武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书
第三章 主要原料简介
3.1 丙烯酸
丙烯酸是化学式为C3H4O2的有机化合物，相对分子量72.06。纯的丙烯酸是无色澄清液体，带有特征的刺激性气味。它可与水、醇、醚和氯仿互溶。易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反应。若遇高热，可发生聚合反应，放出大量热量而引起容器破裂和爆炸事故。
因此，在使用过程中，应注意：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。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。
3.2 氢氧化钠
氢氧化钠(NaOH)，相对分子量是40，俗称烧碱、火碱、苛性钠，常温下是一种白色晶体，其液体是一种无色，有涩味和滑腻感的液体，具有强腐蚀性。氢氧化钠在空气中可与二氧化碳反应而变质，应密闭包装，贮于阴凉干燥处；与酸类、铵类、易（可）燃物等分储分运；不可与皮肤接触，若皮肤（眼睛）接触，用流动清水冲洗，涂抹硼酸溶液；若误食，用水漱口，饮牛奶或蛋清（等酸性无害食品）且需立即就医。
3.3 庚烷
庚烷，分子式C7H16，这是烷烃类化合物，相对分子量是100.21。它是一种无色易挥发液，有麻醉作用和刺激性，易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。与氧化剂接触发生化学反应或引起燃烧。本设计采用正庚烷作为溶剂。
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3.4 Span 60
斯潘60，山梨醇酐单硬脂酸酯，分子式C24H46O6 ，相对分子质量430.63。淡黄色粉末或块状固体，微有脂肪气味，熔点56-58℃。能分散于热水，溶于热油类及一般有机溶剂，微有脂肪气味。该品是水、油型优良乳化剂，具有很强的乳化作用和分散。本设计使用span 60作为分散剂。
3.5 过硫酸钾
过硫酸钾，化学式：K2S2O8，相对分子质量：270.32 ，无机化合物，白色结晶，无气味，有潮解性。助燃，具刺激性。主要用作漂白剂、还原剂、照相药品、分析试剂、聚合促进剂等。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。储存注意事项：储存于阴凉、干燥、通风良好的库房。远离火种、热源。包装密封。应与还原剂、活性金属粉末、碱类、醇类等分开存放，切忌混储。储区应备有合适的材料收容泄漏物。本设计采用过硫酸钾作为引发剂。
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第四章 年产5950吨聚丙烯酸钠悬浮聚合间
歇操作工艺的设计
4.1工艺流程的分析
4.1.1明确物料发生的化学变化，写出主、副反应方程式
① 在V101、V103、V104中是单纯的物料混合配制，无相变化与化学变化。 ② 在V102中80%的丙烯酸被中和，中和反应方程式如下：
CH2=CH―COOH+NaOH?CH2=CH―COONa+H2O
③ 在R101中引发剂引发单体进行自由基聚合，其反应方程式如下：
丙烯酸自由基聚合中单体相对分子质量与聚合物结构单元相对分子质量无化学计量上的变化，引发剂会结合到聚合物分子链上。
4.1.2收集数据资料
① 生产规模。
设计任务书中规定的年产量（生产能力）：5950t/a ② 生产时间。
年工作日：320d/a(24h/d)
间歇操作，V101、V102、V103、R101每天8批，V104由于引发剂用量很少，所以每天配制一批即可。 ③ 质量标准。
原料NaOH溶液浓度为 40% ，其他原料均视为纯物质。因为只对聚合工序做物料衡算，所以不用考虑产品的其他质量指标。 ④化学变化参数。
加入的NaOH能够与丙烯酸完全反应，生成丙烯酸钠。各组分相对分子质
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量如下：
表4-1化合物的相对分子质量
化合物 相对分子质量
丙烯酸 72
NaOH 40
丙烯酸钠
94
H2O 18
单体混合物
M混
其中：80%中和的丙烯酸单体混合物的平均相对分子质量：
M混?72?0.3?94?0.7?87.4 (4-1)
聚合反应过程中单体完全参加反应，转化率可视为100%，单体混合物与聚合物之间无化学计量上的变化，但引发剂结合到聚合物分子链上，会使聚合物数量略有增加。
⑤择计算基准与计算单位
因为是间歇操作过程，所以基准为“批”，单位为B/d。大部分设备的操作周期为8B/d，只有V104（引发剂调配罐）是1B/d。但引发剂向R101进料周期仍与其他设备相同，所以在做物料衡算时，物料M11的数量仍以8B/d计算。在做设备工艺计算时，V104的体积大小应按1B/d处理量进行。
4.1.3设计所需技术参数
表4-2 原料设计参数表
项目内容 聚合后处理损失率 丙烯酸中和度 原料NaOH水溶液浓度 中和用NaOH水溶液浓度
单体水溶液浓度
技术指标 3%聚合物质量 70%（摩尔） 40%（质量） 30%（质量） 50%（质量）
项目内容 引发剂用量 引发剂水溶液浓度 分散稳定剂用量 分散介质用量 正庚烷循环用量
技术指标 0.2%单体质量 50%（质量） 2%单体质量 与单体质量为4：1 90%正庚烷总用量
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4.2聚合物合成工艺的物料衡算
4.2.1主要原料丙烯酸（CH2=CH-COOH）的投料量
用顺流程的计算顺序进行物料衡算必须先求出主要原料（丙烯酸）每批投料量。该生产装置年产量5950t，年开工320天，每天生产8批，后处理中聚合损失率3%。
每批应生产聚合物数量??2396.1kg/B ?4?2?320?8?（1-3%）5950?103 ①引发剂（0.2%单体质量）全部结合到聚合物中；
②单体100%转化成聚合物，且单体相对分子质量与聚合物结构单元相对分子质量相同；
③单体混合物平均相对分子质量（丙烯酸的中和度为75%）：
表4-3 原料相对分子质量表
化合物 相对分子质量
丙烯酸 72
NaOH 40
丙烯酸钠
94
H2O 18
单体混合物
M混
（1-70%）?94?0.75?88.5 可得M混?72?丙烯酸相对分子质量：单体平均相对分子质量=丙烯酸投料量?12396.10?7287.47287.4
?1?0.002??1969.96kg/B （4-3）
4.2.2 V-102 (中和罐)物料衡算
M1 M5 M4 V102 M6
图4.1 V102物料平衡示意图
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