課程設(shè)計---丙烯酸酯—苯乙烯共聚物乳液生產(chǎn)工藝設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計論文</b></p><p>　　題目：丙烯酸酯—苯乙烯共聚物乳液生產(chǎn)工藝設(shè)計</p><p>　　學(xué) 院： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　

2、姓 名： </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、概述………………………………………………………….- 1 -</p><p>　　1.1 原料介紹…………………………………………………-1-</p><p>　　二、生產(chǎn)方法的選擇和流程設(shè)計………………………………

3、….2</p><p>　　2．1 工藝流程說明及操作步驟……………………….………..- 2 -</p><p>　　2．2 丙烯 酸酯—苯乙烯共聚物乳液生產(chǎn)流程框圖………....- 2 -</p><p>　　三、設(shè)備計算和選型…………………………………………….……- 3 -</p><p>　　3.1 反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)…………………

4、……………..……- 3-</p><p>　　3.2 反應(yīng)釜中物質(zhì)的平均密度ρm的計算…………..…...….- 3 -</p><p>　　3.3 反應(yīng)釜的計算和選型…………………………………….….- 4 -</p><p>　　四、環(huán)境保護與安全措施……………………………………..….…- 5 -</p><p>　　4.1

5、 環(huán)境保護……………..………………………………..……….5</p><p>　　4.2 安全措施…………………………………………………….…..5</p><p>　　五、心得體會……………………………………………………….6</p><p>　　六、參考文獻：…………………………………………….......7 </p><p><

6、b>　　一、概 述</b></p><p>　　苯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液也稱苯-丙乳液。它由苯乙烯和丙烯酸酯類單體、引發(fā)劑、乳化劑等通過乳液聚合反應(yīng)制得的共聚物乳液。用它作建筑涂料的基料，配以各種助劑、顏料和填料就可制成各種色調(diào)鮮艷的乳膠涂料。這類涂料具有突出的耐水、耐候、保光、保色性能，對墻面附著力強，干燥速度快，施工方法多樣，可噴、可刷，也可輥涂，施工效率高，既可外用，也可內(nèi)用；既可制成

7、平光涂料，也可制成半光和有光涂料；既可制成高檔涂料在現(xiàn)代化高層建筑中使用，又可制成低檔品種在一般建筑中使用。是當(dāng)今國外發(fā)展最快的水性涂料，也是我國外墻涂料的主要品種。 建筑涂料的發(fā)展方向是無毒安全、節(jié)約資源、有利于環(huán)境保護的水性涂料和無公害低污染涂料。不斷提高水性涂料的質(zhì)量，開發(fā)新的品種，是鞏固和發(fā)展水性建筑涂料的重要環(huán)節(jié)之一。 </p><p>　　苯丙乳液是膠體分散體系，具有明顯的膠體化學(xué)性質(zhì)，當(dāng)苯丙乳液與

8、水泥或其他顏料混合均勻后，苯丙乳粒子向漿體內(nèi)分散，被吸附在其他顏料、水泥凝膠及未水化的水泥粒子的表面上。聚合物粒子封閉了水泥凝膠及未水化水泥粒子的微孔和毛細管孔，水泥進一步水化由于聚合物粒子被吸附在水泥凝膠表面上，使水泥漿體內(nèi)存在足夠的水分，防止了水泥的結(jié)塊現(xiàn)象，因此苯丙乳液水泥漆具有一定的貯存穩(wěn)定性。苯丙乳液實際上是由苯乙烯和丙烯酸酯類單體共聚而成，本文從最終產(chǎn)品的性能比考慮，選定由苯乙烯和丙烯酸酯共聚體系，并加入少量丙烯酸作為交聯(lián)劑

9、。反應(yīng)過程按自由基加成方式聚合。 </p><p>　　苯丙乳液具有色彩豐富、美觀大方、施工簡便、工期短、工效高;特別具有保色性；耐污染性的優(yōu)點。適用外墻涂料、彩色涂料、復(fù)層花紋涂料、內(nèi)墻涂料、防水涂料等建筑裝飾領(lǐng)域。本文對苯丙乳液的聚合機理、合成工藝、影響因素及產(chǎn)物的性能檢測作了詳細的介紹。這對于制備出高質(zhì)量的苯丙乳膠涂料具有很大的科學(xué)和經(jīng)濟意義 通過乳液聚合方法制備的聚合物乳液具有很多的特殊性能,其產(chǎn)品被廣

10、泛應(yīng)用,特別是水基型乳液更是受到青睞。但水乳型產(chǎn)品干燥速度較慢的缺點卻制約了其應(yīng)用,為了彌補這一缺陷,以提高乳液固含量為目的的研究受到了人們重視。高固含量乳液不僅可以提高干燥速度,而且還可以減少干燥、貯存及運輸過程中的能耗,克服了低固含量水溶性乳液的某些局限性。但乳液的高固含量與低黏度是相互矛盾的,高固含量乳液的聚合反應(yīng)常常因黏度增大而失去穩(wěn)定性,導(dǎo)致反應(yīng)失敗。利用預(yù)乳化半連續(xù)乳液聚合方法,系統(tǒng)研究了苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸共聚物(S

11、t/BA/AA)高固含量乳液的制備工藝,并探討了各種影響因素對乳液性能的影響。</p><p><b>　　1.1 原料介紹</b></p><p>　　1.1.1 主要原料</p><p>　　苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA),北京東方化工廠;丙烯酸(AA),分析純,天津化學(xué)試劑研究所，十二烷基硫酸鈉(AES),北京宏開永勝精細化工有限

12、公司，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10),廣州市匯采涂料化學(xué)品有限公司;過硫酸銨(APS),分析純,北京化學(xué)試劑二廠。</p><p>　　1.1.2 原料介紹</p><p>　?。?）苯乙烯苯，別名：乙烯基苯；乙烯苯 英文名：Styrene；Phenylethylene 性質(zhì)：無色油狀易燃液體，強折射性和芳香氣味。溶點：-33℃ 沸點：146℃ 比重：0.9045（25/25℃） 密度：

13、754.33公斤/立方米 閃點：31.1℃ 自燃溫度：490℃.不溶于水，溶于乙醇及乙醚。能聚合，也能與其他單體共聚，聚合時放出熱量，能引起爆炸。用途：本品用于聚苯乙烯、合成橡膠、工程塑料、離子交換樹脂、醫(yī)藥等工業(yè)。</p><p>　　(2) 丙烯酸丁酯，英文名：Butyl acrylate 性質(zhì)：無色液體，易燃。比重：0.898(20/4℃) 沸點：145~146℃ 凝固點：-64℃ 閃點：48.9℃ 不溶于

14、水，能與乙醇、乙醚混溶，遇熱容易聚合。</p><p>　?。?） 十二烷基硫酸鈉，別名：椰油醇硫酸鈉 性質(zhì)：白色或微黃色粉末 熔點：200℃以上 ，稍具脂肪味 濃度：25%~40%的產(chǎn)品為無色或淡黃的膏狀物，溶于水。用途：在化妝品中做乳化劑，在牙膏中作發(fā)泡劑，亦是液體洗滌劑的主要原料。 </p><p>　?。?） 過硫酸銨，別名：高硫酸銨，過二硫酸銨 英文名：Ammonium pe

15、rsulfate性質(zhì)：無色單斜結(jié)晶或白色結(jié)晶粉末 相對密度：1.982，熔點：120℃（分解）,分解時放出氧而變成焦硫酸銨。干燥環(huán)境下具有良好的穩(wěn)定性；在潮濕環(huán)境中易受潮結(jié)塊，逐漸分解放出氧和臭氧。溶于水，在溫水中其溶解度增大，受熱發(fā)生分解，生成酸性硫酸銨和過氧化氫。具有強氧化性和腐蝕性。用途：可做氧化劑、漂白劑、脫臭劑，高分子聚合的助聚劑，氯乙烯化合物的聚合引發(fā)劑，特別是用于乳化聚合和氧化還原聚合。亦用作過硫酸銨和雙氧水的原料，以及制

16、造苯胺染料。還用于肥皂和油脂的漂白、金屬的蝕刻和食品的保存劑等。 </p><p>　　(5) 丙烯酸，英文名：Acrylic acid 結(jié)構(gòu)式：C3H4O2 溶解性： 與水混溶，可混溶于乙醇、乙醚。 主要用途： 用于樹脂制造、合成橡膠乳液制造等領(lǐng)域。 </p><p>　　二、生產(chǎn)方法的選擇和流程設(shè)計</p><p>　　現(xiàn)采用丙烯酸酯和苯乙烯在引發(fā)劑的作用

17、下，以乳液聚合法聚合。該法優(yōu)點如下：聚丙烯酸酯彈性好，特別適用于溫度變化劇烈、脹縮系數(shù)變化較大的戶外使用。 苯乙烯的價格比甲基丙烯酸便宜，丙烯酸酯—苯乙烯共聚物乳液具有價格優(yōu)勢，所以發(fā)展迅速，有廣闊的使用前途，在外用建筑涂料中得到廣泛應(yīng)用，是目前使用較多的一種丙烯酸酯涂料。</p><p>　　2．1 工藝流程說明及操作步驟</p><p>　　在反應(yīng)釜中先加入25%的去離子水和2%乳化劑

18、OP-10，啟動攪拌并升溫；將1%乳化劑OP-10、0.5%十二烷基硫酸鈉、24.5%丙烯酸丁酯、24.5%丙烯酸丙酯、49%苯乙烯、2%丙烯酸和25%去離子水加進計量高位槽充分混合乳化；將0.4%過硫酸銨各40%的去離子水加入計量高位槽中充分混合，待反應(yīng)釜的溫度升到80℃在2小時內(nèi)滴加完成；將0.06%的過硫酸銨和5%的去離子水在反應(yīng)釜的溫度升到90℃時，半小時加完。反應(yīng)結(jié)束后降溫，得產(chǎn)物。 </p><p>

19、;　　2．2 丙烯酸酯————苯乙烯共聚物乳液生產(chǎn)流程框圖</p><p><b>　　三、設(shè)備計算和選型</b></p><p>　　3.1 反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)</p><p>　?。?）材質(zhì)：選用搪玻璃</p><p><b>　　（2）結(jié)構(gòu)為：K型</b></p><p&g

20、t;　　3.2 反應(yīng)釜中物質(zhì)的平均密度ρm的計算</p><p>　　根據(jù)1/ρm = ∑αi/ρi</p><p>　　其中 αi——第I中物料的質(zhì)量分數(shù)，di = mi/M</p><p>　　ρi——第I中物料的密度</p><p>　　mi——第I中物料的質(zhì)量</p><p><b>　　M ——

21、總物料量</b></p><p>　　1/ρm = ∑αi/ρi</p><p>　　= 2776.3/（0.91╳5799.2）+ 113.3/（1.05╳5799.2）+2776.3/（0.899╳5799.2）+111．1/（1.07╳5799.2）+27.8/(0.25 5799.2)+ 22.2/(1.98 5799.2)</p><p>&l

22、t;b>　　=1.117</b></p><p>　　ρm = 1/1.117 = 0.895 g/cm3 = 0.895kg/L</p><p>　　物質(zhì)總體積為：M/ρm =5799.2/ 0.895 = 6479.55L</p><p>　　3.3 反應(yīng)釜的計算和選型</p><p>　　3.3.1 確定筒體和封頭型

23、式</p><p>　　從該反應(yīng)的反應(yīng)條件和反應(yīng)現(xiàn)象可以得知它是屬于帶攪拌的低壓反應(yīng)釜類型，根據(jù)慣例，選擇圓柱形筒體和橢圓形封頭。</p><p>　　3.3.2 確定筒體和封頭直徑</p><p>　　反應(yīng)物料先為液—固相類型，后為液—液相類型，查表可得出，H/Di為1~1.3。該反應(yīng)的狀態(tài)為無泡沫和無沸騰情況，黏度也不大，故可取裝料系數(shù)η=0.7。反應(yīng)物總體積為

24、6479.55L，則反應(yīng)釜容積為：6479.55/0.7 = 9256.50L，取反應(yīng)釜容積為10000L即10m3，考慮到容器比較大，可取H/Di = 1.1，這樣可使直徑不致太大。</p><p>　　反應(yīng)釜直徑估算： Di = [4V/（Л╳H/Di）] 1/3</p><p>　　=[4×10/(3.14×1.1) ] 1/3</p>

25、<p><b>　　=2.43</b></p><p>　　圓整至公稱直徑標準系列，取=2400mm。封頭取相同的內(nèi)徑，其曲面高度由表查得h1 = 600mm，直邊高度h2，查表可取40mm。</p><p>　　3.3.3 確定筒體高度</p><p>　　當(dāng)Di = 2400mm，h2 =25mm時，從表查得橢圓形封頭的容積Vh

26、 =2.00m3，再查表得筒體每一米高的容積V1 = 4.524m3/m，則筒體高估算為： H =（V – Vh）/ V1 =（10 – 2.00）/4.524 = 2.65m</p><p>　　取H為2.7m，于是H/Di = 2.7/2.4 = 1.1</p><p>　　3.3.4 確定夾套直徑</p><p>　　查表得：Di = Di + 200 = 2

27、400 + 200 = 2600mm</p><p>　　夾套封頭也采用橢圓形，并與夾套筒體取相同直徑。</p><p>　　3.3.5 確定夾套的高度</p><p>　　夾套筒體的高度估算：Hi =（ηV - Vh）/V1（0.8 ╳ 10– 2.00）/4.524 = 2.034 m</p><p>　　取Hi為2000mm。</

28、p><p>　　3.3.6 傳熱面積</p><p>　　當(dāng)Di=2400mm時，從表查出Fh=7.55m2，F(xiàn)1=6.52，則</p><p>　　F=Fh+1.1 F1=7.55+1.1╳6.52=14.722</p><p>　　反應(yīng)釜的規(guī)格按上述各步計算所得，對于技術(shù)參數(shù)可根據(jù)生產(chǎn)的實際情況選公稱容積為10000L的搪玻璃反應(yīng)缸的技術(shù)參數(shù)

29、。</p><p>　　四、環(huán)境保護與安全措施</p><p><b>　　4.1 環(huán)境保護</b></p><p>　?。?）“三廢的來源”</p><p>　　化工生產(chǎn)有很多工藝需要各種酸作為催化劑，自然而言就存在不少的廢水廢酸有等處理。生產(chǎn)過程中工業(yè)廢水的主要來源式聚合反應(yīng)中生成的水；水洗產(chǎn)生的廢水。副反應(yīng)生成的

30、酯、醚和廢酸等。</p><p><b>　?。?）治理方法</b></p><p>　　目前，各部門對三廢的治理都極為關(guān)注。治理廢水的一些方法：</p><p>　　A 首先從生產(chǎn)工藝上進行改進，使生產(chǎn)過程不產(chǎn)生或少產(chǎn)生工業(yè)廢水，或使廢水少含或不含有毒物質(zhì)。對必須排放的廢水，盡最大可能回收有用物質(zhì)，變廢為寶、化害為利。</p>

31、<p>　　B 減少廢水排放量：根據(jù)工藝過程用水對水質(zhì)的不同要求，采用多次利用，分級分段串連使用，并采用閉路循環(huán)等措施，以減少廢水的排放量。同時也有利于節(jié)約用水。清水與污水分流管理：例如作為間接冷卻水，是不被污染的清水，可經(jīng)過降溫處理后，閉路循環(huán)使用。而作為工藝水與過程物料直接接觸的水，如洗滌水，可能受到嚴重污染，這種水必須經(jīng)過有效處理，使之無害化。污染水與未被污染的水分流管理，可使處理的廢水量大大減少。</p>

32、<p>　　C 十二烷基硫酸鈉，對皮膚和眼睛有一定的刺激作用，生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)密閉，操作人員應(yīng)穿戴好防護用具。丙烯酸的存在會產(chǎn)生大量的廢水廢酸，應(yīng)注意分離之后再排放。</p><p><b>　　4.2 安全措施</b></p><p><b>　?。?）苯乙烯：</b></p><p>　　健康危害： 對眼和上呼吸

33、道粘膜有刺激和麻醉作用。急性中毒：高濃度時，立即引起眼及上呼吸道粘膜的刺激，出現(xiàn)眼痛、流淚、流涕、噴嚏、咽痛、咳嗽等，繼之頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、全身乏力等；嚴重者可有眩暈、步態(tài)蹣跚。眼部受苯乙烯液體污染時，可致灼傷。慢性影響：常見神經(jīng)衰弱綜合征，有頭痛、乏力、惡心、食欲減退、腹脹、憂郁、健忘、指顫等。對呼吸道有刺激作用，長期接觸有時引起阻塞性肺部病變。皮膚粗糙、皸裂和增厚。環(huán)境危害： 對環(huán)境有嚴重危害，對水體、土壤和大氣可造成污染。燃

34、爆危險：易燃，為可疑致癌物，具刺激性。</p><p>　　操作注意事項： 密閉操作，加強通風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴過濾式防毒面具，戴化學(xué)安全防護眼鏡，穿防毒物滲透工作服，戴橡膠耐油手套。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備。防止蒸氣泄漏到工作場所空氣中。避免與氧化劑、酸類接觸。灌裝時應(yīng)控制流速，且有接地裝置，防止靜電積聚。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝

35、及容器損壞。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。</p><p>　　儲存注意事項： 通常商品加有阻聚劑。儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。包裝要求密封，不可與空氣接觸。應(yīng)與氧化劑、酸類分開存放，切忌混儲。不宜大量儲存或久存。采用防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機械設(shè)備和工具。儲區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備和合適的收容材料。</p>

36、<p>　?。?）十二烷基硫酸鈉： </p><p>　　其具有一定的刺激性，對人的皮膚有低度刺激，對眼睛刺激較大，當(dāng)濺到皮膚后，立即用清水沖洗，濺入眼睛用清水沖洗15min或用硼砂水沖洗。操作設(shè)備應(yīng)密閉，現(xiàn)場通風(fēng)，操作人員配戴防毒面具。</p><p><b>　?。?）過硫酸銨</b></p><p>　　具有強氧化性和腐蝕性

37、，操作時一定要注意不要濺到皮膚上，如果不慎濺到，立即用清水沖洗，并涂抹一些藥品在皮膚上。</p><p><b>　　丙烯酸：</b></p><p>　　易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱能引起燃燒。與氧化劑能發(fā)生強烈反應(yīng)。丙烯酸甲酯容易自聚，聚合反應(yīng)隨著溫度的上升而急驟加劇。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當(dāng)遠的地方，遇明火會引著回燃。燃燒（分解

38、）產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳。 </p><p>　　呼吸系統(tǒng)防護：空氣濃度超標時應(yīng)該佩戴自吸過濾式防毒面具（半面罩）。   眼睛防護：戴化學(xué)安全防護眼鏡。  身體防護：穿防靜電工作服。  手防護：戴橡膠手套。</p><p><b>　　五、心得體會</b></p><p>　　通過這次課

39、程設(shè)計，我感到無比的高興，也學(xué)會了很多，收獲很多，也有一些自己的體會，此次工藝設(shè)計課程，可以培養(yǎng)我針對一些具體問題去查找資料、在茫茫的資料中進行分析綜合，進而提煉精華，最后成為我所用的資料；這些不僅鞏固了我的基本知識，而且讓我對以后走向?qū)嶋H生產(chǎn)有了更高的自信。其實，在這一次的課程設(shè)計的任務(wù)雖然沒有包括工藝設(shè)計的全部內(nèi)容，但是已經(jīng)包括制定設(shè)計方向，生產(chǎn)方案的的確定，生產(chǎn)流程的設(shè)計，主要設(shè)備的工藝計算及選型，環(huán)保及安全措施等。所涉及的知識可

40、以說是攬括了我們四年的知識，包括了涂料化學(xué)，化工原理和化工設(shè)計、工程制圖、甚至物理化學(xué)等等，期間需要翻看以前的書籍和大量的文獻及各種參考書籍。這個充分的考驗我們的耐心，設(shè)計期間遇到許許多多的問題，從這里學(xué)到知識，使我覺得這一次的設(shè)計非常的有意義。 </p><p><b>　　六、 參考文獻</b></p><p>　　[1] 王沛熹，姜冬梅，趙紅.苯乙烯-丙烯酸酯類

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