聚丙烯酸-丙烯酸钠的合成工艺流程设计2016

常熟理工学院

------材料科学与工程专业

聚合物合成工艺课程设计题目：聚丙烯酸-丙烯酸钠的合成工艺流程设计

姓名：田江

学号：Z15114128

专业：材料科学与工程专业

班级：高分子材料141班

指导教师耿飞

起止日期2016.12.08—2016.12.28

目录

目录 (1)

第1章前言 0

1.1 聚丙烯酸简介 0

1.2 聚丙烯酸钠简介 0

1.3 聚丙烯酸钠的应用 (1)

1.4高分子量聚丙烯酸钠的需求、生产和应用前景 (4)

第2章聚丙烯酸-丙烯酸钠合成原理 (5)

2.1 合成原理 (5)

2.2 合成反应方程式 (5)

2.3 合成原料以及各原料的性质 (5)

2.4分散剂的选择 (6)

2.5 反相悬浮聚合及相关高分子化学及物理的原理 (7)

2.6选用反向乳液聚合的原因 (8)

第3章聚合物合成工艺设计 (9)

3.1聚合物生产工艺流程图 (9)

(1)丙烯酸钠溶液的制取：将经计量的丙烯酸、适量的助剂与经溶解、冷却、计量的烧碱溶液进行部分中和，中和后的丙烯酸钠，加入适量水，得到浓度为45%单体溶液即丙烯酸钠水溶液。 (9)

(2)丙烯酸钠的聚合：将中和后的丙烯酸钠水溶液与由分散介质和分散稳定剂配制好的分散液共同放入反应釜中，并加入适量助剂，在引发剂的作用下进行聚合反应至共沸脱水至固含量70%是停止反应。 (9)

(3)聚合物混合物的分离：反应后生成的混合物通过离心机分离分散介质与聚合物，再经热水洗涤除去聚合物表面的一些残留助剂。 (9)

(4)聚丙烯酸钠的后处理工序：将分离工序过后的聚合物进行干燥、计量包装等处理后，得到聚丙烯酸钠产品。 (9)

3.2聚合物合成工艺流程图 (10)

3.3工艺流程分析 (11)

第４章 聚合物合成工艺的物料衡算及效益估算 (13)

4.1主要原料丙烯酸（COOH CH CH -=2）的投料量 (13)

4.2 V102(中和罐)物料衡算 (13)

4.3 （NaOH 溶液调配罐）物料衡算 (14)

4.4 V103（分散介质调配罐）物料衡算 (15)

4.5 R101（聚合反应器）物料衡算 (16)

4.6 V104（引发剂调配罐）物料衡算 (17)

4.7整理并校核计算结果 (17)

第５章 聚合反应反应设备的设计 (19)

5.1反应器形式的选择 (19)

5.2釜式反应器选择的原因 .................................................................................................... 20 釜式反应器，适应性强，操作弹性大，连续操作时温度、浓度容易控制，产品质量均一，

反应体积大。 (20)

5.3反应器体积的计算 (20)

5.4外形尺寸的设计 (21)

5.5搅拌器的设计 (24)

5.6分离设备 (25)

5.7干燥设备 (26)

第9章设计总结 (38)

设计总结： (38)

参考文献 (39)

第1章前言

1.1 聚丙烯酸简介

聚丙烯酸，英文名是 Polyacrylic acid，缩写为PAA，结构式为[－CH2－CH(COOH)]n －；无色或淡黄色液体。能与金属离子、钙、镁等形成稳定的化合物，对水中碳酸钙和氢氧化钙有优良的分解作用。用于水处理的本品分子量一般在2000-5000，可与水互溶、溶于乙醇、异丙醇等。呈弱酸性，Pka为4.75。在300℃以上易分解。

PAA(S)常与其他水处理剂组成配方使用，用作电厂、化工厂、化肥厂、炼油厂和空调系统等循环冷却水系统中的阻垢分散剂。具体配方及用量根据现场水质及设备材质情况由试验而定。单独使用，一般使用浓度为1～15mg/L。本品除具有阻垢性能外，还能对泥土、腐蚀产物等无定性物具有分散作用，是一种分散剂。单独用量在2-15mg/L。常与缓蚀剂复配复合水稳剂使用，具有增效作用；还具有吸水作用。

1.2 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。

分子式：[C3H3O2Na]n

分子量：一般10↑3-10↑7数量级图1.2水溶性直链高分子聚合物。小相对分子质量的为液体，大的可为固体。固体的商品为白色粉末或颗粒，无臭无味，遇水膨胀，易溶于苛性钠水溶液。吸湿性极强。具有亲水和疏水基团的高分子化合物。缓慢溶于水形成极粘稠的透明液体，粘性并非吸水膨润（如CMC，海藻酸钠）产生，而是由于分子内许多阴离子基团的离子现象使分子链增长，表现粘度增大而形成高粘性溶液。其粘度约为CMC、海藻酸钠的15-20倍。加热处理、中性盐类、有机酸

类对其粘性影响很小，碱性时则粘性增大。不溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。强热至300度不分解。久存粘度变化极小，不易腐败。易受酸及金属离子的影响，粘度降低。遇足量二价以上金属离子（如铝、铅、铁、钙、镁、锌）形成其不溶性盐，引起分子交联而凝胶化沉淀。但是二价金属离子量少时仍为溶液，因此可作为洗涤助剂，起到防止污垢再沉积的作用。pH=4.0以下时可能产生沉淀。随着相对分子质量增大，聚丙烯酸钠自无色稀溶液至透明弹性胶体乃至固体。性质、用途也随相对分子质量不同而有明显区别。相对分子质量在1000-10000的，可作为分散剂，应用于水处理（分散剂或阻垢剂）、造纸、纺织印染、陶瓷等工业领域。用作造纸涂布分散剂时，相对分子质量在2000-4000，涂料浓度在65％～70％时，仍可有良好流变性和熟化稳定性。分子量在1000-3000之间的，用作水质稳定剂和黑液浓缩时结垢控制剂。分子量在10以上的，用作涂料增稠剂和保水剂，可使羧基化丁苯胶乳、丙烯酸酯乳液等合成胶乳黏度增长，避免水分析出，保持涂料体系稳定。分子量在10以上的，用作絮凝剂。还可用作高吸水性树脂，土壤改良剂，以及在食品工业中作增黏剂、乳化分散剂等。

1.3 聚丙烯酸钠的应用

图1.3 不同聚合度聚丙烯酸钠的功能及应用

1.3.1低相对分子质量聚丙烯酸钠应用

低相对分子质量的聚丙烯酸钠具有广泛的用途，特别是相对分子质量小于2×104的聚丙烯酸钠应用更为迅速，在日用化工领域主要用作水溶性表面活性剂、洗涤助剂等。因为聚