丙烯酸鈉的合成工藝流程設(shè)計(jì)論文

1、 . . 38/42 . . 常熟理工學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)聚合物合成工藝課程設(shè)計(jì) 題目：聚丙烯酸-丙烯酸鈉的合成工藝流程設(shè)計(jì)姓 名：田江學(xué) 號(hào)：Z15114128專 業(yè)： 材料科學(xué)與工程專業(yè)班 級(jí)：高分子材料141班指導(dǎo)教師 耿 飛起止日期 2016.12.082016.12.28目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc391227977第1章前言1HYPERLINK l _Toc3912279781.1 聚丙烯酸簡(jiǎn)介1HYPERLINK l _Toc3912279781.2聚丙烯酸鈉簡(jiǎn)介1HYPERLINK l _Toc3912279791.3聚丙烯酸-丙烯酸

2、鈉的應(yīng)用2HYPERLINK l _Toc3912279791.4高分子量聚丙烯酸鈉的需求、生產(chǎn)和應(yīng)用前景4HYPERLINK l _Toc391227980第2章聚丙烯酸-丙烯酸鈉合成原理6HYPERLINK l _Toc3912279812.1 合成原理6HYPERLINK l _Toc3912279822.2 合成反應(yīng)方程式6HYPERLINK l _Toc3912279832.3合成原料以與各原料的性質(zhì)6HYPERLINK l _Toc3912279842.4分散劑的選擇7HYPERLINK l _Toc3912279852.5 反相懸浮聚合與相關(guān)高分子化學(xué)與物理的原理8HYPERLI

3、NK l _Toc3912279842.6選用反向乳液聚合的原因9HYPERLINK l _Toc391227986第3章聚合物合成工藝設(shè)計(jì)10HYPERLINK l _Toc3912279873.1聚合物生產(chǎn)工藝流程圖10HYPERLINK l _Toc3912279843.2聚合物合成工藝流程圖11HYPERLINK l _Toc3912279893.3工藝流程分析12HYPERLINK l _Toc391227990第章聚合物合成工藝的物料衡算與效益估算14HYPERLINK l _Toc3912279914.1主要原料丙烯酸（）的投料量14HYPERLINK l _Toc3912279

4、924.2 V102(中和罐)物料衡算14HYPERLINK l _Toc3912279934.3（NaOH溶液調(diào)配罐）物料衡算15HYPERLINK l _Toc3912279944.4 V103（分散介質(zhì)調(diào)配罐）物料衡算16HYPERLINK l _Toc3912279954.5 R101（聚合反應(yīng)器）物料衡算17HYPERLINK l _Toc3912279964.6 V104（引發(fā)劑調(diào)配罐）物料衡算17HYPERLINK l _Toc3912279974.7整理并校核計(jì)算結(jié)果18HYPERLINK l _Toc391227998第章聚合反應(yīng)反應(yīng)設(shè)備的設(shè)計(jì)20HYPERLINK l _T

5、oc3912279995.1反應(yīng)器形式的選擇20HYPERLINK l _Toc3912279995.2釜式反應(yīng)器的選擇原因21HYPERLINK l _Toc3912280005.3反應(yīng)器體積的計(jì)算21HYPERLINK l _Toc3912280015.4外形尺寸的設(shè)計(jì)23HYPERLINK l _Toc3912280015.5攪拌器的設(shè)計(jì)24HYPERLINK l _Toc3912280015.6分離設(shè)備 PAGEREF _Toc391228001 h 24HYPERLINK l _Toc3912280015.7干燥設(shè)備25第6章HYPERLINK l _Toc391227998建設(shè)工程

6、與公用、輔助工程說(shuō)明27HYPERLINK l _Toc3912279996.1建設(shè)工程說(shuō)明27HYPERLINK l _Toc3912280006.2生產(chǎn)車間布置27HYPERLINK l _Toc3912279996.3給水、排水系統(tǒng)27HYPERLINK l _Toc3912280006.4電力供應(yīng)與生產(chǎn)控制28HYPERLINK l _Toc3912280006.5車間布置圖28第7章 概算與技術(shù)經(jīng)濟(jì)29HYPERLINK l _Toc3912279997.1成本預(yù)算29HYPERLINK l _Toc3912279997.1.1原料成本29HYPERLINK l _Toc391227

7、9997.1.2其他成本29HYPERLINK l _Toc3912280007.2利潤(rùn)預(yù)算30HYPERLINK l _Toc3912279997.3應(yīng)用前景30HYPERLINK l _Toc3912279997.4市場(chǎng)前景31HYPERLINK l _Toc3912279997.5產(chǎn)品的銷售市場(chǎng)31第8章 HYPERLINK l _Toc391227999環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)安全與工業(yè)衛(wèi)生33HYPERLINK l _Toc3912279998.1丙烯酸的安全使用和儲(chǔ)存33HYPERLINK l _Toc3912279998.2環(huán)保治理措施35HYPERLINK l _Toc391228002

8、第8章設(shè)計(jì)總結(jié)37HYPERLINK l _Toc391228003設(shè)計(jì)總結(jié)：37HYPERLINK l _Toc391228004參考文獻(xiàn)38第1章前言1.1 聚丙烯酸簡(jiǎn)介聚丙烯酸，英文名是 Polyacrylic acid，縮寫為PAA，結(jié)構(gòu)式為CH2CH(COOH)n；無(wú)色或淡黃色液體。能與金屬離子、鈣、鎂等形成穩(wěn)定的化合物，對(duì)水中碳酸鈣和氫氧化鈣有優(yōu)良的分解作用。用于水處理的本品分子量一般在2000-5000，可與水互溶、溶于乙醇、異丙醇等。呈弱酸性，Pka為4.75。在300以上易分解。PAA(S)常與其他水處理劑組成配方使用，用作電廠、化工廠、化肥廠、煉油廠和空調(diào)系統(tǒng)等循環(huán)冷卻水系

9、統(tǒng)中的阻垢分散劑。具體配方與用量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)與設(shè)備材質(zhì)情況由試驗(yàn)而定。單獨(dú)使用，一般使用濃度為115mg/L。本品除具有阻垢性能外，還能對(duì)泥土、腐蝕產(chǎn)物等無(wú)定性物具有分散作用，是一種分散劑。單獨(dú)用量在2-15mg/L。常與緩蝕劑復(fù)配復(fù)合水穩(wěn)劑使用，具有增效作用；還具有吸水作用。1.2 聚丙烯酸鈉簡(jiǎn)介 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1191335.htm t _blank 聚丙烯酸鈉，英文名Sodium polyacrylate，縮寫PAAS或簡(jiǎn)稱PAA-Na，結(jié)構(gòu)式為CH2CH(COONa)n。是種水溶性 HYPERLINK :/baike.baidu /view

10、/11204.htm t _blank 高分子化合物。商品形態(tài)的聚丙烯酸鈉， HYPERLINK :/baike.baidu /view/295202.htm t _blank 相對(duì)分子質(zhì)量小到幾百，大到幾千萬(wàn)，外觀為無(wú)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6-9。能電離，有或無(wú)腐蝕性。易溶于 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1731.htm t _blank 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(shù)量增加，先溶解后沉淀。無(wú)毒。 分子式：C3H3O2Nan 分子量：一般103-107數(shù)量級(jí)

11、 圖1.2水溶性直鏈 HYPERLINK :/baike.baidu /view/591875.htm t _blank 高分子聚合物。小相對(duì)分子質(zhì)量的為液體，大的可為固體。固體的商品為白色粉末或顆粒，無(wú)臭無(wú)味，遇水膨脹，易溶于苛性鈉水溶液。吸濕性極強(qiáng)。具有親水和疏水基團(tuán)的高分子化合物。緩慢溶于水形成極粘稠的透明液體，粘性并非吸水膨潤(rùn)（如CMC， HYPERLINK :/baike.baidu /view/586530.htm t _blank 海藻酸鈉）產(chǎn)生，而是由于分子許多陰離子基團(tuán)的離子現(xiàn)象使分子鏈增長(zhǎng)，表現(xiàn)粘度增大而形成高粘性溶液。其粘度約為CMC、海藻酸鈉的15-20倍。加熱處理、中

12、性鹽類、有機(jī)酸類對(duì)其粘性影響很小，堿性時(shí)則粘性增大。不溶于 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3010.htm t _blank 乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑。強(qiáng)熱至300度不分解。久存粘度變化極小，不易腐敗。易受酸與金屬離子的影響，粘度降低。遇足量二價(jià)以上金屬離子（如鋁、鉛、鐵、鈣、鎂、鋅）形成其不溶性鹽，引起分子交聯(lián)而凝膠化沉淀。但是二價(jià)金屬離子量少時(shí)仍為溶液，因此可作為洗滌助劑，起到防止污垢再沉積的作用。pH=4.0以下時(shí)可能產(chǎn)生沉淀。隨著相對(duì)分子質(zhì)量增大，聚丙烯酸鈉自無(wú)色稀溶液至透明彈性膠體乃至固體。性質(zhì)、用途也隨相對(duì)分子質(zhì)量不同而有明顯區(qū)別。相對(duì)分子質(zhì)量在1000-

13、10000的，可作為分散劑，應(yīng)用于水處理（分散劑或阻垢劑）、造紙、紡織印染、瓷等工業(yè)領(lǐng)域。用作造紙涂布分散劑時(shí)，相對(duì)分子質(zhì)量在2000-4000，涂料濃度在6570時(shí)，仍可有良好流變性和熟化穩(wěn)定性。分子量在1000-3000之間的，用作 HYPERLINK :/baike.baidu /view/922613.htm t _blank 水質(zhì)穩(wěn)定劑和黑液濃縮時(shí)結(jié)垢控制劑。分子量在10以上的，用作涂料 HYPERLINK :/baike.baidu /view/140321.htm t _blank 增稠劑和保水劑，可使羧基化丁苯膠乳、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/

14、4069717.htm t _blank 丙烯酸酯乳液等合成膠乳黏度增長(zhǎng)，避免水分析出，保持涂料體系穩(wěn)定。分子量在10以上的，用作 HYPERLINK :/baike.baidu /view/152373.htm t _blank 絮凝劑。還可用作 HYPERLINK :/baike.baidu /view/637479.htm t _blank 高吸水性樹脂，土壤改良劑，以與在食品工業(yè)中作增黏劑、乳化分散劑等。1.3 聚丙烯酸鈉的應(yīng)用圖1.3 不同聚合度聚丙烯酸鈉的功能與應(yīng)用1.3.1低相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉應(yīng)用低相對(duì)分子質(zhì)量的聚丙烯酸鈉具有廣泛的用途，特別是相對(duì)分子質(zhì)量小于2104的聚丙烯

15、酸鈉應(yīng)用更為迅速，在日用化工領(lǐng)域主要用作水溶性表面活性劑、洗滌助劑等。因?yàn)榫郾┧徕c具有螯合多價(jià)離子、分散污垢團(tuán)粒和鈣皂的作用，在污垢顆粒上有很強(qiáng)的吸附力，能提高陰離子表面活性劑的去污力。而且它具有良好的熱穩(wěn)定性和較強(qiáng)的抗冷水、硬水的能力，生物降解度高;在特種洗滌劑、清洗粉中可部分替代三聚磷酸鈉以減少對(duì)環(huán)境的污染。低相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉有良好的水溶性和較大的極性，能夠結(jié)合水中的鈣、鎂等多價(jià)離子形成可溶的鏈狀陰離子體，因此它在工業(yè)熱交換設(shè)備中應(yīng)用較廣，主要用作鍋爐防垢和阻垢用劑量在5005000的低相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉主要起分散劑作用。在石油工業(yè)的油田化學(xué)領(lǐng)域用作降黏劑和鉆井泥漿穩(wěn)定劑等2;

16、在涂料、造紙、瓷與紡織工業(yè)用作顏料分散劑1;此外在金屬材料中用作新型的淬火劑;在橡膠工業(yè)用作增稠劑;在氯化銨等無(wú)機(jī)鹽中作防結(jié)塊劑;在采礦中作礦物浮選劑。它在食品工業(yè)、皮革工業(yè)、印刷業(yè)、塑料工業(yè)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)與金屬離子廢液的金屬回收等方面也見到應(yīng)用。1.3.2中、 高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉的應(yīng)用中、高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉易溶于水，且其COO-吸附和結(jié)構(gòu)上空間效應(yīng)的影響，使溶液中的少量正電荷離子以沉淀的形式沉聚出來(lái)。故中、高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉作為絮凝劑可用于電解食鹽水精制、氧化鋁生產(chǎn)中成赤泥的分離與工業(yè)污水的處理等方面。中、高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉在生物方面對(duì)動(dòng)植物蛋白的絮凝有特效作用，可以用

17、于回收食品工業(yè)廢水中的大量蛋白質(zhì)。高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉能產(chǎn)生寬廣圍的黏度和流動(dòng)性，低添加量可產(chǎn)生高黏度，且產(chǎn)品黏度受環(huán)境溫度的影響較小。還能使不溶性組分永久懸浮于體系中，有助于提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)成品的儲(chǔ)存期。因此它在日用化學(xué)工業(yè)中常用作化妝品(如面膜、護(hù)膚霜等)增稠劑，對(duì)化妝品乳液的穩(wěn)定性起著相當(dāng)重要的作用，配方師不必受各原料之間的兼容性限制，使療效性化妝品更趨于功能化、多元化;利用其成膜性制成頭發(fā)定型劑、喱水等。還可用作食品保鮮劑。由于中、高聚丙烯酸鈉無(wú)毒又溶于水，食用前稍加洗滌即可除去。且聚丙烯酸鈉在食品表層能形成一層高分子膜，可使食品隔絕空氣，聚丙烯酸鈉對(duì)金屬離子的螯合作用也有助

18、于防止食品的腐敗。在石油工業(yè)的油田化學(xué)領(lǐng)域，可用作鉆井液的增黏劑、降濾失劑與黏土穩(wěn)定劑等;在冶金方面，用作鑄造過程的砂型黏合劑，使砂型耐用鑄件質(zhì)量好;在紡織方面，可用于合成纖維改性，使化纖印染牢固、耐曬且光澤鮮艷;將其加入到瓷坯體用作瓷料漿減水劑，且對(duì)坯體干燥強(qiáng)度有一定的增強(qiáng)作用。此外還可用于墻體材料黏結(jié)劑、農(nóng)藥防漂散劑;酸化液與制藥等方面的增稠劑等等。1.3.3聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂的應(yīng)用由于聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂具吸水量大、保水性強(qiáng)和安全無(wú)毒等特點(diǎn)，使其在很多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其產(chǎn)品形態(tài)很多，不同的形態(tài)分別滿足不同的用途。在日化工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛，如化妝品方面，在制造護(hù)膚霜、香水和花露水等化妝

19、品的過程中可加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%1.0%的高吸水性樹脂，既可防止香料和酒精的揮發(fā)又可保持香味持久，還起保水增稠、滋潤(rùn)皮膚的作用。由于聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂具有親水性基團(tuán)，使其在水、酒精中的溶解性好，因此用它作頭發(fā)定型劑，在干燥時(shí)有耐潮性，但洗發(fā)時(shí)又具有親水性易去除。在染發(fā)劑中加入聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂，可提高染發(fā)效果;此外還可作為增稠劑、殺菌劑來(lái)配制營(yíng)養(yǎng)型藥物型化妝品。在留香材料方面，利用高吸水性樹脂對(duì)香料有較好的吸附作用和緩慢釋放作用，制成的空氣新鮮膠、飄香紙和芳香凝膠片的香味持久。在衛(wèi)生用品方面，如夾到多層片當(dāng)中的粉狀樹脂可制成兒童紙尿片和婦女衛(wèi)生巾，具有質(zhì)量輕、吸液量大和保水性好等優(yōu)點(diǎn);還

20、可制成成人用尿袋、紙巾、毛巾和鞋墊等。此外聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂還可用作食品保鮮包裝材料和食品的增稠、保形添加劑(高吸水性樹脂添加量一般小于0.2%)。在農(nóng)林與園藝方面，可用于農(nóng)作物育種。將樹脂凝膠涂敷在種子表面，利用其吸水保水作用，提高種子發(fā)芽率和發(fā)芽速率?？勺鳛榛示忈寗绨压痰?xì)菌或植物生長(zhǎng)微量營(yíng)養(yǎng)元素與樹脂混合使用可提高作物產(chǎn)量。高吸水性樹脂還可用做土壤保濕劑，改良沙土地和土壤造田，這對(duì)人多地少的我國(guó)具有深遠(yuǎn)意義。在人工造林中，用聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂處理種樹，可提高飛機(jī)播種出苗率;在苗圃移植之前用高吸水性樹脂處理幼苗根部，可防止根部水分的遺失，提高幼苗成活率，我國(guó)在這方面的應(yīng)用尚處

21、于實(shí)驗(yàn)階段。由于聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂吸水后形成的凝膠比較柔軟，具有人體適應(yīng)性，如對(duì)人體皮膚無(wú)刺激、無(wú)副反應(yīng)、不發(fā)生炎癥且不引起血液凝固等，這些都為其在醫(yī)藥方面的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。近年來(lái)聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂已初步應(yīng)用于醫(yī)藥的各個(gè)方面，如用于保持部分被測(cè)液的醫(yī)用檢驗(yàn)試片;制成含水量大、使用舒適的外用軟膏;能吸收手術(shù)與外傷出血和分泌液、并可防止化膿的醫(yī)用繃帶和棉球;能使水分和藥物通過而微生物不能通過的抗感染性人造皮膚、人造骨骼、人工肌肉和長(zhǎng)效凝膠避孕藥等;此外聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂在隱形眼鏡和緩釋藥物基材等制造過程中得到應(yīng)用。土木建筑方面，利用高吸水性樹脂的水膨潤(rùn)性能，可制備水溶性密封膠、密封件、

22、管路施工潤(rùn)滑劑、防節(jié)露壁紙和頂板襯墊止水板等，達(dá)到以水制水的目的;還可用于制備高強(qiáng)度混凝土、嵌條玻璃表面防霧劑等。此外聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂還可用于人工雪、電子材料、涂料與消防等各個(gè)領(lǐng)域。1.4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)。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(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2000萬(wàn)噸，在世界純堿工業(yè)中占有重要的地位。同時(shí)2010年我國(guó)燒堿產(chǎn)量也達(dá)到2000萬(wàn)噸。 目前，在這

23、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)。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(lái)越多的企業(yè)傾向于使用聚丙烯酸鈉。按燒堿年產(chǎn)2000萬(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0.2kg計(jì)，每年需要消耗聚丙烯酸鈉將達(dá)到4000噸。純堿年產(chǎn)2000萬(wàn)噸，每生產(chǎn)1噸純堿用聚丙烯酸鈉0.14kg，需要用聚丙烯酸鈉2800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

24、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。2010年商品味精產(chǎn)量為256.44萬(wàn)噸，按生產(chǎn)每噸味精消耗聚丙烯酸鈉1.5kg計(jì)，每年需用的聚丙烯酸鈉約4000噸。 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(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5。 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)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。國(guó)近年已有生產(chǎn)，但是生

25、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)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)的需求。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。第2章聚丙烯酸-丙烯酸鈉合成原理2.1合成原理未經(jīng)交聯(lián)的聚丙烯酸鈉是一種水溶性的聚電解質(zhì)類聚合物，通過交聯(lián)可賦予聚丙烯酸鈉高吸水性。聚丙烯酸鈉的羧酸鈉側(cè)基遇水后，電離成羧酸根與Na+ ，Na+ 在水中可移動(dòng)離子，主鏈網(wǎng)絡(luò)骨架則均為帶負(fù)電的陰離子，不能移動(dòng)，其間的排斥作用產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)的動(dòng)力。Na+具有一定的活動(dòng)性，但由于受網(wǎng)絡(luò)骨架相反電荷的吸引、束縛，使得Na+存在于網(wǎng)絡(luò)中，這樣網(wǎng)絡(luò)部Na+濃度大于外部水中Na+濃

26、度，離子網(wǎng)絡(luò)外產(chǎn)生滲透壓力，加上聚電解質(zhì)本身的-COONa 基團(tuán)親水能力很強(qiáng)，水能在很短時(shí)間大量進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。由于水的進(jìn)一步滲透，部分Na+ 脫離高分子鏈向溶劑區(qū)擴(kuò)散，導(dǎo)致滲透壓下降，又導(dǎo)致高分子上帶凈電荷，由于靜電排斥，引起高分子鏈擴(kuò)展，高分子鏈擴(kuò)展又導(dǎo)致高分子網(wǎng)絡(luò)的彈性收縮，這幾種作用達(dá)到平衡時(shí)，就決定了其吸水性能。高吸水性樹脂三維空間網(wǎng)絡(luò)孔徑愈大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)愈大，吸水倍率就愈高。反之，孔徑愈小，吸水倍率愈低。聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂能吸收大量水，并且保水性能優(yōu)秀。如果環(huán)境干燥，會(huì)放水，環(huán)境潮濕會(huì)吸水。添加少量的高吸水性聚丙烯酸鈉的土壤，能提高某些豆類的發(fā)芽率和豆苗的抗旱能力，并且使土壤的透氣性增

27、加。高吸水性聚丙烯酸鈉可作增稠劑用，少量的加入使粘度增加很大，用于化妝品乳液等的增稠劑。2.2 合成反應(yīng)方程式2.3合成原料以與各原料的性質(zhì)丙烯酸：化學(xué)純 氫氧化鈉 ：化學(xué)純 過硫酸鉀 ：分析純 庚烷 ：分析純Span一60：化學(xué)純 ，成分為單硬脂酸脫水山梨醇酯 表2.3 各原料的性質(zhì)原料分子式相對(duì)分子質(zhì)量性質(zhì)貯存條件丙烯酸C3H4O272.06無(wú)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。在13-30溫度圍貯存。如發(fā)生凍結(jié)，要慢慢化凍，切忌急劇加熱，熔化溫度不得超過40。氫氧化鈉NaOH40常溫下是一種白色晶體，其液體是一種無(wú)色，有澀味和滑膩感的液體。密封保存，用橡膠塞或木

28、塞，不能使用玻璃塞。庚烷CH(CH2)5CH3100.21一種無(wú)色易揮發(fā)液，有麻醉作用和刺激性。密封陰涼保存。Span一60C24H46O6430.63淡黃色粉末或塊狀固體，微有脂肪氣味。貯存于干燥通風(fēng)處，保質(zhì)期兩年。過硫酸鉀K2S2O8270.32白色結(jié)晶，無(wú)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(jìn)劑等。儲(chǔ)存于陰涼、干燥、通風(fēng)良好的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源。包裝密封。2.4分散劑的選擇丙烯酸鈉反相懸浮聚合中，單體水溶液需借助油溶性分散劑，使之分散在非極性有機(jī)溶劑中形成“油包水”型(W/O)懸浮液，山梨糖醇脂肪酸酐(Span類)和其環(huán)氧乙烷加成物(Twe

29、en類)是兩種最常用的非離子型表面活性劑。W/O型反相體系一般選擇HLB為38的span類(如span60等)作為分散劑。 在實(shí)際聚合過程中，為了進(jìn)一步降低表面力，改善分散能力并調(diào)節(jié)顆粒特性，選擇Span類作為主分散，選用Span60，油水界面力較小，并且濃度0.75%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。故聚合選用Span60作為分散劑。2.5 反相懸浮聚合與相關(guān)高分子化學(xué)與物理的原理反相懸浮法聚合法是近年發(fā)展起來(lái)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。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

30、液滴，在水溶性引發(fā)劑的作用下聚合反應(yīng)。反相懸浮聚合法是以溶劑(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。該法解決了水溶液聚合法的傳熱，攪拌困難等問題；且反應(yīng)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(dú)特的方法。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。 本設(shè)計(jì)的聚丙烯酸鈉生產(chǎn)使用反 相懸浮聚合法，單釜間

31、歇聚合工藝 。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。 2.6選用反向乳液聚合的原因表2.6 水溶液聚合與反相懸浮聚合的比較水溶液聚合法是以水為溶劑，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。該法以水為溶劑，生產(chǎn)過程不產(chǎn)生污染；對(duì)主設(shè)備要求低，投資省；操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高；缺點(diǎn)是反應(yīng)速度快，溫度不易控制；但后處理需增加干燥、粉碎、

32、篩分工序，有過細(xì)粉末產(chǎn)生。反相懸浮聚合法是以溶劑(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。該法解決了水溶液聚合法的傳熱，攪拌困難等問題；且反應(yīng)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(dú)特的方法。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。因?yàn)榉聪驊腋【酆夏苌a(chǎn)更高分子量的聚丙烯酸鈉，所以本實(shí)驗(yàn)采用反向

33、懸浮聚合。聚合物合成工藝設(shè)計(jì)3.1聚合物生產(chǎn)工藝流程圖圖3.1 聚合物生產(chǎn)工藝流程圖(1)丙烯酸鈉溶液的制?。簩⒔?jīng)計(jì)量的丙烯酸、適量的助劑與經(jīng)溶解、冷卻、計(jì)量的燒堿溶液進(jìn)行部分中和，中和后的丙烯酸鈉，加入適量水，得到濃度為45%單體溶液即丙烯酸鈉水溶液。 (2)丙烯酸鈉的聚合：將中和后的丙烯酸鈉水溶液與由分散介質(zhì)和分散穩(wěn)定劑配制好的分散液共同放入反應(yīng)釜中，并加入適量助劑，在引發(fā)劑的作用下進(jìn)行聚合反應(yīng)至共沸脫水至固含量70%是停止反應(yīng)。(3)聚合物混合物的分離：反應(yīng)后生成的混合物通過離心機(jī)分離分散介質(zhì)與聚合物，再經(jīng)熱水洗滌除去聚合物表面的一些殘留助劑。 (4)聚丙烯酸鈉的后處理工序：將分離工序過

34、后的聚合物進(jìn)行干燥、計(jì)量包裝等處理后，得到聚丙烯酸鈉產(chǎn)品。3.2聚合物合成工藝流程圖來(lái)自T101中的純丙烯酸用原料泵P102分批加入V102中。T102NaOH水溶液的濃度為40%，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(jìn)行中和反應(yīng)，得到中和度為75%的丙烯酸與丙烯酸鈉混合物（簡(jiǎn)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(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。反應(yīng)大約進(jìn)行2.5小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，聚合物混合液被送至分離工序與后處

35、理工序進(jìn)行分離、干燥、包裝等處理，得到最終產(chǎn)物。正庚烷經(jīng)蒸餾處理后循環(huán)使用。3.3工藝流程分析3.2.1反應(yīng)方程式 = 1 * GB3 在、中是單純的物料混合配制，無(wú)相變化與化學(xué)變化。 = 2 * GB3 在中的丙烯酸被中和，中和反應(yīng)方程式如下： = 3 * GB3 在中引發(fā)劑引發(fā)單體進(jìn)行自由基聚合，其反應(yīng)方程式如下：丙烯酸自由基聚合中單體相對(duì)分子質(zhì)量與聚合物結(jié)構(gòu)單元相對(duì)分子質(zhì)量無(wú)化學(xué)計(jì)量上的變化，引發(fā)劑會(huì)結(jié)合到聚合物分子鏈上。3.2.2本設(shè)計(jì)所涉與的要求與原材料 = 1 * GB3 生產(chǎn)規(guī)模。設(shè)計(jì)任務(wù)書中規(guī)定的年產(chǎn)量（生產(chǎn)能力）：6500t/a；損失率：2% = 2 * GB3 生產(chǎn)時(shí)間。年

36、工作日：300d/a(24h/d)間歇操作，、每天8批，由于引發(fā)劑用量很少，所以每天配制一批即可。 = 3 * GB3 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。原料NaOH溶液濃度為40%，其他原料均視為純物質(zhì)。因?yàn)橹粚?duì)聚合工序做物料衡算，所以不用考慮產(chǎn)品的其他質(zhì)量指標(biāo)。 = 4 * GB3 化學(xué)變化參數(shù)。加入的NaOH能夠與丙烯酸完全反應(yīng)，生成丙烯酸鈉。各組分相對(duì)分子質(zhì)量如表2-1所示：表3.3.1 各組分相對(duì)分子質(zhì)量化合物丙烯酸NaOH丙烯酸鈉單體混合物相對(duì)分子質(zhì)量72409418其中：75%中和的丙烯酸單體混合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量：聚合反應(yīng)過程中單體完全參加反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率可視為，單體混合物與聚合物之間無(wú)化學(xué)計(jì)量上的變化

37、，但引發(fā)劑結(jié)合到聚合物分子鏈上，會(huì)使聚合物數(shù)量略有增加。若分子量很大，可忽略不計(jì)。 = 5 * GB3 選擇計(jì)算基準(zhǔn)與計(jì)算單因?yàn)槭情g歇操作過程，所以基準(zhǔn)為“批”，單位為B/d。大部分設(shè)備的操作周期為8B/d，只有V104（引發(fā)劑調(diào)配罐）是1B/d。但引發(fā)劑向R101進(jìn)料周期仍與其他設(shè)備一樣，所以在做物料衡算時(shí)，物料M11的數(shù)量仍以8B/d計(jì)算。在做設(shè)備工藝計(jì)算時(shí)，V104的體積大小應(yīng)按1B/d處理量進(jìn)行。表3.3.2 技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目容技術(shù)指標(biāo)聚合后處理?yè)p失率2% 聚合物質(zhì)量丙烯酸中和度75%（摩爾）原料NaOH水溶液濃度50%（質(zhì)量）中和用NaOH水溶液濃度40%（質(zhì)量）單體水溶液濃度45%（質(zhì)

38、量）引發(fā)劑用量0.2%單體質(zhì)量引發(fā)劑水溶液濃度50%（質(zhì)量）分散穩(wěn)定劑用量2%單體質(zhì)量分散介質(zhì)（正庚烷）用量與單體質(zhì)量為4:1正庚烷循環(huán)用量90%正庚烷總用量第章聚合物合成工藝的物料衡算與效益估算4.1主要原料丙烯酸（）的投料量用順流程的計(jì)算順序進(jìn)行物料衡算必須先求出主要原料（丙烯酸）每批投料量。該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量6500t，年開工300天，每天生產(chǎn)8批，后處理中聚合損失率2%。每批應(yīng)生產(chǎn)聚合物數(shù)量為：（1）引發(fā)劑（0.2%單體質(zhì)量）全部結(jié)合到聚合物中；（2）單體100%轉(zhuǎn)化成聚合物，單體相對(duì)分子質(zhì)量與聚合物結(jié)構(gòu)單元相對(duì)分子質(zhì)量一樣；（3）單體混合物平均相對(duì)分子質(zhì)量（丙烯酸的中和度為75%）：

39、可得 丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量：?jiǎn)误w平均相對(duì)分子質(zhì)量丙烯酸投料量 4.2 V102(中和罐)物料衡算M4V102M6M1M5圖4.1 V102物料平衡示意圖已知：丙烯酸中和度75%；丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量72；NaOH相對(duì)分子質(zhì)量40；單體平均相對(duì)分子質(zhì)量88.5M1 (原料丙烯酸)=2243.87kg/BM4 (40NaOH溶液)NaOH：H2O： 合計(jì)：M6(45%單體溶液)單體：H2O：合計(jì)：M5（無(wú)離子水B）對(duì)V102中組分水做物料衡算有：中和反應(yīng)生成水中和反應(yīng)生成水：無(wú)離子水B：對(duì)V102做全物料平衡計(jì)算，進(jìn)行校核。由物料守恒定律應(yīng)有：即：說(shuō)明物料衡算是正確的。4.3 （NaOH溶液調(diào)配罐）物

40、料衡算M2V101M4M3V101物料衡算示意圖M4(40%NaOH溶液)=kg/B NaOH： kg/B H2O： kg/BM2（50% NaOH濃溶液）NaOH：kg/B H2O：kg/B 合計(jì)：對(duì)V101中組分水做物料衡算:M3對(duì)做全物料平衡計(jì)算，進(jìn)行校核。由物料守恒定律得：即： 說(shuō)明物料衡算是正確的。4.4 V103（分散介質(zhì)調(diào)配罐）物料衡算V103M7M8M9圖3.3 V103物料平衡示意圖已知：正庚烷：?jiǎn)误w4:1 分散穩(wěn)定劑2%單體質(zhì)量 M7（正庚烷） 循環(huán)正庚烷 新鮮正庚烷 M8(分散穩(wěn)定劑） M9(分散液） 對(duì)V103做全物料衡算，進(jìn)行校核。由物料守恒定律得：即：說(shuō)明物料衡算是

41、正確的。4.5 R101（聚合反應(yīng)器）物料衡算M10R101M1222M11物料平衡示意圖M10（待聚合液）M6+M9合計(jì)：M11（引發(fā)劑水溶液）已知：引發(fā)劑用量0.2%單體質(zhì)量 引發(fā)劑水溶液濃度50%（質(zhì)量） 引發(fā)劑： 合計(jì)：M12（聚合物混合液） 分散穩(wěn)定劑：kg/B 正庚烷： kg/BH2O：聚合物：（與設(shè)計(jì)任務(wù)相符合）合計(jì)：對(duì)做全物料平衡計(jì)算，進(jìn)行校核。由物料守恒定律應(yīng)有：即：說(shuō)明物料衡算是正確的。4.6 V104（引發(fā)劑調(diào)配罐）物料衡算已知：引發(fā)劑溶液每天配制一批，供8批反應(yīng)使用。M13（引發(fā)劑）：M14（H2O）：4.7整理并校核計(jì)算結(jié)果圖4.5 總物料平衡示意圖對(duì)聚合工序做全物料

42、平衡計(jì)算（圖3-5），進(jìn)行校核。由物料守恒定律有：即： 說(shuō)明整個(gè)聚合工序的物料衡算過程是正確的。丙烯酸反相懸浮聚合間歇操作物料平衡表 單位：kg/B物流號(hào)丙烯酸單體NaOH引發(fā)劑正庚烷分散穩(wěn)定劑聚合物合計(jì)1547.84第章聚合反應(yīng)反應(yīng)設(shè)備的設(shè)計(jì)5.1反應(yīng)器形式的選擇釜式反應(yīng)器：釜式反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。這類反應(yīng)器通常設(shè)有攪拌裝置，所以又稱為攪拌釜反應(yīng)器（stirred-tank reactor）。攪拌裝置的主要作用是強(qiáng)制物料流動(dòng)，強(qiáng)化傳熱與傳質(zhì)效果；使物料充分接觸，均勻混合；強(qiáng)化表面更新作用，有利于小分子組分汽化；使非均相物料分散。因此攪拌釜反應(yīng)器對(duì)各種反應(yīng)體系適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大，

43、使用溫度和壓力圍廣，既可用于間歇操作，又可用于連續(xù)操作。用于間歇操作時(shí)，生產(chǎn)活性大，更換品種方便，適應(yīng)市場(chǎng)需求能力強(qiáng)。用于連續(xù)操作時(shí)，反應(yīng)器操作過程穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量均一，且多釜串聯(lián)連續(xù)操作產(chǎn)量大，因此，攪拌釜反應(yīng)器在聚合物合成過程中廣泛使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)攪拌釜反應(yīng)器在聚合反應(yīng)器中占80%-90%，如乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯、丙烯腈等的聚合釜，聚酯合成中的聚合釜，以與丁苯橡膠、氯丁橡膠、順丁橡膠合成中的聚合釜都采用攪拌釜式反應(yīng)器。在聚合物生產(chǎn)過程中，除聚合反應(yīng)器外，還有一些帶攪拌裝置的容器，如原料配制槽、溶解槽等。隨著化學(xué)反應(yīng)技術(shù)理論的發(fā)展，為增大產(chǎn)量、降低成本，攪拌釜反應(yīng)器日趨大型化。如懸

44、浮法生產(chǎn)聚氯乙烯的聚合釜已發(fā)展到200m。大大提高了產(chǎn)品與產(chǎn)量的均一性，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。圖5.1 釜式反應(yīng)器 1-攪拌槳；2-加熱盤管；3-釜體；4-進(jìn)料口；5-傳動(dòng)裝置；6-電機(jī)；7-軸封；8-入孔；9-攪拌軸；10-夾套；11-出料口圖5.15.2釜式反應(yīng)器選擇的原因釜式反應(yīng)器，適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大，連續(xù)操作時(shí)溫度、濃度容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均一，反應(yīng)體積大。5.3反應(yīng)器體積的計(jì)算求V101體積取，則求V102體積取，則求V103體積取，則對(duì)R101作工藝計(jì)算取，則5.4外形尺寸的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭各種封頭的設(shè)計(jì)參數(shù)封頭名稱封頭高度（h）封頭側(cè)面積（s）封頭體積（v）封頭名稱封頭高度（h）封

45、頭側(cè)面積（s）封頭體積（v）半球封頭0.5D標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭0.25D60錐封頭0.866D碟封頭0.225D120標(biāo)準(zhǔn)錐封頭0.3754D球面封頭0.134D90錐封頭0.5D平封頭00標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積（表6-1）為，。令h為釜體直邊高度，H為反應(yīng)器釜體總高度，則：取，則有遂然反應(yīng)器屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，但用于制造反應(yīng)器的上下封頭仍選用標(biāo)準(zhǔn)封頭。參照標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭（/T 4737-95），此處按公稱尺寸選定釜體直徑為2.231m。釜體的直邊高度為：釜體實(shí)際高度：由標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭直邊高度與直徑關(guān)系表，取直邊高度為50mm，釜體圓形直筒部分高度：反應(yīng)器的實(shí)際體積為：反應(yīng)器實(shí)際長(zhǎng)徑比：最高液面： 取體積收縮系

46、數(shù)，最低液面： 反應(yīng)器的幾何外形示意圖與設(shè)計(jì)尺寸見附圖聚合反應(yīng)器釜體外型尺寸設(shè)計(jì)表反應(yīng)器工藝尺寸R101釜體積（m3）3.57長(zhǎng)徑比H/D0.88釜體徑（m）1.85直邊高度（m）0.71最高液位（m）1.08最低液位（m）0.90釜體實(shí)際高度（m）1.6355.5攪拌器的設(shè)計(jì)該釜為反相懸浮聚合，反應(yīng)釜的容積、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)以與攪拌形式等都影響聚合過程與產(chǎn)品質(zhì)量。為增大聚合反應(yīng)的傳熱面，可在聚合釜壁附近安置若干折流板或插入兩根D型擋板，其部可通過冷卻水以增加傳熱面積；在釜頂安置回流冷凝器，可將單體蒸汽冷凝回流，以增加傳熱面積；在聚合釜夾套中安裝螺旋式導(dǎo)流板，冷卻水不走短路時(shí)，水對(duì)釜壁的導(dǎo)熱系數(shù)可提

47、高8倍以上。 選用時(shí)除滿足工藝要求外，還用考慮功耗、操作費(fèi)用，以與制造、維護(hù)和檢修等因素。 考慮到丙烯酸單體與其中和劑NaOH的腐蝕性與酸堿性，選擇搪瓷聚合釜，同時(shí)考慮到聚合產(chǎn)品易在反應(yīng)器壁粘結(jié)，采用三葉后掠式攪拌器，使聚合反應(yīng)無(wú)死區(qū)，可以有效地解決產(chǎn)物粘釜問題，并能達(dá)到較好的傳熱效果。圖22三葉后掠式槳葉-度，一般推薦用15；-后掠角，指槳葉外表面端點(diǎn)與中心線連線和通過該點(diǎn)切線方向 的夾角，一般推薦用50；-槳葉中心線與攪拌中心線的夾角，一般推薦為10。根據(jù)反應(yīng)釜的體積，攪拌器的直徑應(yīng)不超過1.75米。葉后掠式攪拌器是一種徑流型攪拌器，一共有三個(gè)葉片，其葉片一方面向后彎曲，一方面向上略有翹起

48、，通常與擋板配合使用。通常用于低粘度、有腐蝕的流體攪拌操作中，流體流動(dòng)狀態(tài)一般為湍流，轉(zhuǎn)速圍為80-150r/min。在三葉后掠式攪拌器常配有折流板。釜槽在2.03m以下時(shí)采用指形折流板。圖22指形折流板示意圖5.6分離設(shè)備由于經(jīng)共沸脫水的的反應(yīng)產(chǎn)物仍是混合物，其中含有為分散劑與其他的相關(guān)助劑，還有一些反應(yīng)中生成的低分子量聚合物都應(yīng)被除去。 通常，對(duì)于含有粒度大于0.01毫米顆粒的懸浮液，可選用過濾離心機(jī)；對(duì)于懸浮液中顆粒細(xì)小或可壓縮變形的，則宜選用沉降離心機(jī)；對(duì)于懸浮液含固體量低、顆粒微小和對(duì)液體澄清度要求高時(shí)，應(yīng)選用分離機(jī)。根據(jù)反相懸浮聚合制備的聚丙烯酸鈉顆粒粒徑大小選擇螺旋沉降式離心機(jī)除

49、溶劑。圖22螺旋沉降式離心機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖5.7干燥設(shè)備由于樹脂含水量高，加工過程中易出現(xiàn)氣泡，制件出現(xiàn)流紋、霧斑，透明性降低，并會(huì)降低材料的電性能和力學(xué)性能。而離心后聚合物一般含水率為5%-20%，為濕物料，需干燥使?jié)裎锪虾蔬M(jìn)步降低。圖33氣流干燥機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖反相懸浮聚合制備的聚丙烯酸鈉為粉狀采用氣流干燥機(jī)。即熱風(fēng)干燥，使產(chǎn)品中水分含量達(dá)至0.2%0.5%。第6章 建設(shè)工程與公用、輔助工程說(shuō)明6.1建設(shè)工程說(shuō)明該生產(chǎn)線擬建在建設(shè)單位原有的閑置的生產(chǎn)車間，有建筑面積約500m2。該車間的原設(shè)計(jì)基本能滿足本生產(chǎn)線的要求，特別在物料流向上，很適用于本生產(chǎn)線的流程。只需對(duì)其進(jìn)行小圍的修改，既利用了閑

50、置廠房，又可大大節(jié)省基建投資。 6.2生產(chǎn)車間布置原則1 從經(jīng)濟(jì)和壓降觀點(diǎn)出發(fā)，設(shè)備布置應(yīng)順從工藝流程，但若與安全、維修和施工有矛盾時(shí)，允許有所調(diào)整。 2 根據(jù)地形、主導(dǎo)風(fēng)向等條件進(jìn)行設(shè)備布置，有效的利用車間建筑面積（包括空間）和土地。3 明火設(shè)備必須布置在處理可燃液體或氣體設(shè)備的全年最小頻率風(fēng)向的下側(cè)，并集中布置在裝置（車間）邊緣。 4控制室和配電室應(yīng)布置在生產(chǎn)區(qū)域的中心部位，并在危險(xiǎn)區(qū)外。 5 充分考慮本裝置（車間）與其他部門在總平面布置圖上的位置，力求緊湊、聯(lián)系方便，縮短輸送管線，達(dá)到節(jié)省管材費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用的目的。 6 留有發(fā)展的余地 7 所采取的勞動(dòng)保護(hù)、防火要求、防腐蝕措施要符合有關(guān)

51、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)的要求。8 有毒、有腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備應(yīng)分別集中布置，并設(shè)圍堰，以便集中處理。 9 設(shè)備安全通道、人流、物流方向應(yīng)錯(cuò)開。 10 設(shè)備布置應(yīng)整齊，盡量使主要管道走向一致。 6.3給水、排水系統(tǒng) 生產(chǎn)用水主要為配堿和中和工序的冷卻用水、配堿水和少量的生產(chǎn)沖洗用水。生產(chǎn)線日用水量360噸。其中循環(huán)水量為324噸(進(jìn)水溫度30，回水溫度37)。新鮮水進(jìn)水溫度31。本生產(chǎn)線水源由自來(lái)水廠供應(yīng)，水的用量不大，滿足該項(xiàng)目的要求。 給水系統(tǒng)包括新鮮水輸水管、管網(wǎng)、輸水管道的兩條分支，一分支專門為循環(huán)水池，和生產(chǎn)清洗供水。另一支為純水裝置供水，消防用水管網(wǎng)另設(shè)。室給水系統(tǒng)由人戶管、主管、支管配水頭(或用水

52、設(shè)備)等組成。給水的水平干管敷設(shè)在建筑物的下部，由下至上供水。 生產(chǎn)用配堿水為純水，由生產(chǎn)線裝備的純水裝置供應(yīng)。純水最小用量5t/d平均用量67t/d，最大用量7t/d。生產(chǎn)用水中的冷卻水經(jīng)貯水池自然冷卻或用冷卻塔冷卻后循環(huán)使用，少量的生產(chǎn)沖洗用水屬基本無(wú)污染水，可經(jīng)澄清后排放。生產(chǎn)線的排水系統(tǒng)由排水管網(wǎng)組成，排水管道把廢水從產(chǎn)生地點(diǎn)收集和輸送到總排水管，最后由總排水管輸送到污水澄清池。 6.4電力供應(yīng)與生產(chǎn)控制 (1)電力供應(yīng) 本項(xiàng)目耗電不大電力由企業(yè)原電網(wǎng)提供，本生產(chǎn)線耗電不足10萬(wàn)kw/a，企業(yè)電網(wǎng)能滿足生產(chǎn)用電要求。 (2)貯運(yùn) 根據(jù)本項(xiàng)目原料、產(chǎn)品特點(diǎn)按不同要求進(jìn)行貯運(yùn)，以滿足生產(chǎn)需

53、要。需原料庫(kù)房面積320m2，產(chǎn)品庫(kù)房面積400m2。庫(kù)房應(yīng)陰涼、通風(fēng)、防水、防潮、遠(yuǎn)離火種、熱源，原料中易燃、易爆物品，原料、產(chǎn)品應(yīng)隔離存放。原料和產(chǎn)品運(yùn)輸以陸路運(yùn)輸為主。 (3)分析檢驗(yàn)室、維修室 本項(xiàng)目進(jìn)出工廠的原料、產(chǎn)品由化驗(yàn)室提供分析，包括丙烯酸、氫氧化鈉、引發(fā)劑、助劑、活性炭等原料和聚丙烯酸鈉產(chǎn)品。 生產(chǎn)過程檢驗(yàn)由生產(chǎn)線配備的分析檢驗(yàn)工進(jìn)行。共設(shè)分析檢驗(yàn)工4人。 廠配有維修工，可負(fù)責(zé)日常設(shè)備的維護(hù)和維修。6.5 車間布置圖貯罐10m 2、原料貯存車間10m 3、配堿區(qū)域15m 4、中和區(qū)域15m 5、聚丙烯酸生產(chǎn)車間60m 6、分離區(qū)域15m 7、干燥回收區(qū)15m 8、綠化帶100

54、m 9、產(chǎn)品包裝區(qū)25m 10、產(chǎn)品檢測(cè)區(qū)15m 11、產(chǎn)品堆放區(qū)15m 12、員工休息區(qū)15m 13、辦公區(qū)15m 14、運(yùn)輸區(qū)25m 15預(yù)留區(qū)域30m總面積大概550m第7章 利潤(rùn)估算7.1成本預(yù)算7.1.1 原料成本 （l)丙烯酸，工業(yè)級(jí)，年需求量5385.24噸。(2)氫氧化鈉，工業(yè)級(jí)，年需求量2243.88噸。(3)正庚烷，工業(yè)級(jí)，年需求量2657.7噸。(4)過硫酸鉀，工業(yè)級(jí)，年需求量1656千克。(5)span-60，工業(yè)級(jí)，年需求量132.36噸。原料消耗定額（以噸計(jì)算）名稱單耗（噸）金額（萬(wàn)）/噸成本（萬(wàn)）/年 備注丙烯酸5385.2415385.24威震化工氫氧化鈉224

55、3.880.25560.97鞏義市寶來(lái)水處理材料廠正庚烷2657.71.33455.01威震化工過硫酸鉀0.16560.80.13248宏巨化工Span-60132.361.2158.832澳興化工純水1517.040.0023.0341宏播利化工產(chǎn)品總計(jì)9563.218因采購(gòu)量過大，批發(fā)價(jià)降低。原料消耗定額（以噸計(jì)算）名稱單耗（噸）金額（萬(wàn)）/噸成本（萬(wàn)）/年 備注丙烯酸5385.240.955115.028威震化工氫氧化鈉2243.880.24538.5312鞏義市寶來(lái)水處理材料廠正庚烷2657.71.23189.24威震化工過硫酸鉀0.16560.80.13248宏巨化工Span-601

56、32.361.15151.984澳興化工純水1517.040.0023.0341宏播利化工產(chǎn)品總計(jì)8997.957.1.2 其他費(fèi)用 電耗1200元/噸，共780萬(wàn)元。工人工資約700元/噸，共455萬(wàn)元。包裝，管理約110元/噸，共71.5萬(wàn)元。設(shè)備每年需定時(shí)維修，維修費(fèi)用約為50元/噸，共32.5萬(wàn)元。響應(yīng)國(guó)家環(huán)保要求，對(duì)三廢進(jìn)行處理，處理一噸三廢約為350元/噸，一噸聚丙烯酸鈉約產(chǎn)生1%的廢棄物，一年處理的成本約為22.75萬(wàn)。使產(chǎn)品能賣出去，需要銷售渠道，平均約150元/噸，共97.5萬(wàn)元。序號(hào)項(xiàng)目名稱金額（萬(wàn)）1電費(fèi)7802工資4553包裝、管理71.54維修32.55三廢處理22.

57、756商業(yè)銷售97.57工業(yè)衛(wèi)生58流動(dòng)資金5009不可預(yù)見500總計(jì)2464.25成本初步預(yù)算為： 8997.95+780+455+71.5+32.5+22.75+9.75+1000+5=11374.45萬(wàn)假設(shè)生產(chǎn)半年后，資金才能夠回籠，那么初需要投入5687萬(wàn)元，再加上其他額外的費(fèi)用，估計(jì)需要投入6000萬(wàn)元左右（不考慮場(chǎng)地與建筑費(fèi)）。7.2利潤(rùn)預(yù)算一噸聚丙烯酸約為3萬(wàn)/噸，年產(chǎn)量為6500噸，共為1.95億元的利潤(rùn)。根據(jù)國(guó)家稅收，企業(yè)需要納稅25%，扣除稅后為1.4625億元。利潤(rùn)14625萬(wàn)元10730.764萬(wàn)元3894.236萬(wàn)元7.3應(yīng)用前景我國(guó)純堿燒堿產(chǎn)量均居世界第二位。目前，

58、這兩堿行業(yè)的生產(chǎn)中，鹽水精制過程大多不使用聚丙烯酸鈉，主要由于一是使用習(xí)慣，其次是表面看聚丙烯酸鈉價(jià)格稍貴，而忽視了聚丙烯酸鈉的用量少，效果好的特點(diǎn)。由于使用聚丙烯酞胺導(dǎo)致鹽水質(zhì)量上不去，隨著聚丙烯酸鈉應(yīng)用的推廣，越來(lái)越多的企業(yè)傾向于使用聚丙烯酸鈉。聚丙烯酸鈉是近年來(lái)在各領(lǐng)域廣泛使用的一類功能性高分子材料，高分子量聚丙烯酸鈉在各使用行業(yè)越來(lái)越受重視。但在我國(guó)其研究還不深，生產(chǎn)規(guī)模還小，性能尚不如人意。研究其生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品應(yīng)用性能，擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域是當(dāng)前的重要任務(wù)。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，但目前在國(guó)企業(yè)使用的多為國(guó)外產(chǎn)品。國(guó)近兩年已有生產(chǎn)，但廠家不多，生產(chǎn)能力

59、不超過一千噸，其中還包括膠體產(chǎn)品。由此可見國(guó)高分子量聚丙烯酸鈉的生產(chǎn)缺口還很大，有必要增加生產(chǎn)滿足國(guó)需求。因此建設(shè)高質(zhì)量的使用性能好的聚丙烯酸鈉生產(chǎn)廠非常必要。7.4市場(chǎng)前景目前，丙烯酸與酯價(jià)格大幅上漲。丙烯酸與酯的價(jià)格近期連續(xù)大幅上漲，普酸和丁酯價(jià)格已分別漲到約10000元和11000元，比10月巴斯夫爆炸前上漲了40%和32%;價(jià)差也都已經(jīng)翻倍。漲價(jià)從表面上看是受到巴斯夫爆炸、三木停產(chǎn)、裝置輪番檢修等一系列事件催化，但實(shí)際上更主要是由于行業(yè)確實(shí)已經(jīng)處于景氣回升的右側(cè)通道，供給端略有變化，價(jià)格就會(huì)有很大彈性。我們認(rèn)為明年丙烯酸與酯的價(jià)差將大幅回升。也就是，在未來(lái)的幾年，生產(chǎn)的成本會(huì)隨著原料價(jià)

60、格的提高而提高，并且，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求一年比一年高，成本則隨著更高，約每年增長(zhǎng)個(gè)2.5%。但聚丙烯酸鈉應(yīng)用廣泛，市場(chǎng)需求量高，環(huán)保效益大，供不應(yīng)求。所以，可以提高生產(chǎn)工藝，假設(shè)每年能增加的產(chǎn)量大于2.5%，那么純利潤(rùn)會(huì)升高?？傮w來(lái)說(shuō)，聚丙烯酸鈉的市場(chǎng)前景還是挺美好的。7.5 產(chǎn)品的銷售市場(chǎng)高分子量聚丙烯酸鈉下游產(chǎn)品主要是：燒堿、增稠劑、緩蝕劑、造紙助留助濾劑。在常熟高新區(qū)建立生產(chǎn)車間，產(chǎn)品主要通過網(wǎng)絡(luò)和零售兩種方式銷售。零售的對(duì)象主要是在常熟的下游廠家，如常熟市董浜泡化堿廠、常熟明星食品廠等。以與需要此產(chǎn)品的單位，如常熟理工學(xué)院等。對(duì)于大規(guī)模訂單，我們廠會(huì)負(fù)責(zé)用車運(yùn)過去，保證產(chǎn)品在路上的貯