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1、课程设计论文 题目：丙烯酸酯苯乙烯共聚物乳液生产工艺设计目 录一、概述.- 1 -1.1 原料介绍-1-二、生产方法的选择和流程设计.221 工艺流程说明及操作步骤.- 2 -22 丙烯 酸酯苯乙烯共聚物乳液生产流程框图.- 2 -三、设备计算和选型.- 3 -3.1 反应釜的结构和材质.- 3-3.2 反应釜中物质的平均密度m的计算.- 3 -3.3 反应釜的计算和选型.- 4 -四、环境保护与安全措施.- 5 -4.1 环境保护.54.2 安全措施.5五、心得体会.6六、参考文献：.7 一、概 述苯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液也称苯-丙乳液。它由苯乙烯和丙烯酸酯类单体、引发剂、乳化剂等通过乳液
2、聚合反应制得的共聚物乳液。用它作建筑涂料的基料，配以各种助剂、颜料和填料就可制成各种色调鲜艳的乳胶涂料。这类涂料具有突出的耐水、耐候、保光、保色性能，对墙面附着力强，干燥速度快，施工方法多样，可喷、可刷，也可辊涂，施工效率高，既可外用，也可内用；既可制成平光涂料，也可制成半光和有光涂料；既可制成高档涂料在现代化高层建筑中使用，又可制成低档品种在一般建筑中使用。是当今国外发展最快的水性涂料，也是我国外墙涂料的主要品种。 建筑涂料的发展方向是无毒安全、节约资源、有利于环境保护的水性涂料和无公害低污染涂料。不断提高水性涂料的质量，开发新的品种，是巩固和发展水性建筑涂料的重要环节之一。 苯丙乳液是胶体
3、分散体系，具有明显的胶体化学性质，当苯丙乳液与水泥或其他颜料混合均匀后，苯丙乳粒子向浆体内分散，被吸附在其他颜料、水泥凝胶及未水化的水泥粒子的表面上。聚合物粒子封闭了水泥凝胶及未水化水泥粒子的微孔和毛细管孔，水泥进一步水化由于聚合物粒子被吸附在水泥凝胶表面上，使水泥浆体内存在足够的水分，防止了水泥的结块现象，因此苯丙乳液水泥漆具有一定的贮存稳定性。苯丙乳液实际上是由苯乙烯和丙烯酸酯类单体共聚而成，本文从最终产品的性能比考虑，选定由苯乙烯和丙烯酸酯共聚体系，并加入少量丙烯酸作为交联剂。反应过程按自由基加成方式聚合。 苯丙乳液具有色彩丰富、美观大方、施工简便、工期短、工效高;特别具有保色性；耐污染
4、性的优点。适用外墙涂料、彩色涂料、复层花纹涂料、内墙涂料、防水涂料等建筑装饰领域。本文对苯丙乳液的聚合机理、合成工艺、影响因素及产物的性能检测作了详细的介绍。这对于制备出高质量的苯丙乳胶涂料具有很大的科学和经济意义 通过乳液聚合方法制备的聚合物乳液具有很多的特殊性能,其产品被广泛应用,特别是水基型乳液更是受到青睐。但水乳型产品干燥速度较慢的缺点却制约了其应用,为了弥补这一缺陷,以提高乳液固含量为目的的研究受到了人们重视。高固含量乳液不仅可以提高干燥速度,而且还可以减少干燥、贮存及运输过程中的能耗,克服了低固含量水溶性乳液的某些局限性。但乳液的高固含量与低黏度是相互矛盾的,高固含量乳液的聚合反应
5、常常因黏度增大而失去稳定性,导致反应失败。利用预乳化半连续乳液聚合方法,系统研究了苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸共聚物(St/BA/AA)高固含量乳液的制备工艺,并探讨了各种影响因素对乳液性能的影响。1.1 原料介绍 1.1.1 主要原料苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA),北京东方化工厂;丙烯酸(AA),分析纯,天津化学试剂研究所，十二烷基硫酸钠(AES),北京宏开永胜精细化工有限公司，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10),广州市汇采涂料化学品有限公司;过硫酸铵(APS),分析纯,北京化学试剂二厂。 1.1.2 原料介绍（1）苯乙烯苯，别名：乙烯基苯；乙烯苯 英文名：Styrene；Phenylethy
6、lene 性质：无色油状易燃液体，强折射性和芳香气味。溶点：-33 沸点：146 比重：0.9045（25/25） 密度：754.33公斤/立方米 闪点：31.1 自燃温度：490.不溶于水，溶于乙醇及乙醚。能聚合，也能与其他单体共聚，聚合时放出热量，能引起爆炸。用途：本品用于聚苯乙烯、合成橡胶、工程塑料、离子交换树脂、医药等工业。 (2) 丙烯酸丁酯，英文名：Butyl acrylate 性质：无色液体，易燃。比重：0.898(20/4) 沸点：145146 凝固点：-64 闪点：48.9 不溶于水，能与乙醇、乙醚混溶，遇热容易聚合。（3） 十二烷基硫酸钠，别名：椰油醇硫酸钠 性质：白色或微
7、黄色粉末 熔点：200以上 ，稍具脂肪味 浓度：25%40%的产品为无色或淡黄的膏状物，溶于水。用途：在化妆品中做乳化剂，在牙膏中作发泡剂，亦是液体洗涤剂的主要原料。 （4） 过硫酸铵，别名：高硫酸铵，过二硫酸铵 英文名：Ammonium persulfate性质：无色单斜结晶或白色结晶粉末 相对密度：1.982，熔点：120（分解）,分解时放出氧而变成焦硫酸铵。干燥环境下具有良好的稳定性；在潮湿环境中易受潮结块，逐渐分解放出氧和臭氧。溶于水，在温水中其溶解度增大，受热发生分解，生成酸性硫酸铵和过氧化氢。具有强氧化性和腐蚀性。用途：可做氧化剂、漂白剂、脱臭剂，高分子聚合的助聚剂，氯乙烯化合物的
8、聚合引发剂，特别是用于乳化聚合和氧化还原聚合。亦用作过硫酸铵和双氧水的原料，以及制造苯胺染料。还用于肥皂和油脂的漂白、金属的蚀刻和食品的保存剂等。 (5) 丙烯酸，英文名：Acrylic acid 结构式：C3H4O2 溶解性： 与水混溶，可混溶于乙醇、乙醚。 主要用途： 用于树脂制造、合成橡胶乳液制造等领域。 二、生产方法的选择和流程设计 现采用丙烯酸酯和苯乙烯在引发剂的作用下，以乳液聚合法聚合。该法优点如下：聚丙烯酸酯弹性好，特别适用于温度变化剧烈、胀缩系数变化较大的户外使用。 苯乙烯的价格比甲基丙烯酸便宜，丙烯酸酯苯乙烯共聚物乳液具有价格优势，所以发展迅速，有广阔的使用前途，在外用建筑涂
9、料中得到广泛应用，是目前使用较多的一种丙烯酸酯涂料。21 工艺流程说明及操作步骤在反应釜中先加入25%的去离子水和2%乳化剂OP-10，启动搅拌并升温；将1%乳化剂OP-10、0.5%十二烷基硫酸钠、24.5%丙烯酸丁酯、24.5%丙烯酸丙酯、49%苯乙烯、2%丙烯酸和25%去离子水加进计量高位槽充分混合乳化；将0.4%过硫酸铵各40%的去离子水加入计量高位槽中充分混合，待反应釜的温度升到80在2小时内滴加完成；将0.06%的过硫酸铵和5%的去离子水在反应釜的温度升到90时，半小时加完。反应结束后降温，得产物。 22 丙烯酸酯苯乙烯共聚物乳液生产流程框图1%乳化剂OP-10、0.5%十二烷基硫
10、酸钠、24.5%丙烯酸丁酯、24.5%丙烯酸丙酯、49%苯乙烯、2%丙烯酸和25%去离子水反应釜25%的去离子水和2%乳化剂OP-100.4%过硫酸铵各40%的去离子水0.06%的过硫酸铵和5%的去离子水乳液桶装预乳化滴加先加恒温后加质控点检测细度、粘度维持一定的反应温度和时间三、设备计算和选型3.1 反应釜的结构和材质（1）材质：选用搪玻璃（2）结构为：K型3.2 反应釜中物质的平均密度m的计算根据1/m = i/i其中 i第I中物料的质量分数，di = mi/M i第I中物料的密度 mi第I中物料的质量 M 总物料量物质名称苯乙烯丙烯酸丙烯酸丁酯乳化剂OP-10十二烷基硫酸钠过硫酸铵质量
11、kg27763113.327763111127.822.2密度/cm30.911.050.8991.070.251.98 1/m = i/i= 2776.3/（0.915799.2）+ 113.3/（1.055799.2）+2776.3/（0.8995799.2）+1111/（1.075799.2）+27.8/(0.255799.2)+ 22.2/(1.985799.2) =1.117m = 1/1.117 = 0.895 g/cm3 = 0.895kg/L物质总体积为：M/m =5799.2/ 0.895 = 6479.55L3.3 反应釜的计算和选型3.3.1 确定筒体和封头型式从该反应的
12、反应条件和反应现象可以得知它是属于带搅拌的低压反应釜类型，根据惯例，选择圆柱形筒体和椭圆形封头。3.3.2 确定筒体和封头直径 反应物料先为液固相类型，后为液液相类型，查表可得出，H/Di为11.3。该反应的状态为无泡沫和无沸腾情况，黏度也不大，故可取装料系数=0.7。反应物总体积为6479.55L，则反应釜容积为：6479.55/0.7 = 9256.50L，取反应釜容积为10000L即10m3，考虑到容器比较大，可取H/Di = 1.1，这样可使直径不致太大。 反应釜直径估算： Di = 4V/（H/Di） 1/3 =410/(3.141.1) 1/3 =2.43待添加的隐藏文字内容2圆整
13、至公称直径标准系列，取=2400mm。封头取相同的内径，其曲面高度由表查得h1 = 600mm，直边高度h2，查表可取40mm。3.3.3 确定筒体高度 当Di = 2400mm，h2 =25mm时，从表查得椭圆形封头的容积Vh =2.00m3，再查表得筒体每一米高的容积V1 = 4.524m3/m，则筒体高估算为： H =（V Vh）/ V1 =（10 2.00）/4.524 = 2.65m 取H为2.7m，于是H/Di = 2.7/2.4 = 1.13.3.4 确定夹套直径 查表得：Di = Di + 200 = 2400 + 200 = 2600mm 夹套封头也采用椭圆形，并与夹套筒体取
14、相同直径。3.3.5 确定夹套的高度 夹套筒体的高度估算：Hi =（V - Vh）/V1（0.8 10 2.00）/4.524 = 2.034 m 取Hi为2000mm。3.3.6 传热面积当Di=2400mm时，从表查出Fh=7.55m2，F1=6.52，则F=Fh+1.1 F1=7.55+1.16.52=14.722反应釜的规格按上述各步计算所得，对于技术参数可根据生产的实际情况选公称容积为10000L的搪玻璃反应缸的技术参数。四、环境保护与安全措施4.1 环境保护（1）“三废的来源”化工生产有很多工艺需要各种酸作为催化剂，自然而言就存在不少的废水废酸有等处理。生产过程中工业废水的主要来源
15、式聚合反应中生成的水；水洗产生的废水。副反应生成的酯、醚和废酸等。（2）治理方法目前，各部门对三废的治理都极为关注。治理废水的一些方法：A 首先从生产工艺上进行改进，使生产过程不产生或少产生工业废水，或使废水少含或不含有毒物质。对必须排放的废水，尽最大可能回收有用物质，变废为宝、化害为利。B 减少废水排放量：根据工艺过程用水对水质的不同要求，采用多次利用，分级分段串连使用，并采用闭路循环等措施，以减少废水的排放量。同时也有利于节约用水。清水与污水分流管理：例如作为间接冷却水，是不被污染的清水，可经过降温处理后，闭路循环使用。而作为工艺水与过程物料直接接触的水，如洗涤水，可能受到严重污染，这种水
16、必须经过有效处理，使之无害化。污染水与未被污染的水分流管理，可使处理的废水量大大减少。C 十二烷基硫酸钠，对皮肤和眼睛有一定的刺激作用，生产设备应密闭，操作人员应穿戴好防护用具。丙烯酸的存在会产生大量的废水废酸，应注意分离之后再排放。4.2 安全措施（1）苯乙烯：健康危害： 对眼和上呼吸道粘膜有刺激和麻醉作用。急性中毒：高浓度时，立即引起眼及上呼吸道粘膜的刺激，出现眼痛、流泪、流涕、喷嚏、咽痛、咳嗽等，继之头痛、头晕、恶心、呕吐、全身乏力等；严重者可有眩晕、步态蹒跚。眼部受苯乙烯液体污染时，可致灼伤。慢性影响：常见神经衰弱综合征，有头痛、乏力、恶心、食欲减退、腹胀、忧郁、健忘、指颤等。对呼吸道
17、有刺激作用，长期接触有时引起阻塞性肺部病变。皮肤粗糙、皲裂和增厚。环境危害： 对环境有严重危害，对水体、土壤和大气可造成污染。燃爆危险：易燃，为可疑致癌物，具刺激性。操作注意事项： 密闭操作，加强通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴过滤式防毒面具，戴化学安全防护眼镜，穿防毒物渗透工作服，戴橡胶耐油手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止蒸气泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂、酸类接触。灌装时应控制流速，且有接地装置，防止静电积聚。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留
18、有害物。储存注意事项： 通常商品加有阻聚剂。储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30。包装要求密封，不可与空气接触。应与氧化剂、酸类分开存放，切忌混储。不宜大量储存或久存。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。（2）十二烷基硫酸钠： 其具有一定的刺激性，对人的皮肤有低度刺激，对眼睛刺激较大，当溅到皮肤后，立即用清水冲洗，溅入眼睛用清水冲洗15min或用硼砂水冲洗。操作设备应密闭，现场通风，操作人员配戴防毒面具。（3）过硫酸铵具有强氧化性和腐蚀性，操作时一定要注意不要溅到皮肤上，如果不慎溅到，立即用清水冲洗，并涂
19、抹一些药品在皮肤上。（4） 丙烯酸：易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧。与氧化剂能发生强烈反应。丙烯酸甲酯容易自聚，聚合反应随着温度的上升而急骤加剧。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。燃烧（分解）产物：一氧化碳、二氧化碳。呼吸系统防护：空气浓度超标时应该佩戴自吸过滤式防毒面具（半面罩）。 眼睛防护：戴化学安全防护眼镜。 身体防护：穿防静电工作服。 手防护：戴橡胶手套。五、心得体会通过这次课程设计，我感到无比的高兴，也学会了很多，收获很多，也有一些自己的体会，此次工艺设计课程，可以培养我针对一些具体问题去查找资料、在茫茫的资料中进行分析综合
20、，进而提炼精华，最后成为我所用的资料；这些不仅巩固了我的基本知识，而且让我对以后走向实际生产有了更高的自信。其实，在这一次的课程设计的任务虽然没有包括工艺设计的全部内容，但是已经包括制定设计方向，生产方案的的确定，生产流程的设计，主要设备的工艺计算及选型，环保及安全措施等。所涉及的知识可以说是揽括了我们四年的知识，包括了涂料化学，化工原理和化工设计、工程制图、甚至物理化学等等，期间需要翻看以前的书籍和大量的文献及各种参考书籍。这个充分的考验我们的耐心，设计期间遇到许许多多的问题，从这里学到知识，使我觉得这一次的设计非常的有意义。 六、 参考文献1 王沛熹，姜冬梅，赵红.苯乙烯-丙烯酸酯类聚合物
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