年产50000吨聚醋酸乙烯酯的工艺设计

江汉大学课程设计报告题目：年产50000吨聚醋酸乙烯酯的工艺设计学院：化学与环境工程学院专业：高分子材料与工程学号：122209107137姓名：张攀钦指导老师：朱超《聚醋酸乙烯酯乳液聚合课程设计》一、本课程设计的性质、任务与目的1.本课程设计的性质本课程是应用化学专业的一门实用性和技术性很强的专业课程。学生在聚合物工艺学课程后，综合运用所学的高分子化学与材料及化工原理相关知识，进行初步的聚醋酸乙烯酯合成的工艺设计。2.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、车间平面图各一张。③设计并绘制聚合釜3.本课程设计的目的①了解和掌握聚醋酸乙烯酯的、结构与性能，其制备过程中的基本反应类型、添加剂与材料成型工艺等内容的基础知识；②掌握检索文献的方法；③通过阅读文献，了解并掌握聚醋酸乙烯酯制备与设计的基本原理，并能完成聚醋酸乙烯酯的整个工艺流程。④通过专业课程设计使学生掌握应具备的基本高分子化工设计技能。二、课程设计的主要内容1.设计方案选择，对给定或选定的设计方案进行简要论述。2.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。3.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。4.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目录一、概述....................................................................................................1二、工艺流程和方案的说明和论证........................................................11、工艺流程........................................................................................12、方案的说明....................................................................................23、聚醋酸乙烯酯乳液聚合的工艺条件............................................3三、物料衡算............................................................................................6四、热量衡算..........................................................................................11五、聚合釜及各设备选型....................................................................13六、生产车间布置..................................................................................161.要满足生产工艺要求..................................................................162.要符合经济原则..........................................................................163.要符合安全生产要求..................................................................174.便于安装和检修..........................................................................175．要有良好的操作条件..................................................................17七、对设计的评述及结论....................................................................18八、参考文献..........................................................................................191一、概述聚合物工艺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。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和论证1、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摄氏度，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摄氏度，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摄氏度进行反应，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摄氏度，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2罐(T104)。（9）用泵将乳液送至闪蒸塔（D101）中，乳液中的液相醋酸乙烯酯进入D101前绝大部分已经在大闪蒸线中汽化。聚醋酸乙烯酯随气相醋酸乙烯酯从大闪蒸线出来后，沿切线方向进入闪蒸罐D301中D101操作温度约为80℃，操作压力约为1.8MPa。聚醋酸乙烯酯从D101下面流出进入D102.（10）干燥2、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。33、聚醋酸乙烯酯乳液聚合的工艺条件（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4.2Pa·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，但反应温度达到80℃时，超过醋酸4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。原料物化性质参考表：名称物理性质化学性质危险性醋酸乙烯酯无色、易燃的液体，沸点：72.7℃，蒸汽压：13.3kPa/21.5℃，闪点：-8℃，溶解性：微溶于水，溶于醇、醇、丙酮、苯、氯仿，密度：相对密度(水=1)0.93，稳定性：稳定。易发生聚合反应，适于制造均聚物或共聚物。与氧化剂能发生强烈反应。极易受热、光或微量的过氧化物作用而聚合。低毒，易燃，其蒸汽与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧爆炸。其蒸汽比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。聚乙烯醇白色片状、絮状或粉末状固体，无味。PVA溶于水，水温越高则溶解度越大，但几乎不溶于有机溶剂。OP-10辛基酚聚氧乙烯醚-10，无色至淡黄色透明粘稠液体。HLB值13.5。1%水溶液浊点63~67℃易溶于水、乙醇和丙酮，可溶于苯、甲苯、二甲苯等，不溶于石油醚。，耐酸、碱、氧化剂和还原剂。无毒、难燃5过硫酸钾无色或快白色结晶。无气味。能逐渐分解失去有效氧，湿气中能促使其分解，高温时分解较快，溶于约50份水，不溶于乙醇，水溶液几乎是中性。相对密度2.477。有强氧化性。与有机物摩擦或撞击能引起燃烧。有强刺激性。燃爆危险:该品助燃，具刺激性。碳酸氢钠是一种易溶于水的白色碱性粉末，25℃时溶于10份水，约18℃时溶于12份水，不溶于乙醇。在与水结合后开始起作用释出二氧化碳CO2，受热易分解。在潮湿空气中缓慢分解。邻苯二甲酸二丁酯无色油状液体，可燃，有芳香气味。蒸汽压1.58kPa/200℃;闪点172℃;熔点-35℃;沸点340℃;溶解性:水中溶解度0.04%(25℃)。易溶于乙醇、乙醚、丙酮和苯。剧毒品，眼睛或皮肤接触后，立即用流动清水冲洗。吸入后，将口患者移至空气新鲜处，必要时输氧或进行人工呼吸。食入后，漱口，给饮大量水，就医。