毕业设计论文年产10万吨ABS树脂接枝粉料车间工艺设计Word文件下载.docx
《毕业设计论文年产10万吨ABS树脂接枝粉料车间工艺设计Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文年产10万吨ABS树脂接枝粉料车间工艺设计Word文件下载.docx（47页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
ABS树脂生产装置的生产规模逐步扩大,各种性能以及专用料的开发日趋成熟。
目前工业化的ABS树脂生产技术有:
乳液接枝聚合法;
乳液接枝掺混法和连续本体聚合法。
其中乳液接枝掺混法又分为:
乳液接枝-乳液SAN掺混法;
乳液接枝-悬浮SAN掺混法;
乳液接枝-本体SAN掺混法。
这三种ABS树脂工业生产技术综合评价见表1。
乳液接枝-本体SAN掺混生产技术该技术由于生产技术成熟,产品牌号多,产品力学性能、外观着色性能、加工性能均良好,所以是目前ABS树脂生产的主要方法,有近80%的ABS树脂生产厂采用该方法乳液接枝-本体SAN掺混法由于本体SAN生产成本比较低,所以近几年开发的重点是生产高性能ABS粉料。
目前ABS高胶粉的主要研究方向是提高胶乳中橡胶相（乳液聚丁二烯主干或乳液丁苯胶乳主干）的含量,努力缩短聚丁二烯主干胶乳的聚合反应时间和苯乙烯
表1ABS树脂工业生产技术综合评价
项目
乳液接枝聚合法
乳液接枝掺混法
连续本体聚合法
乳液SAN掺混
悬浮SAN掺混
本体SAN掺混
技术水平
已落后,仍生产
效益差,仍生产
广泛采用
大力发展
尚不完善
投资
中等
较高
最低
反应控制
较容易
容易
困难
设备要求
聚合简单
后处理复杂
简单
热交换
后处理
复杂
环保
差
较差
中
最好
发展趋势
淘汰
无发展空间
仍有发展空间
主要方法
景广阔,
有待完善
品种变化
品种可调
品种灵活
品种少
产品质量
含杂质较多
含一定量杂质
含杂质较少
产品纯净
和丙烯腈在PB胶乳上接枝的聚合反应时间,严格控制胶乳粒径和粒径分布,提高ABS树脂的冲击性能和改善外观光泽度。
ABS接枝主干PB胶乳有聚丁二烯胶乳、丁苯胶乳和丁腈胶乳,不同PB胶乳对ABS树脂性能有一定影响,聚丁二烯PB胶乳可使树脂有较好的耐寒性;
丁苯PB胶乳可改善ABS树脂的加工流变性;
丁腈PB胶乳可以提高树脂的耐油性。
PB胶乳粒径、粒径分布、凝胶含量对ABS树脂影响比较大,为了保证ABS有足够的冲击强度,要求PB胶乳的平均粒径要达到250～300nm,凝胶含量控制在60%～80%。
粒径分布控制在一定范围内有利于ABS树脂加工流动性和外着色性能PB胶乳大粒径合成有2种方法:
1种方法是在聚合过程中直接合成大粒径胶乳,称1步法;
另1种方法是先合成小粒径胶乳,再将小粒径附聚成大粒径,故称2步法。
由于1步法直接合成大粒径胶乳的时间长,一般为25～40h,设备利用率低、装置生产能力小,所以目前PB胶乳聚合工艺的发展重点是2步法。
生产80～100nm小粒径PB胶乳反应速度快,一般在8～12h内完成。
小粒径PB胶乳附聚增大粒径有冷冻附聚、压力附聚和强力搅拌附聚等物理附聚法在乳液接枝-本体SAN掺混法生产ABS技术中,由于ABS接枝粉生产工艺复杂,成本高,所以在与本体SAN掺混生产ABS过程中都努力在不降低ABS树脂性能的基础上,降低ABS接枝粉的掺混比例。
因此开发生产高胶含量ABS接枝粉成为关键环节。
要使ABS接枝粉有较高的质量,就要控制ABS接枝聚合的接枝度和接枝效率,通过选用合适的引发剂（如BZ2O2）即可保证接枝反应有较高的反应速率和最终转化率,又能保证聚合反应有较高的接枝效率。
在国际，日本帝人公司开发出无卤阻燃PC/ABS合金MultilonTN-7000系列新产品,与以前的无卤阻燃合金TN-3800系列产品比,成型时放出气体少,附着模具残余量大为减少,阻燃性有所提高,并具有良好的流动性,特别适用于大型办公室自动化设备机架、台板等的薄壁化设计。
日本帝人公司的MultilonRN-3120是PC/ABS合金,适用于掌上电脑等袖珍设备的薄层外壳。
三菱工程塑料公司（MEP）已将一系列非溴化物型阻燃牌号PC/ABS合金-IupilonMB1800、MB1700、MB8300和MB1600投放市场,适用于笔记本电脑、掌上电脑和办公室设备。
我国ABS树脂主要应用于汽车、通讯器材、计算机、日用品、体育用品等,ABS树脂产品的出口量不断增加,为了保证ABS树脂产品适应欧美国家对环保方面的要求,国内ABS树脂厂家要努力开发专用料,满足不同领域需求,提高产品竞争力。
国内需求数量比较大的专用料有阻燃、冰箱板材、耐热级、透明级、高光泽、抗静电、电镀级以及PA/ABS、PC/ABS、PVC/ABS等各种ABS合金树脂。
随着国内外经济的快速发展,合成ABS的原料都存在不同程度的短缺。
目前国际上ABS树脂都向着高性能专用料、塑料“合金”方向发展,国内市场由于改性PP、高冲PP的发展,对ABS市场产生较大的影响。
我国的主要ABS生产企业多生产通用牌号产品,产品价格低,盈利能力低。
因此,提高产品品质,ABS生产企业加快开发专用牌号、共混合金牌号是我国ABS树脂发展的重点。
国内一些民营厂家ABS树脂改性发展很快。
这些厂家近靠市场,以聚丙烯、ABS、聚苯乙烯共混改性为主,部分满足了国内ABS市场专用料的需求。
但这些树脂改性厂家的主要问题是缺少高胶ABS接枝粉,技术力量、检测手段还有一定的局限性。
本装置系引进日本合成橡胶株式会社的工艺技术，为乳液接枝—本体SAN掺混法，具有技术成熟可靠，工艺流程短，设备台数少，产品质量好，可生产的ABS品种多，废物排放少的优点、是目前世界上比较先进的工艺技术。
本ABS项目有日本窒素工程总承包，由日本株式会社提够外汇贷款。
本初步设计所采用的图纸、资料、数据以合同附件和总图会议书为基础。
鉴于卖方的工艺包、基础设计尚未完成、所给的数据仅是初步的，所以随着卖方工作的深入，部分内容将会有修改。
第二章生产配方及原料、辅助原料的技术规格
2.1生产ABS粉料的配方及工艺条件
2.1.1生产聚丁二烯乳胶的配方及工艺条件
物料名称
质量分数％
丁二烯
氢氧化钠
歧化松香酸钾皂
氢氧化钾
脂肪酸皂
叔十二碳硫醇
磷酸钾
过硫酸钾
过硫酸钠
表面活性剂
软水
100
变量
2-3
3-2
0.2-0.6
0.3-0.5
0.15-0.4
0.2-0.4
0.2-0.3
120-190
工艺条件
聚合温度/℃
低温聚合
高温聚合
5±
1
50-80
聚合时间
8-10
8-14
单体转化率/%
>
95
2.1.2ABS接枝聚合的配方（质量份）
物料名称
配比（质量分数）
聚丁二烯乳胶
丙烯腈
苯乙烯
叔12碳硫醇
歧化松香酸钾
焦磷酸钠
葡萄糖
硫酸亚铁
过氧化氢异丙苯
工艺水
30
10
0-1
5
0.4
0.8
0.01-0.016
280
2.1.3生产ABS粉料的主要设备
2.1.3.1聚丁二烯胶乳生产单元
1、聚合釜，夹套，设计温度120℃，压力1.2MPa。
2、乳胶排放槽，设计温度5.65℃，压力1.2MPa。
3、回收丁二烯压缩机，水循式真空泵，防爆型。
2.1.3.2乳液接枝单元
1、接枝聚合釜，搪瓷，设计温度160℃，压力0.7MPa。
2、凝聚槽，三级，衬瓷砖，设计温度120℃，常压。
3、离心机，注意排量、转速、电机功率等参数。
4、干燥器，（对万吨装置而言）沸腾床干燥器，排量为550-700kg/h，气流干燥器与之串联使用，排量也为550-700kg/h。
2.2原料规格
1、丁二烯（BD）（执行GB13291-91技术标准）
控制项目
单位
技术指标
外观
无色透明无悬浮物
纯度
%
≥99.0
丁二烯二聚物
PPm
10月~5月≤1000；
6月~9月≤2000
阻聚剂（TBC）
40~150
2、苯乙烯（ST）
无色透明液体，无机械杂质
≥99.6
聚合物含量
≤10
10~30
3、丙烯腈（AN）
清澈透明无悬浮物
水
%（wt）
≤0.45
过氧化物
≤0.2
阻聚剂（MEHQ）
35~45
4、氢氧化钠（SODA）
≥42.0
5、氢氧化钾（POTASH）
≥20.0（液）≥95.0（固）
碳酸钾
≤0.63（液）≤3.0（固）
杂质
无
6、歧化松香（ROSIN）
颜色
无色或微色
酸值
150~165
脱氢松香酸
≥48
松香酸
≤0.5
不皂化物
≤12
皂化悬浮物
性能评价
合格
7、脂肪酸（FAD）
颜色（Gardner）
≤2
中和值
202~207
≤1.5
湿度
≤0.3
碘值
38～46
8、碳酸钾（KCB）
白色小颗粒状粉末
氯化钾
％
≤0.01
硫酸钾
三氧化二铁
≤0.001
灼烧失重
≤0.6
水不溶物
9、过硫酸钾（KPS）
溶解后溶液清澈
氯
≤0.005
铁
≥98.0
10、叔十二烷基硫醇（TDDM）
油状透明液体
折光指数（25°
）
1.457～1.465
在苯乙烯中溶解度
全溶
硫含量
≥15.6
比重
0.852~0.868
≥98.5
色度
≤30
第三章工艺流程简述
3.1简述
先用乳液聚合法将丁二烯（以下用BD）制成聚丁二烯胶乳（以下用PBL）；
再用乳液接枝法实现丙烯腈（以下用AN）和苯乙烯（以下用ST）在PBL分子链上的接枝制得接枝乳胶，凝聚、洗涤、干燥得ABS粉料。
3.2生产基本原理
3.2.1聚丁二烯乳胶的合成
BD聚合的反应方程式：
nⅠ
n-1Ⅱ
CH=CH2CH=CH2
事实上，上面两种大分子都存在，而且Ⅱ的含量还要多一些。
PBL通过乳液聚合法制备，采用自由基引发聚合，其工艺原理醉熏引发剂分解并进行链引发，链增长链终止规律，也服从乳液聚合的一般规律。
以过硫酸钾或过氧化氢异丙苯为引发剂。
乳胶粒径可以通过分批加入乳化剂，改变单体/水的比，调节聚合反应温度。
分子量和交联度可通过加入分子量调节剂进行调节。
一般转化率控制在90%以上，以确保橡胶的充分交联（结构凝胶含量大于70%为宜）。
采用间歇乳液聚合的方法，使丁二烯聚合生成聚丁二烯胶乳。
根据Hapking对乳液聚合反应历程的的定性描述，该理论的核心是聚合反应在胶束中发生：
1、乳化剂在水中浓度大于临界胶束浓度时形成胶束，每个乳化剂的离子端指向外围水相，烃端指向胶束中心。
2、在搅拌下，单体侵入胶束中心的亲油部分，在胶束内发生增溶溶解，但单体量超过增溶溶解量时，过剩的单体就为非胶束乳化剂稳定，成为单体液滴。
少量单体溶解于水相中，成为分散于水相的单体分子。
3、游离基在水相中借引发剂分解而形成，与单体分子的胶束相撞，并在胶束内引发聚合，开始出现乳胶粒子。
由于胶束内单体分子还未被全部聚合，所以胶乳粒子实际是被单体包围的聚合物粒子，称为单体聚合物粒子。
由胶束变为单体—聚合物粒子的过程，称为“成核”过程。
胶束成核后，不能再称为胶束，而称为乳胶粒。
4、成核后，聚合反应在单体聚合物粒子中继续进行，粒子体积迅速增大，此时单体液滴通过扩散方式不断将单体补充给单体聚合物粒子。
随着乳胶粒表面积不断增大，水相中乳化剂不断被粒子吸附，使溶解在水中的乳化剂不断减少，从而破坏了溶解在水相中的乳化剂与尚未成核的胶束的乳化剂之间的平衡。
没有成核的胶束中的乳化剂就分裂出来补充到水相中去。
5、转化达一定程度后，水相中的乳化剂浓度下降到临界胶束浓度以下。
于是系统中不再有胶束的存在。
（对于PBL反应，转化率为15%）此时全部乳化剂都吸附在粒子表面，系统的表面张力提高。
由于没有多余的胶束存在，所以不能再产生新的胶乳粒子，乳胶粒子的数目也确定下来。
在通常聚合条件下，转化率15%时，乳胶粒子数已固定，而到转化率80%时，乳胶粒子的数目也几乎不再变化。
6、进一步的聚合反应只在乳胶粒子内进行，在此期间，单体溶液仍然经过水相扩散方式把单体源源不断地补充给乳胶粒子直到转化率60%时，单体液滴终于消失，乳胶粒子中单体也继之逐渐消耗掉，反应速度也迅速下降。
当反应转化率为88%~92%时加入快速终止剂终止反应，含有10%的未反应单体的胶乳进入单体回收单元，回收未反应单体。
注：
影响胶乳粒径大小的因素
1、乳化剂的用量
在保证乳胶体系稳定性的前提下，可以减少其用量。
可以使用复合乳化剂或补加乳化剂。
2、提高转化率（干物质）
3、水比的影响
在保证传热和良好传质的前提下，应尽可能降低水的用量。
4、电解质的影响
只要用量适当，电解质在乳液聚合中可起稳定胶乳增大粒径的作用。
不过，如果用量太大，会降低反应速度并使最终转化率上不去。
5、温控方式的影响
温度提高，转化率升高，但是不利于粒径的增长。
所以设计成阶梯升温方式，保证后期转化率的提高，从而既保证胶乳粒径，又保证凝胶量。
3.2.2ABS接枝共聚反应机理
3.2.2.1PBL的接枝聚合机理
PBL的链节中有双键存在，也有α-氢存在，都容易被自由基攻击形成活泼接枝点。
这些活泼性接枝点实际上是大分子链自由基，可以引发ST,AN进行接枝反应，产生接枝橡胶。
和一般的自由基聚合一样，接枝共聚也经历了引发剂的分解，大分子链自由基的形成，接枝反应发生和、及链增长，链终止等四步反应。
3.2.2.2接枝胶乳的凝聚机理
这是ABS接枝粉料生产中重要的一步工序。
接枝聚合所得到的胶乳是稳定的，胶粒的直径在0.01-5um之间，粒子表面吸附了一层乳化剂，分布在乳胶粒子与水介质的界面之间，亲油基团向内附于胶乳粒子表面，亲水基团向外与水介质渗透形成水化层。
胶乳粒子对水作相对运动，滑动面不在胶乳粒子表面而在水化层表面。
同时乳胶粒子向水介质扩散过程中，形成扩散层，其电势逐渐以指数速度下降。
滑动面电位为ε电位，也叫动电电位。
胶乳粒子电荷越多，ε电位越大，胶乳越稳定。
ε电位的大小决定着胶乳体系的稳定性。
凝聚过程就是用相反电荷降低ε电位，破坏胶乳的稳定性，使胶乳凝聚出聚合物。
一般通过三种途径：
1电荷中和
2高分子絮凝剂的吸附架桥
3表面吸附
良好的凝聚标志是：
凝聚粒子大，均一而不结块。
干粉假相相对密度在0.4以上，干粉呈白色，离心洗涤的进料比较大，洗涤工序通常。
3.2.2.3干燥
离心洗涤后湿粉的含水量一般在35%左右。
如果采用湿粉挤压造粒机造粒，那么就不用干燥了。
如果用干粉挤压造粒机，则必须干燥至含水量≤1%。
3.3生产工艺过程
3.3.1简述
ABS粉料的生产工艺过程一般分为三步：
①基材橡胶PB胶乳的生产，所的胶乳微粒应具有规定的粒径大小与大小分布（50-600nm）。
②使ST与AN的混合单体向所得橡胶粒子上接枝。
③将接枝后的胶乳进行后处理。
3.3.2PBL的生产及单体回收的工艺过程
3.3.2.1PBL的生产工艺过程
自界区外来的NaOH溶液经卸料泵AP-113输送至NaOH贮槽AV112中，经NaOH输送泵AP-114输送到AV-105碱液配制罐，在AV-105中配制好规定浓度的NaOH溶液，配制好的NaOH溶液经NaOH溶液进料泵AP-107间歇输送至AV106的碱倾析槽中。
将AV-111A/B储罐中的BD输送到AV-106中，由于NaOH溶液较丁二烯重，倾析分层后NaOH溶液沉降在AV-106底部，经NaOH溶液循环泵AP-106A/B，打入AX101前循环使用，使用一定时间（通常为1~2个月左右）。
除去阻聚剂的丁二烯在倾析槽与NaOH溶液分层后由倾析槽上部出料至丁二烯缓冲罐AV-108。
将丁二烯自丁二烯缓冲罐AV108经丁二烯加料泵AP108由流量计计量;
活化剂与AV208中的KOH溶液一同输送至AV209A/B并混合，经加料泵PA209A/B由流量计；
抗氧剂与水一同输送至AV206配制罐并混合，经加料泵AP206由流量计；
水与自界区外来的KOH一同输送到AV207配制罐中，按一定的比例稀释，配制好的KOH溶液输送至AV208贮藏罐，经进料泵AP208打入AV202中与松香皂反应生成歧化松香酸钾皂经泵AP202打入AV203储罐，再经进料泵AP203分别输送至AV205，AV206；
乳化剂由乳化剂缓冲罐AV205A/B经乳化剂加料泵AP205由流量计计量，TDDM由TDDM缓冲罐AV211经TDDM加料泵AP211由流量计计量后，按规定的配方量控制加入到丁二烯聚合釜AR-301（三釜并联）中，启动搅拌器AAR301，随后将规定量的引发剂KPS溶液自PB胶乳引发剂配制罐AV210、2AV-210经AP210由流量计计量后加入到AR301中，然后将WT经脱盐水增压水泵AP310由流量计计量后加到AR301中，向聚合釜内加入SHP使釜内温度达到反应开始温度时，聚合反应开始，并由自动控制系统进行控制。
反应时间达到16.5小时，进行增量丁二烯反应，AV-108内丁二烯经AP-109由流量计计量后，按规定流速加入到AR-301中。
丁二烯补加结束后，进行补加一次引发剂，规定量的引发剂KPS溶液自PB胶乳引发剂配制罐AV2
升级会员 