【正文】 t。 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 。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。聚丙烯酸鈉鹽才能有效地發(fā)揮增稠效果。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。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．]。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．]。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。但可用浸漬或涂布方法在表面上制成透明均一的膜。 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。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。強(qiáng)熱至300度不分解。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。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．]。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。年產(chǎn)1000噸聚丙烯酸鈉車間工藝設(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 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 車間設(shè)計(jì) 36 車間設(shè)備布置的原則 36 車間設(shè)備平面布置的原則 37 車間布置圖 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。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．]?？捎糜趬w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。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． ]。久存粘度變化極小，不易腐敗。 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。 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。(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)。 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)。 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。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。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。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。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。目前西歐生產(chǎn)能力也很大。PAANa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。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(guò)2000萬(wàn)噸，在世界純堿工業(yè)中占有重要的地位。按燒堿年產(chǎn)2000萬(wàn)噸，精制鹽水全部使用聚丙烯酸鈉， kg計(jì)，每年需要消耗聚丙烯酸鈉將達(dá)到4000噸。聚丙烯酸鈉高吸水性樹(shù)脂吸水后形成的凝膠比較柔軟，具有人體適應(yīng)性，如對(duì)人體皮膚無(wú)刺激、無(wú)副反應(yīng)，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。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)。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。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。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，吸水能力強(qiáng)。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。 反相懸浮聚合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，這方面的研究性文章最早由Dimonie等人于1982年發(fā)表。表31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[[] 鄒勝林．反相懸浮法合成高分子量聚丙烯酸鈉．浙江大學(xué)．2003(1)：1114，2425．]。W/O型反相體系一般選擇HLB為3～8的span類(如span60等)作為分散劑[[] H. Omidian， . ZohuriaanMehr ， H. Bouhendi .Polymerization of sodium acrylate in inversesuspension stabilized by sorbitan fatty esters. European Polymer Journal 39 (2003) 1013–1018．]。表41 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)1595粒狀2288粉狀3866粒狀4520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。選用Tween80時(shí)，出現(xiàn)聚合物粘結(jié)，并發(fā)生爆聚；而選用Span60/Tween80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Span60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Span60作為分散劑，用量為＞ % [18]。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， kJ/mol，一般使用溫度為70℃。聚合反應(yīng)速率將會(huì)影響到單體分配、共聚物組成和分子量。在水溶性的高分子聚丙烯酸鈉的合成中加入一定量的交聯(lián)劑，進(jìn)行適當(dāng)高分子擴(kuò)鏈，使其產(chǎn)生微交聯(lián)，也可以提高分子量。表444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。不同的溶劑回流溫度不同，對(duì)產(chǎn)品的分子量影響很大。在懸浮聚合中，為了提高反應(yīng)器的效率，單體濃度較高，這就提前了聚合反應(yīng)加速期。故在聚合反應(yīng)初期，選用較低的聚合溫度(60℃)。 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，防止塊狀聚合。而當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速太大時(shí)，反應(yīng)體系并沒(méi)有設(shè)想的那樣穩(wěn)定，甚至也出現(xiàn)了爆聚。丙烯酸在中和度為94 %左右，其水溶液pH值即為7 [18]。表46 中和度對(duì)體系穩(wěn)定性的影響中和度（%）體系穩(wěn)定性爆聚，結(jié)塊爆聚，結(jié)塊爆聚，結(jié)塊80反應(yīng)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應(yīng)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，促使聚合反應(yīng)速率進(jìn)一步提高。 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(guò)濾離心機(jī)或沉降離心機(jī)或分離機(jī)。氣流干燥設(shè)備的干燥強(qiáng)度大，蒸發(fā)水份能力從50 kg/h1500 kg/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