【正文】 量 6000t，年開工 330d，每天生產 6 批，后處理工序中聚合物損失率 2%。 (9) 生產聚丙烯酸鈉的各工序物料衡算整理如表 32。 輸入的熱量 入1Q 包括氫氧化鈉帶入的熱量 11Q ，純水帶入的熱量 12Q ，氫氧化河南城建學院本科畢業(yè)設計 3 工藝衡算和設備選型 16 鈉帶 入 的溶解熱 13Q ，由于氫氧化鈉帶 入 的熱量 11Q 和純水帶入的熱量 12Q 為 0。其計算結果如下 ： ? ?24 3 .2 8 6 8 5 7 . 1 3 3 0 2 5 1 1 2 4 6 7Q ? ? ? ? ?kJ 這一工序水分蒸發(fā)很少，故水分蒸發(fā)熱量可忽略不計。 生產工藝條件為 ： 所處理的為堿性溶液，釜體內為常壓，溫度為 50℃ ，夾套為循環(huán)冷卻水，夾套內表壓為 ，溫度小于 50℃ ，故可確定該釜屬于帶攪拌裝置的低壓反應釜。若選 ，則有： Dh? 2 3 3 3 3h 0 . 7 8 6 0 . 2 6 2 1 . 5 7 144V D D D D D??? ? ? ? ? ? ? ? ? 得 33 2 3 .6 8 2 .4 7 01 .5 7 1 1 .5 7 1VD ? ? ?m 雖然釜屬于非標準設備，但用于制造反應器的上下封頭仍應選用標準封頭。 查表得標準橢圓封頭的體積為 、 4/Dh ?封 。 釜體的直邊高度為： 3222 2 . 785 D?? ? ? ?????封m 釜體實際高度為： h 2 h 1 . 7 4 2 2 1 . 6 / 4 2 . 5 4 2H ? ? ? ? ? ? ?封 m 根據表取封頭直邊高度 50mm，釜體圓形直筒部分高度： 1 .7 3 2 2 0 .0 5 1 .6 4 2? ? ?m 中和釜的實際體積為： 2 3 2 3h 0 . 7 8 6 0 . 7 8 5 1 . 6 1 . 7 4 2 0 . 7 8 6 1 . 6 5 . 5 14V D D?? ? ? ? ? ? ? ? ?3m 實際長徑比： / 2 . 5 4 2 / 1 . 6 1 . 5 8HD ?? 按。若選 ，則有： Dh? 2 3 3 3 3h 0 . 7 8 6 0 . 7 8 6 1 . 5 7 144V D D D D D??? ? ? ? ? ? ? ? ? 得 33 6 .7 2 1 .6 21 .5 7 1 1 .5 7 1VD ???m 用于制造反應器的上下封頭選用標準封頭。 釜體的直邊高度為： 3222 2 . 785 D?? ? ? ?????封m 釜體實際高度為： h 2 h 2 . 3 2 3 2 0 . 5 3 . 5 7 3H ? ? ? ? ? ? ?封 m 根據表取封頭 直邊高度 50mm，釜體圓形直筒部分高度： 2 .3 2 3 2 0 .0 5 2 .0 2? ? ?m 配堿釜的實際體積為： 2 3 2 3h 0 . 7 8 6 0 . 7 8 5 2 . 5 2 . 3 2 3 0 . 7 8 6 2 . 5 2 3 . 6 84V D D?? ? ? ? ? ? ? ? ?3m 實際長徑比： / 3 . 5 7 3 2 . 5 1 . 7HD ? ? ? 攪拌型式可選用為推進式攪拌器，攪拌電機功率為 9kw，轉速為 r/min60 。 查表得標準橢圓封頭的體積為 、 4/Dh ?封 。其計算結果如下 ： 聚合物帶走的熱量 ： ? ?33 2 .5 3 3 0 9 2 . 1 5 6 0 2 5 2 7 3 8 1 0Q ? ? ? ? ?kJ 分散介質帶走的熱量： ? ?34 2 . 3 1 2 3 4 3 . 9 2 6 0 2 5 9 9 3 6 8 6Q ? ? ? ? ?kJ 水帶走的熱量： ? ?35 4 .1 8 3 7 7 7 . 9 2 6 0 2 5 5 5 2 7 1 0Q ? ? ? ? ?kJ (3) 生產聚丙烯酸鈉的各工序物料衡算整理如下表 33。 其中 ? ?14 3 .3 4 8 4 3 7 4 . 5 0 3 0 2 5 7 3 2 2 9Q ? ? ? ? ?kJ 由于 出入 11 ? 1 5 1 41 1 5 1 0 1 9 8 7 3 3 2 2 9 1 4 3 6 9 6 9Q Q Q? ? ? ? ?入 kJ 需冷卻水的質量： ? ?2m 1 4 3 6 9 6 9 / 4 . 1 8 1 0 3 4 3 7 7HO ? ? ?kg (2) 中和工序 已知條件 ： 丙烯酸的進料溫度為 25℃ ，比熱為 Kkg/ ? ，氫氧化鈉水溶液的進料溫度為 30℃ ，平均比熱為 Kkg/ ? ，中和液的平均比熱為Kkg/ ? ，水的比熱為 Kkg/ ? ， 100℃ 時水的蒸發(fā)熱為 kg/Jk2587 ，丙烯酸與氫氧化鈉的中和熱 mol/ ，中和液輸出溫度為 30℃ ，冷卻水平均溫差為 10℃ 。整個過程均采用 25℃ 作為基準溫度，生產 1 批聚丙烯酸鈉產品各工序的原料需求情況按物料衡算表中計。 中和 用 30%NaOH 溶液 中各組分的質量為： amNOH = 2m ? kg 原料 用 99%NaOH 中各組分的質量為： am OH? kg 2m 1 3 1 2 . 3 5 0 . 0 1 / 0 . 9 9 1 3 . 2 5HO ? ? ?kg 則需純水： 3 0 6 2 . 1 5 1 3 . 2 5 3 0 4 8 . 9k g?? 3) 分散介質調配罐物料衡算 已知：分散劑：單體 =4： 分散穩(wěn)定劑 =2%單體質量，則 分散劑質量： 3 0 8 5 .9 8 4 1 2 3 4 3 .9 2k g?? 循環(huán)分散劑質量： 1 2 3 4 3 . 9 2 0 . 9 1 1 1 0 9 . 5 3??kg 新鮮分散劑質量： 1 2 3 4 3 .9 2 0 .1 1 2 3 4 .3 9k g?? 分散穩(wěn)定劑： 3 0 8 5 . 9 8 0 . 0 2 = 6 1 . 7 2 k g? 分散液： 1 2 3 4 3 .9 2 6 1 .7 2 1 2 4 0 5 .6 4k g?? 4) 聚合反應釜物料衡算 反應前反應釜中各組分質量： 單體： 水： 分散劑： 分散穩(wěn)定劑： 引發(fā)劑用量 =%單體質量、引發(fā)劑水溶液濃度 =50%（質量） 引發(fā)劑水溶液的質量： 2 3 0 8 5 .9 8 0 .0 0 2 1 2 .3 4k g? ? ? 反應后反應釜中聚合物混合物的各組分： 分散劑： 分散穩(wěn)定劑： 河南城建學院本科畢業(yè)設計 3 工藝衡算和設備選型 15 水： 3 7 7 1 . 7 5 6 . 1 7 3 7 7 7 . 9 2k g?? 聚合物： 3 0 8 5 . 9 8 6 . 1 7 3 0 9 2 . 1 5 k g?? (8) 整理并校核計算結果 對聚合工序做全物料平衡計算，進行校核。 (5) 確定計算順序 由于產物與原料之間的化學計算關系比較簡單，且 整個工藝過程比較簡單，容易得到產物量與單體原料投料量之間的比例關系，所以采用順流程的計算順序。加入的 NaOH 能夠與丙烯酸完全反應，生成丙烯酸鈉。原料 NaOH 溶液濃度為 99%。 (3) 收集數據資料 1) 生產規(guī)模。 (4)分離干燥工序 經共沸脫水后的聚合物混合物通過螺旋沉降式離心機脫除分散劑等，將離心后的聚合物濕物料經 氣流 干燥機干燥至產 品含水量達 %%時。 (2)丙烯酸中和 按丙烯酸： NaOH=l： 的質量比在中和釜中加 入 丙烯酸 ，開攪拌并在夾套通冷卻水，同時緩慢加入已冷卻的堿液，堿液量為丙烯酸 ： 堿液 =l： 質量比，相當中和度 100%(mol)。 (3)聚合物混合物的分離：反應后生成的混合物通過離心機分 離分散介質與聚合物，再經熱水洗滌除去聚合物表面的一些殘留助劑。氣流干燥設備的 干燥強度大 ，蒸發(fā)水份能力從 50kg/h－ 1500kg/h，而設備容積小，投資省，是其他干燥設備比不上的；回轉窯設備適應于連續(xù)生產，但是投資大、占地面積大，且對具有一定粘性的聚丙烯酸鈉膠粒不適應該種干燥 方式 ； 生產試驗的前期采用紅外線加熱，但是干燥成本高，而且設備維護費用大會導致產品成本顯著增加。 后處理工序的選擇 分離方法的選擇 對脫水后聚合物混合物進行分離可采用過濾離心機或沉降離心機或分離機。 在實驗過程中發(fā)現 ： 當攪拌轉速小于 200r/min 時，攪拌強度不夠，不足以使單體溶液均勻地分散成液滴，而且 由 于單體溶液的比重大于溶劑相，故大部分單體 下沉于釜底而發(fā)生塊狀聚合，影響了反應的正常進行。 表 水量對分子量的影響 編號 加入水量（ mL） AA（ g） NaOH(g) 分子量（萬） 產品形態(tài) 1 10 1170 粒狀 2 12 363 較小粒狀 3 14 240 粉狀 4 30 171 粉狀 表 單體濃度對分子量的影響 編號 AA（ g） NaOH(g) 引發(fā)劑（ mL） 分子量（萬） 產品粒狀 1 164 較大粒狀 2 273 顆粒狀 3 412 粉狀 4 704 較細粉狀 鏈轉移劑對分子量的影響 加入異丙醇，可降低體系表面張力 ，減小反應過程中粘壁現象，改善產品的溶解透明度，同時還能作為反應過程中的鏈轉移劑，調節(jié)產品分子量。 單體濃度對分子量的影響 丙烯酸鈉的聚合反應本質上屬于自由基聚合反應，由動力學鏈長與單體濃度河南城建學院本科畢業(yè)設計 2 聚丙烯酸鈉的生產工藝 9 的關系可知，單體濃度越高，聚合物分子量越高。常用的無機過氧化物引發(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生兩個具有引發(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。 在實際聚合過程中，為了進一步降低表面張力，改善分散能力并調節(jié)顆粒特性，在選擇 Span 類作為主分散劑的同時，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。由于聚合過程中，丙烯酸河南城建學院本科畢業(yè)設計 2 聚丙烯酸鈉的生產工藝 7 鈉單體易自交聯(lián)反應，形成不溶性凝膠，故在體系中要求加入一定量的鏈轉移劑和緩聚劑；聚合反應后聚合物顆粒對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劑，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。 表 21 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。國內的高分子量聚丙烯酸鈉生產基本采用該法。 聚丙烯酸鈉聚合的實施方法 高分子量聚丙烯酸鹽的合成方法主要有水溶液聚合法和反相懸浮聚合法。 產品規(guī)格 所生產的聚 丙烯酸鈉產品為白色或淡黃色粉狀或粒狀固體，產品質量指標見表 12。 由以上分析可見高分子量的聚丙烯酸鈉在很多領域都廣泛使用，但是目前在國內企業(yè)使用的高分子量聚丙烯酸鈉，國外產品還占相當大的比例。純堿年產 8 000萬噸，每生產 1 噸純堿用聚丙烯酸鈉 ，需要用聚丙烯酸鈉 2 800 噸。同時20xx 年我國燒堿產量也達到 6000 萬噸。 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。但是涂料整個體系中 pH值需在 ，聚丙烯酸鈉鹽才能有效地發(fā)揮增稠效果 [5]。 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、氧化鋁生產的赤泥沉降分離、味精廠廢水中蛋白質回收和制糖等行業(yè)的高分子材料 [4]。干燥產品在空氣中可以吸濕自重的 10%， 而高吸水樹脂則可以吸收自重 1000倍以上的蒸餾水，而在無機鹽等電解質溶液存在的情況下，吸水性能將下降。 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。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。 其 生產工藝簡單、成本低，便于實現工業(yè)化，產品分子量可達千萬以上， 產品 溶解性能比水溶液聚合產品好， 而且 克服 了 水溶液聚合中的高粘和傳熱困難的河南城建學院本科畢業(yè)設計 1 概述 2 工藝難點