课程设计论文-1万吨每年丙烯酸酯橡胶乳液聚合车间的工艺设计(2)

课程设计论文-1万吨每年丙烯酸酯橡胶乳液聚合车间的工艺设计(2)内容摘要：

陕西理工学院课程设计 第 11 页共 32 页 工艺流程简述： 乳液聚合的过程：按工艺配方将乳化剂溶于去离子水中，在强烈搅拌下、加入混合单体，制备稳定的单体乳化液。 通过泵 10 将去离子水打入反应釜 12 中，再通过泵 11 打自来水到聚合釜 12 加热套中，用水浴加热反应釜 12。 （循环水可作为员工洗浴用水）升温至 80~81`C，再将 20%的引发剂溶液加入反应釜 12 中，约 10 分钟后，加入 5%的单体预乳化液。 引发开始后，温度自动上升。 待放热反应逐渐平 稳，开始分别滴加剩余的单体预乳化液和引发剂溶液，滴加速度以保持反应温度在 82～85186。 С。 约 3 小时滴加完成。 保温一小时后，将菊和乳液专至调节釜 13。 待温度降至 45 186。 С 左右。 用氨水调 pH 值至 7～ 8。 同时加入稳定剂、消泡剂、防菌剂。 最后出料 工艺流程简图： 乳化剂 丙烯酸乙酯 水 引发剂 分子量调节剂 乳液聚合 间歇法 乳胶液 凝聚 分离 干燥 丙烯酸酯橡胶 凝聚 剂 水 陕西理工学院课程设计 第 12 页共 32 页 工艺参数： 工艺配方（质量分数） 表 工艺配方 陕西理工学院课程设计 第 13 页共 32 页 组分 用量 /份 反应釜配料 去离子水 过硫酸铵 十二烷基硫醇 氨水 十二万基硫酸钠 120 4 1 6 引发剂溶液 去离子水 过硫酸铵 72 乳化 单体 去离子水 十二烷基硫酸钠 甲基丙烯酸甲酯 丙烯酸丁酯 48 4 100 100 主要单体参数 表 主要单体参数 单体名称 相对分子质量 沸点 /186。 С 相对密度 d(25) 折射率 玻璃化温度 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 陕西理工学院课程设计 第 14 页共 32 页 主要工艺参数 a. 聚合 聚合温度 70~80`C 聚合压力 常压 聚合时间 23h 转化率 95％ 损失率 2﹪ b. 碱处理 用氨水中和 pH=7～ 8 产品技术参数 表 丙烯酸酯橡胶国家标准 主要设备控制方案 反应器的温度控制 反应温度的控制主要是通过与夹套内循环水进行 热量交换来实现的。 不同的聚合反应器，聚合反应机理不同、操作方式不同、温度控制不同、传热介质、传热方向及控制特点的不同，如连锁聚合反应温度较低，多为放热反应，反应速率极快，所以反应过程中撤热必须及时，否则易发生爆聚。 而缩聚反应反应热效应小，由于反应温度较高，所以大多需要供热，反应速率比较平稳，传热速率型号 AR100 AR300 门尼粘度 3050 3050 灰分 /% ≤ ≤ 挥发物 /% ≤ ≤ 硬度（绍尔 A） /度 5095 5095 拉伸强度 /MPa 815 815 扯断伸长率 /% 150500 150500 1＃标油体积变化率 (150℃ 70h)/% ≤ 5 ≤ 10 3＃标油体积变化率 (150℃ 70h)/% ≤ 18 ≤ 25 压变（ B法 25%150℃ 70h） /% ≤ 50 ≤ 50 脆性温度 /℃ 约 15 约 30 陕西理工学院课程设计 第 15 页共 32 页 也比较平稳。 连续操作反应温度控制必须平稳，抗外界干扰能力要强。 而间歇操作反应温度要尽量按预定要求控制，允许有小量的波动。 恒温反应过程，反映前期速率较快，传热速率快，反应温度不易控制。 而变温反应过程，反应速率在一定 时间内比较平稳，传热速率也比较平稳，反应温度易控制。 在乳液聚合间歇操作温度采用分程控制，可以避免传热滞后的现象发生，有利于实现预定的反应温度控制曲线。 反应器的压力控制 一般采用常压 间歇聚合反应过程中反应压力应逐渐降低，特别是低真空度阶段反应器压力降低的速度不能太快，否则会把低聚物带出，使冷凝器及管道堵塞。 反应器液位的控制 （进料时打开进料泵，物料到达预定液位时，关闭进料泵） 在间歇操作过程中，反应器的液位是通过每批加料量来决定的。 泵的控制 （直接流量调节） 泵 的控制有两一是直接流量调节，二是旁路流量调节。 A：直接流量调节。 流量计及调节阀安装在输出管道上，流量计在前，调节阀在后，通过调节阀调节阀门的开启度，调节管路中流体流量的大小，该控制方案简单易操作。 B：旁路流量调节。 调节阀设在循环旁路管道上，流量计设在输出管道上，泵的流量是固定的，通过调节循环旁路中阀门的开启度，调节旁路中流体流量的大小，间接控制主路中的流体流量。 由此可见直接流量调节控制方案简单，易操作。 所以在选择时采用直接流量调节。 3 物料衡算及热量衡算 ： 物料衡算 物料 关系 示 意图 陕西理工学院课程设计 第 16 页共 32 页 M5 M13 V101 M1 M2 M3 M4 M7 M10 R201 M11 V102 M12 M9 M6 V103 V104 M8 陕西理工学院课程设计 第 17 页共 32 页 M1— MMA M2— 丙烯酸乙酯 M3— 十二烷基硫酸钠 M4— 去离子水 M5— 乳化单体 M6— 十二硫醇 M7— 过硫酸铵 M8— 去离子水 M9— 引发剂溶液 M10— 聚合物乳液 M11— PH 调节剂 M12— 破乳剂 M13— 丙烯酸胶粒 V101— 乳化单体与分子量调节剂罐 V102— 引发剂罐 V103— 调节罐 R201— 聚合反应釜 所发生的聚合反应方程式 ： 收集数据 A: 生产规模 ： 1 万吨 ／ 年 B: 生产时间 ： 330d／ 年 采用间歇操作 因为反应时间约为 3 小时 辅助时间 45min 所以每天生产批次为： 24／ （ 3+45／ 60） ≈ 6（ B） 由于在生产中每批引发剂用量较少 ， 所以引发剂每天配置一次即可 . 陕西理工学院课程设计 第 18 页共 32 页 C．技术指标： 聚合物损失率： 2﹪ 产品质量 引发剂： ﹪ 单体用量 分散介质： 1： 1 单体用量 乳化剂用量： 3﹪ 单体用量 引发剂浓度： 约 ﹪ 氨水： ﹪ 单体质量 助剂： ﹪ 单体质量 分子量调节剂 (十二烷基硫醇 )： ﹪ 单体质量 D．确定计算顺序 由于产物与原料之间的化学计量关系比较简单，且整个工艺过程比较简单。 容易得到产量与单体原料投料量之间的比例关系，所以采用顺流程的计算顺序。 确定主要原料投料数量 该 生产装置 1000t 年开工 330d 每天 24h 生产 6 批 后处理过程中聚合物损失率 2﹪ . 所以每批生产聚合物数量为 ： 10000 103／ （ 330 6 ） =／ B (1) 引发剂（ 单体质量）全部结合到聚合物中。 (2) 单体 100 转化为聚合物。 且单体相对分子质量与聚合物结构单元相对分子质量相同 (3) 丙烯酸乙酯相对分子质量：单体平均相对分子质量是（ 100 50％ +100 50％） =100 因为引发剂 乳化剂 分子量调节剂 分散介质 助剂等都在聚合釜中 所以单体投料量=／（ 1+1++++++） =／ B 顺流程设备进行计算 a. V101(乳化单体调配罐 )= 50％ =／ B 陕西理工学院课程设计 第 19 页共 32 页 M1（丙烯酸乙酯投料量） =／ B M2 (甲基丙烯酸甲酯投料量 )= ／ B M3 (去离子水 )= 40％ =／ B M4(十二烷基硫酸钠 )= 3％ =／ B M4’ (十二烷基硫醇 — 链转移剂 )= ％ =／ B M5(乳化剂单体溶液 ) =M1+M2+M3+M4|+M4’ =++==b. 引发剂单体调配罐的物料衡算 : M7(去离子水 )=％ = M6(过硫酸铵 )=x／ (+x) 100％ =％ x=／ B M8（引发剂溶液） =M6+M7=c. 反应聚合釜的物料衡算 : M8(引发剂溶液 )= M5(0 乳化聚合物 )= 聚合物乳液 M9=M8+M5=+=d. 陕西理工学院课程设计 第 20 页共 32 页 M10(助剂 )=*= M11(氨水 )=*= 聚合物胶液： ++= 表 丙烯酸酯橡胶乳液聚合间歇操作物料衡算表 物料号 甲基丙烯 酸甲酯 丙烯酸 乙酯 十二烷 基硫醇 过硫 酸铵 去离 子水 助剂 氨水 十二烷 基硫酸钠 聚合物 合计 M1 9 M2 M3 M4 M4’ M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 陕西理工学院课程设计 第 21 页共 32 页 热量衡算： 反应温度： 80℃ 基准温度 0℃ 压力：常压（ ） Q7=Q1+Q2+Q3+Q4 Q7—— 设备或系统内物料与外界交换热量之和 Q1—— 由于物料温度变化，系统与外部交换的热量 Q3—— 由于设备温度改变系统与外界交换的热量 Q4—— 设备向外界环境散失的热量 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（十二烷基硫酸钠） = J/(g ℃ ) Cp（过硫酸铵） = 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）设设备的温度没有。