年产5500吨丙烯酸悬浮聚合间歇操作工艺的设计

武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书论文题目：年产5500吨丙烯酸悬浮聚合间歇操作工艺的设计学号：学生姓名：专业班级：07高分子材料01班指导教师：总评成绩：2011 年 1 月14 日目录摘要 (I)Abstract ......................................................................................................................... I I 第1章文献综述 .. (1)1.1 丙烯酸 (1)1.2 高吸水树脂 (3)1.3 反相悬浮聚合 (5)第2章工艺流程设计 (7)2.1工艺流程简介 (7)2.2工艺流程的分析 (8)第3章物料衡算 (10)3.主要原料丙烯酸的投料量 (10)3.2中和罐物料衡算 (11)3.3NaOH溶液调配罐物料衡算 (12)3.4分散介质调配罐物料衡算 (13)3.5聚合反应器物料衡算 (15)3.6引发剂调配罐物料衡算 (16)3.7整理并校核计算结果 (17)第4章设计小结 (19)致谢 (20)附录 (22)参考文献 (21)摘要本次设计采用反相悬浮液法进行丙烯酸-丙烯酸钠共聚物的工艺设计。

设计过程中对丙烯酸、高吸水性树脂、反相悬浮液法的基本性能、用途、国内外发展状况、发展趋势等进行了系统的综述。

然后对工艺流程进行了简单的分析及设计，聚合工艺过程按一下顺序：原料准备工序、聚合工序、分离工序、聚合物后处理工序。

以丙烯酸和氢氧化钠为原料，对各个聚合工序做物料衡算并简述其工艺流程。

最终，利用Auto CAD绘制工艺流程图和物料平衡关系图。

关键词：反相悬浮液；丙烯酸-丙烯酸钠共聚；物料衡算；工艺流程AbstractIn chemical production, Polymerization of acrylic acid mostly by suspension polymerization of multi-batch operation of the production process.This course is designed for intermittent operation of the production of suspension polymerization acrylic acid process design. process mainly composed of the following processes: raw material preparation process, the polymerization process, polymer post-processing work, the design process in this major polymerization process is designed, in the design process polymerization process in which materials should also be accounted for. Draw process flow diagram and material balance diagram。

Keywords:Inverse suspension；Copolymerzation；Material balance；Initiator process第1章文献综述1.1丙烯酸1.1.1丙烯酸的用途丙烯酸及其酯类作为高分子化合物的单体，世界总产量已超过百万吨，而由其制成的聚合物和共聚物(主要是乳液型树脂)的产量将近500万吨。

这些树脂的应用遍及涂料，塑料、纺织、皮革、造纸、建材，以及包装材料等众多部门。

丙烯酸及其酯类可供有机合成和高分子合成，而绝大多数是用于后者，并且更多地是与其他单体，如乙酸乙烯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等进行共聚，制得各种性能的合成树酯、功能高分子材料和各种助剂等[1]。

其主要应用领域有：1.经纱上浆料：由丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯腈、聚丙烯酸铵等原料配制的经纱上浆料，比聚乙烯醇上浆料容量退浆，节省淀粉。

2.胶粘剂：用丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸-2-乙基己酯等共聚乳胶，可作静电植绒、植毛的胶粘剂，其坚牢性和手感好。

3.水稠化剂：用丙稀酸和丙烯酸乙酯共聚物制成高分子量的粉末。

可作稠化剂，用于油田，每吨产品可增产500t原油，对老井采油效果较好。

4.铜版纸涂饰剂：用丙烯酸、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、苯乙烯等四元共聚乳胶作铜版纸涂料，保色不泛黄，印刷性能好，不粘辊，比丁苯胶乳好可节省干酷素。

5.聚丙烯酸盐类：利用丙烯酸可生产各种聚丙烯酸盐类产品(如铵盐、钠盐、钾盐、铝盐、镍盐等)。

用作凝集剂、水质处理剂、分散剂、增稠剂、食品保鲜剂耐酸碱干燥剂，软化剂等各种高分子助剂。

1.2.2丙烯酸的需求近10年多来, 我国丙烯酸工业发展很快, 但仍不能满足迅速增长的市场需求, 1996年供需缺口为2.38万吨，1998年上升至5.37万吨，2001年17.84万吨。

国内自给率呈逐年下降趋势，由1996年的80%降至2001年的44%，对进口依赖度相应由20%增加到56%。

但此后由于新建装置投产, 对进口依存度呈下降趋势，由2002年42.3%下降至2004年40.3%、2005年19.9%、2006年9.6%和2007年8.2%。

丙烯酸进口量由1996年2080吨增加到2001年6.71万吨、2002年10.88万吨、2003年10.97万吨和2004年11.40万吨, 由于产量大幅增长，2005年进口量下降到10.11万吨，2006和2007年进口量分别下降到5.26万吨和5.12万吨。

表2列出近年我国丙烯酸产量、进出口量和消费量。

表1-1 近年我国丙烯酸进出口量和表观消费量，单位：万吨年份产量进口量出口量表观消费200114.75 6.710.0521.41200214.9310.880.1225.69200315.4810.970.1326.32200417.0211.400.2828.14200537.1910.110.9146.39200651.30 5.26 2.0454.52200759.30 5.12 2.2162.21据分析，建筑、纺织、包装材料和卫生材料领域将成为中国丙烯酸酯市场未来发展的四大驱动力。

中国居民住房条件和人均居住面积将会进一步改善和提高，住宅建设快速发展，对丙烯酸乳胶建筑涂料和建筑密封胶的需求量将会大幅增长。

建筑行业仍将是我国丙烯酸及酯的主要消费领域。

丙烯酸及酯在建筑涂料和胶粘剂方面的开发应用前景非常好，其中丙烯酸2-乙基己酯主要用于生产胶粘剂，聚丙烯酸乙酯则主要用于生产涂料。

丙烯酸酯类建筑乳液产品因性能优异和对环境友好，可用作内、外墙涂料，深受用户青睐。

预计2010年我国建筑涂料需求量将达280万吨，配套的通用丙烯酸酯消费量为30万吨。

化纤工业已成为国民经济主导产业和外向型产业。

预计到2010年，中国纺织服装出口额将达到1200 亿美元，约占世界纺织品出口总额的30%。

化纤和纺织服装业发展及产品档次提高，对丙烯酸酯类高档纺织浆料、涂料印花浆和加工用胶粘剂等需求必将大幅增长[2]。

随着中国包装材料业迅速发展，包装胶粘带用丙烯酸酯类胶粘剂需求量将不断增长。

2007年，中国压敏胶粘剂制品（胶带及标签)产量约为62亿m2，共消耗丙烯酸酯类压敏胶34万吨。

预计今后中国压敏胶需求增速将高达20%。

随着中国居民生活水平不断提高，卫生材料需求量日益扩大。

预计上述卫生用品年均需求增速为12%～13%，到2010年对高吸水性树脂的需求量将达8万吨，将极大地拉动丙烯酸及酯的消费。

国家限制或禁止使用磷酸盐类助洗剂，洗涤剂行业推行无磷化，将大大促进聚丙烯酸钠盐的发展。

目前我国聚丙烯酸钠盐类助洗剂年消费量仅约为6000 吨，若全国洗涤剂实现无磷化，按添加量1%计，聚丙烯酸钠盐类年用量可达3万吨，市场潜力巨大。

在汽车工业，丙烯酸酯橡胶具有耐热、耐老化、耐油、耐臭氧、抗紫外线等性能，广泛应用于各种高温、耐油环境中，特别是用于汽车曲轴、阀杆、汽缸垫、液压输油管等。

过去丁腈橡胶和氯丁橡胶制备的传统汽车配件已不能适应现代汽车的要求，将逐渐被性能优异的丙烯酸酯橡胶所替代[3]。

2007年国内汽车工业对丙烯酸酯橡胶需求量达8700吨，2010年将达1.3万吨。

综上所述，受建筑、纺织、包装和卫生材料领域拉动，中国丙烯酸酯市场未来仍将高速发展。

2005年中国丙烯酸酯需求量达到72万吨，2006年中国丙烯酸酯需求量达84万吨，2007年需求量达88万吨，占世界总消费量的26%；2010年和2015年需求量将分别达到116万吨和170万吨，2010年消费量约占世界总消费量的31.4%，届时中国将成为名副其实的世界丙烯酸消费大国。

1.2高吸水树脂1.2.1高吸水树脂的性能高吸水树脂(Super Absorbent Polymer，SAP)是一种新型功能高分子材料。

它具有吸收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离出来。

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。

高吸水树脂是一类含有亲水基团和交联结构的大分子，最早由Fanta等采用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。

其中聚丙烯酸系高吸水树脂较淀粉系及纤维素系相比，具有生产成本低、工艺简单、生产效率高、吸水能力强、产品保质期长等一系列优点，成为当前该领域的研究热点。

目前世界高吸水树脂生产中，聚丙烯酸系占到80%。

高吸水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，导致树脂的吸水能力大大下降。

通常，高吸水树脂在0.9% NaCl溶液中的吸水能力只有在去离子水中的1/10左右。

吸水和保水是一个问题的两个方面，林润雄等对此进行了热力学探讨。