高分子化学课程设计

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(2) 明确物料发生的化学变化，写出主、副反应方程式 ① 在 V101，V103 中，只是物料的混合和过滤，没有发生相变化和化学反 应 ② 在聚合釜 R101 中，引发剂引发单体发生自由基聚合其反应方程式如下：
H
n
C
H2C
过硫酸钾，DOP，OP-10 OOCCH3 聚 乙 烯 醇 ， 碳 酸 氢 钠
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到 80℃时，超过醋酸乙烯酯单体的沸点(72℃)会使回馏量增加，消耗能量，低温 使反应速度慢，反应不完全。乳液粘度低。因此，反应适合在 75℃进行。
3.工艺流程
（1）把软水经过软水计量槽（W101）计量后放入聚乙烯醇溶解釜(V101)。 （2）把规定量的聚乙烯醇由入孔投入聚乙烯醇溶解釜(V101)内。 （3）向聚乙烯醇溶解釜(V101)的夹套中送入水蒸汽，升温至 80℃，搅拌 4-6 小时，配制成聚乙烯醇溶液。 （4）把醋酸乙烯酯投入单体计量槽(W102)内，把邻苯二甲酸二丁酯投入增 塑剂计量槽(W103)内，并把预先配制的规定量的过硫酸钾溶液和碳酸氢钠溶液 分别投入引发剂计量槽(W105)和 PH 调节剂计量槽(W104)。 （5）把聚乙烯醇溶液由聚乙烯醇溶解釜(V101)通过过滤器（V102）用隔膜 泵（P101）输送到聚合釜(R101)中，并由入孔加入规定量的 OP-10，并开动搅拌 使其溶解。 （6）向聚合釜(R101)中由单体计量槽(W102)加入单体醋酸乙烯酯，并通过 引发剂计量槽(W104)加入过硫酸钾溶液，在搅拌下乳化 30min。 （7）向聚合釜(R101)夹套内通水蒸汽，将釜中物料升温至 60℃，向聚合釜 (R101)加入单体和引发剂，聚合反应开始，并通过回流冷凝器(H101)和聚合釜 (R101)夹套通入冷却水进行换热，控制温度，稳定在 60℃进行反应，反应时间 10hr。 （8）反应完全后，向聚合釜(R101)夹套通入冷却水冷却至 50℃，再加入 PH 调节剂和增塑剂，搅拌均匀。出料，通过过滤器过滤(V103)后，进入乳液储罐 (T104)。
于混合传热、管道输送和连续生产，环境污染小的优点。 （3）反应在常压下进行，对设备无加压要求。 （4）聚合后胶乳可直接使用。 采用乳液聚合也有如下缺点： (1)因需要固体产品，胶乳需要进行凝聚、洗涤、脱水、干燥等多道工序， 成本较高。 (2)产品中留有乳化剂杂质，难以完全除净，有损电性能等。 (3)聚醋酸乙烯酯乳液聚合的工艺条件。
W103
W104
W105
W101
V1பைடு நூலகம்1
M3
V102
M4
R101
M10
M12
V103 M9
M11
图 1. 聚醋酸乙烯酯乳液聚合间歇操作物料平衡关系示意图 M1-软水；M2-聚乙烯醇；M3-聚乙烯醇溶液；M4-过滤后的聚乙烯醇溶液 M5-单体醋酸乙 烯酯；M6-增塑剂 DOP；M7-PH 调节剂碳酸氢钠；M8-引发剂过硫酸钾；M9-乳化剂 OP-10； M10-聚合物；M11-过滤后的聚合物；M12-实际还需加的水
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(4)需破乳,工艺较难控制。
2.主要试剂的特点
（1）单体 由于储存和运输的要求，醋酸乙烯酯在出厂前常加入阻聚剂以保持醋酸乙烯 酯的稳定性，醋酸乙烯酯的性质直接影响乳液粘度、固含量，单体经蒸馏后，可 以使聚醋酸乙烯酯的粘度大为提高。 （2）定剂 聚醋酸乙烯的基本性质是由其聚合度和醇解度决定的，聚醋酸乙烯分子中含 有大量亲水性基团羟基，所以它是一种水溶性的高分子化合物。控制好聚乙烯醇 稳定剂的用量可以使聚醋酸乙烯酯达到适当的粘度。 （3）乳化剂 在其它条件均不改变的情况下，改变乳化剂用量，其粘度的变化呈凸曲线变 化。乳化剂用量过少，乳液稳定性差，易破乳。乳液粘度随乳化剂用量的增加而 增大，当乳化剂用量为单体总量的 0.15%时，粘度最大，乳化剂用量超过最佳值 时，乳液颗粒增多，粒径变小，粘度下降 。 （4）引发剂 在一定聚合温度下，当引发剂浓度很低时，随着引发剂量的增加，粘度、固 含量增大，当引发剂用量为单体总量的 0.6%时，粘度最大，为 4.2 Pa.s；固含量 为 36%，当引发剂继续增加时，乳液粘度反而下降，固含量基本不变。原因是， 当单体量不变而引发剂用量增加，引发剂分解的自由基多，使活性中心增多，从 而使反应生成大分子的聚合物，乳液粘度、固含量增加；而引发剂用量过大，分 解自由基过多，引发速度过快，聚合物分子链短，相对分子量小，乳液粘度低。 在乳液聚合时，介质的 pH 值直接影响引发剂的分解速度，要求乳液聚合体 系的 pH 值为 6 左右，由于单体中残留少许醋酸，加之引发剂分解时产生的硫酸 根，至使体系的 pH 值降至 4~5，因此用适量碳酸氢钠调节 pH 值。另外，引发 剂用水稀释后缓慢加入。 （5）反应温度。在反应物配比、加料方式及搅拌强度不变情况下，通过实 验发现，反应温度的改变对聚醋酸乙烯酯乳液的粘度、固含量的影响很大。原因 是该聚合反应为吸热反应，所以反应温度高，有利于该反应进行，但反应温度达
本课程任务是： 1．撰写简要设计说明书。 2．绘制物料流程示意图一张。
二、课程设计的主要内容
（一）设计方案选择，对给定或选定的设计方案进行简要论述。 （二）工艺计算，应完成工艺流程各过程的物料衡算，能量衡算。绘制物料 流程示意图，编写物料平衡表及热量平衡表。 （三）主要设备设计，在满足工艺条件的前提下，进行主要设备的选型及结 构设计。 （四）典型辅助设备设计选型，包括典型设备主要结构尺寸计算和设备型号 规格的选定。 (五) 车间布置。
组分
醋酸乙 聚乙 OP-10 邻苯二甲 过硫 碳酸氢钠 蒸馏水
烯酯
烯醇
酸二丁酯 酸钾
用量，重量（份） 150
5.4
1.1
10.9
0.3
0.3
100
生产规模： 2000t/a 生产时间： 300d/a 间歇操作，聚合釜每天 2 批，其他原料配制每天 1 批。 相关技术指标
项目内容
技术指标
项目内容
过滤器过滤损失率 2%（质量）
1.工艺流程.............................................................................................................. 1 2.方案的说明.......................................................................................................... 2 3.工艺流程图.......................................................................................................... 4 三、 物料衡算.............................................................................................................. 4 四、 热量衡算............................................................................................................ 14 五、 聚合釜及各设备选型...........................................................错误!未定义书签。 六、 生产车间布置.................................................................................................... 18 七、 对设计的评述及结论........................................................................................ 18 八、 参考文献............................................................................................................ 19
三、设计说明书的基本要求
要求包括以下几个内容： 1) 封面 2) 任务书 3) 目录 4) 流程和方案的说明及论证
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5) 设计计算与说明 6) 设备选型及设计 7) 车间布置 8) 对设计的评述及结论
9) 参考文献目录 四、课程设计题目
题目
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单体 稳定剂 乳化剂 增塑剂 引发剂 pH 调节剂 介质
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一、绪论
化工设计是化工生产装置建设的灵魂，是将人们的要求变为现实生产的第一 步。先进的设计思想、科学的设计方法、现代化的设计手段与工具、高水平高质 量的设计作品是工程设计人员坚持的设计方针和追求的设计目标。聚合物合成生 产装置设计属于化工设计的范畴，是针对聚合物合成生产过程的化工设计。
过硫酸钾溶液浓度
碳酸氢钠溶液浓度 10%（质量）
聚乙烯醇溶液浓度
引发剂效率 f
0.8
质量标准，原料均视为纯物质。
技术指标 20%（质量） 30%
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目录
一、 绪论...................................................................................................................... 1 二、 工艺流程和方案的说明及论证.......................................................................... 1
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4.工艺流程图
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三、物料衡算
(1) 画出物料平衡关系示意图 图 1 为聚醋酸乙烯酯乳液聚合间歇操作物料平衡关系示意图。 对于物料数量和组分没有发生变化的设备可不做物料衡算，所以在物料平衡 关系图中，可不画出 T101，P101 等设备。
M5
M6
M7
M8
M2
M1
W102
OOCCH3
*
CH
C H2
*n
(3) 收集数据资料 ① 生产规模。设计任务书中规定的年产量（生产能力）：2000t/a ② 生产时间。年工作日：300d/a 间歇操作，聚合釜 R101 每天 2 批，其它原料配制每天 1 批。 ③相关技术指标（表 1）
聚合物合成工艺设计就是指将单体原料通过聚合反应制得聚合物产品的生 产过程中所用的方法、技术等，全部用图纸、表格、文字说明等方式概述出来的 过程及结果。
二、工艺流程和方案的说明及论证
1.方案的说明
由于设计任务书表明此聚合采用乳液聚合，以下简要论述乳液聚合。 聚醋酸乙烯酯是由聚醋酸乙烯酯经自由基聚合而成的高分化合物。通常采用 分散聚合和乳液聚合的，该设计采用的是乳液聚合。乳液聚合是在用水作介质的 乳液中，按胶束机理或低聚物机理生成彼此孤立的乳胶粒，在其进行自由基加成 聚合或离子加成聚合来生产高聚物的一种聚合方法，对于在充分混合的间歇反应 器中进行的乳液聚合过程来说，据反应机理可分为四个阶段：分散阶段、乳胶粒 生成阶段、乳胶粒生长阶段、聚合反应完成阶段。该方法有如下优点： （1）聚合体系具有粘度低、易散热，乳液稳定性高．具有较高的聚合反应 速率和高的聚合物分子量。 （2）乳液聚合以水作介质，还具有成本低廉，生产安全，胶乳粘度低，便
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材料合成工艺学 课程设计
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材料合成工艺学课程设计任务书
一、本课程设计的性质、任务与目的
本课程是材料科学与工程专业的一门实用性和技术性很强的专业课程。学习 本课程的目的是使学生在学完材料科学与工程专业的有关课程后，尤其是在学完 《材料合成工艺学》这门课程后，综合运用 3 年所学的全部知识，进行工厂的初 步设计。通过专业课程设计使学生掌握应具备的基本设计技能。待学生走上工作 岗位后既能担负起工厂技术改造的任务，又能进行车间或全厂的工艺设计。