【正文】 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計 第 1 頁共 32 頁 目錄 1 項目簡介 項目名稱 ????????????????????????? 4 項目設(shè)計依據(jù) ???????????????????? ? ?? 4 主要原料及物理性質(zhì) ???????????????? ? 4 生產(chǎn)方法 ??? ??????????????????? 4 設(shè)計依據(jù)及必要性 ????????????????? 4 市場前景分析 ??????????????????? 4 1. 5 生產(chǎn)能力??? ???????????????? ???? ?? 5 技術(shù)方案及設(shè)備方案??? ????????????? 5 技術(shù)方案 ??????????????????????? 5 設(shè)備方案 ??????????????????????? 6 聚合反應(yīng)機(jī)理及影響反應(yīng)的因素 ?? ??? ????????? ?? 6 合反應(yīng)機(jī)理 ??? ??????????????? ?? ? 6 ???????????????????? 6 2 生產(chǎn)方法與工藝流程 2. 1 生產(chǎn)方法 ???? ??? ??????????????? ? 8 原料選擇 ? ?????????????????????? 8 聚合機(jī)理 ? ?????????????????????? 8 實(shí)施方法 ? ?????????????????????? 8 操作過程 ? ?????????????????????? 8 2. 2 聚合工藝過程 ???? ??? ?????????????? ?? 8 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計 第 2 頁共 32 頁 ?????????????????????? 8 ?????????????????????? 9 ?????????????????????? 9 ???????????????????? 9 ??????????????????? ? 9 ??????????????????? 10 所選物料物理性質(zhì) ???????????????????? 工藝流程 ?????????????????????? 10 工藝參數(shù) ??????????????????????? 12 ?? ????????????????????? 12 ????????????????????? 12 主要工藝參數(shù) ????????????????????? 13 ????????????????????? 13 主要設(shè)備控制方案 ??????????????????? 14 反應(yīng)器的溫度控制 ??????????????????? 14 反應(yīng)器的壓力控制 ??????????????????? 14 反應(yīng)器的壓力控制 ? ?????????????????? 14 泵的控制 ?????????? ???????????? 14 3 物料衡算及熱量衡算 物料衡算 ????????????????????????? 15 ????????????????????? 所發(fā)生的聚合反應(yīng)方程式 ???????????????? 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計 第 3 頁共 32 頁 收集數(shù)據(jù) ???????????????????????? ?????????????????? 順流程設(shè)備進(jìn)行計算 ?????????????????? 熱量衡算 ?????????????????????????? ???????????????????????? ????????????????????????4 設(shè)備工藝計算 反應(yīng)聚合釜的設(shè)計 ????????????????????? ?????????????????????? 釜體外形尺寸的設(shè)計 ?????????????????? ??????? ????????????? ???????????????????? 各物料進(jìn)出管口直徑確定????????????????? 軸密封形式???? ???????????????????? 泵的工藝設(shè)計 ?????????????????????? 調(diào)節(jié)釜的設(shè)計 ?????????????????? 引發(fā)劑罐????? ?????????????????? 單體乳化罐???????????????????????? 過濾器 .???????? ??????????????? 工藝管口的設(shè)計 ???????????????????? 5 參考文獻(xiàn) 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計 第 4 頁共 32 頁 1 項目簡介 ： 項目名稱 ： 1 萬噸 /年丙烯酸酯橡膠乳液聚合車間的工藝設(shè)計 。 項目設(shè)計依據(jù) ： 1． 2． 1 主要原料及物理性質(zhì)： 根據(jù)自主調(diào)研擬定主要聚合單體 。 1． 2． 2 生產(chǎn)方法： 乳液聚合是生產(chǎn) ACM 的主要方法。主要是由于該工藝設(shè)備簡單，易于實(shí)施；另一方面， ACM 目前主要用于高溫、耐油密封制品，不要求有過高的低溫屈撓性能，如果期望低溫耐油性能，可以通過低溫耐油 單體的分子內(nèi)增塑來實(shí)現(xiàn)。乳聚法合成 ACM 體系中，乳化體系和用量將影響聚合過程中的穩(wěn)定性、最終轉(zhuǎn)化率、分子量分布、生膠加工性能甚至硫化膠的物性，因此要加入許多助劑，如乳化劑、引發(fā)劑、分子量調(diào)節(jié)劑和凝聚劑等。 項目設(shè)計必要性 丙烯酸酯橡膠簡稱 ACM，主要用于汽車工業(yè)而被譽(yù)為 “ 高性能汽車膠 ” 。 ACM制品用于生產(chǎn)數(shù)十種汽車配件，按目前國內(nèi)平均每輛車消費(fèi) ACM約 ， 2020年和 2020年汽車生產(chǎn)需要 ACM將分別達(dá)到 t和 t，社會維修量需要消耗 ACM將分別達(dá)到為 t和 t，因此預(yù)計我國今年和 2020年國內(nèi)汽車工業(yè)對 ACM的需求將分別達(dá)到 t/a和 t/a。這尚不包括國內(nèi)用于出口的密封件制品對 ACM的消耗。隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，未來 35年內(nèi)將是我國 ACM需求的高峰期。ACM正展現(xiàn)出良好發(fā)展前景，成為國內(nèi)倍受關(guān)注和積極發(fā)展的高新材料之一。 傳統(tǒng)的汽車制件及密封墊片使用耐油、耐熱的合成橡膠，其典型產(chǎn)品為丁腈橡膠和氯丁橡膠。由于長期使用溫度以 120 為限。不適合現(xiàn)代車輛提高遠(yuǎn)行速度后的耐熱要求。丙烯酸酯橡膠目前可以在 175℃ 下長期使用，也有在一 25℃或一 35℃ 下使用的耐寒型或超耐寒型產(chǎn)品。國外從 70年代起已開始將丙烯酸酯橡膠用于汽車工業(yè)，制造各種骨架封件、油冷器或加熱器墊片． O 型環(huán)、 Y型油封及油盤和軸承密封件 同目前汽車工業(yè)中仍使用的丁腈橡膠、硅橡膠、氯丁橡膠、氟橡膠相比，在耐熱及耐油性能方面，丙烯酸酯橡膠優(yōu)于丁腈橡膠、硅橡膠和氯丁橡膠，稍次于氟橡膠；但丙烯酸酯橡膠加工時不需要二次硫化就可改進(jìn)其使用性能，并能減少混練、硫化加工對橡膠輥筒及 模具的腐蝕。因此在其加工工藝性能、物理力學(xué)性能和價格方面優(yōu)于氟橡膠。使用實(shí)踐表明，丙烯酸酯橡膠制品在汽車上的應(yīng)用，可明 顯改善汽車的運(yùn)行狀況，能有效地減少汽車故障的發(fā)生，同時也可減輕污染、保護(hù)環(huán)境和延長汽車壽命。丙烯酸酯橡膠還可用來制造飛機(jī)、摩托車等交通工具上使用的各種橡膠輸油管、另外 ACM還不斷應(yīng)用于高壓電力電纜私地下掩埋電纜護(hù)套、電器制件的膠輥、傳動帶和膠管等。 ： 在先進(jìn)工業(yè)國家， ACM 已廣泛作為耐熱耐油的材料。隨著進(jìn)口汽車大量涌入國門， 以及國內(nèi)高速汽車的發(fā)展，汽車 (含摩托車 )密封件的問題就逐漸暴露出來，普通的丁腈橡膠不能滿足這些汽車(含摩托車 )部件的要求．特別是耐高溫性能和耐臭氧性，只能采用 ACM橡膠部件。目前 ACM橡膠部件的主要用途如下： (1)各種密封墊、 0型環(huán)等密封材科； (2)散熱器、加熱器等各種軟管； (3)點(diǎn)火線和一般電工用墊及導(dǎo)線護(hù)套： (4)火花塞蓋； (5)各種牯合劑、密封劑； （ 6)輥簡類； （ 7)汽車的防污染部件 (成型品 )； （ 8)傳輸帶和油罐襯里等。 目前國內(nèi)有數(shù)家企業(yè)生產(chǎn) ACM，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)市場需求，主要依賴進(jìn)口滿足國內(nèi)需求，更值得注意的是由于 ACM 的配合和加工的特殊性，不同廠家生產(chǎn)的 ACM 具有不同的配合和加工要求，而國內(nèi) ACM 制品生產(chǎn)企業(yè)對加工和配合研究重視不夠，影響了我 國 ACM 的推廣應(yīng)用，因此加快對 ACM配合加工中助劑應(yīng)用問題顯得比 ACM 合成與生產(chǎn)更為重要和迫切。 鑒于此我們設(shè)計采用乳液聚合法， 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計 第 5 頁共 32 頁 年產(chǎn)量 1 萬噸 ACM 的生產(chǎn)裝置、要求設(shè)計人員根據(jù)乳液聚合法生產(chǎn) ACM 的最新國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)及工藝對 1 萬噸 /年丙烯酸酯橡膠乳液聚合車間的工藝設(shè)計 。 生產(chǎn)能力： ACM 產(chǎn)量為 1 萬噸／年； 考慮裝置的大修，開工時間： 330d／ a,24h／ d。 技術(shù)方案及設(shè)備方案： 技術(shù)方案： 丙烯酸酯橡膠 可以采用溶液聚合、懸浮聚合或乳液聚合三種基本工藝生產(chǎn)。聚合反應(yīng)由自由基引發(fā)，反應(yīng)溫度一 般為 50100 度，反應(yīng)溫度和引發(fā)劑的濃度對聚合反應(yīng)速率和 丙烯酸酯橡膠 的分子量分布影響很大。 溶液聚合：溶液聚合是把單體溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲羞M(jìn)行聚合反應(yīng)，這時聚合熱可借助溶劑的蒸發(fā)而排放，容積則可以從冷凝器回收，且溶劑起了稀釋劑的作用，所以溶液聚合體系的黏度較低，物料混合和傳熱都比較容易，凝膠現(xiàn)象不易出現(xiàn)，溫度容易控制。減小了局部過熱現(xiàn)象聚合物分子量也比較均一，而且可以利用不同溶劑來控制分子量。有時可以直接利用聚合物的溶液作為涂料來使用，這些都是溶液聚合的優(yōu)點(diǎn)。 缺點(diǎn)：由于單體濃度低，反應(yīng)速度慢，設(shè)備生產(chǎn) 能力和利用率較低；易向溶劑發(fā)生連轉(zhuǎn)移反應(yīng)，聚合物分子量較低；聚合物中夾帶的微量溶劑，應(yīng)響產(chǎn)品質(zhì)量；溶劑損失大，溶劑價格高且溶劑分離回收費(fèi)用高，使生產(chǎn)成本增加，而且許多溶劑易燃、易爆、有毒，必須注意安全和勞動保護(hù)。這些缺點(diǎn)無不與使用溶劑有關(guān)。 懸浮聚合： 懸浮聚合是使單體小液滴分散在介質(zhì)（通常是水）中進(jìn)行的聚合反應(yīng)，這就容易解決散熱問題，因為大多數(shù)單體不溶于水，所以需要借助機(jī)械攪拌作用，將水中的單體打成小液滴，另加懸浮分散劑，防止液滴重新聚合。在懸浮聚合時，通常使用能溶于單體而不溶于水的引發(fā)劑（油溶性引發(fā) 劑）把引發(fā)劑預(yù)先溶在單體內(nèi)，聚合時就是在單體微珠內(nèi)進(jìn)行聚合反應(yīng)，多以懸浮聚合就是在單體微珠內(nèi)進(jìn)行的本體聚合。 懸浮聚合的優(yōu)點(diǎn)是聚合熱容易排散，具有溶液聚合的優(yōu)點(diǎn)，而且產(chǎn)品分子量相當(dāng)高。此外，體系黏度低，便于操作，生產(chǎn)的微珠可以直接應(yīng)用。它的缺點(diǎn)是產(chǎn)品純度不高。 乳液聚合：單體被乳化劑以乳液狀態(tài)分散在水介質(zhì)中的聚合反應(yīng)稱為乳液聚合。乳液聚合反應(yīng)體系的主要組成是單體、水、引發(fā)劑和乳化劑。 乳液聚合與懸浮聚合的差別是： 乳液聚合中，聚合反應(yīng)粒子的粒徑小，只有 ~1μm ，而懸浮聚合的粒徑為 ~2mm； 乳液聚合中用水溶性引發(fā)劑，而懸浮聚合中則用油溶性引發(fā)劑； 乳液聚合的產(chǎn)物是一種穩(wěn)定的分散液，懸浮聚合得到的產(chǎn)物則可快速從液相中析出。正是這些差別導(dǎo)致了乳液聚合具有與懸浮聚合不同的聚合機(jī)理。 對溶液、懸浮聚合，聚合反應(yīng)速率和聚合物分子量之間存在明顯的倒數(shù)關(guān)系。這一點(diǎn)嚴(yán)重的限制了對聚合物分子量的大幅度改變。要降低低分子量可以無需改變聚合速而用加入鏈轉(zhuǎn)移劑來完成，但要大幅度提高分子量，只能通過降低引發(fā)劑濃度或反應(yīng)溫度來實(shí)現(xiàn)從而降低聚合物反應(yīng)速率來實(shí)現(xiàn)，而乳液聚合卻不同，它提供了一個提高聚合物分子量 而不降低聚合速率的獨(dú)特方法。 乳液聚合主要優(yōu)點(diǎn)有： 聚合反應(yīng)可在較低溫度下進(jìn)行，并能同時獲得高聚合速率和高分子量； 以水為介質(zhì)，比熱容大，體系黏度小，有利于散熱； 乳液產(chǎn)品（稱膠乳）可以直接作膠粘劑和表面處理劑加以使用，而沒有易燃及污染環(huán)境等問題。 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計 第 6 頁共 32 頁 乳液聚合主要缺點(diǎn) 有 ： 聚合物以固體使用時，需要加破乳劑，會產(chǎn)生大量廢水，而且要洗滌、脫水、 干燥； 工序多，生產(chǎn)成本比懸浮聚合高； 產(chǎn)物中雜質(zhì)含量較高。 鑒于上述依據(jù)本項目擬采用 乳液聚合 法生產(chǎn)工藝生產(chǎn) 丙烯酸酯 橡膠 。 該法是目前生產(chǎn) ACM 主要方法，主要由于該工藝設(shè)備簡單，易于實(shí)施；另外一方面 ACM 目前主要用于高溫耐油密封制品，不要求有過高的低溫屈撓性能，如果期望低溫耐油性能，可以通過低溫耐油單體的分子內(nèi)增塑來實(shí)現(xiàn)。乳聚法合成 ACM 體系中，乳化體系和用量將影響聚合過程中的穩(wěn)定性、最終轉(zhuǎn)化率、分子量分布、生膠加工性能甚至硫化膠的物性，因此要加入許