懸浮法生產(chǎn)聚苯乙烯

高分子合成工藝設(shè)計(jì)說明書院、部：材料與化學(xué)工程學(xué)院學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：羅建新職稱講師專業(yè)：高分子材料與工程學(xué)院班級(jí)：1001班完成時(shí)間： 2013年6月2日摘要可發(fā)性聚苯乙烯（ExpandablePolyStyrene,簡(jiǎn)稱EPS）通稱聚苯乙烯和苯乙烯系共聚物，是一種樹脂與物理性發(fā)泡劑和其它添加劑的混合物。最常見的可發(fā)性聚苯乙烯是含有作為發(fā)泡劑的戊烷的透明PS粒料?？砂l(fā)性聚苯乙烯聚合工段工藝設(shè)計(jì)，反應(yīng)機(jī)理是自由基聚合，采用懸浮聚合工藝，以苯乙烯為單體，水做懸浮介質(zhì)，采用低溫懸浮聚合一步法生產(chǎn)工藝。此方法是將苯乙烯單體、引發(fā)劑、分散劑、水、發(fā)泡劑和其他助劑一起加入反應(yīng)釜內(nèi)，聚合后得含發(fā)泡劑的樹脂顆粒,經(jīng)洗滌、離心分離和干燥，制得可發(fā)性聚苯乙烯珠粒產(chǎn)品；針對(duì)聚合反應(yīng)釜進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算，在此基礎(chǔ)上通過分析工藝流程，選擇出了工藝設(shè)備并計(jì)算，繪制了帶控制點(diǎn)的流程圖、并編制了設(shè)計(jì)說明書和計(jì)算書。關(guān)鍵詞：可發(fā)性聚苯乙烯；懸浮聚合；物料衡算；工藝設(shè)計(jì)AbstractExpandablePolystyrene(ExpandablePolyStyrene,referredtoasEPS)commonlyknownastheDepartmentofpolystyreneandstyrenecopolymerisakindofmixturewithresinthephysicalblowingagentandotheradditivesmixture.Themostcommonistobemadeofpolystyrenewithn-pentaneasablowingagentaggregatesoftransparentPS.Thedesignisaboutofpolystyrenepolymerizationprocesssectionthattheannualproductioncapacityis32000tons,Thereactionmechanismisfreeradicalpolymerization,suspensionpolymerizationprocessusedstyreneasmonomer,watersuspensionmediumdoneusingone-stepproductionoflow-temperaturesuspensionpolymerizationprocess.Thismethodisaddingstyrenemonomer,initiator,dispersingagent,water,blowingagentandotherauxiliariestoreactor,thepolymercontainingafoamingagent,aftertheresinparticlesbywashing,centrifugalseparationanddrying,thesystemmaybemadeofpolystyrenebeadsproducts;mainlycontraposethepolymerizationreactorcarriedoutformaterialbalance,heatbalance,inthisbasedontheanalysisprocesstoselectoutoftheprocessequipmentandcalculateanddrawtheflowchartwithcontrolpoints.Andthepreparationofthedesignspecificationsandcalculationsofthebook.KeyWords：expandablepolyStyrene；suspensiontechnique；craftcalculation；technologicaldesign目錄第一章緒論TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1.1聚苯乙烯簡(jiǎn)介 6\o"CurrentDocument"1.2聚苯乙烯的基本物性 81.3國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展前景第二章工藝流程和方案的說明及論證2.2發(fā)泡聚苯乙烯技術(shù)工藝比較2.2.1塔式本體聚合技術(shù)⑶ 92.2.2添加少量溶劑的單釜連續(xù)本體聚合技術(shù) 102.3苯乙烯的懸浮聚合⑷ 112.4苯乙烯種子法懸浮聚合 122.5發(fā)泡聚苯乙烯生產(chǎn)工藝 .13一步法聚合工藝 15二步法聚合工藝 16-步法工藝與二步法工藝的比較[6] 172.5.4可發(fā)性聚苯乙烯基本性能 182.5.5生產(chǎn)原理及工藝流程 錯(cuò)誤!未定義書簽。92.5.5.1生產(chǎn)原理 202.5.5.2生產(chǎn)流程 錯(cuò)誤!未定義書簽。第三章物料衡算 錯(cuò)誤!未定義書簽。3.1計(jì)算依據(jù) 錯(cuò)誤!未定義書簽。3.2聚合工段物料衡算 錯(cuò)誤!未定義書簽。3.2.1進(jìn)料階段 錯(cuò)誤!未定義書簽。3.2.2出料階段 錯(cuò)誤!未定義書簽。TOC\o"1-5"\h\z第四章熱量衡算 244.1顯熱計(jì)算 244.2聚合熱 254.2.1聚合釜的攪拌熱…. 264.2.2熱量損失 264.3蒸汽的用量 264.4冷卻水的用量 27第五章聚合釜及各設(shè)備選型 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1聚合釜的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1.1聚合釜基本數(shù)據(jù) 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1.2聚合釜容積確定 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1.3聚合釜的選型原則 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1.4釜的選擇 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1.5聚合釜攪拌器的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.2泵的設(shè)計(jì)5.2.1計(jì)算依據(jù) 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.2.2管內(nèi)流速的計(jì)算 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.2.3直管阻力和局部阻力損失的計(jì)算 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.2.4確定泵軸功率 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.2.5泵的選型[10] 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.3換熱器的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.3.1設(shè)計(jì)依據(jù) 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.3.2計(jì)算總傳熱系數(shù) 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.3.3計(jì)算傳熱面積 錯(cuò)誤!未定義書簽。5.3.4工藝結(jié)構(gòu)尺寸 錯(cuò)誤!未定義書簽。第六章結(jié)論參考文獻(xiàn)致謝附錄懸浮法生產(chǎn)聚苯乙烯第一章緒論1.1聚苯乙烯簡(jiǎn)介聚苯乙烯是指由苯乙烯單體經(jīng)自由基縮聚反應(yīng)合成的聚合物，英文名稱為Polystyrene,簡(jiǎn)稱PS。它是一種無色透明的熱塑性塑料，具有高于攝氏100度的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，因此經(jīng)常被用來制作各種需要承受開水的溫度的一次性容器，以及一次性泡沫飯盒等。1949年，德國(guó)的巴斯夫公司發(fā)明了一種被稱為可發(fā)性聚苯乙烯（EPS,expandablepolystyrene）的材料。這種材料具有特別多的優(yōu)點(diǎn)，如吸水率較小，熱傳導(dǎo)率低、隔音性能優(yōu)越、防潮、抗震且具有良好的電絕緣性能等。這種材料的加工成型工藝簡(jiǎn)單，具有較大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。聚苯乙烯材料最先被瑞典政府用于大規(guī)模的救生圈商業(yè)化生產(chǎn)中。此后由于其各種優(yōu)良的性能，在汽車、火車、冷藏、建筑、船舶等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，主要用于隔熱防煙材料和抗震材料，同時(shí)也被廣泛用作包裝材料。發(fā)泡聚苯乙烯又稱可發(fā)性聚苯乙烯，英文名expandablepolystyrene簡(jiǎn)稱EPS。指含有發(fā)泡劑、一旦受熱能立即發(fā)泡膨脹的珠粒狀聚苯乙烯樹脂。是由苯乙烯懸浮聚合，再加入發(fā)泡劑而制得。白色珠狀顆粒，相對(duì)密度1.05。熱導(dǎo)率低，吸水件小。耐沖擊振動(dòng)、隔熱、隔音、防潮、減振。介電性能優(yōu)良。一般粒度10?40目。堆密度0.6。含水0.1%。含揮發(fā)物（主要為發(fā)泡劑）6%-8%。以苯乙烯在發(fā)泡劑（通常使用低沸點(diǎn)烴類）存在下進(jìn)行懸浮聚合而制得。亦可將珠粒聚苯乙烯分散于水中，在一定溫度下攪拌，使發(fā)泡劑與溶脹了的珠粒接觸并滲入其中制得。其結(jié)構(gòu)式為：-CHCH-通常的聚苯乙烯為非晶態(tài)無規(guī)聚合物，具有優(yōu)良的絕熱、絕緣和透明性，長(zhǎng)期使用溫度0?70°C，但脆，低溫易開裂。此外還有全同和間同立構(gòu)聚苯乙烯。全同聚合物有高度結(jié)晶性。聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯，發(fā)泡聚苯乙烯（EPS），高抗沖聚苯乙烯（HIPS）及間規(guī)聚苯乙烯（SPS）。普通聚苯乙烯樹脂為無毒，無臭，無色的透明顆粒，似玻璃狀脆性材料，其制品具有極高的透明度，透光率可達(dá)90%以上，電絕緣性能好，易著色，加工流動(dòng)性好，剛性好及耐化學(xué)腐蝕性好等。普通聚苯乙烯的不足之處在于性脆，沖擊強(qiáng)度低，易出現(xiàn)應(yīng)力開裂，耐熱性差及不耐沸水等。聚苯乙烯（PS）是一種熱塑性樹脂，由于其價(jià)格低廉且易加工成型，因此得以廣泛應(yīng)用。聚苯乙烯有均聚物（透明粒料）或增韌接枝共聚物或與彈性體的共混體（抗沖擊聚苯乙烯IPS）形式。聚苯乙烯共聚物在物理性能和熱性能上比均聚物有所提高。這幾類聚苯乙烯有多種品級(jí)，如標(biāo)準(zhǔn)IPS和標(biāo)準(zhǔn)透明品級(jí)、抗環(huán)境應(yīng)力開裂品級(jí)（ESCR）、耐紫外線級(jí)。阻燃級(jí)、耐磨級(jí)、制輕質(zhì)制件的高撓性品級(jí)、可發(fā)泡品級(jí)、超初級(jí)以及低殘余揮發(fā)分品級(jí)等。聚苯乙烯樹脂用于制造日常生活中的一次性餐具、汽車部件、包裝材料、玩具、建筑材料、電器和家庭用品等。透明PS粒料它是通過苯乙烯單體的加成聚合反應(yīng)得到的無定形聚合物。無色、透明，光學(xué)性能極好，并有高剛性。性脆易裂、經(jīng)過雙軸拉伸后才較柔軟和有韌性，透明PS的代表性能如下：密度1.05g/cm3拉伸強(qiáng)度48.3MPa.彎曲強(qiáng)度82.7MPa.典型收縮率0.0045in/in熱膨脹系數(shù)5—8X10-5in/（in?°c）伸長(zhǎng)率2—3%維卡軟化點(diǎn)225°F聚苯乙烯本身耐y射線，因此y線照射滅菌對(duì)制品性能沒有影響。聚苯乙烯溶于芳香族溶劑和某些酮類，能溶解于甲基乙基酮。透明PS顆粒的熔體指數(shù)范圍是1—25g/10min或高于25g/10min。它有耐熱高的品級(jí)（維卡軟化點(diǎn)達(dá)223°F），也有殘余單體含量低的品級(jí)。普通聚苯乙烯樹脂屬無定形高分子聚合物，聚苯乙烯大分子鏈的側(cè)基為苯環(huán)，大體積側(cè)基為苯環(huán)的無規(guī)排列決定了聚苯乙烯的物理化學(xué)性質(zhì)，如透明度高.剛度大.玻璃化溫度高，性脆等。可發(fā)性聚苯乙烯為在普通聚苯乙烯中浸漬低沸點(diǎn)的物理發(fā)泡劑制成，加工過程中受熱發(fā)泡，專用于制作泡沫塑料產(chǎn)品。高抗沖聚苯乙烯為苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯為分散相，提高了材料的沖擊強(qiáng)度，但產(chǎn)品不透明。間規(guī)聚苯乙烯為間同結(jié)構(gòu)，采用茂金屬催化劑生產(chǎn)，是近年來發(fā)展的聚苯乙烯新品種，性能好，屬于工程塑料。1.2聚苯乙烯的基本物性基本物理性質(zhì)：比重：1.05克/立方厘米成型收縮率：0.6%—0.8%成型溫度：170°C—250°C物料性能：電絕緣性（尤其高頻絕緣性）優(yōu)良，無色透明，透光率僅次于有機(jī)玻璃，著色性耐水性，化學(xué)穩(wěn)定性良好，強(qiáng)度一般，但質(zhì)脆，易產(chǎn)生應(yīng)力脆裂，不耐苯、汽油等有機(jī)溶劑。適于制作絕緣透明件、裝飾件及化學(xué)儀器、光學(xué)儀器等零件。成型性能：無定形料，吸濕小，不須充分干燥，不易分解，但熱膨脹系數(shù)大，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。流動(dòng)性較好，可用螺桿或柱塞式注射機(jī)成型。宜用高料溫，高模溫，低注射壓力，延長(zhǎng)注射時(shí)間有利于降低內(nèi)應(yīng)力，防止縮孔變形?？捎酶鞣N形式澆口，澆口與塑件圓弧連接，以免去處澆口時(shí)損壞塑件脫模斜度大，頂出均勻塑件壁厚均勻，最好不帶鑲件，如有鑲件應(yīng)預(yù)熱。塑件壁厚均勻，最好不帶嵌件，各面應(yīng)圓弧連接，不宜有缺口、尖角。其他性質(zhì)：PS的分子量過高，加工困難，所以通常聚苯乙烯的分子量為5?20萬。PS的機(jī)械性能，隨溫度升高，剛性（彈性模量、抗拉強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等下降，而斷裂伸長(zhǎng)率較大。PS的透明性好，透光率達(dá)88?92%，僅次于丙烯酸類聚合物，折射率為1.59?1.60。故可用作光學(xué)零件，但它受陽光作用后，易出現(xiàn)發(fā)黃和混濁。PS有主要缺點(diǎn)是性脆和耐熱性低。對(duì)PS進(jìn)行改性，如橡膠改性的高抗沖PS（HIPS）；MMA-丁二烯-苯乙烯（MBS）；A（丙烯臘）B（丁二烯）S，在工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的是ABS塑料。優(yōu)異、持久的隔熱保溫性：擠塑板，導(dǎo)熱系數(shù)為0.028w/mk,具有高熱阻、低線性膨脹率的特性。其導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它的保溫材料如：EPS板、發(fā)泡聚氨酯、保溫砂漿、水泥珍珠巖等。同時(shí)由于苯材料具有穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)，確保本材料保溫性能的持久和穩(wěn)定。1.3國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展前景中國(guó)國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品性能和質(zhì)量較差，不能滿足市場(chǎng)的要求中國(guó)聚苯乙烯產(chǎn)品的質(zhì)量和性能較差，除外資及合資企業(yè)產(chǎn)品外，國(guó)內(nèi)廠商的產(chǎn)品多數(shù)不能滿足電子行業(yè)等用戶對(duì)產(chǎn)品性能和質(zhì)量的要求，難以進(jìn)入這個(gè)龐大的市場(chǎng)。在聚苯乙烯需求量最大的電子/電器行業(yè)中，進(jìn)口產(chǎn)品占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，國(guó)產(chǎn)樹脂只有少量應(yīng)用，而且只能用于低檔產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)知名電器制造商為了保證其產(chǎn)品質(zhì)量，全部使用進(jìn)口原料或外資合資企業(yè)的產(chǎn)品，連用于防震外包裝的發(fā)泡聚苯乙烯也通常使用進(jìn)口產(chǎn)品或合資企業(yè)的產(chǎn)品進(jìn)入2000年以來，世界聚苯乙烯的消費(fèi)增長(zhǎng)變慢，消費(fèi)量?jī)H比1999年增長(zhǎng)了1.4%，增長(zhǎng)率為近年來的新低。特別是受到亞洲金融危機(jī)的影響，產(chǎn)量減少最多的國(guó)家和地區(qū)也集中在亞洲地域。 2003年世界聚苯乙烯的總生產(chǎn)能力為1426萬噸/年，產(chǎn)量為1080.1萬噸/年，其中北美地區(qū)的生產(chǎn)能力為325.2萬噸/年，約占世界聚苯乙烯總生產(chǎn)能力的 22.8%；產(chǎn)量為251.3萬噸/年，約占世界總產(chǎn)量的23.3%；南美地區(qū)的生產(chǎn)能力為66.6萬噸/年，約占世界總生產(chǎn)能力的4.8%；產(chǎn)量為40.1萬噸/年，約占世界總產(chǎn)量的3.7%；西歐地區(qū)的生產(chǎn)能力為295.4萬噸/年，約占世界總生產(chǎn)能力的20.7%；產(chǎn)量為262.7萬噸/年，約占世界總產(chǎn)量的24.3%；東北亞地區(qū)的生產(chǎn)能力為489.2萬噸/年，約占世界總生產(chǎn)能力的34.3%；產(chǎn)量為373.8萬噸/年，約占世界總產(chǎn)量的34.6%；東南亞地區(qū)的生產(chǎn)能力為97.3萬噸/年，約占世界總生產(chǎn)能力的6.8%；產(chǎn)量為71.5萬噸/年，約占世界總產(chǎn)量的6.6%；其他地區(qū)的生產(chǎn)能力為152.5萬噸/年，約占世界總生產(chǎn)能力的10.7%；產(chǎn)量為80.7萬噸/年，約占世界總產(chǎn)量的7.5%。目前世界上聚苯乙烯的主要生產(chǎn)廠家有美國(guó)的DowChemical、Huntsman、Fina、Mobil、Chevron、Amoco、德國(guó)的BASF、日本的旭化成、三井東壓、三菱化成等。這些公司的聚苯乙烯生產(chǎn)技術(shù)各有特點(diǎn)。歐洲EPS市場(chǎng)在一次晃動(dòng)性的開頭之后，上半年是興旺的。生產(chǎn)廠商和轉(zhuǎn)銷商2002年開始有極少原料，且裝置開工率已收縮為70-75%的低位。不過二季度原料苯乙烯的缺口使EPS供應(yīng)性趨緊°EPS需求也見到季節(jié)性的抬升，也受到買主的更高價(jià)格期待值的促進(jìn)。在夏季的間歇平靜之后，9、10月消費(fèi)量再次回升，但目前正在放慢，供應(yīng)情況已得到改善，目前供需更為平衡。市場(chǎng)行家們預(yù)測(cè)2002年需求，對(duì)于2001年是持平或最多提高1-2%。德國(guó)是EPS最大市場(chǎng)，其消費(fèi)量因建筑業(yè)的滑坡以及預(yù)料短期內(nèi)改進(jìn)不大而減少。比荷盧（Benelux）市場(chǎng)需求量也減少，但歐洲東南部的消費(fèi)量在增加。CMAI估計(jì)，今年西歐的產(chǎn)量為94萬噸左右，需求量處于80萬噸以下。歐洲的生產(chǎn)能力依舊過剩，它的生產(chǎn)能力約在140萬噸/年，而消費(fèi)量在110萬噸/年。Kaucuk公司階段擴(kuò)能到6萬噸/年，已在今年早期竣工。在捷克共和國(guó)Krulupy的裝置，已在分階段從20000噸/年提高產(chǎn)能，該裝置是在1996年開始生產(chǎn)的。國(guó)內(nèi)PS生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展可分為3個(gè)階段：一是60-80年代初的摸索階段。其技術(shù)以小本體法和懸浮法為主，較為落后，裝置規(guī)模均在萬噸以下，如上海高橋石油化工公司、金陵石油化工有限責(zé)任公司和中國(guó)石油蘭州石化分公司（簡(jiǎn)稱蘭州石化）等。二是80年代末期到90年代中期的發(fā)展階段。其技術(shù)以引進(jìn)技術(shù)為主，所引進(jìn)的技術(shù)均采用當(dāng)時(shí)世界上較先進(jìn)的連續(xù)本體聚合工藝。通過對(duì)這些引進(jìn)技術(shù)的消化吸收，使我國(guó)對(duì)PS生產(chǎn)技術(shù)有了較深的了解，對(duì)國(guó)內(nèi)PS生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展起了較大的促進(jìn)作用，如撫順石油化工公司（簡(jiǎn)稱撫順石化）、北京燕山石油化工有限公司（簡(jiǎn)稱燕山石化）、汕頭海洋第一聚苯樹脂有限公司（簡(jiǎn)稱汕頭海洋）和齊魯石油化工公司（簡(jiǎn)稱齊魯石化）。三是90年代中期到目前的迅速發(fā)展階段。此階段國(guó)內(nèi)對(duì)PS的市場(chǎng)需求增長(zhǎng)迅速，國(guó)內(nèi)缺口很大。除中國(guó)石油化工集團(tuán)公司和中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司系統(tǒng)、地方本身建設(shè)或合資建設(shè)PS新裝置（如揚(yáng)子一BASF、汕頭海洋、鎮(zhèn)江奇美公司）外，國(guó)外知名PS大廠商（如美國(guó)Dow和Chervon公司）紛紛進(jìn)入中國(guó)建廠，其建設(shè)規(guī)模均達(dá)到100kt/a以上，所采用的技術(shù)都為各廠家最先進(jìn)的技術(shù)，國(guó)內(nèi)PS生產(chǎn)技術(shù)水平達(dá)到一個(gè)新臺(tái)階，生產(chǎn)能力有了較大的發(fā)展。我國(guó)的可發(fā)性聚苯乙烯產(chǎn)品的生產(chǎn)存在許多問題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足加工

工業(yè)需要，加工產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，工藝落后，每年還要大量進(jìn)口，對(duì) EPS工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)行改進(jìn)研究可以解決這些問題，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少工廠生產(chǎn)中所得到的不合格品，提高工業(yè)化產(chǎn)值。國(guó)內(nèi) EPS產(chǎn)能逐年提升，國(guó)內(nèi)各個(gè)EPS生產(chǎn)家競(jìng)爭(zhēng)激烈。對(duì)EPS工業(yè)化的改進(jìn)研究可以提升生產(chǎn)廠家EPS的競(jìng)爭(zhēng)力，提高企業(yè)的EPS產(chǎn)量，增加企業(yè)在EPS生產(chǎn)中所得的收益。第二章工藝流程和方案的說明及論證2.1生產(chǎn)方案以苯乙烯為單體，水做懸浮介質(zhì)，采用低溫懸浮聚合一步法生產(chǎn)工藝。此方法是將苯乙烯單體、引發(fā)劑、分散劑、水、發(fā)泡劑和其他助劑一起加入反應(yīng)釜內(nèi)，聚合后得含發(fā)泡劑的樹脂顆粒,經(jīng)洗滌、離心分離和干燥，制得可發(fā)性聚苯乙烯珠粒產(chǎn)品。[2]2.2反應(yīng)原理2.2.1聚苯乙烯的生產(chǎn)技術(shù)：通用級(jí)聚苯乙烯的生產(chǎn)方法有懸浮聚合法、本體聚合法、溶液聚合法和乳液聚合法等。但目前工業(yè)化的生產(chǎn)方法主要是懸浮聚合法和本體聚合法。聚差乙烯有兩個(gè)主要的制造工藝.分別為溶渡法(亦稱總體或本體法)和懸浮法，兩種主要類型的樹脂為：固相聚苯乙烯和發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)。固相聚苯乙烯連一步劃分為通用型和耐沖擊型。一般用途的聚苯乙烯是一種均聚物。耐沖擊聚苯乙烯是一種共聚物。溶液法工藝用來生產(chǎn)固相聚苯乙烯，是一種占統(tǒng)治地位的工藝路線。而發(fā)泡的聚苯乙烯樹脂則是典型的水相懸浮工藝的產(chǎn)物。2.2.2發(fā)泡聚苯乙烯技術(shù)工藝比較：塔式本體聚合技術(shù)：經(jīng)典的塔式反應(yīng)器是德國(guó)法本III式流程。這種老式的塔式本體聚合不使用引發(fā)劑，通過熱引發(fā)聚合，預(yù)聚合溫度為80?100°C，轉(zhuǎn)化率控制在32%?35%，連續(xù)操作。為了提高反應(yīng)速度，縮短停留時(shí)間，預(yù)聚合溫度也可提高到115?120C，轉(zhuǎn)化率可達(dá)50%，黏度較大。從工程角度分析，該工藝還有以下缺點(diǎn)：①轉(zhuǎn)化率過高，后期反應(yīng)速率很慢，總的停留時(shí)間太長(zhǎng)，反應(yīng)器的容積效率大大降低；②物料黏度過大，只能用逐步升溫的方式使之流動(dòng)，前后溫差太大，造成產(chǎn)物聚合度分布加寬。添加少量溶劑的單釜連續(xù)本體聚合技術(shù)：添加少量溶劑的苯乙烯本體聚合，溶劑量通?？刂圃?%?15%范圍內(nèi)。添加溶劑的主要目的是降低體系的黏度。溶劑通常只選用苯或乙苯，因?yàn)樗鼈兡芎途郾揭蚁┗烊?，而且又容易得到。由于添加了溶劑，并且轉(zhuǎn)化率較低，因此該工藝設(shè)計(jì)有脫揮發(fā)物裝置，脫除的單體和溶劑循環(huán)使用。通過對(duì)脫揮設(shè)備結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，如今聚合產(chǎn)物中的殘余單體含量已降至很低，質(zhì)量比法本工藝有很大提高。2.2.3聚合原理：苯乙烯的懸浮聚合是苯乙烯以微珠狀分散在介質(zhì)中進(jìn)行的聚合反應(yīng)。水通常被用作懸浮介質(zhì)，苯乙烯在水中的溶解度非常低，80°C時(shí)僅為0.062%。苯乙烯苯乙烯懸浮聚合的溫度，有高低之分。低溫法在80?85C聚合，如僅靠熱引發(fā)，則反應(yīng)速度很慢，因此要加引發(fā)劑；高溫法在120?150C聚合，不加引發(fā)劑，反而要加一點(diǎn)阻聚劑（或緩聚劑），避免反應(yīng)速度過快而產(chǎn)生爆聚［8］。從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)來看，苯乙烯的懸浮聚合和本體聚合相似，可以看成是在小顆粒中進(jìn)行的本體聚合。分散劑與反應(yīng)歷程無關(guān)。由于苯乙烯的懸浮聚合和本體聚合相似，所以它的分子鏈的形成也經(jīng)歷鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止和鏈轉(zhuǎn)移的歷程。苯議席進(jìn)行低溫懸浮聚合時(shí)，由于加入了引發(fā)劑，所以它的分子量主要決定于引發(fā)劑加入量的多少。通常很少使用分子量調(diào)節(jié)劑（如叔十二碳硫醇）來調(diào)節(jié)聚苯乙烯的分子量。苯乙烯在高溫懸浮聚合時(shí)，分子量只取決于溫度，而且通常認(rèn)為鏈終止主要通過自由基的轉(zhuǎn)移和兩個(gè)自由基之間的歧化而發(fā)生。苯乙烯懸浮聚合的優(yōu)點(diǎn)是聚合時(shí)所放出的反應(yīng)熱容易擴(kuò)散開來被介質(zhì)帶走，總體上克服了反應(yīng)溫度分布范圍寬的現(xiàn)象，因而生產(chǎn)出的聚苯乙烯樹脂比老式本體聚合法生產(chǎn)出的聚苯乙烯耐熱度高。實(shí)質(zhì)上，反應(yīng)溫度分布范圍窄，促使分子量分布范圍變窄，從而使得聚苯乙烯樹脂耐熱度得到提高。苯乙烯懸浮聚合與本體聚合相比的缺點(diǎn)是產(chǎn)品純凈度稍低，因?yàn)樗闹榱１砻嫒菀尊び袘腋》稚┑葰堄辔?，電性能、光學(xué)性能會(huì)受到影響。另外，懸浮聚合苯乙烯轉(zhuǎn)化率不可能達(dá)到100%，剩余的單體有一部分被放空，另有5000-6000mg/kg的單體殘留在樹脂中。如果采用酸洗技術(shù)來除去懸浮劑，還要產(chǎn)生更多的化學(xué)污水，廢單體放空則會(huì)污染環(huán)境。2.2.4總反應(yīng)式：nCH「CH一1如2-如二苯乙烯的聚合屬于自由基聚合，主要分為鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止三個(gè)（1）.鏈引發(fā)引發(fā)劑分解，形成初級(jí)自由基R:R—2R?初級(jí)自由基與單體，形成單體自由基R-+CH=CH2—R-CH2-CH-(2).鏈增長(zhǎng)R-CH-CH-+nCH=CH一牌-CH-CH一；CH-CH-2 2 2 n2

（3）.鏈終止①偶合終止R〔CH-CH」nCH-CH?+R〔CH-CH〕CH-CH?一R〔CH-CH〕CH-CH二CH-CH〔2 2 2 m2 2 n2 2②歧化終止RICH-CH3nCH-CH?+R^CH-CH孑CH-CH?一R《CH-CH孑nCH-CH+Rt2 2 2 m2 2 2 2CH2-CHfmCH二CH2.3工藝路線苯乙烯的懸浮聚合是苯乙烯以微珠狀分散在介質(zhì)中進(jìn)行的聚合反應(yīng)。水通常被用作懸浮介質(zhì)，苯乙烯在水中的溶解度非常低，80°C時(shí)僅為0.062%。苯乙烯懸浮聚合的溫度，有高低之分。低溫法在80?85C聚合，如僅靠熱引發(fā)，則反應(yīng)速度很慢，因此要加引發(fā)劑；高溫法在120?150C聚合，不加引發(fā)劑，反而要加一點(diǎn)阻聚劑（或緩聚劑），避免反應(yīng)速度過快而產(chǎn)生爆聚［8］。從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)來看，苯乙烯的懸浮聚合和本體聚合相似，可以看成是在小顆粒中進(jìn)行的本體聚合。分散劑與反應(yīng)歷程無關(guān)。由于苯乙烯的懸浮聚合和本體聚合相似，所以它的分子鏈的形成也經(jīng)歷鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止和鏈轉(zhuǎn)移的歷程。苯議席進(jìn)行低溫懸浮聚合時(shí)，由于加入了引發(fā)劑，所以它的分子量主要決定于引發(fā)劑加入量的多少。通常很少使用分子量調(diào)節(jié)劑（如叔十二碳硫醇）來調(diào)節(jié)聚苯乙烯的分子量。苯乙烯在高溫懸浮聚合時(shí)，分子量只取決于溫度，而且通常認(rèn)為鏈終止主要通過自由基的轉(zhuǎn)移和兩個(gè)自由基之間的歧化而發(fā)生。苯乙烯懸浮聚合的優(yōu)點(diǎn)是聚合時(shí)所放出的反應(yīng)熱容易擴(kuò)散開來被介質(zhì)帶走，總體上克服了反應(yīng)溫度分布范圍寬的現(xiàn)象，因而生產(chǎn)出的聚苯乙烯樹脂比老式本體聚合法生產(chǎn)出的聚苯乙烯耐熱度高。實(shí)質(zhì)上，反應(yīng)溫度分布范圍窄，促使分子量分布范圍變窄，從而使得聚苯乙烯樹脂耐熱度得到提高。苯乙烯懸浮聚合與本體聚合相比的缺點(diǎn)是產(chǎn)品純凈度稍低，因?yàn)樗闹榱１砻嫒菀尊び袘腋》稚┑葰堄辔?，電性能、光學(xué)性能會(huì)受到影響。另外，懸浮聚合苯乙烯轉(zhuǎn)化率不可能達(dá)到100%，剩余的單體有一部分被放空，另有5000-6000mg/kg的單體殘留在樹脂中。如果采用酸洗技術(shù)來除去懸浮劑，還要產(chǎn)生更多的化學(xué)污水，廢單體放空則會(huì)污染環(huán)境。以羥基磷酸鈣、十二烷基苯磺酸鈉為分散劑，以有機(jī)過氧化物為引發(fā)劑，在攪拌作用下，苯乙烯單體以液滴的形式懸浮于水中，按自由基反應(yīng)歷程進(jìn)行聚合反應(yīng)，聚合到穩(wěn)定時(shí)間后加入發(fā)泡劑，發(fā)泡劑在一定溫度壓力下滲透到珠粒內(nèi)，同時(shí)珠粒進(jìn)一步聚合，得到EPS粒子，產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥、篩分、稱重。把含有發(fā)泡劑的聚苯乙烯珠粒，在發(fā)泡器中預(yù)發(fā)泡（用蒸氣加熱），在室溫下熟化后即可供成型使用。將熟化后的發(fā)泡聚苯乙烯顆粒料，裝入成型模中，上緊蓋后通入蒸氣加熱，待成型后再通入水冷卻，即得到制品。⑶2.3.1發(fā)泡聚苯乙烯生產(chǎn)工藝2.3.1.1一步法聚合工藝一步法是將苯乙烯單體、引發(fā)劑，分散劑、水、發(fā)泡劑和其他助劑一起加入反應(yīng)釜聚合，得含發(fā)泡劑的樹脂顆粒，經(jīng)洗滌、離心分離和干燥，制得EPS珠粒產(chǎn)品。為避免發(fā)泡劑對(duì)聚合反應(yīng)的阻抑影響，發(fā)泡劑一般應(yīng)在聚合轉(zhuǎn)化率達(dá)90%以上時(shí)加入。2.3.1.2二步法聚合工藝二步法工藝是將苯乙烯、PS、軟水以及分散劑溶解、混合，經(jīng)計(jì)量槽加入聚合釜內(nèi)，加入引發(fā)劑和部分助劑，在適宜的條件下進(jìn)行聚合生成PS粒料并干燥至含2?3%的水分。然后將擬進(jìn)行浸漬的PS粒料，在不斷攪拌的條件下，用旋風(fēng)加料器或人工送至含一定分散劑和發(fā)泡劑（如戊烷）的釜中，在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫ο陆n2~3小時(shí)，以獲得EPS。2.3.1.3-步法工藝與二步法工藝的比較一步法工藝具有工藝簡(jiǎn)單、流程短和投資費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，在降低消耗和節(jié)約能耗方面均優(yōu)于二步法，但產(chǎn)品分子量略低，且由于聚合與浸潰在同一過程中進(jìn)行，難免產(chǎn)生部分含發(fā)泡劑的粉狀物，處理起來十分麻煩。二步法生產(chǎn)工藝由于聚合后就對(duì)聚合物顆粒進(jìn)行分級(jí)，再根據(jù)不同粒經(jīng)按不同工藝浸漬，故所得EPS珠粒質(zhì)量較佳，同時(shí)還可避免含發(fā)泡劑粉狀物的產(chǎn)生，不必進(jìn)一步處理，但二步法工藝生產(chǎn)流程較長(zhǎng)，投資費(fèi)用較高，且生產(chǎn)過程能耗大，產(chǎn)品成本高。一步法雖有缺點(diǎn)，但與二步法比較仍是利多弊少，特別是在經(jīng)濟(jì)上占有極大優(yōu)勢(shì)，故目前國(guó)外生產(chǎn)EPS較為普遍地應(yīng)用一步浸漬法。表2-1一步法、二步法生產(chǎn)EPS比較項(xiàng)目一步法 二步法EPS成品質(zhì)量粒徑分布較寬，不均勻 粒徑分布較窄，粒子均勻工藝條件一 能耗較大，流程長(zhǎng)，工藝要求工藝要求嚴(yán)格，能耗少，流程短相對(duì)較低，易操作技術(shù)經(jīng)濟(jì)一次性投資較高，生產(chǎn)自動(dòng)化程 一次性投入較低，自動(dòng)化程度高，易集中控制，人工操作少 度低，人工操作較多中間產(chǎn)品PS可作為產(chǎn)品出售，生產(chǎn)靈活性因發(fā)泡劑易揮發(fā)，故倉儲(chǔ)時(shí)間短也可生產(chǎn)其他品種，市場(chǎng)適應(yīng)市場(chǎng)適應(yīng)性差，設(shè)備利用率差性強(qiáng)2.3.2可發(fā)性聚苯乙烯基本性能EPS最初應(yīng)用于建筑和包裝領(lǐng)域領(lǐng)域，其絕熱性能和力學(xué)保護(hù)性能是最優(yōu)的，在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，如地板下或墻壁的隔熱材料，都得益于其良好的絕熱性，而作為易碎電子產(chǎn)品的包裝材料，則需要強(qiáng)的力學(xué)（沖擊）保護(hù)性能。EPS越來越多的用于食品運(yùn)輸和包裝（魚、水果和蔬菜），在這方面，力學(xué)性能和絕熱性能都起重要的作用。2.3.2.1力學(xué)性能EPS泡沫塑料閉孔結(jié)構(gòu)內(nèi)含98%的氣體可以使其通過改變和恢復(fù)形狀來緩沖沖擊，這一過程可以有效吸收瞬間沖擊帶來的能量，提供極好的防護(hù)（參見表2-2）表2-2不同密度的EPS泡沫塑料物理性質(zhì)（來源：BASF）密度/g-cm-315 25 40 50拉伸強(qiáng)度/kpa20 350 600 750彎曲強(qiáng)度/kpa20 400 700 900壓縮10%的壓應(yīng)力/kpa90 180 320 400EPS泡沫塑料會(huì)吸收很少量的水，但沒有吸濕性，其力學(xué)性能不受濕氣的影響。2.3.2.2絕熱性能除了真空，空氣是最簡(jiǎn)單，成本最低的絕熱介質(zhì)，薄空氣層具有非常低的傳熱性。但是，依靠空氣作為絕熱介質(zhì)并不總是實(shí)用，對(duì)包裝貨物的材料，需要形成外封殼。EPS含許多細(xì)微氣泡的閉孔結(jié)構(gòu)，使其具有優(yōu)良的絕熱性。這種情況下EPS是理想的包裝材料。由于其內(nèi)在的性質(zhì)，EPS泡沫塑料不會(huì)直接影響其他物質(zhì)，比如食品。應(yīng)注意EPS泡沫塑料在非常低的密度時(shí)（10~15g?cm3）具有較大的導(dǎo)熱性，隨著密度的增加而下降，密度在30~50g?cm3時(shí)具有最佳絕熱性能，密度繼續(xù)增加，導(dǎo)熱性又隨之增加（參見表2-3）表2-3不同密度的EPS泡沫塑料熱性能（來源：BASF）密度/g?cm-31020405060導(dǎo)熱率/W?m-i?K-10.0430.0350.0330.0330.0342.3.2.3化學(xué)性能EPS的性能受化學(xué)藥劑的影響變化比較大。長(zhǎng)時(shí)間接觸鹽水、皂液、漂白劑和大多數(shù)稀酸溶液而不會(huì)影響其性能，但多種有機(jī)溶劑會(huì)明顯影響其性能。EPS泡沫塑料和其他聚合物一樣，長(zhǎng)時(shí)間曝露在紫外線下，性能會(huì)有很大變化。但考慮到作為包裝材料時(shí)，使用期限較短，這一影響并不重要；作為建筑材料使用時(shí)，使用壽命雖然較長(zhǎng)，但曝露在紫外線下的可能性較小，故這一影響也不太重要°EPS對(duì)動(dòng)物沒有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，不會(huì)受霉菌侵蝕，也不會(huì)分解出任何污染地下水的水溶物。2.4工藝流程2.4.1聚合工段工藝過程：EPS產(chǎn)品的生產(chǎn)采用低溫懸浮聚合一步法工藝技術(shù)，以苯乙烯單體為主要原料，以水懸浮介質(zhì)和介質(zhì)，在機(jī)械攪拌和分散劑的作用下，苯乙烯單體被分散成無數(shù)油狀的液滴，并懸浮限水中，在引發(fā)劑的作用下，在每個(gè)液滴中發(fā)生按自由基反應(yīng)歷程進(jìn)行的聚合反應(yīng)，聚合到穩(wěn)定階段后加入發(fā)泡劑，發(fā)泡劑在一定的溫度壓力下，滲到珠粒內(nèi)，同時(shí)聚合反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行，生產(chǎn)出合格的EPS粒子。以羥基磷酸鈣、十二烷基苯磺酸鈉為分散劑，以有機(jī)過氧化物為引發(fā)劑，在攪拌作用下，苯乙烯單體以液滴的形式懸浮于水中，按自由基反應(yīng)歷程進(jìn)行聚合反應(yīng)，聚合到穩(wěn)定時(shí)間后加入發(fā)泡劑，發(fā)泡劑在一定溫度壓力下滲透到珠粒內(nèi)，同時(shí)珠粒進(jìn)一步聚合，生產(chǎn)出合格的EPS粒子。生成的EPS粒子經(jīng)水洗，離心脫水一級(jí)干燥，二級(jí)干燥風(fēng)送、篩分、涂層、計(jì)量稱重后,包裝成EPS成品。生產(chǎn)流程：貯存于工藝水槽(V-103)中的脫鹽水在表(FQC-103)的控制下，用泵(P-103)定量打入聚合釜(R-201/2/3)中。啟動(dòng)攪拌至設(shè)定轉(zhuǎn)速62轉(zhuǎn)、分41Hz，依次加入HAP、SDBS、DSP。貯存于V-101中的苯乙稀在表(FQC-101)控制下，用泵P-101定量打入釜(R-201/2/3)中。普通型EPS在①②③步驟后，加入SN、CP-O2、DCP、BPO、甲苯(如果有回溶料則同時(shí)加入)。開蒸汽升溫，溫度升SMC時(shí)開始計(jì)時(shí)°90°C恒溫。計(jì)時(shí)山加入KPS。90°C恒溫期間觀察現(xiàn)象，控制粒徑。粒子下沉?xí)r重新時(shí)50分鐘加入第二批HAP，補(bǔ)水至正常液位，封取樣孔蓋，并放空。1h時(shí)加戊烷，用30分鐘加完，然后開蒸汽升溫至96C閉蒸汽°3h時(shí)升溫至115?121C恒溫浸漬，6小時(shí)30分鐘后降溫至40C以下出料至水洗釜(V-201/2/3)添加劑-單體篩分聚合釜洗滌釜離心機(jī)干燥分離機(jī)產(chǎn)品添加劑-單體篩分聚合釜洗滌釜離心機(jī)干燥分離機(jī)產(chǎn)品2.4.2操作流程：1、 將水槽中的脫鹽水用泵打入聚合釜；2、 啟動(dòng)攪拌器，設(shè)定好轉(zhuǎn)速，依次加入羥基磷酸鈣（HAP）、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）、磷酸氫二鈉（DSP）。PH值控制于7.2~8.6之間，酸性太大粒子成長(zhǎng)太快，容易膠結(jié)。3、 將苯乙烯用泵打入聚合釜。4、 向釜內(nèi)投加計(jì)量的成核劑（SN）、過氧化二異丙苯（DCP）、過氧化苯甲酰（BPO）、過氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB）（如果有會(huì)熔料則同時(shí)加入）。攪拌10min。5、 打開蒸汽閥，開始升溫。溫度升到88°C時(shí)計(jì)時(shí)，調(diào)節(jié)冷卻水量保持釜內(nèi)溫度在90±1C恒溫。并開始加入穩(wěn)定劑過硫酸鉀。6、 計(jì)時(shí)150分鐘時(shí)，為反應(yīng)的高峰期，要頻繁取樣觀察，控制好溫度。如果粒子增長(zhǎng)過快，則要補(bǔ)加HAP，保證懸浮穩(wěn)定。反之則加入適量碳酸鈣。7、 待粒子下沉后，重新計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)50min時(shí)，架第二批HAP，補(bǔ)水至正常液位。8、 10min后用泵將戊烷均勻打入聚合釜內(nèi)。9、 重新計(jì)時(shí)1.5h后開蒸汽升溫至96C閉氣自然升溫。10、 1.5h后開汽升溫，120C恒溫，浸漬。11、 2h后打開冷卻水，會(huì)合聚合釜降溫。溫度降至40C以下，緩慢放空，打

開取樣孔。12、出料至洗滌釜，加鹽酸及大量洗滌水，洗滌水PH值為4~5之間。然后經(jīng)離心機(jī)分離，加入干燥劑防靜電及后篩分，得產(chǎn)品。2.5產(chǎn)品規(guī)格本裝置設(shè)計(jì)年產(chǎn)50000噸可發(fā)性聚苯乙烯,可生產(chǎn)普通型“R”、陰燃型“F”兩個(gè)品種八個(gè)品級(jí)的產(chǎn)品。鑒于國(guó)家規(guī)定的產(chǎn)品規(guī)格，考慮到用戶的要求和經(jīng)濟(jì)衡算，其產(chǎn)品指標(biāo)如表2-4所示：表2-4產(chǎn)品指標(biāo)覽表品種及牌號(hào)LR(101.201.301.401)外觀松散、白色或無色的小珠粒比重1.05粒子直徑1.8-0.4mm相對(duì)密度550-650kg/m3發(fā)汽劑含量，％N5.0殘留苯乙烯,％W0.30含水量,％W0.5相對(duì)粘度1.8-2.1顆粒篩析%^902.6原料2.6.1原材料規(guī)格表2-5原料規(guī)格一覽序號(hào)原材料名稱代號(hào) 控制項(xiàng)目名稱及指標(biāo) 用途外觀:無色透明液雜機(jī)械雜質(zhì)無游離水份 lima1 苯乙烯ST -I 反應(yīng)單體純度：N99.6%聚合物:W50ppmTBC:W50ppm外觀：白色結(jié)晶粉沫2過氧化苯甲酰BPO3過氧化苯甲酸叔丁酯Cp-Q4羥基磷酸鈣HAP5十二烷基苯磺酸鈉SDBS6磷酸氫二鈉DSP7涂層劑8戊烷C5o過氧化9二異丙苯DCP六漠環(huán)10十二烷HBCD11成核劑SN12過硫酸鉀KPS2純度：干基N98%(m/m) 低溫水份：<25-305 引發(fā)劑活性氧量(干基)％N6.50引發(fā)劑“C”含量：N95%叔丁基過氧化氫含量(TBHP)<1%高溫引發(fā)鐵含量：<5ppm劑比重d425:1.035-1.045折光指數(shù)n25:1.495-1.50分散劑試劑級(jí)助分散劑穩(wěn)定劑外觀:細(xì)白粉未,無團(tuán)塊粒徑:200目通過95%以上C4:<4%正.異戊烷含量94%C6:<2%環(huán)烷烴：<0.1%苯:0.1%發(fā)泡劑外觀:無色或白色結(jié)晶粉末純度：N96%總揮發(fā)物％N0.4父聯(lián)劑阻燃劑水份及揮發(fā)份%<2.0阻燃劑密度g/cm3:0.93粘度cps:450調(diào)理2.6.2工藝控制條件表2-6LR-EPS牌號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)操作條件一覽表序號(hào)操作控制項(xiàng)目工藝條件LR-EPS儀表位號(hào)1BPO、DCP、Cp—Q2加入溫度常溫TRC201A.B.C2聚合階段溫度C88-91TR202A.B.C壓力Mpa常壓PI201A.B.C時(shí)間3-3.5h3浸漬階段溫度C115--121TRC201A.B.CTR202A.B.C壓力Mpa0.6-0.8PI201A.B.C時(shí)間h（含升溫）54出料溫度。CW40TRC201A.B.CTR202A.B.C5戊烷加入時(shí)間min30-456X-201入口溫度C39±2TIC2037E-201出口風(fēng)溫N90TIC2048涂層劑用量/千分3-49包裝凈重kg25+0.1第三章物料衡算3.1聚合工段物料衡算3.1.1計(jì)算依據(jù)（1） 年產(chǎn)量：0.8萬噸（2） 年工作時(shí)數(shù)：7200小時(shí)（3） 單體純度：99.6%（4） 單體轉(zhuǎn)化率：98%（5） 苯乙烯組分含量92%（6） 工藝配比（凈含量/100分單體，質(zhì)量百分含量）：工藝配比見表3-1[8]表3-1LF-EPS發(fā)泡聚苯乙烯工藝配比序號(hào)原料名稱規(guī)格LR-EPS備注1水脫鹽水1242苯乙烯（ST）99.6%100單體3成核劑（SN）0.114發(fā)泡劑94%8.3925羥基磷酸鈣（HAP）0.177主分散劑6十二烷基本磺酸鈉（SDBS）0.0004助分散劑7過氧化苯甲酰（BPO）干基98%0.196低溫引發(fā)劑8過氧化苯甲酸叔丁脂（cp-o2）95%0.8高溫引發(fā)劑9六漠環(huán)十二烷0.689阻燃劑10過氧化二異丙苯（DOP）0.0349阻燃劑11磷酸氫二鈉）99%無水0.039穩(wěn)定12過硫酸鉀0.0014調(diào)理3.1.2進(jìn)料階段每年生產(chǎn)：7200/17=424批每批生產(chǎn)：8000000/424=18868kg某組份進(jìn)料量=每小:"產(chǎn)品中3且分的含量該組分轉(zhuǎn)化率X該組分純度產(chǎn)品中苯乙烯 100 X100務(wù)91%（100+8.392+0.11+0.196+0.08+0.689+0.349苯乙烯進(jìn)料量二1886X91%=17602.52k批苯乙烯進(jìn)料量二98%99.6% '批輔助物料計(jì)算：（1） 分散介質(zhì)水的進(jìn)料量為：17602.52kg/批X124%=21827.12kg/批（2） 分散劑主分散劑HAP：17602.52kg/批X0.177%=31.16kg/批17602.52kg/批X0.100%=17.6kg/批助分散劑SDBS：17602.52kg/批X0.0004%=0.07kg/批成核劑SN：17602.52kg/批X0.110%=19.36kg/批引發(fā)劑低溫引發(fā)劑BPO：17602.52kg/批X0.196%=34.5kg/批高溫引發(fā)劑CP-O2：17602.52kg/批X0.080%=14.08kg/批發(fā)泡劑C50:17602.52kg/批X8.392%=1477.2kg/批阻燃劑HBCD：17602.52kg/批X0.689%=121.28kg/批DCP：17602.52kg/批X0.349%=61.43kg/批穩(wěn)定劑DSP：17602.52kg/批X0.039%=6.87kg/批無機(jī)氧化劑KPS：17602.52kg/批X0.0014%=0.25kg/批進(jìn)料總量為：17602.52+21827.12+31.16+17.6+0.07+19.36+34.5+14.08+1477.2+121.28+61.43+6.87+0.25=41213.44kg/批3.1.3出料階段單體進(jìn)料量：17602.52kg/批，單體轉(zhuǎn)化率：98%,則單體ST的反應(yīng)用量為：17602.52kg/批X98%=17250.47kg/批ST未反應(yīng)的是：17602.52kg/批-17250.47kg/批二352.05kg/批EPS產(chǎn)品出料量二進(jìn)料總量-未反應(yīng)的單體出料量-水量二41213.44-352.05-21827.12=19034.27kg/批物料平衡見表3-2物料平衡表3-2進(jìn)料（kg/批）出料（kg/批）苯乙烯17602.52352.05HAP31.16--SDBS0.07--湖南工學(xué)院材料與化學(xué)工程系高分子材料與工程1001班SN19.36--BPO34.5--CP-O261.43--戊烷1477.2--DCP61.43--DSP6.87--KPS0.25--亞硫酸氫鈉0.057--EPS產(chǎn)品--19034.27水21827.1221827.12總量41213.4441213.44校驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)：EPS年產(chǎn)量：19034.27kg/批X424=8070530kg=0.81萬t其年產(chǎn)量為：0.81萬t結(jié)果稍大于所給設(shè)計(jì)任務(wù)，故設(shè)計(jì)為合格.第四章熱量衡算4.1聚合工段熱量衡算衡算式：進(jìn)釜的熱量二出釜的熱量（冷劑帶走的熱量）Q顯+Q聚+Q攪+Q損=Q吸（1）顯熱；（2）聚合熱；（3）聚合釜攪拌熱；（4）熱量損失;（5）冷劑帶走的熱量。1顯熱計(jì)算本設(shè)計(jì)取：聚合階段聚合釜進(jìn)料溫度20°C，聚合反應(yīng)溫度90°C,^T=70°C浸漬階段聚合反應(yīng)溫度120C，出料溫度40C,AT=80C1Kcal=4.187KJ由公式Q=qmCpAT計(jì)算得下表表：△T=80C（Cp值查表）表4-1第一階段反應(yīng)熱單體流量（kg/批）△T(C)Cp(kJ/Kg.C)Q(kJ/批)ST17602.52X90%701898537.417602.52X10%1001.712301355.1417602.52X2%-80-48216.82水21827.12204.181824747.23HAP31.16201.298808.91-50-2022.28SDBS0.07201.8842.64SN19.362051.9220103.42BPO34.5707.7045315.76CP-O214.08201.842518.71C501477.2202.21965558.14HBCD121.28202.2305409.09DCP61.43201.6672048.08總量4074165.422、聚合熱由ST轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化曲線，可知每釜的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化不大，故可近似認(rèn)為每個(gè)釜的聚合熱相等。如圖4-1所示：

圖4-1苯乙烯轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化曲線圖4-1苯乙烯轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化曲線■14計(jì)算如下：由公式1—t T-TAH(KJ/mol)=AH[ _]。.38=AH[ ]o.38vT vti1-T VT1T-T查得單體ST的聚合熱QST=70kJ/mol=16.72Kcal/mol(25°C,氣態(tài)，無定形)；〔已知1Kcal=4.187KJ〕；MST=0.104kg/mol,Cp=178.23J/(mol?k)=0.178kJ/(mol?k)。計(jì)算得：AVHT(298.15K)=0.04Kcal/mol=0.167kJ/mol在25C下，液態(tài)的QST=70-0.167=69.83kJ/mol,反應(yīng)前后壓力的變化不大，故可近似的認(rèn)為是恒壓操作。在20C下，QST二QST(25C)+CP(T2-T1)=69.83+0.178X(20-25)=16.47Kcal/mol則ST的質(zhì)量聚合熱Qm(ST)=QST/MST=70/0.104=663.46kJ/kg每小時(shí)聚合釜中的總聚合熱為：Qp=m出料XQm=17602.52X98%X663.46=11444996.56kJ/批；3、 聚合釜的攪拌熱根據(jù)工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)，取攪拌熱是聚合熱的5%,即Q攪拌=5%XQ聚，反應(yīng)時(shí)間為10.76h時(shí)，Q攪拌=5%X11444996.56=572249.828kJ/批4、 熱量損失聚合反應(yīng)階段反應(yīng)時(shí)間為8h的熱量損失Q1=(Q顯+Q聚+Q攪拌)X5%=(4074165.42+11444996.56+572249.828)X5%=804570.6KJ/批

所需蒸汽給熱為：16091411.81-804570.6=15286841.21kJ/批聚合階段熱量平衡表見表4-2表4-2熱量平衡表顯熱聚合熱攪拌熱總量進(jìn)釜熱量（Kj/批）24074165.411444996.56572249.82816091411.81熱量損失蒸汽給熱帶走熱量（Kj/批）-804570.6-15286841.21-16091411.815、蒸汽的用量已知：?？?山蒸汽XHr其中：m蒸汽一水蒸汽的用量、Hr一水的汽化潛熱2258kJ/kg所以蒸汽的用量：Q 16091411.81m蒸汽=給= =4126.4kg/批m蒸汽Hr22586、冷卻水的用量m漬階段沒有聚合熱，所以Q聚二0,Q吸二Q顯+Q攪拌=4074165.4+572249.828二4646415.23kJ/批已知：水進(jìn)口溫度15°C，出口溫度35°C，由公式Q二m水CpAT計(jì)算得:Q=—^吸—水Q=—^吸—水Cp^xAt4646415.234.18x(35—15)=55579.13kJ/批第五章聚合釜及各設(shè)備選型5.1聚合釜的設(shè)計(jì)5.1.1聚合基本數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)釜內(nèi)溫度為120C；聚合階段為常壓，浸漬階段為0.6-0.8Mpa；材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti；其他數(shù)據(jù)同前。確定筒體和封頭形式：

選擇圓柱形筒體和橢圓形封頭5.1.2聚合釜容積確定進(jìn)料體積主要是由苯乙烯、水和戊烷決定，所以:V*ST+V水+V戊烷，其中由公式:V*ST+V水+V戊烷，其中由公式:體積=質(zhì)量密度VST17602.52905.9=19.43m3/批21827.121000=21.83m3/批14772 ..V戊烷=630=2.34m3/批V總=19.43+21.83+2.34=43.6m3已知：加料系數(shù)為0.7，則反應(yīng)釜體積為:V=Z總=436=62.29m3釜0.7 0.7因此選用30m3的反應(yīng)釜，共需要3個(gè)5.2泵的設(shè)計(jì)以計(jì)算輸送苯乙烯的泵為例：5.2.1計(jì)算依據(jù)（1） 采用普通鋼管進(jìn)料。（2） 苯乙烯進(jìn)料的質(zhì)量流量是17602.52kg/批，其密度是905kg/m3，粘度是0.72mPa.s因此苯乙烯的體積流量為:17602.5290517602.52905=19.43m3/批（3）設(shè)計(jì)a、b兩管內(nèi)徑D=100mm，如下圖所示:5.2.2確定泵軸功率泵的有效功率Nh=PgQH=905.9x9.8x7x19.43/3600=335.41W對(duì)于小流量的離心泵：取nnep=1和七=0.6泵軸功率：N N=——=559.02W叩x叩設(shè)備一覽表表6-1釜類序號(hào)位號(hào) 名稱 規(guī)格或型號(hào) 介質(zhì) 溫度。C壓力Mpa1R-201 DN3000X3600（立式） 水苯乙烯聚合釜 0-150 0-1.55A/B/C 電機(jī):YB280S-6N=22KW 戊烷表6-2容器類序號(hào)位號(hào)名稱規(guī)格或型號(hào)介質(zhì)溫度壓力Mpa

°C1V-102苯乙烯罐D(zhuǎn)N4000式）V=88m3H=7000（立ST常溫常壓2V-103戊烷罐C5常溫0-0.43V-104工藝水槽DN3000式）V=20m3X3000（立H2O常溫常壓4V-201A/B放料緩沖槽DN4000X4100（立式）V=61m3減速機(jī)BFJ6-1/6N=11KW水EPS常溫常壓5V-202穩(wěn)壓罐D(zhuǎn)N400X1000 V=0.13m3水EPS0-40常壓6V-3011#料粒儲(chǔ)槽V=3.8m3H=2800DN1600X1920EPS常溫常壓7V-3088#料粒儲(chǔ)槽V=3.8m3H=2800DN1600X1920EPS常溫常壓8V-3099#料粒儲(chǔ)槽V=3.8m3H=2800DN1600X1920EPS常溫常壓9V-302-3072#-7#料粒儲(chǔ)槽V=3.8m3H=2800DN1600X1920EPS常溫常壓10V-312-3172#-7#料槽V=1.0H=1405DN120X462EPS常溫常壓表6-3機(jī)泵類序號(hào)位號(hào)名稱規(guī)格或型號(hào)介質(zhì)溫度C壓力MpaQ=40m3/HH=76m電機(jī)1P-101苯乙烯泵N=22kwn=2950rpmST常溫常壓80AY-100BYB180M-2Q=5.2m3/HH=60m電機(jī)2P-102戊烷泵N=11kwn=2950rpmC5常溫常壓XGH6-100X2YB160M-2

Q=40m3/HH=76m電機(jī)3P-103工業(yè)水泵N=22kwn=2950rpmH2O常溫常壓PCP50-60Q=12.5m3/hH=32m電機(jī)4P-102放料泵N=3kwn=2950rpmEPS常溫常壓DHK50-32-160DYB100M-25M-201A離心脫水機(jī)/B電機(jī)N=4kwEPS水常溫常壓6M-202干燥送料螺旋電機(jī)N=2.2kwEPS水常溫常壓7M-203電機(jī)N=2.2kwEPS水常溫常壓8M-301A/B振動(dòng)篩電機(jī)N=4kwEPS常溫常壓9M-302-304涂膜機(jī)電機(jī)N=5kwEPS常溫常壓10X-201干燥管EPS涂膜粉常溫常壓11X-202干燥旋風(fēng)分離器EPS水常溫常壓干燥二級(jí)12X-203旋風(fēng)分離器EPS常溫常壓13X-204送料管EPS常溫常壓送料一級(jí)14X-301旋風(fēng)分離器EPS常溫常壓送料二級(jí)15X-302旋風(fēng)分離器EPS常溫常壓16E-201干燥空氣加熱器17E-202關(guān)料加熱器18B-201干燥鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)N=7.5kw19B-202干燥引風(fēng)機(jī)電機(jī)N=22kw20B-2