序能量衡算表如下表6-3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Qi入377549.Qi出377549.5757Qu0Qu18307.37Q120Q15359242.20

Q13377549.57中和Q2入474926.Q?出474926.6363Q：i18307.3Q：i28116.872Q220Q250Q23456619.Qzg446809.2681聚合Q3入665431.Q3出665431.6565Q3128116.8Q3368425.224Q32637314.Qm248423.8300Q35137952.127設(shè)備選型7.1釜的選擇1.1配堿釜的選擇日產(chǎn)丙烯酸鈉為1000=3.03t330需配堿液為109363X4=4374.52m

溶堿時(shí)最高溫度為50C,查得30%堿液的比重為L(zhǎng)33g/cnf那么3.03噸堿液的體積為:4374.52XI.-'=3.29m1.33按裝料系數(shù)80%計(jì),需配堿釜容積為3.3.2980%=4.11m3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響釜.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.圖7圖7.1反響釜工藝尺寸示意圖查表得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為蝠=D/2O令：h為釜體直邊高度、H為反響釜體的總高度,那么:DH=h+2X/i^=h+3=1.5D表7-1反響罐H/D選取

種類物料類型H/D一般攪拌罐液一固1?1.5液一液1?1.5氣一固1?2發(fā)酵罐1.7-2.5假設(shè)取H/D=L5,那么有h=Dy=-XD2+0.262D2=-XD3+0.262D2=1.047D344雖然釜屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,但用于制造反響器的上下封頭仍應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)封頭.所以D取1.6m.釜體釜體的直邊高度為V-2XV封4.11-2X0.131X1.1h==0.785XD20.785X1.62釜體實(shí)際高度為H=h+2XA^=1.51+2X0.4=2.3163—1.51mm.根據(jù)表7-2得表7-2直邊高度的選取設(shè)備直300、350400、450500^22002200^3200>3200徑/mm直邊高2525、4025、40、5040、5050度/mm取封頭直邊高度40mm,釜體圓形直筒局部高度：1.51-2X0.04=1.43m配堿釜的實(shí)際體積為：7TV=-XD2/i+0.262D3=0.785X1.62X1.51+0.262X1.63=4.12m34實(shí)際長(zhǎng)徑比：H2.31—==1.44D1.6由于是均相液體的混合,此體系對(duì)攪拌功能要求的比擬簡(jiǎn)單,任何類型的攪拌器都可以選用,此設(shè)計(jì)選用槳式攪拌器,攪拌電機(jī)功率為3kw,轉(zhuǎn)速為60r/mino7.1.2中和反響釜的選擇中和釜用于對(duì)丙烯酸的完全中和,日產(chǎn)聚丙烯酸鈉3.033每批中和液質(zhì)量為m豐和液=1093.63+591.05+29.76=1714.44kg

中和過(guò)程中中和液密度Wl.4g/cm\那么中和液的體積為1714.44X10-3=125m1.4按裝料系數(shù)0.7計(jì)算,需中和釜的體積為1.25=1.78m,0.7查表得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為蠅=D/2.令：h為釜體直邊高度、H為反響釜體的總高度,那么:DH=h+2X/t封=11+5=1.5D假設(shè)取H/D=L5,那么有h=D1.78V=-XD2Xh+0.262Z)2=-XD3+0.262P2=1.01.78==1.16m1.047J1.047用于制造反響器的上下封頭選用標(biāo)準(zhǔn)封頭.由于〞/.取得較小,所以此處按公稱尺寸選定釜體直徑L1m.釜體的直邊高度為展2XV封1.78-2X0.131X85XD20.785X1.12釜體實(shí)際高度為H=h+2乂尢時(shí)=1.51+2X0.275=2.06m取封頭直邊高度40nlm,釜體圓形直筒局部高度:1.51-2X0.04=143m中和釜的實(shí)際體積為:V=O2/i+0.262D3=0.785Xl.l2X1.51+0.262Xl.l3=1.78m34實(shí)際長(zhǎng)徑比:H2.06-=——=1,87D1.1由于中和過(guò)程中放熱,而且\aOH溶液對(duì)玻璃搪瓷等有腐蝕性,所以選為帶夾套不銹鋼釜,配用120r/min的減速箱,三相攪拌電機(jī)3kw的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備.7.1.3分散介質(zhì)調(diào)配釜的選擇分散介質(zhì)調(diào)配釜用于對(duì)分散液的配置,每批反響需分散液:3086.00+7.72=3093.72kg抽余油密度為0.73g/cm3,由于分散劑參加量很少,認(rèn)為對(duì)分散介質(zhì)的密度影響忽略不計(jì),所以調(diào)配好液體體積為3093.72XI.-'=4.24m0.73根據(jù)裝料系數(shù)0.7計(jì)算,需要調(diào)配釜的體積為4.24=6.06m'0.70查表得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為端=D/2.令：h為釜體直邊高度、H為反響釜體的總高度,那么:DH=h+2X/i封=11+萬(wàn)=1.5D假設(shè)取H/D=1.5,那么有h=Dy=-XD2Xh+0.262D2=-X03+0.262D2=1.047D441.047=1.80m用于制造反響釜的上下封頭都是標(biāo)準(zhǔn)封頭,所以可選為此值,即1.8m釜體的直邊高度為展2XV封6.06-2X0.131X1.80.78SXD20.785X1.82=1.78m釜體實(shí)際高度為H=h+2x/t^=1.78+2X0.45=2.68m取封頭直邊高度40nlm,釜體圓形直筒局部高度:1.78—2X0.04=1.70m.分散介質(zhì)調(diào)配釜的實(shí)際體積為:V=-XZ)2A+0.262D3=0.785X1.82X1.78+0.262X1.83=6.06m：實(shí)際長(zhǎng)徑比：H2.68-==1.49D1.8由于是均相液體的混合,此體系對(duì)攪拌功能要求的比擬簡(jiǎn)單,任何類型的攪拌器都可以選用,此設(shè)計(jì)選用槳式攪拌器,攪拌電機(jī)功率為3kw,轉(zhuǎn)速為60r/mino實(shí)際生產(chǎn)中,為了降低本錢(qián),擬不使用分散介質(zhì)調(diào)配釜,直接用貯罐儲(chǔ)存分散介質(zhì),由于分散劑使用量很小,人工將分散劑參加分散介質(zhì)中調(diào)配使用.7.1.4聚合反響釜的選取單體溶液和分散介質(zhì)的總體積為1.25+4.24=549m按裝料系數(shù)0.7計(jì)算,需反響釜的體積為5.49——=7.840.7查表得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為蠅=D/2.令：h為釜體直邊高度、H為反響釜體的總高度,那么：DH=h+2X/t封=11+5=1.5D假設(shè)取H/D=1.5,那么有h=DV=-XD2Xh+0.262Z)2=-XO3+0.262D2=1.047D344$VD$VD二.1.047$7.841旃=1.96m用于制造反響器的上下封頭選用標(biāo)準(zhǔn)封頭.所以選定釜體直徑2.Omo展2XV封

0.785展2XV封

0.785XD21.83m7.84-2X0.131X1.83m0.785X2.02釜體實(shí)際高度為H=h+2乂九封=1.83+2X2.0/4=2.53m取封頭直邊高度40mm,釜體圓形直筒局部高度:1.83—2X0.04=1.75m反響釜的實(shí)際體積為：v=_X九+0.262D3=0.785X2.02X1.83+0.262X2.03=7.84m34實(shí)際長(zhǎng)徑比：2.53To-該釜為反相懸浮聚合,反響釜的容積、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)以及攪拌型式等都影響聚合過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量.為了增加液體的剪切作用,增強(qiáng)攪拌的劇烈程度看,常在反響釜內(nèi)靠近器壁的地方裝上擋板,擋板的作用是可預(yù)防液體在旋轉(zhuǎn)的攪拌軸中央形成液而凹陷的漩渦現(xiàn)象,增加被攪拌液體的湍流程度,將切線圖7.2反響釜結(jié)構(gòu)流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向和徑向流動(dòng),改善攪拌效果.在釜頂安置回流冷凝器,可將單體蒸汽冷凝回流,以增加傳熱而積；在聚合釜夾套中安裝螺旋型導(dǎo)流板,冷卻水不走短路時(shí),水對(duì)釜壁的導(dǎo)熱系數(shù)可提升8倍以上實(shí)際生產(chǎn)中所用的攪拌器必須兼具剪切作用相循環(huán)作用,適當(dāng)轉(zhuǎn)速,懸浮聚合體系到達(dá)一定的循環(huán)流動(dòng)和剪切流動(dòng),使釜內(nèi)各局部到達(dá)溫度均一、濃度均一,并使釜內(nèi)單體均勻分散,懸浮成微小的液滴,增強(qiáng)聚合釜內(nèi)壁的傳熱.由于是非均勻相液體混合,而且聚合物黏度較大,采用渦輪式攪拌裝置,轉(zhuǎn)速為250i7min,攪拌電機(jī)功率7.5kw的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備.綜上所述,年產(chǎn)1000噸聚丙烯酸鈉反響釜容積7.847,釜體直徑2.0m、高度H=2.53m、長(zhǎng)徑比.5釜體夾套尺寸確實(shí)定所謂夾套就是在釜體外側(cè)用焊接或法蘭連接的方式裝設(shè)各種形狀的鋼結(jié)構(gòu),是與釜體外壁形成密封的空間.在此空間內(nèi)通入加熱或冷卻物質(zhì),可加熱或冷卻反響釜內(nèi)的物料.夾套與筒體的連接方式有兩種,一種是可拆式夾套,用于需要檢查筒體外部外表以及更換夾套的情況,或是由于夾套與筒體材料不同而不能相焊的場(chǎng)合.另一種是不可拆卸的夾套,如焊接式和鉀接式.圖7.3可拆卸夾套圖7.4不可拆卸夾套對(duì)有傳熱要求的反響釜可設(shè)置內(nèi)冷管和夾套,最常見(jiàn)的是采用夾套式傳熱結(jié)構(gòu).本設(shè)計(jì)采用夾套和內(nèi)冷管兩種散熱方式,夾套的尺寸通常根據(jù)工藝和安裝的要求而定,夾套的內(nèi)徑上與釜體內(nèi)徑D.有關(guān),有如下關(guān)系表7-3夾套內(nèi)徑與釜體內(nèi)徑關(guān)系Do(mm)500?600700?18002000?3000>3000Di(mm)Do+50Do+100Do+200Do+250配堿釜夾套直徑為D±=1600+100=1700mm.中和釜夾套直徑為%=1100+100=1200mm分散介質(zhì)釜中是簡(jiǎn)單混合,無(wú)發(fā)熱,所以不用設(shè)置夾套.聚合釜夾套直徑為01=2000+200=2200mm.夾套高度乩主要決定于傳熱面積下的要求,一般不低于料液高度,以保證充分傳熱,同時(shí)夾套上端離開(kāi)筒體法蘭應(yīng)有150?200mm距離,以便上緊和拆卸筒體法蘭的螺栓.本設(shè)計(jì)的聚合反響釜采用河南一諾醫(yī)藥化工容器定制的反響釜具體參數(shù)如下表7-4定制反響釜參數(shù)工程規(guī)格容積/n?7.84釜體內(nèi)徑/m2.0夾套直徑/m2.2釜體高度/m2.53攪拌裝置KF-800渦輪式圖7.5定制的聚合反響釜圖圖7.6分散介質(zhì)貯罐表7-5定制的釜體參數(shù)工程分散介質(zhì)釜〔罐〕配堿釜中和釜容積/n?6.064.121.78釜體內(nèi)徑/m夾套直徑1.71.2/m釜體高度2.682.312.06/m攪拌裝置簡(jiǎn)單攪拌裝置KF-300漿式KF-300葉輪式7.2別離設(shè)備由于經(jīng)共沸脫水的的反響產(chǎn)物仍是混合物,其中含有為分散劑及其他的相關(guān)助劑,還有一些反響中生成的低分子量聚合物都應(yīng)被除去.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(guò)濾離心機(jī);對(duì)于懸浮液中顆粒細(xì)小或可壓縮變形的,那么宜選用沉降離心機(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)選用別離機(jī).根據(jù)反相懸浮聚合制備的聚丙烯酸鈉顆粒粒徑大小選擇螺旋沉降式離心機(jī)除溶劑.

變速疆液值調(diào)節(jié)變速疆液值調(diào)節(jié)j液相沉陶區(qū)柏承座!—轉(zhuǎn)父/—翼亮圖7.7螺旋沉降式離心機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖7.3枯燥設(shè)備由于樹(shù)脂含水量高,加工過(guò)程中易出現(xiàn)氣泡,制件出現(xiàn)流紋、霧斑,透明性降低,并會(huì)降低材料的電性能和力學(xué)性能.而離心后聚合物一般含水率為5%-20%,為濕物料,需枯燥使?jié)裎锪虾蔬M(jìn)步降低.氣流枯燥管旋氣流枯燥管旋風(fēng)別離器圖7.6氣流枯燥機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖反相懸浮聚合制備的聚丙烯酸鈉為粉狀采用氣流枯燥機(jī).即熱風(fēng)枯燥,使產(chǎn)品中水分含量達(dá)至0.2%?0.5%o7.4泵的選型確定泵的型式首先是要根據(jù)是被輸送物料的根本性質(zhì),物料的根本性質(zhì)包括相態(tài),溫度,粘度,密度,揮發(fā)性,毒性與空氣形成爆炸性混合物的可能性和化學(xué)腐蝕性等.此外,選擇泵的型式時(shí)還要考慮生產(chǎn)工藝過(guò)程,動(dòng)力,環(huán)境和平安要求等條件,例如,是否長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),揚(yáng)程和流量是否波動(dòng),動(dòng)力〔電、蒸〕的類型以及是否防爆車(chē)間等情況.

實(shí)際上,在選擇泵的類型時(shí),往往不可能完全滿足各個(gè)方面的要求,應(yīng)以滿足工藝和平安為主要目標(biāo).由輸送溫度為常溫、粘度小、無(wú)腐蝕性、無(wú)固體顆粒的液體,流量小、揚(yáng)程小應(yīng)選離心泵,離心泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低,體積小,重量輕,安裝檢修方便.ALGB-40-16(1)型泵六臺(tái).8生產(chǎn)工藝流程圖V101V102V10V101V102V103"01、P10C.?103.P10KP105、P1C6聚合反響釜救體輸送集S101離心機(jī)匕二noi內(nèi)飾酸鈉溶泣河配至T102水肥攆T10311013101分敢介城上常引?劑溶液廿鴛枯燥機(jī)9設(shè)備一覽表表9-1設(shè)備一覽表設(shè)備名稱規(guī)格數(shù)量備注配堿釜廠家定制1河南一諾化工容器中和釜廠家定制1河南一諾化工容器聚合釜廠家定制1河南一諾化工容器分散介質(zhì)儲(chǔ)廠家定制1河南一諾化工容器罐攪拌器廠家選取4河南一諾化工容器儲(chǔ)罐2無(wú)錫市南泉化工去離子水儲(chǔ)1無(wú)錫市南泉化工罐氣流枯燥機(jī)咨詢廠家1常州延陵枯燥設(shè)備沉降式離心咨詢廠家1上海誼德實(shí)業(yè)機(jī)泵6江蘇南方泵業(yè)輸送機(jī),\假設(shè)干、真空系統(tǒng)操作平臺(tái)\包裝機(jī)組冷凝器鼓風(fēng)機(jī)管路系統(tǒng)構(gòu)架耗材其他10車(chē)間設(shè)計(jì)車(chē)間設(shè)備布置的原那么1從經(jīng)濟(jì)和壓降觀點(diǎn)出發(fā),設(shè)備布置應(yīng)順從工藝流程,但假設(shè)與平安、維修和施工有矛盾時(shí),允許有所調(diào)整.2根據(jù)地形、主導(dǎo)風(fēng)向等條件進(jìn)行設(shè)備布置,有效的利用車(chē)間建筑面積〔包括空間〕和土地〔盡量采用露天布置及建筑物能合并者盡量合并〕.3明火設(shè)備必須布置在處理可燃液體或氣體設(shè)備的全年最小頻率風(fēng)向的下側(cè),并集中布置在裝置〔車(chē)間〕邊緣.4限制室和配電室應(yīng)布置在生產(chǎn)區(qū)域的中央部位,并在危險(xiǎn)區(qū)外.5充分考慮本裝置〔車(chē)間〕與其他部門(mén)在總平面布置圖上的位置,力求緊湊、聯(lián)系方便,縮短輸送管線,到達(dá)節(jié)省管材費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用的目的.6留有開(kāi)展的余地.7所采取的勞動(dòng)保護(hù)、防火要求、防腐蝕舉措要符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的要求.8有毒、有腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備應(yīng)分別集中布置,并設(shè)圍堰,以便集中處理.9設(shè)備平安通道、人流、物流方向應(yīng)錯(cuò)開(kāi).10設(shè)備布置應(yīng)整潔,盡量使主要管道走向一致.10.2車(chē)間設(shè)備平面布置的原那么車(chē)間平面布置首先必須適合全廠總平面布置的要求,應(yīng)盡可能使個(gè)車(chē)間的平面布置在總體上到達(dá)協(xié)調(diào)、整潔、緊湊、美觀,相互融合,渾成一體.其次,必須從生產(chǎn)需要出發(fā),最大限度的滿足生產(chǎn)包括設(shè)備維修的要求.即要符合流程、滿足生產(chǎn)、便于治理、便于運(yùn)輸、利于設(shè)備安裝和維修.第三,生產(chǎn)要平安.即要全面妥善的解決防火、防爆、防毒、防腐、衛(wèi)生等方面的問(wèn)題,符合國(guó)家的各項(xiàng)有關(guān)規(guī)定.第四,要考慮將來(lái)擴(kuò)建及增建的余地,為今后生產(chǎn)開(kāi)展、品種改革、技術(shù)改造提供方便.但這些一定要最有效的利用車(chē)間的建筑面積〔包括空間〕和土地〔設(shè)備裝置能露天布置的盡量露天布置,建筑物能合并的應(yīng)盡量合并〕.廠房的立面形式有單層、多層和單層與多層相結(jié)合的形式.多層廠房占地少但造價(jià)高,而單層廠房占地多但造價(jià)低.采用單層還是多層主要應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)的需要.例如制堿車(chē)間的碳化塔,根據(jù)工藝要求須放在廠房?jī)?nèi),但塔有比擬高,且操作崗位安排在塔的中部以便觀察塔內(nèi)情況,這樣就需要設(shè)計(jì)多層廠房；另一種情況是：設(shè)備大局部露天布置,廠房?jī)?nèi)只需要安置泵或風(fēng)機(jī),這種情況可設(shè)計(jì)成單層廠房.對(duì)于為新產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的廠房,由于生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)工藝流程和

設(shè)備需要不斷改進(jìn)和完善,一般都設(shè)計(jì)一個(gè)較高的單層廠房,利用便于移動(dòng)、拆裝、改建的鋼制操作平臺(tái)代替鋼筋混凝土操作臺(tái),以適應(yīng)工藝流程和設(shè)備變化的需要8.10.3車(chē)間布置圖綠化綠化帶綠化帶產(chǎn)品包裝產(chǎn)品包裝區(qū)產(chǎn)品檜測(cè)

區(qū)員工休息室辦公區(qū)預(yù)留用

地運(yùn)輸區(qū)成品堆運(yùn)輸區(qū)圖10.1車(chē)間布置圖11經(jīng)濟(jì)概算原料估算原料用量丙烯酸年需求量591.05X330X4=780186.00kg純氫氧化鈉年需求量328.09X330X4=433078.8kg98%氫氧化鈉年需求量為433078.8.竺=441917.14kg引發(fā)劑過(guò)硫酸核年需求量為1.23X330X4=1623.6kg分散介質(zhì)循環(huán)使用率為80%,即除了第一批每批需添加20%量即可,所以分散介質(zhì)抽余油年用量為：3086.00+3086.00X20%X(330x4-1)=817172.80kg分散劑年用量為7.72X330X4=10190.40kg設(shè)聚合生成水20%可重復(fù)利用,那么反響用水年用量為：(29.76+758.54-942.94X0.2)X330X4=791619.84kg設(shè)冷卻用水設(shè)年用量為100000kg,那么總年用水量為:

791619.84+100000=891619.84kg1.2原料費(fèi)用表11-1原料費(fèi)用一覽表名稱年用量/t備注單價(jià)/w/t年價(jià)格/w丙烯酸780.19上海高橋化工廠0.8624.1598%氫氧化鈉441.92魯淮商貿(mào)0.3132.57引發(fā)劑〔過(guò)硫酸鐵〕1.63金立化工0.40.66分散介質(zhì)〔抽余油〕817.18上海呂氏化工有限公司0.4326.87分散劑(Span-60)10.19浙江物美化學(xué)品有限公司1.212.23水總計(jì)891.62工業(yè)用水0.00121.071097.552其他費(fèi)用員工工資設(shè)配堿時(shí)間為0.25h,配置丙烯酸鈉溶液為0.25h,后處理時(shí)間為lh,那么1批生產(chǎn)所需時(shí)間為0.25+0.25+(1+1+0.5)+1=4h設(shè)每班人員8人,每班生產(chǎn)2批后輪崗,每人月工資3000員,那么年支付工資費(fèi)用為16X3000X12=57萬(wàn)元表11-2其他