【正文】 專業(yè)名稱： 化學(xué)工程與工藝（生物化工） 學(xué) 號： 202140810101 學(xué)生姓名： 馮立建 指導(dǎo)教師： 鄒濤 2021 年 5 月 9 日 畢業(yè)設(shè)計 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。 論文作者簽名 : 日 期 : 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計 摘 要 本設(shè)計是 以生產(chǎn)苯丙乳液為 主要 目的 的 ， 簡明的介紹了 苯丙乳液的研究現(xiàn)狀。 關(guān)鍵詞： 苯丙乳液 ；攪拌裝置；聚合釜 畢業(yè)設(shè)計 ABSTRACT This paper production styreneacrylic latex for the purpose, expounds the present situation of the study styreneacrylic latex, through various synthesis process route prehensive evaluation, the analysis and parison, the choice of reasonable production process, determine the economic and reasonable process flow. Calculated each batch of material feed rate, reaction heat, to choose a suitable heat transfer methods and equipment. According to the measurement of material viscosity choose appropriate mixer and mixing power, and in the end to 40000 tons/year styreneacrylic latex design specifications of the main equipmentpolymerization kettle, and its technological engineering design, draw reasonable process flow diagram. Key word： Styreneacrylic emulsion。 因為是 在共聚物中引入了 一部分的 苯乙烯鏈段 ,能有效的 提高 其作為 涂膜的耐水性、耐堿性、硬度、抗污性 以及 抗粉化性。苯丙乳液 的 附著力 相當 好， 而且 膠膜 十分 透明，耐水、耐油、耐熱、耐老化性能 都非常良好 ， 不僅可以 用 來 作 為 紙品膠粘劑， 還可以 與淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉等膠 粘劑 一起配合來 使用。這種涂料 不僅僅能 供水泥沙漿、灰泥沙漿、木材、混凝土底材的涂裝 ,還能有效的 配制沙漿噴涂漆和水泥系涂料 ， 當然也可以 大量地用 來 作 為 外墻 的 涂料。 這些實驗室 系統(tǒng) 性 地研究了 可以 影響可聚合乳化劑應(yīng)用性能的諸多 影響 因素， 與此還 探討了 怎么做才能 使可聚合乳化劑達到他們所預(yù)期的 最佳使用效果。 這幾年， 在乳液聚合理論和技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上， 發(fā)現(xiàn) 了有機 無機納米復(fù)合高分子乳液，材料的復(fù)合 也已經(jīng)開始 從單純的機械共混 逐步擴大 發(fā)展到 了 亞微觀的有機復(fù)合 [21]。用有機無機復(fù)合乳液聚合 所 得 來 的高分子乳液具有 著與生俱來的強大優(yōu)勢，比如說 附著性能好、耐水性好、透氣透濕性高、抗粘連性、力學(xué)性能好等優(yōu)點，在化工、 電子學(xué)、光學(xué)、機械、生物學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景 ，市場前景無比燦爛。 設(shè)計計算： 知道 生產(chǎn)的進料量，進行物料衡算、熱量衡算；根據(jù) 相關(guān) 工藝操作要求，設(shè)計 出 合適 高效 的操作 方式和生產(chǎn)工藝 ； 再就是 設(shè)備 的 選型 問題 、計算 得出聚合釜的主體尺寸；繪制 出 工藝流程圖 以及 聚合釜總裝圖。 廠址選擇從投資和經(jīng)濟效益考慮 較方便的運輸條件，距離公路或?qū)Ｓ描F路最短為好，以節(jié)省投資。所以初步選擇了黃石市上窯作為工廠的廠址。最低成膜溫度 (MFT)比較高，常溫下不能成膜 ,大大限制了它的應(yīng)用范圍。 乳液聚合是制造合成聚合物的主要實施方法之一。 本實驗采用種子 乳液聚合法 。s 最低成膜溫度： 15℃ 畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 圖 31 乳化劑質(zhì)量分數(shù)對粘度影響 工藝原理 乳液聚合是以水為連續(xù)相（分散劑），在表面活性劑（乳化劑）存在下，使聚合反應(yīng)發(fā)生在由乳化劑形成的乳膠粒內(nèi)部（即表面活性劑形成的膠 束作為微反應(yīng)器），制備高分子材料的一種方法。因此，近年來乳液聚合技術(shù)發(fā)展很快，特別是在聚合技術(shù)上派生、發(fā)展了多種新技術(shù)、新方法。乳化劑的選擇除單體要求的種類外，一般以體系要求的 HLB 值決定其配比和用量，而且多以非離子型與離子型乳化劑復(fù)配，常用的乳化劑如下： 用于乳液聚合的引發(fā)劑主要是以過氧化氫為母體的衍生物，如過硫酸銨（ NH4）2S2O過硫酸鉀 K2S2O有機過氧化氫，對某些體系，還可采用其他熱分解引發(fā)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 劑如芳基偶氮氨基化合物等。無論那種情況都可引發(fā)單體聚合形成乳膠粒。 階段Ⅲ（聚合反應(yīng)完成階段）：在該階段，膠束和單體珠滴都不見了。 設(shè)計原則，依據(jù)和指導(dǎo)思想 設(shè)計原則 （ 1）本設(shè)計每一環(huán)節(jié)都遵循國家政策、法律、法令及行業(yè)規(guī)范； （ 2）在結(jié)合國情的前提下，采用世界先進生產(chǎn)工藝，合理的控制生產(chǎn)開銷、堅決保證生產(chǎn)的安全以及對三廢的嚴格處理。 第四章 原料，配方設(shè)計及選型依據(jù) 原料的用量 單體用量 [23] 不同的單體具有不同的性能，一種單體均聚物一般不具備全面的性能 (表 41)，需選用多種單體進行共聚 合成。故二者共用，通過調(diào)整比例，可使乳液性能較為理想。 圖 1 乳化劑質(zhì)量分數(shù)對粘度影響 引發(fā)劑的用量 [23] 引發(fā)劑是聚合反應(yīng)的觸媒。 選型依據(jù) 總體概述 為反應(yīng)溫度分布均勻，需使用攪拌反應(yīng)釜。由于化學(xué)反應(yīng)一般都要吸收和放出熱量，因此在容器的內(nèi)部或外部設(shè)置加熱或者冷卻裝置。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 罐體的長徑比 選擇罐體的長徑比應(yīng)考慮的主要因素有 3 個方面，即長徑比對攪拌功率的影響，對傳熱的影響以及物料攪拌反應(yīng)特性對長徑比的要求。在固定的攪拌軸轉(zhuǎn)數(shù)下，攪拌器功率與攪拌器槳葉直徑 的 5 次方成正比。容器一定時長徑比越大則罐體盛料部分表面積越大，夾套的傳熱面積也就越大。物料特性對罐體長徑比的要求 某些物料的攪拌反應(yīng)過程對罐體 長徑比有著特殊要求，例如發(fā)酵罐之類，為了使通入罐內(nèi)的空氣與發(fā)酵液有充分的接觸時間，需要有足夠的液位高度，希望長徑比取得大一些。通常η可取 ～。 令： h 為釜體直邊高、 H 為反應(yīng)器釜體總高度，則： H=h+2h 封 =h+D/2= 若取 H/D=，則有： h=D VT =πD2h/4+ = πD3 /4+ = D3 （ 1— 2） 所以 D= 3 VT/ （ 1— 3） 圓整后查表 【 7】 選取公稱直徑?？稍谌萜鞯耐獠炕騼?nèi)部設(shè)置供加熱或冷卻的換熱裝置，例如在容器外部設(shè)置夾套，在容器內(nèi)部設(shè)置蛇管換熱器等，一般用的最普遍的采用夾套傳熱的方式。有時，對于較大型容器，為了得到較好的傳熱效果，在夾套空間裝設(shè)螺旋導(dǎo)流板，以縮小夾套中的流體的流通面積，提高流體的流動速度和不避短路，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜一些。η，因此，夾套高度 H 夾可由下式來估算： H 夾 ≥（ V178。 確定傳熱方式 反應(yīng)釜一般需采用夾套，而夾套又有多種類型各種類型夾套的適用范圍見表44。這種夾套是常用的類型結(jié)構(gòu)。 整體夾套夾套的尺寸及連接型式 整體夾套和罐體有 2 種連接型式，即不可拆卸式和可拆卸式。 表 5整體夾套直徑的確定 Dg 500~600 700~1800 2021~3000 Dj Dg+50 Dg+100 Dg+200 攪拌器 攪拌器分類及參數(shù) [28] 攪拌器是攪拌槽的核心設(shè)備，一般是根據(jù)不同的應(yīng)甩條件和不同的工藝要求而設(shè)計的，其主要在于攪拌葉輪的型拭和傳動裝置有區(qū)別。一般只有兩片槳葉，槳葉外沿圓周速度為 ～ ／ s，轉(zhuǎn)速為 1～100rpm，適用粘度在 2P 以下的液體，葉徑和槽徑之比為 ～ ，個別可達 ，可安裝成單層式或多層式。 5 螺帶式 —— 圓周速度一般小于 2m／ s，轉(zhuǎn)速 ～ 50r／ min，葉徑與槽徑 之比為 ～ ，適于粘度小于 100P 的場臺。以內(nèi)，可用于大容積的攪拌 槽，其標準形式是螺旋槳式葉輪。 不同工藝過程對槽中流動的能量分配不同，攪拌槽中的混臺過程主要以混合是否均勻，即調(diào)勻度和以分散集中程度，即分隔尺寸等表示。 攪拌槽體及附件 [30] 槽體型式及尺寸 畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 槽體型式多為立式，一般用圓形槽碟形底為多，應(yīng)避免錐底和帶棱角的槽，以免固體顆粒在死角處聚積，最好是槽中液深 H 和槽徑Ｄ之比為 1： 1，淺槽可為 1：2 或 1： 3，深槽在 1． 25： 1 以上時，就需安裝多個攪拌器葉輪，一般可按下式求得： 葉輪個數(shù)＝實際液體深179。檔板為垂直安裝在槽內(nèi)壁，其數(shù)量可用“充分檔板化” 條件確定，所謂“充分檔板化” 就是再增加檔板數(shù)而不再能改善攪拌效果的擋板數(shù)量，可用下式估算： m(w/d)= （ 1— 7） 式中 m—— “充分擋板化”的檔板數(shù)； w 和 d—— 檔板寬和葉輪直徑。但由于使阻力增加，消耗攪拌器的功率，因此需視具體要求決定是否設(shè)置。其幾何尺寸如下： d／ D=1／ 3， H1=d， H／ D=1。 攪拌器功率的估算 [30] 對于不同的工藝過程需要不同的動力，對于一定結(jié)構(gòu)槽體和一定型式的攪拌器，當用 某種轉(zhuǎn)速進行攪拌，使攪拌器連續(xù)運行所需的動力就是攪拌器的功率。 一般關(guān)聯(lián)式 —— 從諸影響攪拌功 率的因素中，暫不考慮形狀幾何參數(shù)的影響，其功率有如下函數(shù)式： N=Φρ n3dj5(n2dj/g)（α lgRe)/β 式中α、β依槳型不同，可從表 45查得 。蛇管可以縮短傳熱距離，使傳熱均勻進行，同時可起到導(dǎo)流筒的作用，強化攪拌效果 [37]。 = 〔 ? 〕 t：材料 Q235AF 在 100℃時的許用應(yīng)力〔 ? 〕 t=113MP Φ ：焊縫系數(shù)，雙面對接焊，局部無損探傷 Φ =[33] 畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 壁厚附加量 C=C1+C2=+2= 釜體承受 的外壓時 [38] 筒體計算壁厚 S0= PDi/(2〔 σ〕 tΦP)= 設(shè)計厚度 Sd= S0 +C2=+2= C1= 考慮操作壓力，取筒體壁厚 Sd=18mm 檢查：〔 ? 〕 t 、 C1 無變化， Sd=18mm 合適 筒體外徑 D0=Di+2 Sd=4636mm 夾套的設(shè)計 [38] 根據(jù)反應(yīng)條件，夾套設(shè)計用半圓管夾套及蛇管換熱。由于一次處理物料較多，液面較高選用雙層攪拌，兩層都用渦輪式。 200/60179。 （ 200/60） 3179。 淡色啤酒，色度在 3 EBC ～ 14 EBC 的啤酒。 廢渣治理 工廠鍋爐所產(chǎn)灰渣用于磚廠制磚。廠區(qū)廁所設(shè)有沖水、洗手設(shè)備和防蠅、防蟲設(shè)施。 （ 2）機械設(shè)備安全，加強設(shè)備管理，制定嚴格規(guī)章制度，定期進行設(shè)備維修和操作人員培訓(xùn)，強化人身安全措施，在設(shè)備的傳送機構(gòu)和傳動部位加裝防護裝置，保證安全生產(chǎn)。電氣動畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 力設(shè)備應(yīng)采取保護性接地措施，各種堆放物應(yīng)充分考慮到裝卸運轉(zhuǎn)的便利與安全。 （ 6）車間廠房消防系統(tǒng)以水防為主，消防用水由公司機井供水，各車間還要配備足夠的滅火器、沙箱等滅火器材。 （ 10）噪聲：對直接受噪聲影響的操作人員配備必要的勞動保護用品，如配備帶耳塞，防聲棉等，以保護工人的身體健康。從設(shè)計的選題、設(shè)計指導(dǎo)直至設(shè)計的完成始終凝結(jié)著導(dǎo)師的心 血，在此我對鄒老師表示真誠的謝意和深深的祝福