聚丙烯酸钠生产工艺设计

目录

第1章合成工艺相关背景知识 (1)

1.1 聚丙烯酸钠简介 (1)

1.2 聚丙烯酸钠的产品性能和用途 (1)

1.3 反相悬浮聚合 (2)

第2章聚合物合成的原理 (3)

2.1 合成原料以及原料的要求 (3)

2.2 反应方程式 (3)

2.3 反相悬浮聚合及相关高分子化学及物理的原理 (4)

第3章工艺流程设计 (5)

3.1工艺流程图及简介 (5)

3.2 工艺流程的分析 (7)

第4章物料衡算 (9)

CH=CH-COOH）的投料量 (9)

4.1主要原料丙烯酸（2

4.2 V102(中和罐)物料衡算 (9)

4.3 V101（NaOH溶液调配罐）物料衡算 (11)

4.4 V103（分散介质调配罐）物料衡算 (12)

4.5 R101（聚合反应器）物料衡算 (13)

4.6 V104（引发剂调配罐）物料衡算 (14)

4.7整理并校核计算结果 (15)

第5章聚合物反应器的设计 (17)

5.1反应器的类型 (17)

5.2反应器体积的计算 (18)

5.3外形尺寸的设计 (19)

5.4搅拌器的设计 (21)

设计总结 (23)

参考文献 (24)

第1章合成工艺相关背景知识

1.1 聚丙烯酸钠简介

聚丙烯酸钠，英文名Sodium polyacrylate，缩写PAAS或简称PAA-Na，结构式为[－CH2－CH(COONa)]n－。是—种水溶性高分子化合物。商品形态的聚丙烯酸钠，相对分子质量小到几百，大到几千万，外观为无色或淡黄色液体、粘稠液体、凝胶、树脂或固体粉末，易溶于水。因中和程度不同，水溶液的pH一般在6-9。能电离，有或无腐蚀性。易溶于氢氧化钠水溶液，但在氢氧化钙、氢氧化镁等水溶液中随碱土金属离子数量增加，先溶解后沉淀。无毒。

丙烯酸分子式

1.2 聚丙烯酸钠的产品性能和用途

食品级聚丙烯酸钠的用途

1、增稠剂。

2、作为电解质与蛋白质相互作用，改变蛋白质结构，增强食品的粘弹性，改善组织。

3、由于在水中溶解较慢，可预先与砂糖、粉末淀粉糖浆、乳化剂等混合，以提高溶解速度。

4、作糖液、盐水、饮料等的澄清剂（高分子凝聚剂）。

造纸化学品

造纸涂料上作为分散剂。最合适的相对分子质量是2000-3000。商品形态一般是30%或42%固含量。粘度小于600mPa.s。外观无色透明至琥珀色液体。pH在6-9之间。

其他领域

水性涂料，其分散作用；

纺织印染助剂，起浆料分散作用；

陶瓷加工助剂，起分散作用；

洗涤剂中作为洗涤助剂，起分散作用或防污垢再沉积作用；

油田上作为堵漏剂；

农业上作为土壤保湿剂；

医药上作为药物载体；

化肥工业作为化肥的控释剂；

作为高吸水树脂应用于尿布等。

水处理剂——分散剂

1.3 反相悬浮聚合

聚丙烯酸盐类高吸水性树脂主要采用溶液聚合法和反相悬浮法合成。反向悬浮聚合是以有机溶剂为分散介质，将单体、引发剂、交联剂水溶液在悬浮剂和强力搅拌作用下分散成悬浮水相液滴而进行的聚合方法。反相悬浮法具有反应热易排除、聚合过程稳定、能够直接得到粒状产品、无须粉碎工序、产品易干燥、产物的综合吸水性能好等优点，采用反相悬浮法能够合成医疗卫生用品所需的高品质吸水性树脂，在我国具有广阔的应用前景。

第2章 聚合物合成的原理

2.1 合成原料以及原料的要求 主要原材料 : 丙烯酸（O H C 2

4

3

）：

丙烯酸是最简单的不饱和羧酸，由一个乙烯基和一个羧基组成。纯的丙烯酸是无色澄清液体，带有特征的刺激性气味。它可与水、醇、醚和氯仿互溶，是由从炼油厂得到的丙烯制备的。 化学性质：易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反应。若遇高热，可发生聚合反应，放出大量热量而引起容器破裂和爆炸事故。遇热、光、水分、过氧化物及铁质易自聚而引起爆炸、具有双键及羧基官能团的联合反应、可以发生加成反应、官能团反应以及酯交换反应、长制备多环和杂环化合物、易被氢还原为丙酸、遇碱能分解成甲酸和乙酸。

原料丙烯酸最好在13-30℃温度范围内贮存。如发生冻结，要慢慢化冻，切忌急剧加热，熔化温度不得超过40℃，不能使丙烯酸带有金属离子。

正庚烷：

是一种无色易挥发液体，常用作辛烷值测定的标准、溶剂，以及用于有机合成，实验试剂的制备。

2.2 反应方程式

H 2C

CH COOH

n H 2

C

H C

COOH H 2C

H C

COONa

n

n

n NaOH H 2C

CH COOH

n n NaOH

H 2C

CH

COONa n H 2C

H C

COONa

n

引发剂

2.3 反相悬浮聚合及相关高分子化学及物理的原理

反相悬浮聚合法是以溶剂(油相)为分散介质，经碱部分中和的水溶性单体丙烯酸钠，在悬浮分散剂和搅拌作用下分散成水相液滴，引发剂和交联剂溶解在水相液滴中在加热的情况下进行的聚合方法。该法解决了水溶液聚合法的传热，搅拌困难等问题；且反应条件温和，可直接获得珠状产品，生产的聚丙烯酸钠粒径大小可根据用途要求调节，溶剂容易与聚合物分离，是一种合成聚丙烯酸钠独特的方法。缺点是反应过程控制较不稳定；主设备材质要求高；设备投资较大；采用易燃的有机溶剂，需要溶剂回收装置，存在消防隐患和产生污染；只能进行间歇生产，设备利用率低。

本设计的聚丙烯酸钠生产使用反相悬浮聚合法，单釜间歇聚合工艺。采用反相悬浮法合成高分子量的聚丙烯酸钠，首先将丙烯酸单体经部分中和，单体溶液分散并悬浮于连续有机相中（如环己烷等），以无机过氧类引发剂（如过硫酸钾）或水溶性氧化还原引发体系（如过硫酸铵、尿素）引发聚合，生成粉状或粒状沉淀，与溶剂分离后即得最终产品。