【正文】 c research and application, production status, market demand and prospect polyacrylate sodium reviewed in this paper. The polymerization, separation and drying method were selected, and material and heat balance were calculated. The processing technique flow and control were introduced in detail。 聚丙烯酸鈉水溶液具有良好的離解性、較理想的潤(rùn)濕性、保水性和成膜性浸漬或涂布時(shí) ,同時(shí)還具有耐溫性強(qiáng)、凍融穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性、以及經(jīng)長(zhǎng)期貯存后其粘度無(wú)明顯變化等特點(diǎn)。低分子量 10005000 時(shí) ,主要起分散作用 。水溶性聚丙烯酸鈉中又包括高分子量和低分子量?jī)纱箢?。但由于攪拌和傳熱的原?,聚合水溶液中要求單體濃度很低 ,而且產(chǎn)物成塊狀 ,出料困難。 其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低 ,便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化 ,產(chǎn)品分子量可達(dá)千萬(wàn)以上 ,產(chǎn)品溶解性能比水溶液聚合產(chǎn)品好 ,而且克服了水溶液聚合中的高粘和傳熱困難的工藝難點(diǎn) ,并且可以得到粉狀或者粒狀的聚合物 ,產(chǎn)物的后處理工藝、儲(chǔ)運(yùn)和使用上也較容易。能電離 ,有或無(wú)腐蝕性 。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。 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。干燥產(chǎn)品在空氣中可以吸濕自重的 10%,而高吸水樹(shù)脂則可以吸收自重 1000倍以上的蒸餾水 ,而在無(wú)機(jī)鹽等電解質(zhì)溶液存在的情況下 ,吸水性能將下降。 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(chǎn)的赤泥沉降分離、味精廠廢水中蛋白質(zhì)回收和制糖等行業(yè)的高分子材料 [4]。但是涂料整個(gè)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。同時(shí)2020 年我國(guó)燒堿產(chǎn)量也達(dá)到 2020 萬(wàn)噸。純堿年產(chǎn) 2020 萬(wàn)噸 ,每生產(chǎn) 1 噸純堿用聚丙烯酸鈉 ,需要用聚丙烯酸鈉 2800 噸。 由以上分析可見(jiàn)高分子量的聚丙烯酸鈉在很多領(lǐng)域都廣泛使用 ,但是目前在國(guó)內(nèi)企業(yè)使用的高分子量聚丙烯酸鈉 ,國(guó)外產(chǎn)品還占相當(dāng)大的比例。 產(chǎn)品規(guī)格 所生產(chǎn)的聚丙烯酸鈉產(chǎn)品為白色或淡黃色粉狀或粒狀固體 ,產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表 12。 聚丙烯酸鈉聚合的實(shí)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。操作簡(jiǎn)單 ,生產(chǎn)效率高 。國(guó)內(nèi)的高分子量聚丙烯酸鈉生產(chǎn)基本采用該法。缺點(diǎn)是反應(yīng)過(guò)程控制較不穩(wěn)定 。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。由于聚合過(guò)程中 ,丙烯酸鈉單體易自交聯(lián)反應(yīng) ,形成不溶性凝膠 ,故在體系中要求加入一定量的鏈轉(zhuǎn)移劑和緩聚劑 。 W/O 型反相體系一般選擇 HLB 為3~8 的 span 類如 span60 等作為分散劑。 選用 Span60,油水界面張力較小 ,并且濃度 %時(shí)聚合過(guò)程中體系穩(wěn)定 , 聚合物粘壁較少 ,產(chǎn)物粒子均勻。根據(jù)自由基生成的機(jī)理 ,可將引發(fā)劑分為兩大類 :一類是熱分解型引發(fā)劑 ,另一類是氧化 ?還原引發(fā)劑。當(dāng)還原劑用量一定時(shí) ,增加氧化劑用量 ,聚合反應(yīng)總速率增大 。加入適量的 AA 不僅能增加聚合物的絮凝效果 ,同時(shí)可以提高聚合物的分子量。攪拌的另一個(gè)作用是加速反應(yīng)熱的傳遞 ,防止溫度過(guò)高而發(fā)生爆聚 ,保證反應(yīng)的正常進(jìn)行。這可能是由于攪拌轉(zhuǎn)速太快 ,使單體液滴粒徑過(guò)小 ,相對(duì)于轉(zhuǎn)速小的體系 ,它需要更多的分散劑才能使液滴分散不聚并 。通常 ,對(duì)于含有粒度大于 毫米顆粒的懸浮液 ,可選用過(guò)濾離心機(jī) 。 干燥方法的選擇 對(duì)聚合后的濕物料進(jìn)行干燥可采用氣流干燥、回轉(zhuǎn)窯、紅外等干燥方式。根據(jù)企業(yè)的投資情況和生產(chǎn)能力 ,選用的氣流干燥機(jī)干燥方法。 4 聚丙烯酸鈉的后處理工序 :將分離工序過(guò)后的聚合物進(jìn)行干燥、計(jì)量包裝等處理后 ,得到聚丙烯酸鈉產(chǎn)品?？刂谱罱K丙烯酸中和液溫度 30℃。 5 包裝 干燥后的粉末 ,存放于貯料斗中 ,先測(cè)定產(chǎn)品的分子量、密度等有關(guān)性能 ,然后按每袋 25kg 裝袋輸送到倉(cāng)庫(kù)以備出廠。設(shè)計(jì)任務(wù)書中規(guī)定的年產(chǎn)量 (生產(chǎn)能力 ): 2 生產(chǎn)時(shí)間。其他原料均視為純物質(zhì)。各組分相對(duì)分子質(zhì)量如下 : 丙烯酸 ,氫氧化鈉 40,丙烯酸鈉 ,水 18。 6 計(jì)算主要原料 (丙烯酸 )的投料數(shù)量 用順流程的計(jì)算順序進(jìn)行物料衡算必須求出主要原料每批投料量。 3 丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量 :單體相對(duì)分子質(zhì)量 : 丙烯酸投料量為 : 7 順流 程設(shè)備展開(kāi)計(jì)算 1 中和釜物料衡算 已知 :丙烯酸中和度 100%、丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量 、 NaOH 相對(duì)分子質(zhì)量 單體相對(duì)分子質(zhì)量 原料丙烯酸鈉的質(zhì)量為 反應(yīng)需純 NaOH 的質(zhì)量為 : 30%NaOH 中含水的質(zhì)量為 : 則 30%NaOH 的質(zhì)量為 : 單體丙烯酸鈉的質(zhì)量 : 45%丙烯酸鈉中含水的質(zhì)量為 : 中和反應(yīng)生成水 : 則中和反應(yīng)過(guò)程 中應(yīng)加入的水為 : 配堿釜物料衡算 在裝有水冷裝置的配堿釜中加入一定量的水 ,然后在不斷攪拌下加入質(zhì)量分?jǐn)?shù) 99%的氫氧化鈉。 表 32 生產(chǎn)聚丙烯酸鈉各工序物料衡算結(jié)果 工序名稱 輸出 輸入 原料 質(zhì)量 (kg) 產(chǎn)品 質(zhì)量 (kg) 配堿 99%片堿 純水 30%氫氧化鈉 2187 中和 30%氫氧化鈉 2187 99%丙烯酸 純水 中和液 其中 :丙烯酸鈉 水 聚合 中和液 2%引發(fā)劑 分散劑 分散穩(wěn)定劑 聚合物 水 分散劑 分散穩(wěn)定劑 熱量衡算 聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)可分為多個(gè)工序 ,每一個(gè)生產(chǎn)工序都有一定的能量變化 ,因此各工序分別計(jì)算。 所以 kJ 輸 出的熱量出包括氫氧化鈉溶液由 25℃升到 30℃所需的熱量和冷卻移走的熱量。 所以 由于 所以 kJ 冷卻水用量 : kg 3 聚合反應(yīng)工序 已知丙烯酸中和液的平均比熱為 ,中和液進(jìn)料溫度為 30℃ ,丙烯酸鈉的聚合熱為 ,水的比熱為 ,l00℃水的蒸發(fā)熱為 ,聚合物混合物出料溫度為 60℃ ,聚合物平均比熱為 ,分散劑平均比熱 輸入的熱量包括 :丙烯酸中和液引入的熱量 ,丙烯酸鈉聚合的聚合反應(yīng)放熱 ,其計(jì)算結(jié)果如下 : 丙烯酸鈉中和液引入的熱量 : kJ 聚合物反應(yīng)放熱 : kJ 則輸入的熱量 : kJ 輸出的熱量包括生成的聚合物從 25℃升溫到 60℃所需的熱量 ,分散介質(zhì)帶走的和水從 25℃到 60℃的熱量及耗損的熱量。則 噸堿液的體積為 : 。 查表得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為、。 釜體的直邊高度為 : m 釜體實(shí)際高度為 : m 根據(jù)表取封頭直邊高度 50mm,釜體圓形直筒部分高度 : m 配堿釜的實(shí)際體積為 : 實(shí)際長(zhǎng)徑比 : 攪 拌型式可選用為推進(jìn)式攪拌器 ,攪拌電機(jī)功率為 3kw,轉(zhuǎn)速為。若選 ,則有 : 得 m 用于制 造反應(yīng)器的上下封頭選用標(biāo)準(zhǔn)封頭。 查表得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為、。 釜體的直邊高度為 : m 釜體實(shí)際高度為 : m 根據(jù)表取封頭直邊高度 50mm,釜體圓形直筒部分高度 : m 釜的實(shí)際體積為 : 實(shí)際長(zhǎng)徑比 : 按每批次計(jì)量 ,該釜為普通溶液混合 ,沒(méi)有熱量交換可選用普通溶液混合攪拌設(shè)備。若選 ,則有 : 得 m 用于制造 反應(yīng)器的上下封頭選用標(biāo)準(zhǔn)封頭。在釜頂安 置回流冷凝器 ,可將單體蒸汽冷凝回流 ,以增加傳熱面積 。 各釜體夾套尺寸的確定 所謂夾套就是在釜體外側(cè)用焊接 或法蘭連接的方式裝設(shè)各種形狀的鋼結(jié)構(gòu) ,是與釜體外壁形成密封的空間。 通常 ,對(duì)于含有粒度大于 毫米顆粒的懸浮液 ,可選用過(guò)濾離心機(jī) 。 圖 32 表示為螺旋沉降式離心機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。即熱風(fēng)干燥 ,使產(chǎn)品中水分含量達(dá)至