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安徽理工大学课程设计说明书安徽理工大学课程设计说明书题目：年产5万吨腈纶聚合釜设计说明书院系：材料科学与工程学院专业班级：高分子材料与工程08级1班学号：2008300046学生姓名：周玲玲指导老师：于秀华高俊珊滕艳华2012年1月4日安徽理工大学课程设计说明书安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表指导教师评语：成绩：____________指导教师：______________年月日安徽理工大学课程设计（论文）任务书安徽理工大学课程设计说明书材料科学与工程学院高分子材料教研室学号2008300046学生姓名周玲玲专业（班级）高分子08-1班设计题目年产5万吨腈纶聚合釜设计说明书设计技术参数1、腈纶年产量5万吨；2、采用两步法制备；3、总损耗3%；4、年工作时数8000小时。设计要求1、设计说明书以A4纸输出，字数6000～10000。2、聚合釜设计图采用1号图纸手工绘制，绘制规范要以国家标准为准，反应釜要经济、合理、安全。工作量1、设计说明书一份（物料衡算为主）。根据生产规模和年工作日及所给配方进行物料衡算，确定工艺流程，完成设备选型。2、用1号图纸表示出所涉及的反应釜。包括设备的主视图，俯视图。工作计划12.20课程设计动员，指导教师下达课程设计任务书。指导教师介绍课程设计的基本思路和方法。12.21～1.5学生查阅有关资料，制定设计进度计划。设计计算、论证、绘图。编写设计说明书初稿，审核、校对、编写设计说明书。1.6学生上交设计说明书和图纸，指导教师批阅，评定成绩，写出设计总结。参考资料1、陈昀.聚合物合成工艺设计[M].北京：化学工业出版社.2、张洋.高聚物合成工艺设计基础[M].北京:化学工业出版社.3、赵德仁等.高聚物合成工艺学[M].北京:化学工业出版社.4、谭天恩等.化工原理[M].北京:化学工业出版社.5、倪进方等.化工设计[M].华东理工大学出版社.指导老师签字教研室主任签字2011年12月12安徽理工大学课程设计说明书年产5万吨腈纶聚合釜设计摘要丙烯腈(AN)共聚物（ANwt＞85％）纤维即腈纶，在合成纤维中因其纺织服用性能类似羊毛，深受消费者欢迎，成为当今世界轻纺工业的重要原料。通常引入第二单体，如丙烯酸甲酯(MA)、醋酸乙烯酯(VAc)、衣康酸（IA）、丙烯酸(AA)等，以改善纤维的纺丝性能。目前国内工业化的腈纶共聚第二单体主要为丙烯酸甲酯（MA）和醋酸乙烯酯(VAc)两种。其中后者原料来源丰富，价格低，且高含量下还可提供纤维的高伸缩性，成为近年来研发的热点。丙烯腈水相沉淀聚合多以氧化还原体系作引发剂，分解活化能低，可在较低温度下引发聚合。还原剂多采用亚硫酸氢盐，其有效成分为亚硫酸氢根离子，只有在合适酸性条件下通过电离平衡，才能保证一定的还原剂有效浓度。在实际生产中，该工艺采用独特的纯铝直聚合釜，利用适度酸性条件下的微量腐蚀以达到釜内材料表面的自清洁作用，从而保持壁清洁，减少粘釜，故通常控制聚合体系pH值在2.5～3.0为宜。但当以醋酸乙烯酯为第二单体时一般聚合体系pH值降到1.9～2.2之间。关键词：丙烯腈，醋酸乙烯酯，水相沉淀聚合安徽理工大学课程设计说明书目录1引言....................................................................11.1腈纶生产的历史.....................................................11.2腈纶的生产方法.....................................................11.3聚丙烯腈纤维的性能和应用...........................................21.4腈纶生产的意义.....................................................32工艺流程选择............................................................42.1腈纶生产工艺选择...................................................42.2聚丙烯腈水相沉淀聚合的原料选择.....................................52.2.2引发剂体系的选择.............................................52.2.3其他原料的选择...............................................52.2.4原料的进料处理及配比的选择...................................72.3聚合工艺参数的选择.................................................82.3.1聚合温度.....................................................82.3.2聚合时间.....................................................92.3.3聚合转化率...................................................92.3.4损失率的分配.................................................92.3.5反应操作周期的分配...........................................92.3.6工作压力的选择...............................................93设计计算...............................................................103.1聚合釜物料衡算...................................................103.1.1计算条件收集................................................103.1.2计算物料....................................................103.2聚合釜设计........................................................123.2.1聚合釜釜体几何尺寸设计......................................123.2.2聚合釜釜体选材..............................................133.2.3进出口管径..................................................133.2.4传热装置的设计..............................................143.2.5搅拌装置设计................................................153.2.6挡板设计....................................................163.2.7人孔及支座的设计............................................163.2.9设计结果汇总................................................17安徽理工大学课程设计说明书结论.....................................................................18参考文献.................................................................19安徽理工大学课程设计说明书11引言1.1腈纶生产的历史聚丙烯腈(PAN)纤维是由以丙烯脯(AN)为主要链结构单元的聚合物纺制的纤维。而由AN含量占35％—85％的共聚物制成的纤维称为改性聚丙烯脂纤维。在国内聚丙烯腈纤维或改性聚丙烯腈纤维商品名为腈纶[3]。早在1894年法国化学家牟若(Moureu)首次提出了聚丙烯腈的合成，直到1929年德国的巴斯夫（BASF）公司成功地合成出聚丙烯腈，并在德国申请了专利（DRPNr58035l和654989）。1942年德国的赫博特雷思（HerbedRein）和美国杜邦（DuPont）公司同时发明了溶解聚丙烯腈的溶剂二甲基甲酰胺（DMF）。由于当时正处于第二次世界大战，直到1950年才在德国和美国实现了聚丙烯腈纤维的工业化生产，德国的商品名为贝纶（Perlon），美国的商品名为奥纶（Orlon），它们是世界上最早实现工业化生产的聚丙烯脯腈纤维品种。聚丙烯腈纤维具有许多优良性能,如柔软性和保暖性好，有“合成羊毛”之称；耐光性和耐辐射性优异。但其强度并不高，耐磨性和抗疲劳性也较差。随着合成纤维生产技术的不断发展，各种改性聚丙烯腈纤维相继出现，使之应用领域不断扩大。聚丙烯腈纤维自实现工业化生产以来，因其性能优良，原料充足，发展很快。20纪60年代由于实现了从电石乙炔路线转向石油裂解路线生产丙烯腈，并完成了多种溶剂的工艺开发以及纤维性能的改进，纤维的产量年均增长率高达22％左右。由于受原料的限制，到1978年世界总产量突破200万吨以后，其产量增加缓慢，1995年世界总产量为二百三十多万吨。有专家预测，由于原料及加工技术的改进，聚丙烯腈纤维在未来的10年内将快速发展，世界总产量将突破400万吨。1.2腈纶的生产方法生产聚丙烯腈常用的第二单体为甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺等，一般含量达10%左右，可适当降低聚合物分子间的作用力，增强纤维柔软性及手感。第三单体多为甲基烯丙基磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、甲基乙烯基吡啶、衣康酸等，其用量不超过0.5%，以引入极性基团，改善纤维染色性能。由于近年来价格竞争激烈，故以廉价的醋酸乙烯酯（VAc）作为第二单体。按照纺丝原液的制备方法，腈纶生产工艺可分为溶液均相聚合一步法和非均相聚合二步法两种[2]。1、均相溶液聚合[3]所谓均相溶液聚合指所用溶剂既能溶解单体又可溶解聚合产物。反应结束后，聚合物溶液可直接用于纺丝，所以该法亦称一步法。如以硫氰酸钠浓水溶液、氯化锌浓水溶安徽理工大学课程设计说明书2液、硝酸、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等为溶剂的丙烯腈聚合均采用此法。以硫氰酸钠一步法均相溶液聚合为例，其原料丙烯腈、第二单体丙烯酸甲酯(MA)、异丙醇及48．8％硫氰酸钠水溶液等分别经由计量泵计量后放人配料桶。引发剂偶氮二异丁腈（AIBN）和浅色剂二氧化硫脲（TUD）经称量后，经由旋流液封加料斗加入配料桶。衣康酸（ITA）则被调成一定浓度水溶液经计量相加入配料桶。调好后．连续地以稳定的流量注入试剂混合桶，然后，与从聚合浆液中脱除的未反应单体等充分混合并调温后．用计量泵连续送入聚合釜进行聚合反应。聚合反应结束后，料液进入脱单体塔，将未反应的单体分离并抽提到单体冷凝器，由反应油混合液冷凝后带回试剂混合桶。对于低转化率聚合反应，出料混合物中非反应单体约含40%～45%，中转化率反应则含30%左右。料液中单体含量不应超过0.3%。脱单体后聚合物溶液经脱泡、调湿、过滤即可送去纺丝。2、非均相聚合[3]丙烯腈的非均相聚合一般多采用以水为介质的水相沉淀聚合法。水相沉淀聚合是指以水为介质，单体在水中具有一定的溶解度，当水溶性引发剂引发聚合时，聚合产物不溶于水而不断地从水相中沉淀出来。水相沉淀聚合具有下列优点：(1)水相聚合通常采用水溶性氧化－还原引发体系，引发剂分解活化能较低，聚合可在30～50℃甚至更低的温度下