【正文】 年產(chǎn)1000噸聚丙烯酸鈉車(chē)間工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄1 前言 12 聚丙烯酸鈉的概述 1 聚丙烯酸鈉性能 2 聚丙烯酸鈉的分類(lèi) 2 低分子量聚丙烯酸鈉 2 高分子量聚丙烯酸鈉 3 聚丙烯酸鈉的應(yīng)用 3 聚丙烯酸鈉國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展前景 43 聚丙烯酸鈉生產(chǎn)工藝 6 聚丙烯酸鈉的聚合方法 6 水溶液聚合 6 反相乳液聚合 6 微波法 6 輻射聚合 7 反相懸浮聚合 74 聚合過(guò)程中工藝條件的確定 8 分散劑及其助分散劑對(duì)分子量的影響 8 引發(fā)體系的選擇及其濃度對(duì)分子量的影響 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 10 聚合升溫控制對(duì)聚合穩(wěn)定性的影響 10 攪拌轉(zhuǎn)速的影響 11 中和度的選取 11 分離方法的選擇 12 干燥方法的選擇 125 聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)工藝 13 生產(chǎn)工藝 13 生產(chǎn)原料以產(chǎn)品指標(biāo) 146 工藝衡算 14 物料衡算 14 熱量衡算 18 配堿工序 19 中和工序 20 聚合反應(yīng)工序 217 設(shè)備選型 23 釜的選擇 23 配堿釜的選擇 23 中和反應(yīng)釜的選擇 25 分散介質(zhì)調(diào)配釜的選擇 26 聚合反應(yīng)釜的選取 28 釜體夾套尺寸的確定 30 分離設(shè)備 33 干燥設(shè)備 33 泵的選型 348 生產(chǎn)工藝流程圖 359 設(shè)備一覽表 3610 車(chē)間設(shè)計(jì) 36 車(chē)間設(shè)備布置的原則 36 車(chē)間設(shè)備平面布置的原則 37 車(chē)間布置圖 3711 經(jīng)濟(jì)概算 38 原料估算 38 原料用量 38 原料費(fèi)用 39 其他費(fèi)用 39 利潤(rùn)估算 4012 生產(chǎn)安全與環(huán)境保護(hù) 40 設(shè)計(jì)依據(jù) 40 環(huán)保治理措施 41 預(yù)期效果 41 環(huán)保管理及監(jiān)測(cè) 42 綠化概況 42 勞動(dòng)安全、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(lèi)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(10005000)時(shí)，主要起分散作用；中等分子量(104106)顯示有增稠性；高分子量(106107)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[[] 董良安，盧忠萍．聚丙烯酸鈉應(yīng)用狀況．民營(yíng)科技，2008 (6) ：25．]。水溶性聚丙烯酸鈉中又包括高分子量和低分子量?jī)纱箢?lèi)。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[[] 李燕．紙張涂布分散劑—低分子量聚丙烯酸鈉概述[ J]．黑龍江造紙，2003，31( 1)：3637．]。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、化妝品等方面的增稠劑等[[] 韓慧芳，崔契德．聚丙烯酸鈉的評(píng)述．廣州化工．2002(5) ：2325．]。圖 聚丙烯酸鈉結(jié)構(gòu)式聚丙烯酸鈉，英文名Sodium polyacrylate，縮寫(xiě)PAAS或簡(jiǎn)稱(chēng)PAANa，結(jié)構(gòu)式為[CH2 CH(COONa)]n，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69。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1520倍[[] 蔡云升．冰淇淋生產(chǎn)中的穩(wěn)定劑、乳化劑及復(fù)合乳化穩(wěn)定劑．中國(guó)食品添加劑增刊[ C ]．北京：中國(guó)食品添加劑協(xié)會(huì)，2003：15． ]。加熱處理、中性鹽類(lèi)、有機(jī)酸類(lèi)對(duì)其粘性影響很小，堿性時(shí)則粘性增大。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，起到防止污垢再沉積的作用。 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、羧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(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10000 r/min高速攪拌3 min，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)。普通干燥產(chǎn)品在空氣中可以吸濕自重的10%，而高吸水樹(shù)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。 聚丙烯酸鈉的分類(lèi) 低分子量聚丙烯酸鈉低分子量聚丙烯酸鈉[[] 高鳳芹，寧榮昌．合成低分子量聚丙烯酸鈉的新方法．華東理工大學(xué)學(xué)報(bào) ：221223．]具有廣泛的作用，特別是分子量小于2104的產(chǎn)品。其中分子量在5005000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、清洗粉中可部分替代三聚磷酸鈉以減少環(huán)境污染[[] 劉廷棟，劉京高吸水性樹(shù)脂在日用化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用[ J]．日用化學(xué)工業(yè)．1995 (1) : 22 24．]；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。 高分子量聚丙烯酸鈉高分子量聚丙烯酸鈉[[] 戚銀城，[J]．北京化工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1990，17(1)：1924．]易溶于水，由于受分子中帶負(fù)電荷的羧基吸附和結(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）形成赤泥的分離及工業(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、化妝品等方面的增稠劑等[[] 曾之平，趙紅坤，白永康，等．聚丙烯酸鈉鹽的制備及應(yīng)用[J]．河南化工，1997，(5)：89．]。 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21。表 21不同聚合度聚丙烯酸鈉的功能及應(yīng)用聚合度功能用途150離子封閉防水垢劑、洗滌作用增效劑60500分散、水還原作用分散劑、石油鉆井添加劑、水還原劑50010000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10000100000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100000500000水膨脹性水凝膠1) 絮凝劑聚丙烯酸鈉是一種線狀、可溶性的高分子化合物，其分子鏈上的羧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)η≥ [[] [J].精細(xì)與專(zhuān)用化學(xué)品，2000，(17)：1517．]。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)的赤泥沉降分離中，隨著氧化鋁產(chǎn)量的不斷提高，沉降槽常有渾濁現(xiàn)象出現(xiàn)[[] 江新民，[J].輕金屬，1996(6)：17～20．]。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。%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，其不像羧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)(羧基)，使分子伸展開(kāi)來(lái)，形成高粘性溶液。其粘度是羧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，安全無(wú)毒，被廣泛用于食品添加劑，如可以增加果汁和果胨的粘度，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。在水性涂料中加入聚丙烯酸鈉作為增稠劑，增稠的效果明顯，且能有效的防止涂料的沉降、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13%為宜。，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表面形成雙電層， 改變了電荷狀態(tài)，在靜電荷作用下，顆粒相互排斥，這樣避免了顆粒碰撞而長(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(lèi)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，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Ca2+、Mg2+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、增溶污垢的能力。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[[] 張?chǎng)?，陸丹，孫哲. ，2011（2）：139140．]。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，應(yīng)用于日常生活中的各個(gè)領(lǐng)域。 聚丙烯酸鈉國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展前景80年代美國(guó)的PAANa 絮凝劑生產(chǎn)能力5萬(wàn)t/a，日本2萬(wàn)t/ a 。目前西歐生產(chǎn)能力也很大。我國(guó)的工業(yè)發(fā)展迅速，人口眾多，