聚丙烯酸-丙烯酸钠的合成工艺流程设计

常熟理工学院

------材料科学与工程专业

聚合物合成工艺课程设计

题目： 聚丙烯酸-丙烯酸钠的合成工艺流程设计

姓 名： 刘海鹏 学 号： 150409128 专 业： 材料科学与工程专业 班 级： 09级材料（ 1 ）班 指导教师 耿 飞 起止日期 2012.6.27—2012.7.6

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1 设计背景 ........................................... 1

1.1 聚丙烯酸钠简介 ............................................. 1 1.2 聚丙烯酸钠树脂的产品性能和用途 ............................. 2 1.3 在理论和/或实践方面的重大意义 .............................. 2

2 聚合物合成的原理 .................................... 3

2.1 聚合反应方程式 ............................................. 3 2.2 生产聚合方法 ............................................... 3 2.3 设计思路 ................................................... 4

2.3.1 高吸水树脂的性能...................................... 4 2.3.2 反相悬浮聚合.......................................... 5 2.4 性能测定 ................................................... 6

2.4.1 吸水率................................................ 6 2.4.2 保水率................................................ 6 2.5 生产中注意的问题 ........................................... 6

3 本设计所涉及的原材料简介 ............................ 7

3.1 丙烯酸 ..................................................... 7 3.2 氢氧化钠 ................................................... 7 3.3 正庚烷 ..................................................... 7 3.4 其他原材料 ................................................. 8

4 聚合物合成工艺流程图 ................................ 8

4.1 聚丙烯酸钠树脂合成工艺过程介绍 ............................. 8 4.2 工艺流程图 ................................................. 8

5 聚合物合成工艺的物料衡算 ........................... 10

5.1 画出物料平衡关系示意图 .................................... 10 5.2 物料发生的化学变化 ......................................... 10 5.3 收集数据资料 .............................................. 10 5.4 选择计算基准与计算单位 .................................... 11 5.5 确定计算顺序 .............................................. 12

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5.6 计算主要原料（丙烯酸）投料 ................................ 12 5.7 顺流程逐个设备展开计算 .................................... 12 5.8 整理并校核计算结果 ........................................ 15 5.9 绘制物料流程图，编写物料平衡表 ............................ 15

第6章 聚合物反应器的设计 ............................. 17

6.1 反应器形式的选择 .......................................... 17 6.2 反应器体积的计算 .......................................... 18 6.3 外形尺寸的设计 ............................................ 19 6.4 反应器设计结果一览表 ...................................... 21

设计总结 ............................................. 22

1 设计小结................................................. 22 2 聚丙烯酸钠树脂工艺前景................................... 22

参考文献 .............................................. I

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1 设计背景

1.1 聚丙烯酸钠简介

聚丙烯酸钠，英文名Sodium polyacrylate，缩写PAAS或简称PAA-Na，结构式为[－CH2－CH(COONa)]n－。是—种水溶性高分子化合物。商品形态的聚丙烯酸钠，相对分子质量小到几百，大到几千万，外观为无色或淡黄色液体、粘稠液体、凝胶、树脂或固体粉末，易溶于水。因中和程度不同，水溶液的pH一般在6-9。能电离，有或无腐蚀性。易溶于氢氧化钠水溶液，但在氢氧化钙、氢氧化镁等水溶液中随碱土金属离子数量增加，先溶解后沉淀。无毒。 分子式：[C3H3O2Na]n 分子量：一般103-107数量级

水溶性直链高分子聚合物。小相对分子质量的为液体，大的可为固体。固体的商品为白色粉末或颗粒，无臭无味，遇水膨胀，易溶于苛性钠水溶液。吸湿性极强。具有亲水和疏水基团的高分子化合物。缓慢溶于水形成极粘稠的透明液体，其0.5%溶液的粘度约Pa?s，粘性并非吸水膨润（如CMC，海藻酸钠）产生，而是由于分子内许多阴离子基团的离子现象使分子链增长，表现粘度增大而形成高粘性溶液。其粘度约为CMC、海藻酸钠的15-20倍。加热处理、中性盐类、有机酸类对其粘性影响很小，碱性时则粘性增大。不溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。强热至300度不分解。久存粘度变化极小，不易腐败。因系电解质，易受酸及金属离子的影响，粘度降低。遇足量二价以上金属离子（如铝、铅、铁、钙、镁、锌）形成其不溶性盐，引起分子交联而凝胶化沉淀。但是二价金属离子量少时仍为溶液，因此可作为洗涤助剂，起到防止污垢再沉积的作用。pH=4.0以下时可能产生沉淀。随着相对分子质量增大，聚丙烯酸钠自无色稀溶液至透明弹性胶体乃至固体。性质、用途也随相对分子质量不同而有明显区别。相对分子质量在1000-10000的，可作为分散剂，应用于水处理（分散剂或阻垢剂）、造纸、纺织印染、陶瓷等工业领域。用作造纸涂布分散剂时，相对分子质量在2000-4000，涂料浓度在65％～70％时，仍可有良好流变性和熟化稳定性。分子量在1000-3000之间的，用作水质稳定剂和黑液浓缩时结垢控制剂。分子量在10以上的，用作涂料增稠剂和保水剂，可使羧基化丁苯胶乳、丙烯酸酯乳液等合成胶乳黏度增长，避免水分析出，保持涂料体系稳定。分子量在10以上的，用作絮凝剂。还可用

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