年产3000吨聚丙烯酸超吸水树脂的工艺设计开题报告

全文总字数：4573字

1. 研究目的与意义（文献综述）

高吸水性树脂(英文名super absorbent polymer,简称“sap”)，又被称为超强吸水剂，是一种分子结构中含有许多亲水性基团（如羧基、羟基等）的功能高分子材料，因其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，聚丙烯酸类高吸水性树脂应用最为普遍。因聚丙烯酸超吸水性树脂具有吸水倍数高（吸水量往往是自身的几千倍）、吸水速度快，原料易得、合成工艺简单等特点，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。

聚丙烯酸超吸水性树脂应用非常广泛。在医疗行业中，因其具有较好的吸水保水性而被制造女用卫生巾、婴儿纸尿裤等产品；在农业和城市园林业中，它往往被用于植物根部，通过提高土壤的透气性和保水性，从而提高农作物的抗旱能力，以及植物的生命力，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；在工业中，它又可作为脱水剂；在电子工业中，高吸水聚合物还可用作湿度传感器、水分测量传感器及漏水检测器等。

聚丙烯酸超吸水性树脂的应用前景广阔，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。在2006年，日本触媒公司在日本、比利时和我国的高吸水性树脂装置的生产能力就达到了44万t／a，位居世界第一。德同赛公司于2006年3月并购了道化学公司的全部sap业务．从而使得sap市场的布局发生了极大的变化。合并后的德固赛的sap产能达到40．1万t／a。位居全球第二。巴斯夫公司生产能力31万t／a．位居第三。

2. 研究的基本内容与方案

基本目标：

本设计旨在设计生产年产量为3000吨的聚丙烯酸超吸水性树脂的工艺

基本内容：

1.设计聚丙烯酸树脂的生产工艺流程。

2.对生产过程进行工艺衡算，包括物料衡算和热量衡算。

3.画出带控制点的工艺流程图（CAD制图）。

4.对生产设备进行工艺设计，确定设备的选型，画出主要设备的装配图（CAD制图）。

5.对车间的公用工程进行设计，包括水电气系统的设计，消防系统的设计等。

6.确定厂房布置、设备的布置，画出车间平面布置图（手绘）。

拟采用的技术方案及措施：

传统上，制取聚丙烯酸高吸水树脂的方法主要有以下五种:溶液聚合、本体聚合、辐射聚合法、反向乳液聚合和反向悬浮聚合。其中在我国较为常用的方法是溶液聚合法和反向悬浮聚合法(两种方法的比较如下表)。在阅读大量研究文献后，本设计决定采用反向悬浮聚合的方法。它具有易散热、聚合过程稳定、产品为粒状颗粒或者粉末、不需烘干、产品吸水性能优异等优点，且能实现工业化生产。因此，本次设计在使用反向悬浮聚合法的基础上进行制取聚丙烯酸高吸水树脂的生产工艺设计。

表1水溶液聚合与反相悬浮聚合的比较

设计思路：

目的：采用反相悬浮法合成超吸水性聚丙烯酸钠。

第一步：用一定浓度的氢氧化钠水溶液中和丙烯酸单体。

第二步：将经由氢氧化钠中和后的丙烯酸单体溶液溶于有机溶剂中（如环己烷等）。

第三步：添加引发剂 （如过硫酸钾） 或水溶性氧化还原引发体系（如过硫酸铵、尿素）引发聚合，生成粉状或粒状沉淀。

第四步：将初产品进行分离、干燥，得最终产品。

设计过程简要说明：根据分析、实验结果和企业资金情况，本设计采取单釜间歇聚合工艺，将Span-60 (分散剂)、复核引发剂和相应的助剂加入反应釜中，控制温度40℃恒温1h、50℃恒温1h、60℃恒温1h后升温至共沸温度。脱水至粒子固含量为70%即可停止反应。得到初产品后进行溶液分离、干燥。

大致工艺流程如图（见附件）

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

［1］贾绍义，柴诚敬主编.化工原理 [m].天津:天津大学出版社，2002，1-100.

［2］王中华，刘咏梅，吴限彩，李言言.聚丙烯酸高吸水树脂的合成及性能研究[j].天津化工，2018，32(05):12-14.

［3］刘琴，程存喜，张铎严.聚丙烯酸钠吸水树脂的合成及性能研究[j].广州化工,2017,45(11):62-64.