【正文】 71 粉狀 表 25 單體濃度對(duì)分子量的影響 編號(hào) AA(g) NaOHg 引發(fā)劑 (mL) 分子量 (萬(wàn) ) 產(chǎn)品粒狀 1 164 較大粒狀 2 273 顆粒狀 3 412 粉狀 4 704 較細(xì)粉狀 鏈轉(zhuǎn)移劑對(duì)分子量的影響 加入異丙醇 ,可降低體系表面張力 ,減小反應(yīng)過(guò)程中粘壁現(xiàn)象 ,改善產(chǎn)品的溶解透明度 ,同時(shí)還能作為反應(yīng)過(guò)程中的鏈轉(zhuǎn)移劑 ,調(diào)節(jié)產(chǎn)品分子量。綜合以上因素 ,本設(shè)計(jì)選擇的最佳攪拌轉(zhuǎn)速 250r/min?；剞D(zhuǎn)窯設(shè)備適應(yīng)于連續(xù)生產(chǎn) ,但是投資大 、占地面積大 ,且對(duì)具有一定粘性的聚丙烯酸鈉膠粒不適應(yīng)該種干燥方式 。將稱量好的燒堿緩慢倒入裝有定量量純水的配堿釜中 ,同時(shí)開(kāi)動(dòng)攪拌 ,并在夾套通冷卻水冷卻 ,控制最終堿液溫度 (30℃ )。 物料衡算 1 確定物料平衡關(guān)系 明確物料發(fā)生的化學(xué)變化 ,寫(xiě)出主、副反應(yīng)方程式 丙烯酸被中和 ,中和反應(yīng)方程式如下 : 引發(fā)劑引發(fā)單體進(jìn)行自由基聚合 ,其反應(yīng)方程式如下 : 丙烯酸自由基聚合中單體相對(duì)分子質(zhì)量與聚合物結(jié)構(gòu)單元相對(duì)分子質(zhì)量無(wú)化學(xué)計(jì)量上的變化 ,引發(fā)劑會(huì)結(jié)合到聚合物分子鏈上。 5 化學(xué)變化參數(shù)。 每批應(yīng)生產(chǎn)的聚合物數(shù)量為 : 1 引發(fā)劑 (%單體質(zhì)量 )全部結(jié)合到聚合物中 。 配堿工序 由物料衡算可知 ,在配堿工序中 ,需純氫氧化鈉 ,溶解用水 ,氫氧化鈉的質(zhì)量百分比濃度為 30%,折算為物質(zhì)的量為分別為 : 氫氧化鈉 : mol 水 : mol 查表可知?dú)溲趸c在此濃度下的溶解熱為 ,此濃度下溶液的平均比熱為 ,水的比熱為 ,已知片堿和純水的進(jìn)料溫度為 25℃ ,氫氧化鈉溶液的出料的溫度為30℃ ,配堿過(guò)程最大溫升 65℃ ,冷卻水出入平均溫差為 10℃。 表 33 生產(chǎn)聚丙烯酸鈉的各工序熱量衡算 工序名稱 輸入 kJ 輸出 kJ 配堿 755499755499 036610 0718889 755499 中和 949765949765 3661056227 00 9 聚合 701 56227136889 85 276325 主要設(shè)備工藝尺寸的計(jì)算及選型 各釜體高度與內(nèi)徑尺寸確定 配堿釜 日產(chǎn)聚丙烯 酸鈉 噸 ,需配堿液 。若選 ,則有 : 得 m 雖然釜屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備 ,但用于制造反應(yīng)器的上下封頭仍應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)封頭。 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 中和釜的實(shí)際體積為 : 實(shí)際長(zhǎng)徑比 : 按每批量計(jì) ,可選用材質(zhì)為帶夾套的搪瓷釜 ,配用 60r/min 的減速箱 ,三相攪拌電機(jī) 3kw 的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。 查表得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為、。 實(shí)際生產(chǎn)中所用的攪拌器必須兼具剪切作用相循環(huán)作用 ,適當(dāng)轉(zhuǎn)速 ,懸浮聚合體系達(dá)到一定的循環(huán)流動(dòng)和剪切流動(dòng) ,使釜內(nèi)各部分達(dá)到溫度均一、濃度均一 ,并使釜內(nèi)單體均勻分散 ,懸浮成微小的液滴 ,加強(qiáng)聚合釜內(nèi)壁的傳熱。對(duì)于懸浮液含固體量低、顆粒微小和對(duì)液體澄清度要求高時(shí) ,應(yīng)選用分離機(jī)。工業(yè)生產(chǎn)中有進(jìn)料泵、回流泵、塔底泵、循環(huán)泵、產(chǎn)品泵等 ,石油化工泵的選擇應(yīng)該滿足流量 ,揚(yáng)程、壓力、溫度、氣蝕余量等工藝參數(shù)的要求 ,滿足介質(zhì)特性的要求和現(xiàn)場(chǎng)安裝的要求。而離心后聚合物一般含水率為 5%20%,為濕物料 ,需干燥使?jié)裎锪虾蔬M(jìn)步降低。 夾套筒體 的高度主要由傳熱面積確定 ,一般不應(yīng)低于料液高度 ,以保證充分傳熱。 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 實(shí)際長(zhǎng)徑比 : 該釜為反相懸浮聚合 ,反應(yīng)釜的容積、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)以及攪拌型式等都影響聚合過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量。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、。 生產(chǎn)工藝條件為 :所處理的為堿性溶液 ,釜體內(nèi)為常壓 ,溫度為 50℃ ,夾套為循環(huán)冷卻水 ,夾套內(nèi)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(yīng)釜。 中和工序的輸人熱量包括 :氫氧化鈉水溶液引入的熱量 ,丙烯酸引人的熱量 ,丙烯酸中和熱 ,其計(jì)算結(jié)果如下 : 氫氧化鈉水溶 液帶入的熱量 : kJ 丙烯酸引入的熱量為零 : 在中和工序中 ,中和度為 100%,因此發(fā)生中和反應(yīng)的丙烯酸為 : kJ 輸入熱量 kJ 輸出的熱量出包括中和液移走的熱量 ,水分蒸發(fā)吸收的熱量 ,以及冷卻水帶走的熱量。由物料守恒定律有 :整個(gè)聚合工序的物料衡算過(guò)程是正確的。 選擇計(jì)算基準(zhǔn)與計(jì)量單位 因?yàn)槭情g歇操作過(guò)程 ,所以基準(zhǔn)為“批”。 表 31 技術(shù)指標(biāo) 項(xiàng)目?jī)?nèi)容 技術(shù)指標(biāo) 項(xiàng)目名稱 技術(shù)指標(biāo) 聚合物 后處理?yè)p失率 丙烯酸中和度 原料 NaOH 水溶液濃度 中和用 NaOH 水溶液濃度 單體水溶液濃度 2%聚合物質(zhì)量 100%(摩爾 ) 99%(質(zhì)量 ) 30%(質(zhì)量 ) 45%(質(zhì)量 ) 引發(fā)劑用量 引發(fā)劑水溶液濃度 分散穩(wěn)定劑用量 分散介質(zhì)用量 分散劑循環(huán)用量 %單體質(zhì)量 50%(質(zhì)量 ) 2%單體質(zhì)量 與單體質(zhì)量比 4:1 90%分散劑總用量 4 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。脫水至粒子固含量為 70%即可停止反應(yīng)。 2 丙 烯酸鈉的聚合 :將中和后的丙烯酸鈉水溶液與由分散介質(zhì)和分散穩(wěn)定劑配制好的分散液共同放入反應(yīng)釜中 ,并加入適量助劑 ,在引發(fā)劑的作用下進(jìn)行聚合反應(yīng)至共沸脫水至固含量 70%是停止反應(yīng)。對(duì)于懸浮液含固體量低、顆粒微小和對(duì)液體澄清度要求高時(shí) ,應(yīng)選用分離機(jī)。 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn) :當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速小于 200r/min 時(shí) ,攪拌強(qiáng)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(yīng)的正常進(jìn)行。 單體濃度對(duì)分子量的影響 丙烯酸鈉的聚合反應(yīng)本質(zhì)上屬于自由基聚合反應(yīng) ,由動(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)與單體濃度的關(guān)系可知 ,單體濃度越高 ,聚合物分子量越高。 表 22 助分散劑對(duì)分子量的影響 編號(hào) AA(mL) 引發(fā)劑 (w%) 助分散劑 (v%) 分子量 (萬(wàn) ) 顆粒形態(tài) 1 595 粒狀 2 288 粉狀 3 866 粒狀 4 520 粉狀 引發(fā)體系的選擇及其濃度對(duì)分子量的影響 引發(fā)體系的選擇及其濃度是影響分子量的一個(gè)重要因素 ,表 23 為引發(fā)劑對(duì)分子量的影響。 表 21 水溶液聚合與反相懸浮聚合的比較 比較項(xiàng) 水溶液聚合法 反相懸浮聚合法 引發(fā)體系 過(guò)氧 還原引發(fā)體系 過(guò)氧 還原引發(fā)體系 聚合場(chǎng)所 水相 分散的水相 聚合溫度 50~100℃ 50~100℃ 產(chǎn)品形態(tài) 水溶液 固體粒狀或粉末 散熱 相對(duì)困難 非常容易 產(chǎn)品分子量 較低 (難達(dá) 1000 萬(wàn) ) 較高 (1000 萬(wàn)以上 ) 體系粘度 低固含量是較高 很低 (近似于油相粘度 ) 產(chǎn)品后處理 烘干 不需烘干 反向懸浮聚合工藝條件及其影響因素 [14] 目前 ,有關(guān)反相懸浮法生產(chǎn)水溶性聚合物的研究報(bào)道較少 ,影響聚合產(chǎn) 品性能的主要因素與常規(guī)丙烯酸系水溶液聚合體系相似 ,有單體濃度、水油比、引發(fā)體系及其用量、分散劑、聚合溫度、聚合體系 pH 值、聚合體系中無(wú)機(jī)鹽類(lèi)、鏈轉(zhuǎn)移劑、攪拌、緩聚劑等。采用易燃的有機(jī)溶劑 ,需要溶劑回收裝置 ,存在消防隱患和產(chǎn)生污染 。但后處理需增加干燥 、粉碎、篩分工序 ,有過(guò)細(xì)粉末產(chǎn)生。在兼顧企業(yè)的實(shí)際情況同時(shí)制定出工藝流程簡(jiǎn)短、技 術(shù)成熟、投資少、生產(chǎn)成本低、適應(yīng)生產(chǎn)的連續(xù)化 ,使整個(gè)生產(chǎn)裝置達(dá)到高水平。 2020年商品味精產(chǎn)量為 萬(wàn)噸 ,按生產(chǎn)每 噸味精消耗聚丙烯酸鈉 計(jì) ,每年需用的聚丙烯酸鈉約 4000 噸。燒堿大量用于造紙、合成洗滌劑、紡織、醫(yī)藥、冶金、食品等領(lǐng)域。目前內(nèi)許多廠家加入 %的聚丙烯酸鈉故作為保護(hù)膠。但可用浸漬或涂布方法在表面 上制成透明均一的膜。無(wú)毒。 反相懸浮法聚合法是近年發(fā)展起來(lái)的制備水溶性高分子新方法 ,這方面的研究性文章最早由 Dimonie 等人于 1982 年發(fā)表。高分子量 106107 的聚丙烯酸鈉主要做增稠劑和絮凝劑 。 the process flo