年产3500t聚丙烯酸树脂工艺设计报告

中国石油高校（北京）成人教化 毕 业 设 计（论文） 聚合物合成工艺课程设计 ---材料科学与工程专业 题目 年产3500t聚丙烯酸 树脂工艺流程设计 姓 名 学 号 专 业 材料科学与工程专业 班 级 指导老师 起止日期 2013年 月 日 年产3500t聚丙烯酸树脂工艺流程设计 摘要 该报告就选题目的和意义简洁的介绍，探讨本课题的意义和动机是什么，详细内容涉及到设计背景、聚合发放介绍、聚合工艺流程图、聚合工艺流程、聚合物合成工艺的物料衡量、聚合物反应器的设计以及最终的总结 关键词聚丙烯酸树脂；工艺流程；动机；意义；设计背景； 探讨内容；探讨重点、难点；方法介绍；物料衡算； 反应器设计；总结 书目 一、设计背景2 1、 聚丙烯酸树脂的性能3 2、 聚丙烯酸树脂的用途3 3、 聚丙烯酸树脂的发展趋势4 二、聚合方法介绍5 1、 反相悬浮聚合5 三、聚合工艺流程图6 四、聚合工艺流程7 1、工艺流程简介7 2、工艺流程分析7 反应方程式7 收集数据7 五、聚合物合成工艺的物料衡算9 1、 主要原料（丙烯酸）投料数量9 2、 中和罐物料衡算9 3、 NaOH调配罐物料衡算10 4、 分散介质调配罐物料衡算10 5、 聚合反应器物料衡算10 6、 引发剂调配罐物料衡算10 7、 整理并校核计算结果11 六、 聚合物反应器的设计11 1、反应器的类型11 2、反应器体积的设计11 3、外形尺寸的设计12 4、搅拌装置的设计14 七、设计总结14 八、参考文献15 第一章 设计背景 1、 聚丙烯酸树脂的性能 聚丙烯酸树脂是一种新型功能高分子材料。它具有汲取比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优良，一旦吸水膨胀成为水凝胶时，即使加压也很难把水分别出来。因此，它在个人卫生用品、工农业生产、土木建筑等各个领域都有广泛用途。 聚丙烯酸树脂是一类含有亲水基团和交联结构的大分子，最早由Fanta等采纳淀粉接枝聚丙烯腈再经皂化制得。按原料划分，有淀粉系接枝物、羧甲基化等、纤维素系羧甲基化、接枝物等、合成聚合物系聚丙烯酸系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系等几大类。其中聚丙烯酸系聚丙烯酸树脂较淀粉系及纤维素系相比，具有生产成本低、工艺简洁、生产效率高、吸水实力强、产品保质期长等一系列优点，成为当前该领域的探讨热点。目前世界聚丙烯酸树脂生产中，聚丙烯酸系占到80。 聚丙烯酸树脂一般为含有亲水基团和交联结构的高分子电解质。吸水前，高分子链相互靠拢缠在一起，彼此交联成网状结构，从而达到整体上的紧固。与水接触时，水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到树脂中，链上的电离基团在水中电离。由于链上同离子之间的静电斥力而使高分子链伸展溶胀。由于电中性要求，反离子不能迁移到树脂外部，树脂内外部溶液间的离子浓度差形成反渗透压。水在反渗透压的作用下进一步进入树脂中，形成水凝胶。同时，树脂本身的交联网状结构及氢键作用，又限制了凝胶的无限膨胀。当水中含有少量盐类时，反渗透压降低，同时由于反离子的屏蔽作用，使高分子链收缩，导致树脂的吸水实力大大下降。通常，聚丙烯酸树脂在0.9 NaCl溶液中的吸水实力只有在去离子水中的1/10左右。 2、 聚丙烯酸树脂的用途 目前其主要用途仍旧是卫生用品，约占市场总量的70％左右。由于聚丙烯酸钠聚丙烯酸树脂吸水实力很大，并具有优异的保水性能，所以作为土壤保水剂在农业、林业方面应用范围很广。假如在土壤中加入少量的高吸水性聚丙烯酸钠，就能提高某些豆类的发芽率和豆苗的抗旱实力，使土壤的透气性能增加。另外，由于聚丙烯酸树脂的亲水性及优良的防雾性和抗结露性能，所以又可作为新的包装材料。利用高吸水聚合物独特性能制成的包装薄膜可有效地保持食品鲜度。在化妆品中加入少量的高吸水聚合物，还可使其乳液粘度增大，是一种志向的增稠剂。利用高吸水聚合物只吸水不吸油或有机溶剂的特点，在工业上又可作为脱水剂。 由于高吸水聚合物具有无毒、对人体无刺激性、无副反应、不引起血液凝固等特点，近年来，已被广泛应用于医药领域。例如，用于含水量大、运用舒适的外用软膏；生产能汲取手术及外伤出血和分泌液，并可防止化脓的医用绷带及棉球；制造能使水分和药剂通过而微生物不能透过的抗感染性人造皮肤等。 3、 聚丙烯酸树脂的发展趋势 随着科学技术的发展，环境爱护已越来越受到人们的关注。假如将高吸水聚合物装入到一个可溶于污水的袋中，并将此袋浸入污水中，当袋子被溶解后，高吸水聚合物就可快速地汲取液体而使污水固体化。在电子工业中，高吸水聚合物还可用作湿度传感器、水分测量传感器及漏水检测器等。高吸水聚合物可作为重金属离子吸附剂及吸油材料等。 近年来，国内外有关交联聚丙烯酸耐盐性高分子吸水树脂的制备方法有很多报道，如于祖荣等提出采纳甲醇对树脂进行处理；任敬福、张林香等采纳活化高岭土作为树脂添加剂；Bailey等采纳纤维素酯或醚和丙烯酸酯接枝共聚；Rebre、小林隆俊采纳了不同的悬浮稳定剂。这些探讨虽然在肯定程度上提高了所制备的聚丙烯酸树脂的耐盐性但是仍没有解决吸盐水实力不强的问题，且有的方法后处理工艺困难，提高了树脂的成本。 总之，高吸水聚合物是一种用途特别广泛的高分子材料，大力开发高吸水聚合物树脂具有巨大的市场潜力。今年在我国北方大部分地区干旱少雨的状况下，如何进一步推广和运用高吸水聚合物，是摆在农业和林业科技工作者面前的一项迫切任务。在西部大开发战略实施过程中，在改良土壤的工作中，大力开发和应用高吸水聚合物的多种好用功能，具有现实的社会效益和潜在的经济效益。聚丙烯酸树脂是一种新型功能高分子材料，在工业上具有广泛的用途。由于其高的吸水和保水性能，近年来在种苗培育以及困难立地造林领域正越来越受到关注。但传统的聚丙烯酸树脂普遍存在汲取纯水实力较强而汲取盐水实力不足的问题，限制了聚丙烯酸树脂在农林领域的应用[4]。从组成来说，聚丙烯酸树脂主要有丙烯酸接枝淀粉纤维素类和聚丙烯酸盐两大类。其中，后者因为制备工艺相对简洁、稳定性高、不易霉变，是目前市场超强吸水树脂的主要品种。 其次章 聚合方法介绍 1、 反相悬浮聚合 迄今已开发出来的高吸水性树脂有淀粉类、纤维素类和合成树脂类。合成树脂类尤其是聚丙烯酸则具有原料来源丰富、合成工艺简洁、能够防霉防变、吸水率高等优点，是当前市场上占肯定优势的品种。聚丙烯酸盐类高吸水性树脂主要采纳溶液聚合法和反相悬浮法合成。假如聚