【正文】 1— 2） 所以 D= 3 VT/ （ 1— 3） 圓整后查表 【 7】 選取公稱直徑。 表 2 幾種攪拌罐的長徑比 種類 設(shè)備內(nèi)物料類型 H/D 一般攪拌器 液 固相或液 液相物料 1～ 氣－液相物料 １～２ 發(fā)酵罐類 １ .７～２ .５ 裝料系數(shù) [26] 選擇了罐體長徑比之后，還要根據(jù)攪拌罐操作時所允許的裝滿程度考慮選擇裝料系數(shù)η，然后經(jīng)過初步計算，數(shù)值圓整及核算，最終確定筒體直徑和高度。 178。 罐體的幾何尺寸包括內(nèi)徑 DT、高度 H、 容積 V及壁厚 δ（見圖 5） 圖 5 罐體的直徑與高度 178。 11 2 攪拌罐的設(shè)計 為反應(yīng)溫度分布均勻，需使用攪拌反應(yīng)釜。一般引發(fā)劑用量占單體量的 %～ %之間 [24]，經(jīng)實驗，一般選擇過硫酸銨為引發(fā)劑，用量為 0. 4%。 表 1 不同單體的性能 性能 成膜性 硬度 拉伸強度 附著力 耐濕性 耐熱性 耐紫外線 丙烯酸丁酯 有 很軟 很低 良好 一般 良好 良好 苯乙烯 無 硬 高 良好 優(yōu) 優(yōu) 一般 乳化劑的選擇和用量 [23] 在乳液聚合中，乳化劑的性能影響聚合反應(yīng)的速度、相對分子質(zhì)量大小及分布、乳膠粘度和穩(wěn)定性。 設(shè)計計算：在確定了生產(chǎn)的進料量后，進行物料衡算、熱量衡算；根據(jù)工藝操作要求，設(shè)計合適的操作工藝及控制方式；設(shè)備選型、計算 聚合釜的主體尺寸；繪制帶主要控制點的工藝流程圖和聚合釜總裝圖。制備核殼乳液最常用的方法就是種子聚合。 基團轉(zhuǎn)移聚合相對來說是一種較新型的聚合方法，基團轉(zhuǎn)移是一個活性過程，通過引入的引發(fā)劑把一種單體上的活性基團轉(zhuǎn)移到另外的單體上。將它與其它乳化劑復配，能夠大幅度地提高體系中單體的含量。 微乳液聚合與普通乳液聚合的差別是在體系中引入了助乳化劑，并采用了高 速攪拌法、高壓均化法和超聲波分散法等微乳化工藝。種子乳液聚合第 2階段反應(yīng)單體的加料方式，對所形成的乳膠粒的結(jié)構(gòu)形態(tài)有很大影響，例如采用饑餓態(tài)半連續(xù)加料，種子乳膠粒表面及內(nèi)部的第 2單體濃度均很低，易形成核殼層間界限分明的粒子；采用平衡溶脹法加料，不但種子乳膠粒的表面第 2單體濃度很 高，而且單體有充分的時間向乳膠粒內(nèi)部滲透．所以種子乳膠粒內(nèi)部富含第 2單體，易形成核殼界限不分明的聚合物微粒。 苯丙乳液聚合工藝研究進展 傳統(tǒng)乳液聚合方法得到的苯丙乳液，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。國內(nèi)外學者進行了大量深入的研究，利用有機硅、有機氟、環(huán)氧樹脂、納米材料、蒙脫土、水溶性醇酸等對苯丙乳液進行改性以提高其性能。Lee[10]等制得的 PBA/PSt核殼聚合物之間一薄層 PBAgPSt共聚物。這類交聯(lián)體系較多 ,常見的有含活潑氫聚合物乳液 /多異氰酸酯交聯(lián)體系 ,含胺基或羧基的水溶液或乳液與環(huán)氧樹脂的交聯(lián)體系。 (二 ) 室溫交聯(lián)。 4 用，可以采用核殼乳液聚合，同時引入不同的改性單體或功能單體，以提 高其相關(guān)性能。引發(fā)劑的親水性對核殼聚合物微粒的結(jié)構(gòu)形態(tài)影響很大。因此人們的研究更多地集中在可聚合乳化劑上面。陰離子和非離子型表而活性劑的混合物是水不溶單體的有效乳化劑。 乳化劑及乳液體系對苯丙乳液的聚合和性能影響最大 [4]，乳化劑的結(jié)構(gòu)、臨界膠束濃度 (CMC)或用量以及初始階段乳化劑與單體配比對乳液的粒徑及其分布、黏度、最低成膜溫度、聚合穩(wěn)定性以及涂膜連續(xù)性、完整性、粘附力、耐水性等有著十分重要的影響。 178。苯丙乳液附著力好，膠膜透明，耐水、耐油、耐熱、耐老化性能良好 ，可以 用作紙品膠粘劑，也可與淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉等膠粘劑配合使用。 1 第一部分 緒論 1 苯丙乳液的用途和特點 隨著建筑業(yè)的發(fā)展，外墻涂料的在涂 料工業(yè)中的地位也越來越重要了。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 關(guān)鍵詞 ： 苯丙乳液 ；生產(chǎn)工藝；攪拌裝置；聚合釜 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。根據(jù)測得的物料粘度選擇合適的攪拌器和攪拌功率，從而最終按照 40000 噸 /年苯丙乳液的規(guī)格 設(shè)計出主要設(shè)備—— 聚合釜， 并對其工藝工程進行設(shè)計，繪制合理的工藝流程圖。 作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。178。s，單體殘留量 %， pH值 8～ 9。針對現(xiàn)有的苯丙乳液，特別是國內(nèi)苯丙乳液存在的問題，很有必要研究和進一步開發(fā)苯丙乳液以滿足眾多行業(yè)對苯丙乳液的要求[2]。國內(nèi)關(guān)于反應(yīng)型乳化劑的研究始于近幾年，目前比較熱門的幾種可聚合乳化劑有陰離子型 、陽離子型馬來酸酯類的和丙烯酰胺可聚合乳化劑等。這兩種性質(zhì)不同的穩(wěn)定機理，大大提高乳液的機械穩(wěn)定性、鈣離子穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等。但表面活性引發(fā)劑和表面活性鏈轉(zhuǎn)移劑會對聚合動力學產(chǎn)生影響，且表面活性引發(fā)劑在很多時候引發(fā)效率不高，而表面活性鏈轉(zhuǎn)移劑會對聚合物的分子量產(chǎn)生影響。 研究表明，采用氧化還原引發(fā)體系聚合的核 /殼型的苯丙乳液與用過硫酸鹽引發(fā)聚合 的普通乳液相比，聚合反應(yīng)溫度降低了 15～ 20℃，玻璃化溫度比普通乳液低 8～ 10℃，乳膠粒大小均勻，膜的拉伸強度及韌性也大大提高。178。但以上二種交聯(lián)方式都因交聯(lián)溫度較高、使用面積不廣而受到限 制 ,人們對室溫交聯(lián)型苯丙乳液的開發(fā)研究更加急迫。 (2) 雙組分及多組分室溫交聯(lián)。如 Hellippan[9]等用種子乳液制得 PBA/MMA復合乳膠粒，通過 CNMR分析發(fā)現(xiàn)了 85％ PMMA分子鏈接枝在 PBA乳膠粒的表面層上，從而使體系的相容性大大提高。 張虎[21]等人采用種子乳液半連續(xù)工藝法合成了脲基單體改性烴基苯丙乳液，與水性異氰酸酯固化劑配制的雙組份水性塑料涂料，用于極性塑料基材的表面涂裝，產(chǎn)品具有優(yōu)異的附著力、耐醇性、耐水性。吳健春 [16]等人利用超聲波分散工藝，將納米二氧化鈦分散到普通外墻乳膠漆中制備納米改性外墻乳膠漆，發(fā)現(xiàn)納米 TiO2加入到外墻乳膠漆中充分分散后可以大幅度地提高涂料的抗老化性能，加入納米TiO2對苯丙乳膠漆的抗色變性也有著明顯的提高。工業(yè)上采用最普遍的是半連續(xù)種子乳液聚合。 7 單體進行共聚，共聚單體因親水性而位于膠粒表面，這些親水基或者在一定 pH值下以離子形式存在，或者依靠它們之間的空間位阻效應(yīng)而穩(wěn)定膠粒： 3)加入離子型單體參加共聚，由于其親水性而傾向丁排列在聚合物離子 水界面，發(fā)揮類似乳化劑的作用。徐相凌 [20]等通過在普通的乳化劑的親油端中間位置上，接上一中等長度的親油鏈，制成了 Y型乳化劑。目前，有機 無機復合乳液聚合最關(guān)鍵的技術(shù)是要解決有機、無機兩種材料的界面親和性，高性能有機硅 丙烯酸酯復合乳液是有機 無機復合乳液聚合最典型的代表 [22]。核殼乳液聚合生成具有異相結(jié)構(gòu)的膠粒，能很好地解決這一問題。由于設(shè)計需要每一批的進料量、反應(yīng)時所放出熱量的速率、以及物料的粘度、密度和比熱等數(shù)據(jù)，故本設(shè)計工作分兩步進行： 資料收集：通過查閱資料，確定物料的進料比、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度等操作條件，以滿足生產(chǎn)需要，確定實際生產(chǎn)的進料量，為工藝設(shè)計提供計算數(shù)據(jù)，測產(chǎn)品的粘度密度等作為設(shè)計依據(jù)。故二者共用，通過調(diào)整比例，可使乳液性能較為理想。 10 此適當?shù)挠昧坎粌H可使聚合過程穩(wěn)定，而且也可使聚合反應(yīng)完全。178。所以在確定攪拌罐結(jié)構(gòu)的時候應(yīng)全面綜合考慮，使設(shè)備滿足生產(chǎn)工藝要求有做到經(jīng)濟合理，實現(xiàn)最佳化設(shè)計 [26]。所以，隨著罐體直徑的放大，攪拌器功率 增加很多，這對于需要較大攪拌作業(yè)功率的攪拌過程是適宜的，否則減小長徑比只能無謂地消耗一些攪拌器功率，長徑比則可以考慮選得大一些。 根據(jù)實踐經(jīng)驗，幾種攪拌罐的長徑比大致如表 2。查表 【 7】 標 準橢圓封頭的體積為 、 h 封 =D/4。如果加熱介質(zhì)是水蒸氣，則進口管應(yīng)靠近夾套上端，冷凝液從底部排除；如果傳熱介質(zhì)是液體，則進口管應(yīng)安置在底部，液體從地步進入，上部流出，使介質(zhì)能充滿整個夾套的空間。η V 封 ） /f （ 1— 5） f=π D2/4 （ 1— 6） 式中： f—— 筒體橫截面積（ m2）； D—— 容積內(nèi)直徑（ m）； η —— 裝料系數(shù)； V—— 容器容積（ m3）； V封 —— 封頭容積 (m3) 圖 6夾套傳熱釜 蛇管傳熱 當需要的傳熱面積較大、而夾套傳熱在允許的反應(yīng)時間內(nèi)不能滿足要求時，或是殼體內(nèi)襯有橡膠、耐火磚等隔熱材料而不能采用夾套時，可采用蛇管傳熱，蛇管的管長與管徑之比見表 3。 第二種為圓筒的一部分和下風頭包有夾套。 夾套直徑確定見表 5。 2 渦輪式 —— 可分為開啟式和圓盤式，如平直葉，彎葉， 圓盤平葉，圓盤彎葉等，槳數(shù)一般為 6 片，葉寬與葉徑之比為 ~(以 居多 )， 葉沿圓周速度為 4～l0m／ s，轉(zhuǎn)速為 10～ 300rpm，分別適于粘度 50P 和 10P 以下的液體， 葉徑與槽徑之比為 ～ 。 2 徑向流葉輪 —— 葉輪施以離 心力，沿半徑方向流出，上下方補 圖 7 葉輪所造成的槽內(nèi)液體循環(huán)流動 途徑 178。 由于液體的黏度對攪拌狀態(tài)有很大的影響，所以根據(jù)攪拌介質(zhì)粘度的大小來選型是一種基本的方法。178。w1／ d=l／ 5， 111=4， L／ d=1／ 4； w ／ D： l／ 10。 19 本設(shè)計采用準數(shù)關(guān)聯(lián) 法。本設(shè)計以 40000 噸年產(chǎn)量為基準合成苯丙乳液，下面進行物料及熱量衡算并確定工藝設(shè)備規(guī)格。178。 21 mBA=%103=103 kg VBA=1229507ml mMMA=2%103=102 kg VMMA=987556ml mAN=2%103=102 kg VAN=987561ml mSt=%103=103 kg VSt=8838626ml mAA=2%103=102 kg VAA=987561ml mAPS=%103=102 kg VAPS=197511ml 總物料 V0= V 水 +VSDS+ VOP +VBA+VMMA+VAN+ VSt + VAA +VAPS =49377802ml= 將 V0=106ml 修整為 VR=50m3 2 熱量衡算 查物性手冊得 [32]： 摩爾生成焓的估算： ΔHfo=+[ ?? ? )2()/(