1. 研究目的与意义（文献综述）

聚甲基丙烯酸甲酯（分子式[CH₂C(CH₃)(COOCH₃)]n，简称PMMA），俗称有机玻璃、亚克力等，是化工合成中重要的透明高分子材料。它具有化学稳定性好、物理机械性能比较均衡、加工性能、耐候性和电绝缘性能良好等众多优良性能^[1]，尤其是其优异的光学性能, 其透光率比普通无机玻璃高10%以上^[2]，具有最高的全光谱透光率，透光率可达到92%。PMMA耐化学试剂、耐溶剂性耐候性加上一定的耐热耐寒性，易于加工，加工后的性能十分优良，因此目前PMMA广泛应用于汽车、广告、通讯、医学、建筑、航空、农业、光学仪器等领域。

20世纪30年代中期，德国最先通过本体聚合实现了PMMA生产的工业化^[3]，在20世纪60年代德国莱沙英和日本三菱丽阳公司随后成功研究出悬浮聚合与溶液聚合等生产技术。随着这些技术在世界范围的普及和推广，PMMA的产量也呈现了井喷式的增长。在20世纪80年代PMMA生产便开始变得规模化与连续化。我国的PMMA生产从20世纪70年代开始，20世纪70年代小规模生产PMMA粒料，在20世纪80年代末我国从美国引进技术采用溶液生产PMMA模塑料^[4]。经过了40余年的发展，截至2015，我国的PMMA产量达到36.8万吨/年，PMMA的供应量达到21.7万吨^[5]。由此可见，PMMA仍然具有十分广大的市场需求。截至目前，我国是亚洲第二大PMMA板材与模制品材料市场^[6]，并且随着信息时代的来临以及电子汽车等行业的飞速发展，PMMA的需求量也在不断增长。虽然我国生产PMMA厂家越来越多，但仍不能很好的满足目前市场需求。因此我们需要研究并改进PMMA模塑料生产工艺与技术，改善产品的质量，开拓市场并减少污染物排放以及有毒溶剂的使用及挥发，使其更符合当代绿色化工要求。

2. 研究的基本内容与方案

（1）基本内容

a、通过悬浮聚合生产聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）

b、聚合釜的设计

c、其他相关工艺设备选型

d、车间平面布置设计

（2）技术方案

1）生产工艺设计

PMMA主要的生产工艺有三种：本体聚合、溶液聚合和悬浮聚合。本体聚合优点是流程短、获得的产物纯净后处理能耗低，但是本体聚合聚合体系中不含溶剂，这导致物料黏度大，使得传质传热均十分困难，对工艺与设备要求较高^[7]。溶液聚合技术成熟，过程易于控制但该工艺生产流程长效率低，生产成本也较为高昂^[8]。相较于溶液聚合与本体聚合，悬浮聚合具有工艺流程短，生产技术成熟，生产成本低等优点^[9]。因此本设计拟采用悬浮聚合生产制备PMMA。悬浮聚合虽然有诸多优点，但也有一些不足之处，如生产能力低、产品不够纯净、污水处理量大等问题^[10-11]。因此需要对工艺进行优化，降低生产成本^[12-14]，使悬浮聚合工艺进一步向产品纯净、产能大、能耗低、无污染的方向发展，以符合绿色环保的要求^[15]。

悬浮聚合反应过程如下：

（1）引发剂的分解：

（2）链引发：

（3）链增长：

（4）链终止：

A歧化终止：

B偶合终止：

本设计以甲基丙烯酸甲酯为（MMA）单体，BPO为引发剂，氢氧化镁为分散剂（以NaOH与MgCl₂制得）。在装有高速搅拌器与温度计的不锈钢反应釜中加入分散剂和水，搅拌分散1.5h，控制温度维持在40℃~50℃，再投入溶有引发剂BPO的单体MMA缓慢升温，控制温度维持在75℃~78℃，反应3h。工艺流程如下所示：

配方见下表：

表1-1

2）聚合釜及其他设备选型

悬浮聚合主要设备是悬浮聚合釜，一般为带有夹套的搪瓷釜或不锈钢釜，悬浮聚合为间歇操作，一般采用人形釜。大型釜除依靠夹套传热外，还配有内冷管或（和）釜顶冷 凝器，并设法提高传热系数，这样才能控制悬浮聚合体系粘度在一定范围内，并且搅拌一般采用小尺寸、高转数的透平式搅拌桨来进行搅拌，使整个流程更加完善且系统化。

通过年产量及物料衡算等相关数据，完成聚合釜及其他设备选型。

1. 车间平面布置设计

优良的车间平面布置设计应满足技术先进、经济合理、节省投资、操作维修方便、设备排列简洁、紧凑、整齐、美观等要求。除了这些基本要求还应满足下列原则：（1）应符合生产工艺的要求（2）应符合生产操作的要求（3）应符合设备安装、检修的要求（4）应符合厂房建筑的要求（5）应符合节约建设投资的要求（6）应符合安全、卫生和防腐蚀的要求（7）应符合生产发展的要求。

通过确定工艺流程，设备选型及产量，按照有关的布置规范和国家有关的法规以及建筑规范，合理安排生产设施、生产辅助设施、生活行政设施、其他特殊用室和近期发展的位置。并确定各个设备在车间范围内平面与车间立面上的准确的、具体的位置；同时也确定了场地与建、构筑物的尺寸；安排工艺管道、电气仪表管线、采用通风管线的位置。化工车间安全尤为重要，设备布置设计的同时，要考虑到日后的施工安装、操作和检修，要尽量创造良好的工作环境，给操作人员留有必要的操作空间和安全距离；需要经常检修、更换的设备附近要留有一定的检修空间和设备运输宽度。在确定厂房布置和设备布置方案后绘制车间平面布置图。

3. 研究计划与安排

第一周---第二周 相关资料的收集

第三周 方案的确定和物料衡算的计算

第四周 开题报告的撰写

4. 参考文献（12篇以上）

[1]刘继纯,李晴媛,付梦月等. 聚甲基丙烯酸甲酯改性研究进展[j]. 化工新型材料,2009,(01):5-7.

[2]周春艳,姜月伟,徐兵. 国内聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)的生产及市场[j]. 塑料工业,2011,(09):5-8 15.

[3]陈万友,吕洁,李晶,等. 聚甲基丙烯酸甲酯模塑料生产技术与市场需求[j]. 弹性体,2009,(04):70-73.