毕 业 设 计
题 目： 年产6000吨聚丙烯酸钠工艺设计
学 院： 化学材料工程学院
专 业： 高分子材料科学工程
姓 名：
学 号：
指导老师：
完成时间：
设计说明
次设计利单体丙烯酸钠定条件采反相悬浮聚合原理合成聚丙烯酸钠设计务年产6000吨聚丙烯酸钠悬浮聚合间歇操作工艺设计中简述丙烯酸氢氧化钠聚合性单体成分疏水性溶剂正庚烷中反相悬浮聚合制备高吸水性聚丙烯酸钠介绍聚丙烯酸钠性质特性途举例悬浮聚合机理体系生产工艺间歇操作特点原料
设计成果：
① 天理产值18181kg实际产量18552kg实际年产量6122t
直径2500mm配碱釜直径1600mm中釜直径2500mm聚合釜体积12分散介质调配罐分散介质储罐体积24材料锈钢
② 设备：推进式搅拌器标准椭圆形封头支承式支座釜体夹套12分散介质调配罐24分散介质储罐沉降式离心机规格LW350×1050配碱釜中釜聚合釜离子水储罐
③ 图纸：1）工艺流程图2）物料流程图3）聚合釜装配图
关键词：聚丙烯酸钠 物料衡算 热量衡算 生产工艺 设备图 工艺流程图
Design Notes
This design is the use of sodium acrylate monomer under certain conditions synthesized by inverse suspension polymerization principle sodium polyacrylate The design of the mission is to produce 6000 tons of high absorbent resin suspension polymerization process design intermittent operation Mainly acrylic acid and sodium hydroxide outlined polymerizable monomer as a main component in a hydrophobic solvent of nheptane by reversedphase suspension polymerization sodium polyacrylate superabsorbent prepared It also describes the nature of the sodium polyacrylate characteristics uses and examples as well as suspension polymerization mechanisms systems and production processes intermittent operation characteristics and main raw material
Design of the main results are as follows：
1) Daily theoretical value is 18181kg Actual production 18552kg Actual annual output of 61220t
2) With a base diameter of 2500mm autoclave the diameter of 1600mm and a kettle a diameter of 2500mm polymerization vessel Volume of the dispersion medium to mix the pot 12 a volume of 24 Made of stainless steel
3) Main equipment pushstirrer standard elliptical head bearing type bearings kettle body jacket Deployment dispersion medium tank 12 a dispersion medium tank 24 Decanters specifications for the LW350 × 1050 Autoclave equipped with a base neutralization reactor the polymerization reactor deionized water tank
4) Drawings 1) Process Flow Diagram 2) material flow 3) polymerization reactor assembly drawing
Keywords Sodium polyacrylate material balance heat balance production process flow chart diagram of major equipment
目 录
设计说明 II
1 概述 1
11 高分子量聚丙烯酸钠研究现状 1
12 高分子量聚丙烯酸钠性质应 2
121 聚丙烯酸钠性质 2
122 聚丙烯酸钠应 2
13 高分子量聚丙烯酸钠需求生产应前景 3
14 项目设计 4
15 建厂规模产品规格 5
151 建厂规模 5
152 产品规格 5
2 聚丙烯酸钠生产工艺 6
21 聚丙烯酸钠聚合实施方法 6
22 反悬浮聚合工艺条件影响素[14] 7
221分散剂助分散剂选择浓度分子量影响 7
222 引发体系选择浓度分子量影响 8
223 单体浓度分子量影响 8
224 链转移剂分子量影响 9
225 搅拌转速影响 9
23 处理工序选择 10
231 分离方法选择 10
232 干燥方法选择 10
24 聚丙烯酸钠生产工艺流程 10
25 生产程操作控制 11
31 物料衡算热量衡算 12
311 物料衡算 12
312热量衡算 15
32 设备工艺尺寸计算选型 18
321釜体高度径尺寸确定 18
322 釜体夹套尺寸确定 21
323 分离设备 23
324 干燥设备 23
325 设备选择 24
33 设备览表 25
34原料技术规格供应消耗定额 25
341原料规格量 25
342 原料消耗定额 26
4 车间设备布置设计 27
41 车间设备布置原 27
411 车间设备布置原 27
412 车间设备面布置原 27
413 车间设立面布置原 27
42 车间设备布置 28
421车间设备面布置 28
422车间设备立面布置 28
5 建设工程公辅助工程说明 29
51建设工程说明 29
52水排水系统 29
53电力供应生产控制 29
61环境保护 30
611该项目环保设计标准 30
612环保治理措施 30
613预期效果 30
614环保理监测 31
615绿化概况 31
62劳动安全工业卫生消防 31
7 概算技术济 32
71 项目投资估算 32
72产品成估算 32
73 财务评估 33
731 项济技术指标计算 33
732 盈亏衡分析 33
总结 34
参考文献 35
致谢 37
1 概 述
着国丙烯酸工业迅速发展丙烯酸游产品研究断深入应范围断扩聚丙烯酸钠盐丙烯酸盐类中重应广代表性产物聚丙酸钠盐中含量亲水基团易溶水形成水溶液种高分子电解质
聚丙烯酸钠水溶液具良离解性较理想润湿性保水性成膜性(浸渍涂布时)时具耐温性强冻融稳定性机械稳定性长期贮存粘度明显变化等特点聚合度产物亲水性硬度强度附着力等性差差异身具许优异物理化学性类聚合物获广泛应[1]
聚丙烯酸钠分子量百千万变化幅度分子量聚丙烯酸钠作种样目途超低分子量(700)途未完全开发出低分子量(10005000)时起分散作中等分子量(104106)显示增稠性高分子量(106107)聚丙烯酸钠做增稠剂絮凝剂超高分子量(107)聚丙烯酸钠溶水水中溶胀生成水凝胶作吸水剂[2]水溶性聚丙烯酸钠中包括高分子量低分子量两类文涉水溶性高分子量聚丙烯酸钠生产线工艺设计
11 高分子量聚丙烯酸钠研究现状
目前国市场聚丙烯酸钠水溶液聚合法制备采丙烯酸氢氧化钠中形成丙烯酸钠溶液然高浓度丙烯酸钠溶液低浓度氧化原引发剂低温条件进行水溶液聚合成原理：
般言水溶液聚合时聚合组分较少工艺实施较容易搅拌传热原聚合水溶液中求单体浓度低产物成块状出料困难需切割粉碎筛分烘干等续工艺
反相悬浮法聚合法年发展起制备水溶性高分子新方法方面研究性文章早Dimonie等1982年发表丙烯酸钠水溶液分散油溶性连续相中搅拌分散剂作分散成微液滴水溶性引发剂作聚合反应
生产工艺简单成低便实现工业化产品分子量达千万产品溶解性水溶液聚合产品克服水溶液聚合中高粘传热困难工艺难点粉状者粒状聚合物产物处理工艺储运较容易
12 高分子量聚丙烯酸钠性质应
121 聚丙烯酸钠性质
聚丙烯酸钠[3]英文名Sodium polyacrylate缩写PAAS简称PAANa结构式－[CH2－CH(COONa)]n－—种水溶性高分子化合物商品形态聚丙烯酸钠相分子质量百千万外观色淡黄色液体粘稠液体凝胶树脂固体粉末易溶水中程度水溶液pH般69电离腐蚀性易溶氢氧化钠水溶液氢氧化钙氢氧化镁等水溶液中碱土金属离子数量增加先溶解沉淀毒
(1) 稳定性
1) 热稳定性：聚丙烯酸钠热稳定性海藻酸钠梭甲基纤维素钠等天然粘稠液热处理粘度降初始110聚丙烯酸钠水溶液仅降低310聚丙烯酸钠分离铝厂红泥基丙烯酸钠具优良热稳定性
2) 冷冻稳定性：聚丙烯酸钠水溶液冻结粘度变
3) 机械稳定性：聚丙烯酸钠水溶液室温10000rmin高速搅拌3min粘度显著变化
4) 储存稳定性：聚丙烯酸钠水溶液长期贮存粘度变化
5) 生物分解性：聚丙烯酸钠水溶液生物稳定性极腐败
(2) 成膜性
聚丙烯酸钠水溶液属高分子电解质吸湿性非常强水溶液成膜相困难浸渍涂布方法表面制成透明均膜
(3) 吸湿性保水性
聚丙烯酸钠分子链中含量强亲水基团(－COONa)吸湿性极强干燥产品空气中吸湿重10高吸水树脂吸收重1000倍蒸馏水机盐等电解质溶液存情况吸水性降
122 聚丙烯酸钠应
聚丙烯酸钠应范围产品聚合度关聚合度产品功途见表11
1) 絮凝剂
聚丙烯酸钠种线状溶性高分子化合物分子链羧基静电相斥作曲绕聚合物链伸展促成具吸附性功团外露表面活性点吸附溶液中悬浮粒子形成粒子间架桥加速悬浮粒子沉降作絮凝剂聚丙烯酸钠相分子质量达百万商品形态黄色粘稠液体固含量达8相应特性粘数η≥340
聚丙烯酸钠絮凝剂特适烧碱纯碱行业盐水精制氧化铝生产赤泥沉降分离味精厂废水中蛋白质回收制糖等行业高分子材料[4]
表11 聚合度聚丙烯酸钠功应
聚合度
功
途
150
离子封闭
防水垢剂洗涤作增效剂
60500
分散水原作
分散剂石油钻井添加剂水原剂
50010000
防沉淀分散作
分散剂柑橘保鲜剂增稠剂保护胶铸造粘合剂医药糖衣粘合剂
10000100000
沉积絮凝沉淀作
加快墙体材料粘性剂农药防漂散剂电解盐水精制絮凝剂
100000500000
水膨胀性
水凝胶
2) 保护胶
聚丙烯酸钠中含量亲水基团(COONa)水中产生电离乳液聚合中适量加入聚丙烯酸钠聚合体系中阴离子乳化剂产生较强双电子层性相斥原理整乳液聚合体系更稳定提高产品机械稳定性贮存稳定性目前许厂家加入051聚丙烯酸钠作保护胶
3) 增稠剂
水性涂料中加入聚丙烯酸钠作增稠剂增稠效果明显效防止涂料沉降分层现象改善涂料流性涂刷性夏季易出现发露发臭现象般量涂料量13宜涂料整体系中pH值需895聚丙烯酸钠盐效发挥增稠效果[5]
4) 分散剂
做分散剂聚丙烯酸钠水处理碱性中性浓缩倍数条件运行结垢碳酸钙硫酸钙等盐类微晶泥沙分散水中沉淀达阻垢目水处理广泛量应造纸纺织印染行业做浆料分散剂陶瓷工业做碳酸钙分散剂涂料行业做颜料分散剂等[6]
聚丙烯酸钠述途外作柑桔保鲜剂干燥剂药物糖衣粘合剂铸造钻合剂土壤稳定剂土壤改良剂食品添加剂等
13 高分子量聚丙烯酸钠需求生产应前景
高分子量聚丙烯酸钠氯碱纯碱行业盐水精制铝厂红泥沉降味精厂废水蛋白质回收等行业烧碱量造纸合成洗涤剂纺织医药冶金食品等领域
纯碱量玻璃洗涤剂金属冶炼等行业2010年国纯碱生产企业数量约全球纯碱生产厂家总半产产量均已达世界纯碱总力总产量13超6000万吨世界纯碱工业中占重位时2010年国烧碱产量达6000万吨
目前两碱行业生产中盐水精制程直聚丙烯酰胺苛化淀粉部分聚丙烯酸钠表面聚丙烯酸钠价格贵忽视聚丙烯酸钠量少效果特点PAM存盐水质量缺点着聚丙烯酸钠应推广越越企业倾聚丙烯酸钠烧碱年产8 000万吨精制盐水全部聚丙烯酸钠精制盐水生产1吨烧碱聚丙烯酸钠02kg计年需消耗聚丙烯酸钠达4 000吨纯碱年产8 000万吨生产1吨纯碱聚丙烯酸钠014kg需聚丙烯酸钠2 800吨
外味精生产程产生谷氨酸母液含量蛋白质目前数厂家没进行回收利果采聚丙烯酸钠作絮凝处理回收蛋白质降低母液中SSCOD含量减少续处理机负荷[7]2010年商品味精产量25644万吨生产吨味精消耗聚丙烯酸钠15kg计年需聚丙烯酸钠约4 000吨
铝厂赤泥沉降处理中目前麦麸分子量低1 000万胶体聚丙烯酸钠高分子量聚丙烯酸钠条件没彻底探讨存赤泥种类适应性问题广泛着研究深入聚丙烯酸钠赤泥分离中应会迅速增加[8]
分析见高分子量聚丙烯酸钠领域广泛目前国企业高分子量聚丙烯酸钠国外产品占相例国年已生产生产厂家生产力较中包括胶体产品见国高分子量聚丙烯酸钠生产缺口必增加生产满足国需求建设高质量性聚丙烯酸钠生产厂非常必
14 项目设计
设计务书安徽理工学学
毕业设计（文）工作手册安徽理工学
化工设计 化学工业出版社
化工工艺设计手册化学工业出版社
聚合物合成工艺设计化学工业出版社
化工设备基础天津学出版社
15 建厂规模产品规格
151 建厂规模
项目拟建立年产6000吨高分子量聚丙烯酸钠生产线
152 产品规格
生产聚丙烯酸钠产品白色淡黄色粉状粒状固体产品质量指标见表12
表12 聚丙烯酸钠产品质量指标
项目
质量指标
外观
白色粒状粉末
纯度（）
≥95
干燥失量（）
≤5
分子量（万）
6001500
残余单体量（）
≤005
透明度（1水溶液）
水溶液透明
游离碱
2 聚丙烯酸钠生产工艺
工艺流程选择原：定科学先进性定科学水体现社会济效益操作性强兼顾企业实际情况时制定出工艺流程简短技术成熟投资少生产成低适应生产连续化整生产装置达高水工艺流程选择证实验室生产性试验基础进行
21 聚丙烯酸钠聚合实施方法
高分子量聚丙烯酸盐合成方法水溶液聚合法反相悬浮聚合法
水溶液聚合法[9～11]水溶剂碱部分中丙烯酸加入关助剂引发剂然定温度进行聚合干燥粉碎制方法该法水溶剂生产程产生污染设备求低投资省操作简单生产效率高缺点反应速度快温度易控制处理需增加干燥粉碎筛分工序细粉末产生水溶液聚合法生产聚丙烯酸钠产品呈规粉末状高分子量聚丙烯酸钠生产方法国高分子量聚丙烯酸钠生产基采该法
反相悬浮聚合法[12～13]溶剂(油相)分散介质碱部分中水溶性单体丙烯酸钠悬浮分散剂搅拌作分散成水相液滴引发剂交联剂溶解水相液滴中加热情况进行聚合方法该法解决水溶液聚合法传热搅拌困难等问题反应条件温直接获珠状产品生产聚丙烯酸钠粒径根途求调节溶剂容易聚合物分离种合成聚丙烯酸钠独特方法缺点反应程控制较稳定设备材质求高设备投资较采易燃机溶剂需溶剂回收装置存消防隐患产生污染进行间歇生产设备利率低表21水溶液聚合法反相悬浮聚合法制备聚丙烯酸钠较
采反相悬浮法合成高分子量聚丙烯酸钠首先丙烯酸单体部分中单体溶液分散悬浮连续机相中（环烷等）机氧类引发剂 （硫酸钾） 水溶性氧化原引发体系（硫酸铵尿素）引发聚合生成粉状粒状沉淀溶剂分离终产品
根述分析试验结果企业资金情况设计聚丙烯酸钠生产反相悬浮聚合法单釜间歇聚合工艺Span 60分散剂复合引发剂相应助剂加入反应釜中控制温度40℃恒温1h50℃恒温1h60℃恒温1h升温沸温度脱水粒子固含量70停止反应聚合程中丙烯酸钠单体易交联反应形成溶性凝胶体系中求加入定量链转移剂缓聚剂聚合反应聚合物颗粒通常材料盛装器具具粘性釜中加入抗粘釜剂防止金属表面发生引发聚合分子活性链接触釜壁终止聚合钝化
表21 水溶液聚合反相悬浮聚合较
较项
水溶液聚合法
反相悬浮聚合法
引发体系
氧原引发体系
氧原引发体系
聚合场
水相
分散水相
聚合温度
50～100℃
50～100℃
产品形态
水溶液
固体粒状粉末
散热
相困难
非常容易
产品分子量
较低（难达1000万）
较高（1000万）
体系粘度
低固含量较高
低（似油相粘度）
产品处理
烘干
需烘干
22 反悬浮聚合工艺条件影响素[14]
目前关反相悬浮法生产水溶性聚合物研究报道较少影响聚合产品性素常规丙烯酸系水溶液聚合体系相似单体浓度水油引发体系量分散剂聚合温度聚合体系pH值聚合体系中机盐类链转移剂搅拌缓聚剂等
221分散剂助分散剂选择浓度分子量影响
丙烯酸钠反相悬浮聚合中单体水溶液需助油溶性分散剂分散非极性机溶剂中形成油包水型(WO)悬浮液山梨糖醇脂肪酸酐(Span类)环氧乙烷加成物(Tween类)两种常非离子型表面活性剂WO型反相体系般选择HLB3～8span类(span60等)作分散剂
实际聚合程中进步降低表面张力改善分散力调节颗粒特性选择Span类作分散剂时需添加定量助分散剂Span分散剂溶解快加入助分散剂效果更
助分散剂加入时起适降低产物分子量作表22助分散剂分子量影响发现单体引发剂加入量相情况助分散剂加入产品分子量降低颗粒变细
选Span60油水界面张力较浓度>075时聚合程中体系稳定
聚合物粘壁较少产物粒子均匀聚合选Span60作分散剂
表22 助分散剂分子量影响
编号
AA（mL）
引发剂（w）
助分散剂（v）
分子量（万）
颗粒形态
1
125
018
00
595
粒状
2
125
018
031
288
粉状
3
125
016
00
866
粒状
4
125
016
031
520
粉状
222 引发体系选择浓度分子量影响
引发体系选择浓度影响分子量重素表23引发剂分子量影响
表23 引发剂分子量影响
编号
AA（g）
NaOH（g）
引发剂加入次序
引发剂（w）
M（万）
形态
1
25
68
先
016
1084
粒状
2
25
68
018
679
粉状
3
125
66
先
018
595
粉状
4
125
66
先
016
866
细粉状
硫酸盐引发剂常水溶性引发剂根基生成机理引发剂分两类：类热分解型引发剂类氧化—原引发剂常机氧化物引发剂硫酸钾(KPS)硫酸(APS)属热分解型引发剂受热直接分解产生两具引发活性基分解活化1403kJmol般温度70℃
水溶液聚合中硫酸盐脂肪胺类活性调易控制氧化—原引发体系研究发现氧化剂量决定聚合反应总速率原剂量仅改变反应速率分布原剂量定时增加氧化剂量聚合反应总速率增恒定氧化剂量增加原剂量时聚合反应速率基变速率分布改变
223 单体浓度分子量影响
丙烯酸钠聚合反应质属基聚合反应动力学链长单体浓度关系知单体浓度越高聚合物分子量越高
丙烯酸钠盐组成单体进行反相悬浮聚合反应程中改变水加入量通改变AA加入量改变聚合单体浓度加入适量AA仅增加聚合物絮凝效果时提高聚合物分子量表2425分水量单体量分子量影响增加水量减少单体量降低丙烯酸单体浓度聚合物分子量降低
表24 水量分子量影响
编号
加入水量（mL）
AA（g）
NaOH(g)
分子量（万）
产品形态
1
10
125
68
1170
粒状
2
12
125
68
363
较粒状
3
14
125
68
240
粉状
4
30
125
68
171
粉状
表25 单体浓度分子量影响
编号
AA（g）
NaOH(g)
引发剂（mL）
分子量（万）
产品粒状
1
125
70
20
164
较粒状
2
25
70
20
273
颗粒状
3
30
70
20
412
粉状
4
35
70
20
704
较细粉状
224 链转移剂分子量影响
加入异丙醇降低体系表面张力减反应程中粘壁现象改善产品溶解透明度时作反应程中链转移剂调节产品分子量
225 搅拌转速影响
反相悬浮聚合必须搅拌进行通搅拌单体溶液分散成液滴防止块状聚合搅拌作加速反应热传递防止温度高发生爆聚保证反应正常进行聚丙烯酸盐体系单体浓度高活性反应相剧烈求搅拌强度更高
实验程中发现：搅拌转速200rmin时搅拌强度够足单体溶液均匀分散成液滴单体溶液重溶剂相部分单体沉釜底发生块状聚合影响反应正常进行搅拌转速太时反应体系没设想样稳定甚出现爆聚搅拌转速太快单体液滴粒径相转速体系需更分散剂液滴分散聚时高转速容易发粘粒子聚搅拌转速太快体系稳定性益处综合素设计选择佳搅拌转速250rmin
23 处理工序选择
231 分离方法选择
脱水聚合物混合物进行分离采滤离心机沉降离心机分离机通常含粒度001毫米颗粒悬浮液选滤离心机悬浮液中颗粒细压缩变形宜选沉降离心机悬浮液含固体量低颗粒微液体澄清度求高时应选分离机根产品颗粒直径选择螺旋沉降式离心机溶剂
232 干燥方法选择
聚合湿物料进行干燥采气流干燥回转窑红外等干燥方式气流干燥设备干燥强度蒸发水份力 50kgh－1500kgh设备容积投资省干燥设备回转窑设备适应连续生产投资占面积具定粘性聚丙烯酸钠胶粒适应该种干燥方式生产试验前期采红外线加热干燥成高设备维护费会导致产品成显著增加根企业投资情况生产力选气流干燥机干燥方法
24 聚丙烯酸钠生产工艺流程
工艺流程图21示：
图21 反相悬浮聚合制备聚丙烯酸钠流程示意图
引发剂
溶剂回收
丙烯酸
中
聚合
沸脱水
溶剂
干燥
NaOH水溶液
分散介质
分散剂
助剂
成品
(1)丙烯酸钠溶液制取：计量丙烯酸适量助剂溶解冷计量烧碱溶液进行部分中中丙烯酸钠加入适量水浓度45单体溶液丙烯酸钠水溶液
(2)丙烯酸钠聚合：中丙烯酸钠水溶液分散介质分散稳定剂配制分散液放入反应釜中加入适量助剂引发剂作进行聚合反应沸脱水固含量70停止反应
(3)聚合物混合物分离：反应生成混合物通离心机分离分散介质聚合物热水洗涤聚合物表面残留助剂
(4)聚丙烯酸钠处理工序：分离工序聚合物进行干燥计量包装等处理聚丙烯酸钠产品
25 生产程操作控制
(1)配碱
NaOH：H2Ol：233质量配制碱液浓度约30(ww)称量烧碱缓慢倒入装定量量纯水配碱釜中时开动搅拌夹套通冷水冷控制终碱液温度（30℃）
(2)丙烯酸中
丙烯酸：NaOHl：056质量中釜中加入丙烯酸开搅拌夹套通冷水时缓慢加入已冷碱液碱液量丙烯酸：碱液l：174质量相中度100(mol)控制终丙烯酸中液温度30℃
(3) 聚合反应
中45丙烯酸钠单体水溶液分散剂Span 602单体质量复合引发剂相应助剂加入反应釜中搅拌控制温度40℃恒温1h50℃恒温1h60℃恒温1h升温沸温度脱水粒子固含量70停止反应
(4)分离干燥工序
沸脱水聚合物混合物通螺旋沉降式离心机脱分散剂等离心聚合物湿物料气流干燥机干燥产品含水量达0205时
(5)包装
干燥粉末存放贮料斗中先测定产品分子量密度等关性然袋25kg装袋输送仓库备出厂
3 工艺衡算设备选型
31 物料衡算热量衡算
物料量衡算关计算公式数等参见文献[15～21]
311 物料衡算
(1) 确定物料衡关系
(2) 明确物料发生化学变化写出副反应方程式
丙烯酸中中反应方程式：
引发剂引发单体进行基聚合反应方程式：
丙烯酸基聚合中单体相分子质量聚合物结构单元相分子质量化学计量变化引发剂会结合聚合物分子链
(3) 收集数资料
1) 生产规模设计务书中规定年产量（生产力）：
2) 生产时间年工作日：
3) 相关技术指标见表31
表31 技术指标
项目容
技术指标
项目名称
技术指标
聚合物处理损失率
丙烯酸中度
原料NaOH水溶液浓度
中NaOH水溶液浓度
单体水溶液浓度
2聚合物质量
100（摩尔）
99（质量）
30（质量）
45（质量）
引发剂量
引发剂水溶液浓度
分散稳定剂量
分散介质量
分散剂循环量
02单体质量
50（质量）
2单体质量
单体质量4：1
90分散剂总量
4) 质量标准原料NaOH溶液浓度99原料均视纯物质聚合工序做物料衡算考虑产品质量指标
5) 化学变化参数加入NaOH够丙烯酸完全反应生成丙烯酸钠组分相分子质量：
丙烯酸7206氢氧化钠40丙烯酸钠9406水18
聚合反应程中单体完全参加反应转化率视100单体聚合物间化学计量变化引发剂结合聚合物分子链会聚合物数量略增加
(4) 选择计算基准计量单位
间歇操作程基准批
(5) 确定计算序
产物原料间化学计算关系较简单整工艺程较简单容易产物量单体原料投料量间例关系采流程计算序
(6) 计算原料（丙烯酸）投料数量
流程计算序进行物料衡算必须求出原料批投料量该生产装置年产量6000t年开工330d天生产6批处理工序中聚合物损失率2
批应生产聚合物数量：
1) 引发剂（02单体质量）全部结合聚合物中
2) 单体100转化成聚合物单体相分子质量聚合物结构单元相分子质量相
3) 丙烯酸相分子质量：单体相分子质量：
丙烯酸投料量：
(7) 流程设备展开计算
1) 中釜物料衡算
已知：丙烯酸中度100丙烯酸相分子质量7206NaOH相分子质量40单体相分子质量9406
原料丙烯酸钠质量236419kg
反应需纯NaOH质量：
30NaOH中含水质量：
30NaOH质量：
单体丙烯酸钠质量：
45丙烯酸钠中含水质量：
中反应生成水：
中反应程中应加入水：
2) 配碱釜物料衡算
装水冷装置配碱釜中加入定量水然断搅拌加入质量分数99氢氧化钠
中30NaOH溶液437450kg中组分质量：
131235kg kg
原料99NaOH中组分质量：
kg kg
需纯水：
3) 分散介质调配罐物料衡算
已知：分散剂：单体4：1分散稳定剂2单体质量
分散剂质量：
循环分散剂质量：
kg
新鲜分散剂质量：
分散稳定剂：
分散液：
4) 聚合反应釜物料衡算
反应前反应釜中组分质量：
单体： 308598kg 水： 377175kg
分散剂： 1234392kg 分散稳定剂：6172kg
引发剂量02单体质量引发剂水溶液浓度50（质量）
引发剂水溶液质量：
反应反应釜中聚合物混合物组分：
分散剂： 1234392kg 分散稳定剂：6172kg
水：
聚合物：
(8) 整理校核计算结果
聚合工序做全物料衡计算进行校核物料守恒定律：整聚合工序物料衡算程正确
(9) 生产聚丙烯酸钠工序物料衡算整理表32
表32 生产聚丙烯酸钠工序物料衡算结果
工序名称
输出
输入
原料
质量（kg）
产品
质量（kg）
配碱
99片碱 13256
纯水 30489
30氢氧化钠 437450
中
30氢氧化钠 437450
99丙烯酸 238807
纯水 11904
中液 685773
中：丙烯酸钠 308598
水 377175
聚合
中液 685773
2引发剂 617
分散剂 1234339
分散稳定剂 6172
聚合物 309215
水 377792
分散剂 1234392
分散稳定剂 6172
312热量衡算
聚丙烯酸钠生产分工序生产工序定量变化工序分计算整程均采25℃作基准温度生产1批聚丙烯酸钠产品工序原料需求情况物料衡算表中计
(1) 配碱工序
物料衡算知配碱工序中需纯氢氧化钠262468kg溶解水
612427kg氢氧化钠质量百分浓度30折算物质量分：
氢氧化钠： mol
水： mol
查表知氢氧化钠浓度溶解热浓度溶液均热水热已知片碱纯水进料温度25℃氢氧化钠溶液出料温度30℃配碱程温升65℃冷水出入均温差10℃
输入热量包括氢氧化钠带入热量纯水带入热量氢氧化钠带入溶解热氢氧化钠带入热量纯水带入热量0
kJ
输出热量出包括氢氧化钠溶液25℃升30℃需热量冷移走热量
中 kJ
kJ
需冷水质量：
kg
(2) 中工序
已知条件：丙烯酸进料温度25℃热氢氧化钠水溶液进料温度30℃均热中液均热水热100℃时水蒸发热丙烯酸氢氧化钠中热中液输出温度30℃冷水均温差10℃
中工序输热量包括：氢氧化钠水溶液引入热量丙烯酸引入热量丙烯酸中热计算结果：
氢氧化钠水溶液带入热量：
kJ
丙烯酸引入热量零：
中工序中中度100发生中反应丙烯酸：
kJ
输入热量
kJ
输出热量出包括中液移走热量水分蒸发吸收热量冷水带走热量计算结果：
kJ
工序水分蒸发少水分蒸发热量忽略计
kJ
冷水量：
kg
(3) 聚合反应工序
已知丙烯酸中液均热中液进料温度30℃丙烯酸钠聚合热777kJmol水热l00℃水蒸发热聚合物混合物出料温度60℃聚合物均热分散剂均热
输入热量包括：丙烯酸中液引入热量丙烯酸钠聚合聚合反应放热计算结果：
丙烯酸钠中液引入热量：
kJ
聚合物反应放热：
kJ
输入热量：
kJ
输出热量包括生成聚合物25℃升温60℃需热量分散介质带走水25℃60℃热量耗损热量计算结果：
聚合物带走热量：
kJ
分散介质带走热量：
kJ
水带走热量：
kJ
(3) 生产聚丙烯酸钠工序物料衡算整理表33
表33 生产聚丙烯酸钠工序热量衡算
工序名称
输入
kJ
输出
kJ
配碱
1510198
1510198
0
73229
0
1436969
1510109
中
1899706
1899706
73229
112467
0
0
1826477
1787239
聚合
2661726
2661726
112467
273810
2549259
993686
552710
32 设备工艺尺寸计算选型
321釜体高度径尺寸确定
(1) 配碱釜
日产聚丙烯酸钠1818吨需配碱液溶碱时高温度50℃查30碱液重606吨碱液体积：
262471331937
装料系数75计需配碱釜容积
生产工艺条件：处理碱性溶液釜体常压温度50℃夹套循环冷水夹套表压03MPa温度50℃确定该釜属带搅拌装置低压反应釜设计采圆筒形壳体标准椭圆形封头作釜体结构型式盛装物料碱液选材质钢锈钢釜
查表标准椭圆封头体积令：釜体直边高度反应釜体总高度：
处理物料液固相筒体高度筒体直径1～15选15：
m
然釜属非标准设备制造反应器封头应选标准封头取较处公称尺寸选定釜体直径25m
釜体直边高度：
m
釜体实际高度：
m
根表取封头直边高度50mm釜体圆形直筒部分高度：
m
配碱釜实际体积：
实际长径：
搅拌型式选推进式搅拌器搅拌电机功率9kw转速
(2)中釜
中釜丙烯酸完全中单生产线日产聚丙烯酸钠1818t批需中液：
kg
中液60℃时测密度136685773kg中液体积装料系数075计算需中釜体积
查表标准椭圆封头体积令：釜体直边高度反应釜体总高度：
处理物料液固相筒体高度筒体直径选15：
m
制造反应器封头选标准封头取较处公称尺寸选定釜体直径16m
釜体直边高度：
m
釜体实际高度：
m
根表取封头直边高度50mm釜体圆形直筒部分高度：
m
中釜实际体积：
实际长径：
批量计选材质带夹套搪瓷釜配60rmin减速箱三相搅拌电机3kw标准设备
(3)分散介质调配罐
分散介质调配罐分散液配置批反应需分散液：
kg
测分散液密度1240564kg介质液体积装料系数075计算需中釜体积
查表标准椭圆封头体积令：釜体直边高度反应釜体总高度：
处理物料液固相筒体高度筒体直径选15：
m
制造反应器封头选标准封头取较处公称尺寸选定釜体直径22m
釜体直边高度：
m
釜体实际高度：
m
根表取封头直边高度50mm釜体圆形直筒部分高度：
m
釜实际体积：
实际长径：
批次计量该釜普通溶液混合没热量交换选普通溶液混合搅拌设备
(4) 聚合反应釜
单体水溶液分散液总体积：
装料系数075计算需中釜体积：
查表标准椭圆封头体积令：釜体直边高度反应釜体总高度：
处理物料液固相筒体高度筒体直径选15：
m
制造反应器封头选标准封头取较处公称尺寸选定釜体直径24m
釜体直边高度：
m
釜体实际高度：
m
根表取封头直边高度50mm釜体圆形直筒部分高度：
m
实际长径：
该釜反相悬浮聚合反应釜容积结构材质搅拌型式等影响聚合程产品质量增聚合反应传热面聚合釜釜壁附安置干折流板插入两根D型挡板部通冷水增加传热面积釜顶安置回流冷凝器单体蒸汽冷凝回流增加传热面积聚合釜夹套中安装螺旋型导流板冷水走短路时水釜壁导热系数提高8倍
实际生产中搅拌器必须兼具剪切作相循环作适转速悬浮聚合体系达定循环流动剪切流动釜部分达温度均浓度均釜单体均匀分散悬浮成微液滴加强聚合釜壁传热
该釜搅拌型式采推进式搅拌装置转速250rmin搅拌电机功率12kw标准设备
322 釜体夹套尺寸确定
谓夹套釜体外侧焊接法兰连接方式装设种形状钢结构釜体外壁形成密封空间空间通入加热冷物质加热冷反应釜物料
夹套筒体 高度传热面积确定般应低料液高度保证充分传热根装料系数操作容积夹套筒体高度：
式（39）
(1) 配碱釜夹套高度
m
查化工设备机械基础壳体直径8 00～3000mm时夹套直径mm
(2)中釜夹套高度
m
查化工设备机械基础壳体直径800～3000mm时夹套直径mm
图31 传热装置夹套示意图
拆卸夹套 拆卸夹套
(3)聚合釜夹套高度
m
查化工设备机械基础壳体直径2000～3000mm时夹套直径mm
323 分离设备
沸脱水反应产物混合物中含分散剂相关助剂反应中生成低分子量聚合物应
通常含粒度001毫米颗粒悬浮液选滤离心机悬浮液中颗粒细压缩变形宜选沉降离心机悬浮液含固体量低颗粒微液体澄清度求高时应选分离机根反相悬浮聚合制备聚丙烯酸钠颗粒粒径选择螺旋沉降式离心机溶剂
图32表示螺旋沉降式离心机结构示意图
324 干燥设备
树脂含水量高加工程中易出现气泡制件出现流纹雾斑透明性降低会降低材料电性力学性离心聚合物般含水率520湿物料需干燥湿物料含水率进步降低
气流干燥
尾气
出料口
风机
旋风分离器
加料口
预热器
图33 气流干燥机结构示意图
反相悬浮聚合制备聚丙烯酸钠粉状采气流干燥机热风干燥产品中水分含量达02～05
325 设备选择
设备泵选择工业生产中进料泵回流泵塔底泵循环泵产品泵等石油化工泵选择应该满足流量扬程压力温度气蚀余量等工艺参数求满足介质特性求现场安装求
33 设备览表
设备情况见表34
表34 设备情况览表
设备名称
规格
数量
备注
配碱釜
Φ3 000
1
非标准设备
中釜
Φ2 500
1
非标准设备
聚合釜
Φ3 800
1
非标准设备
分散液调配罐
41
1
非标准设备
分散液贮罐
82
1
非标准设备
沉降式离心机
LW350×1050
2 700×1 100×1 100
1
标准设备
碱泵
250rmin 75kw
1
标准设备
酸泵
250rmin9kw
1
标准设备
输送机
1
标准设备
真空系统
10Ls3kw
1
标准设备
操作台
10000×6000×4000
1
非标准设备
包装机组
1
标准设备
冷凝器
2
非标准设备
离子水贮罐
1
非标准设备
气流干燥机
1
标准设备
鼓风机
2
路系统
构架耗材
保温材料
34原料技术规格供应消耗定额
341原料规格量
(1)丙烯酸：工业级含量99年需求量157593t
(2)氢氧化钠：工业级含量99年需求量87481t
(3)复合引发剂：工业级含量99年需求量408t
(4)分散剂：工业级含量99年需求量81460t
342 原料消耗定额
(1) 批产品原料消耗额见表35
表35 原料消耗定额（吨产品计）
名称
单耗（kg）
单价（元吨）
金额（元）
丙烯酸
7 44969
9 500
11 342
氢氧化钠
66273
2 200
1 458
引发剂
309
4 600
1421
分散剂
61712
4 800
1 963
纯水
1 58398
20
3166
合计
14 80887
(2) 单位产品源消耗费
生产电：电08元度单位产品耗电75度电耗7508600元
生产水：水2元吨单位产品耗水150吨水耗1502300元
4 车间设备布置设计
41 车间设备布置原
411 车间设备布置原
1 济压降观点出发设备布置应工艺流程安全维修施工矛盾时允许调整
2 根形导风等条件进行设备布置效利车间建筑面积（包括空间）土（量采露天布置建筑物合者量合）
3 明火设备必须布置处理燃液体气体设备全年频率风侧集中布置装置（车间）边缘
4控制室配电室应布置生产区域中心部位危险区外
5 充分考虑装置（车间）部门总面布置图位置力求紧凑联系方便缩短输送线达节省材费运行费目
6 留发展余
7 采取劳动保护防火求防腐蚀措施符合关标准规范求
8 毒腐蚀性介质设备应分集中布置设围堰便集中处理
9 设备安全通道流物流方应错开
10 设备布置应整齐量道走致
412 车间设备面布置原
车间面布置首先必须适合全厂总面布置求应车间面布置总体达协调整齐紧凑美观相互融合浑成体次必须生产需出发限度满足生产包括设备维修求符合流程满足生产便理便运输利设备安装维修第三生产安全全面妥善解决防火防爆防毒防腐卫生等方面问题符合国家项关规定第四考虑扩建增建余生产发展品种改革技术改造提供方便定效利车间建筑面积（包括空间）土（设备装置露天布置量露天布置建筑物合应量合）
413 车间设立面布置原
厂房立面形式单层层单层层相结合形式层厂房占少造价高单层厂房占造价低采单层层应根工艺生产需例制碱车间碳化塔根工艺求须放厂房塔较高操作岗位安排塔中部便观察塔情况样需设计层厂房种情况：设备部分露天布置厂房需安置泵风机种情况设计成单层厂房
新产品工业化生产设计厂房生产程中工艺流程设备需断改进完善般设计较高单层厂房利便移动拆装改建钢制操作台代钢筋混凝土操作台适应工艺流程设备变化需
42 车间设备布置
421车间设备面布置
车间面布置外形般分长方形L形T形Ⅱ形等长方形便总面图布置节约利设备排列缩短线易安排交通出入口较供然采光通风墙面时厂房总长度较长总图布置困难时适应形求者生产需采L形T形Ⅱ形时应充分考虑采光通风立面等方面素
422车间设备立面布置
化工厂厂房根工艺流程需设计成单层层单层层相结合形式般说单层厂房建设费较低工艺流程需必须设计成层外工程设计中般采单层时受建设场限制者节约设计成层新产品工业化生产设计厂房生产程中工艺路线需断改进完善般设计成高单层厂房利便移动拆装改建钢操作台代钢筋混凝土操作台层厂房楼板适应工艺流程改变需
5 建设工程公辅助工程说明
51建设工程说明
52水排水系统
生产水配碱中工序冷水配碱水少量生产洗水生产线日水量200吨中循环水量180吨(进水温度30℃回水温度37℃)新鲜水进水温度31℃生产线水源水厂供应水量满足该项目求
水系统包括新鲜水输水网输水道两条分支分支专门循环水池生产清洗供水支纯水装置供水消防水网设室水系统户支配水头(水设备)等组成水水干敷设建筑物部供水
生产配碱水纯水生产线装备纯水装置供应纯水量6吨日均量8吨日量10吨日
生产水中冷水贮水池然冷冷塔冷循环少量生产洗水属基污染水澄清排放
生产线排水系统排水网组成排水道废水产生点收集输送总排水总排水输送污水澄清池
53电力供应生产控制
(1)电力供应
项目耗电电力企业原电网提供生产线耗电足 企业电网满足生产电求
(2)贮运
根项目原料产品特点求进行贮运满足生产需需原料库房面积产品库房面积库房应阴凉通风防水防潮远离火种热源原料中易燃易爆物品原料产品应隔离存放
(3)分析检验室维修室
项目进出工厂原料产品化验室提供分析包括丙烯酸氢氧化钠引发剂助剂等原料聚丙烯酸钠产品
生产程检验生产线配备分析检验工进行设分析检验工2
厂配维修工负责日常设备维护维修
6 环境保护劳动安全工业卫生
61环境保护
611该项目环保设计标准
A化工建设项目环境保护设计规定EGJ686
B化工企业环境保护检测站设计规定EGZO50191
C工业企业噪声控制设计标准GBJ8785
D污水综合排放标准GB897888
612环保治理措施
(1)废水处理
装置正常生产时废水蒸汽冷凝水清洗水循环水排污等分采治理措施：
项目工艺中产品干燥工序中量水蒸气凝出废水量约8td蒸汽冷凝水属污染水十分干净冷送新建脱盐水站作进水代部分原水集中贮水池
生产性清洗水排放量10td水中含少量悬浮物酸碱pH值接中性总排水送废水澄清池澄清达标排放
循环水排污废水中污染物含量极少直接排放
(2)废渣处理
装置废渣种废助剂等送填埋场填埋处理
(3)噪声
装置噪声类电机类泵噪声类机泵应优先选低噪声电机加消声器噪声源集中隔音房操作中设流动岗位固定值班需固定值班机房操作间隔声门窗分开布置厂区种植降噪植物
613预期效果
装置建成投产正常生产时三废均通治理达国家关环境标准预计装置建设周围环境影响
项目建成生产中产生废物生产环境较洁净
614环保理监测
项目环境理监测设置专负责中心化验室统理控制保证环境友生产
615绿化概况
厂区应道路两侧空房间旁进行绿化种植类乔木灌木绿篱等达降噪尘目全厂绿化系数应低30
62劳动安全工业卫生消防
(1) 编制
A建筑设计防火规范GBJ1687
B工业企业设计卫生标准TJ3679
(2) 安全素职业危害
原料：助剂活性炭毒物品硫酸钠易燃易爆危险品丙烯酸
腐蚀品
产品毒害危险品粉碎筛分操作岗位少量产品粉尘产生
(3) 安全措施
A工艺设计建筑设计执行国家防火规范关规定
B易燃易爆岗位采防爆型电机仪表
C腐蚀性物品操作时应戴橡胶手套合操作
D硫酸钠亚硫酸盐丙烯酸氢氧化钠等应分开存放
E产生粉尘岗位工操作时应戴口罩电源开关应采防爆型
E设备道应密封防止跑滴漏现象产生
G车间通风足够防护品
H消防设施齐全(配备消防栓足够泡沫消防装置灭火器等)
7 概算技术济
71 项目投资估算
投资估算见表
表71 投资估算表
序号
项目名称
金额（万元）
备注
1
厂房建设
500
2
设备
300
3
配套公设施
20
4
电力设备
10
5
工业卫生
5
6
环保消防
10
7
流动资金
400
8
预见
20
合计
1 265
72产品成估算
成估算说明：
(1)生产需原料动力价格参现行价格确定
(2)工资福利费：项目生产员23均工资福利24万元计算
(3)根工艺设计确定项单号指标计算产品单位成
(4)理费：销售收入1计算
(5)销售费：销售收入18计算
表72单位成构成表（批产品计）
项目
金额（元）
备注
原料消耗
1480837
耗
900
工资
420
包装
150
理维修折旧
400
销售
700
合计
17 52837
73 财务评估
731 项济技术指标计算
产品年生产聚丙烯酸钠8 000吨产品价格26 000元吨（含税价）计算
(1)年产值：售价计8 00026 000220400(万元)
(2)年销售收入：
含税销售收入8 00026005 200(万元) (已包含增殖税)
(3)年总成：17 528（单批成额）43302 314（万元）
(4)年利润总额：5 200(总销售额)－2 314(总成)2 886(万元)
(5)税税率33计取年均税：28863395238(万元)
(6)税净利润：2 886－952381 93362(万元)
732 盈亏衡分析
设备综合折旧10年采直线法计提
年均固定成1 265101265（万元）
盈亏界产量年均固定成(单位销售收入－单位变动成)
(l)盈亏衡量1265（26 000－11 338）1448(吨)
(2)盈亏衡点时产值14482637648(万元)
年产量达1448吨销售收入达37648万元时保亏
分析见建设8 000ta聚丙烯酸钠生产线具投资达产利润高缴税收投资回收期短企业带济效益聚丙烯酸钠产品属环保产品会社会带巨济社会环境效益
总 结
聚丙烯酸钠年领域广泛类功性高分子材料高分子量聚丙烯酸钠氯碱行业盐水精制氧化铝冶炼赤泥沉降味精废水回收蛋白质等行业越越受重视国研究深入生产规模性尚意生产程进行研究提高产品应性扩产品应领域前重务文设计特点：
(1)根国外文献资料实际考查选择丙烯酸钠原料合成路线
(2)文聚丙烯酸钠生产线工艺设计中特点：工业生产聚合反应中采复合引发剂结合助剂反应程中溶液回收循环产品粉状粒状包装运输方便
(3)文生产工艺程物料量进行衡算详细说明生产工艺流程控制设备选型工艺尺寸计算车间设备布置原料消耗定额建设工程进行简说明技术济指标分析
(4)根文设计建厂生产出聚丙烯酸钠具分子量高水溶解性溶解时间短具量少沉降速度快特点生产线具投资少建设周期短操作等特点
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[25]严瑞萱水溶性高分子[M]北京：化学工业出版社1998
致 谢
学时光结束免伤感太留恋回想学四年时光心中充满限感激留恋情学生活匆匆忙忙悔说：学四年影响时间衡量四年历事生活回味部分处事指南针离开学校走工作岗位生历程起点里祝福学里风雨舟朋友路走未总会绚烂缤纷
设计程中通查阅量关文献学交流验学老师请教等方式学少知识时培养独立工作力树立工作力信心提高动手力充分体会创造程中探索艰难成功时喜悦相信会学工作生活非常重影响然设计做特完美设计程中学东西次毕业设计收获财富终身受益设计程中收获收获时法获首先原学专业知识整合升华 课程 (物理化学化工原理化工仅表动化化工制图文献检索)时根法认识重性设计程中知识灵活运恰成设计亮点利完成次毕业设计运仅化工设计知识更重学三年期间学种知识综运机械制图化工设备动化涂料等课程知识位老师表示衷心感谢通次设计学掌握许工厂设计必备知识学工作良基础深深感完成良工厂设计方案求工艺设计员具备深厚工艺知识专业基础知识
感谢设计完成毕业设计指导老师太帮助引领成功
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毕 业 设 计
题 目： 年产6000吨聚丙烯酸钠工艺设计
学 院： 化学材料工程学院
专 业： 高分子材料科学工程
姓 名：
学 号：
指导老师：
完成时间：
设计说明
次设计利单体丙烯酸钠定条件采反相悬浮聚合原理合成聚丙烯酸钠设计务年产6000吨聚丙烯酸钠悬浮聚合间歇操作工艺设计中简述丙烯酸氢氧化钠聚合性单体成分疏水性溶剂正庚烷中反相悬浮聚合制备高吸水性聚丙烯酸钠介绍聚丙烯酸钠性质特性途举例悬浮聚合机理体系生产工艺间歇操作特点原料
设计成果：
① 天理产值18181kg实际产量18552kg实际年产量6122t
直径2500mm配碱釜直径1600mm中釜直径2500mm聚合釜体积12分散介质调配罐分散介质储罐体积24材料锈钢
② 设备：推进式搅拌器标准椭圆形封头支承式支座釜体夹套12分散介质调配罐24分散介质储罐沉降式离心机规格LW350×1050配碱釜中釜聚合釜离子水储罐
③ 图纸：1）工艺流程图2）物料流程图3）聚合釜装配图
关键词：聚丙烯酸钠 物料衡算 热量衡算 生产工艺 设备图 工艺流程图
Design Notes
This design is the use of sodium acrylate monomer under certain conditions synthesized by inverse suspension polymerization principle sodium polyacrylate The design of the mission is to produce 6000 tons of high absorbent resin suspension polymerization process design intermittent operation Mainly acrylic acid and sodium hydroxide outlined polymerizable monomer as a main component in a hydrophobic solvent of nheptane by reversedphase suspension polymerization sodium polyacrylate superabsorbent prepared It also describes the nature of the sodium polyacrylate characteristics uses and examples as well as suspension polymerization mechanisms systems and production processes intermittent operation characteristics and main raw material
Design of the main results are as follows：
1) Daily theoretical value is 18181kg Actual production 18552kg Actual annual output of 61220t
2) With a base diameter of 2500mm autoclave the diameter of 1600mm and a kettle a diameter of 2500mm polymerization vessel Volume of the dispersion medium to mix the pot 12 a volume of 24 Made of stainless steel
3) Main equipment pushstirrer standard elliptical head bearing type bearings kettle body jacket Deployment dispersion medium tank 12 a dispersion medium tank 24 Decanters specifications for the LW350 × 1050 Autoclave equipped with a base neutralization reactor the polymerization reactor deionized water tank
4) Drawings 1) Process Flow Diagram 2) material flow 3) polymerization reactor assembly drawing
Keywords Sodium polyacrylate material balance heat balance production process flow chart diagram of major equipment
目 录
设计说明 II
1 概述 1
11 高分子量聚丙烯酸钠研究现状 1
12 高分子量聚丙烯酸钠性质应 2
121 聚丙烯酸钠性质 2
122 聚丙烯酸钠应 2
13 高分子量聚丙烯酸钠需求生产应前景 3
14 项目设计 4
15 建厂规模产品规格 5
151 建厂规模 5
152 产品规格 5
2 聚丙烯酸钠生产工艺 6
21 聚丙烯酸钠聚合实施方法 6
22 反悬浮聚合工艺条件影响素[14] 7
221分散剂助分散剂选择浓度分子量影响 7
222 引发体系选择浓度分子量影响 8
223 单体浓度分子量影响 8
224 链转移剂分子量影响 9
225 搅拌转速影响 9
23 处理工序选择 10
231 分离方法选择 10
232 干燥方法选择 10
24 聚丙烯酸钠生产工艺流程 10
25 生产程操作控制 11
31 物料衡算热量衡算 12
311 物料衡算 12
312热量衡算 15
32 设备工艺尺寸计算选型 18
321釜体高度径尺寸确定 18
322 釜体夹套尺寸确定 21
323 分离设备 23
324 干燥设备 23
325 设备选择 24
33 设备览表 25
34原料技术规格供应消耗定额 25
341原料规格量 25
342 原料消耗定额 26
4 车间设备布置设计 27
41 车间设备布置原 27
411 车间设备布置原 27
412 车间设备面布置原 27
413 车间设立面布置原 27
42 车间设备布置 28
421车间设备面布置 28
422车间设备立面布置 28
5 建设工程公辅助工程说明 29
51建设工程说明 29
52水排水系统 29
53电力供应生产控制 29
61环境保护 30
611该项目环保设计标准 30
612环保治理措施 30
613预期效果 30
614环保理监测 31
615绿化概况 31
62劳动安全工业卫生消防 31
7 概算技术济 32
71 项目投资估算 32
72产品成估算 32
73 财务评估 33
731 项济技术指标计算 33
732 盈亏衡分析 33
总结 34
参考文献 35
致谢 37
1 概 述
着国丙烯酸工业迅速发展丙烯酸游产品研究断深入应范围断扩聚丙烯酸钠盐丙烯酸盐类中重应广代表性产物聚丙酸钠盐中含量亲水基团易溶水形成水溶液种高分子电解质
聚丙烯酸钠水溶液具良离解性较理想润湿性保水性成膜性(浸渍涂布时)时具耐温性强冻融稳定性机械稳定性长期贮存粘度明显变化等特点聚合度产物亲水性硬度强度附着力等性差差异身具许优异物理化学性类聚合物获广泛应[1]
聚丙烯酸钠分子量百千万变化幅度分子量聚丙烯酸钠作种样目途超低分子量(700)途未完全开发出低分子量(10005000)时起分散作中等分子量(104106)显示增稠性高分子量(106107)聚丙烯酸钠做增稠剂絮凝剂超高分子量(107)聚丙烯酸钠溶水水中溶胀生成水凝胶作吸水剂[2]水溶性聚丙烯酸钠中包括高分子量低分子量两类文涉水溶性高分子量聚丙烯酸钠生产线工艺设计
11 高分子量聚丙烯酸钠研究现状
目前国市场聚丙烯酸钠水溶液聚合法制备采丙烯酸氢氧化钠中形成丙烯酸钠溶液然高浓度丙烯酸钠溶液低浓度氧化原引发剂低温条件进行水溶液聚合成原理：
般言水溶液聚合时聚合组分较少工艺实施较容易搅拌传热原聚合水溶液中求单体浓度低产物成块状出料困难需切割粉碎筛分烘干等续工艺
反相悬浮法聚合法年发展起制备水溶性高分子新方法方面研究性文章早Dimonie等1982年发表丙烯酸钠水溶液分散油溶性连续相中搅拌分散剂作分散成微液滴水溶性引发剂作聚合反应
生产工艺简单成低便实现工业化产品分子量达千万产品溶解性水溶液聚合产品克服水溶液聚合中高粘传热困难工艺难点粉状者粒状聚合物产物处理工艺储运较容易
12 高分子量聚丙烯酸钠性质应
121 聚丙烯酸钠性质
聚丙烯酸钠[3]英文名Sodium polyacrylate缩写PAAS简称PAANa结构式－[CH2－CH(COONa)]n－—种水溶性高分子化合物商品形态聚丙烯酸钠相分子质量百千万外观色淡黄色液体粘稠液体凝胶树脂固体粉末易溶水中程度水溶液pH般69电离腐蚀性易溶氢氧化钠水溶液氢氧化钙氢氧化镁等水溶液中碱土金属离子数量增加先溶解沉淀毒
(1) 稳定性
1) 热稳定性：聚丙烯酸钠热稳定性海藻酸钠梭甲基纤维素钠等天然粘稠液热处理粘度降初始110聚丙烯酸钠水溶液仅降低310聚丙烯酸钠分离铝厂红泥基丙烯酸钠具优良热稳定性
2) 冷冻稳定性：聚丙烯酸钠水溶液冻结粘度变
3) 机械稳定性：聚丙烯酸钠水溶液室温10000rmin高速搅拌3min粘度显著变化
4) 储存稳定性：聚丙烯酸钠水溶液长期贮存粘度变化
5) 生物分解性：聚丙烯酸钠水溶液生物稳定性极腐败
(2) 成膜性
聚丙烯酸钠水溶液属高分子电解质吸湿性非常强水溶液成膜相困难浸渍涂布方法表面制成透明均膜
(3) 吸湿性保水性
聚丙烯酸钠分子链中含量强亲水基团(－COONa)吸湿性极强干燥产品空气中吸湿重10高吸水树脂吸收重1000倍蒸馏水机盐等电解质溶液存情况吸水性降
122 聚丙烯酸钠应
聚丙烯酸钠应范围产品聚合度关聚合度产品功途见表11
1) 絮凝剂
聚丙烯酸钠种线状溶性高分子化合物分子链羧基静电相斥作曲绕聚合物链伸展促成具吸附性功团外露表面活性点吸附溶液中悬浮粒子形成粒子间架桥加速悬浮粒子沉降作絮凝剂聚丙烯酸钠相分子质量达百万商品形态黄色粘稠液体固含量达8相应特性粘数η≥340
聚丙烯酸钠絮凝剂特适烧碱纯碱行业盐水精制氧化铝生产赤泥沉降分离味精厂废水中蛋白质回收制糖等行业高分子材料[4]
表11 聚合度聚丙烯酸钠功应
聚合度
功
途
150
离子封闭
防水垢剂洗涤作增效剂
60500
分散水原作
分散剂石油钻井添加剂水原剂
50010000
防沉淀分散作
分散剂柑橘保鲜剂增稠剂保护胶铸造粘合剂医药糖衣粘合剂
10000100000
沉积絮凝沉淀作
加快墙体材料粘性剂农药防漂散剂电解盐水精制絮凝剂
100000500000
水膨胀性
水凝胶
2) 保护胶
聚丙烯酸钠中含量亲水基团(COONa)水中产生电离乳液聚合中适量加入聚丙烯酸钠聚合体系中阴离子乳化剂产生较强双电子层性相斥原理整乳液聚合体系更稳定提高产品机械稳定性贮存稳定性目前许厂家加入051聚丙烯酸钠作保护胶
3) 增稠剂
水性涂料中加入聚丙烯酸钠作增稠剂增稠效果明显效防止涂料沉降分层现象改善涂料流性涂刷性夏季易出现发露发臭现象般量涂料量13宜涂料整体系中pH值需895聚丙烯酸钠盐效发挥增稠效果[5]
4) 分散剂
做分散剂聚丙烯酸钠水处理碱性中性浓缩倍数条件运行结垢碳酸钙硫酸钙等盐类微晶泥沙分散水中沉淀达阻垢目水处理广泛量应造纸纺织印染行业做浆料分散剂陶瓷工业做碳酸钙分散剂涂料行业做颜料分散剂等[6]
聚丙烯酸钠述途外作柑桔保鲜剂干燥剂药物糖衣粘合剂铸造钻合剂土壤稳定剂土壤改良剂食品添加剂等
13 高分子量聚丙烯酸钠需求生产应前景
高分子量聚丙烯酸钠氯碱纯碱行业盐水精制铝厂红泥沉降味精厂废水蛋白质回收等行业烧碱量造纸合成洗涤剂纺织医药冶金食品等领域
纯碱量玻璃洗涤剂金属冶炼等行业2010年国纯碱生产企业数量约全球纯碱生产厂家总半产产量均已达世界纯碱总力总产量13超6000万吨世界纯碱工业中占重位时2010年国烧碱产量达6000万吨
目前两碱行业生产中盐水精制程直聚丙烯酰胺苛化淀粉部分聚丙烯酸钠表面聚丙烯酸钠价格贵忽视聚丙烯酸钠量少效果特点PAM存盐水质量缺点着聚丙烯酸钠应推广越越企业倾聚丙烯酸钠烧碱年产8 000万吨精制盐水全部聚丙烯酸钠精制盐水生产1吨烧碱聚丙烯酸钠02kg计年需消耗聚丙烯酸钠达4 000吨纯碱年产8 000万吨生产1吨纯碱聚丙烯酸钠014kg需聚丙烯酸钠2 800吨
外味精生产程产生谷氨酸母液含量蛋白质目前数厂家没进行回收利果采聚丙烯酸钠作絮凝处理回收蛋白质降低母液中SSCOD含量减少续处理机负荷[7]2010年商品味精产量25644万吨生产吨味精消耗聚丙烯酸钠15kg计年需聚丙烯酸钠约4 000吨
铝厂赤泥沉降处理中目前麦麸分子量低1 000万胶体聚丙烯酸钠高分子量聚丙烯酸钠条件没彻底探讨存赤泥种类适应性问题广泛着研究深入聚丙烯酸钠赤泥分离中应会迅速增加[8]
分析见高分子量聚丙烯酸钠领域广泛目前国企业高分子量聚丙烯酸钠国外产品占相例国年已生产生产厂家生产力较中包括胶体产品见国高分子量聚丙烯酸钠生产缺口必增加生产满足国需求建设高质量性聚丙烯酸钠生产厂非常必
14 项目设计
设计务书安徽理工学学
毕业设计（文）工作手册安徽理工学
化工设计 化学工业出版社
化工工艺设计手册化学工业出版社
聚合物合成工艺设计化学工业出版社
化工设备基础天津学出版社
15 建厂规模产品规格
151 建厂规模
项目拟建立年产6000吨高分子量聚丙烯酸钠生产线
152 产品规格
生产聚丙烯酸钠产品白色淡黄色粉状粒状固体产品质量指标见表12
表12 聚丙烯酸钠产品质量指标
项目
质量指标
外观
白色粒状粉末
纯度（）
≥95
干燥失量（）
≤5
分子量（万）
6001500
残余单体量（）
≤005
透明度（1水溶液）
水溶液透明
游离碱
2 聚丙烯酸钠生产工艺
工艺流程选择原：定科学先进性定科学水体现社会济效益操作性强兼顾企业实际情况时制定出工艺流程简短技术成熟投资少生产成低适应生产连续化整生产装置达高水工艺流程选择证实验室生产性试验基础进行
21 聚丙烯酸钠聚合实施方法
高分子量聚丙烯酸盐合成方法水溶液聚合法反相悬浮聚合法
水溶液聚合法[9～11]水溶剂碱部分中丙烯酸加入关助剂引发剂然定温度进行聚合干燥粉碎制方法该法水溶剂生产程产生污染设备求低投资省操作简单生产效率高缺点反应速度快温度易控制处理需增加干燥粉碎筛分工序细粉末产生水溶液聚合法生产聚丙烯酸钠产品呈规粉末状高分子量聚丙烯酸钠生产方法国高分子量聚丙烯酸钠生产基采该法
反相悬浮聚合法[12～13]溶剂(油相)分散介质碱部分中水溶性单体丙烯酸钠悬浮分散剂搅拌作分散成水相液滴引发剂交联剂溶解水相液滴中加热情况进行聚合方法该法解决水溶液聚合法传热搅拌困难等问题反应条件温直接获珠状产品生产聚丙烯酸钠粒径根途求调节溶剂容易聚合物分离种合成聚丙烯酸钠独特方法缺点反应程控制较稳定设备材质求高设备投资较采易燃机溶剂需溶剂回收装置存消防隐患产生污染进行间歇生产设备利率低表21水溶液聚合法反相悬浮聚合法制备聚丙烯酸钠较
采反相悬浮法合成高分子量聚丙烯酸钠首先丙烯酸单体部分中单体溶液分散悬浮连续机相中（环烷等）机氧类引发剂 （硫酸钾） 水溶性氧化原引发体系（硫酸铵尿素）引发聚合生成粉状粒状沉淀溶剂分离终产品
根述分析试验结果企业资金情况设计聚丙烯酸钠生产反相悬浮聚合法单釜间歇聚合工艺Span 60分散剂复合引发剂相应助剂加入反应釜中控制温度40℃恒温1h50℃恒温1h60℃恒温1h升温沸温度脱水粒子固含量70停止反应聚合程中丙烯酸钠单体易交联反应形成溶性凝胶体系中求加入定量链转移剂缓聚剂聚合反应聚合物颗粒通常材料盛装器具具粘性釜中加入抗粘釜剂防止金属表面发生引发聚合分子活性链接触釜壁终止聚合钝化
表21 水溶液聚合反相悬浮聚合较
较项
水溶液聚合法
反相悬浮聚合法
引发体系
氧原引发体系
氧原引发体系
聚合场
水相
分散水相
聚合温度
50～100℃
50～100℃
产品形态
水溶液
固体粒状粉末
散热
相困难
非常容易
产品分子量
较低（难达1000万）
较高（1000万）
体系粘度
低固含量较高
低（似油相粘度）
产品处理
烘干
需烘干
22 反悬浮聚合工艺条件影响素[14]
目前关反相悬浮法生产水溶性聚合物研究报道较少影响聚合产品性素常规丙烯酸系水溶液聚合体系相似单体浓度水油引发体系量分散剂聚合温度聚合体系pH值聚合体系中机盐类链转移剂搅拌缓聚剂等
221分散剂助分散剂选择浓度分子量影响
丙烯酸钠反相悬浮聚合中单体水溶液需助油溶性分散剂分散非极性机溶剂中形成油包水型(WO)悬浮液山梨糖醇脂肪酸酐(Span类)环氧乙烷加成物(Tween类)两种常非离子型表面活性剂WO型反相体系般选择HLB3～8span类(span60等)作分散剂
实际聚合程中进步降低表面张力改善分散力调节颗粒特性选择Span类作分散剂时需添加定量助分散剂Span分散剂溶解快加入助分散剂效果更
助分散剂加入时起适降低产物分子量作表22助分散剂分子量影响发现单体引发剂加入量相情况助分散剂加入产品分子量降低颗粒变细
选Span60油水界面张力较浓度>075时聚合程中体系稳定
聚合物粘壁较少产物粒子均匀聚合选Span60作分散剂
表22 助分散剂分子量影响
编号
AA（mL）
引发剂（w）
助分散剂（v）
分子量（万）
颗粒形态
1
125
018
00
595
粒状
2
125
018
031
288
粉状
3
125
016
00
866
粒状
4
125
016
031
520
粉状
222 引发体系选择浓度分子量影响
引发体系选择浓度影响分子量重素表23引发剂分子量影响
表23 引发剂分子量影响
编号
AA（g）
NaOH（g）
引发剂加入次序
引发剂（w）
M（万）
形态
1
25
68
先
016
1084
粒状
2
25
68
018
679
粉状
3
125
66
先
018
595
粉状
4
125
66
先
016
866
细粉状
硫酸盐引发剂常水溶性引发剂根基生成机理引发剂分两类：类热分解型引发剂类氧化—原引发剂常机氧化物引发剂硫酸钾(KPS)硫酸(APS)属热分解型引发剂受热直接分解产生两具引发活性基分解活化1403kJmol般温度70℃
水溶液聚合中硫酸盐脂肪胺类活性调易控制氧化—原引发体系研究发现氧化剂量决定聚合反应总速率原剂量仅改变反应速率分布原剂量定时增加氧化剂量聚合反应总速率增恒定氧化剂量增加原剂量时聚合反应速率基变速率分布改变
223 单体浓度分子量影响
丙烯酸钠聚合反应质属基聚合反应动力学链长单体浓度关系知单体浓度越高聚合物分子量越高
丙烯酸钠盐组成单体进行反相悬浮聚合反应程中改变水加入量通改变AA加入量改变聚合单体浓度加入适量AA仅增加聚合物絮凝效果时提高聚合物分子量表2425分水量单体量分子量影响增加水量减少单体量降低丙烯酸单体浓度聚合物分子量降低
表24 水量分子量影响
编号
加入水量（mL）
AA（g）
NaOH(g)
分子量（万）
产品形态
1
10
125
68
1170
粒状
2
12
125
68
363
较粒状
3
14
125
68
240
粉状
4
30
125
68
171
粉状
表25 单体浓度分子量影响
编号
AA（g）
NaOH(g)
引发剂（mL）
分子量（万）
产品粒状
1
125
70
20
164
较粒状
2
25
70
20
273
颗粒状
3
30
70
20
412
粉状
4
35
70
20
704
较细粉状
224 链转移剂分子量影响
加入异丙醇降低体系表面张力减反应程中粘壁现象改善产品溶解透明度时作反应程中链转移剂调节产品分子量
225 搅拌转速影响
反相悬浮聚合必须搅拌进行通搅拌单体溶液分散成液滴防止块状聚合搅拌作加速反应热传递防止温度高发生爆聚保证反应正常进行聚丙烯酸盐体系单体浓度高活性反应相剧烈求搅拌强度更高
实验程中发现：搅拌转速200rmin时搅拌强度够足单体溶液均匀分散成液滴单体溶液重溶剂相部分单体沉釜底发生块状聚合影响反应正常进行搅拌转速太时反应体系没设想样稳定甚出现爆聚搅拌转速太快单体液滴粒径相转速体系需更分散剂液滴分散聚时高转速容易发粘粒子聚搅拌转速太快体系稳定性益处综合素设计选择佳搅拌转速250rmin
23 处理工序选择
231 分离方法选择
脱水聚合物混合物进行分离采滤离心机沉降离心机分离机通常含粒度001毫米颗粒悬浮液选滤离心机悬浮液中颗粒细压缩变形宜选沉降离心机悬浮液含固体量低颗粒微液体澄清度求高时应选分离机根产品颗粒直径选择螺旋沉降式离心机溶剂
232 干燥方法选择
聚合湿物料进行干燥采气流干燥回转窑红外等干燥方式气流干燥设备干燥强度蒸发水份力 50kgh－1500kgh设备容积投资省干燥设备回转窑设备适应连续生产投资占面积具定粘性聚丙烯酸钠胶粒适应该种干燥方式生产试验前期采红外线加热干燥成高设备维护费会导致产品成显著增加根企业投资情况生产力选气流干燥机干燥方法
24 聚丙烯酸钠生产工艺流程
工艺流程图21示：
图21 反相悬浮聚合制备聚丙烯酸钠流程示意图
引发剂
溶剂回收
丙烯酸
中
聚合
沸脱水
溶剂
干燥
NaOH水溶液
分散介质
分散剂
助剂
成品
(1)丙烯酸钠溶液制取：计量丙烯酸适量助剂溶解冷计量烧碱溶液进行部分中中丙烯酸钠加入适量水浓度45单体溶液丙烯酸钠水溶液
(2)丙烯酸钠聚合：中丙烯酸钠水溶液分散介质分散稳定剂配制分散液放入反应釜中加入适量助剂引发剂作进行聚合反应沸脱水固含量70停止反应
(3)聚合物混合物分离：反应生成混合物通离心机分离分散介质聚合物热水洗涤聚合物表面残留助剂
(4)聚丙烯酸钠处理工序：分离工序聚合物进行干燥计量包装等处理聚丙烯酸钠产品
25 生产程操作控制
(1)配碱
NaOH：H2Ol：233质量配制碱液浓度约30(ww)称量烧碱缓慢倒入装定量量纯水配碱釜中时开动搅拌夹套通冷水冷控制终碱液温度（30℃）
(2)丙烯酸中
丙烯酸：NaOHl：056质量中釜中加入丙烯酸开搅拌夹套通冷水时缓慢加入已冷碱液碱液量丙烯酸：碱液l：174质量相中度100(mol)控制终丙烯酸中液温度30℃
(3) 聚合反应
中45丙烯酸钠单体水溶液分散剂Span 602单体质量复合引发剂相应助剂加入反应釜中搅拌控制温度40℃恒温1h50℃恒温1h60℃恒温1h升温沸温度脱水粒子固含量70停止反应
(4)分离干燥工序
沸脱水聚合物混合物通螺旋沉降式离心机脱分散剂等离心聚合物湿物料气流干燥机干燥产品含水量达0205时
(5)包装
干燥粉末存放贮料斗中先测定产品分子量密度等关性然袋25kg装袋输送仓库备出厂
3 工艺衡算设备选型
31 物料衡算热量衡算
物料量衡算关计算公式数等参见文献[15～21]
311 物料衡算
(1) 确定物料衡关系
(2) 明确物料发生化学变化写出副反应方程式
丙烯酸中中反应方程式：
引发剂引发单体进行基聚合反应方程式：
丙烯酸基聚合中单体相分子质量聚合物结构单元相分子质量化学计量变化引发剂会结合聚合物分子链
(3) 收集数资料
1) 生产规模设计务书中规定年产量（生产力）：
2) 生产时间年工作日：
3) 相关技术指标见表31
表31 技术指标
项目容
技术指标
项目名称
技术指标
聚合物处理损失率
丙烯酸中度
原料NaOH水溶液浓度
中NaOH水溶液浓度
单体水溶液浓度
2聚合物质量
100（摩尔）
99（质量）
30（质量）
45（质量）
引发剂量
引发剂水溶液浓度
分散稳定剂量
分散介质量
分散剂循环量
02单体质量
50（质量）
2单体质量
单体质量4：1
90分散剂总量
4) 质量标准原料NaOH溶液浓度99原料均视纯物质聚合工序做物料衡算考虑产品质量指标
5) 化学变化参数加入NaOH够丙烯酸完全反应生成丙烯酸钠组分相分子质量：
丙烯酸7206氢氧化钠40丙烯酸钠9406水18
聚合反应程中单体完全参加反应转化率视100单体聚合物间化学计量变化引发剂结合聚合物分子链会聚合物数量略增加
(4) 选择计算基准计量单位
间歇操作程基准批
(5) 确定计算序
产物原料间化学计算关系较简单整工艺程较简单容易产物量单体原料投料量间例关系采流程计算序
(6) 计算原料（丙烯酸）投料数量
流程计算序进行物料衡算必须求出原料批投料量该生产装置年产量6000t年开工330d天生产6批处理工序中聚合物损失率2
批应生产聚合物数量：
1) 引发剂（02单体质量）全部结合聚合物中
2) 单体100转化成聚合物单体相分子质量聚合物结构单元相分子质量相
3) 丙烯酸相分子质量：单体相分子质量：
丙烯酸投料量：
(7) 流程设备展开计算
1) 中釜物料衡算
已知：丙烯酸中度100丙烯酸相分子质量7206NaOH相分子质量40单体相分子质量9406
原料丙烯酸钠质量236419kg
反应需纯NaOH质量：
30NaOH中含水质量：
30NaOH质量：
单体丙烯酸钠质量：
45丙烯酸钠中含水质量：
中反应生成水：
中反应程中应加入水：
2) 配碱釜物料衡算
装水冷装置配碱釜中加入定量水然断搅拌加入质量分数99氢氧化钠
中30NaOH溶液437450kg中组分质量：
131235kg kg
原料99NaOH中组分质量：
kg kg
需纯水：
3) 分散介质调配罐物料衡算
已知：分散剂：单体4：1分散稳定剂2单体质量
分散剂质量：
循环分散剂质量：
kg
新鲜分散剂质量：
分散稳定剂：
分散液：
4) 聚合反应釜物料衡算
反应前反应釜中组分质量：
单体： 308598kg 水： 377175kg
分散剂： 1234392kg 分散稳定剂：6172kg
引发剂量02单体质量引发剂水溶液浓度50（质量）
引发剂水溶液质量：
反应反应釜中聚合物混合物组分：
分散剂： 1234392kg 分散稳定剂：6172kg
水：
聚合物：
(8) 整理校核计算结果
聚合工序做全物料衡计算进行校核物料守恒定律：整聚合工序物料衡算程正确
(9) 生产聚丙烯酸钠工序物料衡算整理表32
表32 生产聚丙烯酸钠工序物料衡算结果
工序名称
输出
输入
原料
质量（kg）
产品
质量（kg）
配碱
99片碱 13256
纯水 30489
30氢氧化钠 437450
中
30氢氧化钠 437450
99丙烯酸 238807
纯水 11904
中液 685773
中：丙烯酸钠 308598
水 377175
聚合
中液 685773
2引发剂 617
分散剂 1234339
分散稳定剂 6172
聚合物 309215
水 377792
分散剂 1234392
分散稳定剂 6172
312热量衡算
聚丙烯酸钠生产分工序生产工序定量变化工序分计算整程均采25℃作基准温度生产1批聚丙烯酸钠产品工序原料需求情况物料衡算表中计
(1) 配碱工序
物料衡算知配碱工序中需纯氢氧化钠262468kg溶解水
612427kg氢氧化钠质量百分浓度30折算物质量分：
氢氧化钠： mol
水： mol
查表知氢氧化钠浓度溶解热浓度溶液均热水热已知片碱纯水进料温度25℃氢氧化钠溶液出料温度30℃配碱程温升65℃冷水出入均温差10℃
输入热量包括氢氧化钠带入热量纯水带入热量氢氧化钠带入溶解热氢氧化钠带入热量纯水带入热量0
kJ
输出热量出包括氢氧化钠溶液25℃升30℃需热量冷移走热量
中 kJ
kJ
需冷水质量：
kg
(2) 中工序
已知条件：丙烯酸进料温度25℃热氢氧化钠水溶液进料温度30℃均热中液均热水热100℃时水蒸发热丙烯酸氢氧化钠中热中液输出温度30℃冷水均温差10℃
中工序输热量包括：氢氧化钠水溶液引入热量丙烯酸引入热量丙烯酸中热计算结果：
氢氧化钠水溶液带入热量：
kJ
丙烯酸引入热量零：
中工序中中度100发生中反应丙烯酸：
kJ
输入热量
kJ
输出热量出包括中液移走热量水分蒸发吸收热量冷水带走热量计算结果：
kJ
工序水分蒸发少水分蒸发热量忽略计
kJ
冷水量：
kg
(3) 聚合反应工序
已知丙烯酸中液均热中液进料温度30℃丙烯酸钠聚合热777kJmol水热l00℃水蒸发热聚合物混合物出料温度60℃聚合物均热分散剂均热
输入热量包括：丙烯酸中液引入热量丙烯酸钠聚合聚合反应放热计算结果：
丙烯酸钠中液引入热量：
kJ
聚合物反应放热：
kJ
输入热量：
kJ
输出热量包括生成聚合物25℃升温60℃需热量分散介质带走水25℃60℃热量耗损热量计算结果：
聚合物带走热量：
kJ
分散介质带走热量：
kJ
水带走热量：
kJ
(3) 生产聚丙烯酸钠工序物料衡算整理表33
表33 生产聚丙烯酸钠工序热量衡算
工序名称
输入
kJ
输出
kJ
配碱
1510198
1510198
0
73229
0
1436969
1510109
中
1899706
1899706
73229
112467
0
0
1826477
1787239
聚合
2661726
2661726
112467
273810
2549259
993686
552710
32 设备工艺尺寸计算选型
321釜体高度径尺寸确定
(1) 配碱釜
日产聚丙烯酸钠1818吨需配碱液溶碱时高温度50℃查30碱液重606吨碱液体积：
262471331937
装料系数75计需配碱釜容积
生产工艺条件：处理碱性溶液釜体常压温度50℃夹套循环冷水夹套表压03MPa温度50℃确定该釜属带搅拌装置低压反应釜设计采圆筒形壳体标准椭圆形封头作釜体结构型式盛装物料碱液选材质钢锈钢釜
查表标准椭圆封头体积令：釜体直边高度反应釜体总高度：
处理物料液固相筒体高度筒体直径1～15选15：
m
然釜属非标准设备制造反应器封头应选标准封头取较处公称尺寸选定釜体直径25m
釜体直边高度：
m
釜体实际高度：
m
根表取封头直边高度50mm釜体圆形直筒部分高度：
m
配碱釜实际体积：
实际长径：
搅拌型式选推进式搅拌器搅拌电机功率9kw转速
(2)中釜
中釜丙烯酸完全中单生产线日产聚丙烯酸钠1818t批需中液：
kg
中液60℃时测密度136685773kg中液体积装料系数075计算需中釜体积
查表标准椭圆封头体积令：釜体直边高度反应釜体总高度：
处理物料液固相筒体高度筒体直径选15：
m
制造反应器封头选标准封头取较处公称尺寸选定釜体直径16m
釜体直边高度：
m
釜体实际高度：
m
根表取封头直边高度50mm釜体圆形直筒部分高度：
m
中釜实际体积：
实际长径：
批量计选材质带夹套搪瓷釜配60rmin减速箱三相搅拌电机3kw标准设备
(3)分散介质调配罐
分散介质调配罐分散液配置批反应需分散液：
kg
测分散液密度1240564kg介质液体积装料系数075计算需中釜体积
查表标准椭圆封头体积令：釜体直边高度反应釜体总高度：
处理物料液固相筒体高度筒体直径选15：
m
制造反应器封头选标准封头取较处公称尺寸选定釜体直径22m
釜体直边高度：
m
釜体实际高度：
m
根表取封头直边高度50mm釜体圆形直筒部分高度：
m
釜实际体积：
实际长径：
批次计量该釜普通溶液混合没热量交换选普通溶液混合搅拌设备
(4) 聚合反应釜
单体水溶液分散液总体积：
装料系数075计算需中釜体积：
查表标准椭圆封头体积令：釜体直边高度反应釜体总高度：
处理物料液固相筒体高度筒体直径选15：
m
制造反应器封头选标准封头取较处公称尺寸选定釜体直径24m
釜体直边高度：
m
釜体实际高度：
m
根表取封头直边高度50mm釜体圆形直筒部分高度：
m
实际长径：
该釜反相悬浮聚合反应釜容积结构材质搅拌型式等影响聚合程产品质量增聚合反应传热面聚合釜釜壁附安置干折流板插入两根D型挡板部通冷水增加传热面积釜顶安置回流冷凝器单体蒸汽冷凝回流增加传热面积聚合釜夹套中安装螺旋型导流板冷水走短路时水釜壁导热系数提高8倍
实际生产中搅拌器必须兼具剪切作相循环作适转速悬浮聚合体系达定循环流动剪切流动釜部分达温度均浓度均釜单体均匀分散悬浮成微液滴加强聚合釜壁传热
该釜搅拌型式采推进式搅拌装置转速250rmin搅拌电机功率12kw标准设备
322 釜体夹套尺寸确定
谓夹套釜体外侧焊接法兰连接方式装设种形状钢结构釜体外壁形成密封空间空间通入加热冷物质加热冷反应釜物料
夹套筒体 高度传热面积确定般应低料液高度保证充分传热根装料系数操作容积夹套筒体高度：
式（39）
(1) 配碱釜夹套高度
m
查化工设备机械基础壳体直径8 00～3000mm时夹套直径mm
(2)中釜夹套高度
m
查化工设备机械基础壳体直径800～3000mm时夹套直径mm
图31 传热装置夹套示意图
拆卸夹套 拆卸夹套
(3)聚合釜夹套高度
m
查化工设备机械基础壳体直径2000～3000mm时夹套直径mm
323 分离设备
沸脱水反应产物混合物中含分散剂相关助剂反应中生成低分子量聚合物应
通常含粒度001毫米颗粒悬浮液选滤离心机悬浮液中颗粒细压缩变形宜选沉降离心机悬浮液含固体量低颗粒微液体澄清度求高时应选分离机根反相悬浮聚合制备聚丙烯酸钠颗粒粒径选择螺旋沉降式离心机溶剂
图32表示螺旋沉降式离心机结构示意图
324 干燥设备
树脂含水量高加工程中易出现气泡制件出现流纹雾斑透明性降低会降低材料电性力学性离心聚合物般含水率520湿物料需干燥湿物料含水率进步降低
气流干燥
尾气
出料口
风机
旋风分离器
加料口
预热器
图33 气流干燥机结构示意图
反相悬浮聚合制备聚丙烯酸钠粉状采气流干燥机热风干燥产品中水分含量达02～05
325 设备选择
设备泵选择工业生产中进料泵回流泵塔底泵循环泵产品泵等石油化工泵选择应该满足流量扬程压力温度气蚀余量等工艺参数求满足介质特性求现场安装求
33 设备览表
设备情况见表34
表34 设备情况览表
设备名称
规格
数量
备注
配碱釜
Φ3 000
1
非标准设备
中釜
Φ2 500
1
非标准设备
聚合釜
Φ3 800
1
非标准设备
分散液调配罐
41
1
非标准设备
分散液贮罐
82
1
非标准设备
沉降式离心机
LW350×1050
2 700×1 100×1 100
1
标准设备
碱泵
250rmin 75kw
1
标准设备
酸泵
250rmin9kw
1
标准设备
输送机
1
标准设备
真空系统
10Ls3kw
1
标准设备
操作台
10000×6000×4000
1
非标准设备
包装机组
1
标准设备
冷凝器
2
非标准设备
离子水贮罐
1
非标准设备
气流干燥机
1
标准设备
鼓风机
2
路系统
构架耗材
保温材料
34原料技术规格供应消耗定额
341原料规格量
(1)丙烯酸：工业级含量99年需求量157593t
(2)氢氧化钠：工业级含量99年需求量87481t
(3)复合引发剂：工业级含量99年需求量408t
(4)分散剂：工业级含量99年需求量81460t
342 原料消耗定额
(1) 批产品原料消耗额见表35
表35 原料消耗定额（吨产品计）
名称
单耗（kg）
单价（元吨）
金额（元）
丙烯酸
7 44969
9 500
11 342
氢氧化钠
66273
2 200
1 458
引发剂
309
4 600
1421
分散剂
61712
4 800
1 963
纯水
1 58398
20
3166
合计
14 80887
(2) 单位产品源消耗费
生产电：电08元度单位产品耗电75度电耗7508600元
生产水：水2元吨单位产品耗水150吨水耗1502300元
4 车间设备布置设计
41 车间设备布置原
411 车间设备布置原
1 济压降观点出发设备布置应工艺流程安全维修施工矛盾时允许调整
2 根形导风等条件进行设备布置效利车间建筑面积（包括空间）土（量采露天布置建筑物合者量合）
3 明火设备必须布置处理燃液体气体设备全年频率风侧集中布置装置（车间）边缘
4控制室配电室应布置生产区域中心部位危险区外
5 充分考虑装置（车间）部门总面布置图位置力求紧凑联系方便缩短输送线达节省材费运行费目
6 留发展余
7 采取劳动保护防火求防腐蚀措施符合关标准规范求
8 毒腐蚀性介质设备应分集中布置设围堰便集中处理
9 设备安全通道流物流方应错开
10 设备布置应整齐量道走致
412 车间设备面布置原
车间面布置首先必须适合全厂总面布置求应车间面布置总体达协调整齐紧凑美观相互融合浑成体次必须生产需出发限度满足生产包括设备维修求符合流程满足生产便理便运输利设备安装维修第三生产安全全面妥善解决防火防爆防毒防腐卫生等方面问题符合国家项关规定第四考虑扩建增建余生产发展品种改革技术改造提供方便定效利车间建筑面积（包括空间）土（设备装置露天布置量露天布置建筑物合应量合）
413 车间设立面布置原
厂房立面形式单层层单层层相结合形式层厂房占少造价高单层厂房占造价低采单层层应根工艺生产需例制碱车间碳化塔根工艺求须放厂房塔较高操作岗位安排塔中部便观察塔情况样需设计层厂房种情况：设备部分露天布置厂房需安置泵风机种情况设计成单层厂房
新产品工业化生产设计厂房生产程中工艺流程设备需断改进完善般设计较高单层厂房利便移动拆装改建钢制操作台代钢筋混凝土操作台适应工艺流程设备变化需
42 车间设备布置
421车间设备面布置
车间面布置外形般分长方形L形T形Ⅱ形等长方形便总面图布置节约利设备排列缩短线易安排交通出入口较供然采光通风墙面时厂房总长度较长总图布置困难时适应形求者生产需采L形T形Ⅱ形时应充分考虑采光通风立面等方面素
422车间设备立面布置
化工厂厂房根工艺流程需设计成单层层单层层相结合形式般说单层厂房建设费较低工艺流程需必须设计成层外工程设计中般采单层时受建设场限制者节约设计成层新产品工业化生产设计厂房生产程中工艺路线需断改进完善般设计成高单层厂房利便移动拆装改建钢操作台代钢筋混凝土操作台层厂房楼板适应工艺流程改变需
5 建设工程公辅助工程说明
51建设工程说明
52水排水系统
生产水配碱中工序冷水配碱水少量生产洗水生产线日水量200吨中循环水量180吨(进水温度30℃回水温度37℃)新鲜水进水温度31℃生产线水源水厂供应水量满足该项目求
水系统包括新鲜水输水网输水道两条分支分支专门循环水池生产清洗供水支纯水装置供水消防水网设室水系统户支配水头(水设备)等组成水水干敷设建筑物部供水
生产配碱水纯水生产线装备纯水装置供应纯水量6吨日均量8吨日量10吨日
生产水中冷水贮水池然冷冷塔冷循环少量生产洗水属基污染水澄清排放
生产线排水系统排水网组成排水道废水产生点收集输送总排水总排水输送污水澄清池
53电力供应生产控制
(1)电力供应
项目耗电电力企业原电网提供生产线耗电足 企业电网满足生产电求
(2)贮运
根项目原料产品特点求进行贮运满足生产需需原料库房面积产品库房面积库房应阴凉通风防水防潮远离火种热源原料中易燃易爆物品原料产品应隔离存放
(3)分析检验室维修室
项目进出工厂原料产品化验室提供分析包括丙烯酸氢氧化钠引发剂助剂等原料聚丙烯酸钠产品
生产程检验生产线配备分析检验工进行设分析检验工2
厂配维修工负责日常设备维护维修
6 环境保护劳动安全工业卫生
61环境保护
611该项目环保设计标准
A化工建设项目环境保护设计规定EGJ686
B化工企业环境保护检测站设计规定EGZO50191
C工业企业噪声控制设计标准GBJ8785
D污水综合排放标准GB897888
612环保治理措施
(1)废水处理
装置正常生产时废水蒸汽冷凝水清洗水循环水排污等分采治理措施：
项目工艺中产品干燥工序中量水蒸气凝出废水量约8td蒸汽冷凝水属污染水十分干净冷送新建脱盐水站作进水代部分原水集中贮水池
生产性清洗水排放量10td水中含少量悬浮物酸碱pH值接中性总排水送废水澄清池澄清达标排放
循环水排污废水中污染物含量极少直接排放
(2)废渣处理
装置废渣种废助剂等送填埋场填埋处理
(3)噪声
装置噪声类电机类泵噪声类机泵应优先选低噪声电机加消声器噪声源集中隔音房操作中设流动岗位固定值班需固定值班机房操作间隔声门窗分开布置厂区种植降噪植物
613预期效果
装置建成投产正常生产时三废均通治理达国家关环境标准预计装置建设周围环境影响
项目建成生产中产生废物生产环境较洁净
614环保理监测
项目环境理监测设置专负责中心化验室统理控制保证环境友生产
615绿化概况
厂区应道路两侧空房间旁进行绿化种植类乔木灌木绿篱等达降噪尘目全厂绿化系数应低30
62劳动安全工业卫生消防
(1) 编制
A建筑设计防火规范GBJ1687
B工业企业设计卫生标准TJ3679
(2) 安全素职业危害
原料：助剂活性炭毒物品硫酸钠易燃易爆危险品丙烯酸
腐蚀品
产品毒害危险品粉碎筛分操作岗位少量产品粉尘产生
(3) 安全措施
A工艺设计建筑设计执行国家防火规范关规定
B易燃易爆岗位采防爆型电机仪表
C腐蚀性物品操作时应戴橡胶手套合操作
D硫酸钠亚硫酸盐丙烯酸氢氧化钠等应分开存放
E产生粉尘岗位工操作时应戴口罩电源开关应采防爆型
E设备道应密封防止跑滴漏现象产生
G车间通风足够防护品
H消防设施齐全(配备消防栓足够泡沫消防装置灭火器等)
7 概算技术济
71 项目投资估算
投资估算见表
表71 投资估算表
序号
项目名称
金额（万元）
备注
1
厂房建设
500
2
设备
300
3
配套公设施
20
4
电力设备
10
5
工业卫生
5
6
环保消防
10
7
流动资金
400
8
预见
20
合计
1 265
72产品成估算
成估算说明：
(1)生产需原料动力价格参现行价格确定
(2)工资福利费：项目生产员23均工资福利24万元计算
(3)根工艺设计确定项单号指标计算产品单位成
(4)理费：销售收入1计算
(5)销售费：销售收入18计算
表72单位成构成表（批产品计）
项目
金额（元）
备注
原料消耗
1480837
耗
900
工资
420
包装
150
理维修折旧
400
销售
700
合计
17 52837
73 财务评估
731 项济技术指标计算
产品年生产聚丙烯酸钠8 000吨产品价格26 000元吨（含税价）计算
(1)年产值：售价计8 00026 000220400(万元)
(2)年销售收入：
含税销售收入8 00026005 200(万元) (已包含增殖税)
(3)年总成：17 528（单批成额）43302 314（万元）
(4)年利润总额：5 200(总销售额)－2 314(总成)2 886(万元)
(5)税税率33计取年均税：28863395238(万元)
(6)税净利润：2 886－952381 93362(万元)
732 盈亏衡分析
设备综合折旧10年采直线法计提
年均固定成1 265101265（万元）
盈亏界产量年均固定成(单位销售收入－单位变动成)
(l)盈亏衡量1265（26 000－11 338）1448(吨)
(2)盈亏衡点时产值14482637648(万元)
年产量达1448吨销售收入达37648万元时保亏
分析见建设8 000ta聚丙烯酸钠生产线具投资达产利润高缴税收投资回收期短企业带济效益聚丙烯酸钠产品属环保产品会社会带巨济社会环境效益
总 结
聚丙烯酸钠年领域广泛类功性高分子材料高分子量聚丙烯酸钠氯碱行业盐水精制氧化铝冶炼赤泥沉降味精废水回收蛋白质等行业越越受重视国研究深入生产规模性尚意生产程进行研究提高产品应性扩产品应领域前重务文设计特点：
(1)根国外文献资料实际考查选择丙烯酸钠原料合成路线
(2)文聚丙烯酸钠生产线工艺设计中特点：工业生产聚合反应中采复合引发剂结合助剂反应程中溶液回收循环产品粉状粒状包装运输方便
(3)文生产工艺程物料量进行衡算详细说明生产工艺流程控制设备选型工艺尺寸计算车间设备布置原料消耗定额建设工程进行简说明技术济指标分析
(4)根文设计建厂生产出聚丙烯酸钠具分子量高水溶解性溶解时间短具量少沉降速度快特点生产线具投资少建设周期短操作等特点
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致 谢
学时光结束免伤感太留恋回想学四年时光心中充满限感激留恋情学生活匆匆忙忙悔说：学四年影响时间衡量四年历事生活回味部分处事指南针离开学校走工作岗位生历程起点里祝福学里风雨舟朋友路走未总会绚烂缤纷
设计程中通查阅量关文献学交流验学老师请教等方式学少知识时培养独立工作力树立工作力信心提高动手力充分体会创造程中探索艰难成功时喜悦相信会学工作生活非常重影响然设计做特完美设计程中学东西次毕业设计收获财富终身受益设计程中收获收获时法获首先原学专业知识整合升华 课程 (物理化学化工原理化工仅表动化化工制图文献检索)时根法认识重性设计程中知识灵活运恰成设计亮点利完成次毕业设计运仅化工设计知识更重学三年期间学种知识综运机械制图化工设备动化涂料等课程知识位老师表示衷心感谢通次设计学掌握许工厂设计必备知识学工作良基础深深感完成良工厂设计方案求工艺设计员具备深厚工艺知识专业基础知识
感谢设计完成毕业设计指导老师太帮助引领成功
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