年产600吨水性硅丙树脂车间工艺设计

设计总说明有机硅改性丙烯酸酯树脂(硅丙树脂)兼有有机硅聚合物和聚丙烯酸酯之长，根据设计任务书，本设计进行了年产600吨硅丙乳液车间工艺设计。本设计采用了硅丙乳液的一体化生产，自行生产催化剂以及有机硅中间体，降低生产成本、提高灵活性。通过乳液聚合合成硅丙乳液的组分较为复杂，除单体、乳化剂、引发剂和水外，根据原料和产品性能的要求还需加入pH缓冲剂、pH调节剂等。本设计选用预乳化半连续乳液聚合工艺。该工艺在实际生产中有着多方面的优势，如：保证体系温度恒定和聚合反应平稳进行，避免放热高峰的出现；可有效控制乳液聚合物的共聚组成；乳液聚合物粒度、分子量分布较窄；乳液聚合体系稳定性高；缩短生产周期，提高生产效率等。确定了相应的技术参数。生产涉及的主要设备有预乳化罐、反应釜、换热器、高位槽、过滤机、真空泵、计量泵等，根据实际生产条件，提供了所选设备和相应的生产厂家。60020.17吨，催化剂四甲基氢氧化铵硅醇盐年需求量约0.194421612本设计中，车间厂房采用长方形双层厂房。厂房的尺寸 (长×宽×高)为24m×8m×10m。长方形厂房便于作全厂总平面布置，节约用地，方便设备排列便于安排交通和出入口有较多墙面提供给自然采光和通风设计使用而硅丙乳产。本设计由吴蓁教授指导，提出了许多宝贵意见和积极建议，帮助我提高了设计质量。在此，我表示衷心感谢。由于硅丙乳液车间工艺设计涉及的知识面很广，而我的知识和经验有限，设计错误和不妥之处，恳请批阅老师批评指正。IllustrationAsthescienceandtechnologyprogressandpeople'slivinglevelunceasingenhancement,thecoatingindustrydevelopmenthasbecomeanationalsymbolofwhethertheeconomywasdeveloped.Ourarchitecturalcoatingsinrecentobtainedthebreakneckdevelopment,startedonthemanyvarieties,themiddle-grade,fromtraditionaltothickqualitative,light-weightcladtransitionofhighdecorativepatterndevelopmentroad,hasinitiallyformedacertainscale,grades,andcomparematchingindustrialsystem.Organsilicone-modifiedacrylatesresin(siliconacrylic-acidresin)withorganicsiliconpolymerandpoly(acrylicesterlong,withsuperweatherability,resistancetowear,andhavesexexcellentwaterresistance,resistancetoorganicsolventsuchcharacteristics;Atthesametime,alongwiththedevelopmentofpolymerizationprocesses,waterasamediumemulsionpolymerizationisextensiveattention,andthetrendofanalternativesolutionpolymerization,therefore,theuseofemulsionpolymerization,siliconacrylic-acidresinpreparedathomeandabroadinrecenthasbeenthehotspot.Scientificworkersbecauseoforganicsiliconpolymerandotherpolymeremulsionpolymerizationprocesspoorcompatibilityandthenottoomature,thusfurtherresearchsiliconacrylic-acidemulsioncopolymerizationprocess,thebreakthroughtechnologybottleneck,isaveryvaluablework.Accordingtothedesignassignment,thedesignofworkshopcraftabouttheproducing300tonsilicone-acrylateemulsion.Theproductionofsilicone-acrylateemulsionincludesthree-steps:thesynthesisoftetramethylammoniumhydroxidesiliconalkoxides,vinylsiliconeandsilicone-acrylateemulsion.Accordingtothedifferentperformancesofthesethreeproducts,thedesignselectsthecorrespondingdirectionsandtheappropriateprocessbyreferringtorelevantstandards.Theimportantfeatureofthisdesignistheintegratedproductionofthesilicone-acrylateemulsion.Ithelpstoreducethecostandincreasetheflexibility.Thecomponentofsilicone-acrylateemulsioniscomplex.Besidesthemonomer,emulsifier,theinitiatorandthewater,sometimesitneedstoaddthepHbufferorthepHadjustmentagent.Thedesignliststhebasicdirectionsofthreesteps,includingthecomponent,thedosageandthebasicspecification.Thedesignchoosesthepre-selectedemulsionpolymerizationsemi-continuousprocess.Thisprocesshasmanyadvantages,suchas:assuringthestabilizationofthesystemtemperatureandthepolymerization,avoidingtheemergenceoftheexothermicpeak;effectivelycontrollingthecompositionoftheemulsionpolymer;narrowingthedistributionoftheparticlesizeandthemolecularweight;improvingtheconstancyoftheemulsionsystem;shorteningtheproductishase,improvingitsefficiencyetc.Thetypesoftheequipmentshavebeenselectedordesigned,aswellasthecorrespondingtechnologyparameter.Themainequipmentproductiongetsinvolvedemulsifiedcans,thereactionkettle,heatexchangers,hightrough,filtermachine,vacuum pumpandthemeteringpumpetc,accordingtotheactualproductioncondition,providestheselectedequipmentandthecorrespondingmanufacturers.Thisdesigntasksiliconacrylic-acidemulsionof600tonsannualproductionvolume,accordingtothedirection,vinylsiliconeintermediate’sdemandmentisabout20.17tonsandtetramethylammoniumhydroxidesiliconalkoxide’sdemandmentisabout0.1944tons.Thisdesignusesanassemblylineofthesilicone-acrylateemulsion,withworking216daysayear,12hoursaday.Theworkshopadoptsrectangularanddoublelayer.Thesizeoftheworkshopis24m×8m×10m.Duringthedesignoftheworkshop,theenvironmentprotectionsandworkers’craftsarealsoconsideredadequately.Firstly,therectangularworkshopisadvantagedtodesignthewholeworkshop,andalsoadvantagedtothelight andtheventilation.Secondly,thedouble-layersworkshophasahigherusingrate.Andspaceiseasytohaveleftoriginallyexpanding.ProfessorWuZhen,guidingbythedirectororiginally,hadsubmittedalotvaluableandpositivesuggestions,hadhelpedmetoraisethedesignmass.Here,Iexpressmysincerethankstothem.Theknowledgeaboutthesilicone-acrylateemulsionworkshopissoamplitude,butminearelimited.Cordiallyobsecratingteacherstomakeacommentonmistakes.目 录绪论 1设计任务 1丙烯酸树脂及其乳液 1概括 1丙稀酸树脂的结构特点 2丙稀酸树脂分类及应用 2有机硅树脂 3概论 3有机聚硅氧烷的结构 3有机聚硅氧烷的一般制备方法 4有机聚硅氧烷的性能及应用 4有机硅改性丙烯酸树脂及其乳液 5概括 5有机硅改性丙烯酸树脂乳液应用 5有机硅改性丙烯酸树脂乳液特性 6硅丙树脂涂料应用 6反应机理 7催化剂四甲基氢氧化铵硅醇盐的合成机理 7乙烯基有机硅中间体合成机理 7乙烯基有机硅改性丙烯酸酯的机理探讨 8生产方法 9有机硅中间体的生产 9碱催化聚合法 9酸催化聚合法 9乳液聚合概述 10乳液聚合特点 10乳液聚合原理 11乳液聚合工艺 12歇式乳液聚合 12半连续乳液聚合 12连续式乳液聚合 13预乳化工艺 13种子乳液聚合 14设备概述 14工艺流程及控制 15催化剂四甲基氢氧化铵硅醇盐的制备及工艺控制 15乙烯基有机硅中间体的制备及工艺控制 15硅丙乳液的制备及工艺控制 16配方设计 17催化剂四甲基氢氧化铵硅醇盐的制备配方 17乙烯基有机硅中间体的制备配方 18硅丙乳液配方 19单体的选择 19乳化剂的选择 21引发剂的选择 23分散介质的选择 24PH缓冲剂 24设备装置 25反应釜 25反应釜的类型 25反应釜的结构 26反应釜的搅拌 29搅拌器的传动 33反应釜的轴封 34换热器 36列管式换热器传热面积的估算 38列管式换热器的工艺结构尺寸 39高位槽 41预乳化罐 424.5泵 42泵的选型原则 42真空泵 43计量泵 43过滤器 45振动筛 45振动筛的选型 454.8贮罐 464.9设备数量 47非工艺设计 48车间人员表 48化学品贮存、防火与环保 48化学危险品贮存的基本要求 48化学危险品的养护 49消防措施 49废弃物的处理 50物料衡算 51生产工作日及流水线的确定 51硅丙乳液的物料衡算 51原料计算 51配方计算 51生产计划 52乙烯基有机硅中间体的物料衡算 52原料计算 52配方计算 53生产计划 53催化剂四甲基氢氧化铵硅醇盐的物料衡算 53原料计算 53配方计算 54生产计划 54热量衡算 54催化剂四甲基氢氧化铵硅醇盐的热量衡算 56乙烯基有机硅中间体的热量衡算 57硅丙乳液的热量衡算 58车间布置 60车间组成 60厂房布置 60设备布置 61车间布置图 61致 谢 62参考文献 63600600PAGE10绪论设计任务项目：600产品名称：硅丙乳液外观：带蓝光乳白色液体；固含量：50±2％；粘度：200－2000mPa.s；PH值：8－9；乳液粒径≤0.15μ；乳化体系：阴离子/非离子；Tg：25－30℃；机械稳定性：稳定；主要原料：（BA(MMA)（AA（HEA（SDS、壬基酚聚氧乙烯醚（OP—10、过硫酸铵、碳酸氢钠(NaHCO(NH²HO)(D3 3 2 4(CHNO)、四甲基四乙烯基环四硅氧烷(Dvi)、四甲基氢氧化铵硅醇盐等。413 4丙烯酸树脂及其乳液概括丙烯酸树脂是由丙烯酸酯类和甲基丙烯酸酯类及其它烯属单体共聚制成的1843,JosephRedtenbancher首先发现丙稀酸酯单体.经过了近一个世纪,2020,OttoRohom完成了丙稀酸酯单体工业化生产的工艺研究,19351973丙稀酸酯单体可以制备各种形态的涂料，首先是以溶剂型涂料问世，随着环保涂料的发展，水性涂料，高固体分涂料，辐射固化涂料，粉末涂料等已成为发展趋势。丙稀酸树脂的结构特点其中，RH1-18新品层出不穷。丙烯酸及其丙烯酸酯单体也许是最具有吸引力的合成聚合物的单体他们本身在常温下是易燃性质活泼和挥发性的液体因为羰基 和 位置有不饱和的双键结构可经乳液聚合溶液聚合等聚合方法及交联方法生成成千上万的各具特性的稳定聚合物主链的碳链和各种各样的酯键为聚合物提供多种优良性能如化学稳定性，耐候性，耐久性，硬度，柔韧性，溶解性和混溶性等。丙烯酸及酯聚合物已在许多领域得到了广泛的应用。有很强的光,热和化学稳定性，所以由丙烯酸酯树脂制得的涂料具有很好的耐候性,耐污性，耐酸，耐碱等性能.广泛用于面漆，例如汽车面漆,建筑外墙涂料，丙稀酸树脂分类及应用涂料行业用得最多的丙烯酸类树脂有溶剂型、水性以及无溶剂等三大类。主要讨论水性丙烯酸类树脂，其可分为热塑性和交联型两大类。热塑性丙烯酸 主要有丙烯酸乳胶(市场俗称纯丙其中包括丙烯酸苯乙烯乳胶(市场俗称苯丙)等。交联型丙烯酸 丙烯酸乳液、水稀释型丙烯酸以及水溶性丙烯酸等。①丙烯酸乳液交联型丙烯酸乳液多采用含某些官能团的单体参与共聚，生成自交联乳液。比较典型的可供交联官能团的单体是N—羟甲基丙烯酰胺及其各种烷基的醚化衍水性环氧树脂以及甲醇醚化三聚氰胺甲醛树脂等。早期曾大量用作建筑内外墙涂料，后因性能更为优越的乳胶型涂料问世而逐渐淡出市场。②水稀释型丙烯酸10~50nm多用于电泳底漆、家电、铝之类非铁金属制品以及皮革等方面。丙烯酸类作为电泳涂料使用时，主要考虑的是它的色浅、保光、保色性良好，所以多用作一次性底面合一的彩色涂装中。③水溶性丙烯酸水溶性丙烯酸树脂为含一定量羧基的丙烯酸类聚合物加胺中和成盐而获得水溶性。其羧基含量较水稀释型丙烯酸分散体高，故成盐后呈水溶性。有机硅树脂概论250242～8%。硅树脂另一突出的性能是优异的电绝缘性能,它在宽的温度和频率范围内均能保持其良好的绝缘性能。一般硅树501013～10153，10-30的耐腐蚀性能良好，但耐溶剂的性能较差。有机聚硅氧烷的结构1937J.F.海德首先制成浸涂电绝缘用玻璃布的有机硅树脂。年美国陶－康宁公司建成甲基苯基硅树脂中间试验工厂，1945RR'Si O R'R n学名聚硅氧烷树脂。主链由硅氧原子交替组成、硅原子上带有有机基团支链(R)原子(Si)R/Si<2R/Si>2的油状物，称硅油。20～60％之间，漆膜的抗弯曲性和耐热性有机聚硅氧烷的一般制备方法250242～8%。硅树脂另一突出的性能是优异的电绝缘性能,它在宽的温度和频率范围内均能保持其良好的绝缘性能。一般硅树501013～10153，10-30的耐腐蚀性能良好，但耐溶剂的性能较差。有机聚硅氧烷的性能及应用有机聚硅氧烷(如硅油、硅橡胶、硅树脂等)具有许多独特的性能，如耐高低温、耐候、耐老化、电气绝缘、耐臭氧、憎水、难燃、生理惰性等。有机硅产品的这些优异性能为其他的有机高分子材料所不能比拟和替代。高档建筑涂料提供一种优良的乳液原料。有机硅改性丙烯酸树脂及其乳液概括Si—O452kJ/mol，C—C(345kJ/molC—O(351kJ/mol)，因方便。用有机硅改性丙烯酸树脂进行改性，能给改性后的产品带来诸多新性质，和用二者进行改性，可获得性能优越的树脂他兼备丙烯酸树脂，聚硅氧烷的优点。有机硅改性丙烯酸树脂乳液应用A织物防水拒水涂料有机硅和丙烯酸进行共聚，合成织物防水，拒水涂料，用作羽绒服，风衣，雨伞，滑雪衣等制品的呢搭稠，牛津布等织物，均要进行防水拒水处理。经用硅-丙涂胶进行一次涂布整理后，即可达到防水，拒水双重效果。用以代替目前国内的二次涂布工艺的涂胶，可以缩短涂布工艺的流程，提高效率，降低成本。经整理后的织物手感柔软，耐水压，泼水性好。B皮革涂饰材料80元共聚，接枝，交联以及核-壳共聚等技术，研制出了第二代改性丙烯酸树脂，DG,RA-CS,BT,AC涂料印花胶黏剂将有机硅油与丙烯酸酯类单体进行乳液共聚可以制的性能好稳定性高的改性丙烯酸酯树脂乳液。D织物柔软整理剂以含氢聚甲基硅氧烷，八甲基硅氧烷和丙烯酸酯为原料，以水为分散介质，采用水溶性催化剂通过乳液聚合合成方法合成的水乳型有机硅织物柔软整理剂，处理的织物手感柔软，滑爽，丰满，挺拔，活络率高。干湿摩擦牢度高，色泽明亮，无泛黄现象，具有优异的车缝性和耐洗性，应用前景阔。有机硅改性丙烯酸树脂乳液特性丙烯酸酯乳液经过有机硅改性以后，得到如下的特性：改善了涂膜的斥水性有机硅具有优异的憎水性，用有机硅改性的丙吸功能。提高涂膜的附着力 有机硅的硅氧基通过吸收底材的水分发生水解生成硅醇后者与底材的羟基(—OH)或硅离子(由硅酸盐底材提供)缩聚交联结就像聚合物在底材上生了根一样，改善了涂膜的湿附着力。提高涂层的耐老化性能 硅氧基团的交联反应不但发生在聚合物与基材之间，同样也发生在聚合物链之间，因而形成网状结构。此外键的解能较高，故硅丙乳液的耐老化性能更好。提高涂层抗沾污性 如上所述硅丙乳液涂膜的网状结构良好的耐性、低表面张力和强憎水特性，必然带来涂层的优良的抗沾污性。硅丙树脂涂料应用有机硅改性丙烯酸乳液(简称：硅丙乳液)是由有机硅与丙烯酸酯类共聚后，再与另一有机硅接枝而成。用其配制的涂料具有优良的耐候性、耐擦性、耐污染性和耐化学品性。2l反应机理催化剂四甲基氢氧化铵硅醇盐的合成机理H2SO4,CF3SO3H,我国目前主要生产的公司在工业中生产中多采用Me4NOH做催化剂。Me4NOH商品是其10%~25%的水溶液，或50%的固体。水的存在会影响它的催化活性和聚硅氧烷的摩尔质量，使用时必须除去。为了方便使用，常先将其与D4催化剂使用。其反应示意方程式如下：D41 MeNOH80CD44 4

MeMeNO SiO H4Me设计中采用四甲基氢氧化铵是因为他的活性比KOH大，在D4反开环聚合反KOH15090-110°C130°CMeNOH13CMeNMeOH4 3其后处理工序简单。这种催化剂称为“暂时性催化剂”。乙烯基有机硅中间体合成机理Si—O—Si连接有机基的聚合物，结构式可表示如下：(RSiO )n 4-n/2m其中，R为有机基团(如Me、Ph、—CH=CH等)；n为硅原子上连接的有机基2团数(1、2、3)；m为聚合度(≥2)。有机聚硅氧烷的制备方法大致可分为两大类：聚合反应和缩聚反应。聚合反应本设计采用八甲基环四硅氧烷(D(Dvi)在四4 4甲基氢氧化铵硅醇盐(MeNOH)作为催化剂来制备有机硅中间体。具体反应示意方4程式如下：CH3 CH3CH3Si O

CH2

CH3 CH3CHSi OCH

2化

CH3 CH3CH3

OSiCH3

OOSiCH3

CH3

CH2

OSiCH3

OOSiCH3

CHCH2

SiCH3

O SimCH

OnCH2乙烯基有机硅改性丙烯酸酯的机理探讨本文使用含乙烯基的有机硅氧烷中间体改性丙烯酸酯乳液制备硅丙共聚乳液,是利用乙烯基硅氧烷中间体中的双键和丙烯酸酯类单体进行自由基聚合 相对氢聚有机硅烷大单体来说更易与丙烯酸酯类单体共聚,使用较少的量就可以达到改性要求;而且在成膜过程中乳液能发生自交联反应,有利于提高涂膜的附着力硬度耐沾污性及耐候性.但乙烯基有机硅氧烷在水中极易发生水和缩聚反应,影响乳液聚合反应的稳定进行,进而影响涂膜性能。初期,预乳化工艺比单体滴加工艺的聚合速率快,但反应终了时的转化率略在一定乳化剂用量范围内,反应速率随乳化剂浓度的增加而增加.非离子型21499214间内,转化率较低,并且反应后期转化率上升趋势不明显.因为乳化剂越多,被分散的单体液滴越小,单体液滴的数量越多,捕获自由基的概率越大,所以因是复合乳化剂用量较大时,乳胶粒吸附的乳化剂量较多,离子型乳化剂在胶束表面形成电荷增多,对引发剂进入乳胶粒产生了一定的阻碍作用。pH7～8之间时也有利于反应的进行.RP∝[E]0172,RP∝[I]0156,表观活化能Ea为143192kJ²mol-1.,种子乳液聚合初期,,反应成核主要是以胶束成核为主。生产方法有机硅中间体的生产聚硅氧烷。聚合过程由4开环聚合时，活性中心首先进攻有张力的环硅氧烷，使之成为线性硅氧烷，随后活性中心以同等机遇进攻无张力的环硅氧烷及线状大分子硅氧烷中的Si—O键；在环体开环聚合成高摩尔质量线型聚合物的同时，也发生大分子断链降解，使聚硅氧烷分子分布达到平衡状态，就是硅氧烷重排反应，亦即平衡化反应：环硅氧烷线型硅氧烷本设计采用八甲基环四硅氧烷(D(Dvi)在四4 4甲基氢氧化铵硅醇盐(MeNOH)作为催化剂来制备有机硅中间体。4碱催化聚合法阴离子催化开环聚合反应，就是在碱性催化剂作用下，使环硅氧烷聚合成线型聚硅氧烷的过程。物(MOH)，碱金属醇盐(ROH)、酚盐(ArOM)、硅醇盐(≡SiOM)、硫醇盐(RSM铵碱(R4NOH)(R4POH)(≡SiONR4(≡SiOPR4)等。其中，不同碱金属氢氧化物催化环体开环聚合的活性顺序如下：CsOH＞RbOH＞KOH＞NaOH＞LiOH本设计选用自制的Me4NOH(四甲基氢氧化铵)作催化剂，它的活性比常用的KOHD4KOH15090~110℃具有很好130℃MeNOH13CMeNMeOH4 3其后处理工序简单。这种催化剂也称为“暂时性催化剂”。酸催化聚合法H2SO4H2SO4D4中氧原子的未共享电子配对，使SiO键断裂（开环），D4作用，式硅氧烷链节不断增长，成为高聚合度的聚硅氧烷。采用阳离子催化剂反应来制备聚硅氧烷，再某些情况下极为重要的，因为像带有氯甲基氟化环丁基以及Si H的环体都不能在阴离子催化下聚合而必用阳离子催化剂。常用催化剂有：硫酸，烷基和芳基磺酸，硫酸二羟基硅基酯，氯磺酸，硫酸铝，碘或溴溶液，无机有有机酸，路易斯酸，酸性黏土以及其他亲电试剂。乳液聚合概述合反应体系的主要组成是单体,水,引发剂和乳化剂。1乳液聚合中,聚合物粒子的粒径小,只有0.1—1um,0.5—2mm液聚合的产物是一种稳定的分散剂,悬浮聚合得到的产物则可以快速从液相中分出。正是这些差别导致了乳液聚合具有与悬浮聚合不同的聚合机理。对于本体,溶液和悬浮聚合,聚合反应速率和聚合物分子量之间存在明显的以无须改变聚合速率而用加入链转移剂来完成。但要大幅度提高分子量,只能通他提供乐意个提高聚合物分子量而不降低聚合速率的独特方法。乳液聚合特点乳液聚合主要有以下优点:聚合热易扩散,聚合反应温度易控制；(3)能获得高分子量的聚合产物；可直接以乳液形式使用；量(VOC)，能得到环境有好型产品；反应速率；接利用；生产灵活性大，还能进行粒子设计。乳液聚合原理对于“理想体系”，即单体、乳化剂难溶于水，引发剂溶于水，聚合物溶于单体的情况极少量单体和少量乳化剂以分子分散状态溶解在水中。大部分乳化剂形成胶束，约大部分单体分散成液滴，约聚合场所：水相不是聚合的主要场所；体液滴也不是聚合场所；合场所在胶束内胶束比表面积大，内部单体浓度很高，提供了自由基进入引发聚合的条件液滴中的单体通过水相可补充胶束内的聚合消耗成核机理：成核是指形成聚合物乳胶粒的过程。有两种途径：胶束成核：自由基由水相进入胶束引发增长的过程剂而稳定，继而又有单体扩散进入形成聚合物乳胶粒的过程聚合过程：Ⅰ阶段：乳胶粒生成期，从开始引发到胶束消失为止，递增。Ⅰ阶段：乳胶粒生成期，从开始引发到胶束消失为止，递增。Ⅰ阶段Ⅱ阶段Ⅲ阶段乳胶粒不断增加恒定恒定胶束直到消失－－单体液滴数目不变不断增加直到消失恒定－下降又称成核阶段。100乳化剂用量越大，阶段Ⅰ持续时间越长。Ⅱ阶段：恒速期，从胶束消失到单体液滴消失为止，恒定。珠滴则逐渐减少，直到单体珠滴消失，阶段Ⅱ结束。Ⅲ阶段：降速期，从单体液滴消失到聚合结束，下降。在阶段Ⅲ，由于单体珠滴消失了，在乳胶粒中的聚合反应只能消耗自身贮存提高而逐渐降低，直至聚合反应完成。乳液聚合工艺歇式乳液聚合所谓间歇式乳液聚合，就是把规定量的水、乳化剂、单体、引发剂等物料一次加入聚合反应釜，搅拌乳化；然后升温至反应温度，进行聚合；待达到了所要求的转化率，聚合反应即告成功；最后经降温、过滤就得到了聚合物乳液。优点：设备最简单、操作方便、生产灵活性大。缺点：1间歇乳液聚合会出现前期和后期反应不均衡，常常导致反应失控。半衰期很短的引发剂丙烯酸酯型凝胶现象严重下竞聚率小的单体。导致前后期间聚合物共聚组成不同，影响产品质量。同时单体吸附乳化剂，使胶束数目减少。后反应后期又升温。一般来说，间歇乳液聚合只能制备具有均相乳胶粒结构的聚合物乳液。半连续乳液聚合将部分单体和引发剂、乳化剂、分散介质等投入反应釜中，聚合到一定程度后，再将余下的单体和/或引发剂等添加剂，在一定的时间间隔内，按照一定的方式，连续地加入到反应器中继续进行聚合，直至达到所要求的转化率，反应即告结束，这样一种聚合过程叫做半连续乳液聚合。半连续乳液聚合特点：部分组分先投料；剩余部分在一定时间内连续加料，到达所需要的转化率停止反应。半连续乳液聚合的加料方式：单体加料速率<聚合反应速率时，体系处于饥饿态；单体加料速率>聚合反应速率时，体系处于充溢态；将一种单体先全部加入反应体系中，再按照一定的程序，滴加另一种单体，即为半饥饿态。据上述特点半连续乳液聚合的优点是通过加料快慢控制聚合反应速率和放热速率；分子量较间歇法偏小，且分布较宽；乳液聚合体系稳定性高。连续式乳液聚合在聚合过程中，连续加入单体、乳化剂、引发剂、水等物料，进行连续的乳液聚合反应，并且连续地取出乳液的聚合方法，称为连续式乳液聚合。他与间歇乳液聚合相比具有的特点如下：乳胶粒尺寸分布宽；共聚时聚合物组成不随时间发生变化，但支化度增大；聚合体系热量和质量稳定。连续反应器与间歇反应器，在很多方面存在不同：粒尺寸分布宽。连续反应器中，稳态时放热是均匀的，产品质量稳定，生产效率高。乳液聚合能否实现连续化的一个关键问题是能否解决粘釜或者挂胶问题。预乳化工艺续或半连续乳液聚合常用的单体前处理工艺。预乳化有一下优点：化剂，故预乳化工艺可在乳液聚合过程中使体系稳定，减少凝胶。乳胶粒尺寸。合正常进行和使共聚组成均一。种子乳液聚合然后取一定量的种子乳液投入聚合釜中，加入水、引发剂、单体及乳化剂，以种子乳液的乳胶粒为核心，进行聚合反应，使乳胶粒不断长大。在进行种子乳液聚合中，要严格控制乳胶粒的补加速度，以防止形成新的胶束和新的乳胶粒。期，提高生产效率。设备概述生产设备主要有反应釜、冷凝器、高位槽、过滤机、锅炉、真空系统以及配套的物料输送装置、计量装置等。反应釜除夹套可通蒸汽和冷水，以便迅速带走反应热，大釜还应设计防爆聚的安全膜。工艺流程及控制催化剂四甲基氢氧化铵硅醇盐的制备及工艺控制八甲基环四八甲基环四硅氧烷（D）4四甲基氢氧化铵水溶液（50％）混合搅拌抽真空四甲基氢氧化铵硅醇盐（催化剂）脱低沸合成脱水将八甲基环四硅氧烷(D450%的四甲基氢氧化铵水溶液放入反应釜中，真40℃0.5h13.33KPa下加热至80℃反应，同时将剩余的水分不断蒸出，反应物黏度逐渐增加，并逐1.33KPa四甲基氢氧化铵硅醇盐.所用的四甲基氢氧化铵易吸收空气中的二氧化碳，生成碳酸盐降低活性，因此储存和使用过程中要避免将其暴露在空气之中。乙烯基有机硅中间体的制备及工艺控制八甲基环八甲基环四硅氧烷四甲基四乙烯基环四硅氧烷四甲基氢氧化铵硅醇盐平衡反应脱水乙烯基有机硅中间真空脱低沸催化剂失活60-65°C，13.33KPa1h。90-110°C150°C0.5h，以分解破坏催化剂，使其四甲基氢氧化铵硅醇盐失去催化剂的活性。180-200°C，13.33KPa85%-90%。硅丙乳液的制备及工艺控制复合乳化复合乳化剂引发剂丙烯酸酯单体预乳化单体乳化液中间体混合出料：硅丙乳液过滤聚合1/470℃，75℃0.5h6-785℃，1/41h35℃PH8-9可，用振动筛过滤后出料即得到硅丙乳液。配方设计催化剂四甲基氢氧化铵硅醇盐的制备配方表3.1催化剂四甲基氢氧化铵硅醇盐配方设计表组 分八甲基环四硅氧烷(D)4四甲基氢氧化铵水溶液(50%)配方解析

质量份%1002①八甲基环四硅氧烷（D4），是一种以二甲基二氯硅烷为主要原料，在经过水解合成工序制得的水解物基础上经过分离、精馏，或者是在水解物经过裂解后或在DMC基础上再分离、精馏后制得的有单独定义的化合物。硅橡胶汽车、个人护理、食品、机械加工等各个领域，也有少量直接应用。②四甲基氢氧化铵(C4H13NO)，结晶（常含三、五等结晶水），一定的氨气味，具有强碱性，在空气中能迅速吸收二氧化碳，通常制10%、25%5140℃，130℃1.00(25/4℃)。有机硅扩散泵油，无溶剂有硅模塑料，有机硅树脂，硅橡胶等的催化剂。D4Me4NOHKOH150Me4NOHKOH则聚合物易于裂解。因此在设计中采用四甲基氢氧化铵。50:1一定量的四甲基氢氧化铵。乙烯基有机硅中间体的制备配方组 分八甲基环四硅氧烷(D)组 分八甲基环四硅氧烷(D)4四甲基四乙烯基环四硅氧烷(D4四甲基氢氧化铵硅醇盐六甲基二硅氧烷（MM）质量份10030.016配方解析①八甲基环四硅氧烷已在催化剂四甲基氢氧化铵硅醇盐的配方之中说明过。加剂(中间体)，也是合成各种硅橡胶的基础原料之一。四甲基四乙烯基环四硅氧烷的基本信息如下：分子式：C12H24O4Si4；其分子量：344.66；CAS号：2554-06-5；性质：密度0.997。熔点-44°C。沸点224-224.5°C。折射率1.4342。闪点210°F。D4vi化剂。当使用四甲基氢氧化铵硅醇盐做催化剂时，其用量为硅氧烷总量的0.01%。故在本设计中采用此比例安排。（封断剂）节。常用的链终止剂如：六甲基二硅氧烷，简称MM；1,1,3,3-四甲基二乙烯基二硅氧烷，简称双封头等。六甲基二硅氧烷，简称MM，为无色透明液体，无毒。分子式为：C6H18OSi2分子结构式：六甲基二硅氧烷的技术指标如下：密度(25)g/cm3：0.762—0.770 折光率():1.3748六甲基二硅氧烷作为封头剂、清洗剂、脱膜剂，主要用于有机化工及医药化工生产中。贮存时，不准接触明火，应保持通风、干燥，防止阳光照射，贮存温度-50℃～45℃。运输时，应避免碰撞，防雨淋、日晒，按危险品贮存和运输。6产物。硅丙乳液配方表3.3硅丙乳液配方表原材料有机硅中间体规 格自 制质量份%15甲基丙烯酸甲酯(MMA)工业级120单 体丙烯酸丁酯(BA)工业级40丙烯酸(AA)工业级2.5丙烯酸羟乙酯(HEA)工业级2.5非离子型工业级2.4乳化剂(OP-10)阴离子型(SDS)工业级4.8引发剂过硫酸钾(KSO)228工业级90分散介质去离子水去离子水172总 计449.2单体的选择①丙烯酸羟乙酯(HEA)有利于乳液聚合反应平稳进行，增加乳液后处理和储存时稳定性但过量极性单体会导致乳液膜或其涂料的耐水性能降低。②甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(AA)、丙烯酸(BA)50%，性能要求户外耐久性硬度柔韧性耐碱性附着力

表3.4按涂膜性能要求选用单体选用单体甲基丙烯酸酯、除(丙稀酸甲酯、丙烯酸乙酯)外的丙烯酸酯甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、乙烯丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯丙烯酸、甲基丙烯酸表3.5乳胶漆常用单体的优缺点单 体甲基丙烯酸甲丙烯酸丁酯

优 点户外耐久性、硬度、耐沾污柔韧性、耐水性

缺 脆，需增塑易沾污丙烯酸 功能团、硬度、附着力、稳定性 影响耐水性和耐碱性③软、硬单体比列的确定硬单体一般有甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、醋酸乙烯酯、丙烯酸等，软单体通常有丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、乙烯等。本设计中甲基丙烯酸甲酯（MMA）为硬单体，丙烯酸丁酯(BA)为软单体，调合适比例，可得到硬度大、韧性好的乳液。聚合物自身的内聚力就会增大，漆膜变脆，涂层不能形成连续膜。软单体赋予漆膜一定的柔韧性，使其在低温下能得到很好的应用。但软单体过多，则会使涂层变软，表面发粘，耐沾污性下降。称为玻璃化转变，对应的转变温度即玻璃化转变温度，简称为玻璃化温度(Tg)。它是聚合物的重要特征参数。表3.6单体均聚物的玻璃化温度甲基丙烯酸甲酯(MMA)120gTg=105℃=378.15K丙烯酸丁酯(BA)40gTg=-54℃=219.15K丙烯酸(AA)2.5gTg=106℃=379.15K丙烯酸羟乙酯(HEA)2.5gTg=-15℃=258.15K乙烯基有机硅中间体(暂定)15gTg=-100℃=173.15K无规共聚物Tg的计算公式较常采用Gibbs—Dimarzio公式估算：1 w w w 123T T T Tg g1 g2 g3其中，TgK)

、w、w为单体的质量分1 2 3数，、T T数，、g1 g2

T3为单体均聚物的玻璃化转变温度(K)。、g1 w w w w w、g MMATg TgMMA

BATgBA

AATgAA

HEATgHEA

iTgi1 120 40 2.5 2.5 15 Tg 378.15 219.15 379.15 258.15 173.15通过计算得到Tg=298.6K。既约为25.5°C。本设计中因此采用（BA）软单体/（MMA）硬单体比例为1:3。乳化剂的选择乳化剂是乳浊液的稳定剂，是一类表面活性剂。乳化剂种类及用量对乳液的合成及稳定性有很大影响。一般认为,非离子型乳化剂与阴离子型乳化剂联合使用,可使两种乳化剂分定性。因此,在乳液聚合过程中,使用复合乳化剂形成的混合胶束,其稳定性及效果比单一乳化剂要好。①阴离子乳化剂种类对乳液性能的影响十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠作阴离子乳化剂，对乳液性能的影响如下表所示。表3.7阴离子乳化剂种类对乳液性能的影响乳化剂的种类乳液状态十二烷基硫酸钠乳白色半透明液体十二烷基磺酸钠浅蓝光半透明液体磺酸钠浅蓝光半透明液体平均粒径（nm）2319878机械稳定性好好好磺酸钠的效果较好，这与三种阴离子乳化剂的HLBHLB600600PAGE22②非离子乳化剂OP10OP10③乳化剂的配比对乳液的性能影响本设计采用十二烷基苯磺酸钠作阴离子乳化剂，OP10两种乳化剂用量配比对乳液性能的影响如表所示。SDS/OP0.5SDS/OP0.5乳液稳定性 -1-2+3+4-阴离子型乳化剂中加入具有较长聚氧乙烯链的非离子型乳化剂(即OP一1O)的时候，可以提高有机硅乳液的相对稳定性。能赋予乳胶粒子较高的立体稳定作用硅乳胶粒径增大，黏度减小，不利于乳液的稳定性。因此综合考虑，当阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂的质量比为2/1的时候，可以得到稳定性较好的乳液。④乳化剂用量对乳液的性能影响性能。乳化剂用量（%）3.0乳化剂用量（%）3.0乳白3.54.04.55.0浅蓝光半透 乳白色半透 乳白色半透乳液状态乳白色色明液体明液体明液体平均粒径（mm）63627986115238机械稳定性较好好好好较好涂抹吸水率（%）11.6810.322.429.7814.45随着混合乳化剂用量的增大，有机硅乳液稳定性提高。因此当乳化剂用量为4％时，聚合反应平稳，所得乳液性能最佳。本设计中乳化剂用量为单体总量的4%。引发剂的选择在有机硅改性丙烯酸酯共聚乳液聚合过程中，采用过硫酸铵作为引发剂。①引发剂的加入方式对乳液性能的影响得到性能优良的产物。根据他人终结表明第一次加入70％的引发剂而第二次补加30％的引发剂是最优的加入方式。②引发剂的用量对乳液的性能影响引发剂过少，单位时间形成的乳胶粒少，反应慢，生成的乳液颗粒大，过乳液粒度减小，转化率增加，耐水性增加；若引发剂用量过多，由于链引发和链聚合物链缠绕、交联等现象，引起凝胶的形成。表3.10引发剂的用量对乳液的性能影响引发剂的用量0.350.400.450.500.550.7乳液状态乳白色液体乳白色液体乳白色带少量蓝光液体白色液体乳白色带少量蓝光液体乳白色液体有少量凝胶平均粒径（mm）78332012682135-涂膜吸水率（%）16.2313.8011.932.5310.78-因此，当引发剂用量为05％时可得到最佳性能的乳液。本设计中引发剂的用量为单体总量的0.5%。分散介质的选择分散介质是由物质分散成微小的粒子(液滴或气泡)而分布在另一种物质中所组成的物系。乳液聚合可以不以水为分散介质，但在实际应用中以水为介质不仅便宜，易得，不燃，不爆，无毒，无味，利于环保，而且水是优良的传热介质，可以很快的带走聚合反应产生的热量，保证聚合过程平稳进行，5*10^4~~1*10^7Ω.cm，0.05mg/L水和单体的比例应以聚合反应能够在较低和容易控制的粘度范围内进行为=63:35，设计中去离子水的质量份设为172，通过计算得出乳液固含量=51.76%，符合设计要求。PH0．3％～0．6％NaHC03pH应体系稳定，增加硅丙乳液的存放时间。Ph值24681011水溶性不容不容微溶溶易溶易溶稳定性不好不好较好好好好pHPH8PH=8，0.5%，计任务要求。设备装置反应釜反应釜主要应用于石油、聚合、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、缩合等工艺过程的压力容器，例如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜等；材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔、因康镍）合金及其它复合材料。反应釜是硅丙乳液生产的主要设备。它通常是一个带搅拌器的立式容器，大多可以进行加热或冷却，供液体原料或液体原料与固体原料之间进行化学反应用。反应釜的类型4锈钢，碳钢层主要用于电感应加热。不锈刚反应釜不锈刚反应釜所用不锈钢材的牌号主要有0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti和1Cr18Ni12Mo2Ti等。用不锈钢制造的反应釜，主要具有下面一些特点。① 作压力，也可承受块状固体物料加料时的冲击。耐热性能好，工作温度范围很广（－196～600℃），在较高温度下不会氧化起皮，可用于直接火加热。具有高的耐腐蚀性能，无生锈现象。传热效果好，升温和降温速度较快。接触卤族元素（氟、氯、溴等）时会产生晶间腐蚀，因此，不锈钢反应釜不能在有卤族元素介质存在的情况下工作。搪玻璃反应釜≤60℃，pH≤12）180℃物料粘附少，容易清洗。等方面还是有许多不足之处。①允许工作压力有限制。一般釜内为0.39Mpa，夹套内为0.59Mpa。由于搪玻璃设备的法兰密封及轴封的严密程度要比非搪玻璃设备差（烧结时变形所致），所以它不宜用于真空度大与80kPa的工作场合。允许工作温度有限制。一般只能在200℃以下使用。温度急剧变化时，瓷釉容易出现破损。搪玻璃层脆，抗机械冲击能力很低。荷的积聚。因此，必须采取防静电措施。由于以上的原因，搪玻璃反应釜主要适用于较低温度下反应的树脂生产。式反应釜。反应釜的结构出气孔、取样孔及温度计孔等。支座、放料阀及保温层，图中未表示。图4.1醇酸树脂反应釜(导热油加热)1—减速机(带电机)；2—机架；3—填料箱；4—上封头；5—打沫翅；6—夹套；7—搅拌轴；8—蛇管；9—搅拌器；10—筒体；11—下封头一般不锈钢反应釜的釜盖（或称上封头）和釜底（下封头）Th11/4h225、4050mm1000mm，h1250mm10mm，h225mm，若钢板厚度为10～20mm40mm，当大于20mm50mm。在JB1154—73图4.2 椭圆形封头T—封头内径；h—曲面高度；h—直边高度；S—高度1 2椭圆形封头为半个旋转椭球面再加上一段直边。封头的各种数据可从相关标准中查到。由于目前通过冲压或旋压的方法，能方便地加工椭圆形封头，所以目前国内的反应釜大多使用椭圆形封头。5.3阀。图4.3硅丙乳液反应釜的釜盖开孔示意图1—人孔；2—视镜；3、4—温度计口；5—取样口；6—灯孔；7—惰性气体入口；8—排空口/真空口；9—回流液入口；10—搅拌轴(轴封)口；11—蒸汽出口(接换热器)；12—14却物料。依据热源不同反应釜釜体可设计成不同形式。套；釜体内部是浸入式热交换盘管。平滑夹套液态或气态的各种热载体加热反应釜中物料。0.65系数的下限。定值，否则筒体可能被压瘪。2～3螺旋盘管夹套4.4螺旋半圆管夹套有3个特点。可以减小筒体和封头的壁厚，节省金属材料蒸气或导热油等热载体都有一定压力，夹套反应釜按外压容器计算，所以筒体和封头壁厚较大。而半管式反应釜，由于

图4.4 螺旋半圆力，不必按外压容器计算，壁厚大大减小。提高传热效率由于半管截面积小，热载体流速大，所以给热系数也大，提高了传热效率。适合于液态热载体对反应釜的加热。节约能量12m3树脂反应釜为例，夹套的总1.8m30.2m38多消耗一些能量。浸入式传热装置为了加大传热面积，加快升、降温速度，不论夹套釜或半管釜，都可以在釜内设置浸入式热交换装置。一般反应釜容量大于6m3时，就要考虑加浸入式盘盘管应设计成能经受较高的压力，其制造质量应经严格的检验，以防泄漏。能显示出它独特的优势。反应釜的搅拌的混合、分散或溶解，从而达到均匀混合。③使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀地悬浮；④使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；⑤强化相间的传质（如吸收等）；⑥强化传热。对于均相反应，主要是①、⑥两点。混合的快慢、均匀程度和传热情况好坏，都会影响反应生产效率起着重要作用。搅拌的基本原理从宏观上看，搅拌槽内液体运动的方式，不外是切向（圆周）3（湍流强度）为了强化湍动，通常采取以下措施：①提高搅拌器的转速Hn压头和提高排液量的能力。②阻止槽内液体的圆周运动混合效果下降。阻止液体作圆周运动的方法中，以安装挡板最通用。（a）（a）(b)(c)(b)图4.5档板的放置方法（a））（c）用于高粘度液体挡板的宽度约为槽内径的1/12～1/10，液体粘度大时挡板要离壁安装或沿流向成一斜角，并适当减小挡板宽度。液体粘度大于50Pa²s时可不设置挡板。搅拌器的形式A浆式搅拌器。B框式和锚式搅拌器。锚式搅拌器框式搅拌器锚式搅拌器框式搅拌器状和反应釜下封头形状相似，通常称为锚式搅拌器。C推进式搅拌器。推进式搅拌器 推进式搅拌器的液流情况推进式搅拌器，常用整体铸造，加工方便。推进式搅拌器采用焊接时，需模锻后再与轴套焊接，加工较困难。因推进式搅拌器转速高，制造时要作静平衡试验。搅拌器可用轴套以平键（或紧固螺钉）与轴固定。通常为两个搅拌叶，第一个桨叶安装在反应釜的上部，把液体或气体往下压；第二个桨叶安装在下部，把液体往上推。搅拌时能使物料在反应釜内循环流动，所起作用以容积循环为主，剪切作用较小，上下翻腾效果良好。当需要有更大的流速时，反应釜内设有导流筒。推进式搅拌器直径约取反应釜内径的1/4~1/3，切线速度可达5~15m/s，转速范围为300~600r/min，搅拌器的材质常用铸铁、铸钢。D涡轮式搅拌器。图4.6各种涡轮搅拌器涡轮式搅拌器型式很多桨叶又分为平直叶和弯曲叶两种搅拌叶一般和圆盘焊接（或以螺栓联接），圆盘焊在轴套上。搅拌器用轴套以平键和销钉与轴定。涡轮搅拌器的主要优点是当能量消耗不大时，搅拌效率较高因此它适用于乳浊液、悬浮液等。涡轮搅拌器速度较大，切线速度约 3~8m/s，转速范围300~600r/min。E特殊型式搅拌器。拌器需有所区别。制备的乙烯基有机硅中间体由于黏度较大，选择DT603--KS设备名称：WK型六弯叶开启涡轮式搅拌器；KS型椭圆底框式搅拌器。DT603--六弯叶圆盘涡轮搅拌器 椭圆底框式－KS搅拌器搅拌器的传动两类。齿轮减速机和蜗轮减速机等几种。4图图4.6 8000系列行星摆线减速机反应釜的轴封同时，也防止釜内负压操作时，空气被抽入釜内而降低了釜内的真空度。轴封的形式很多，目前最常用的是软填料密封和机械密封两种型式。软填料密封4.7（俗称盘根沿轴向压紧，使其产生径向弹塑性变形，堵塞间隙而密封。在软填料密封中，可能泄漏的渠道有：轴与软填料之间的间隙；软填料与填料箱之间的间隙及软填料自身的空隙。为了达到密封的目的，就要压紧软填料，堵住这三条。这三者中，因为轴要转动，所以堵住轴与软填料之间的间隙更困难一些。在使用一端时间后，软填料磨损、变硬。同时，填料中的浸渍剂也有损耗。这时就要发生泄漏，需要重新拧紧螺母，压紧软填料。但是，软填料压紧的程度要适当。太松固然要泄漏，但太紧了则软填料与轴的磨损加剧，不仅无谓地多消耗摩擦功率，而且由于软填料的磨损、发热，甚至烧坏，导致密封更快地失效。为了减少软填料与轴摩擦造成的发热、磨损和功

图4.7软填料密封的结构1—衬套；2—填料箱体；2—3—O形密封圈；率消耗软填料密封要进行润滑一般的润滑方法有： 3—水夹；5—填料；选用自润滑型的软填料；安装软填料时浸油或涂润滑 6—压；7—双头螺栓脂；利用油环注入密封液，可同时起到润滑和密封的作用。350℃，可不用冷却水套进行冷却，所以特别适用于高温树脂反应釜。要使软填料密封做到不泄漏，应从下面3个方面着手：轴要光、要圆，摆动量要小，轴的表面最好经表面淬火或喷镀后磨光，也可镀硬铬；选用好的密封填料；要经常维护；装入时要一圈一圈地装，并压紧，而且压紧里的大小要适宜，要均匀；机械密封4.8OVO；V3V良后果，此润滑液除了有润滑性和沸点较高外，还应能与釜内物料相容。图4.8 釜用机械密封2—套筒密封圈（静密封；3—4—上静环：5—6—上、下动环密封圈（动密封7—8—下动环；9—下静环；10—密封箱；11—压紧圈；12—上、下静环密封圈（静密封）本设计中为保证有高的真空度，所以选用机械密封。其优点是密封性可靠，泄漏量小，摩擦功率消耗小，使用寿命长，对轴的磨损很小。换热器换热器（exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程列管式换热器。①固定管板式换热器为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）在壳壁与管壁温差低于60～70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超0.6Mpa②浮头式换热器所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束③填料函式换热器④U型管式换热器UU本设计中采用固定管板式换热器。固定管板式换热器石油、工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。在炼40%30%-45%带来了显著的经济效益。固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。排管较多，在相同直径下面积较大，制造较简单。可以用隔板分成任何程数。固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。在换热器的设计和选型中，工艺流体(被处理物料)的进、出口温度是由工艺要求规定的，加热剂或这个出口温度的高低将直接影响到加热剂或冷却剂的用量以及换热器传热面积的大小。（CaCO3CaSO4MgCO3MgSO4等）的溶解度随温度升高而减小，如出口温度过高，盐类析出，将形成同样的原则选择加热介质的出口温度。这就是流体出口温度优化选择的原则。本设计硅丙乳液的制备中，两流体温度变化情况如下：热流体单体，进口温度T=80℃，出口温度T

=40℃，温差为40℃1 21冷流体是水，进口温度t=20℃，出口温度t2=40℃。温差为20℃。1列管式换热器传热面积的估算根据配方表可以得知,MMABA89%MMABA计算热负荷Q已知：MMA的反应热QMMA=13.8kcal/mol，BA的反应热QBA=18.5kcal/mol；MMAMMA的分子摩尔质量M =100.1210-3kg/mol，BA的分子摩尔质量MMA；M =128.1710-3kg/mol；BA

120

40 。MMA

449.2

BA 449.2选择一个3吨的反应釜(物料衡算得出其装料系数约为85%)，则计算总热负荷Q3103kg85%WQMMAMMMA

MMA

3103kg85%W BAQM BABA310385%

120 40 3 449.213.8449.218.5100.12103126669.68kcal

128.17103因为1kcal/s=4184.1004J/s=4184.1004W ，则总热负荷Q为Q159673.76kcal126669.684184.1004529998658.7Ws根据工艺流程“维持反应温度在75℃半小时后，开始往反应釜中滴加剩余单体乳化液与1/2引发剂，在6~7小时内滴加完毕”，取冷凝回流时间t为t7h73600s25200s单位时间(每秒s)的热负荷Q为 Q' t 25200m计算传热有效平均温差tm热流体温差tT-T=40℃，冷流体温差ttt=20℃1 1 2 2 2 1t 1由于t由于2

，可采用算术平均温差计算平均温差tmtt 4020mt 1 m tln t2

28.85(K) ln40 20A总传热系数可以直接采用经验数据，表4.9列出了与本设计相关的部分数据，以作参考。管程管程壳程冷水µ＜0.5mPa²sµ=0.5~1.0µ＞1.0mPa²s总传热系数[W/(m2²K)]467~814290~698116~467K/由于制备硅丙乳液各单体黏度均较大，故选择总传热系数K116W/(m2K)，则单位时间(每秒s)所需的传热面积A为 A' 6.28m2Kt 11628.85m考虑到用量少的单体其反应热未计入换热量，故将传热面积放大及圆整至m2。GB151—1999基本参数(管径、管程数、管子根数、管长、管子排列方式、折流元件等的型式及布置、壳体直径等结构参数)。列管式换热器的工艺结构尺寸选择管子规格本设计选用25mm2.5mm的无缝钢管，外径d0管长l1000mm选择管数和管长设所需单程管数为n，选用,

25mm，内径di

20mm。n A 7 90根。l 0.02510确定管板布置正三角形的排列方式可在同样的管板面积上排列最多的管数，故采用正三角形的排布方式。管心距：a1.25d1.252531.25mm90090n横过管束中心线的管数：bn确定壳体内径

11根。N900.7取管板利用率为N900.7D

1.0531.25

372.06mm圆整到最接近部颁标准尺寸D=400mm。确定管板厚度管板在换热器的制造成本中占有相当大的比重，考虑到腐蚀裕量，以及有足够的厚度才能防止接头的松脱、泄漏和引起振动等原因，建议最小厚度应大于20mm。本设计选管板厚度为40mm。设置折流板采用弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体的25h=0.25450=112.5mm,h=112.5mm.B=0.5D=0.5450mm=225mm折流板数NB传热管长/折流板间距-1=1000/225-1=4块⑦列管式换热器传热面积的校核及选取选取管子的长度L1000mm；管数n90根；管子外径d025mm。根据公式，计算实际传热面积ALnd100090257.065m2考虑到用量少的单体其反应热未计入换热量，故将传热面积放大及圆整至m2。因为传热面积估算值为A'7m2说明该换热器有12.5%的面积域度，能够完成生产任务。本设计采用宜兴市汇富机械设备有限公司4.10列管式换热器高位槽发及操作损耗、氮气密封等。槽温度低于60℃。如热传导液的初馏点高于系统的最高使用温度，则可以不采造成泵的气蚀和较大的蒸发损耗，这种情况必须采用氮封。高位槽按《中华人民共和国行业标准》HG20640-97和真空计量，它除了有较好的耐腐蚀性能外，还有重量轻、安装方便等优点。PPPVCm3，特殊规格可另行设计制造。性能特点：(1)-0.1MPaΦ500(Φ500)≤3Kg/cm2Φ500以上：≤2Kg/cm2；(2)操作温度：PP(-10℃~100℃)、PVC(-10℃~65℃)；耐腐蚀性强、操作方便、使用寿命长；0.91~0.93，料，所以本设备非常轻便，对设备的运输、安装、维修均比较有利。2预乳化罐乳化罐的作用是将一种或多种物料（水溶性固相、液相或胶状物等）溶于另一种液相，并使其水合成为相对稳定的乳化液。广泛适用于食用油类、粉类、糖类等原辅料的乳化混合，某些涂料、油漆乳化分散也使用乳化罐，尤其适用于某些难溶胶状类添加剂如CMC、黄原胶等。本设计采用高速乳化罐上海科劳机械设备有限公司生产图4.13高速乳化罐泵一指改变容积ATPATP小分子逆电化学梯度穿膜运输。泵的选型原则1、使所选泵的型式和性能符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀流量、吸程等工艺参数的要求。2、必须满足介质特性的要求。对输送易燃、易爆有毒或贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如磁力驱动泵、隔膜泵、屏蔽泵AFB腐蚀泵，CQF工程塑料磁力驱动泵。对输送含固体颗粒介质的泵，要求对流部件采用耐磨材料，必要时轴封用采用清洁液体冲洗。3、机械方面可靠性高、噪声低、振动小。4、经济上要综合考虑到设备费、运转费、维修费和管理费的总成本最低。5、离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点。真空泵体捕集泵。气体传输泵是一目而达到抽气目的的真空泵。体捕集泵。气体传输泵是一种能使气体不断的吸入和排出，借以达到抽气目的小了容器内的气体分子数目而达到抽气目的的真空泵。其抽速从每秒零点几在本设计中，采用SK型水环式真空泵图4.142SK型水环式真空泵计量泵计量泵是一种可以满足各种严格的工艺流程需要，流量可以在0-100%范围内无级调节，用来输送液体（特别是腐蚀性液体）一种特殊容积泵。计量泵也称定量泵或比例泵。计量泵属于往复式容积泵，用于精确计量的，通常要求计量泵的稳定性精度不超过±1%。随着现代化工业朝着自动化操作、远距离自动控制这一形势的不断发展，计量泵的配套性强、适应介质（液体）广泛的优势尤为显得特出。计量泵的特点：该泵性能优越，其中隔膜式计量泵绝对不泄露，安全性能高，计量输送精内任意选择。使用。该泵品种多、性能全、适用输送-304500-800mm/s64Mpa，0.1-20000L/h，计量精度在±1%以内。自动控制。计量泵被广泛应用于石化，化工，电力，水处理，制药等各类工业过程中用于定量输送各类化学添加剂。JYX型液压隔膜式计量泵概述:可调计量范围：0-125L/H；最大压力承受范围：0-25MPa；驱动方式：电机驱动；控制方式：手动、自动控制。配置方式：泵头保温、冷却、电机可配防爆。1无味。2、精铸壳体，耐用，精密浇铸壳体，铸铜蜗轮及耐磨球轴承，润滑油润滑所有驱动零件。3、易损部件全部经过特殊化处理，质量保证。4、内部配置性能卓越的调节器总成，延长泵的使用寿命，并降低了噪音。5、定量输出，在泵运行或停止时也可任意调节流量，精密度高可达正负百分之一。6、吐出压力最高一款系列可达500KG。7、适用于输送温度为-30～120℃，粘度为0.3～800mm2/s的介质。本设计中我们采用液压隔膜式计量泵4.154.15过滤器振动筛迹的曲线形状并改变筛面上物料的运动轨迹。4.7.2振动筛的选型4.7.2振动筛的选型振动筛的特点①采用块偏心作为激振力，激振力强。②筛子横梁与筛箱采用高强度螺栓，结构简单，维修方便快捷；③采用轮胎联轴器，柔性连接，运转平稳；④采用小振幅，高频率，大倾角结构，使该机筛分效率高、处理最大、寿命长、电耗低、噪音小根据筛分机械的结构及工作原理大致有以下几类：滑动而使物料得到筛分。固定格筛是在选矿厂应用较多的一种，一般用于粗碎或中碎之前的预先筛分。它结构50—60%。滚轴筛工作面是由横向排列的一根根滚动轴构成的，轴上有盘子，细排出。选矿厂一般很少用这种筛子。圆筒筛工作部分为圆筒形，整个筛子绕筒体轴线回转，轴线在一般情它来作筛分设备。本设计采用xs-s型振动筛新乡市鑫威振动筛分机械有限公司生产贮罐贮罐等。就贮罐的性价比来讲，现在以滚塑贮罐最为CPT-5000L1880mm；垂高：1）化405644（PE）特性一：耐酸、耐碱：请参照聚乙烯70-8030（1）以上正压或（601.210000L28%一律使用特级产吕并最好加装补强套）特性四：本容器为滚塑一体成型之产品，具有无焊、无缝、无毒、无气味、易清洗、搬运灵活之优点。设备数量设备数量一览见表4.15。表4.15设备数量一览流程合成乙烯基有机硅中间体

设 备立式聚丙烯真空计量糟CJ-500不锈钢反应釜SK型水环式真空泵液压隔膜式计量泵xs-s型振动筛聚丙烯立式贮罐立式聚丙烯真空计量糟

规 格50L50LSK-30JYX-10/3.2xs-s-50050L500L200L

生产厂家 数量太仓东升化工防腐设备厂生产 2威海新元化工机械有限公司 1上海真空泵厂万精有限公司 3上海黎凯泵业制造有限公司生产 1新乡市鑫威振动筛分机械有限公司 1太仓市星芸化工防腐设备有限公司 1太仓东升化工防腐设备厂生产 1太仓东升化工防腐设备厂生产 1CJ-1000不锈钢反应釜CJ-1000不锈钢反应釜FY-500L威海新元化工机械有限公司1SK型水环式真空泵SK-3上海真空泵厂万精有限公司4xs-s型振动筛xs-s-800新乡市鑫威振动筛分机械有限公司1聚丙烯立式贮罐300L太仓市星芸化工防腐设备有限公司1立式聚丙烯真空计量糟2000L太仓东升化工防腐设备厂生产1立式聚丙烯真空计量糟1000L太仓东升化工防腐设备厂生产1立式聚丙烯真空计量糟800L太仓东升化工防腐设备厂生产1立式聚丙烯真空计量糟400L太仓东升化工防腐设备厂生产1立式聚丙烯真空计量糟50L太仓东升化工防腐设备厂生产4高速乳化罐2800L上海科劳机械设备有限公司生产1CJ-3000不锈钢反应釜3000L威海新元化工机械有限公司1换热器7.0m2自行设计1SK型水环式真空泵SK-60上海真空泵厂万精有限公司12xs-s型振动筛xs-s-1000新乡市鑫威振动筛分机械有限公司1聚丙烯立式贮罐2800L太仓市星芸化工防腐设备有限公司1