材料工程聚丙烯腈课程设计说明书
5000吨丙烯腈设计说明书(DOC)
化工设计说明书5000t/a丙烯腈合成工段的课程设计5000 T/A ACRYLONITRILE SYNTHESIS SECTION OF THECOURSE DESIDN学院（部）：化学工程学院专业班级：化工13-3学生姓名：王庆松指导教师：丰芸2016 年 5 月16 日5000t/a丙烯腈合成工段的课程设计摘要丙烯在引发剂(过氧甲酰)作用下可聚合成一线型高分子化合物―聚丙烯腈。
聚丙烯制成的腈纶质地柔软，类似羊毛俗称人造羊毛，它强度高，比重轻、保温性好、耐日光、耐酸和耐大多数溶剂。
丙烯腈与丁二烯共聚生产的丁腈橡胶具有良好的耐油、耐寒、耐溶剂等性能是现代工业最重要的橡胶、应用广泛。
关键词：丙烯腈，强度，广泛，重要目录5000t/a丙烯腈合成工段的课程设计 (1)摘要 (2)1.绪论 (5)1.1 引言 (5)1.2设计任务 (5)1.3丙烯腈的物理性质 (6)1.4丙烯腈的化学性质 (6)1.5丙烯腈的制取方法 (6)1.6丙烯腈的发展简史及展望 (7)1.7市场分析 (7)2.物料衡算与热量衡算 (8)2.1发生的主反应和副反应 (8)2.2生产工艺流程 (8)2.3物料衡算 (9)3.丙烯腈合成工段生产工艺流程图和物料流程图 (12)4.主要设备的工艺计算 (13)4.1 浓相段直径计算 (13)4.2 浓相段高度 (13)4.3 扩大段直径 (14)4.4 扩大段高度 (14)4.5 浓相段冷却装置的换热面积 (14)4.6 稀相段冷却装置的换热面积 (14)5.设计结果汇总 (16)5.1 工艺设备一览表 (16)5.2 原料消耗综合表 (21)5.3 能量消耗综合表 (21)5.4 排出物综合表 (23)6.环境保护和安全措施要求 (24)6.1安全防护措施 (24)参考文献 (28)致谢 (29)1.绪论1.1 引言丙烯腈是一种无色的有辛辣气味液体，易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。
聚丙烯腈反应工艺
聚丙烯腈反应工艺材料科学与工程学院 201013020427杨艳艳1 聚丙烯腈聚合方法PAN溶液聚合的基本工艺为：丙烯腈、溶剂和少量助剂进入反应签，达到一定的温度条件，单体在引发剂的作用下打开双键连接为线性聚丙烯腈链并释放出反应热；这些溶有大分子的有机溶液经过一些后处理工序，成为最终聚合产品。
水相沉淀聚合是当前聚丙烯睛纤维工业中使用最广泛的方法。
水相沉淀聚合工艺具有连续相不参与聚合过程、聚合釜时空利用率高、体系粘度低、聚合热易除去、反应易稳定控制、生产灵活性大等优点。
2 聚合方法选择选择水相沉淀聚合中连续聚合方法，以二甲基亚砜为溶剂的工艺路线，该工艺路线采用丙烯腈为主单体，衣康酸、丙烯酸甲酯等物质作为共聚单体，二甲基亚砜为溶剂，通过偶氮二异丁腈热分解引发进行自由基链式聚合反应。
DMSO法聚合也可以采用连续聚合法，即：聚合主体过程按照转化率划分为前后两段，进出料均为连续过程，无批次划分。
其生产过程为：所有原料和助剂在混合成均匀溶液后，连续、定量进入聚合釜，并与已达到一定反应程度(70%以上)的丙烯腈—聚丙烯腈一二甲基亚砜溶液进行反应;该阶段得到的长链产物连续送入第二聚合釜，达到较高转化率(90%左右)；此后经过连续脱单、脱泡、过滤等处理后达到一定的中控指标，恒压输送至纺丝单元。
DMSO法聚合的主要特点在于条件缓和及可控性好。
其工艺具有以下优点A、聚合体系温度条件和缓，通过普通的循环热水系统即可完成，不仅降低了成本，而且安全可靠，控制精度高。
B、所得纺丝液不易水解，能够长时间贮存，在纺丝过程条件条件更加温和可控，制得的原丝和碳纤维综合性能更好C、二甲基亚砜对碳钢有一定腐蚀，因此主物料管线设备使用不锈钢材质，但对空间影响不严重，现场除有机物料接触的管线设备外，其余都可采用碳钢材质和普通防腐技术，检修维护成本不高。
D、二甲基亚砜人身伤害性小，只需配备简单劳保措施，安全环保投入低。
E、二甲基亚砜稀溶液回收技术简单，回用效果好，成本方面可控。
聚丙烯腈材料
Mn
PDI
kpapp×106 (s-1) 3.22 7.14
最佳值： [CuBr2]:[IDA]=1:2
33950 45940
1.29 1.25
3
4
1:3
1:4
27.41
22.6
37440
34840
1.30
1.36
6.36
5.08
[AN]:[CCl4]:[CuBr2]:[VC]=200:1:1:0.75, [AN]=6.0 mol/L, T=65º t=14 h, in DMF C,
活性可控自由基聚合制备聚丙 烯腈
1. 研究背景 2. 研究内容 3. 结论 4. 科研成果 5. 致谢
1 研究背景
聚丙烯腈（PAN）是一种重要的高分子材料前驱 体，化学稳定性好，不易水解，抗氧化，耐溶剂，能 有效阻止气体的渗透，可用来制备碳纤维，合成纤维 和膜材料等。
窄分子量分布是合成高性能聚丙烯腈的必然要求。
平衡态的活化能为 △H0eq= 13.6 kJ/mol
2.1.8 核磁谱图分析
1H-NMR谱图进一
步证实了
CCl4/CuBr2/IDA引
发的AGET ATRP具 备活性/可控特征。
Fig. 2-4. 1H-NMR spectrum of PAN with CCl4 as initiator and [AN]:[CCl4]:[CuBr2]:[IDA]:[VC] = 200:1:1:2:0.75 at 65º in DMF for C 14 h.
聚丙烯腈通常由传统自由基聚合制备。
聚合缺点：双基终止和链转移等副反应，聚合反 应不可控，聚丙烯腈的分子量分布较宽，严重影响其 加工和使用性能。
1 研究背景
材料工程聚丙烯腈课程设计说明书
材料工程聚丙烯腈课程设计说明书1概述1.1聚丙烯腈生产的历史聚丙烯腈PAN是由以丙烯腈经聚合反应得到。
而由AN含量占35%?85%的共聚物制成的纤维称为改性聚丙烯腈纤维。
在国内聚丙烯腈纤维或改性聚丙烯腈纤维商品名为腈纶。
早在1894年法国化学家牟若Moureu首次提出了聚丙烯腈的合成,直到1929年德国的巴斯夫(BASF)公司成功地合成出聚丙烯腈,并在德国申请了专利(DRP Nr58035l和654989)。
1942年德国的赫博特雷思(Herbed Rein)和美国杜邦(Du Pont)公司同时发明了溶解聚丙烯腈的溶剂二甲基甲酰胺(DMF)。
由于当时正处于第二次世界大战,直到1950年才在德国和美国实现了聚丙烯腈纤维的工业化生产,德国的商品名为贝纶(Perlon),美国的商品名为奥纶(Orlon),它们是世界上最早实现工业化生产的聚丙烯脯腈纤维品种。
目前,聚丙烯腈基碳纤维产量约占全球碳纤维总产量的90%,其中小丝束碳纤维约为23165t/a,占73.4%,大丝束碳纤维约为8400t/a。
日本有三家大公司从事碳纤维的生产、研究和开发,东丽公司、东邦人造丝公司和三菱人造丝公司是世界著名的碳纤维生产企业,日本东丽、东邦和三菱三家公司的高性能小丝束碳纤维生产能力合计为17500t/a,占世界高性能小丝束碳纤维总能力的75.5%,基本控制了世界高性能小丝束碳纤维的生产。
在聚丙烯腈基大丝束碳纤维的生产方面,世界总生产能力为84000t/a,福塔菲尔、卓尔泰克、阿尔迪拉、爱斯奇爱尔等四家公司垄断了世界聚丙烯腈基大丝束碳纤维的生产。
其中福塔菲尔公司为3500t/a,占世界聚丙烯腈基大丝束碳纤维总生产能力的41.7%,居世界的首位。
美国是碳纤维生产大国,更是消费大国,世界碳纤维40%以上的市场在美国。
美国1996年碳纤维生产能力约为4500t,其中卓尔泰克公司在美国德克萨斯州的亚平伦城和匈牙利的布达佩斯附近建了5条碳纤维生产线,1997年的总生产能力达3000t左右,一跃成为世界上生产碳纤维的最大集团之一。
建筑用工程纤维之聚丙烯腈纤维说明
建筑用工程纤维之聚丙烯腈纤维介绍博特(BOT)系列产品1.什么是聚丙烯腈纤维?聚丙烯腈纤维是一种专门用于沥青混凝土或水泥混凝土中起到增强防裂作用的新型加筋纤维，它又称腈纶纤维，是由100%聚丙烯腈树脂经特殊工艺加工而成的合成纤维。
作为混凝土的次要加筋材料，聚丙烯腈纤维可明显地提高混凝土的韧性及抗冲击性能，并有效地阻止裂缝的产生和发展，提高混凝土的抗渗性、抗冻性等耐久性能，另外，作为加强沥青混凝土的专用纤维产品，它不仅可以大大改善沥青路面的粘结性、高温稳定性、疲劳耐久性，并且具有低温防裂和防止反射裂缝的性能，有效提高抗拉、抗剪、抗压及抗冲击强度。
它在混凝土中的巨大作用和使用前景已经越来越被工程界所认识和接受。
2.聚丙烯腈纤维常见类型聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯网状纤维、聚酯纤维、纤维素纤维、建筑用木质纤维、路用木质纤维、颗粒状木质纤维、高性能塑钢纤维、钢纤维、抗车辙剂、矿物质纤维、微硅粉等3.聚丙烯腈纤维作为混凝土的次要加筋材料，聚丙烯腈纤维可明显地提高混凝土的韧性及抗冲压性能，并有效地阻止裂缝的产生和发展，提高混凝土的抗渗性、抗冻性等耐久性能。
另外作为加强沥青混凝土的产业用纤维产品，它不仅可以大大改善沥青路面的粘结性、高温稳定性，疲劳耐久性，并且具有低温防裂和防止反射裂缝的性能。
有效提高抗拉、抗剪、抗压及抗冲击强度。
它在混凝土中的巨大作用和使用前景已经越来越被工程界所认识和接受。
4.聚丙烯腈纤维的物理参数：化学成分：聚丙烯腈类型：集束状单丝颜色：淡黄色自然色比重：1.18g/m³长度：6-19mm(可调)直径：12±3um熔点：220℃燃点：580℃拉伸强度：≥450MPa弹性模量：≥7.0GPa断裂伸长率：15-26%耐酸碱性：强自分散性：好安全性：安全无毒5.产品用途：新建沥青路面、桥面、旧水泥路面罩面、旧沥青路面罩面、局部损坏路面修补。
添加量：用于高等级公路路面，1.5-2.5kg/吨沥青混合料，适用于昼夜交通量3000-80000用于桥面磨耗层，2.0-3.5kg/吨沥青混合料。
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合材料
针对PAN基碳纤维复合材料生产过程中存在的能耗高、污染重等问题 ，研究者们不断改进生产工艺，提高生产效率和环保性。
未来发展趋势预测与挑战分析
高性能化
未来PAN基碳纤维复合材料将继续向高性能化方向发展， 以满足高端应用领域对材料性能的更高要求。
绿色环保
随着环保意识的提高，PAN基碳纤维复合材料的绿色生产 将成为未来发展的重要趋势，包括采用环保原料、优化生 产工艺等。
耐疲劳性
碳纤维复合材料具有良好 的耐疲劳性能，能够承受 长期的交变载荷作用。
热稳定性及耐候性评估
热稳定性
PAN基碳纤维在高温下能 够保持较好的稳定性，不 易发生热分解或氧化反应 。
耐候性
碳纤维复合材料具有良好 的耐候性能，能够抵抗紫 外线、酸雨等自然环境的 侵蚀。
耐腐蚀性
由于碳纤维的化学稳定性 较高，因此它对于多种化 学物质都具有良好的耐腐 蚀性。
汽车工业领域应用
轻量化
碳纤维复合材料具有密度小、比 强度高、比模量高等优点，是实 现汽车轻量化的理想材料，可用
于车身、底盘等结构件。
安全性
碳纤维复合材料在碰撞时能够吸收 大量能量，提高汽车的安全性。
舒适性
碳纤维复合材料具有良好的阻尼性 能，能够降低汽车行驶过程中的振 动和噪音，提高乘坐舒适性。
体育器材领域应用
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合 材料的制备工艺主要包括原丝 制备、预氧化、碳化、石墨化 等步骤，通过控制工艺参数可 以得到不同性能的复合材料。
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合 材料在航空航天、汽车、体育 器材、建筑等领域具有广泛的 应用前景，如飞机结构件、汽 车轻量化部件、高性能运动器 材等。
02
CATALOGUE
材料工程聚丙烯腈课程设计说明书
产物：聚丙烯腈 纯化：过滤、洗涤、干燥等 性能测试：熔点、密度、强度等
原料选择：选 择合适的原料 对聚丙烯腈的 合成与制备至
关重要
反应条件：反 应温度、压力、
时间等对聚丙 烯腈的合成与 制备有重要影
响
催化剂选择： 合适的催化剂 可以提高聚丙 烯腈的合成效
率和纯度
工艺流程：合 理的工艺流程 可以提高聚丙 烯腈的合成效
PART FOUR
汽车内饰：聚丙 烯腈纤维用于制 作汽车座椅、地 毯等内饰材料
汽车外饰：聚丙 烯腈纤维用于制 作汽车保险杠、 车身面板等外饰 材料
汽车零部件：聚 丙烯腈纤维用于 制作汽车发动机 罩、车门把手等 零部件
汽车轮胎：聚丙 烯腈纤维用于制 作汽车轮胎的帘 线，提高轮胎的 耐磨性和抗老化 性
结构：聚丙烯腈是一种线性聚合物，由丙烯腈单体通过聚合反应形成
性能：聚丙烯腈具有高强度、高模量、耐热性、耐化学性等优良性能
关系：聚丙烯腈的结构决定了其性能，如线性结构使其具有高强度和高模量，耐热性、耐化 学性等性能也与其结构有关
应用：聚丙烯腈广泛应用于纤维、塑料、涂料等领域，其结构与性能的关系决定了其在这些 领域的应用效果
聚丙烯腈在电子工业中的应用：用于生产各种电子元件，如电 容器、电阻器等
聚丙烯腈在生物医学领域的应用：用于生产各种生物医学材料， 如人工器官、生物传感器等
聚丙烯腈在环保领域的应用：用于生产各种环保材料，如污水 处理材料、空气净化材料等
PART FIVE
共聚改性原理：通过共聚反应改变聚丙烯腈的化学结构，提高其性能 共聚单体：常用的共聚单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐等 共聚方法：包括溶液共聚、悬浮共聚、乳液共聚等 共聚效果：可以提高聚丙烯腈的热稳定性、力学性能、耐腐蚀性等性能
聚丙烯腈反应工艺
聚丙烯腈反应工艺材料科学与工程学院 201013020427杨艳艳1 聚丙烯腈聚合方法PAN溶液聚合的基本工艺为：丙烯腈、溶剂和少量助剂进入反应签，达到一定的温度条件，单体在引发剂的作用下打开双键连接为线性聚丙烯腈链并释放出反应热；这些溶有大分子的有机溶液经过一些后处理工序，成为最终聚合产品。
水相沉淀聚合是当前聚丙烯睛纤维工业中使用最广泛的方法。
水相沉淀聚合工艺具有连续相不参与聚合过程、聚合釜时空利用率高、体系粘度低、聚合热易除去、反应易稳定控制、生产灵活性大等优点。
2 聚合方法选择选择水相沉淀聚合中连续聚合方法，以二甲基亚砜为溶剂的工艺路线，该工艺路线采用丙烯腈为主单体，衣康酸、丙烯酸甲酯等物质作为共聚单体，二甲基亚砜为溶剂，通过偶氮二异丁腈热分解引发进行自由基链式聚合反应。
DMSO法聚合也可以采用连续聚合法，即：聚合主体过程按照转化率划分为前后两段，进出料均为连续过程，无批次划分。
其生产过程为：所有原料和助剂在混合成均匀溶液后，连续、定量进入聚合釜，并与已达到一定反应程度(70%以上)的丙烯腈—聚丙烯腈一二甲基亚砜溶液进行反应;该阶段得到的长链产物连续送入第二聚合釜，达到较高转化率(90%左右)；此后经过连续脱单、脱泡、过滤等处理后达到一定的中控指标，恒压输送至纺丝单元。
DMSO法聚合的主要特点在于条件缓和及可控性好。
其工艺具有以下优点A、聚合体系温度条件和缓，通过普通的循环热水系统即可完成，不仅降低了成本，而且安全可靠，控制精度高。
B、所得纺丝液不易水解，能够长时间贮存，在纺丝过程条件条件更加温和可控，制得的原丝和碳纤维综合性能更好C、二甲基亚砜对碳钢有一定腐蚀，因此主物料管线设备使用不锈钢材质，但对空间影响不严重，现场除有机物料接触的管线设备外，其余都可采用碳钢材质和普通防腐技术，检修维护成本不高。
D、二甲基亚砜人身伤害性小，只需配备简单劳保措施，安全环保投入低。
E、二甲基亚砜稀溶液回收技术简单，回用效果好，成本方面可控。
第六章聚丙烯腈纤维详解演示文稿
目前十七页\总数六十一页\编于七点
三、聚丙烯腈的性能
聚丙烯腈为白色粉末，密度1.14～1.15g/cm3， 220～230 ℃时软化并发生分解。
由于侧氰基作用，聚丙烯腈大分子主链呈螺旋状空间立体构象。 聚丙烯腈的耐光性非常优良，这主要是由于聚丙烯腈大分子上
引发剂用量增加，单位时间内产生的引发自 由基增多，单体聚合速度加快，转化率增加；同 时活性中心增多，不利于提高聚合产物分子量。 NaSCN法用AIBN做引发剂，AIBN为总单体重量 的0.2％～0.8％。
目前十四页\总数六十一页\编于七点
⑵聚合温度 T ↑ 转化率↑ ↓ 温度升高，引发剂分解速度加快，反应总速
第三单体， 0.5％～3％
第二单体的作用：降低大分子间的作用力，降低PAN的结晶性、 增加纤维的页\编于七点
常用的第二单体有：
丙烯酸甲酯（MA） 甲基丙烯酸甲酯
（MMA） 醋酸乙烯酯（VAC）
丙烯酰胺（AAM）
目前七页\总数六十一页\编于七点
第三单体的作用：引入亲染料基团，改进纤维 的染色性和亲水性。
第六章聚丙烯腈纤维详解演示文 稿
目前一页\总数六十一页\编于七点
优选第六章聚丙烯腈纤维
目前二页\总数六十一页\编于七点
2009年1-12化纤产量完成情况
目前三页\总数六十一页\编于七点
腈纶纤维有许多优点，蓬松性、保暖性好、手 感柔软、近似羊毛，而且具有优良的耐光性和 耐辐射性。但其强度不高，耐磨性和抗起球性 较差。
目前十九页\总数六十一页\编于七点
湿法纺丝工艺流程 1-喷丝头 2-凝固浴 3-导丝盘 4-卷绕装置
聚丙烯腈
聚苯烯腈纤维
丙烯腈分子式
聚丙烯腈是由单体丙烯腈经自由基聚合反应而得到。大分子链中的丙烯 腈单元是接头-尾方式相连的。主要用于制聚丙烯腈纤维，聚丙烯腈 纤维（俗称晴纶）的强度并不高，耐磨性和抗疲劳性也较差。聚丙烯 腈纤维的优点是耐候性和耐日晒性好，在室外放置18个月后还能保持 原有强度的77%。它还耐化学试剂，特别是无机酸、漂白粉、过氧化
• 也可以用于锂离子聚合物电池的电解质聚合物基体，离子电导率较高，能 达到10锂离子迁移数也大于PEO系，可达到0.5，但PAN链上有较强的极性 基团-CN，与锂电极相容性差，钝化现象比较严重。
聚丙烯腈纤维
聚丙烯腈纤维
• 聚丙烯腈纤维大多是以丙烯腈为主的三元 共聚物制得，其中丙烯腈占88％～95％，第 二单体用量为4％～10％，第三单体用量为 0.3％～2％。
1.物理性质
– 聚丙烯腈为白色粉末状物质，其密度为1.14～ 1.15g/cm3，加热至220～230℃时软化，并同时 发生分解。
– 2. 玻璃化温度 – 聚丙烯腈具有三种不同的聚集状态，即非晶相
的低序态、非晶相中序态及准晶相高序态。因此 对应两个玻璃化温度和一个熔点。玻璃化温度分 别为80～100℃、140～150℃。由于共聚组分的 加入Tg1和Tg2逐渐互相接近至完全相同，其玻 璃化温度约为 工业合成配方 四 工业合成的工艺 五 具体应用
一 概述
• 英文简写：PAN
• 聚丙烯腈纤维的研发趋势，可以归纳为二个方面； 其一，是新成纤工艺研究，如采用增塑剂法，合成 聚丙烯腈共聚物，以期降低聚丙烯腈大分子间的相 互作用从而降低聚合物的熔点，来采用熔融纺织工 艺或提高干喷湿纺工艺中纺丝浆液的浓度，达到提 高成纤后原丝力学性能的目的。其二，是研究聚丙 烯腈纤维的新品种，例如阻燃性聚丙烯腈纤维，高 收缩性聚丙烯腈纤维，聚丙烯腈纤维纺丝过程中的 在线着色技术，抗静电聚丙烯腈纤维，高吸水率聚 丙烯腈纤维，细旦丝纤维，复合聚丙烯腈纤维，抗 菌防臭聚丙烯腈纤维，远红外聚丙烯腈纤维，高强 高模聚丙烯腈纤维等
丙烯腈安全技术说明书
丙烯腈简介丙烯腈属大众基本有机化工产品，是三大合成材料——合成纤维、合成橡胶、塑料的基本且重要的原料，在有机合成工业和人民经济生活中用途广泛。
有机合成中引入氰乙基。
谷类烟熏剂。
合成表面活性剂和抗氧剂。
丙烯腈用来生产聚丙烯纤维(即合成纤维腈纶)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、苯乙烯塑料和丙烯酰胺(丙烯腈水解产物)。
另外，丙烯腈醇解可制得丙烯酸酯等。
丙烯腈在引发剂(过氧甲酰)作用下可聚合成一线型高分子化合物——聚丙烯腈。
聚丙烯腈制成的腈纶质地柔软，类似羊毛，俗称“人造羊毛”，它强度高，比重轻，保温性好，耐日光、耐酸和耐大多数溶剂。
丙烯腈与丁二烯共聚生产的丁腈橡胶具有良好的耐油、耐寒、耐溶剂等性能，是现代工业最重要的橡胶，应用十分广泛。
可以丙烯、氨、空气为原料，采用直接氧化法生产丙烯腈。
目录第一部分：化学品名称第二部分：成分/组成信息第三部分：危险性概述第四部分：急救措施第五部分：消防措施第六部分：泄漏应急处理第七部分：操作处置与储存第八部分：接触控制/个体防护第九部分：理化特性第十部分：稳定性和反应活性第十一部分：毒理学资料第十二部分：生态学资料第十三部分：废弃处置第十四部分：运输信息第十五部分：管制信息第十六部分：质量指标第十七部分：事故案例第一部分：化学品名称化学品中文名称：丙烯腈(抑制了的)化学品英文名称：acrylonitrile中文名称2：乙烯基氰，氰乙烯英文名称2：cyanoethylene，Vinylcyanide，2-Propenenitrile技术说明书编码：255CAS No.：107-13-1分子式：C3H3N / CH2=CH-CN结构式：三维模型结构简式：H2CCHCN分子量：53.06第二部分：成分/组成信息有害物成分含量CAS No.丙烯腈(抑制了的) ≥99% 107-13-1第三部分：危险性概述危险性类别：极毒、易燃易爆、可疑致癌物。
物理危险性：蒸汽比空气重，可能沿地面流动，可能造成远处着火。
化工专业的课程设计(丙烯腈工艺车间设计)
化工专业的课程设计(丙烯腈工艺车间设计)化工专业的课程设计(丙烯腈工艺车间设计) 燕山大学里仁学院化工专业课程设计目录 1. 设计任务书............................................................2 2. 丙烯腈车间工艺设计................................................4 3. 前言 (4)4. 丙烯腈工艺设计计算…………………………………………55. 附表……………………………………………………………376. 课程设计心得…………………………………………………39 参考文献……………………………………………………39 燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：基层教学单位：学号学生姓名专业（班级）设计题目丙烯腈车间工艺设计设计技术参数 1.生产能力：4700吨/年2.原料：丙烯85%，丙烷15%（摩尔分率）；液氨100% 3.产品：1.8%（wt）丙烯腈水溶液4.生产方法：丙烯氨氧化法 5.丙烯腈损失率：3.1% 6.设计裕量：6% 7.年操作日300天设计要求1.确定设计方案，画出工艺流程草图； 2.物料衡算，热量衡算 3.主要设备的工艺设计计算 4. 用CAD绘制工艺流程图一张（用3#图纸打印）；5. 编写设计说明书工作量1.设计计算：1周2.工艺流程图与设计说明书：0.5周3.答辩：0.5周工作计划第一周：物料衡算、热量衡算及主要设备的工艺设计计算第二周：画图，撰写设计说明书，答辩参考资料《化工设计》，黄璐主编，化学工业出版社，2000年《化工工艺设计手册》，上海医药管理局编，化学工业出版社，2002年《化学化工物性参数手册》，青岛化工学院等编，化学工业出版社，2002年指导教师签字基层教学单位主任签字燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：该生在课程设计工作期间态度（认真、较好、一般、较差）；工作（积极主动、较主动、不积极主动）。
丙烯腈课程设计
丙烯腈课程设计1前言1.1产品的性质、用途、价格及其变化趋势丙烯腈，【化学式】：CH2═CHCN，辛辣气味的无色液体。
熔点-82℃。
密度0.806g/cm3。
闪点-1．1℃(开杯)。
自燃点48l℃。
折射率1．388。
溶于水、乙醚、乙醇、丙酮、苯和四氯化碳。
与水形成共沸物。
化学性质非常活泼，易挥发，有腐蚀性。
有氧存在下，遇光和热能自行聚合．易燃，遇火种、高温、氧化剂有燃烧爆炸的危险，其蒸气与空气形成爆炸性混合物。
极毒！丙烯腈用来生产聚丙烯纤维(即合成纤维腈纶)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、苯乙烯塑料和丙烯酰胺(丙烯腈水解产物)。
另外，丙烯腈醇解可制得丙烯酸酯等。
丙烯腈在引发剂(过氧甲酰)作用下可聚合成一线型高分子化合物——聚丙烯腈。
聚丙烯腈制成的腈纶质地柔软，类似羊毛，俗称“人造羊毛”，它强度高，比重轻，保温性好，耐日光、耐酸和耐大多数溶剂。
丙烯腈与丁二烯共聚生产的丁腈橡胶具有良好的耐油、耐寒、耐溶剂等性能，是现代工业最重要的橡胶，应用十分广泛。
2009 年国际市场价格一路飙升，从3 月份的813 美元／ t 上涨到年底的1 533 美元／ t，涨幅超过700 美元／ t。
导致价格上涨的主要原因是，日本旭化成公司、韩国泰光产业和中国台湾中国石油化学工业开发公司的丙烯腈装置在2009 年前4 个月进行了检修；德国科隆1 套乙烯裂解装置2009 年12 月份停工，导致英力士的30 万t ／ a 丙烯腈装置宣布供应受不可抗力影响；此外，俄国卢克石油公司在萨拉托夫的15 万t ／ a 和英力士公司在英国Sealsands的23 万t ／ a 丙烯腈装置由于生产问题而进一步削减欧洲产品供应。
1.2 产品的历史、现状和发展趋势近年，全球丙烯腈装置有关停、闲置，也有新建和扩能，供需基本保持平衡。
随着科学技术的不断发展，丙烯腈工业呈现几大发展趋势：一是以丙烷为原料的丙烯腈生产路线在逐步推广，二是新型催化剂的研究依旧是国内外学者研究的课题，三是装置规模大型化。
3.5丙烯腈课程设计
3.5丙烯腈课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够掌握丙烯腈的基本概念、化学性质及主要用途；2. 学生能够理解丙烯腈的分子结构，了解其与其他有机化合物的联系；3. 学生能够掌握丙烯腈的合成方法、生产过程及安全防护措施。
技能目标：1. 学生能够运用化学知识分析丙烯腈的性质，并进行相关的实验操作；2. 学生能够通过查阅资料、课堂讨论等方式，提高对丙烯腈相关知识的自主学习能力；3. 学生能够在团队合作中发挥自己的优势，共同完成丙烯腈相关的研究项目。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对化学学科的兴趣，增强学习化学的自信心；2. 学生能够认识到丙烯腈在生活和工业中的应用，体会化学与社会的紧密联系；3. 学生能够关注化学领域的发展，树立环保意识和安全意识，培养良好的社会责任感。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在使学生在掌握丙烯腈相关知识的基础上，提高实验技能和自主学习能力，培养化学学科素养，同时注重培养学生的情感态度和价值观，使他们在学习过程中形成正确的化学观念。
通过分解课程目标为具体的学习成果，为后续的教学设计和评估提供依据。
二、教学内容根据课程目标，本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 丙烯腈的基本概念及化学性质- 丙烯腈的分子结构及化学式；- 丙烯腈的物理性质、化学性质；- 丙烯腈的用途及其在生活和工业中的应用。
2. 丙烯腈的合成方法、生产过程及安全防护- 丙烯腈的合成原理及反应方程式；- 丙烯腈的生产工艺流程；- 丙烯腈生产过程中的安全防护措施及环保要求。
3. 丙烯腈相关实验操作及研究项目- 基本实验操作技能：蒸馏、萃取、红外光谱分析等；- 实验室安全操作规程及事故处理；- 围绕丙烯腈的研究项目，如丙烯腈的提纯、性能测试等。
本章节教学内容依据课程目标，结合教材第3章第5节的内容进行组织，旨在确保教学内容的科学性和系统性。
教学大纲中明确教学内容安排和进度，按照上述三个方面逐一展开，以使学生全面掌握丙烯腈相关知识，提高实验技能和自主学习能力。
丙烯制备丙烯腈课程设计
丙烯制备丙烯腈课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握丙烯制备丙烯腈的原理、方法和实验操作技能，理解相关化学反应的机理和条件，培养学生运用化学知识解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解丙烯的性质和制备方法；（2）掌握丙烯腈的制备原理、反应条件和实验操作方法；（3）理解丙烯腈的化学结构及其与丙烯的关系。
2.技能目标：（1）能够运用化学知识分析丙烯制备丙烯腈的实验过程；（2）具备实验操作能力，能够独立完成丙烯腈的制备实验；（3）学会运用科学的方法分析实验结果，提高解决问题的能力。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对化学实验的兴趣和好奇心；（2）培养学生严谨的科学态度和团队协作精神；（3）增强学生对化学知识的信心，提高学生的自我成就感。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个方面：1.丙烯的性质和制备方法；2.丙烯腈的制备原理、反应条件和实验操作方法；3.丙烯腈的化学结构及其与丙烯的关系；4.实验操作注意事项及安全常识。
5.导入：介绍丙烯和丙烯腈的基本概念，引导学生思考丙烯制备丙烯腈的可能性；6.丙烯的性质和制备方法：讲解丙烯的化学性质，介绍丙烯的制备方法，引导学生理解丙烯的来源；7.丙烯腈的制备原理：讲解丙烯腈的制备原理，分析反应机理和条件，引导学生掌握关键步骤；8.实验操作方法：讲解实验操作步骤，示范实验操作方法，引导学生动手实践；9.丙烯腈的化学结构：分析丙烯腈的化学结构，引导学生理解丙烯腈的结构特点；10.实验结果分析：分析实验结果，引导学生运用化学知识解决问题；11.总结与拓展：总结本节课的主要内容，布置课后作业，引导学生进一步探究。
三、教学方法本节课采用多种教学方法，激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：讲解丙烯和丙烯腈的基本概念、性质和制备方法，引导学生掌握相关知识；2.讨论法：学生讨论丙烯腈的制备原理和实验操作方法，培养学生的思考和表达能力；3.案例分析法：分析实验结果，引导学生运用化学知识解决问题；4.实验法：安排学生进行实验操作，培养学生的实验能力和动手能力。
聚丙烯腈
连续水相沉淀聚合生产—工艺流程
1
2
3
回收 单体 NaOH 水溶液
低压 蒸汽 洗涤水
聚合体 淤浆 聚合体
五 具体应用
• 聚丙烯腈纤维（俗称晴纶）的强度并不高，耐磨性和抗疲劳性也较差。 聚丙烯腈纤维的优点是耐候性 • 聚丙烯腈纤维 • 和耐日晒性好，在室外放置18个月后还能保持原有强度的77%。它还耐 化学试剂,特别是无机酸、漂白粉、过氧化氢及一般有机试剂。聚丙烯腈 对碱不稳定，遇碱易着色，在80℃以上的浓碱中能水解为聚丙烯酸钠。 在回弹性和卷曲性方面，与羊毛存在很大的差距。随着合成纤维生产技 术的不断发展，复合聚丙烯腈纤维以及各种改性聚丙烯腈相继出现，如 高收缩、抗起球、亲水、抗静电、阻燃、细纤度、异型截面等品种都已 有商品生产。 • 聚丙烯腈纤维广泛用来代替羊毛，或与羊毛混纺制成毛织物等，可代替 部分羊毛制作毛毯和地毯等织物，还可作为室外织物，如滑雪外衣、船 帆、军用帆布、帐篷等。 • 聚丙烯腈中空纤维膜具有透析、超滤、反渗透和微过滤等功能，可用于 医用器具、人工器官、超纯水制造、污水处理和回用等。
三 工业合成配方
丙烯腈：分子中含有碳-碳双键和腈基， 化学性质很活泼。用量90-94% 第二单体：丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、 醋酸乙烯酯等，用量5%～10%。 第三单体：带有酸性基团的乙烯基 单体如乙烯基苯磺酸、甲基丙烯酸 、衣康酸钠盐等；或是带有碱性基 团的乙烯基单体如2-乙烯基吡啶、 2-甲基-5－乙烯基吡啶等。 用量很少，一般低于5% 。
四 工业合成的工艺
溶液聚合
聚合条件 聚合温度76～80℃，时间1.2～1.5h 高转化率控制在70%～75%， 低转化率控制在50%～55% 搅拌速度55～80r/min 高转化率时溶液中聚合物浓度11.9%～12.7% 低转化率时溶液中聚合物浓度为10%～11%。
聚丙烯腈纤维
腈纶是所有合成纤维中工 艺路线最多的品种，其工 业化路线达12种之多。12 种工艺路线中，产量主要 集中于DMA(二甲基乙酰胺) 湿法二步法，DMF干法和 NaSCN 一步法3种工艺路 线，其产量约占腈纶总量 的58% ；其次是HNO 湿法 二步法，NaSCN 两步法， DMF湿法一步法和二步法4 种工艺路线，产量约为总 量的32% ，其他5种路线， 产量仅占1O 左右(表2)。
三、聚丙烯腈的结构和性质
(一)聚丙烯腈的结构
1.通过光谱分析研究证实，聚丙烯睛大分子链中丙 烯腈单元的连接方式主要是首尾连接，与—CN基相 连接的碳原子间隔着一个—CH2基。
2.丙烯腈均聚物大分子的主链与聚乙烯大分子链的
主链一样，都是由碳—碳键构成。但是，是聚丙烯腈 主链并不是平面锯齿形分布．而是螺旋状的空间立体 构象，螺旋体的直径为6A°，如图4-3所示。
(二)聚丙烯腈的性质
聚丙烯腈为白色粉末，散重为200— 250 g/L。密度为1.14一1.15g/cm3，220℃时软化并分 解。
1．物理性质
2．玻璃化温度 聚丙烯腈具有三种不同的聚集状态， 即非晶相的低序态、中序态和准晶相高序态。有三个与 之相对应的链段运动的转变温度。这种转变温度对非晶 相是玻璃化温度、对晶相则是熔点。因此聚丙烯腈有两 个玻璃化温度。据测定，聚丙烯腈在低序区的Tg1 =80—100℃，中序区的Tg2=140—150℃。对于三元共 聚，由于共聚组分的加入，Tg1和Tg2逐渐相互靠近， 以至完全相同。其Tg=75—100℃。水溶胀聚丙烯腈Tg 下降到65—80℃；而初级溶胀聚丙烯腈的Tg 则在40一 60℃范围内。
混合系统由几个带有搅拌器的槽组成，它 使聚合物混合更均匀，并使反应釜和干燥 机之间的工作调节有序。 混合后的淤浆在第二个旋转真空过滤机中 脱水。这里出来的聚合物含有60％的水分， 直接喂入挤出机。经挤出送入连续的链板 干燥机中，将湿度降低到小于1％。干燥后 的聚合物放风送到循环分离器，进行液固 分离，接着送至粉碎机进行粉碎。最后送 去制备溶液。
丙烯腈共聚物的制备
合 成 目 录
返 回 最 近 观 看ppt
丙烯腈的聚合反应是属于自由基型链式聚合反应， 丙烯腈的聚合反应是属于自由基型链式聚合反应，反应体系中活化 中心一旦形成，就有成千上万个分子经历着链的引发、 中心一旦形成，就有成千上万个分子经历着链的引发、增长及终止三个 阶段，逐步生成聚丙烯腈。 阶段，逐步生成聚丙烯腈。 本实验采用以硫氰酸钠水溶液为溶剂的溶液聚合， 本实验采用以硫氰酸钠水溶液为溶剂的溶液聚合，在反应前后体系 的总重量不变， 的总重量不变，则：
W =
25 × 0.17 × A C
式中：W—物料重量，（g）； A—物料重量占总单体重量的百分比，（%）； C—物料的纯度，（%）。 如果所用的物料是液体，将计算所得物料重量除以该物料的比重， 如果所用的物料是液体，将计算所得物料重量除以该物料的比重，即得所需 物料的毫升数。 硫氰化钠水溶液是用硫氰化钠和去离子水配成， ℃ 物料的毫升数。51%硫氰化钠水溶液是用硫氰化钠和去离子水配成，25℃时溶液 硫氰化钠水溶液是用硫氰化钠和去离子水配成 密度为1.294。所需51%硫氰化钠溶液毫升数为： 。所需 硫氰化钠溶液毫升数为： 密度为 硫氰化钠溶液毫升数为
合 成 目 录
3、测定转化率： 测定转化率：
从称量瓶中称取聚合液1 精确到0 0002g 从称量瓶中称取聚合液1～2g（精确到0.0002g），置于一块方玻璃 中央，再盖上另一块方玻璃，用力挤压，使聚合液呈薄层状。 中央 ，再盖上另一块方玻璃， 用力挤压，使聚合液呈薄层状 。然后 将带聚合液薄膜的玻璃片浸入盛有蒸馏水的搪瓷盘中，移开玻璃片， 将带聚合液薄膜的玻璃片浸入盛有蒸馏水的搪瓷盘中 ， 移开玻璃片， 使其凝固、析出。以上聚合液做2 使其凝固、析出。以上聚合液做2块。 用镊子将薄膜仔细揭下来，操作时要防止薄膜失落。 用镊子将薄膜仔细揭下来，操作时要防止薄膜失落。将薄膜放 入小烧杯中，用蒸馏水洗涤， 入小烧杯中，用蒸馏水洗涤，直至洗涤用铁矾指示剂检验不显红色 为止。把洗净的薄膜放在表面皿上展平，放入烘箱， 105℃烘至恒 为止。把洗净的薄膜放在表面皿上展平，放入烘箱，在105℃烘至恒 重。称重（精确到0.0002g），计算转化率。 称重（精确到0.0002g），计算转化率。 0.0002g），计算转化率 返 回 最 近 观 看ppt
丙烯腈厂丙烯腈高效阻聚剂技术规格书
丙烯腈厂丙烯腈高效阻聚剂技术规格书附录 A外观的测定取50mL～60mL试样，置于清洁、干燥的100mL具塞比色管中，在日光或日光灯透射下观察。
附录 B凝固点的测定B.1 方法原理将已知浓度的溶液逐渐冷却成冷溶液，然后保持溶液结晶，当晶体生成时放出凝固热体系温度回升，当放热与散热成平衡温度不再改变，此固液两相达成的平衡温度即为溶液的凝固点。
B.2 仪器设备仪器型号：自动凝点/倾点测定仪 NQ-3Z型B.3 测定步骤B.3.1 检查冷浴箱内酒精是否满足做样需要，否则先加酒精，保证酒精高度比试管刻度线高。
B.3.2 将5滴酒精倒入试管外套，保证外套倾斜45度不与试管接触为准。
B.3.3 将样品倒入试管内套刻度线处。
B.3.4 开机（保持5分钟）。
B.3.5 点击设置→确定→选择方法→确定→选择实验标准→设定预设点（比指标温度提高3℃）→终点判断（选择自动判断）→点击菜单，回到首页面→点激活方法→启动A，开始做样。
B.3.6 样品测定完后点击菜单回到首页面后关机。
B.3.7 做完样品后，将传感器拿出用酒精擦试干净，保存好。
B.4 分析结果表示记录仪器显示温度值。
附录 C红外图谱匹配率的测定C.1 方法提要样品用红外光谱扫描后得到红外光谱图，将此图特征及强度与标准红外光谱图比较，得到匹配率。
将样品的特征波数范围内的特征峰的强度与标准谱图相比较，计算得到红外图谱偏差。
C.2 分析步骤按仪器操作说明开启红外仪主机开关，待仪器通过自检后，开启电脑，启动红外分析程序。
测定时，先采集完毕后，用滴管小心将液体样品涂抹在样品窗口上，扫描样品图谱，待图谱扫描完毕后，将图谱加到新的窗口，得到红外图谱偏差，再将所需查的标准谱库加入搜索的谱库中，与谱库中的标准图谱相匹配，即可得到红外图谱匹配率。
图C.1 红外谱图。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
材料工程聚丙烯腈课程设计说明书1概述1.1聚丙烯腈生产的历史聚丙烯腈PAN是由以丙烯腈经聚合反应得到。
而由AN含量占35%?85%的共聚物制成的纤维称为改性聚丙烯腈纤维。
在国内聚丙烯腈纤维或改性聚丙烯腈纤维商品名为腈纶。
早在1894年法国化学家牟若Moureu首次提出了聚丙烯腈的合成,直到1929年德国的巴斯夫(BASF)公司成功地合成出聚丙烯腈,并在德国申请了专利(DRP Nr58035l和654989)。
1942年德国的赫博特雷思(Herbed Rein)和美国杜邦(Du Pont)公司同时发明了溶解聚丙烯腈的溶剂二甲基甲酰胺(DMF)。
由于当时正处于第二次世界大战,直到1950年才在德国和美国实现了聚丙烯腈纤维的工业化生产,德国的商品名为贝纶(Perlon),美国的商品名为奥纶(Orlon),它们是世界上最早实现工业化生产的聚丙烯脯腈纤维品种。
目前,聚丙烯腈基碳纤维产量约占全球碳纤维总产量的90%,其中小丝束碳纤维约为23165t/a,占73.4%,大丝束碳纤维约为8400t/a。
日本有三家大公司从事碳纤维的生产、研究和开发,东丽公司、东邦人造丝公司和三菱人造丝公司是世界著名的碳纤维生产企业,日本东丽、东邦和三菱三家公司的高性能小丝束碳纤维生产能力合计为17500t/a,占世界高性能小丝束碳纤维总能力的75.5%,基本控制了世界高性能小丝束碳纤维的生产。
在聚丙烯腈基大丝束碳纤维的生产方面,世界总生产能力为84000t/a,福塔菲尔、卓尔泰克、阿尔迪拉、爱斯奇爱尔等四家公司垄断了世界聚丙烯腈基大丝束碳纤维的生产。
其中福塔菲尔公司为3500t/a,占世界聚丙烯腈基大丝束碳纤维总生产能力的41.7%,居世界的首位。
美国是碳纤维生产大国,更是消费大国,世界碳纤维40%以上的市场在美国。
美国1996年碳纤维生产能力约为4500t,其中卓尔泰克公司在美国德克萨斯州的亚平伦城和匈牙利的布达佩斯附近建了5条碳纤维生产线,1997年的总生产能力达3000t左右,一跃成为世界上生产碳纤维的最大集团之一。
目前,美国正在开发碳纤维复合材料的五大新市场,即清洁能源车辆、土木建筑工程、近海油田勘探和生产、风力发电机大型叶片、高尔夫球杆和球拍。
这是推动美国和世界碳纤维复合材料大发展的动力。
随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的下降,在增强木材、机械和电器零部件、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用必将迅速扩大。
除日美之外,德国、英国和韩国也具有一定碳纤维复合材料生产能力。
据预测,今后世界碳纤维及复合材料需求量将稳定高速增长。
我国从20世纪60年代后期开始研制碳纤维,历经近40年的漫长历程。
在此期间,由于国外把碳纤维生产技术列人禁运之列,严格控制封锁,制约了我国碳纤维工业的发展。
我国科技工作者发扬自力更生的精神,从无到有,逐步建成了碳纤维的工业雏型,20世纪70年代初突破连续化工艺,1976年在中万方数据科院山西煤炭化学研究所建成我国第一条PAN基碳纤维扩大试验生产线,生产能力为2t/a;20世纪80年代开展了高强型碳纤维的研究,于1998年建成一条新的中试生产线,规模为40t/a。
“九五”以来,我国碳纤维的发展经历了规模不大的技术引进及碳纤维民用制品领域的拓展,在生产规模及产品应用方面取得了一定的进步。
一些高等院校,如北京化工大学、安徽大学、中山大学等也相继开展了CF研究。
面对国外在技术、设备、品种和性能等方面激烈竞争、迅速发展的局面,我国碳纤维生产尚处于起步阶段,与国外相比有很大差距,无论产量、质量均不能满足市场发展需求。
目前国内小规模PAN基碳纤维生产企业和科研院所共十余家,最大生产企业为吉化公司,现有装置生产总能力号称300t/a,实际年产量不足100t/a。
目前制约我国碳纤维发展的首要原因是PAN原丝质量不过关,其它原因还有生产技术及设备等。
随着我国经济的快速发展,碳纤维需求与日俱增,虽然国际上一些公司原丝和碳纤维产品对我国开始解冻,但碳纤维及其复合材料的生产是关系到国防建设的高科技技术,必须立足国内。
碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持的新产品,研制生产高性能、高质量的碳纤维,满足军工和民用产品的需求,扭转大量进口的局面,是我国碳纤维工业发展亟待解决的问题。
近期国内有多家企业拟建或正在建设碳纤维生产装置,如安徽蚌埠灯芯绒集团与华源集团合作建设安徽华皖碳纤维有限公司一期500t/a PAN原丝和200t/a碳纤维工程,总投资超过2亿元,PAN原丝采用亚砜一步法,技术由国外引进,产品以12k的BOO 级碳纤维为主导产品,并准备引进成熟的预浸料生产线。
华皖碳纤维公司二期建设规模将使碳纤维产量达到400t/a,下游产品亦列入规划。
此外,山东、浙江、广西等地也有拟建碳纤维生产线的计划。
我国生产企业尚未掌握碳纤维产业化生产技术。
我国目前还没有一条产业化规模的碳纤维生产线,小批量生产主要来自几家科研单位,如山西煤化所、上海合纤所、北京化工大学、山东工业大学等。
1.3聚丙烯腈纤维的性能和应用1、聚丙烯腈纤维有许多优良的特性:①近似羊毛,蓬松、卷曲和柔软。
密度比羊毛小一般为1.14~1.18g/,羊毛为1.3~1.32g/)。
强度比羊毛1~2.5倍,保暖性也好,常用来代替羊毛。
②利用其热弹性可制膨体纱,弹性好,保暖性也好特好,可替代羊毛绒线。
③耐光、耐候性好,除含氟纤维外,是合成纤维中最好的,耐热性也较好,在熨烫高温下150℃仍能保持白度。
④能耐酸如35%盐酸、65%硫酸、45%硝酸,耐碱性较差,不溶于一般有机溶剂,能溶于极性大的有机溶剂,如二甲基酰胺、二甲基亚砜等。
⑤均聚的聚丙烯腈染色性较差,利用共聚方法引入带不同类型亲染料基团的第三单体,可改善染色性能,并扩大染料类型和品种。
如采用分散染料、阳离子染料、碱性染料及酸性染料等,可得到色谱齐全、色彩鲜艳、水洗和日晒牢固较好的纤维。
但是聚丙烯腈纤维也有不足之处,如强度、起始弹性模量均处中等水平,其弹回性和卷曲性还不及羊毛。
2、聚丙烯腈纤维的应用:由于聚丙烯腈纤维的这些特性,故可广泛地用于混纺或纯纺织物中。
如可制成各种似毛的呢料、针织品及长绒织物。
因为吸湿性低.常与棉、毛或粘胶纤维混纺,以改进其吸湿性能。
又可制成膨体纱,大量用来代替羊毛。
另外在军用和工业方面也取得了应用。
在室外用的织物、有帆布、炮衣、窗帘和旗帜等。
1.4聚丙烯腈纤维生产的意义聚丙烯腈纤维大量用作“仿羊毛”纤维,替代羊毛。
它的发展很快,现今已是合成纤维中的第三位,其产量仅次于涤纶与尼龙。
广泛用作人造皮毛、编织物、编织用毛线、地毯用织物和室内装饰品等。
聚丙烯腈纤维还可以经高温热处理成碳纤维和石墨纤维,为制造高强度高模量复合材料提供增强型纤维。
但是聚丙烯腈纤维的纺丝性能不佳、生产成本较高,一直是国内腈纶生产企业的首要关注问题。
纤维纺丝性能主要由纺丝工艺决定,但聚合物本身结构的影响是根本的,如聚合物分子量及其分布、共聚物组成及序列分布等。
聚合物本身特性对纺丝性能的影响,进行丙烯腈纤维改性,主要有两个方面:一是对聚合物分子量进行调整二是给聚合物选择合适的共聚单体及含量。
而降低生产成本也有两方面问题,一是生产原料价格控制阴,另一个则是聚合工艺的优化设计。
棉花等天然纤维还满足不了全世界对纤维的要求,进入21世纪后,腈纶还能保持一定的发展,但增加速度很慢。
工艺技术和装备水平有一定的进步,一方面可提高效率,降低成本,同时也为了满足环保等严格的要求,如开发熔融纺丝技术等一些绿色生产技术。
企业要成为科技进步的主体和主战场,面对激烈竞争的腈纶工业尤为重要。
要在下世纪建成若干个腈纶科研开发基地其主要任务是新产品开发,重点应是毛型纤维。
加入WTO后,我国纤维界就真正转入了世界化纤产业之中,企业必须面对现实,迎接挑战,在竞争中求生存,立足于优化结构,注意品种开发,加大技术改造步伐,提高产品科技含量,提高员工素质、管理水平和降低生产成本,从而提高质量、附加值,使之具有较强的市场开拓能力。
在质量、品种、成本、效益上能和国际同行相抗衡,同时加速企业重组、联合、兼并的进程,走集约型、效益型的发展道路,全面提高企业竞争力,这是我国腈纶业的根本出路。
1.2聚丙烯腈的生产方法生产聚丙烯腈常用的第二单体为甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺等,一般含量达10%左右,可适当降低聚合物分子间的作用力,增强纤维柔软性及手感。
第三单体多为甲基烯丙基磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、甲基乙烯基吡啶、衣康酸等,其用量不超过0.5%,以引入极性基团,改善纤维染色性能。
由于近年来价格竞争激烈,故以廉价的醋酸乙烯酯(VAc)作为第二单体。
按照纺丝原液的制备方法,腈纶生产工艺可分为溶液均相聚合一步法和非均相聚合二步法两种。
1、均相溶液聚合所谓均相溶液聚合指所用溶剂既能溶解单体又可溶解聚合产物。
反应结束后,聚合物溶液可直接用于纺丝,所以该法亦称一步法。
如以硫氰酸钠浓水溶液、氯化锌浓水溶液、硝酸、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等为溶剂的丙烯腈聚合均采用此法。
以硫氰酸钠一步法均相溶液聚合为例,其原料丙烯腈、第二单体丙烯酸甲酯MA、异丙醇及48.8%硫氰酸钠水溶液等分别经由计量泵计量后放人配料桶。
引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)和浅色剂二氧化硫脲(TUD)经称量后,经由旋流液封加料斗加入配料桶。
衣康酸(ITA)则被调成一定浓度水溶液经计量相加入配料桶。
调好后连续地以稳定的流量注入试剂混合桶,然后,与从聚合浆液中脱除的未反应单体等充分混合并调温后.用计量泵连续送入聚合釜进行聚合反应。
聚合反应结束后,料液进入脱单体塔,将未反应的单体分离并抽提到单体冷凝器,由反应油混合液冷凝后带回试剂混合桶。
对于低转化率聚合反应,出料混合物中非反应单体约含40%~45%,中转化率反应则含30%左右。
料液中单体含量不应超过0.3%。
脱单体后聚合物溶液经脱泡、调湿、过滤即可送去纺丝。
图2-1聚丙烯腈的水相沉淀聚合工艺流程图2.2聚丙烯腈水相沉淀聚合的原料选择由此可见,体系中加入CuSO会促进活性剂中心生成,聚合反应速率加快。
应当指出,在硫氰酸钠浓水溶液中,以偶氮二异丁腈作引发剂的丙烯腈聚合中,铁、铜等离于的存在都对反应有阻聚作用。
而在NaClO-NaSO NaClO-NaHSO作引发体系的丙烯腈水相沉淀聚合中,铁、铜等离子均起加速聚合反应作用。
3、相对分子量调节剂分子量调节剂也是一种链转移剂,在聚合过程中能使增长的大分子链上的自由基发生转移,生成稳定大分子,同时产生新的自由基,产生的新自由基由于活性较低而不能引发单体,因此加入分子量调节剂会影响大分子的聚合度,但是由于分子量调节剂的链转移常数大,则说明链转移反应快,会相应减慢链生长反应速率。
以此来控制聚丙烯睛的分子量,从而掌握纺丝原液粘度。