1萬噸每年丙烯酸酯橡膠乳液聚合車間的工藝設計

1、目錄1項目簡介1.1項目名稱41.2 項目設計依據 41.2.1 主要原料及物理性質 41.2.2 生產方法 41.3設計依據及必要性41.4 市場前景分析 41. 5 生產能力51.6 技術方案及設備方案5 1.6.1技術方案5 1.6.2設備方案61.7聚合反應機理及影響反應的因素61.7.1聚合反應機理 61.7.2影響反應的因素 62生產方法與工藝流程2. 1 生產方法 82.1.1 原料選擇 82.1.2 聚合機理 82.1.3 實施方法 82.1.4 操作過程 82. 2 聚合工藝過程82.2.1單體的選擇 82.2.2引發(fā)劑的選擇92.2.3乳化劑的選擇92.2.4分散介質的選擇

2、 92.2.5其他介質的選擇 92.2.6聚合溫度和壓力 102.2.7 所選物料物理性質 2.3工藝流程10 2.4 工藝參數122.4.1工藝配方 122.4.2主要單體參數 122.4.3 主要工藝參數132.4.4產品技術參數 132.5 主要設備控制方案 142.5.1 反應器的溫度控制142.5.2 反應器的壓力控制142.5.3 反應器的壓力控制142.5.4 泵的控制 143物料衡算及熱量衡算3.1物料衡算153.1.1物料平衡示意圖3.1.2 所發(fā)生的聚合反應方程式3.1.3 收集數據3.1.4確定主要原料投料數量3.1.5 順流程設備進行計算3.2熱量衡算 3.2.1.收集

3、數據3.2.2.熱量計算4 設備工藝計算4.1 反應聚合釜的設計 4.1.1釜體的設計4.1.2 釜體外形尺寸的設計4.1.3攪拌裝置的設計4.1.4傳熱裝置的計算4.2各物料進出管口直徑確定4.3軸密封形式4.4泵的工藝設計4.5調節(jié)釜的設計 4.6引發(fā)劑罐4.7 單體乳化罐4.8 過濾器.4.9 工藝管口的設計5 參考文獻1項目簡介：1.1 項目名稱 ： 1萬噸/年丙烯酸酯橡膠乳液聚合車間的工藝設計。1.2 項目設計依據 ：121主要原料及物理性質：根據自主調研擬定主要聚合單體 。 122生產方法： 乳液聚合是生產ACM的主要方法。主要是由于該工藝設備簡單，易于實施；另一方面，ACM目前主

4、要用于高溫、耐油密封制品，不要求有過高的低溫屈撓性能，如果期望低溫耐油性能，可以通過低溫耐油單體的分子內增塑來實現。乳聚法合成ACM體系中，乳化體系和用量將影響聚合過程中的穩(wěn)定性、最終轉化率、分子量分布、生膠加工性能甚至硫化膠的物性，因此要加入許多助劑，如乳化劑、引發(fā)劑、分子量調節(jié)劑和凝聚劑等。1.3項目設計必要性丙烯酸酯橡膠簡稱ACM，主要用于汽車工業(yè)而被譽為“高性能汽車膠”。ACM制品用于生產數十種汽車配件，按目前國內平均每輛車消費ACM約0.8kg計，2005年和2010年汽車生產需要ACM將分別達到0.60萬t和0.9萬t，社會維修量需要消耗ACM將分別達到為0.51萬t和1.16萬t

5、，因此預計我國今年和2010年國內汽車工業(yè)對ACM的需求將分別達到1.11萬t/a和2.04萬t/a。這尚不包括國內用于出口的密封件制品對ACM的消耗。隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，未來3-5年內將是我國ACM需求的高峰期。ACM正展現出良好發(fā)展前景，成為國內倍受關注和積極發(fā)展的高新材料之一。傳統(tǒng)的汽車制件及密封墊片使用耐油、耐熱的合成橡膠，其典型產品為丁腈橡膠和氯丁橡膠。由于長期使用溫度以120 為限。不適合現代車輛提高遠行速度后的耐熱要求。丙烯酸酯橡膠目前可以在175 下長期使用，也有在一25或一35 下使用的耐寒型或超耐寒型產品。國外從70年代起已開始將丙烯酸酯橡膠用于汽車工業(yè)，制造各種骨

6、架封件、油冷器或加熱器墊片O 型環(huán)、Y型油封及油盤和軸承密封件 同目前汽車工業(yè)中仍使用的丁腈橡膠、硅橡膠、氯丁橡膠、氟橡膠相比，在耐熱及耐油性能方面，丙烯酸酯橡膠優(yōu)于丁腈橡膠、硅橡膠和氯丁橡膠，稍次于氟橡膠；但丙烯酸酯橡膠加工時不需要二次硫化就可改進其使用性能，并能減少混練、硫化加工對橡膠輥筒及模具的腐蝕。因此在其加工工藝性能、物理力學性能和價格方面優(yōu)于氟橡膠。使用實踐表明，丙烯酸酯橡膠制品在汽車上的應用，可明顯改善汽車的運行狀況，能有效地減少汽車故障的發(fā)生，同時也可減輕污染、保護環(huán)境和延長汽車壽命。丙烯酸酯橡膠還可用來制造飛機、摩托車等交通工具上使用的各種橡膠輸油管、另外ACM還不斷應用于高

7、壓電力電纜私地下掩埋電纜護套、電器制件的膠輥、傳動帶和膠管等。1.4市場前景分析 ：在先進工業(yè)國家，ACM 已廣泛作為耐熱耐油的材料。隨著進口汽車大量涌入國門， 以及國內高速汽車的發(fā)展，汽車(含摩托車)密封件的問題就逐漸暴露出來，普通的丁腈橡膠不能滿足這些汽車(含摩托車)部件的要求特別是耐高溫性能和耐臭氧性，只能采用ACM橡膠部件。目前ACM橡膠部件的主要用途如下：(1)各種密封墊、0型環(huán)等密封材科；(2)散熱器、加熱器等各種軟管；(3)點火線和一般電工用墊及導線護套：(4)火花塞蓋；(5)各種牯合劑、密封劑；（6)輥簡類；（7)汽車的防污染部件(成型品)； （8)傳輸帶和油罐襯里等。目前國內

8、有數家企業(yè)生產ACM，但是遠遠不能滿足國內市場需求，主要依賴進口滿足國內需求，更值得注意的是由于ACM的配合和加工的特殊性，不同廠家生產的ACM具有不同的配合和加工要求，而國內ACM制品生產企業(yè)對加工和配合研究重視不夠，影響了我國ACM的推廣應用，因此加快對ACM配合加工中助劑應用問題顯得比ACM合成與生產更為重要和迫切。鑒于此我們設計采用乳液聚合法，年產量1萬噸ACM的生產裝置、要求設計人員根據乳液聚合法生產ACM的最新國內生產技術及工藝對1萬噸/年丙烯酸酯橡膠乳液聚合車間的工藝設計。1.5生產能力：ACM產量為1萬噸年；考慮裝置的大修，開工時間：330da,24hd。1.6技術方案及設備方

9、案：1.6.1技術方案：丙烯酸酯橡膠可以采用溶液聚合、懸浮聚合或乳液聚合三種基本工藝生產。聚合反應由自由基引發(fā)，反應溫度一般為50-100度，反應溫度和引發(fā)劑的濃度對聚合反應速率和丙烯酸酯橡膠的分子量分布影響很大。1、溶液聚合：溶液聚合是把單體溶解在適當的溶劑中進行聚合反應，這時聚合熱可借助溶劑的蒸發(fā)而排放，容積則可以從冷凝器回收，且溶劑起了稀釋劑的作用，所以溶液聚合體系的黏度較低，物料混合和傳熱都比較容易，凝膠現象不易出現，溫度容易控制。減小了局部過熱現象聚合物分子量也比較均一，而且可以利用不同溶劑來控制分子量。有時可以直接利用聚合物的溶液作為涂料來使用，這些都是溶液聚合的優(yōu)點。缺點：由于單

10、體濃度低，反應速度慢，設備生產能力和利用率較低；易向溶劑發(fā)生連轉移反應，聚合物分子量較低；聚合物中夾帶的微量溶劑，應響產品質量；溶劑損失大，溶劑價格高且溶劑分離回收費用高，使生產成本增加，而且許多溶劑易燃、易爆、有毒，必須注意安全和勞動保護。這些缺點無不與使用溶劑有關。2、懸浮聚合： 懸浮聚合是使單體小液滴分散在介質（通常是水）中進行的聚合反應，這就容易解決散熱問題，因為大多數單體不溶于水，所以需要借助機械攪拌作用，將水中的單體打成小液滴，另加懸浮分散劑，防止液滴重新聚合。在懸浮聚合時，通常使用能溶于單體而不溶于水的引發(fā)劑（油溶性引發(fā)劑）把引發(fā)劑預先溶在單體內，聚合時就是在單體微珠內進行聚合反

11、應，多以懸浮聚合就是在單體微珠內進行的本體聚合。懸浮聚合的優(yōu)點是聚合熱容易排散，具有溶液聚合的優(yōu)點，而且產品分子量相當高。此外，體系黏度低，便于操作，生產的微珠可以直接應用。它的缺點是產品純度不高。3、乳液聚合：單體被乳化劑以乳液狀態(tài)分散在水介質中的聚合反應稱為乳液聚合。乳液聚合反應體系的主要組成是單體、水、引發(fā)劑和乳化劑。乳液聚合與懸浮聚合的差別是：1、乳液聚合中，聚合反應粒子的粒徑小，只有0.11m，而懸浮聚合的粒徑為0.52mm；2、乳液聚合中用水溶性引發(fā)劑，而懸浮聚合中則用油溶性引發(fā)劑；3、乳液聚合的產物是一種穩(wěn)定的分散液，懸浮聚合得到的產物則可快速從液相中析出。正是這些差別導致了乳液

12、聚合具有與懸浮聚合不同的聚合機理。 對溶液、懸浮聚合，聚合反應速率和聚合物分子量之間存在明顯的倒數關系。這一點嚴重的限制了對聚合物分子量的大幅度改變。要降低低分子量可以無需改變聚合速而用加入鏈轉移劑來完成，但要大幅度提高分子量，只能通過降低引發(fā)劑濃度或反應溫度來實現從而降低聚合物反應速率來實現，而乳液聚合卻不同，它提供了一個提高聚合物分子量而不降低聚合速率的獨特方法。乳液聚合主要優(yōu)點有：1、聚合反應可在較低溫度下進行，并能同時獲得高聚合速率和高分子量；2、以水為介質，比熱容大，體系黏度小，有利于散熱；3、乳液產品（稱膠乳）可以直接作膠粘劑和表面處理劑加以使用，而沒有易燃及污染環(huán)境等問題。乳液聚

13、合主要缺點有：1、聚合物以固體使用時，需要加破乳劑，會產生大量廢水，而且要洗滌、脫水、干燥； 2、工序多，生產成本比懸浮聚合高；3、產物中雜質含量較高。鑒于上述依據本項目擬采用乳液聚合法生產工藝生產丙烯酸酯橡膠。 該法是目前生產ACM主要方法，主要由于該工藝設備簡單，易于實施；另外一方面ACM目前主要用于高溫耐油密封制品，不要求有過高的低溫屈撓性能，如果期望低溫耐油性能，可以通過低溫耐油單體的分子內增塑來實現。乳聚法合成ACM體系中，乳化體系和用量將影響聚合過程中的穩(wěn)定性、最終轉化率、分子量分布、生膠加工性能甚至硫化膠的物性，因此要加入許多助劑，如乳化劑、引發(fā)劑、分子量調節(jié)劑和凝聚劑等。一般選

14、用陰離子或陰離子和非離子復合型乳化劑如十二烷基磺酸鈉；油溶性引發(fā)劑異丙苯過氧化氫，水溶性引發(fā)劑過硫酸鹽、過氧化氫和叔丁基過氧化氫等；選用叔十二烷基硫醇或二硫化烷基黃原酸酯做分子量調節(jié)劑等。聚合溫度一般在50100，可以通過冷凝回流或逐漸添加單體的方式除去聚合熱，以控制聚合速度，減少單位時間發(fā)熱量。乳液聚合從水中分離出聚合物需要增加鹽析工序，因此需要添加鹽析劑，一般選用NaCl、CaCl2等鹽類，也可選用HCl、H2SO2等酸類，工業(yè)上常選用CaCl2作鹽析劑。鹽析時候可用聚丙烯酸鈉、聚乙烯醇等作保護劑，以防止膠粒粘結成團，鹽析后可用氫氧化鈉溶液從膠中洗提出乳化劑，使得生膠易于硫化。另外乳聚法A

15、CM的干燥方式，不同公司也會選用不同方式，如美國氰特公司、日本瑞翁公司采用擠出干燥工藝，日本東亞油漆公司則為烘干產品。1.6.2設備方案。該項目主要生產設備為聚合釜、過濾器、釜等大型設備以及各類機泵、各種儀表等。17聚合反應機理及影響反應的因素1.7.1聚合反應機理因為其是線性飽和的無定形共聚物，故其采用乳液聚合按自由基機理聚合而成。聚合過程中的幾個特點予以說明:1.因為是乙烯基型單體共聚物，主鏈是飽和的，基本上無支化和交聯的問題，故聚合轉化率可高達98%。2.共聚單體的競聚率若相差很大，高轉化率時，共聚物組成的均勻性必須考慮與控制。3.酯類單體在聚合過程中會水解，為此必須保持聚合體系的PH值

16、，以減少水解反應，常加入四硼酸鈉緩沖劑來穩(wěn)定酸度。1.7.2影響聚合反應的因素A:基本組分的影響;單體丙烯酸酯聚合物通常是將幾種丙烯酸酯單體共聚形成的共聚物，單體組成決定著聚合物的物理、化學及機械性能。合成丙烯酸酯共聚物的單體有黏性單體(軟單體)、內聚單體(硬單體)和改性單體(官能團單體)三類。其中黏性單體貢獻黏附性和柔軟性，常見的有丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯，丙烯酸2一乙基己酯等。內聚單體貢獻內聚力和強 度，常見的有(甲基)丙烯酸甲酯，苯乙烯，醋酸乙烯酯等。改性單體(帶有如環(huán)氧基等活性基團)的引入可賦予聚合物膜一些特殊的反應特性，常見的有(甲基)丙烯酸，(甲基)丙烯酸羥乙酯，甲基丙烯酸縮水甘油酯

17、，N一羥甲基丙烯酰胺等。乳化劑 丙烯酸酯乳液聚合中乳化劑的作用主要表現在聚合前形成增溶膠束，聚合中和聚合后使乳膠粒穩(wěn)定。丙烯酸酯乳液聚合通常采用陰離子和非離子型乳化劑的復配體系，制得的產物兼有粒細、低泡和穩(wěn)定的特點，用量通常是單體總量的24。隨乳化劑用量的增加，聚合穩(wěn)定性增加，但聚合物的分子量、沉淀率、耐水性和剝離強度均有所下降，而太多會使乳液粒子大小不一，膠膜耐水性差，使用性能大為下降。乳化溫度一般控制在陰離子乳化劑的三相平衡點以上、非離子乳化劑的濁點以下，陰離子和非離子型乳化劑復配使用時三相平衡點和濁點都會有所偏離 ，一般在4o50C，乳化25rain以上可形成穩(wěn)定的預乳液。對機械穩(wěn)定性不

18、好的乳液，應加大陰離子型乳化劑的用量，對化學穩(wěn)定不好的乳液則需增加非離子型乳化劑的用量。引發(fā)劑 丙烯酸酯類乳液聚合體系中的引發(fā)劑多為過硫酸銨、過硫酸鉀及過硫酸鈉等水溶性過硫酸鹽，一 般用單體總量的02o8。隨引發(fā)劑用量的增加，聚合速率和轉化率增加，聚合物分子量乳液穩(wěn)定性、膠膜的剝離強度、內聚力和耐水性下降；引發(fā)劑用量過少，不易引發(fā)聚合，反應緩慢。用量為0204時，制備的丙烯酸酯乳液呈蘭色、粒度小，乳液的穩(wěn)定性好。引發(fā)劑滴加速度原則上應與單體滴加速度一致，一般以20打底 20用于追加引發(fā)。 分散介質一水乳液聚合應采用去離子水或蒸餾水，一般占單體總量的5070，用水量太大，會影響設備利用率，降低生

19、產效率；用水量太小，乳液濃度高，乳液不穩(wěn)定，且體系黏度大，影響體系的傳熱效率鏈轉移劑和pH值調節(jié)劑及其它助劑鏈轉移劑可有效地控制聚合物分子量，使聚合物的分子量降低，對聚合速率影響不大。常采用十二烷基硫醇為鏈轉移劑，用量為單體總量的10 30 。pH調節(jié)劑又稱緩沖劑，目的是維持反應系統(tǒng)的pH在一定的范圍內，一般選擇磷酸氫二鈉、碳酸氫鈉和醋酸鈉等，用量為03 156J。乳液聚合中有時還引入聚乙烯醇和羥乙基纖維素等保護膠，以使膠體穩(wěn)定，減小乳液流變時的剪切力。B：其他因素的影響反應溫度引發(fā)劑濃度一定時，溫度升高，聚合速率增大，聚合物平均分子量降低。對水溶性小的單體自由基擴散速率增大，導致膠束成核速率

20、增大，乳膠粒數 目增多，粒徑減少；對水溶性大的單體，在水相中的鏈增長速率增大，從而形成更多的低聚物，也使乳膠粒數目增多，粒徑減少。同時反應溫度升高，會導致乳液穩(wěn)定性下降。乳液聚合丙烯酸酯共聚溫度一般為混合單體一 水的共沸回流溫度，一般在7590度變動；當有可交聯單體參與共聚時一般控制在7585度接近聚合終點時溫度可升至9095度。攪拌強度對丙烯酸酯乳液聚合來說，應采用適當的攪拌速度，一般為lO0400rminL7。攪拌強度不能太高，否則會使乳膠粒數目減少，乳膠粒直徑增大和聚合速率降低，同時會使乳液產生凝膠，甚至導致破乳。此外，攪拌器葉輪的直徑也影響著單體的分散程度。加料方式丙烯酸酯乳液聚合的加

21、料方式有間歇加料、半連續(xù)加料和預乳液滴加等方式。間歇加料法由于單體濃度大，易產生自動加速效應而發(fā)生沖料現象，聚合穩(wěn)定性差；半連續(xù)加料法和預乳液滴加法因聚合速度易控制，反應平穩(wěn)，且聚合物組成均勻易控。2生產方法與工藝流程2.1 生產方法 選擇生產工藝路線就是指選擇生產方法。生產方法就是指在化工生產過程中使用何種原料、根據何種原理、選擇實施何種方法，通過何種操作過程實現從原料變?yōu)楫a品的方法。本項目基本工藝由原材料的配制、聚合、脫單體、后處理和成品包裝等工序?；窘M分是：單體、乳化劑、反應介質水、引發(fā)劑和分子量調節(jié)劑等。2.1.1 原料選擇：該項目選用的原料主要單體為：丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯。2

22、.1.2 聚合機理：因為其是線性飽和的無定形共聚物，故其采用乳液聚合按自由基機理聚合而成2.1.3 實施方法：本項目擬采用乳液聚合（單體被乳化劑以乳液狀態(tài)分散在水介質中的聚合反應稱為乳液聚合。）2.1.4 操作過程：采用間歇式乳液聚合生產法 將反應物按比例分批加入反應器中，反應達到一定轉化率后，停止反應，取出全部產物。2.2 聚合工藝條件2.2.1單體的選擇：丙烯酸乙酯賦予乳液聚合物以耐水性、粘附性、柔韌性、透明性及抗污染性。甲基丙烯酸甲酯賦予乳液聚合物以耐久性、硬度、保光保色性及耐水性。2.2.2引發(fā)劑的選擇 引發(fā)劑是乳液聚合配方的重要組成部分，引發(fā)劑種類和用量直接關系到反應速率。聚合物乳液

23、的穩(wěn)定性及產品的質量。因此正確選擇引發(fā)劑也是進行乳液聚合配方設計很重要的問題。根據反應體系不同可采用水溶性和油溶性引發(fā)劑也可按自由基生成機理選用熱引發(fā)劑. 過氧化氫是最簡單的過氧化物，但他需要很高的活化能，約220kJ/mol才能均裂分解反應，實際溫度在100以上。因此，一般不單獨用作引發(fā)劑。乳液聚合所采用的大多是水溶性引發(fā)劑。水溶性較好的一般為無機過氧化物。例如過硫酸銨、過硫酸鉀。他們的使用溫度是6090.在過硫酸鹽中，以過硫酸銨為引發(fā)劑，所得乳液耐水性較好，所以使用最廣泛。過硫酸銨在水中溶解度最?。?%4%），價格最低。所以我們選用過硫酸銨作為引發(fā)劑。引發(fā)劑用量一般控制為單體總量的0.1%

24、2%之間。在此我們取其量為0.3%。2.2.3乳化劑的選擇表2.1 乳化劑的分類根據離子類型分類根據親水基種類的分類根據離子類型分類根據親水基種類分類陰離子乳化劑羧酸鹽 RCOOM硫酸鹽 ROSO3M磺酸鹽 RSO3M磷酸鹽 RO PO(OM)2兩性乳化劑氨基酸型丙胺鹽型 陽離子乳化劑胺鹽非離子型乳化劑聚乙二醇型 多元醇型選擇合理的乳化劑，優(yōu)化其用量，并確定適宜加入方式，是獲得優(yōu)質乳液的前提條件之一。（1）所選乳化劑的HLB值應和乳液聚合體系相匹配。下表是不同乳液聚合體系與乳化劑HLB的相關值。表2.2 不同乳液聚合體系與乳化劑HLB的相關值乳液聚合體系溫度/HLB值乳液聚合體系溫度/HLB值

25、聚丙烯酸乙酯聚丙烯酸乙酯甲基丙烯酸甲酯406013.715.512.113.7丙烯酸丁酯丙烯酸丁酯聚甲基丙烯酸甲酯406014.515.512.013.1HLB就是用來衡量乳化劑分子中親水部分和親油部分對其性質所做貢獻的小的物理量。每一種乳化劑都具有某一特定的HLB值，對于大多數乳化劑來說，其HLB值落在140之間。且HLB值越高表明親水性越大。 十二烷基硫酸鈉的HLB=40. 綜合考慮我們選擇十二烷基硫酸鈉作為乳化劑。2.2.4分散介質的選擇 絕大多數的正相乳液聚合以水為分散介質。水便宜，易得，沒有燃燒，爆炸和中毒的危險，也不會造成環(huán)境污染，引起公害。進行乳液聚合對水的要求很苛刻，天然水和自

26、來水均不能滿足要求，水中所含的金屬離子，尤其是鈣、鎂、鐵、錢。等的高價金屬離子會嚴重影響聚合物乳液的穩(wěn)定性.所以進行乳液聚合應當用蒸餾水或去離子水，水的導電值應在10mS。2.2.5其他介質的選擇分子量調節(jié)劑 是一類高活性物質，他很容易和自由基發(fā)生鏈轉移反應，使活性鏈終止，而調節(jié)劑本身則形成一個新的自由基。這種自由基，仍然有引發(fā)活性，過加入調節(jié)劑可以降低聚合物分子量，而不影響聚合反應速率。一般選擇 硫醇及其衍生物。在此選擇十二烷基硫醇作為分子量調節(jié)劑，用量2.0%。 pH調節(jié)劑選擇氨水。2.2.6聚合溫度和壓力 聚合溫度：乳液聚合丙烯酸酯共聚溫度一般為混合單體及水的共沸回流溫度。一般在75-9

27、0度變動，當有可交聯單體參與共聚時，一般控制在75-80度，接近聚合終點時溫度可升至90-95度。 聚合壓力 ： 常壓。2.2.7 所選物料物理性質a. 收集物性數據1. 丙烯酸乙酯：CH2=CHCOOCH2CH3物性：無色液體 易揮發(fā) 易燃 相對密度0.9234.熔點72.沸點99.8. 43(13.7KPa) 閃點15 蒸汽壓（20）3.93KPa 汽化熱0.35KJ/g.比熱容1.97J/g. 與乙醇乙醚混溶，溶氯仿稍溶于水。 毒性及防護：對眼黏膜皮膚有較強程度的刺激作用。車間應通風，設備應密閉，操作員應穿戴防護用具。2. 甲基丙烯酸甲酯：CH2=C(CH3)COOCH3 物化性質：無色

28、液體，易燃易揮發(fā)，相對密度0.9440.熔點-48，沸點100-101.蒸汽壓25.5 5.33KPa ,溶于乙醇，乙醚，丙酮等有機溶劑中，微溶于乙醇和水，在光熱電離輻射和催化劑存在下易聚合。 毒性：毒性較小，當濃度尚未達到產生毒性之前，其強烈的臭味易使人難受。人體皮膚接觸甲基丙烯酸甲酯有少數人會出現紅疹。 包裝及貯存|：鍍鋅鐵桶或者鋁桶，貯存于陰涼通風的專用倉庫，遠離火種，熱源，避免陽光直射。3. 十二烷基硫酸鈉：C12H25OSO3Na物化性質：淺黃色透明液體，可溶于水，具有豐富的泡沫性和優(yōu)良的洗滌性能，手感溫和，生物降解性好。包裝及貯存：塑料桶裝或內襯塑料鐵桶裝，貯存于陰涼干燥處。4.

29、十二烷基硫醇：C12H26S物化性質：密度0.845，熔點-7，沸點266283，折射率1.4581.48，閃點87.包裝：用內部有涂層的金屬桶裝。5.過硫酸銨：（NH4）2S2O8物化性質：無色單斜晶體，有潮解性，在120分解放出氧并生成焦硫酸鹽，熔點120（分解），沸點120.相對密度1.982.相對蒸氣密度7.9易溶于水。存貯：避免接觸潮濕空氣。2.3 工藝流程：間歇式乳液聚合基本工藝是，在裝有攪拌機、冷卻系統(tǒng)、溫度計及進料泵的反應釜中加入一定量去離子水和乳化劑等，升溫至一定溫度。從乳化罐加入部分乳化單體和引發(fā)劑罐加入部分引發(fā)劑引發(fā)聚合，反應一段時間后 ，滴加剩余乳化單體及引發(fā)劑溶液。滴

30、加結束后，保溫，冷卻降溫，用氨水調節(jié)pH值，隨后同時加入防菌劑、穩(wěn)定劑和消泡劑，最后出料，過濾、包裝。乳化劑丙烯酸乙酯乳膠液乳液聚合間歇法水引發(fā)劑分子量調節(jié)劑分離丙烯酸酯橡膠干燥凝聚水凝聚劑工藝流程簡述：乳液聚合的過程：按工藝配方將乳化劑溶于去離子水中，在強烈攪拌下、加入混合單體，制備穩(wěn)定的單體乳化液。通過泵10將去離子水打入反應釜12中，再通過泵11打自來水到聚合釜12加熱套中，用水浴加熱反應釜12。（循環(huán)水可作為員工洗浴用水）升溫至8081C，再將20%的引發(fā)劑溶液加入反應釜12中，約10分鐘后，加入5%的單體預乳化液。引發(fā)開始后，溫度自動上升。待放熱反應逐漸平穩(wěn)，開始分別滴加剩余的單體預

31、乳化液和引發(fā)劑溶液，滴加速度以保持反應溫度在8285。約3小時滴加完成。保溫一小時后，將菊和乳液專至調節(jié)釜13。待溫度降至45 左右。用氨水調pH值至78。同時加入穩(wěn)定劑、消泡劑、防菌劑。最后出料工藝流程簡圖：2.4工藝參數：2.4.1工藝配方（質量分數）表2.3工藝配方組分用量/份反應釜配料去離子水過硫酸銨十二烷基硫醇氨水十二萬基硫酸鈉1200.6416引發(fā)劑溶液去離子水過硫酸銨720.6乳化單體去離子水十二烷基硫酸鈉甲基丙烯酸甲酯丙烯酸丁酯4841001002.4.2主要單體參數表2.4主要單體參數單體名稱相對分子質量沸點/相對密度d(25)折射率玻璃化溫度Tg/K丙烯酸乙酯10099.8

32、0.92341.4238405甲基丙烯酸甲酯100.121010.9401.4118378甲基丙烯酸86.091631.0151.42884582.4.3 主要工藝參數 a. 聚合聚合溫度 7080C聚合壓力 常壓聚合時間 2-3h轉化率 95損失率 2 b. 堿處理 用氨水中和 pH=782.4.4產品技術參數表2.5丙烯酸酯橡膠國家標準型號AR-100AR-300門尼粘度30-5030-50灰分/%0.80.8揮發(fā)物/%0.80.8硬度（紹爾A）/度50-9550-95拉伸強度/MPa8-158-15扯斷伸長率/%150-500150-5001標油體積變化率(15070h)/% 5103標

33、油體積變化率(15070h)/%1825 壓變（B法25%15070h）/%5050脆性溫度/約-15約-302.5 主要設備控制方案2.5.1 反應器的溫度控制反應溫度的控制主要是通過與夾套內循環(huán)水進行熱量交換來實現的。不同的聚合反應器，聚合反應機理不同、操作方式不同、溫度控制不同、傳熱介質、傳熱方向及控制特點的不同，如連鎖聚合反應溫度較低，多為放熱反應，反應速率極快，所以反應過程中撤熱必須及時，否則易發(fā)生爆聚。而縮聚反應反應熱效應小，由于反應溫度較高，所以大多需要供熱，反應速率比較平穩(wěn)，傳熱速率也比較平穩(wěn)。連續(xù)操作反應溫度控制必須平穩(wěn)，抗外界干擾能力要強。而間歇操作反應溫度要盡量按預定要求

34、控制，允許有小量的波動。恒溫反應過程，反映前期速率較快，傳熱速率快，反應溫度不易控制。而變溫反應過程，反應速率在一定時間內比較平穩(wěn)，傳熱速率也比較平穩(wěn)，反應溫度易控制。在乳液聚合間歇操作溫度采用分程控制，可以避免傳熱滯后的現象發(fā)生，有利于實現預定的反應溫度控制曲線。2.5.2 反應器的壓力控制一般采用常壓間歇聚合反應過程中反應壓力應逐漸降低，特別是低真空度階段反應器壓力降低的速度不能太快，否則會把低聚物帶出，使冷凝器及管道堵塞。2.5.3 反應器液位的控制（進料時打開進料泵，物料到達預定液位時，關閉進料泵）在間歇操作過程中，反應器的液位是通過每批加料量來決定的。2.5.4 泵的控制 （直接流量

35、調節(jié)）泵的控制有兩一是直接流量調節(jié)，二是旁路流量調節(jié)。A：直接流量調節(jié)。流量計及調節(jié)閥安裝在輸出管道上，流量計在前，調節(jié)閥在后，通過調節(jié)閥調節(jié)閥門的開啟度，調節(jié)管路中流體流量的大小，該控制方案簡單易操作。B：旁路流量調節(jié)。調節(jié)閥設在循環(huán)旁路管道上，流量計設在輸出管道上，泵的流量是固定的，通過調節(jié)循環(huán)旁路中閥門的開啟度，調節(jié)旁路中流體流量的大小，間接控制主路中的流體流量。由此可見直接流量調節(jié)控制方案簡單，易操作。所以在選擇時采用直接流量調節(jié)。3物料衡算及熱量衡算：3.1 物料衡算3.1.1 物料關系示意圖M5M13V101M1M2M3M4M7M10R201M11V102M12M9M6V103V1

36、04M8M1MMA M2丙烯酸乙酯 M3十二烷基硫酸鈉 M4去離子水 M5乳化單體 M6十二硫醇 M7過硫酸銨 M8去離子水 M9引發(fā)劑溶液 M10聚合物乳液 M11PH調節(jié)劑 M12破乳劑 M13丙烯酸膠粒 V101乳化單體與分子量調節(jié)劑罐V102引發(fā)劑罐V103調節(jié)罐R201聚合反應釜3.1.2 所發(fā)生的聚合反應方程式： 3.1.3 收集數據A: 生產規(guī)模 ：1萬噸年B: 生產時間 ：330d年 采用間歇操作 因為反應時間約為3小時 輔助時間 45min 所以每天生產批次為：24（3+4560） 6（B） 由于在生產中每批引發(fā)劑用量較少 ， 所以引發(fā)劑每天配置一次即可.C技術指標： 聚合物

37、損失率：2產品質量 引發(fā)劑： 0.3單體用量 分散介質： 1：1單體用量 乳化劑用量： 3單體用量 引發(fā)劑濃度： 約1.5 氨水： 1.0單體質量 助劑： 3.0單體質量 分子量調節(jié)劑(十二烷基硫醇)：2.0單體質量D確定計算順序 由于產物與原料之間的化學計量關系比較簡單，且整個工藝過程比較簡單。容易得到產量與單體原料投料量之間的比例關系，所以采用順流程的計算順序。3.1.4確定主要原料投料數量 該生產裝置 1000t 年開工330d 每天24h 生產6批 后處理過程中聚合物損失率2. 所以每批生產聚合物數量為 ： 10000103（33060.98）=5153.58kgB(1) 引發(fā)劑（0.

38、3單體質量）全部結合到聚合物中。(2) 單體100轉化為聚合物。且單體相對分子質量與聚合物結構單元相對分子質量相同(3) 丙烯酸乙酯相對分子質量：單體平均相對分子質量是（10050+10050） =100 因為引發(fā)劑 乳化劑 分子量調節(jié)劑 分散介質 助劑等都在聚合釜中 所以單體投料量=5153.8（1+1+0.003+0.03+0.015+0.01+0.03+0.02）=2444.77kgB 3.1.5 順流程設備進行計算 a. V101(乳化單體調配罐)=2444.7750=1222.39kgB M1（丙烯酸乙酯投料量）=1222.39kgB M2 (甲基丙烯酸甲酯投料量)= 1222.39

39、kgB M3 (去離子水)= 2444.7740=977.91kgB M4(十二烷基硫酸鈉)= 2444.773=73.34kgB M4(十二烷基硫醇鏈轉移劑)=2444.772.0=48.90kgB M5(乳化劑單體溶液)=M1+M2+M3+M4|+M4=2444.77+977.91+73.34=448.90=3544.92kg/Bb. 引發(fā)劑單體調配罐的物料衡算 : M7(去離子水)=2444.77x60=1466.86kg/B M6(過硫酸銨)=x(1466.86+x)100=1.5 x=23.34kgB M8（引發(fā)劑溶液）=M6+M7=1489.2KG/Bc. 反應聚合釜的物料衡算:

40、M8(引發(fā)劑溶液)=1489.2KG/B M5(0乳化聚合物)=3544.92KG/B 聚合物乳液M9=M8+M5=1489.2+3544.92=5034.12KG/Bd. M10(助劑)=2444.77*0.03=73.34KG/B M11(氨水)=2444.77*0.01=24.45KG/B 聚合物膠液：5034.12+73.34+24.45=5131.91KG/B 表3.1 丙烯酸酯橡膠乳液聚合間歇操作物料衡算表物料號甲基丙烯酸甲酯丙烯酸乙酯十二烷基硫醇過硫酸銨去離子水助劑氨水十二烷基硫酸鈉聚合物合計M11222.39M21222.39M3977.91M473.34M448.90M535

41、44.92M622.34M71466.86M81489.20M95034.12M1073.34M1124.45M125131.913.2熱量衡算：3.2.1.收集數據 反應溫度：80 基準溫度0 壓力：常壓（101.3251KPa）3.2.2.熱量計算Q7=Q1+Q2+Q3+Q4 Q7設備或系統(tǒng)內物料與外界交換熱量之和 Q1由于物料溫度變化，系統(tǒng)與外部交換的熱量 Q3由于設備溫度改變系統(tǒng)與外界交換的熱量 Q4設備向外界環(huán)境散失的熱量 Cp(水)=4.2J/(G ) Cp(丙烯酸乙酯)=1.97J/(g ) Cp(甲基丙烯酸甲酯)=1.99 J/(g ) Cp（十二烷基硫醇）=2.45 J/(g

42、 ) Cp（十二烷基硫酸鈉）=2.49 J/(g ) Cp（過硫酸銨）=2.51 J/(g ) H2=86.7KJ/mol 基準溫度為0。（1）Q1 :Cp(混)=100/（1002+120+0.6+4+1+6）1.97+100/331.6+6/331.6 2.49+4/331.62.45+0.6/331.62.51+120/331.64.2=0.59+0.60+0.0045+0.030+0.0045+1.5199=2.79 J/(g )Q1=W*C*t=5153.582.79(80-0)=1.15103（2）Q2=W/MHrX=5153.58kg/100kg.mol-110-386.7kJ/

43、mol0.95=4244.74KJ=4.210 3KJ（3）設設備的溫度沒有發(fā)生變化。所以Q3=0（4） Q4=3.6si ai(Ti-T0)在圓管或圓管保溫層外T w 設備溫度 T0室溫20aT=9.80.052(Tw-To)=9.80.052(80-20)=12.82W/m2Si=19. 釜體表面積計算： 封頭表面積：21.0832=1.0831.93622=8.12 m2 釜體表面積： 釜體的總表面積為：8.12+11.4=19.5Q4=3.6Siai(Ti-T0)aT=12.92 W/.Si=19.5Ti=80 T0=20Q4=3.619.512.9260=54419.04 KJ綜上所

44、述 QT=Q1+Q2+Q3+Q4=1.15103KJ+4.2103KJ54419.04KJ4設備工藝計算化工設備是進行化工生產過程的物質基礎，他對裝置的生產能力，操作過程穩(wěn)定性和可靠性，產品質量等都起著重要的作用。因此設備工藝計算是工藝設計中的重要環(huán)節(jié)。4.1 反應聚合釜的設計4.1.1釜體的設計 1根據年生產量確定日生產量wd.kg.d-1 Wd=10000103/3300.95=31897.93kg/B2. 確定生產周期和每天生產批數 vT=vR+va=3h+45/60h=3.75h a=24/G=24/3.75=6.4B6B 由于在反應時間取值時，取得是范圍內的最大值，所以近似取6B/天

45、。3.選擇反應器裝料系數 a=0.754.計算反應體積及臺數 VR=Wd*vT/em*24=Wd/ emd em=100/2060.9234+100/1060.940+6/2061.015=0.934g/cm3 VR=31897.93/(9346)=5.7m3 所以反應器的總體積為 VT=VR/=5.7/0.75=7.6m3綜上所述，選擇反應器的體積為7.6 m3的一臺釜。4.1.2 釜體外形尺寸的設計a.確定封頭型式表4.1 標準橢圓封頭對于攪拌釜反應器 我們選擇標準橢圓封頭來計算：標準橢圓封頭封頭高度（h）封頭側面積（s）封頭體積*（v）0.25D1.083D20.131D3表4.2 標準

46、橢圓直邊、高度、與直徑的關系設備直徑/mm300，350400，45050022002200320073200直邊高度/mm25525,4025,40,5040,5050因為H/D=1.52 h為釜體直邊高度 H為反應釜總高度則 H=h+2*h封=h+Dh=1.5D若取H/D=1.5 則有h=D VT=D2h/4+0.131D3*2=1.047 D3D=(VT/1.047)-1/3=1.0936m雖然反應器屬于非標準設備，但用于制造反應器的上下封頭仍采用標準封頭。因H/D取得較小，所以此處按公稱尺寸選定釜體直徑為1.9M. 釜體的直邊高度： h=VT-2*V封/0.785D2=7.6-2*0.

47、131*1.93/0.785*1.92=2.048 M 釜體的實際高度: H=h+2*h封=2.048+2*1.9/4=3.0 M 封頭表面積： 2*1.083 D2=1.083*1.9362*2=8.12 釜體表面積： dh=1.9*2*3=11.4 釜體的總表面積：8.12+11.4=19.5根據表取封頭直邊高度為50mm, 釜體圓形直筒部分高度=2.048-2*0.05=1.948m綜上所述，封頭直邊高度為50mm的標準橢圓封頭。b. 封頭與釜體的連接方式選擇：由于反應釜直徑為1.9m，直徑較小，采用法蘭連接這樣便于拆封處理。4.1.3攪拌裝置的設計攪拌反應器中的攪拌器通常由攪拌槳葉和攪拌軸等組成，通常攪拌器的旋轉流體輸入機械能，從而使流體產生流動。流體在流動過程中進行動量熱量質量傳遞及化學反應。 在此我們根據反應條件選擇平葉漿式攪拌。其中設計參數如下： Z=24 d/D=0.250.5 b/d=0.10.25 C/d=0.50.75 V