论文总字数：24109字

摘 要

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1聚丙烯酸超吸水树脂简介 1

1.2聚丙烯酸钠概述 1

1.2.1聚丙烯酸钠的性质 1

1.2.2聚丙烯酸钠的应用 1

1.2.3国际上对的研究 2

第2章 聚丙烯酸钠的生产工艺 4

2.1 聚丙烯酸钠的合成方程式 4

2.2 聚丙烯酸钠的主要合成方法 4

2.2.1水溶液聚合 4

2.2.2反向悬浮聚合 4

第3章 聚合工艺条件的确定和影响因素 6

3.1反向悬浮聚合法的影响因素 6

3.1.1引发剂种类及用量 6

3.1.2分散剂体系的选择及其用量 7

3.1.3单体浓度对分子量的影响 7

3.1.4交联剂对分子量的影响 8

3.1.5聚合温度对分子量的影响 8

3.1.6搅拌转速的选取 8

3.1.7中和度的选取 8

3.1.8聚合温度的确定 8

3.2后处理工序 9

3.2.1溶剂分离和回收 9

3.2.2切胶 9

3.2.3干燥 9

3.2.4粉碎 10

3.2.5筛分和包装 10

第4章 生产流程 11

第5章 原料性质及产品指标 13

5.1生产原料 13

5.2产品指标 13

第6章 工艺衡算 13

6.1物料衡算和能量衡算 13

6.1.1物料衡算 13

6.1.2能量衡算 17

第7章 设备选型及设计尺寸 21

7.1聚合釜的设计 21

7.1.1设计任务 21

7.1.2设计依据 21

7.1.3聚合釜几何尺寸的确定 21

7.1.4夹套几何尺寸的确定 22

7.1.5聚合釜壁厚的计算 23

7.1.6夹套厚度的计算 23

7.1.7水压试验应力校核 24

7.1.8聚合釜有关数据 24

7.1.9支座的选型 25

7.2 分离设备的选择 25

7.3 干燥设备的选择 25

7.4 其他设备的选择 27

7.5 设备一览表 27

第8章 车间设计 28

8.1车间设置的原则 28

8.1.1车间设计所相关的规范和规定 28

8.1.2车间布置的要求 28

8.2 车间设计内容 28

8.2.1车间组成 28

8.2.2 设计方案 29

第9章 环境保护 30

9.1废水处理 30

9.2废渣处理 30

9.3噪音处理 30

9.4环保管理 30

第10章 经济性评价 31

10.1 项目投资估算 31

10.2其他费用 31

10.3人员编制 31

10.4财务评估 31

总结 33

参考文献 34

致谢 36

摘 要

聚丙烯酸钠（英文名Sodium Polyacrylate，简称“PAAS”）是一种优异的聚合物材料。PAAS作为应用广泛的超吸水树脂一类，与其他同类材料相比，其主要特点体现在价格低廉，产品吸水性能好等方面。此外，它在常温常压、常温加压的条件下都有良好的蓄水和吸水的能力，相比于其他产品而言更具有耐久性。目前，已被广泛应用到医药业、医疗卫生业、农业、轻工业等行业。

工业上合成高分子量的聚丙烯酸钠主要有水溶液法和反向悬浮聚合法，综合各中方法的优点后，本设计选用反向悬浮聚合法生产聚丙烯酸钠超吸水树脂。

本设计的主要内容是：简要介绍聚丙烯酸钠产品的性质以及应用、确定生产工艺路线、工艺衡算、主要设备的设计和选型、进行车间平面布置、绘制相关的图纸等。设计完成对高分子量聚丙烯酸钠的工厂设计并能顺利投产。

关键词：聚丙烯酸钠；工艺设计；反向悬浮聚合法；超吸水树脂

Abstract

Sodium polyacrylate (PAAS) is an excellent polymer material. PAAS is a kind of superabsorbent resin widely used. Compared with other similar materials, its main characteristics are low price and good water absorption property, so it is favored in the industrial market. In addition, it has good ability of water storage and absorption under normal temperature and pressure, which is more durable than other products. So far, it has been greatly and world-widely used in health care, agriculture, light industry, etc. Industrial synthesis of high molecular weight sodium polyacrylate mainly includes aqueous solution method and reverse suspension polymerization method. After comparing the main differences and advantages of each method, this design selects the seceond method to produce PAAS.

this design are going to present a brief introduction of the properties and application of PAAS products, the determination of production process, process balance, and design and select the main equipment, complete the related drawings, etc.

Key words: Sodium polyacrylate; process design; reverse suspension polymerization; super absorbent resin

第1章 绪论

1.1聚丙烯酸超吸水树脂简介

超吸水性树脂（Super Absorbent Resin,简称“SAP”)，是一种功能高分子材料。SAP分子结构中含有许多亲水性基团（如羧基、羟基等），因此具有良好的吸水性和蓄水性而被广泛应用到建筑业、农业、工业、食品业、医疗卫生业等领域。其中，由丙烯酸（AA）单体聚合而成的聚丙烯酸盐类，尤其是聚丙烯酸钠的应用最为广泛。因PAAS具有原料易得、合成工艺简单、吸水倍数高（吸水量往往是自身的几千倍）、吸水速度快等特点，故在工业市场中备受青睐。此外，它在常温常压、常温加压的条件下都有良好的蓄水和吸水的能力，相比于其他产品而言更具有耐久性^[1]。因此，本设计采用聚丙烯酸钠为设计主体，以实现年产3000吨聚丙烯酸超吸水树脂的工艺设计的目的。

1.2聚丙烯酸钠概述

1.2.1聚丙烯酸钠的性质

聚丙烯酸钠，英文名（简称“PAAS”），分子结构式，是一种水溶性高聚物。PAAS的相对分子质量幅度非常大。常温常压下，其外观形态为无色或淡黄色液体、固体粉末、凝胶或树脂，因含有大量亲水性基团而易溶于水（其水溶液是一种高分子电解质，有较好的保水保湿性），不同的PAAS因其中和度的差异，其水溶液的pH往往在6-9的范围。此外，聚丙烯酸钠还具有良好的稳定性、成膜性、吸湿保水性^[2]。

1.2.2聚丙烯酸钠的应用

聚丙烯酸钠的应用非常广泛。在医卫行业中，PAAS被用于制造婴儿纸尿裤、卫生巾等产品；在农业和城市园林业中，它往往被用于植物根部，帮助植物根部吸水蓄水，从而保障了农作物的产量；在食品行业中，它又可用于制作食品保鲜膜等新型的食品包装材料，有效地保证食品的新鲜度；在化妆行业中，它是一种性能优异的增稠剂；在电子工业中，高吸水聚合物还可用水分测量传感器及漏水检测器等^[3]。

在实际应用中，PAAS的用途与其聚合度或分子量相关，见表1-1

表1-1 不同聚合度聚PAAS的应用

PAAS的作用之一是被用作为分散剂；在日常生活领域也做被制造为清洁剂；在工业废水处理中和污水处理站被用作除污剂，此外，其在生物、制药、食品化工等领域均有广泛的应用。

PAAS还可被用作增稠剂。将其分子伸展开而形成具有高粘度的溶液，其粘度效果较优，并且还具有长期性、不易变质、安全无毒等优异特点，已被广泛地应用于制作食品添加剂以改善食品的口味^[4]。从两千年起，聚丙烯酸钠已被国家食品卫生安全管理部门正式批准为食品级增稠剂；此外，聚丙烯酸钠因具有良好的沉积、絮凝和沉淀作用，还被应用于烧碱纯碱等生产行业。将絮凝剂放入沉降槽，能大大改善其沉降效果，提高生产效率^[5]。

1.2.3国际上对的研究

高分子量PAAS的应用前景广阔，吸引了全世界许多专家学者的关注。许多来自工业发达国家如日本、美国、德国的大型化工企业也在不断地进行研究，并扩大了工业生产的规模。目前，全球超过90%的产量被几家大型生产公司所控制^[6]。

众所周知，我国是生产纯碱烧碱的大国，我国年产纯碱烧碱量已达到世界第二。但由于许多原因，在这两行业中的盐水精制过程中，许多生产商并未使用PAAS，这也导致了生产出的盐水质量不高。而随着国外的竞争不断增大，现在越来越多的纯碱烧碱企业已认识到聚丙烯酸钠的重要性，其需求量在日益增大。

上世纪八十年代左右，美国的聚丙烯酸钠絮凝剂生产量已达到6万t/a，工业强国德国日本也已达到了3-5万t/a。我国在上世纪末开始进行的工业化改革带来的工业废水污染日益严重，此外，随着城市化进程的推进，城市生活废水明显增多，因此，解决由经济发展带来的环境问题已是政府的重要任务。在这样的背景下，我国对高质量的聚丙烯酸絮凝剂的需求不断增加，据资料，在上世纪90年代，我国年均絮凝剂使用量已达到125万t。

自上世纪末代起，我国也紧跟世界前沿，国内大批的专家学者也进行了大量卓有成效的研究，陆续成立了数十家有关生产企业和研究单位。但总体上，我国的聚丙烯酸高吸水性树脂行业整体上存在质量良莠不齐，生产规模小，成本高等缺点，难以与国外先进企业进行竞争。目前，我国本土生产的SAP由于质量不高而主要用于农业上，而市场中九成以上的SAP需求（主要是医药卫生行业）主要依赖于国外进口。由此可见，SAP在我国内市场有着极大的发展潜力，且随着SAP用途和功能的进一步拓展，它的需求量将会继续增大。

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