【正文】 2500 320 8 1% ① 生產(chǎn)規(guī)模。 工藝流程的分析 反應(yīng)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(xué)變化。反應(yīng)結(jié)束后，聚合物混合液被送至分離工序及后處理工序進(jìn)行分離、干燥、包裝等處理，得到最終產(chǎn)物。正庚烷與一定量的分散穩(wěn)定劑在 V103 中進(jìn)行配制得到分散液，其按比例與單體溶液共同進(jìn)入反應(yīng)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]。來自 T101 中的純丙烯酸用原料泵 P102 分批加入 V102 中。 本設(shè)計(jì)采用過硫酸鉀作為引發(fā)劑。應(yīng)與還原劑、活性金屬粉末、堿類、醇類等分開存放，切忌混儲(chǔ)。遠(yuǎn)離火種、熱源。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。 主要用作漂白劑、還原劑、照相藥品、分析 試劑 、聚合促進(jìn)劑等。 聚合物合成工藝課程設(shè)計(jì) 7 過硫酸鉀 過硫酸鉀， 化學(xué)式： K2S2O8 ， 相對(duì)分子質(zhì)量： ， 無機(jī)化合物，白色結(jié)晶，無氣味，有潮解性。 該品是水、油型優(yōu)良乳化劑，具有很強(qiáng)的乳化作用和分散 。淡黃色粉末或塊狀固體，微有脂肪氣味，熔點(diǎn) 5658℃ 。 本設(shè)計(jì)采用正庚烷作為溶劑。遇 熱源 和明火有燃燒爆炸的危險(xiǎn)。常用作辛烷值測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)、溶劑，以及用于有機(jī)合成，實(shí)驗(yàn)試劑的制備。 庚烷 庚烷，分子式 CH(CH2)5CH3，相對(duì)分子量 。 氫氧化鈉 氫氧化鈉 (NaOH)，相對(duì)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(qiáng)腐蝕性 。儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。若遇高熱，可發(fā)生聚合反應(yīng)，放出大量熱量而引起容器破裂和爆炸事故。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。 聚合物合成工藝課程設(shè)計(jì) 6 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。由于聚合過程中，丙烯酸鈉單體易自交聯(lián)反應(yīng)，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(yīng)后聚合物顆粒對(duì)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?jiǎng)?，防?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。 根據(jù)上述分析、試驗(yàn)結(jié)果和企業(yè)資金情 況，本設(shè)計(jì)的聚丙烯酸鈉生產(chǎn)使用反聚合物合成工藝課程設(shè)計(jì) 5 相懸浮聚合法，單釜間歇聚合工藝，以 Span 60 為分散劑、復(fù)合引發(fā)劑和相應(yīng)的助劑加入反應(yīng)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。缺點(diǎn)是反應(yīng)過程 控制 較不穩(wěn)定；主設(shè)備材質(zhì)要求高，設(shè)備投資較大；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；只能進(jìn)行間歇生產(chǎn)，設(shè)備利用率低。 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。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。 水溶液聚合法 [68]是以水為溶劑，將經(jīng)堿部分中和后的丙烯酸，加 入 有關(guān)助劑、引發(fā)劑，然后在一定的溫度下進(jìn)行聚合、干燥粉碎而制得的方法。因此建設(shè)高質(zhì)量的使用性能好的聚丙烯酸鈉生產(chǎn)廠是非常必要的。 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(guó)內(nèi)企業(yè)使用的高分子量聚丙烯酸鈉，國(guó)外產(chǎn)品還占相當(dāng)大的比例。 2021 年商品味精產(chǎn)量為 萬噸，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。純堿年產(chǎn) 2021萬噸，每生產(chǎn) 1 噸純堿用聚丙烯酸鈉 ，需要用聚丙烯酸鈉 2800 噸。 由于 用 PAM 存在鹽水質(zhì)量上不去的缺點(diǎn)，隨著聚丙烯酸鈉應(yīng)用的推廣，越來越多的企業(yè)傾向于使用聚丙烯酸鈉。同時(shí) 2021 年我國(guó)燒堿產(chǎn)量也達(dá)到 2021 萬噸。 高分子量聚丙烯酸鈉的需求、生產(chǎn)和應(yīng)用前景 高分子量聚丙烯酸鈉主要用于氯堿、純堿行業(yè)的鹽水精制，鋁廠的紅泥沉降，味精廠的廢水蛋白質(zhì)回收等行業(yè)。除了用于水處理還，還廣泛大量應(yīng)用于造紙、紡織、印染行業(yè)做漿料分散劑，用于陶瓷工業(yè)做碳酸鈣分散劑，用于涂料行業(yè)做顏料分散劑等 [3]。 4) 分散劑 做分散劑使用的聚丙烯酸鈉可用于水處理，在堿性和中性濃縮倍數(shù)條件下運(yùn)行而不結(jié)垢。 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。 表 1 不同聚合度聚丙烯酸鈉的功能及應(yīng)用 聚合度 功能 用途 150 離子封閉 防水垢劑、洗滌作用增效劑 60500 分散、水還原作用 分散劑、石油鉆井添加劑、水還原劑 50010000 防沉淀、分散作用 分散劑、柑橘保鮮劑、增稠劑、保護(hù)膠、鑄造粘合劑、醫(yī)藥糖衣粘合劑 10000100000 沉積、絮凝、沉淀作用 加快墻體材料粘性劑、農(nóng)藥防漂散劑、電解鹽水精制、絮凝劑 100000500000 水膨脹性 水凝膠 2) 保護(hù)膠 聚丙烯酸鈉中含有的大量親水 基團(tuán) (COONa)，在水中產(chǎn)生電離，在乳液聚合中適量地加入聚丙烯酸鈉與聚合體系中的陰離子乳化劑產(chǎn)生較強(qiáng)的雙電子層，由于同性相斥的原理，使整個(gè)乳液聚合體系更穩(wěn)定，提高產(chǎn)品的機(jī)械穩(wěn)定性和貯存穩(wěn)定性。作為絮凝劑的聚丙烯酸鈉其相對(duì)分子質(zhì)量可達(dá)幾百萬，其商品形態(tài)為黃色粘稠液體，固含量或達(dá) 8%，相應(yīng)特性粘數(shù)η≥ 。 聚丙烯酸鈉的應(yīng)用 聚丙烯酸鈉應(yīng)用范圍與其產(chǎn)品的聚合度有關(guān)，不同聚合度的產(chǎn)品其功能與用途亦不同，見表 1。 (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)。 (2) 成膜性 聚丙烯酸鈉水溶液屬于高分子電解質(zhì)，吸濕性非常強(qiáng)，因此水溶液成膜相當(dāng)困難。 4) 儲(chǔ)存穩(wěn)定性 ： 聚丙烯酸鈉水溶液長(zhǎng)期貯存，粘度變化很小。 2) 冷凍穩(wěn)定性 ： 聚丙烯酸鈉水溶液即使經(jīng)過凍結(jié)，其粘度也不變。 (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。： 聚丙烯酸鈉的合成工藝設(shè)計(jì) 姓 名： 高 飛 學(xué) 號(hào)： 150409113 專 業(yè)： 材料科學(xué)與工程專業(yè) 班 級(jí)： 09 級(jí)材料 （ 1 ）班 指導(dǎo)教師 耿 飛 起止日期 — 聚合物合成工藝課程設(shè)計(jì) I 目錄 ................................................