【文章內(nèi)容簡介】 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 11 頁共 32 頁 工藝流程簡述： 乳液聚合的過程：按工藝配方將乳化劑溶于去離子水中，在強(qiáng)烈攪拌下、加入混合單體，制備穩(wěn)定的單體乳化液。通過泵 10 將去離子水打入反應(yīng)釜 12 中，再通過泵 11 打自來水到聚合釜 12 加熱套中，用水浴加熱反應(yīng)釜 12。（循環(huán)水可作為員工洗浴用水）升溫至 80~81`C，再將 20%的引發(fā)劑溶液加入反應(yīng)釜 12 中，約 10 分鐘后，加入 5%的單體預(yù)乳化液。引發(fā)開始后，溫度自動上升。待放熱反應(yīng)逐漸平 穩(wěn)，開始分別滴加剩余的單體預(yù)乳化液和引發(fā)劑溶液，滴加速度以保持反應(yīng)溫度在 82～85186。С 。約 3 小時(shí)滴加完成。保溫一小時(shí)后，將菊和乳液專至調(diào)節(jié)釜 13。待溫度降至 45 186。С 左右。用氨水調(diào) pH 值至 7～ 8。同時(shí)加入穩(wěn)定劑、消泡劑、防菌劑。最后出料 工藝流程簡圖： 乳化劑 丙烯酸乙酯 水 引發(fā)劑 分子量調(diào)節(jié)劑 乳液聚合 間歇法 乳膠液 凝聚 分離 干燥 丙烯酸酯橡膠 凝聚 劑 水 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 12 頁共 32 頁 工藝參數(shù)： 工藝配方（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 表 工藝配方 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 13 頁共 32 頁 組分 用量 /份 反應(yīng)釜配料 去離子水 過硫酸銨 十二烷基硫醇 氨水 十二萬基硫酸鈉 120 4 1 6 引發(fā)劑溶液 去離子水 過硫酸銨 72 乳化 單體 去離子水 十二烷基硫酸鈉 甲基丙烯酸甲酯 丙烯酸丁酯 48 4 100 100 主要單體參數(shù) 表 主要單體參數(shù) 單體名稱 相對分子質(zhì)量 沸點(diǎn) /186。С 相對密度 d(25) 折射率 玻璃化溫度 Tg/K 丙烯酸乙酯 100 405 甲基丙烯酸甲酯 101 378 甲基丙烯酸 163 458 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 14 頁共 32 頁 主要工藝參數(shù) a. 聚合 聚合溫度 70~80`C 聚合壓力 常壓 聚合時(shí)間 23h 轉(zhuǎn)化率 95％ 損失率 2﹪ b. 堿處理 用氨水中和 pH=7～ 8 產(chǎn)品技術(shù)參數(shù) 表 丙烯酸酯橡膠國家標(biāo)準(zhǔn) 主要設(shè)備控制方案 反應(yīng)器的溫度控制 反應(yīng)溫度的控制主要是通過與夾套內(nèi)循環(huán)水進(jìn)行 熱量交換來實(shí)現(xiàn)的。不同的聚合反應(yīng)器，聚合反應(yīng)機(jī)理不同、操作方式不同、溫度控制不同、傳熱介質(zhì)、傳熱方向及控制特點(diǎn)的不同，如連鎖聚合反應(yīng)溫度較低，多為放熱反應(yīng)，反應(yīng)速率極快，所以反應(yīng)過程中撤熱必須及時(shí)，否則易發(fā)生爆聚。而縮聚反應(yīng)反應(yīng)熱效應(yīng)小，由于反應(yīng)溫度較高，所以大多需要供熱，反應(yīng)速率比較平穩(wěn)，傳熱速率型號 AR100 AR300 門尼粘度 3050 3050 灰分 /% ≤ ≤ 揮發(fā)物 /% ≤ ≤ 硬度（紹爾 A） /度 5095 5095 拉伸強(qiáng)度 /MPa 815 815 扯斷伸長率 /% 150500 150500 1＃標(biāo)油體積變化率 (150℃ 70h)/% ≤ 5 ≤ 10 3＃標(biāo)油體積變化率 (150℃ 70h)/% ≤ 18 ≤ 25 壓變（ B法 25%150℃ 70h） /% ≤ 50 ≤ 50 脆性溫度 /℃ 約 15 約 30 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 15 頁共 32 頁 也比較平穩(wěn)。連續(xù)操作反應(yīng)溫度控制必須平穩(wěn)，抗外界干擾能力要強(qiáng)。而間歇操作反應(yīng)溫度要盡量按預(yù)定要求控制，允許有小量的波動。恒溫反應(yīng)過程，反映前期速率較快，傳熱速率快，反應(yīng)溫度不易控制。而變溫反應(yīng)過程，反應(yīng)速率在一定 時(shí)間內(nèi)比較平穩(wěn)，傳熱速率也比較平穩(wěn)，反應(yīng)溫度易控制。 在乳液聚合間歇操作溫度采用分程控制，可以避免傳熱滯后的現(xiàn)象發(fā)生，有利于實(shí)現(xiàn)預(yù)定的反應(yīng)溫度控制曲線。 反應(yīng)器的壓力控制 一般采用常壓 間歇聚合反應(yīng)過程中反應(yīng)壓力應(yīng)逐漸降低，特別是低真空度階段反應(yīng)器壓力降低的速度不能太快，否則會把低聚物帶出，使冷凝器及管道堵塞。 反應(yīng)器液位的控制 （進(jìn)料時(shí)打開進(jìn)料泵，物料到達(dá)預(yù)定液位時(shí)，關(guān)閉進(jìn)料泵） 在間歇操作過程中，反應(yīng)器的液位是通過每批加料量來決定的。 泵的控制 （直接流量調(diào)節(jié)） 泵 的控制有兩一是直接流量調(diào)節(jié)，二是旁路流量調(diào)節(jié)。 A：直接流量調(diào)節(jié)。流量計(jì)及調(diào)節(jié)閥安裝在輸出管道上，流量計(jì)在前，調(diào)節(jié)閥在后，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥門的開啟度，調(diào)節(jié)管路中流體流量的大小，該控制方案簡單易操作。 B：旁路流量調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥設(shè)在循環(huán)旁路管道上，流量計(jì)設(shè)在輸出管道上，泵的流量是固定的，通過調(diào)節(jié)循環(huán)旁路中閥門的開啟度，調(diào)節(jié)旁路中流體流量的大小，間接控制主路中的流體流量。 由此可見直接流量調(diào)節(jié)控制方案簡單，易操作。所以在選擇時(shí)采用直接流量調(diào)節(jié)。 3 物料衡算及熱量衡算 ： 物料衡算 物料 關(guān)系 示 意圖 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 16 頁共 32 頁 M5 M13 V101 M1 M2 M3 M4 M7 M10 R201 M11 V102 M12 M9 M6 V103 V104 M8 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 17 頁共 32 頁 M1— MMA M2— 丙烯酸乙酯 M3— 十二烷基硫酸鈉 M4— 去離子水 M5— 乳化單體 M6— 十二硫醇 M7— 過硫酸銨 M8— 去離子水 M9— 引發(fā)劑溶液 M10— 聚合物乳液 M11— PH 調(diào)節(jié)劑 M12— 破乳劑 M13— 丙烯酸膠粒 V101— 乳化單體與分子量調(diào)節(jié)劑罐 V102— 引發(fā)劑罐 V103— 調(diào)節(jié)罐 R201— 聚合反應(yīng)釜 所發(fā)生的聚合反應(yīng)方程式 ： 收集數(shù)據(jù) A: 生產(chǎn)規(guī)模 ： 1 萬噸 ／ 年 B: 生產(chǎn)時(shí)間 ： 330d／ 年 采用間歇操作 因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)間約為 3 小時(shí) 輔助時(shí)間 45min 所以每天生產(chǎn)批次為： 24／ （ 3+45／ 60） ≈ 6（ B） 由于在生產(chǎn)中每批引發(fā)劑用量較少 ， 所以引發(fā)劑每天配置一次即可 . 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 18 頁共 32 頁 C．技術(shù)指標(biāo)： 聚合物損失率： 2﹪ 產(chǎn)品質(zhì)量 引發(fā)劑： ﹪ 單體用量 分散介質(zhì)： 1： 1 單體用量 乳化劑用量： 3﹪ 單體用量 引發(fā)劑濃度： 約 ﹪ 氨水： ﹪ 單體質(zhì)量 助劑： ﹪ 單體質(zhì)量 分子量調(diào)節(jié)劑 (十二烷基硫醇 )： ﹪ 單體質(zhì)量 D．確定計(jì)算順序 由于產(chǎn)物與原料之間的化學(xué)計(jì)量關(guān)系比較簡單，且整個(gè)工藝過程比較簡單。容易得到產(chǎn)量與單體原料投料量之間的比例關(guān)系，所以采用順流程的計(jì)算順序。 確定主要原料投料數(shù)量 該 生產(chǎn)裝置 1000t 年開工 330d 每天 24h 生產(chǎn) 6 批 后處理過程中聚合物損失率 2﹪ . 所以每批生產(chǎn)聚合物數(shù)量為 ： 10000 103／ （ 330 6 ） =／ B (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)化為聚合物。且單體相對分子質(zhì)量與聚合物結(jié)構(gòu)單元相對分子質(zhì)量相同 (3) 丙烯酸乙酯相對分子質(zhì)量：單體平均相對分子質(zhì)量是（ 100 50％ +100 50％） =100 因?yàn)橐l(fā)劑 乳化劑 分子量調(diào)節(jié)劑 分散介質(zhì) 助劑等都在聚合釜中 所以單體投料量=／（ 1+1++++++） =／ B 順流程設(shè)備進(jìn)行計(jì)算 a. V101(乳化單體調(diào)配罐 )= 50％ =／ B 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 19 頁共 32 頁 M1（丙烯酸乙酯投料量） =／ B M2 (甲基丙烯酸甲酯投料量 )= ／ B M3 (去離子水 )= 40％ =／ B M4(十二烷基硫酸鈉 )= 3％ =／ B M4’ (十二烷基硫醇 — 鏈轉(zhuǎn)移劑 )= ％ =／ B M5(乳化劑單體溶液 ) =M1+M2+M3+M4|+M4’ =++==b. 引發(fā)劑單體調(diào)配罐的物料衡算 : M7(去離子水 )=％ = M6(過硫酸銨 )=x／ (+x) 100％ =％ x=／ B M8（引發(fā)劑溶液） =M6+M7=c. 反應(yīng)聚合釜的物料衡算 : M8(引發(fā)劑溶液 )= M5(0 乳化聚合物 )= 聚合物乳液 M9=M8+M5=+=d. 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 20 頁共 32 頁 M10(助劑 )=*= M11(氨水 )=*= 聚合物膠液： ++= 表 丙烯酸酯橡膠乳液聚合間歇操作物料衡算表 物料號 甲基丙烯 酸甲酯 丙烯酸 乙酯 十二烷 基硫醇 過硫 酸銨 去離 子水 助劑 氨水 十二烷 基硫酸鈉 聚合物 合計(jì) M1 9 M2 M3 M4 M4’ M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 陜西理工學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 21 頁共 32 頁 熱量衡算： 反應(yīng)溫度： 80℃ 基準(zhǔn)溫度 0℃ 壓力：常壓（ ） Q7=Q1+Q2+Q3+Q4 Q7—— 設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)物料與外界交換熱量之和 Q1—— 由于物料溫度變化，系統(tǒng)與外部交換的熱量 Q3—— 由于設(shè)備溫度改變系統(tǒng)與外界交換的熱量 Q4—— 設(shè)備向外界環(huán)境散失的熱量 Cp(水 )=(G ℃ ) Cp(丙烯酸乙酯 )=(g ℃ ) Cp(甲基丙烯酸甲酯 )= J/(g ℃ ) Cp（十二烷基硫醇） = J/(g ℃ ) Cp（十二烷基硫酸鈉） = J/(g ℃ ) Cp（過硫酸銨） = J/(g ℃ ) H2=℃ 。 （ 1） Q1 : Cp( 混 )=100/ （ 100 2+120++4+1+6 ） +100/+6/ +4/ + +120/ =+++++= J/(g ℃ ) Q1=W*C* △ t= (80℃ 0℃ )= 103 （ 2） Q2=W/M △ Hr△ X= 103 = = 10 3KJ （ 3）設(shè)設(shè)備的溫度沒有