年产2000吨聚丙烯酸钠工艺设计

年产2000吨聚丙烯酸钠工艺设计内容摘要：

反应 ,形成不溶性凝胶 ,故在体系中要求加入一定量的链转移剂和缓聚剂。 聚合反应后聚合物颗粒对通常材料的盛装器具具有很大粘性 ,所以在釜中加入抗粘釜剂 ,防止金属表面发生引发聚合或大分子活性链接触釜壁就被终止聚合而钝化。 表 21 水溶液聚合与反相悬浮聚合的比较 比较项 水溶液聚合法 反相悬浮聚合法 引发体系 过氧 还原引发体系 过氧 还原引发体系 聚合场所 水相 分散的水相 聚合温度 50~100℃ 50~100℃ 产品形态 水溶液 固体粒状或粉末 散热 相对困难 非常容易 产品分子量 较低 (难达 1000 万 ) 较高 (1000 万以上 ) 体系粘度 低固含量是较高 很低 (近似于油相粘度 ) 产品后处理 烘干 不需烘干 反向悬浮聚合工艺条件及其影响因素 [14] 目前 ,有关反相悬浮法生产水溶性聚合物的研究报道较少 ,影响聚合产 品性能的主要因素与常规丙烯酸系水溶液聚合体系相似 ,有单体浓度、水油比、引发体系及其用量、分散剂、聚合温度、聚合体系 pH 值、聚合体系中无机盐类、链转移剂、搅拌、缓聚剂等。 分散剂及其助分散剂的选择及其浓度对分子量的影响 丙烯酸钠反相悬浮聚合中 ,单体水溶液需借助油溶性分散剂 ,使之分散在非极性有机溶剂中形成“油包水”型 W/O 悬浮液 ,山梨糖醇脂肪酸酐 Span 类和其环氧乙烷加成物Tween 类是两种最常用的非离子型表面活性剂。 W/O 型反相体系一般选择 HLB 为3~8 的 span 类如 span60 等作为分散剂。 在实际聚合过程中 ,为了进一步降低表面张力 ,改善分散能力并调节颗粒特性 ,在选择 Span 类作为主分散剂的同时 ,需添加一定量的助分散剂 ,在 Span 分散剂溶解后尽快加入助分散剂的效果更好。 助分散剂的加入同时也能起到适当降低产物分子量的作用。 表 22 为助分散剂对分子量的影响 ,发现在单体、引发剂加入量相同的情况下 ,随助分散剂的加入 ,产品的分子量降低、颗粒也变细。 选用 Span60,油水界面张力较小 ,并且浓度 %时聚合过程中体系稳定 , 聚合物粘壁较少 ,产物粒子均匀。 故聚合选用 Span60 作为分散剂。 表 22 助分散剂对分子量的影响 编号 AA(mL) 引发剂 (w%) 助分散剂 (v%) 分子量 (万 ) 颗粒形态 1 595 粒状 2 288 粉状 3 866 粒状 4 520 粉状 引发体系的选择及其浓度对分子量的影响 引发体系的选择及其浓度是影响分子量的一个重要因素 ,表 23 为引发剂对分子量的影响。 表 23 引发剂对分子量的影响 编号 AA(g) NaOH(g) 引 发剂加入次序 引发剂 (w%) M(万 ) 形态 1 先 1084 粒状 2 后 679 粉状 3 先 595 粉状 4 先 866 细粉状 过硫酸盐引发剂是最常用的水溶性引发剂。 根据自由基生成的机理 ,可将引发剂分为两大类 :一类是热分解型引发剂 ,另一类是氧化 ?还原引发剂。 常用的无机过氧化物引发剂如过硫酸钾 KPS 和过硫酸 APS 属于热分解型引发剂 ,其受热后可直接分解产生两个具有引发活性的自由基 ,分解活化 能为 ,一般使用温度为 70℃。 在水溶液聚合中 ,过硫酸盐 脂肪胺是类活性可调、易控制的氧化 ?还原引发体系。 研究发现 ,氧化剂用量主要决定聚合反应总速率 ,还原剂用量仅改变了反应速率分布。 当还原剂用量一定时 ,增加氧化剂用量 ,聚合反应总速率增大。 当恒定氧化剂用量 ,增加还原剂用量时 ,聚合反应速率基本不变 ,而速率分布改变。 单体浓度对分子量的影响 丙烯酸钠的聚合反应本质上属于自由基聚合反应 ,由动力学链长与单体浓度的关系可知 ,单体浓度越高 ,聚合物分子量越高。 由丙 烯酸及其钠盐组成的单体进行反相悬浮聚合 ,在反应过程中 ,可以改变水的加入量或通过改变 AA 的加入量改变聚合单体浓度。 加入适量的 AA 不仅能增加聚合物的絮凝效果 ,同时可以提高聚合物的分子量。 表 2 25 分别为水量和单体量对分子量的影响 ,增加水的量或减少单体量 ,即降低丙烯酸单体的浓度 ,聚合物分子量降低。 表 24 水量对分子量的影响 编号 加入水量 (mL) AA(g) NaOHg 分子量 (万 ) 产品形态 1 10 1170 粒状 2 12 363 较小粒状 3 14 240 粉状 4 30 171 粉状 表 25 单体浓度对分子量的影响 编号 AA(g) NaOHg 引发剂 (mL) 分子量 (万 ) 产品粒状 1 164 较大粒状 2 273 颗粒状 3 412 粉状 4 704 较细粉状 链转移剂对分子量的影响 加入异丙醇 ,可降低体系表面张力 ,减小反应过程中粘壁现象 ,改善产品的溶解透明度 ,同时还能作为反应过程中的链转移剂 ,调节产品分子量。 搅拌转速的影响 反相悬浮聚合必须在搅拌下进行 ,通过搅拌能使单体溶液分散成液滴 ,防止块状聚合。 搅拌的另一个作用是加速反应热的传递 ,防止温度过高而发生爆聚 ,保证反应的正常进行。 对于聚丙烯酸盐体系 ,由于单体浓度高、活性大 ,反应相当剧烈 ,要求搅拌强度也就更高。 在实验过程中发现 :当搅拌转速小于 200r/min 时 ,搅拌强度不够 ,不足以使单体溶液均匀地分散成液滴 ,而且由于单体溶液的比重大于溶剂相 ,故大部分单体下沉于釜底而发生块状聚合 ,影响了反应的正常进行。 而当搅拌转速太大时 ,反应体系并没有设想的那样稳定 ,甚至也出现了爆聚。 这可能是由于搅拌转速太快 ,使单体液滴粒径过小 ,相对于转速小的体系 ,它需要更多的分散剂才能使液滴分散不聚并。 同时高转速容易使发粘粒子聚并 ,因此 ,搅拌转速太快对于体系的稳定性并无益处。 综合以上因素 ,本设计选择的最佳搅拌转速 250r/min。 后处理工序的选择 分离方法的选择 对脱水后聚合物混合物进行分离可采用过滤离心机或沉降 离心机或分离机。 通常 ,对于含有粒度大于 毫米颗粒的悬浮液 ,可选用过滤离心机。 对于悬浮液中颗粒细小或可压缩变形的 ,则宜选用沉降离心机。 对于悬浮液含固体量低、颗粒微小和对液体澄清度要求高时 ,应选用分离机。 根据产品的颗粒直径大小选择螺旋沉降式离心机除溶剂。 干燥方法的选择 对聚合后的湿物料进行干燥可采用气流干燥、回转窑、红外等干燥方式。 气流干燥设备的干燥强度大 ,蒸发水份能力从 50kg/h1500kg/h,而设备容积小 ,投资省 ,是其他干燥设备比不上的。 回转窑设备适应于连续生产 ,但是投资大 、占地面积大 ,且对具有一定粘性的聚丙烯酸钠胶粒不适应该种干燥方式。 生产试验的前期采用红外线加热 ,但是干燥成本高 ,而且设备维护费用大会导致产品成本显著增加。 根据企业的投资情况和生产能力 ,选用的气流干燥机干燥方法。 聚丙烯酸钠的生产工艺流程 工艺流程如图 21 所示 : 图 21 反相悬浮聚合制备聚丙烯酸钠流程示意图 1 丙烯酸钠溶液的制取 :将经计量的丙烯酸、适量的助剂与经溶解、冷却、计量的烧碱溶液进行部分中和 ,中和后的丙烯酸钠 ,加入适量水 ,得到浓度为 45%单体溶液即丙烯酸钠水溶液。 2 丙 烯酸钠的聚合 :将中和后的丙烯酸钠水溶液与由分散介质和分散稳定剂配制好的分散液共同放入反应釜中 ,并加入适量助剂 ,在引发剂的作用下进行聚合反应至共沸脱水至固含量 70%是停止反应。 3 聚合物混合物的分离 :反应后生成的混合物通过离心机分离分散介质与聚合物 ,再经热水洗涤除去聚合物表面的一些残留助剂。 4 聚丙烯酸钠的后处理工序 :将分离工序过后的聚合物进行干燥、计量包装等处理后 ,得到聚丙烯酸钠产品。 生产过程主要操作及控制 1 配碱 按 NaOH:H2Ol: 的质量比配制碱液 ,其浓度约为 30%w/w。 将称量好的烧碱缓慢倒入装有定量量纯水的配碱釜中 ,同时开动搅拌 ,并在夹套通冷却水冷却 ,控制最终碱液温度 (30℃ )。 2 丙烯酸中和 按丙烯酸 :NaOHl: 的质量比在中和釜中加入丙烯酸 ,开搅拌并在夹套通冷却水 ,同时缓慢加入已冷却的碱液 ,碱液量为丙烯酸 :碱液 l: 质量比 ,相当中和度 100%mol。 控制最终丙烯酸中和液温度 30℃。 聚合反应 将中和的 45%丙烯酸钠单体水溶液、分散剂 Span 60、 2%单体质量的复合引发剂和相应的助剂加入反应釜中搅拌 ,控制温度 40℃恒温 1h、 50℃恒 温 1h、60℃恒温 1h 后升温至共沸温度。 脱水至粒子固含量为 70%即可停止反应。 4 分离干。