PS生产工艺PPT课件

.,1,聚苯乙烯的生产,.,2,小组任务分配,.,3,目录,第一章聚苯乙烯产品、结构、性能1聚苯乙烯产品简介2聚苯乙烯结构3聚苯乙烯性能4聚苯乙烯在生产生活中的应用第二章聚苯乙烯工艺生产1聚苯乙烯的原料2苯乙烯聚合的各基元反应3苯乙烯本体聚合,第三章聚苯乙烯生产常见故障的排除1装置生产过程中的特点及不安全因素2安全措施3聚苯乙烯装置事故案例,.,4,第一章聚苯乙烯产品、结构、性能,.,5,1聚苯乙烯产品简介,聚苯乙烯是指有苯乙烯单体经自由基反应合成的聚合物，英文名称Polystyrene,简称PS。聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯（GPPS）.可发性聚苯乙烯（EPS).高抗冲聚苯乙烯（HIPS）及间规聚苯乙烯（SPS）。普通聚苯乙烯树脂属无定形高分子聚合物，聚苯乙烯大分子链的侧基为苯环，大体积侧基为苯环的无规排列决定了聚苯乙烯的物理化学性质，如透明度高.刚度大.玻璃化温度高.性脆等。可发性聚苯乙烯为在普通聚苯乙烯中浸渍低沸点的物理发泡剂制成，加工过程中受热发泡，专用于制作泡沫塑料产品。高抗冲聚苯乙烯为苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯为分散相，提高了材料的冲击强度，但产品不透明。间规聚苯乙烯为间同结构，采用茂金属催化剂生产，是近年来发展的聚苯乙烯新品种，性能好，属于工程塑料。,.,6,2聚苯乙烯结构,聚苯乙烯PS的大分子主链为饱和烯烃类聚合物，具有良好的电绝缘性；又因吸湿性小，可用于潮湿环境中。PS的侧基为大体积的苯环，分子结构不对称，大分子链运动困难，PS呈现刚性和脆性，制品容易产生内应力，导致制品容易开裂，在油、溶剂等介质中的使用较差。PS的侧苯基在空间的排列是无规结构，导致PS成为无定形聚合物，因而具有很高的透明性；但近年来新开发的间同立构聚苯乙烯SPS的规整性高，虽然其它性能很好，但是透明性却低。由于苯基的存在，主链上氢原子活化，极易被空气中的氧所氧化，制品长期在户外使用时会变黄变脆。但同时，苯基的存在又赋予其较高的耐辐射性能，在106Gy辐射剂量下，其性能变化很小。,.,7,3聚苯乙烯性能（8点）,一般性能：PS为无色透明的粒料，燃烧时发出浓烟并带有松节油气味，吹熄可拉长丝；制品硬似玻璃状，落地或者敲打会发出类似金属的声音，因此又被叫做“响胶”；能断裂但不能弯曲，断裂时断口处呈现蚌壳色银光。PS的吸水率为0.05%，稍大于PE，但对制品的强度和尺寸稳定性影响不大。光学性能：透明性好是PS的最大特点，其透光率可达8892%，同PC和PMMA一样属于最优秀的透明塑料品种，统称为三大透明塑料。PS的折射率为1.591.60，但因苯环的存在，导致其双折射较大，不能用于高档光学仪器。力学性能：PS硬而脆、无延伸性、拉伸至屈服点附近即断裂。PS的拉伸强度和弯曲强度在通用塑料中最高，其拉伸强度可达60MPa；但冲击强度很小，难以用做工程塑料。PS的耐磨性差，耐蠕变性一般。PS的力学性能受温度的影响比较大。热学性能：PS的耐热性能不好，热变形温度仅为7090，只可长期在6080范围内使用。PS的耐低温性也不好，脆化温度为-30。PS的热导率低，一般为0.040.13W/(m.K)；线膨胀系数较大，一般为（68）10-5K-1，与金属相差悬殊，因此制品不利于带金属嵌件。,.,8,电学性能：PS的电绝缘性优良，而且不受温度和湿度的影响；介电损耗角正切值小，可耐适当的电晕放电；耐电弧性好，适于做高频绝缘材料。环境性能：PS的化学稳定性较好，可耐一般酸、碱、盐、矿物油和低级醇等，可受许多烃类、酮类、高级脂肪酸等侵蚀，可溶于芳烃（如苯、甲苯、乙苯、苯乙烯等）、氯化烃（如四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、氯苯等）及酯类等。PS的耐候性不好，其耐光、氧化性都差，不适合于长期户外使用；但PS的耐辐射性好。7物料性能：电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良,无色透明,透光率仅次于有机玻璃,着色性耐水性,化学稳定性良好,.强度一般,但质脆,易产生应力脆裂,不耐苯.汽油等有机溶剂.适于制作绝缘透明件.装饰件及化学仪器.光学仪器等零件.8成型性能（1）无定形料,吸湿小,不须充分干燥,不易分解,但热膨胀系数大,易产生内应力.流动性较好,可用螺杆或柱塞式注射机成型.（2）宜用高料温,高模温,低注射压力,延长注射时间有利于降低内应力,防止缩孔.变形.（3）可用各种形式浇口,浇口与塑件圆弧连接,以免去处浇口时损坏塑件.脱模斜度大,顶出均匀.塑件壁厚均匀,最好不带镶件,如有镶件应预热.,.,9,4聚苯乙烯在生产生活中的应用,（1）生产应用耐冲击性聚苯乙烯（HIPS）是通过在聚苯乙烯中添加聚丁基橡胶颗粒的办法生产的一种抗冲击的聚苯乙烯产品。这种聚苯乙烯产品会添加微米级橡胶颗粒并通过枝接的办法把聚苯乙烯和橡胶颗粒连接在一起。当受到冲击时，裂纹扩展的尖端应力会被相对柔软的橡胶颗粒释放掉。因此裂纹的扩展受到阻碍，抗冲击性得到了提高。苯乙烯丙烯腈（SAN）是一种无色透明，具有较高的机械强度的聚丙烯基工程塑料。SAN的化学稳定性要比聚苯乙烯好。SAN类产品的透明度和抗紫外性能不如聚甲基丙烯酸甲酯类产品但是价格相对便宜。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS），这种塑料是丙烯腈，丁二烯和苯乙烯的共聚物。具有高强度，低重量的特点。SBS橡胶是一种聚（苯乙烯丁二烯苯乙烯）结构的三段嵌段共聚物。这种材料同时具有聚苯乙烯和聚丁二烯的特点，是一种耐用的热塑性橡胶。SBS橡胶经常被用来制造轮胎。,.,10,电器制品：PS兼具透明性和良好的绝缘性，可用于电视机、录音机及各种电器的配件、壳体和高频电容器等。透明制品：PS具有有一的透明性，可用于一般光学仪器、透明模型、灯罩、仪器罩壳、包装容器等。日用品：PS的着色性和光泽性很好，可广泛用于日用品的生产，比如玩具、梳子、牙刷柄、笔杆、文具、磁带盒、装饰板、家具把手等。,（2）生活应用,.,11,(3)广泛应用,.,12,第二章聚苯乙烯工艺生产,.,13,1聚苯乙烯的原料,苯乙烯结构式：CH2CH苯乙烯的物理常数：熔点30.6相对密度0.9019沸点145.2折射率1.5463闪点31临界温度373临界压力4.1MPa苯乙烯为无色或微黄色易燃液体。有芳香气味和强折射性。不溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮、二硫化碳等有机溶剂。由于苯乙烯分子中的乙烯基与苯环之间形成共轭体系，电子云在乙烯基上流动性大，使得苯乙烯的化学性质非常活泼，不但能进行均聚合，也能与其他单体如丁二烯、丙烯腈等发生共聚合反应。,（1）主要原料,.,14,（2）苯乙烯的来源,下面介绍一下由乙苯脱氢法得苯乙烯,.,15,以乙苯为原料，按1.31.8水比加入过热水蒸汽，在轴径向反应器内，于高温、负压条件下，通过催化剂床层进行乙苯脱氢反应，生成苯乙烯主产品；副反应生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、丙烷、H2、CO和CO2。,（3）乙苯脱氢法,在乙苯脱氢反应中，原料乙苯中的化学杂质也发生反应，生成物还会进一步发生反应，为此，最终生成物中还含有另一些副产物，如二甲苯、异丙苯、-甲基苯乙烯、焦油等。影响化学反应的因素主要有：反应温度、反应压力和水蒸汽/乙苯比（简称水比）。此外，该反应还受到反应物通过催化剂床层的液体体积时空速度（LHSV）、催化剂性能、原料乙苯中含杂质情况等影响。,主反应：,.,16,2苯乙烯聚合的各基元反应,链引发,链增长,链终止：苯乙烯100%以偶合终止,其中X为苯基即,.,17,3苯乙烯本体聚合,本体聚合法是聚苯乙烯树脂最主要的生产方法，用于通用型PS和HIPS树脂的生产。,（1）聚合工艺A单体：苯乙烯的合成可以由苯与乙烯反应合成乙苯，乙苯脱氢合成苯乙烯。聚合级苯乙烯的纯度应在99.6%以上。B引发剂：偶氮类、过氧类引发剂均可，以在100140温度下半衰期为1小时的引发剂最适当。也可不用引发剂，在120160下进行热聚合。C阻聚剂：因为苯乙烯容易热引发，所以在储存及蒸馏过程中必须添加阻聚剂，如醌、苯酚、硝基苯之类的阻聚剂。常用的是对叔丁基邻苯二酚。,.,18,D溶剂：有时为便于散热和控制物料粘度，常加入少量甲苯、乙苯等芳烃溶剂。作为溶剂要求不含硫化物和醛。溶剂量在2%20%范围内。E聚合条件：一般根据生产聚苯乙烯的分子量要求及生产量决定。对于热聚合，反应温度在120180，引发剂引发反应温度在90140为好。反应一般以连续操作为主，有单釜连续操作，也有多釜串联连续进行。,.,19,(二)装置单元组成与工艺流程,原料接受、储存及配制系统;切胶、溶胶及供料系统;聚合系统;脱挥发系统;冷凝及抽真空系统;造粒系统;粒料输送，储存及包装系统;导生系统;公用工程系统。,整个生产装置由下列主要单元组成：,.,20,聚苯乙烯生产工艺流程,.,21,苯乙烯和其他的供料成分经预热后连续供到串联的反应器中，在这里大部分苯乙烯单体被转化成聚合物。根据产品牌号的不同进料组成有所不同。进料中一般含有：苯乙烯和乙苯，其中乙苯是一种链转移剂，还有各种产品添加剂，聚合反应的化学引发剂，在生产高抗冲级产品时，进料还必须含有聚丁二烯橡胶。物料在进入反应器之前，要在预热器中进行预热。在第一反应器还要进一步供热以引发聚合反应。其他的反应区要冷却，以除去聚合热和控制反应速率。进料和反应器中的物：料是通过控制在一定温度下的热载体的循环进行加热和冷却的。从反应器中出来的产品在脱挥发物器中进行加热和抽真空以便除去乙苯和没有反应的苯乙烯。从最终反应器出来的聚合物在聚合物加热器中进一步加热，这样有助于脱除挥发分和把聚合物保持在适于泵送的黏度下。,流程图解说,.,22,挥发出来的物质在真空系统(一级或两级)的抽真空下经过冷凝系统回收。部分冷凝器把进入最终冷凝器之前的蒸汽冷却，并且除去了其中少部分蒸汽压很低的象苯乙烯的齐聚物之类的组分。最终冷凝器回收了基本是所有剩余的苯乙烯和乙苯，这部分冷凝液在作为循环液进入聚合反应系统之前，先返回到储罐中储存。脱除挥发分的聚合物熔体，由齿轮泵送到挤出模头，挤出的聚合物条料经水浴槽拉人切粒机，切出的产品颗粒经过筛子和磁铁，除去过大的颗粒和金属碎屑。粒料经一个正压空送系统连续地输送到产品料仓，然后从这些料仓出来，粒料通过一个“拉一推”空送系统送到包装料斗，产品经包装后出厂。热载体系统包括以燃料油为燃料的加热炉，它可向脱挥发物器和其他工艺部分提供所要求的热导生。以水为冷却介质的换热器，为反应器提供冷载体，而热交换器为反应器补充热量，提供中等温度的载体，反应器热载体系统所吸收的热量用作为供料预热器的加热介质热量。,.,23,苯乙烯本体聚合常用的反应器是具有搅拌装置的釜式反应器，搅拌器形式有推进式、锚式、螺旋式等。反应釜有立式、卧式、塔式。,（3）聚合设备,.,24,.,25,连续本体法生产聚苯乙烯具有如下特点：(1)满釜操作，反应容易控制，产品质量好;(2)转化率高;(3)能耗较低;(4)切换牌号灵活，过渡时间少;(5)三废排放少。,（4）工艺技术特点,.,26,第三章聚苯乙烯生产常见故障的排除,.,27,生产聚苯乙烯的原料多为易燃、易爆、有毒化学品，由其工艺生产路线和原料特性决定了以下一些特点及不安全因素：1.在一定温度下苯乙烯单体能自聚、甚至爆聚，从而可能导致整个生产系统出现失控现象，其后果轻者出次品，重者整个系统停车，甚至更严重。2.多数原料易燃、易爆、有毒，因此它们的泄漏(或蒸气放出)都可能对人、环境产生不良影响，同时引起火灾和爆炸。3.物料输送过程中可能产生静电，如处理不好，可能会产生爆炸或火灾。4.装置传动设备较多，一旦主要传动设备故障处理不好，可能会造成系统停车或更严重后果。,(一)装置生产过程中的特点及不安全因素,.,28,1.选择高精度的集散控制型DCS系统，对整个生产系统实行计算机监控、并能迅速、准确的对工艺参数进行检索、跟踪处理及应急反应，以确保安全生产。2.在整个生产系统中，设有多个软、硬联锁，当某一部位不正常时，联锁将按一定程序进行动作，以此来避免事故的发生和蔓延。3.对系统压力进行严格控制，并在有可能超压的重点部位安装安全阀及爆破片，使其能在压力超高时将物流排放到安全的地方，确保人身及环境设备的安全。4.对可能发生泄漏(或蒸汽放出)及火灾地区周围设有多个可燃气体检测器、自动灭火设施及报警通讯系统，一旦发生类似异常情况，便可立即采取有效的应急措施，保护人身财产的安全。5.对一些有毒和粉尘爆炸危险的化学品，采取使用时有除尘措施，并做好人身保护，使用后进行处理，避免危险情况的发生。,(二)安全措施,.,29,由于聚苯乙烯生产过程比较平稳，温度、压力都不是很高(230、0.3MPa左右)，因此发生事故的可能性很小。但是由于苯乙烯聚合的特性，在反应过程中若温度控制不好有可能产生“爆聚”现象，造成设备损坏和停车事故。同时脱挥发系统若发生故障，会造成聚合物无法正常挤出，下面介绍的是某装置曾经发生的火灾事故引。1990年1月28日，某聚苯乙烯装置在建成投料试车中，因真空系统一台泵故障，使真空系统联锁停车。造成脱挥发物器中未反应的苯乙烯和乙苯单体无法从系统中脱除，形成汤料。8：25分装置虽满釜停车，但汤