畢業設計題 目： 年產6000噸聚丙烯酸鈉工藝設計學 院： 化學與材料工程學院專 業： 高分子材料科學與工程河南城建學院本科畢業設計 設計說明設計說明本次設計是利用單體丙烯酸鈉在一定條件下，采用反相懸浮聚合原理合成聚丙烯酸鈉。本設計的任務是年產6000噸聚丙烯酸鈉懸浮聚合間歇操作工藝的設計。其中主要簡述了以丙烯酸和氫氧化鈉聚合性單體為主要成分，在疏水性溶劑正庚烷中經反相懸浮聚合，制備高吸水性聚丙烯酸鈉。還介紹了聚丙烯酸鈉的性質、特性、用途和使用舉例以及懸浮聚合的機理、體系和生產工藝，間歇操作的特點及主要原料。設計主要成果如下：①每天的理論產值是18181kg。實際產量為18552kg。實際年產量為6122t。直徑為2500mm配堿釜，直徑為1600mm的中和釜，直徑為2500mm的聚合釜。體積為12m3的分散介質調配罐，分散介質儲罐體積為24m3。材料為不銹鋼。②主要設備：推進式攪拌器，標準橢圓形封頭；支承式支座，釜體夾套。12m3的分散介質調配罐，24m3的分散介質儲罐。沉降式離心機，規格為LW3501050。配堿釜，中和釜，聚合釜，去離子水儲罐。圖紙：1）工藝流程圖、2）物料流程圖、3）聚合釜的裝配圖。關鍵詞：聚丙烯酸鈉物料衡算熱量衡算生產工藝主要設備圖工藝流程圖I河南城建學院本科畢業設計 設計說明DesignNotesThisdesignistheuseofsodiumacrylatemonomerundercertainconditions,synthesizedbyinversesuspensionpolymerizationprinciplesodiumpolyacrylate.Thedesignofthemissionistoproduce6000tonsofhighabsorbentresinsuspensionpolymerizationprocessdesignintermittentoperation.Mainlyacrylicacidandsodiumhydroxideoutlinedpolymerizablemonomerasamaincomponent,inahydrophobicsolventofn-heptanebyreversed-phasesuspensionpolymerization,sodiumpolyacrylatesuperabsorbentprepared.Italsodescribesthenatureofthesodiumpolyacrylate,characteristics,usesandexamplesaswellassuspensionpolymerizationmechanisms,systemsandproductionprocesses,intermittentoperationcharacteristicsandmainrawmaterial.Designofthemainresultsareasfollows：Dailytheoreticalvalueis18181kg.Actualproduction18552kg.Actualannualoutputof61220t.Withabasediameterof2500mmautoclave,thediameterof1600mmandakettle,adiameterof2500mmpolymerizationvessel.Volumeofthedispersionmediumtomixthepot12,avolumeof24.Madeofstainlesssteel.Mainequipment:push-stirrer,standardellipticalhead;bearingtypebearings,kettlebodyjacket.Deploymentdispersionmediumtank12,adispersionmediumtank24.Decanters,specificationsfortheLW3501050.Autoclave×equippedwithabase,neutralizationreactor,thepolymerizationreactor,deionizedwatertank.Drawings:1)ProcessFlowDiagram,2)materialflow,3)polymerizationreactorassemblydrawing.Keywords:Sodiumpolyacrylate materialbalance heatbalance productionprocessflowchart diagramofmajorequipmentII河南城建學院本科畢業設計 目錄目錄設計說明.........................................................................................................................I1概述............................................................................................................................11.1高分子量聚丙烯酸鈉研究現狀.........................................................................11.2高分子量聚丙烯酸鈉的性質和應用.................................................................21.2.1聚丙烯酸鈉的性質.......................................................................................21.2.2聚丙烯酸鈉的應用.......................................................................................21.3高分子量聚丙烯酸鈉的需求、生產和應用前景.............................................31.4項目的設計依據.................................................................................................41.5建廠規模及產品規格.........................................................................................51.5.1建廠規模.......................................................................................................51.5.2產品規格.......................................................................................................52聚丙烯酸鈉的生產工藝............................................................................................62.1聚丙烯酸鈉聚合的實施方法.............................................................................62.2反向懸浮聚合工藝條件及其影響因素[14].........................................................72.2.1分散劑及其助分散劑的選擇及其濃度對分子量的影響............................72.2.2引發體系的選擇及其濃度對分子量的影響...............................................82.2.3單體濃度對分子量的影響...........................................................................82.2.4鏈轉移劑對分子量的影響...........................................................................92.2.5攪拌轉速的影響...........................................................................................92.3后處理工序的選擇...........................................................................................102.3.1分離方法的選擇.........................................................................................102.3.2干燥方法的選擇.........................................................................................102.4聚丙烯酸鈉的生產工藝流程...........................................................................102.5生產過程主要操作及控制...............................................................................113.1物料衡算與熱量衡算.......................................................................................123.1.1物料衡算.....................................................................................................123.1.2熱量衡算......................................................................................................153.2主要設備工藝尺寸的計算及選型...................................................................183.2.1各釜體高度與內徑尺寸確定......................................................................183.2.2各釜體夾套尺寸的確定.............................................................................21i河南城建學院本科畢業設計 目錄3.2.3分離設備.....................................................................................................233.2.4干燥設備.....................................................................................................233.2.5其他設備的選擇.........................................................................................243.3設備一覽表.......................................................................................................253.4原料主要技術規格、供應及消耗定額............................................................253.4.1原料規格及用量..........................................................................................253.4.2原料消耗定額.............................................................................................264車間設備布置設計..................................................................................................274.1車間設備布置的原則.......................................................................................274.1.1車間設備布置的原則.................................................................................274.1.2車間設備平面布置的原則.........................................................................274.1.3車間設立面布置的原則.............................................................................274.2車間設備布置...................................................................................................284.2.1車間設備平面布置......................................................................................284.2.2車間設備立面布置......................................................................................285建設工程及公用、輔助工程說明..........................................................................295.1建設工程說明....................................................................................................295.2給水、排水系統................................................................................................295.3電力供應及生產控制........................................................................................296.1環境保護............................................................................................................306.1.1該項目環保設計依據和標準......................................................................306.1.2環保治理措施..............................................................................................306.1.3預期效果......................................................................................................306.1.4環保管理及監測..........................................................................................316.1.5綠化概況......................................................................................................316.2勞動安全、工業衛生與消防............................................................................317概算與技術經濟......................................................................................................327.1項目投資估算...................................................................................................327.2產品成本估算....................................................................................................327.3財務評估.........................................................................................................337.3.1各項經濟技術指標計算.............................................................................337.3.2盈虧平衡分析.............................................................................................33ii河南城建學院本科畢業設計 目錄總結 34參考文獻 35致謝 37iii河南城建學院本科畢業設計 1概述1概述隨著我國丙烯酸工業的迅速發展，對丙烯酸下游產品的研究不斷深入，應用范圍不斷擴大。聚丙烯酸鈉鹽是丙烯酸鹽類中最重要、應用最廣、最有代表性的產物，由于聚丙酸鈉鹽中含有大量親水基團，它易溶于水，形成的水溶液是一種高分子電解質。聚丙烯酸鈉水溶液具有良好的離解性、較理想的潤濕性、保水性和成膜性(浸漬或涂布時)，同時還具有耐溫性強、凍融穩定性、機械穩定性、以及經長期貯存后其粘度無明顯變化等特點。不同聚合度的產物親水性、硬度、強度、附著力等性能差別很大，這些差異以及它們本身具有的許多優異的物理和化學性能使這類聚合物獲得廣泛應用[1]。聚丙烯酸鈉的分子量從幾百至幾千萬以上，變化幅度很大，不同分子量的聚丙烯酸鈉可以用作各種各樣的目的和用途。超低分子量(700以下)的用途還未完全開發出來；低分子量(1000-5000)時，主要起分散作用；中等分子量(104-106)顯示有增稠性；高分子量(106-107)的聚丙烯酸鈉主要做增稠劑和絮凝劑；超高分子量(107)的聚丙烯酸鈉不再溶于水，在水中溶脹，生成水凝膠，主要用作吸水劑[2]。水溶性聚丙烯酸鈉中又包括高分子量和低分子量兩大類。本論文主要涉及水溶性高分子量聚丙烯酸鈉生產線的工藝設計。1.1高分子量聚丙烯酸鈉研究現狀目前國內市場上的聚丙烯酸鈉主要是水溶液聚合法制備，采用丙烯酸經氫氧化鈉中和形成丙烯酸鈉溶液，然后用高濃度丙烯酸鈉溶液、低濃度氧化還原引發劑在低溫條件下進行水溶液聚合而成。其原理為：CH2 CHCOOH NaOH CH2 CHCOONHa2OnCH2 CHCOONa CH2 CHnCOOaN一般而言，水溶液聚合時，聚合組分較少，工藝實施較容易。但由于攪拌和傳熱的原因，聚合水溶液中要求單體濃度很低，而且產物成塊狀，出料困難。需要經過切割、粉碎、篩分、烘干等后續工藝。反相懸浮法聚合法是近年發展起來的制備水溶性高分子新方法， 這方面的研究性文章最早由 Dimonie等人于1982年發表。它是將丙烯酸鈉水溶液分散在油溶性連續相中，在攪拌和分散劑的作用下， 分散成微小的液滴，在水溶性引發劑的作用下聚合反應。其生產工藝簡單、成本低，便于實現工業化，產品分子量可達千萬以上，產品溶解性能比水溶液聚合產品好，而且克服了水溶液聚合中的高粘和傳熱困難的1河南城建學院本科畢業設計 1概述工藝難點，并且可以得到粉狀或者粒狀的聚合物，產物的后處理工藝、儲運和使用上也較容易。1.2高分子量聚丙烯酸鈉的性質和應用1.2.1聚丙烯酸鈉的性質聚丙烯酸鈉[3]，英文名Sodiumpolyacrylate，縮寫PAAS或簡稱PAA-Na，結構式為－[CH2－CH(COONa)]n－，是—種水溶性高分子化合物。商品形態的聚丙烯酸鈉，相對分子質量小到幾百，大到幾千萬，外觀為無色或淡黃色液體、粘稠液體、凝膠、樹脂或固體粉末，易溶于水；因中和程度不同，水溶液的 pH一般在6-9；能電離，有或無腐蝕性；易溶于氫氧化鈉水溶液，但在氫氧化鈣、氫氧化鎂等水溶液中隨堿土金屬離子數量增加，先溶解后沉淀；無毒。穩定性熱穩定性：聚丙烯酸鈉熱穩定性好，海藻酸鈉、梭甲基纖維素鈉等天然粘稠液，經熱處理，其粘度降到初始的1/10以下，但聚丙烯酸鈉的水溶液僅降低3/10。聚丙烯酸鈉用于分離鋁廠紅泥，就是基于丙烯酸鈉具有優良的熱穩定性。冷凍穩定性：聚丙烯酸鈉水溶液即使經過凍結，其粘度也不變。3)機械穩定性：聚丙烯酸鈉水溶液在室溫下以10000r/min高速攪拌3min，粘度無顯著變化。儲存穩定性：聚丙烯酸鈉水溶液長期貯存，粘度變化很小。生物分解性：聚丙烯酸鈉水溶液生物穩定性極好，不腐敗。成膜性聚丙烯酸鈉水溶液屬于高分子電解質，吸濕性非常強，因此水溶液成膜相當困難。但可用浸漬或涂布方法在表面上制成透明均一的膜。吸濕性、保水性聚丙烯酸鈉的分子鏈中含有大量的強親水基團(－COONa)，因此其吸濕性極強。干燥產品在空氣中可以吸濕自重的10%，而高吸水樹脂則可以吸收自重1000倍以上的蒸餾水，而在無機鹽等電解質溶液存在的情況下，吸水性能將下降。1.2.2聚丙烯酸鈉的應用聚丙烯酸鈉應用范圍與其產品的聚合度有關，不同聚合度的產品其功能與用途亦不同，見表1-1。絮凝劑聚丙烯酸鈉是一種線狀、可溶性的高分子化合物，其分子鏈上的羧基由于靜電相斥作用，使得曲繞的聚合物鏈伸展，促成具有吸附性的功能團外露到表面上2河南城建學院本科畢業設計 1概述來，由于這些活性點吸附在溶液中懸浮粒子上， 形成粒子間的架橋，從而加速了懸浮粒子的沉降。作為絮凝劑的聚丙烯酸鈉其相對分子質量可達幾百萬， 其商品形態為黃色粘稠液體，固含量或達 8%，相應特性粘數η≥3.40。聚丙烯酸鈉絮凝劑是特別適用于燒堿和純堿行業鹽水精制、 氧化鋁生產的赤泥沉降分離、味精廠廢水中蛋白質回收和制糖等行業的高分子材料 [4]。表1.1不同聚合度聚丙烯酸鈉的功能及應用聚合度功能用途1-50離子封閉防水垢劑、洗滌作用增效劑60-500分散、水還原作用分散劑、石油鉆井添加劑、水還原劑500-10000防沉淀、分散作用分散劑、柑橘保鮮劑、增稠劑、保護膠、鑄造粘合劑、醫藥糖衣粘合劑10000-100000沉積、絮凝、沉淀加快墻體材料粘性劑、農藥防漂散劑、電解鹽水精制、作用絮凝劑100000-500000水膨脹性水凝膠保護膠聚丙烯酸鈉中含有的大量親水基團(-COONa)，在水中產生電離，在乳液聚合中適量地加入聚丙烯酸鈉與聚合體系中的陰離子乳化劑產生較強的雙電子層，由于同性相斥的原理，使整個乳液聚合體系更穩定，提高產品的機械穩定性和貯存穩定性。目前內許多廠家加入0.5-1%的聚丙烯酸鈉故作為保護膠。增稠劑在水性涂料中加入聚丙烯酸鈉作為增稠劑，增稠效果明顯，且能有效地防止涂料的沉降、分層現象，并可改善涂料的流平性和涂刷性能，在夏季使用不易出現發露、發臭現象，一般使用量為涂料量的1-3%為宜。但是涂料整個體系中pH值需在8-9.5，聚丙烯酸鈉鹽才能有效地發揮增稠效果[5]。分散劑做分散劑使用的聚丙烯酸鈉可用于水處理，在堿性和中性濃縮倍數條件下運行而不結垢。能將碳酸鈣、硫酸鈣等鹽類的微晶或泥沙分散于水中而不沉淀，從而達到阻垢目的。除了用于水處理還，還廣泛大量應用于造紙、紡織、印染行業做漿料分散劑，用于陶瓷工業做碳酸鈣分散劑，用于涂料行業做顏料分散劑等 [6]。聚丙烯酸鈉除上述用途外，還可以作為柑桔保鮮劑、干燥劑、藥物糖衣粘合劑、鑄造鉆合劑、土壤穩定劑、土壤改良劑、食品添加劑等。1.3 高分子量聚丙烯酸鈉的需求、生產和應用前景高分子量聚丙烯酸鈉主要用于氯堿、純堿行業的鹽水精制，鋁廠的紅泥沉降，3河南城建學院本科畢業設計 1概述味精廠的廢水蛋白質回收等行業。 燒堿大量用于造紙、合成洗滌劑、紡織、醫藥、冶金、食品等領域。純堿被大量使用于玻璃、洗滌劑、金屬冶煉等行業， 2010年，我國純堿生產企業數量約為全球純堿生產廠家總和的一半，產能和產量均已達到世界純堿總能力和總產量的1/3，超過6000萬噸，在世界純堿工業中占有重要的地位。同時2010年我國燒堿產量也達到6000萬噸。目前，在這兩堿行業的生產中，鹽水精制過程大多一直使用聚丙烯酰胺和苛化淀粉，小部分使用聚丙烯酸鈉，主要是由于表面看聚丙烯酸鈉價格貴，而忽視聚丙烯酸鈉用量少，效果好的特點。由于用PAM存在鹽水質量上不去的缺點，隨著聚丙烯酸鈉應用的推廣，越來越多的企業傾向于使用聚丙烯酸鈉。按燒堿年產8000萬噸，精制鹽水全部使用聚丙烯酸鈉，用于精制鹽水每生產 1噸燒堿用聚丙烯酸鈉0.2kg計，每年需要消耗聚丙烯酸鈉將達到 4000噸。純堿年產8000萬噸，每生產1噸純堿用聚丙烯酸鈉0.14kg，需要用聚丙烯酸鈉2800噸。另外在味精生產過程產生的谷氨酸母液含有大量的蛋白質，目前大多數廠家沒有進行回收利用，如果采用聚丙烯酸鈉作絮凝處理，既可回收又有用蛋白質，又可大大降低母液中的SS和COD含量，減少后續處理的有機負荷[7]。2010年商品味精產量為256.44萬噸，按生產每噸味精消耗聚丙烯酸鈉1.5kg計，每年需用的聚丙烯酸鈉約4000噸。在鋁廠的赤泥沉降的處理中目前大多使用麥麩或分子量低于1000萬的膠體聚丙烯酸鈉，高分子量的聚丙烯酸鈉由于使用條件還沒有徹底探討，存在對赤泥種類的適應性問題，還不能廣泛使用，隨著對其使用研究的深入，聚丙烯酸鈉在赤泥分離中的應用將會迅速增加[8]。由以上分析可見高分子量的聚丙烯酸鈉在很多領域都廣泛使用， 但是目前在國內企業使用的高分子量聚丙烯酸鈉， 國外產品還占相當大的比例。國內近年已有生產，但是生產廠家不多，生產能力較小，其中還包括膠體產品，因此可見在國內高分子量聚丙烯酸鈉的生產缺口還很大， 有必要增加其生產，以滿足國內的需求。因此建設高質量的使用性能好的聚丙烯酸鈉生產廠是非常必要的。1.4項目的設計依據《設計任務書》安徽理工大學大學《畢業設計（論文）工作手冊》安徽理工大學《化工設計》 化學工業出版社《化工工藝設計手冊》化學工業出版社《聚合物合成工藝設計》化學工業出版社《化工設備基礎》天津大學出版社4河南城建學院本科畢業設計 1概述1.5建廠規模及產品規格1.5.1建廠規模項目擬建立年產 6000噸高分子量聚丙烯酸鈉生產線。1.5.2產品規格所生產的聚丙烯酸鈉產品為白色或淡黃色粉狀或粒狀固體， 產品質量指標見表1-2。表1.2聚丙烯酸鈉產品質量指標項目質量指標外觀白色粒狀或粉末純度（%）≥95干燥失量（%）≤5分子量（萬）600-1500殘余單體量（%）≤0.05透明度（1%水溶液）水溶液透明游離堿無5河南城建學院本科畢業設計 2聚丙烯酸鈉的生產工藝聚丙烯酸鈉的生產工藝工藝流程的選擇原則是：有一定的科學先進性和一定的科學水平， 能體現社會經濟效益以及可操作性強。在兼顧企業的實際情況同時制定出工藝流程簡短、技術成熟、投資少、生產成本低、適應生產的連續化，使整個生產裝置達到高水平。工藝流程的選擇和論證是在實驗室和生產性試驗的基礎上進行的。2.1聚丙烯酸鈉聚合的實施方法高分子量聚丙烯酸鹽的合成方法主要有水溶液聚合法和反相懸浮聚合法。水溶液聚合法[9～11]是以水為溶劑，將經堿部分中和后的丙烯酸， 加入有關助劑、引發劑，然后在一定的溫度下進行聚合、干燥粉碎而制得的方法。該法以水為溶劑，生產過程不產生污染；對主設備要求低，投資??；操作簡單，生產效率高；缺點是反應速度快，溫度不易控制；但后處理需增加干燥、粉碎、篩分工序，有過細粉末產生。水溶液聚合法生產的聚丙烯酸鈉產品因呈不規則粉末狀， 是高分子量聚丙烯酸鈉生產的主要方法。 國內的高分子量聚丙烯酸鈉生產基本采用該法。反相懸浮聚合法[12～13]是以溶劑(油相)為分散介質，經堿部分中和的水溶性單體丙烯酸鈉，在懸浮分散劑和攪拌作用下分散成水相液滴，引發劑和交聯劑溶解在水相液滴中在加熱的情況下進行的聚合方法。該法解決了水溶液聚合法的傳熱，攪拌困難等問題；且反應條件溫和，可直接獲得珠狀產品，生產的聚丙烯酸鈉粒徑大小可根據用途要求調節，溶劑容易與聚合物分離，是一種合成聚丙烯酸鈉獨特的方法。缺點是反應過程控制較不穩定；主設備材質要求高，設備投資較大；采用易燃的有機溶劑，需要溶劑回收裝置，存在消防隱患和產生污染；只能進行間歇生產，設備利用率低。表2-1為水溶液聚合法與反相懸浮聚合法制備聚丙烯酸鈉的比較。采用反相懸浮法合成高分子量的聚丙烯酸鈉，首先將丙烯酸單體經部分中和，單體溶液分散并懸浮于連續有機相中（如環己烷等），以無機過氧類引發劑（如過硫酸鉀）或水溶性氧化還原引發體系（如過硫酸銨、尿素）引發聚合，生成粉狀或粒狀沉淀，與溶劑分離后即得最終產品。根據上述分析、試驗結果和企業資金情況，本設計的聚丙烯酸鈉生產使用反相懸浮聚合法，單釜間歇聚合工藝，以Span60為分散劑、復合引發劑和相應的助劑加入反應釜中，控制溫度40℃恒溫1h、50℃恒溫1h、60℃恒溫1h后升溫至共沸溫度。脫水至粒子固含量為70%即可停止反應。由于聚合過程中，丙烯酸6河南城建學院本科畢業設計 2聚丙烯酸鈉的生產工藝鈉單體易自交聯反應，形成不溶性凝膠，故在體系中要求加入一定量的鏈轉移劑和緩聚劑；聚合反應后聚合物顆粒對通常材料的盛裝器具具有很大粘性，所以在釜中加入抗粘釜劑，防止金屬表面發生引發聚合或大分子活性鏈接觸釜壁就被終止聚合而鈍化。表2.1水溶液聚合與反相懸浮聚合的比較比較項水溶液聚合法反相懸浮聚合法引發體系過氧-還原引發體系過氧-還原引發體系聚合場所水相分散的水相聚合溫度50～100℃50～100℃產品形態水溶液固體粒狀或粉末散熱相對困難非常容易產品分子量較低（難達1000萬）較高（1000萬以上）體系粘度低固含量是較高很低（近似于油相粘度）產品后處理烘干不需烘干2.2反向懸浮聚合工藝條件及其影響因素[14]目前，有關反相懸浮法生產水溶性聚合物的研究報道較少，影響聚合產品性能的主要因素與常規丙烯酸系水溶液聚合體系相似，有單體濃度、水油比、引發體系及其用量、分散劑、聚合溫度、聚合體系pH值、聚合體系中無機鹽類、鏈轉移劑、攪拌、緩聚劑等。2.2.1分散劑及其助分散劑的選擇及其濃度對分子量的影響丙烯酸鈉反相懸浮聚合中，單體水溶液需借助油溶性分散劑， 使之分散在非極性有機溶劑中形成“油包水”型(W/O)懸浮液，山梨糖醇脂肪酸酐(Span類)和其環氧乙烷加成物(Tween類)是兩種最常用的非離子型表面活性劑。W/O型反相體系一般選擇HLB為3～8的span類(如span60等)作為分散劑。在實際聚合過程中，為了進一步降低表面張力，改善分散能力并調節顆粒特性，在選擇Span類作為主分散劑的同時，需添加一定量的助分散劑，在Span分散劑溶解后盡快加入助分散劑的效果更好。助分散劑的加入同時也能起到適當降低產物分子量的作用。表2-2為助分散劑對分子量的影響，發現在單體、引發劑加入量相同的情況下，隨助分散劑的加入，產品的分子量降低、顆粒也變細。選用Span60，油水界面張力較小，并且濃度>0.75%時聚合過程中體系穩定，聚合物粘壁較少，產物粒子均勻。故聚合選用Span60作為分散劑。7河南城建學院本科畢業設計 2聚丙烯酸鈉的生產工藝表2.2助分散劑對分子量的影響編號AA（mL）引發劑（w%）助分散劑分子量（萬）顆粒形態（v%）112.50.180.0595粒狀212.50.180.31288粉狀312.50.160.0866粒狀412.50.160.31520粉狀2.2.2引發體系的選擇及其濃度對分子量的影響引發體系的選擇及其濃度是影響分子量的一個重要因素，表2-3為引發劑對分子量的影響。表2.3引發劑對分子量的影響編號AA（g）NaOH（g）引發劑加引發劑M（萬）入次序（w%）形態12.56.8先0.161084粒狀22.56.8后0.18679粉狀31.256.6先0.18595粉狀41.256.6先0.16866細粉狀過硫酸鹽引發劑是最常用的水溶性引發劑。根據自由基生成的機理，可將引發劑分為兩大類：一類是熱分解型引發劑，另一類是氧化—還原引發劑。常用的無機過氧化物引發劑如過硫酸鉀(KPS)和過硫酸(APS)屬于熱分解型引發劑，其受熱后可直接分解產生兩個具有引發活性的自由基，分解活化能為140.3kJ/mol，一般使用溫度為70℃。在水溶液聚合中，過硫酸鹽 -脂肪胺是類活性可調、易控制的氧化—還原引發體系。研究發現，氧化劑用量主要決定聚合反應總速率， 還原劑用量僅改變了反應速率分布。當還原劑用量一定時，增加氧化劑用量，聚合反應總速率增大；當恒定氧化劑用量，增加還原劑用量時，聚合反應速率基本不變，而速率分布改變。2.2.3單體濃度對分子量的影響丙烯酸鈉的聚合反應本質上屬于自由基聚合反應， 由動力學鏈長與單體濃度8河南城建學院本科畢業設計 2聚丙烯酸鈉的生產工藝的關系可知，單體濃度越高，聚合物分子量越高。kpM2fkdkt1/2I1/2由丙烯酸及其鈉鹽組成的單體進行反相懸浮聚合， 在反應過程中，可以改變水的加入量或通過改變 AA的加入量改變聚合單體濃度。加入適量的AA不僅能增加聚合物的絮凝效果，同時可以提高聚合物的分子量。表 2-4、2-5分別為水量和單體量對分子量的影響，增加水的量或減少單體量，即降低丙烯酸單體的濃度，聚合物分子量降低。表2.4水量對分子量的影響編號加入水量（mL）AA（g）NaOH(g)分子量（萬）產品形態11012.56.81170粒狀21212.56.8363較小粒狀31412.56.8240粉狀43012.56.8171粉狀表2.5單體濃度對分子量的影響編號AA（g）NaOH(g)引發劑（mL）分子量（萬）產品粒狀11.257.02.0164較大粒狀22.57.02.0273顆粒狀33.07.02.0412粉狀43.57.02.0704較細粉狀2.2.4鏈轉移劑對分子量的影響加入異丙醇，可降低體系表面張力，減小反應過程中粘壁現象，改善產品的溶解透明度，同時還能作為反應過程中的鏈轉移劑，調節產品分子量。2.2.5攪拌轉速的影響反相懸浮聚合必須在攪拌下進行， 通過攪拌能使單體溶液分散成液滴， 防止塊狀聚合。攪拌的另一個作用是加速反應熱的傳遞，防止溫度過高而發生爆聚，保證反應的正常進行。對于聚丙烯酸鹽體系，由于單體濃度高、活性大，反應相當劇烈，要求攪拌強度也就更高。在實驗過程中發現：當攪拌轉速小于200r/min時，攪拌強度不夠，不足以使單體溶液均勻地分散成液滴，而且由于單體溶液的比重大于溶劑相，故大部分單體下沉于釜底而發生塊狀聚合，影響了反應的正常進行。而當攪拌轉速太大時，9河南城建學院本科畢業設計 2聚丙烯酸鈉的生產工藝反應體系并沒有設想的那樣穩定， 甚至也出現了爆聚。這可能是由于攪拌轉速太快，使單體液滴粒徑過小，相對于轉速小的體系，它需要更多的分散劑才能使液滴分散不聚并；同時高轉速容易使發粘粒子聚并， 因此，攪拌轉速太快對于體系的穩定性并無益處。綜合以上因素，本設計選擇的最佳攪拌轉速 250r/min。2.3后處理工序的選擇2.3.1分離方法的選擇對脫水后聚合物混合物進行分離可采用過濾離心機或沉降離心機或分離機。通常，對于含有粒度大于 0.01毫米顆粒的懸浮液，可選用過濾離心機；對于懸浮液中顆粒細小或可壓縮變形的，則宜選用沉降離心機；對于懸浮液含固體量低、顆粒微小和對液體澄清度要求高時， 應選用分離機。根據產品的顆粒直徑大小選擇螺旋沉降式離心機除溶劑。2.3.2干燥方法的選擇對聚合后的濕物料進行干燥可采用氣流干燥、 回轉窯、紅外等干燥方式。氣流干燥設備的干燥強度大，蒸發水份能力從50kg/h－1500kg/h，而設備容積小，投資省，是其他干燥設備比不上的；回轉窯設備適應于連續生產，但是投資大、占地面積大，且對具有一定粘性的聚丙烯酸鈉膠粒不適應該種干燥方式；生產試驗的前期采用紅外線加熱，但是干燥成本高，而且設備維護費用大會導致產品成本顯著增加。根據企業的投資情況和生產能力，選用的氣流干燥機干燥方法。2.4聚丙烯酸鈉的生產工藝流程工藝流程如圖2-1所示：圖2-1反相懸浮聚合制備聚丙烯酸鈉流程示意圖丙烯酸 引發劑 溶劑回收中和 聚合 共沸脫水 除溶劑干燥NaOH水溶液 分散介質分散劑助劑 成品10河南城建學院本科畢業設計 2聚丙烯酸鈉的生產工藝(1)丙烯酸鈉溶液的制?。簩⒔浻嬃康谋┧?、適量的助劑與經溶解、冷卻、計量的燒堿溶液進行部分中和，中和后的丙烯酸鈉，加入適量水，得到濃度為45%單體溶液即丙烯酸鈉水溶液。(2)丙烯酸鈉的聚合：將中和后的丙烯酸鈉水溶液與由分散介質和分散穩定劑配制好的分散液共同放入反應釜中， 并加入適量助劑，在引發劑的作用下進行聚合反應至共沸脫水至固含量 70%是停止反應。(3)聚合物混合物的分離：反應后生成的混合物通過離心機分離分散介質與聚合物，再經熱水洗滌除去聚合物表面的一些殘留助劑。(4)聚丙烯酸鈉的后處理工序：將分離工序過后的聚合物進行干燥、計量包裝等處理后，得到聚丙烯酸鈉產品。2.5生產過程主要操作及控制(1)配堿按NaOH：H2O=l：2.33的質量比配制堿液，其濃度約為30%(w/w)。將稱量好的燒堿緩慢倒入裝有定量量純水的配堿釜中，同時開動攪拌，并在夾套通冷卻水冷卻，控制最終堿液溫度（30℃）。(2)丙烯酸中和按丙烯酸：NaOH=l：0.56的質量比在中和釜中加入丙烯酸，開攪拌并在夾套通冷卻水，同時緩慢加入已冷卻的堿液，堿液量為丙烯酸：堿液=l：1.74質量比，相當中和度100%(mol)。控制最終丙烯酸中和液溫度30℃。(3)聚合反應將中和的45%丙烯酸鈉單體水溶液、分散劑Span60、2%單體質量的復合引發劑和相應的助劑加入反應釜中攪拌， 控制溫度40℃恒溫1h、50℃恒溫1h、60℃恒溫1h后升溫至共沸溫度。脫水至粒子固含量為 70%即可停止反應。(4)分離干燥工序經共沸脫水后的聚合物混合物通過螺旋沉降式離心機脫除分散劑等， 將離心后的聚合物濕物料經氣流干燥機干燥至產品含水量達 0.2%-0.5%時。(5)包裝干燥后的粉末，存放于貯料斗中，先測定產品的分子量、密度等有關性能，然后按每袋25kg裝袋輸送到倉庫以備出廠。11河南城建學院本科畢業設計 3工藝衡算和設備選型工藝衡算和設備選型3.1物料衡算與熱量衡算物料與能量衡算的有關計算公式、數據等參見文獻 [15～21]。3.1.1物料衡算確定物料平衡關系明確物料發生的化學變化，寫出主、副反應方程式丙烯酸被中和，中和反應方程式如下：CH2 CHCOOH NaOH CH2 CHCOONa H2O引發劑引發單體進行自由基聚合，其反應方程式如下：nCH2 CHCOONa CH2 CHnCOONa丙烯酸自由基聚合中單體相對分子質量與聚合物結構單元相對分子質量無化學計量上的變化，引發劑會結合到聚合物分子鏈上。收集數據資料生產規模。設計任務書中規定的年產量（生產能力）：8000ta-1生產時間。年工作日：330da-124hd-1相關技術指標見表3-1。表3-1技術指標項目內容技術指標項目名稱技術指標聚合物后處理損失率2%聚合物質量引發劑用量0.2%單體質量丙烯酸中和度100%（摩爾）引發劑水溶液濃度50%（質量）原料NaOH水溶液濃度99%（質量）分散穩定劑用量2%單體質量中和用NaOH水溶液濃度30%（質量）分散介質用量與單體質量比4：1單體水溶液濃度45%（質量）分散劑循環用量90%分散劑總用量質量標準。原料NaOH溶液濃度為99%。其他原料均視為純物質。因為只對聚合工序做物料衡算，所以不用考慮產品的其他質量指標?；瘜W變化參數。加入的NaOH能夠與丙烯酸完全反應，生成丙烯酸鈉。各組分相對分子質量如下：丙烯酸=72.06，氫氧化鈉=40，丙烯酸鈉=94.06，水=18。聚合反應過程中單體完全參加反應，轉化率可視為100%，單體與聚合物之間無化學計量上的變化，但引發劑結合到聚合物分子鏈上，會使聚合物數量略有增加。選擇計算基準與計量單位12河南城建學院本科畢業設計 3工藝衡算和設備選型因為是間歇操作過程，所以基準為“批” 。確定計算順序由于產物與原料之間的化學計算關系比較簡單，且整個工藝過程比較簡單，容易得到產物量與單體原料投料量之間的比例關系，所以采用順流程的計算順序。計算主要原料（丙烯酸）的投料數量用順流程的計算順序進行物料衡算必須求出主要原料每批投料量。該生產裝置年產量6000t，年開工330d，每天生產6批，后處理工序中聚合物損失率 2%。每批應生產的聚合物數量為：6000 1033092.15kg330 4 0.98引發劑（0.2%單體質量）全部結合到聚合物中；單體100%轉化成聚合物，且單體相對分子質量與聚合物結構單元相對分子質量相同；3)丙烯酸相對分子質量：單體相對分子質量 =72.06：94.06丙烯酸投料量為：3692.15 72.061 0.002 94.06順流程設備展開計算中和釜物料衡算

2364.19kg已知：丙烯酸中和度 100%、丙烯酸相對分子質量 72.06、NaOH相對分子質量40、單體相對分子質量94.06原料丙烯酸鈉的質量為2364.19kg反應需純NaOH的質量為：40/72.06 2364.19 1312.35kg30%NaOH中含水的質量為：0.7/0.3 1312.35 3062.15kg則30%NaOH的質量為：3062.15 1312.35 4374.50kg單體丙烯酸鈉的質量：94.06/72.06 2364.19 3085.98kg45%丙烯酸鈉中含水的質量為：0.55/0.45 3085.98 3771.75kg中和反應生成水：13河南城建學院本科畢業設計 3工藝衡算和設備選型18/401312.35590.56kg則中和反應過程中應加入的水為：3771.75 3062.15 590.56 119.04kg配堿釜物料衡算在裝有水冷裝置的配堿釜中加入一定量的水，然后在不斷攪拌下加入質量分數99%的氫氧化鈉。中和用30%NaOH溶液4374.50kg中各組分的質量為：mNaOH=1312.35kg mH2O 3062.15kg原料用99%NaOH中各組分的質量為：mNaOH 1312.35 kgmH2O 1312.350.01/0.99 13.25kg則需純水：3062.1513.25304分散介質調配罐物料衡算已知：分散劑：單體=4：1、分散穩定劑=2%單體質量，則分散劑質量：3085.98 4 12343.92kg循環分散劑質量：12343.92 0.9 11kg1新鮮分散劑質量：12343.92 0.1 1234.39kg分散穩定劑：3085.98 0.02=61分散液：12343.92 61.72 12405.64kg聚合反應釜物料衡算反應前反應釜中各組分質量：單體：3085.98kg水：3771.75kg分散劑：12343.92kg分散穩定劑：61.72kg引發劑用量=0.2%單體質量、引發劑水溶液濃度 =50%（質量）引發劑水溶液的質量：2 3085.98 0.002 12.34kg反應后反應釜中聚合物混合物的各組分：分散劑： 12343.92kg 分散穩定劑：61.72kg14河南城建學院本科畢業設計 3工藝衡算和設備選型水：3771.756.173777聚合物：3085.986.173092整理并校核計算結果對聚合工序做全物料平衡計算，進行校核。由物料守恒定律有：整個聚合工序的物料衡算過程是正確的。(9)生產聚丙烯酸鈉的各工序物料衡算整理如表3-2。表3.2生產聚丙烯酸鈉各工序物料衡算結果工序名稱輸出輸入原料質量（kg）產品質量（kg）配堿99%片堿1325.630%氫氧化鈉4374.503048.9純水30%氫氧化鈉4374.50中和液6857.73中和99%丙烯酸2388.07其中：丙烯酸鈉3085.98純水119.04水3771.75中和液6857.73聚合物3092.15聚合2%引發劑6.17水3777.9212343.3912343.92分散劑分散劑分散穩定劑61.72分散穩定劑61.723.1.2熱量衡算聚丙烯酸鈉的生產可分為多個工序，每一個生產工序都有一定的能量變化，因此各工序分別計算。整個過程均采用 25℃作為基準溫度，生產 1批聚丙烯酸鈉產品各工序的原料需求情況按物料衡算表中計。配堿工序由物料衡算可知，在配堿工序中，需純氫氧化鈉 2624.68kg，溶解用水6124.27kg，氫氧化鈉的質量百分比濃度為 30%，折算為物質的量為分別為：氫氧化鈉：1312.351000nNaOH3280mol9403062.151000水：nH2O1701mol1918查表可知氫氧化鈉在此濃度下的溶解熱為46.03kJ/mol，此濃度下溶液的平均比熱為3.348kJ/kgK，水的比熱為4.18kJ/kgK，已知片堿和純水的進料溫度為25℃，氫氧化鈉溶液的出料的溫度為30℃，配堿過程最大溫升65℃，冷卻水出入平均溫差為10℃。輸入的熱量Q1入包括氫氧化鈉帶入的熱量 Q11，純水帶入的熱量Q12，氫氧化15河南城建學院本科畢業設計 3工藝衡算和設備選型鈉帶入的溶解熱Q13，由于氫氧化鈉帶入的熱量 Q11和純水帶入的熱量Q12為0。所以 Q1入 46.03 32809 15kJ10198輸出的熱量Q1出出包括氫氧化鈉溶液由25℃升到30℃所需的熱量Q14和冷卻移走的熱量Q15。其中 Q14 3.3484374.50 30 25 73229kJ由于Q1入 Q1出 Q15 Q1入 Q141510198 733229 1kJ436969需冷卻水的質量：mH2O 1436969/4.1810 34377kg(2)中和工序已知條件：丙烯酸的進料溫度為 25℃，比熱為2.76kJ/kgK，氫氧化鈉水溶液的進料溫度為 30℃，平均比熱為 3.348kJ/kgK，中和液的平均比熱為3.28kJ/kgK，水的比熱為4.18kJ/kgK，100℃時水的蒸發熱為2587kJ/kg，丙烯酸與氫氧化鈉的中和熱55.67kJ/mol，中和液輸出溫度為30℃，冷卻水平均溫差為10℃。中和工序的輸人熱量Q2入包括：氫氧化鈉水溶液引入的熱量Q21，丙烯酸引入的熱量Q22，丙烯酸中和熱Q23，其計算結果如下：氫氧化鈉水溶液帶入的熱量：Q213.3484374.50302573229kJ丙烯酸引入的熱量為零： Q22 0在中和工序中，中和度為 100%，因此發生中和反應的丙烯酸為：Q23 55.6732809 1826477kJ輸入熱量Q2入 Q21 Q22 Q23 732291826477 1899706kJ輸出的熱量Q2出出包括中和液移走的熱量 Q24，水分蒸發吸收的熱量 Q25，以及冷卻水帶走的熱量 Q26。其計算結果如下：Q243.286857.133025112467kJ這一工序水分蒸發很少，故水分蒸發熱量可忽略不計。所以Q250由于Q2入Q2出所以Q26Q2入Q2418997061124671787239kJ冷卻水用量：mH2O1787239/4.181042757kg聚合反應工序已知丙烯酸中和液的平均比熱為 3.28kJ/kgK，中和液進料溫度為 30℃，丙16河南城建學院本科畢業設計 3工藝衡算和設備選型烯酸鈉的聚合熱為 77.7kJ/mol，水的比熱為4.18kJ/kgK，l00℃水的蒸發熱為2587kJ/kg，聚合物混合物出料溫度為60℃，聚合物平均比熱為2.53kJ/kgK，分散劑平均比熱2.30kJ/kgK輸入的熱量Q3入包括：丙烯酸中和液引入的熱量Q31，丙烯酸鈉聚合的聚合反應放熱Q32，其計算結果如下：丙烯酸鈉中和液引入的熱量：Q313.286857.733025112467kJ聚合物反應放熱：Q3277.7328092549259kJ則輸入的熱量：Q入QQ11246725492592kJ66172633132輸出的熱量Q3出包括生成的聚合物從25℃升溫到60℃所需的熱量Q33，分散介質帶走的Q34和水從25℃到60℃的熱量Q35及耗損的熱量。其計算結果如下：聚合物帶走的熱量：Q332.533092.156025273810kJ分散介質帶走的熱量：Q342.312343.926025993686kJ水帶走的熱量：Q354.183777.926025552710kJ(3)生產聚丙烯酸鈉的各工序物料衡算整理如下表3-3。表3.3生產聚丙烯酸鈉的各工序熱量衡算工序名稱輸入kJ輸出kJQ1入1510198Q1出1510198配堿Q110Q1473229Q120Q151436969Q131510109Q2入1899706Q2出1899706中和Q2173229Q24112467Q220Q250Q231826477Q261787239Q3入2661726Q3出2661726聚合Q31112467Q33273810Q322549259Q34993686Q3555271017河南城建學院本科畢業設計 3工藝衡算和設備選型3.2主要設備工藝尺寸的計算及選型3.2.1各釜體高度與內徑尺寸確定配堿釜日產聚丙烯酸鈉18.18噸，需配堿液4374.50 6 26247kg；溶堿時最高溫3度為50℃，查得30%堿液的比重為1.33gcm ；則6.06噸堿液的體積為：326.247/1.33=19.37m；按裝料系數75%計，需配堿釜容積為19.730.75 23.68m3。生產工藝條件為：所處理的為堿性溶液，釜體內為常壓，溫度為50℃，夾套為循環冷卻水，夾套內表壓為0.3MPa，溫度小于50℃，故可確定該釜屬于帶攪拌裝置的低壓反應釜。本設計采用圓筒形殼體和標準橢圓形封頭作為釜體的結構型式，盛裝物料的堿液可選用材質為鋼的不銹鋼釜。查表得標準橢圓封頭的體積為 0.393D3、h封 D/4。令：h為釜體直邊高度、為反應釜體的總高度，則：Hh2h封hD/21.5D因為所處理的物料為液-固相，其筒體高度于筒體直徑之比H/D為1～1.5。若選1.5，則有：hDVD2h0.786D34D30.262D31.571D34得D3V323.681.5712.470m1.571雖然釜屬于非標準設備，但用于制造反應器的上下封頭仍應選用標準封頭。因為H/D取得較小，所以此處按公稱尺寸選定釜體直徑2.5m。釜體的直邊高度為：V2V封23.6820.3932.532.323m0.785D20.7852.52釜體實際高度為：Hh2h封2.32320.53.573m根據表取封頭直邊高度50mm，釜體圓形直筒部分高度：2.32320.052.02m配堿釜的實際體積為：VD2h0.786D30.7852.522.3230.7862.5323.68m34實際長徑比：H/D3.5732.51攪拌型式可選用為推進式攪拌器，攪拌電機功率為9kw，轉速為60r/min。18河南城建學院本科畢業設計 3工藝衡算和設備選型(2)中和釜中和釜用于對丙烯酸的完全中和，單生產線日產聚丙烯酸鈉18.18t，按每批需中和液：4314.50 2364.19 119.04 6857.73kg在中和液60℃時，測得其密度為1.36gcm3，6857.73kg的中和液的體積為5.04m3，按裝料系數0.75計算，需中和釜的體積為5.04/0.756.72m3。查表得標準橢圓封頭的體積為 0.393D3、h封 D/4。令：h為釜體直邊高度、H為反應釜體的總高度，則：Hh2h封hD/21.5D因為所處理的物料為液-固相，其筒體高度于筒體直徑之比H/D為1~1.5。若選1.5，則有：hDVD2h0.786D3D30.786D31.571D344得D3V36.721.62m1.5711.571用于制造反應器的上下封頭選用標準封頭。因為H/D取得較小，所以此處按公稱尺寸選定釜體直徑 1.6m。釜體的直邊高度為：V2V封6.7220.3931.631.742m0.785D20.7851.62釜體實際高度為：Hh2h封1.74221.6/42.542m根據表取封頭直邊高度50mm，釜體圓形直筒部分高度：1.73220.051.642m中和釜的實際體積為：VD2h0.786D30.7851.621.7420.7861.635.51m34實際長徑比：H/D2.542/1.61按每批量計，可選用材質為帶夾套的搪瓷釜，配用 60r/min的減速箱，三相攪拌電機3kw的標準設備。(3)分散介質調配罐分散介質調配罐用于對分散液的配置，每批反應需分散液：12343.92 61.72 12405.64kg測得分散液密度為1.0g/cm3，12405.64kg的介質液的體積為12.40m3，按19河南城建學院本科畢業設計 3工藝衡算和設備選型裝料系數0.75計算，需中和釜的體積為 12.40/0.75 16.53m3。查表得標準橢圓封頭的體積為 0.393D3、h封 D/4。令：h為釜體直邊高度、為反應釜體的總高度，則：Hh2h封hD/21.5D因為所處理的物料為液-固相，其筒體高度于筒體直徑之比H/D為1~1.5。若選1.5，則有：hDVD2h0.786D3D30.786D31.571D344得D3V316.532.19m1.5711.571用于制造反應器的上下封頭選用標準封頭。因為H/D取得較小，所以此處按公稱尺寸選定釜體直徑 2.2m。釜體的直邊高度為：V2V封41.3820.3932.232.15m0.785D20.7852.22釜體實際高度為：Hh2h封2.1522.2/43.25m根據表取封頭直邊高度50mm，釜體圓形直筒部分高度：2.15 2 0.05 3.32m釜的實際體積為：VD2h0.786D30.7852.222.150.7862.2311.9m34實際長徑比：H/D3.25/2.21按每批次計量，該釜為普通溶液混合，沒有熱量交換可選用普通溶液混合攪拌設備。聚合反應釜單體水溶液和分散液的總體積為：5.04 12.40 17.44按裝料系數0.75計算，需中和釜的體積為：17.44/0.75 23.25m3。查表得標準橢圓封頭的體積為 0.131D3、h封 D/4。令：h為釜體直邊高度、H為反應釜體的總高度，則：H h 2 h封 h D/2 1.5D因為所處理的物料為液-固相，其筒體高度于筒體直徑之比 H/D為1~1.5。20河南城建學院本科畢業設計 3工藝衡算和設備選型若選1.5，則有：hDVD2h0.786D3D30.786D31.571D344得D3V323.252.45m1.5711.571用于制造反應器的上下封頭選用標準封頭。因為H/D取得較小，所以此處按公稱尺寸選定釜體直徑 2.4m。釜體的直邊高度為：V2V封23.2520.3932.430.785D20.7852.422.73m釜體實際高度為：Hh2h封2.7322.4/43.93m根據表取封頭直邊高度50mm，釜體圓形直筒部分高度：2.7320.052.63m實際長徑比：H/D=3.93/2.41.64該釜為反相懸浮聚合，反應釜的容積、結構、材質以及攪拌型式等都影響聚合過程和產品質量。為增大聚合反應的傳熱面，可在聚合釜內釜壁附近安置若干折流板或插入兩根 D型擋板，其內部可通冷卻水以增加傳熱面積；在釜頂安置回流冷凝器，可將單體蒸汽冷凝回流，以增加傳熱面積；在聚合釜夾套中安裝螺旋型導流板，冷卻水不走短路時，水對釜壁的導熱系數可提高 8倍以上。實際生產中所用的攪拌器必須兼具剪切作用相循環作用，適當轉速，懸浮聚合體系達到一定的循環流動和剪切流動，使釜內各部分達到溫度均一、濃度均一，并使釜內單體均勻分散，懸浮成微小的液滴，加強聚合釜內壁的傳熱。該釜攪拌型式采用推進式攪拌裝置，轉速為250r/min，攪拌電機功率12kw的標準設備。3.2.2各釜體夾套尺寸的確定所謂夾套就是在釜體外側用焊接或法蘭連接的方式裝設各種形狀的鋼結構，是與釜體外壁形成密封的空間。 在此空間內通入加熱或冷卻物質， 可加熱或冷卻反應釜內的物料。夾套筒體的高度主要由傳熱面積確定，一般不應低于料液高度，以保證充分傳熱。根據裝料系數、操作容積，夾套的筒體高度為：21河南城建學院本科畢業設計 3工藝衡算和設備選型VVh式（3-9）HjDi2/4(1)配堿釜夾套高度23.6780.750.7862.52Hj0.7852.522.62m查《化工設備機械基礎》殼體直徑在800～3000mm時，夾套直徑為Di20025002002700mm(2)中和釜夾套高度Hj5.510.750.7861.623.13m0.7851.62查《化工設備機械基礎》殼體直徑在 800～3000mm時，夾套直徑為Di 200 1600 200 1800mm圖3.1傳熱裝置夾套示意圖可拆卸的夾套 不可拆卸的夾套(3)聚合釜夾套高度23.250.750.7862.42Hj0.7852.423.673m查《化工設備機械基礎》殼體直徑在 2000～3000mm時，夾套直徑為Di 200 2800 200 3000mm22河南城建學院本科畢業設計 3工藝衡算和設備選型3.2.3分離設備由于經共沸脫水的的反應產物仍是混合物，其中含有為分散劑及其他的相關助劑，還有一些反應中生成的低分子量聚合物都應被除去。通常，對于含有粒度大于0.01毫米顆粒的懸浮液，可選用過濾離心機；對于懸浮液中顆粒細小或可壓縮變形的，則宜選用沉降離心機；對于懸浮液含固體量低、顆粒微小和對液體澄清度要求高時，應選用分離機。根據反相懸浮聚合制備的聚丙烯酸鈉顆粒粒徑大小選擇螺旋沉降式離心機除溶劑。圖3.2表示為螺旋沉降式離心機結構示意圖3.2.4干燥設備由于樹脂含水量高，加工過程中易出現氣泡，制件出現流紋、霧斑，透明性降低，并會降低材料的電性能和力學性能。而離心后聚合物一般含水率為5%-20%，為濕物料，需干燥使濕物料含水率進步降低。23河南城建學院本科畢業設計 3工藝衡算和設備選型旋風分離器氣流干燥管尾氣管出料口預熱器風機加料口圖3.3氣流干燥機結構示意圖反相懸浮聚合制備的聚丙烯酸鈉為粉狀采用氣流干燥機。 即熱風干燥，使產品中水分含量達至 0.2%～0.5%。3.2.5其他設備的選擇其它的設備主要是泵的選擇。工業生產中有進料泵、回流泵、塔底泵、循環泵、產品泵等，石油化工泵的選擇應該滿足流量，揚程、壓力、溫度、氣蝕余量等工藝參數的要求