【正文】 丙烯酸 丙烯酸是化學(xué)式為 C3H4O2的有機(jī)化合物，相對(duì)分子量 無色澄清液體，帶有特征的刺激性氣味。 反相懸浮聚合法 [910]是以溶劑 (油相 )為分散介質(zhì)，經(jīng)堿部分中和的水溶性單體丙烯酸鈉，在懸浮分散劑和攪拌作用下分散成水相液滴，引發(fā)劑和交聯(lián)劑溶解在水相液滴中在加熱的情況下進(jìn)行的聚合方法。 由以上分析可見高分子量 的聚丙烯酸鈉在很多領(lǐng)域都廣泛使用，但是目前在國內(nèi)企業(yè)使用的高分子量聚丙烯酸鈉，國外產(chǎn)品還占相當(dāng)大的比例。同時(shí) 2021 年我國燒堿產(chǎn)量也達(dá)到 2021 萬噸。 3) 增稠劑 在水性涂料中加入聚丙烯酸鈉作為增稠劑，增稠效果明顯，且能有效地防止涂料的沉降、分層現(xiàn)象，并可改善涂料的流平性和涂刷性能，在夏季使用不易出現(xiàn)發(fā)露、發(fā) 臭現(xiàn)象，一般使用量為涂料量的 13%為宜。 (3) 吸濕性、保水性 聚丙烯酸鈉的分子鏈中含有大量的強(qiáng)親水基團(tuán) (－ COONa)，因此其吸濕性極強(qiáng)。 (1) 穩(wěn)定性 1) 熱穩(wěn)定性 ： 聚丙烯酸鈉熱穩(wěn)定性好，海藻酸鈉、梭甲基纖維素鈉等天然粘稠液，經(jīng)熱處理，其粘度降到初始的 1/10 以下，但聚丙烯酸鈉的水溶液僅降低 3/10。 3) 機(jī)械穩(wěn)定性 ： 聚丙烯酸鈉水溶液在室溫下 以 10000r/min 高速攪拌 3min，粘度無顯著變化。 1) 絮凝劑 聚丙烯酸鈉是一種線狀、可溶性的高分子化合物，其分子鏈上的羧基由于靜聚合物合成工藝課程設(shè)計(jì) 2 電相斥作用，使得曲繞的聚合物鏈伸展，促成具有吸附性的功能團(tuán)外露到表面上來，由于這些活性點(diǎn)吸附在溶液中懸浮粒子上，形成粒子間的架橋，從而加速了懸浮粒子的沉降。能將碳酸鈣、硫酸鈣等鹽類的微晶或泥沙分散于水中而不沉淀，從而達(dá)到阻垢目的。按燒堿年產(chǎn) 2021 萬噸，精制鹽水全部使用聚丙烯酸鈉，用于精制鹽水每生產(chǎn) 1 噸燒堿用聚丙烯酸鈉 計(jì)，每年需要消耗聚丙烯酸鈉將達(dá)到 4000 噸。 聚合物合成工藝課程設(shè)計(jì) 4 合成反應(yīng)方程式 丙烯酸被中和，中和反應(yīng)方程式如下： 2 2 2CH = CH ― CO O H + N a O H CH = CH ― CO O N a + H O? 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： ? ? aC O O NCHCHaC H C OO NCHn n22 ??? 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。 采用反相懸浮法合成高分子量的聚丙烯酸鈉，首先將丙烯酸單體經(jīng)部分中和，單體溶液分散并懸浮于連續(xù)有機(jī)相中（如 正庚烷 等），以無機(jī)過氧類引發(fā)劑 （如過硫酸鉀） 或水溶性氧化還原引發(fā)體系（如過硫酸銨 、 尿素）引發(fā)聚合，生成粉狀或粒狀沉淀，與溶劑分離后即得最終產(chǎn)品。與 氧化劑能發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)。氫氧化鈉在空氣中可與二氧化碳反應(yīng)而變質(zhì) ，應(yīng) 密閉包裝，貯于陰涼干燥處 ； 與酸類、銨類、易（可）燃物等分儲(chǔ)分運(yùn) ； 不可與皮膚 接觸，若皮膚（眼睛）接觸，用流動(dòng)清水沖洗，涂抹硼酸溶液 ； 若誤食，用水漱口，飲牛奶或蛋清（等酸性無害食品）且需立即就醫(yī)。 Span 60 斯潘 60， 山梨醇酐單硬脂酸酯 ， 分子式 C24H46O6 ，相 對(duì) 分子質(zhì)量 。操作注意事項(xiàng)：密閉操作，加強(qiáng)通風(fēng)。 聚合物合成工藝課程設(shè)計(jì) 8 ??11 聚合物工藝流程圖 圖1丙烯酸反相懸浮聚合間歇操作物料平衡關(guān)系圖 T101丙烯酸貯罐；T102濃NaOH溶液貯罐；V101NaOH溶液調(diào)配罐；V102中和罐；V103分散介質(zhì)調(diào)配罐；V104引發(fā)劑調(diào)配罐；R101聚合反應(yīng)器；P101，P102，P103液體輸送泵 聚合物合成工藝課程設(shè)計(jì) 9 化工設(shè)計(jì)就是在建造化工生產(chǎn)裝置之前，根據(jù)一定的任務(wù)要求，將化工裝置的生產(chǎn)過程全部用圖紙、表格、文字說明等方式概述出來的過程及結(jié)果。 ② 在 V102 中 75% 的丙烯酸被中和，中和反應(yīng)方程式如下： 2 2 2CH = CH ― CO O H + N a O H CH = CH ― CO O N a + H O? ③ 在 R101 中引發(fā)劑引發(fā)單體進(jìn)行自由基聚合，其反應(yīng)方程式如下： ? ? aan n22 C O O NCHCHC H C O O NCH ??? 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。 加入的 NaOH 能夠與丙烯酸完全反應(yīng)，生成丙烯酸鈉。 每批應(yīng)生產(chǎn)聚合物數(shù)量 為： 42kg / 100052 3 ??? ? ① 引發(fā)劑（ % 單體質(zhì)量 ）全部結(jié)合到聚合物中； ② 單體 100% 轉(zhuǎn)化成聚合物，且單體相對(duì)分子質(zhì)量與聚合物結(jié)構(gòu)單元相對(duì)分子質(zhì)量相同； ③ 單體混合物平均相對(duì)分子質(zhì)量（丙烯酸的中和度為 75% ）： 可得 M 72 5 94 5 88. 5? ? ? ? ?混 丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量：?jiǎn)误w 平均相 對(duì)分子質(zhì)量 72:? 丙烯酸投料量 58k g / ??? V102(中和罐 )物料衡算 圖 V102 物料平衡示意圖 已知：丙烯酸中和度 =75%、丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量 =7 NaOH 相對(duì)分子質(zhì)量 =單體平均相對(duì)分子質(zhì)量 = M1 (原料丙烯酸 )= M4 (30% NaOH 溶液 ) NaOH： Bkg / ??? M4 V102 M6 M1 M5 聚合物合成工藝課程設(shè)計(jì) 12 2HO： Bkg / ?? 合計(jì)： M4=+= M6(45%單體溶液 ) 單 體： 72 ?? 2HO： 20 4 85 ?? 合計(jì) ： M6=+= M5（無離子水 B） 對(duì) V102 中組分水做物料衡算有： M5 M6 M4? ? ?水 水 水中和反應(yīng) 生成水 中和反應(yīng)生成水： kg / ?? 無離子水 B： M5==對(duì) V102 做全物料平衡計(jì)算，進(jìn)行校核。 M10 R101 M1222 M11 聚合物合成工藝課程設(shè)計(jì) 15 V104（引發(fā)劑調(diào)配罐）物料衡算 已知：引發(fā)劑溶液每天配制一批，供 8 批反應(yīng)使用。令： h 為釜體直邊高度、 H 為反應(yīng)釜體的總高度，則： D./DhhhH 5122 ?????? 封 因?yàn)樗幚淼奈锪蠟橐?固相，其筒體高度于筒體直徑之比 D/H 為 ~1 。但是在我國其研究還不深入，生產(chǎn)規(guī)模還小，性能尚不如人