【正文】 烯酸， (甲基 )丙烯酸羥乙酯，甲基丙烯酸縮水甘油酯， N 一羥甲基丙烯酰胺等。 ◆單體 丙烯酸酯聚合物通常是將幾種丙烯酸酯單體共聚形成的共聚物，單體組成決定著聚合物的物理、化學及機械性能。 聚合過程中的幾個特點予以說明 :，主鏈是飽和的，基本上無支化和交聯(lián)的問題，故聚合轉化率可高達 98%。另外乳聚法 ACM 的干燥方式，不 同公司也會選用不同方式，如美國氰特公司、日本瑞翁公司采用擠出干燥工藝，日本東亞油漆公司則為烘干產品。一般選用陰離子或陰離子和非離子復合型乳化劑如十二烷基磺酸鈉；油溶性引發(fā)劑異丙苯過氧化氫，水溶性引發(fā)劑過硫酸鹽、過氧化 氫和叔丁基過氧化氫等；選用叔十二烷基硫醇或二硫化烷基黃原酸酯做分子量調節(jié)劑等。 陜西理工學院課程設計 第 6 頁共 32 頁 乳液聚合主要缺點 有 ： 聚合物以固體使用時，需要加破乳劑，會產生大量廢水，而且要洗滌、脫水、 干燥； 工序多，生產成本比懸浮聚合高； 產物中雜質含量較高。 對溶液、懸浮聚合，聚合反應速率和聚合物分子量之間存在明顯的倒數關系。 乳液聚合：單體被乳化劑以乳液狀態(tài)分散在水介質中的聚合反應稱為乳液聚合。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)劑預先溶在單體內，聚合時就是在單體微珠內進行聚合反應，多以懸浮聚合就是在單體微珠內進行的本體聚合。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。 技術方案及設備方案： 技術方案： 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。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)點火線和一般電工用墊及導線護套： (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。使用實踐表明，丙烯酸酯橡膠制品在汽車上的應用，可明 顯改善汽車的運行狀況，能有效地減少汽車故障的發(fā)生，同時也可減輕污染、保護環(huán)境和延長汽車壽命。不適合現代車輛提高遠行速度后的耐熱要求。隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，未來 35年內將是我國 ACM需求的高峰期。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、分子量調節(jié)劑和凝聚劑等。 陜西理工學院課程設計 第 1 頁共 32 頁 目錄 1 項目簡介 項目名稱 ????????????????????????? 4 項目設計依據 ???????????????????? ? ?? 4 主要原料及物理性質 ???????????????? ? 4 生產方法 ??? ??????????????????? 4 設計依據及必要性 ????????????????? 4 市場前景分析 ??????????????????? 4 1. 5 生產能力??? ???????????????? ???? ?? 5 技術方案及設備方案??? ????????????? 5 技術方案 ??????????????????????? 5 設備方案 ??????????????????????? 6 聚合反應機理及影響反應的因素 ?? ??? ????????? ?? 6 合反應機理 ??? ??????????????? ?? ? 6 ???????????????????? 6 2 生產方法與工藝流程 2. 1 生產方法 ???? ??? ??????????????? ? 8 原料選擇 ? ?????????????????????? 8 聚合機理 ? ?????????????????????? 8 實施方法 ? ?????????????????????? 8 操作過程 ? ?????????????????????? 8 2. 2 聚合工藝過程 ???? ??? ?????????????? ?? 8 陜西理工學院課程設計 第 2 頁共 32 頁 ?????????????????????? 8 ?????????????????????? 9 ?????????????????????? 9 ???????????????????? 9 ??????????????????? ? 9 ??????????????????? 10 所選物料物理性質 ???????????????????? 工藝流程 ?????????????????????? 10 工藝參數 ??????????????????????? 12 ?? ????????????????????? 12 ????????????????????? 12 主要工藝參數 ????????????????????? 13 ????????????????????? 13 主要設備控制方案 ??????????????????? 14 反應器的溫度控制 ??????????????????? 14 反應器的壓力控制 ??????????????????? 14 反應器的壓力控制 ? ?????????????????? 14 泵的控制 ?????????? ???????????? 14 3 物料衡算及熱量衡算 物料衡算 ????????????????????????? 15 ????????????????????? 所發(fā)生的聚合反應方程式 ???????????????? 陜西理工學院課程設計 第 3 頁共 32 頁 收集數據 ???????????????????????? ?????????????????? 順流程設備進行計算 ?????????????????? 熱量衡算 ?????????????????????????? ???????????????????????? ????????????????????????4 設備工藝計算 反應聚合釜的設計 ????????????????????? ?????????????????????? 釜體外形尺寸的設計 ?????????????????? ??????? ????????????? ???????????????????? 各物料進出管口直徑確定????????????????? 軸密封形式???? ???????????????????? 泵的工藝設計 ?????????????????????? 調節(jié)釜的設計 ?????????????????? 引發(fā)劑罐????? ?????????????????? 單體乳化罐???????????????????????? 過濾器 .???????? ??????????????? 工藝管口的設計 ???????????????????? 5 參考文獻 陜西理工學院課程設計 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計 。主要是由于該工藝設備簡單，易于實施；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 單體的分子內增塑來實現。這尚不包括國內用于出口的密封件制品對 ACM的消耗。由于長期使用溫度以 120 為限。因此在其加工工藝性能、物理力學性能和價格方面優(yōu)于氟橡膠。隨著進口汽車大量涌入國門， 以及國內高速汽車的發(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。 生產能力： ACM 產量為 1 萬噸／年； 考慮裝置的大修，開工時間： 330d／ a,24h／ d。減小了局部過熱現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。 懸浮聚合： 懸浮聚合是使單體小液滴分散在介質（通常是水）中進行的聚合反應，這就容易解決散熱問題，因為大多數單體不溶于水，所以需要借助機械攪拌作用，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。它的缺點是產品純度不高。正是這些差別導致了乳液聚合具有與懸浮聚合不同的聚合機理。 乳液聚合主要優(yōu)點有： 聚合反應可在較低溫度下進行，并能同時獲得高聚合速率和高分子量； 以水為介質，比熱容大，體系黏度小，有利于散熱； 乳液產品（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。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、分子量調節(jié)劑和凝聚劑等。鹽析時候可用聚丙烯酸鈉、聚乙烯醇等作保護劑，以防止膠粒粘結成團，鹽析后可用氫氧化鈉溶液從膠中洗提出乳化劑，使得生膠易于硫化。 1． 7 聚合反應機理及影響反應的因素 聚合反應機理 因為其是線性飽和的無定形共聚物，故其采用乳液聚合按自由基機理聚合而成 。 影響聚合反應的因素 A:基本組分的影響 。內聚單體貢獻內聚力和強 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 性和剝離強度均有所下降，而太多會使乳液粒子大小不一，膠膜耐水性差，使用性能大為下降。隨引發(fā)劑用量的增加，聚合速率和轉化率增加，聚合物分子量乳液穩(wěn)定性、膠膜的剝離強度、內聚力和耐水性下降；引發(fā)劑用量過少，不易引發(fā)聚合，反應緩慢。常采用十二烷基硫醇為鏈轉移劑，用量為單體總量的 1． 0 ～ 3． 0 。對水溶性小 的單體自由基擴散速率增大，導致膠束成核速率增大，乳膠粒數 目增多，粒徑減少；對水溶性大的單體，在水相中的鏈增長速率增大，從而形成更多的低聚物，也使乳膠粒數目增多，粒徑減少。攪拌強度不能太高，否則會使乳膠粒數 目減少，乳膠粒直徑增大和聚合速率降低，同時會使乳液產生凝膠，甚至導致破乳。 2 生產方法與工藝流程 生產方法 選擇生產工藝路線就是指選擇生產方法。 原料選擇： 該項目選用的原料主要單體為：丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯。 甲基丙烯酸甲酯 —— 賦予乳液聚合物以耐久性、硬度、保光保色性及耐水性。根據反應體系不同可采用水溶性和油 溶性引發(fā)劑也可按自由基生成機理選用熱引發(fā)劑 . 陜西理工學院課程設計 第 9 頁共 32 頁 過氧化氫是最簡單的過氧化物，但他需要很高的活化能，約 220kJ/mol 才能均裂分解反應，實際溫度在 100186。水溶性較好的一般為無機過氧化物。過硫酸銨在水中溶解度最?。?2%~4%），價格最低。 乳化 劑 的選擇 表 乳化劑的分類 根據離子類型分類 根據親水基種類的分類 根據離子類型分類 根據親水基種類分類 陰離子乳化劑 羧酸鹽 RCOOM 硫酸鹽 ROSO3M 磺酸鹽 RSO3M 磷酸鹽 RO PO(OM)2 兩性乳化劑 氨基酸型 丙胺鹽型 陽離子乳化劑 胺鹽 非離子型乳化劑 聚乙二醇型 多元醇型 選擇合理的乳化劑，優(yōu)化其用量，并確定適宜加入方式，是獲得優(yōu)質乳液的前提條件之一。С HLB值 乳液聚合體系 溫度 /186。 十二烷基硫酸鈉的 HLB=40. 綜合考慮我們選擇十二烷基硫酸鈉作為乳化劑。等的高價金屬離子會嚴重影響聚合物乳液的穩(wěn)定性 .所以進行乳液聚合應當用蒸餾水或去離子水，水的導電值應在 10mS。在此選擇十二烷基硫醇作為分子量調節(jié)劑，用量 %。 聚合壓力 ： 常壓。 2. 甲基丙烯酸甲酯： CH2=C(CH3)COOCH3 物化性質：無色液體，易燃易揮發(fā)，相對密度 48℃ ，沸點 100℃ 101℃ .蒸汽壓℃ ,溶于乙醇，乙醚，丙酮等有機溶劑中，微溶于乙醇和水，在光熱電離輻射和催化劑存在下易聚合。 3. 十二烷基硫酸鈉： C12H25OSO3Na 物化性質：淺黃色透明液體，可溶于水，具有豐富的泡沫性和優(yōu)良的洗滌性能，手感溫和，生物降解性好。 存貯：避免接觸潮濕空氣。 陜西理工學院課程設計 第 11 頁共