【正文】 ，ACM已廣泛作為耐熱耐油材料。鑒于此我們設(shè)計(jì)采用乳液聚合法，生產(chǎn)年產(chǎn)量1萬噸ACM生產(chǎn)裝置、要求設(shè)計(jì)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(jì)。（1） 懸浮聚合：懸浮聚合是使單體小液滴分散在介質(zhì)中進(jìn)行的聚合反應(yīng)，這就容易解決散熱問題，因?yàn)榇蠖鄶?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，防止液滴重新集聚。它的缺點(diǎn)：產(chǎn)品純度不高。這些缺點(diǎn)無不與使用溶劑有關(guān)。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。乳液聚合的主要優(yōu)點(diǎn)：①聚合反應(yīng)可在較低溫度下進(jìn)行，并能同時(shí)獲得高聚合速率和高分子量；②以水為介質(zhì)，比熱容大，體系年度小，有利于散熱；③乳膠可以直接用作膠粘劑和表面處理劑，而沒有易燃及污染環(huán)境等問題。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。鹽析時(shí)候可用聚丙烯酸鈉、聚乙烯醇等作保護(hù)劑，以防止膠粒粘接成團(tuán)，鹽析后可用氫氧化鈉溶液從膠中系提出乳化劑，使得生膠易于硫化。聚合過程中的幾個(gè)特點(diǎn)允以說明：①因?yàn)槭且蚁┗蛦误w共聚物，主鏈?zhǔn)秋柡偷?，基本上無支化和交聯(lián)的問題，故聚合轉(zhuǎn)化率可高達(dá)98%；②共聚單體的竟聚率若相差很大，高轉(zhuǎn)化率時(shí)，共聚物組成的均勻性必須考慮與控制；③酯類單體在聚合過程中會(huì)產(chǎn)生水解，因此必須保持聚合體系的PH值，以減少水解反應(yīng)，常加入四硼酸鈉緩沖劑來穩(wěn)定酸度。內(nèi)聚單體貢獻(xiàn)內(nèi)聚力和強(qiáng)度，常見的有（甲基）丙烯酸甲酯，苯乙烯，醋酸乙烯酯等。隨乳化劑用量的增加，聚合穩(wěn)定性增加，但聚合物的分子量、沉淀率、耐水性和剝離強(qiáng)度均有所下降，而太多會(huì)使乳液粒子大小不一，膠膜耐水性差，使用性能大為下降。◆ 引發(fā)劑丙烯酸酯類乳液聚合體系中的引發(fā)劑多為過硫酸鈉、過硫酸鉀及過硫酸銨等水溶性過硫酸鹽，%%。◆ 分散介質(zhì)水乳液聚合應(yīng)采用去離子水或蒸餾水，一般占單體用量的50%70%，用水量太大，會(huì)影響設(shè)備利用率，降低生產(chǎn)效率：用水量太小，乳液濃度高，乳液不穩(wěn)定。PH調(diào)節(jié)劑又稱緩沖劑，目的是維持系統(tǒng)的PH在一定范圍內(nèi)，一般選擇磷酸氫二鈉、碳酸氫鈉和醋酸鈉等，%%。同時(shí)反映溫度升高，會(huì)導(dǎo)致乳液穩(wěn)定性下降。半連續(xù)加料法由于單體濃度大，以產(chǎn)生自動(dòng)加速效應(yīng)而發(fā)生沖料現(xiàn)象，聚合穩(wěn)定差；半連續(xù)加料法和預(yù)液滴加法因聚合速度易控制，反應(yīng)平穩(wěn)，且聚合物均勻易控?；窘M分是：單體、乳化劑、反應(yīng)介質(zhì)水、引發(fā)劑和分子量調(diào)節(jié)劑等。 操作過程：采用半連續(xù)式乳液聚合生產(chǎn)法將反應(yīng)物按比例分批加入反應(yīng)器，反應(yīng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率后，停止反應(yīng)，取出全部產(chǎn)物。聚合物乳液的穩(wěn)定性及產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，一般不單獨(dú)用作引發(fā)劑。過硫酸銨在水中溶解度最小（2%4%），價(jià)格最低。（1）所選乳化劑的HLB值應(yīng)和乳液聚合體系相匹配。且HLB值越高表明親水性越大。進(jìn)行乳液聚合對水的要求很苛刻，天然水和自來水均不能滿足要求，水中所含的金屬離子，尤其是鈣、鐵、鎂、鋅等的高價(jià)金屬離子會(huì)嚴(yán)重影響聚合物乳液的穩(wěn)定性。一般選擇硫醇及其衍生物，在此選擇十二烷基硫醇作為分子量調(diào)節(jié)劑，%。 所選物料物理性質(zhì)：： 1．丙烯酸乙酯：CH2=CHCOOCH2CH3物性：無色液體，易揮發(fā)，易燃，熔點(diǎn)＜72℃，沸點(diǎn)＜℃（）,閃點(diǎn)15℃，蒸氣壓（20℃），(g℃)，與乙醇、乙醚混溶，溶氯仿微溶于水，對眼粘膜皮膚有較強(qiáng)程度的刺激作用。人體皮膚接觸甲基丙烯酸甲酯有少數(shù)人會(huì)出現(xiàn)紅疹。：C12H25S物化性質(zhì)：，熔點(diǎn)7℃，沸點(diǎn)266283℃，閃點(diǎn)87℃。 工藝流程半連續(xù)式乳液聚合基本工藝是，在裝有攪拌機(jī)、冷卻系統(tǒng)、溫度計(jì)及進(jìn)料泵的反應(yīng)釜中加入一定量去離子水和乳化劑等，升溫至一定溫度。通過泵10將去離子水打入反應(yīng)釜12中，再通過泵11打自來水到聚合釜12加熱套中，用水與加熱反應(yīng)釜12。保溫一小時(shí)后，將和乳液轉(zhuǎn)至調(diào)節(jié)釜13。不同的聚合反應(yīng)器，聚合反應(yīng)機(jī)理不同、操作方式不同、溫度控制不同、傳熱介質(zhì)、傳熱方向及控制特點(diǎn)不同，如連鎖聚合反應(yīng)溫度較低，多為放熱反應(yīng)，反應(yīng)極快，所以反應(yīng)過程中必須及時(shí)撤熱，否則易發(fā)生爆聚；而縮聚反應(yīng)反應(yīng)熱效應(yīng)小，由于反應(yīng)溫度較高，所以大多需要供熱，反應(yīng)速率比較平穩(wěn)，傳熱速率也比較平穩(wěn)。而變溫反應(yīng)過程，反應(yīng)速率在一定時(shí)間內(nèi)比較平穩(wěn)，傳熱速率也比較平穩(wěn)，反應(yīng)溫度易控制。在半連續(xù)操作過程中，反應(yīng)器的液位是通過每批加料量來決定的。由此可見直接流量調(diào)節(jié)控制方案簡單，易操作。容易得到產(chǎn)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。 反應(yīng)聚合釜的設(shè)計(jì) 釜體的設(shè)計(jì)：Wd=104103/330=VT=VR+Va=3+45/60=a=24/=由于在反應(yīng)時(shí)間取值時(shí)，取得是范圍內(nèi)的最大值，所以近視取6B/天。 攪拌裝置的設(shè)計(jì)：攪拌反應(yīng)器的攪拌器通常由攪拌槳葉和攪拌軸等組成，通常攪拌器的旋轉(zhuǎn)給流體輸入機(jī)械能，從而使流體產(chǎn)生流動(dòng)。3. 確定攪拌轉(zhuǎn)速：攪拌等級選六級，其對應(yīng)的流體總體速度為v=：qd=v=()=計(jì)算攪拌速度：利用圖5—17（聚合反應(yīng)工程基礎(chǔ)，p162）.假設(shè)為湍流操作，查得Nqd=,從而：N=qd/(Nqdd3)=()=此時(shí)的雷諾數(shù)：NR0=pNd2/v=1000有圖5—17讀出，所以重新計(jì)算轉(zhuǎn)速：N=()=由此得出雷諾數(shù)：NRe==pNd2=1000()由圖讀出，重新計(jì)算轉(zhuǎn)速：N=計(jì)算雷諾數(shù)NRe=156再從圖5—17讀出，Nqd=：N=計(jì)算雷諾數(shù)為162再從圖5—17讀出Nqd=。① 釜底、釜頂進(jìn)出料管直徑確定（投料、出料時(shí)間均為3/4小時(shí)）根據(jù)流量、流速的公式qv=qm/ρ計(jì)算而得： qv=（3934/4）=出料管徑為：d1=（3600）1/2 =園整取80mm，② 圓形人孔、手孔及視鏡圓形人孔直徑選500mm，其具體標(biāo)準(zhǔn)見（聚合物合成工藝設(shè)計(jì)，P187）。a. 確定泵的流量及揚(yáng)程：1. 流量：泵在單位時(shí)間抽取或排出液體的體積（m3/h）；泵的流量是由設(shè)計(jì)任務(wù)書決定的，—。可選用任何類型的泵，所以我們選擇離心泵。據(jù)（化工原理，上冊P293）表八，確定泵的型號為IS50—32—160，相關(guān)數(shù)據(jù)如下： 泵的基本性能轉(zhuǎn)速n(r/min)流量(m3/h)揚(yáng)程H（m）效率η（%）軸功率（kW）電機(jī)功率（kW）質(zhì)量（kg）NPSH(m)145014938 調(diào)節(jié)釜的設(shè)計(jì)由于此釜的作用是用氨水調(diào)節(jié)PH值以及加入一些助劑等，同時(shí)，由于氨水、殺菌劑、消泡劑、等助劑，對反應(yīng)的樹脂質(zhì)量幾乎沒有什么影響。由配方知，膨脹系數(shù)小， 單體預(yù)乳化罐①計(jì)算參數(shù)：乳化罐中各物質(zhì)的數(shù)量及一些物性參數(shù)如下：單體種類配比（質(zhì)量份）相對密度丙烯酸乙酯100甲基丙烯酸甲酯100十二烷基硫酸鈉去離子水48 ②一些設(shè)計(jì)參數(shù)的確定依據(jù)以及確定結(jié)果：⑴設(shè)計(jì)壓力：常壓⑵設(shè)計(jì)溫度：常溫⑶腐蝕余量：由于單體中有甲基丙烯酸，故參照酸的。動(dòng)載荷分為風(fēng)載荷和地震載荷。由于此罐具有計(jì)量功能，裝料量為一批生產(chǎn)使用量，長徑比應(yīng)選大些，且容積為。其尺寸參數(shù)為公稱容積10m3，公稱直徑2000mm,高度H=3000mm.③ 驗(yàn)算：選擇1200標(biāo)準(zhǔn)錐封頭，用法蘭連接封頭和筒體。要求樹脂分子量高且含有較多的固體成分，同時(shí)它還可以稀釋。 工藝管口的設(shè)計(jì)在攪拌釜反應(yīng)器上設(shè)置適當(dāng)?shù)墓に嚬芸?，是確保生產(chǎn)正常進(jìn)行的必要條件。：為了便于攪拌器，攪拌附件，內(nèi)置傳熱裝置等的安裝、清洗和維修等操作，我們在釜蓋上設(shè)計(jì)人孔，其形狀為圓形，.5. 參考資料【1】〈黃璐〉，［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，【2】（上下冊第三版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，【3】［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，【4】［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，【5】王志魁，劉麗英，（第四版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，【6】［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社【7】胡杰，［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社【8】張玉龍，［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社【9】（第二版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，【10】曹同玉，劉慶普，（第二版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，【11】趙德仁，（第二版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社第頁共頁。：出料口大都設(shè)在反應(yīng)器底部，為了保證出料安全，應(yīng)設(shè)置在反應(yīng)器的最低位置。故需選擇那些能增加固體份含量同時(shí)對雜質(zhì)有較強(qiáng)的過濾能力的過濾器。令h為罐的直邊高度、H為罐體總高度，則： H=h+取H/D=2，則有：h=VT=+=+=D=（VT/）1/3=（）1/3=罐的直邊高度為：h=罐的實(shí)際高度為：H=h+h封=+=而此處選擇的標(biāo)準(zhǔn)系列公稱直徑為2000mm,高度為3000mm,公稱容積10mm3，.由于公稱尺寸與所計(jì)算得結(jié)果很相近，且對于長徑比而言，其值也是人為確定的，故選用標(biāo)準(zhǔn)化的容器系列設(shè)備。⑺儲(chǔ)罐的臺(tái)數(shù)為一臺(tái)。我們選不銹鋼襯聚四氟乙烯。其中，靜載荷又可分為儲(chǔ)罐自重、隔熱層自重、附加載荷、儲(chǔ)存介質(zhì)液體的靜液壓力