【正文】 nverse suspension polymerization principle sodium polyacrylate. The design of the mission is to produce 6000 tons of high absorbent resin suspension polymerization process design intermittent operation. Mainly acrylic acid and sodium hydroxide outlined polymerizable monomer as a main ponent, in a hydrophobic solvent of nheptane by reversedphase suspension polymerization, sodium polyacrylate superabsorbent prepared. It also describes the nature of the sodium polyacrylate, characteristics, uses and examples as well as suspension polymerization mechanisms, systems and production processes, intermittent operation characteristics and main raw material. Design of the main results are as follows： 1) Daily theoretical value is 18181kg. Actual production 18552kg. Actual annual output of 61220t. 2) With a base diameter of 2500mm autoclave, the diameter of 1600mm and a kettle, a diameter of 2500mm polymerization vessel. Volume of the dispersion medium to mix the pot 12, a volume of 24. Made of stainless steel. 3) Main equipment: pushstirrer, standard elliptical head。聚丙烯酸鈉鹽是丙烯酸鹽類中最重要、應(yīng)用最廣、最有代表性的產(chǎn)物，由于聚丙酸鈉鹽中含有大量親水基團(tuán)，它易溶于水，形成的水溶液是一種高分子電解質(zhì)。不同聚合度的產(chǎn)物親水性、硬度、強(qiáng)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(xué)性能使這類聚合物獲得廣泛應(yīng)用 [1]。超低分子量 (700 以下 )的用途還未完全開發(fā)出來(lái)；低分子量 (10005000)時(shí)，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(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)。其原理為 ： OHC H C O O N aCHN a O HHC H C O OCH 222 ????? ? ? aC OONCHCHaC H C OONCHn n22 ??? 一般而言，水溶液聚合時(shí)，聚合組分較少，工藝實(shí)施較容易。需要經(jīng)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(yīng)。 高分子量聚丙烯酸鈉的性質(zhì)和應(yīng)用 聚丙烯酸鈉的性質(zhì) 聚丙烯酸鈉 [3]，英文名 Sodium polyacrylate，縮寫 PAAS 或簡(jiǎn)稱 PAANa，結(jié)構(gòu)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(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。 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。 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) 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。 (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)。 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 11。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(wàn)，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≥ 。 表 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。 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。 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。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 [6]。 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，河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 概述 4 味精廠的廢水蛋白質(zhì)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)， 2020 年，我國(guó)純堿生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量約為全球純堿生產(chǎn)廠家總和的一半，產(chǎn)能和產(chǎn)量均已達(dá)到世界純堿總能力和總產(chǎn) 量的 1/3，超過 6000 萬(wàn)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(chǎn)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(jià)格貴，而忽視聚丙烯酸鈉用量少，效果好的特點(diǎn) 。按燒堿年產(chǎn) 8 000 萬(wàn)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 4 000 噸。 另外在味精生產(chǎn)過程產(chǎn)生的谷氨酸母液含有大量的蛋白質(zhì)，目前大多數(shù)廠家沒有進(jìn)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(zhì)，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(jī)負(fù)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 1 000 萬(wàn)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(duì)赤泥種類的適應(yīng)性問題，還不能廣泛使用，隨著對(duì)其使用研究的深入，聚丙烯酸鈉在赤泥分離中的應(yīng)用將會(huì)迅速增加 [8]。國(guó)內(nèi)近年已有生產(chǎn)，但是生產(chǎn)廠家不多，生產(chǎn)能力 較小 ，其中還包括膠體產(chǎn)品，因此可見在國(guó)內(nèi)高分子量聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)缺口還很大，有必要增加其生產(chǎn)，以滿足國(guó)內(nèi)的需求。 項(xiàng)目的設(shè)計(jì)依據(jù) 《設(shè)計(jì)任務(wù)書》安徽理工大學(xué)大學(xué) 《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作手冊(cè)》安徽理工大學(xué) 《化工設(shè)計(jì)》 化學(xué)工業(yè)出版社 《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》化學(xué)工業(yè)出版社 《聚合物合成工藝設(shè)計(jì)》化學(xué)工業(yè)出版社 《化工設(shè)備基礎(chǔ)》天津大學(xué)出版社 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 概述 5 建廠規(guī)模及產(chǎn)品規(guī)格 建廠規(guī)模 項(xiàng)目擬建立年產(chǎn) 6000 噸高分子量聚丙烯酸鈉生產(chǎn)線。 表 聚丙烯酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo) 項(xiàng)目 質(zhì)量指標(biāo) 外觀 白色粒狀或粉末 純度（ %） ≥95 干燥失量（ %） ≤5 分子量（萬(wàn)） 6001500 殘余單體量（ %） ≤ 透明度（ 1%水溶液） 水溶液透明 游離堿 無(wú) 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)工藝 6 2 聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)工藝 工藝流程的選擇原則是 ： 有一定的科學(xué)先進(jìn)性和一定的科學(xué)水平，能體現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益以及可操作性強(qiáng)。工藝流程的選擇和論證是在實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。 水溶液聚合法 [9～ 11]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。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。 反相懸浮聚合法 [12～ 13]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。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。 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（如環(huán)己烷等），以無(wú)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。脫水至粒子固含量為 70%即可停止反應(yīng)。 表 水溶液聚合與反相懸浮聚合的比較 比較項(xiàng) 水溶液聚合法 反相懸浮聚合法 引發(fā)體系 過氧 還原引發(fā)體系 過氧 還原引發(fā)體系 聚合場(chǎng)所 水相 分散的 水相 聚合溫度 50～ 100℃ 50～ 100℃ 產(chǎn)品形態(tài) 水溶液 固體粒狀或粉末 散熱 相對(duì)困難 非常容易 產(chǎn)品分子量 較低（難達(dá) 1000 萬(wàn)） 較高（ 1000 萬(wàn)以上） 體系粘度 低固含量是較高 很低（近似于油相粘度） 產(chǎn)品后處理 烘干 不需烘干 反向懸浮聚合工藝條件及其影響因素 [14] 目前，有關(guān)反相懸浮法生產(chǎn)水溶性聚合物的研究報(bào)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(wú)機(jī)鹽類、鏈轉(zhuǎn)移劑、攪拌、緩聚劑等。 W/O 型反相體系一般選擇 HLB 為 3～ 8 的 span 類 (如 span60 等 )作為分散劑。 助分散劑的加入同時(shí)也能起到適當(dāng)降低產(chǎn)物分子量的作用。 選用 Span60，油水界面張力較小，并且濃度 %時(shí)聚合過程中體系穩(wěn)定， 聚合物粘壁較少，產(chǎn)物粒子均勻。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)工藝 8 表 助分散劑對(duì)分子量的影響 編號(hào) AA（ mL） 引發(fā)劑（ w%） 助分散劑（ v%） 分子量（萬(wàn)） 顆粒形態(tài) 1 595 粒狀 2 288 粉狀 3 866 粒狀 4 520 粉狀 引發(fā)體系的選擇及其濃度對(duì)分子量的影響 引發(fā)體系的選擇及其濃度是影響分子量的一個(gè)重要因素，表 23 為引發(fā)劑對(duì)分子量的影響。根據(jù)自由基生成的機(jī)理，可將引發(fā)劑分為兩大類 ： 一類是熱分解型引發(fā)劑，另一類是氧化 — 還原引發(fā)劑。 在水溶液聚合中，過硫酸鹽 脂肪胺是類活性可調(diào)、易控制的 氧化 — 還原引發(fā)體系。當(dāng)還原劑用量一定時(shí)，增加氧化劑用量，聚合反應(yīng)總速率增大；當(dāng)恒定氧化劑用量，增加還原劑用量時(shí)，聚合反應(yīng)速率基本不變，而速率分布改變。 ? ? ? ?? ? 2121 //td p IMkfk2 k ??? 由丙烯酸及其鈉鹽組成的單體進(jìn)行反相懸浮聚合，在反應(yīng) 過程中，可以改變水的加入量或通過改變 AA 的加入量改變聚合單體濃度。表 2 25 分別 為水量 和單體量 對(duì)分子量的影響，增加水的量 或減少單體量， 即降低丙烯酸單體的濃度，聚合物分子量降低。 攪拌 轉(zhuǎn)速的影響 反相懸浮聚合必須在攪拌下進(jìn)行，通過攪拌能使單體溶液分散成液滴，防止塊狀聚合。對(duì)于聚丙烯酸鹽