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年產2000噸聚丙烯酸鈉的工藝設計畢業(yè)論文-展示頁

2025-07-07 13:37本頁面
  

【正文】 3) 機械穩(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。聚丙烯酸鈉用于分離鋁廠紅泥,就是基于丙烯酸鈉具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。商品形態(tài)的聚丙烯酸鈉,相對分子質量小到幾百,大到幾千萬,外觀為無色或淡黃色液體、粘稠液體、凝膠、樹脂或固體粉末,易溶于水;因中和程度不同,水溶液的pH一般在69;能電離,有或無腐蝕性;易溶于氫氧化鈉水溶液,但在氫氧化鈣、氫氧化鎂等水溶液中隨堿土金屬離子數量增加,先溶解后沉淀;無毒。其生產工藝簡單、成本低,便于實現工業(yè)化,產品分子量可達千萬以上,產品溶解性能比水溶液聚合產品好,而且克服了水溶液聚合中的高粘和傳熱困難的工藝難點,并且可以得到粉狀或者粒狀的聚合物,產物的后處理工藝、儲運和使用上也較容易。反相懸浮法聚合法是近年發(fā)展起來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。但由于攪拌和傳熱的原因,聚合水溶液中要求單體濃度很低,而且產物成塊狀,出料困難。 高分子量聚丙烯酸鈉研究現狀目前國內市場上的聚丙烯酸鈉主要是水溶液聚合法制備,采用丙烯酸經氫氧化鈉中和形成丙烯酸鈉溶液,然后用高濃度丙烯酸鈉溶液、低濃度氧化還原引發(fā)劑在低溫條件下進行水溶液聚合而成。水溶性聚丙烯酸鈉中又包括高分子量和低分子量兩大類。聚丙烯酸鈉的分子量從幾百至幾千萬以上,變化幅度很大,不同分子量的聚丙烯酸鈉可以用作各種各樣的目的和用途。聚丙烯酸鈉水溶液具有良好的離解性、較理想的潤濕性、保水性和成膜性(浸漬或涂布時),同時還具有耐溫性強、凍融穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性、以及經長期貯存后其粘度無明顯變化等特點。畢業(yè)設計年產2000噸聚丙烯酸鈉的工藝設計畢業(yè)論文目錄摘要 IABSTRACT II1 概述 1 高分子量聚丙烯酸鈉研究現狀 1 高分子量聚丙烯酸鈉的性質和應用 2 聚丙烯酸鈉的性質 2 聚丙烯酸鈉的應用 2 高分子量聚丙烯酸鈉的需求、生產和應用前景 3 項目的設計依據 4 建廠規(guī)模及產品規(guī)格 5 建廠規(guī)模 5 產品規(guī)格 52 聚丙烯酸鈉的生產工藝 6 聚丙烯酸鈉聚合的實施方法 6 反向懸浮聚合工藝條件及其影響因素 7 7 引發(fā)體系的選擇及其濃度對分子量的影響 8 單體濃度對分子量的影響 8 鏈轉移劑對分子量的影響 9 攪拌轉速的影響 9 后處理工序的選擇 10 分離方法的選擇 10 干燥方法的選擇 10 聚丙烯酸鈉的生產工藝流程 10 生產過程主要操作及控制 113 工藝衡算和設備選型 12 物料衡算與熱量衡算 12 物料衡算 12 15 主要設備工藝尺寸的計算及選型 18 18 各釜體夾套尺寸的確定 21 分離設備 22 干燥設備 23 其他設備的選擇 24 設備一覽表 2供應及消耗定額 25 25 原料消耗定額 254 車間設備布置設計 26 車間設備布置的原則 26 車間設備布置的原則 26 車間設備平面布置的原則 26 車間設立面布置的原則 26 車間設備布置 27 27 275 建設工程及公用、輔助工程說明 28 2排水系統(tǒng) 28 286 環(huán)境保護、勞動安全與工業(yè)衛(wèi)生 29 29 29 29 29 29 工業(yè)衛(wèi)生與消防 307 概算與技術經濟 31 項目投資估算 31 31 財務評估 32 各項經濟技術指標計算 32 盈虧平衡分析 32總結 33參考文獻 34致謝 36ii畢業(yè)設計1 概述隨著我國丙烯酸工業(yè)的迅速發(fā)展,對丙烯酸下游產品的研究不斷深入,應用范圍不斷擴大。聚丙烯酸鈉鹽是丙烯酸鹽類中最重要、應用最廣、最有代表性的產物,由于聚丙酸鈉鹽中含有大量親水基團,它易溶于水,形成的水溶液是一種高分子電解質。不同聚合度的產物親水性、硬度、強度、附著力等性能差別很大,這些差異以及它們本身具有的許多優(yōu)異的物理和化學性能使這類聚合物獲得廣泛應用[1]。超低分子量(700以下)的用途還未完全開發(fā)出來;低分子量(10005000)時,主要起分散作用;中等分子量(104106)顯示有增稠性;高分子量(106107)的聚丙烯酸鈉主要做增稠劑和絮凝劑;超高分子量(107)的聚丙烯酸鈉不再溶于水,在水中溶脹,生成水凝膠,主要用作吸水劑[2]。本論文主要涉及水溶性高分子量聚丙烯酸鈉生產線的工藝設計。其原理為: 一般而言,水溶液聚合時,聚合組分較少,工藝實施較容易。需要經過切割、粉碎、篩分、烘干等后續(xù)工藝。它是將丙烯酸鈉水溶液分散在油溶性連續(xù)相中,在攪拌和分散劑的作用下,分散成微小的液滴,在水溶性引發(fā)劑的作用下聚合反應。 高分子量聚丙烯酸鈉的性質和應用 聚丙烯酸鈉的性質 聚丙烯酸鈉[3],英文名Sodium polyacrylate,縮寫PAAS或簡稱PAANa,結構式為-[CH2-CH(COONa)]n-,是—種水溶性高分子化合物。 (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。 2) 冷凍穩(wěn)定性:聚丙烯酸鈉水溶液即使經過凍結,其粘度也不變。 4) 儲存穩(wěn)定性:聚丙烯酸鈉水溶液長期貯存,粘度變化很小。(2) 成膜性聚丙烯酸鈉水溶液屬于高分子電解質,吸濕性非常強,因此水溶液成膜相當困難。(3) 吸濕性、保水性聚丙烯酸鈉的分子鏈中含有大量的強親水基團(-COONa),因此其吸濕性極強。 聚丙烯酸鈉的應用聚丙烯酸鈉應用范圍與其產品的聚合度有關,不同聚合度的產品其功能與用途亦不同,見表11。作為絮凝劑的聚丙烯酸鈉其相對分子質量可達幾百萬,其商品形態(tài)為黃色粘稠液體,固含量或達8%,相應特性粘數η≥。表11 不同聚合度聚丙烯酸鈉的功能及應用聚合度功能用途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) 保護膠聚丙烯酸鈉中含有的大量親水基團(COONa),在水中產生電離,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生較強的雙電子層,由于同性相斥的原理,使整個乳液聚合體系更穩(wěn)定,提高產品的機械穩(wěn)定性和貯存穩(wěn)定性。 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發(fā)露、發(fā)臭現象,一般使用量為涂料量的13%為宜。 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條件下運行而不結垢。除了用于水處理還,還廣泛大量應用于造紙、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[6]。 高分子量聚丙烯酸鈉的需求、生產和應用前景 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回收等行業(yè)。純堿被大量使用于玻璃、洗滌劑、金屬冶煉等行業(yè),2010年,我國純堿生產企業(yè)數量約為全球純堿生產廠家總和的一半,產能和產量均已達到世界純堿總能力和總產量的1/3,超過2000萬噸,在世界純堿工業(yè)中占有重要的地位。目前,在這兩堿行業(yè)的生產中,鹽水精制過程大多一直使用聚丙烯酰胺和苛化淀粉,小部分使用聚丙烯酸鈉,主要是由于表面看聚丙烯酸鈉價格貴,而忽視聚丙烯酸鈉用量少,效果好的特點。按燒堿年產2000萬噸,精制鹽水全部使用聚丙烯酸鈉,每年需要消耗聚丙烯酸鈉將達到4000噸。另外在味精生產過程產生的谷氨酸母液含有大量的蛋白質,目前大多數廠家沒有進行回收利用,如果采用聚丙烯酸鈉作絮凝處理,既可回收又有用蛋白質,又可大大降低母液中的SS和COD含量,減少后續(xù)處理的有機負荷[7]。在鋁廠的赤泥沉降的處理中目前大多使用麥麩或分子量低于1000萬的膠體聚丙烯酸鈉,高分子量的聚丙烯酸鈉由于使用條件還沒有徹底探討,存在對赤泥種類的適應性問題,還不能廣泛使用,隨著對其使用研究的深入,聚丙烯酸鈉在赤泥分離中的應用將會迅速增加[8]。國內近年已有生產,但是生產廠家不多,生產能力較小,其中還包括膠體產品,因此可見在國內高分子量聚丙烯酸鈉的生產缺口還很大,有必要增加其生產,以滿足國內的需求。 項目的設計依據 《設計任務書》安徽理工大學大學《畢業(yè)設計(論文)工作手冊》安徽理工大學《化工設計》 化學工業(yè)出版社 《化工工藝設計手冊》化學工業(yè)出版社 《聚合物合成工藝設計》化學工業(yè)出版社《化工設備基礎》天津大學出版社 建廠規(guī)模及產品規(guī)格 建廠規(guī)模項目擬建立年產2000噸高分子量聚丙烯酸鈉生產線。表12 聚丙烯酸鈉產品質量指標項目質量指標外觀白色粒狀或粉末純度(%)≥95干燥失量(%)≤5分子量(萬)6001500殘余單體量(%)≤透明度(1%水溶液)水溶液透明游離堿無372 聚丙烯酸鈉的生產工藝工藝流程的選擇原則是:有一定的科學先進性和一定的科學水平,能體現社會經濟效益以及可操作性強。工藝流程的選擇和論證是在實驗室和生產性試驗的基礎上進行的。水溶液聚合法[9~11]是以水為溶劑,將經堿部分中和后的丙烯酸,加入有關助劑、引發(fā)劑,然后在一定的溫度下進行聚合、干燥粉碎而制得的方法。水溶液聚合法生產的聚丙烯酸鈉產品因呈不規(guī)則粉末狀,是高分子量聚丙烯酸鈉生產的主要方法。反相懸浮聚合法[12~13]是以溶劑(油相)為分散介質,經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)劑和交聯劑溶解在水相液滴中在加熱的情況下進行的聚合方法。缺點是反應過程控制較不穩(wěn)定;主設備材質要求高,設備投資較大;采用易燃的有機溶劑,需要溶劑回收裝置,存在消防隱患和產生污染;只能進行間歇生產,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部分中和,單體溶液分散并懸浮于連續(xù)有機相中(如環(huán)己烷等),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
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