【文章內(nèi)容簡介】 末產(chǎn)生。水溶液聚合法生產(chǎn)的聚丙烯酸鈉產(chǎn)品因呈不規(guī)則粉末狀，是高分子量聚丙烯酸鈉生產(chǎn)的主要方法。國內(nèi)的高分子量聚丙烯酸鈉生產(chǎn)基本采用該法。 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行的聚合方法。該法解決了水溶液聚合法的傳熱，攪拌困難等問題；且反應條件溫和，可直接獲得珠狀產(chǎn)品，生產(chǎn)的聚丙烯酸鈉粒徑大小可根據(jù) 用途要求調(diào)節(jié)，溶劑容易與聚合物分離，是一種合成聚丙烯酸鈉獨特的方法。缺點是反應過程 控制 較不穩(wěn)定；主設備材質(zhì)要求高，設備投資較大；采用易燃的有機溶劑，需要溶劑回收裝置，存在消防隱患和產(chǎn)生污染；只能進行間歇生產(chǎn)，設備利用率低。 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)有機相中（如 正庚烷 等），以無機過氧類引發(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。 根據(jù)上述分析、試驗結(jié)果和企業(yè)資金情 況，本設計的聚丙烯酸鈉生產(chǎn)使用反聚合物合成工藝課程設計 5 相懸浮聚合法，單釜間歇聚合工藝，以 Span 60 為分散劑、復合引發(fā)劑和相應的助劑加入反應釜中，控制溫度 40℃ 恒溫 1h、 50℃ 恒溫 1h、 60℃ 恒溫 1h 后升溫至共沸溫度。脫水至粒子固含量為 70%即可停止反應。由于聚合過程中，丙烯酸鈉單體易自交聯(lián)反應，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；聚合反應后聚合物顆粒對通常材料的盛裝器具具有很大粘性， 所以在釜中加入抗粘釜劑，防止 金屬表面發(fā)生引發(fā)聚合或大分子活性鏈接觸釜壁就被終止聚合而鈍化。 反向懸浮聚合工藝條件及 其影響因素 目前，有關(guān)反相懸浮法生產(chǎn)水溶性聚合物的 研究報道較少，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、聚合體系中無機鹽類、鏈轉(zhuǎn)移劑、攪拌、緩聚劑等。 聚合物合成工藝課程設計 6 丙烯酸 丙烯酸是化學式為 C3H4O2的有機化合物，相對分子量 無色澄清液體，帶有特征的刺激性氣味。它可與水、醇、醚和氯仿互溶。易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與 氧化劑能發(fā)生強烈反應。若遇高熱，可發(fā)生聚合反應，放出大量熱量而引起容器破裂和爆炸事故。 操作注意事項：密閉操作，加強通風。操作人員必須經(jīng)過專門培訓，嚴格遵守操作規(guī)程。儲存注意事項：通常商品加有阻聚劑。儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。 氫氧化鈉 氫氧化鈉 (NaOH)，相對分子量 40，俗稱燒堿、火堿、苛性鈉，常溫下是一種白色晶體， 其液體是一種無色，有澀味和滑膩感的液體 ，具有強腐蝕性 。氫氧化鈉在空氣中可與二氧化碳反應而變質(zhì) ，應 密閉包裝，貯于陰涼干燥處 ； 與酸類、銨類、易（可）燃物等分儲分運 ； 不可與皮膚 接觸，若皮膚（眼睛）接觸，用流動清水沖洗，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)。 庚烷 庚烷，分子式 CH(CH2)5CH3，相對分子量 。是一種無色易揮發(fā)液，有麻醉作用和刺激性。常用作辛烷值測定的標準、溶劑，以及用于有機合成，實驗試劑的制備。 易燃，其蒸氣與空氣可形成 爆炸性混合物 。遇 熱源 和明火有燃燒爆炸的危險。與 氧化劑 接觸發(fā)生化學反應或引起燃燒。 本設計采用正庚烷作為溶劑。 Span 60 斯潘 60， 山梨醇酐單硬脂酸酯 ， 分子式 C24H46O6 ，相 對 分子質(zhì)量 。淡黃色粉末或塊狀固體，微有脂肪氣味，熔點 5658℃ 。能分散于熱水，溶于熱油類及一般有機溶劑 ， 微有脂肪氣味 。 該品是水、油型優(yōu)良乳化劑，具有很強的乳化作用和分散 。本設計使用 span 60 作為分散劑。 聚合物合成工藝課程設計 7 過硫酸鉀 過硫酸鉀， 化學式： K2S2O8 ， 相對分子質(zhì)量： ， 無機化合物，白色結(jié)晶，無氣味，有潮解性。助燃，具刺激性。 主要用作漂白劑、還原劑、照相藥品、分析 試劑 、聚合促進劑等。操作注意事項：密閉操作，加強通風。操作人員必須經(jīng)過專門培訓，嚴格遵守操作規(guī)程。儲存注意事項：儲存 于陰涼、干燥、通風良好的庫房。遠離火種、熱源。包裝密封。應與還原劑、活性金屬粉末、堿類、醇類等分開存放，切忌混儲。儲區(qū)應備有合適的材料收容泄漏物。 本設計采用過硫酸鉀作為引發(fā)劑。 聚合物合成工藝課程設計 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聚合反應器；P101，P102，P103液體輸送泵 聚合物合成工藝課程設計 9 化工設計就是在建造化工生產(chǎn)裝置之前，根據(jù)一定的任務要求，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。來自 T101 中的純丙烯酸用原料泵 P102 分批加入 V102 中。 NaOH 水 T102 溶液的濃度為 50% ，在 V101 中被稀釋成濃度為 30% 的溶液，然后按一定比例緩慢加入 V102 中與丙烯酸進行中和反應，得到中和度為 75% 的丙烯酸與丙烯酸鈉混合物（簡稱單體），再加入適量水，得到單體濃度為 45% 的溶液。正庚烷與一定量的分散穩(wěn)定劑在 V103 中進行配制得到分散液，其按比例與單體溶液共同進入反應器 R101 中，然后加入在 V104 中配制好的引發(fā)劑濃度為50% 的水溶液 [6]。反應大約進行 小時。反應結(jié)束后，聚合物混合液被送至分離工序及后處理工序進行分離、干燥、包裝等處理，得到最終產(chǎn)物。正庚烷經(jīng)蒸餾處理后循環(huán)使用。 工藝流程的分析 反應方程式 ① 在 V101 、 V103 、 V104 中是單純的物料混合配制，無相變化與化學變化。 ② 在 V102 中 75% 的丙烯酸被中和，中和反應方程式如下： 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)單體進行自由基聚合，其反應方程式如下： ? ? aan n22 C O O NCHCHC H C O O NCH ??? 丙烯酸自由基聚合中單體相對分子質(zhì)量與聚合物結(jié)構(gòu)單元相對分子質(zhì)量無化學計量上的變化，引發(fā)劑會結(jié)合到聚合物分子鏈上。 收集數(shù)據(jù) 表 21 設計任務書規(guī)定數(shù)據(jù) 年產(chǎn)量 t/a 年工作日