【正文】 用 30%NaOH 溶液 2187kg 中各組分的質(zhì)量為 : kg kg 原料用 99%NaOH 中各組分的質(zhì)量為 :kg kg 則需純水 : 分散介質(zhì)調(diào)配罐物料衡算 已知 :分散劑 :單體 4:分散穩(wěn)定劑 2%單體質(zhì)量 ,則 分散劑質(zhì)量 : 循環(huán)分散劑質(zhì)量 : kg 新鮮分散劑質(zhì)量 : 分散穩(wěn)定劑 : 分散液 : 4 聚合反應(yīng)釜物料衡算 反應(yīng)前反應(yīng)釜中各組分質(zhì)量 : 單體 : 水 : 分散劑 : 分散穩(wěn)定劑 : 引發(fā)劑用量 %單體質(zhì)量、引發(fā)劑水溶液濃度 50%(質(zhì)量 ) 引發(fā)劑水溶液的質(zhì)量 : 反應(yīng)后反應(yīng)釜中聚合物混合物的各組分 : 分散劑 : 分散穩(wěn)定劑 : 水 : 聚合物 :整理并校核計(jì)算結(jié)果 對(duì)聚合工序做全物料平衡計(jì)算 ,進(jìn)行校核。該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量 2020t,年開工 330d,每天生產(chǎn) 4 批 ,后處理工序中聚合物損失率2%。 聚合反應(yīng)過程中單體完全參加反應(yīng) ,轉(zhuǎn)化率可視為 100%,單體與聚合物之間無化學(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。因?yàn)橹粚?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)。年工作日 : 3 相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見表 31。 3 工藝衡算和設(shè)備選型 物料衡算與熱量衡算 物料與能量衡算的有關(guān)計(jì)算公式、數(shù)據(jù)等參見文獻(xiàn) [15~21]。 聚合反應(yīng) 將中和的 45%丙烯酸鈉單體水溶液、分散劑 Span 60、 2%單體質(zhì)量的復(fù)合引發(fā)劑和相應(yīng)的助劑加入反應(yīng)釜中攪拌 ,控制溫度 40℃恒溫 1h、 50℃恒 溫 1h、60℃恒溫 1h 后升溫至共沸溫度。 生產(chǎn)過程主要操作及控制 1 配堿 按 NaOH:H2Ol: 的質(zhì)量比配制堿液 ,其濃度約為 30%w/w。 聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)工藝流程 工藝流程如圖 21 所示 : 圖 21 反相懸浮聚合制備聚丙烯酸鈉流程示意圖 1 丙烯酸鈉溶液的制取 :將經(jīng)計(jì)量的丙烯酸、適量的助劑與經(jīng)溶解、冷卻、計(jì)量的燒堿溶液進(jìn)行部分中和 ,中和后的丙烯酸鈉 ,加入適量水 ,得到濃度為 45%單體溶液即丙烯酸鈉水溶液。氣流干燥設(shè)備的干燥強(qiáng)度大 ,蒸發(fā)水份能力從 50kg/h1500kg/h,而設(shè)備容積小 ,投資省 ,是其他干燥設(shè)備比不上的 。對(duì)于懸浮液中顆粒細(xì)小或可壓縮變形的 ,則宜選用沉降離心機(jī) 。同時(shí)高轉(zhuǎn)速容易使發(fā)粘粒子聚并 ,因此 ,攪拌轉(zhuǎn)速太快對(duì)于體系的穩(wěn)定性并無益處。對(duì)于聚丙烯酸鹽體系 ,由于單體濃度高、活性大 ,反應(yīng)相當(dāng)劇烈 ,要求攪拌強(qiáng)度也就更高。表 2 25 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。當(dāng)恒定氧化劑用量 ,增加還原劑用量時(shí) ,聚合反應(yīng)速率基本不變 ,而速率分布改變。常用的無機(jī)過氧化物引發(fā)劑如過硫酸鉀 KPS 和過硫酸 APS 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 ,一般使用溫度為 70℃。故聚合選用 Span60 作為分散劑 。 在實(shí)際聚合過程中 ,為了進(jìn)一步降低表面張力 ,改善分散能力并調(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 分散劑溶解后盡快加入助分散劑的效果更好。聚合反應(yīng)后聚合物顆粒對(duì)通常材料的盛裝器具具有很大粘性 ,所以在釜中加入抗粘釜?jiǎng)?,防止金屬表面發(fā)生引發(fā)聚合或大分子活性鏈接觸釜壁就被終止聚合而鈍化。 采用反相懸浮法合成高分子量的聚丙烯酸鈉 ,首先將丙烯酸單體經(jīng)部分中和 ,單體溶液分散并懸浮于連續(xù)有機(jī)相中 (如環(huán)己烷等 ),以無機(jī)過氧類引發(fā)劑 (如過硫酸鉀 ) 或水溶性氧化還原引發(fā)體系 (如過硫酸銨、尿素 )引發(fā)聚合 ,生成粉狀或粒狀沉淀 ,與溶劑分離后即得最終產(chǎn)品。主設(shè)備材質(zhì)要求高 ,設(shè)備投資較大 。 反相懸浮聚合法 [12~13]是以溶劑油相為分散介質(zhì) ,經(jīng)堿部分中和的水溶性單體丙烯酸鈉 ,在懸浮分散劑和攪拌作用下分散成水相液滴 ,引發(fā)劑和交聯(lián)劑溶解在水相液滴中在加熱的情況下進(jìn)行的聚合方法。缺點(diǎn)是反應(yīng)速度快 ,溫度不易控制 。 水溶液聚合法 [9~11]是以水為溶劑 ,將經(jīng)堿部分中和后的丙烯酸 ,加入有關(guān)助劑、引發(fā)劑 ,然后在一定的溫度下進(jìn)行聚合、干燥粉碎而制得的方法。 表 12 聚丙烯酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo) 項(xiàng)目 質(zhì)量指標(biāo) 外觀 白色粒狀或粉末 純度 (%) ≥ 95 干燥失量 (%) ≤ 5 分子量 (萬 ) 6001500 殘余單體量 (%) ≤ 透明度 (1%水溶液 ) 水溶液透明 游離堿 無 2 聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)工藝 工藝流程的選擇原則是 :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)。國內(nèi)近年已有生產(chǎn) ,但是生產(chǎn)廠家不多 ,生產(chǎn)能力較小 ,其中還包 括膠體產(chǎn)品 ,因此可見在國內(nèi)高分子量聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)缺口還很大 ,有必要增加其生產(chǎn) ,以滿足國內(nèi)的需求。 另外在味精生產(chǎn)過程產(chǎn)生的谷氨酸母液含有大量的蛋白質(zhì) ,目前大多數(shù)廠家沒有進(jìn)行回收利用 ,如果采用聚丙烯酸鈉作絮凝處理 ,既可回收又有用蛋白質(zhì) ,又可大大降低母液中的 SS 和 COD 含量 ,減少后續(xù)處理的有機(jī)負(fù)荷 [7]。 目前 ,在這兩堿行業(yè)的生產(chǎn)中 ,鹽水精制過程大多一直使用聚丙烯酰胺和苛化淀粉 ,小部分使用聚丙烯酸鈉 ,主要是由于表面看聚丙烯酸鈉價(jià)格貴 ,而忽視聚丙烯酸鈉用量少 ,效果好的特點(diǎn)。 高分子量聚丙烯酸鈉的需求、生產(chǎn)和應(yīng)用前景 高分子量聚丙烯酸鈉主要用于氯堿、純堿行業(yè)的鹽水精制 ,鋁廠的紅泥沉降 ,味精廠的廢水蛋白質(zhì)回收等行業(yè)。 4 分散劑 做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。 表 11 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 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。 聚丙烯酸鈉的應(yīng)用 聚丙烯酸鈉應(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 ,見表 11。 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。 2 冷凍穩(wěn)定性 :聚丙烯酸鈉水溶液即使經(jīng)過凍結(jié) ,其粘度也不變。易溶于氫氧化鈉水溶液 ,但在氫氧化鈣、氫氧化鎂等水溶液中隨堿土金屬離子數(shù)量增加 ,先溶解后沉淀 。 高分子量聚丙烯酸鈉的性質(zhì)和應(yīng)用 聚丙烯酸鈉的性質(zhì) 聚丙烯酸鈉 [3],英文名 Sodium polyacrylate,縮寫 PAAS 或簡稱 PAANa,結(jié)構(gòu)式為 [CH2CHCOONa]n,是 ?種水溶性高分子化合物。需要經(jīng)過切割、粉碎、篩分、烘干等后續(xù)工藝。本論文主要涉及水溶性高分子量聚丙烯酸鈉生產(chǎn) 線的工藝設(shè)計(jì)。中等分子量 104106 顯示有增稠性 。不同聚合度的產(chǎn)物親水性、硬度、強(qiáng)度、附著力等性能差別很大 ,這些差異以及它們本身具有的許多優(yōu)異的物理和化 學(xué)性能使這類聚合物獲得廣泛應(yīng)用 [1]。 the main equipments were selected and their dimensions were estimated. In addition, the workshop of production was also designed。對(duì)生產(chǎn)的物料及熱量進(jìn)行了衡算。對(duì)工藝流程中聚合方法、分離方法、干燥方法進(jìn)行選擇 。 關(guān)鍵詞 :聚丙烯酸鈉 ,物料衡算 ,生產(chǎn)工藝 ,工藝流程圖 ,廠房布置圖 THE PROCESSING TECHNIQUE DESIGN OF POLYACRYLATE SODIUM WITH 2020 TONS OUTPUT PER YEAR ABSTRACT Foreign and domesti