年产80万吨发泡聚苯乙烯聚合工段工艺设计说明书Word文件下载.docx
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这样就形成了一个大液滴和小液滴的平衡态，在适宜温度下反应6-8小时后加入发泡剂浸渍一段时间便可制得EPS。
大量文献资料显示，悬浮分散剂以及其助剂的加入应该在室温条件下，而引发剂系列的加入一般是在65℃左右，然后升温至88℃反应，直至有PS珠粒出现并且硬化，再加入发泡剂升温至120℃反应一段时间便可以让其自然冷却至近50℃，便可出料
从动力学观点来看,可以看成是在小颗粒中进行的本体聚合，苯乙烯的悬浮聚合和本体聚合类似。
分散剂和反应历程没有关系。
因为苯乙烯的悬浮聚合相似于本体聚合，因而它的分子链的形成也必须经历链引发、链增长、链终止和链转移的过程。
苯议席进行低温悬浮聚合时，它的分子量主要决定于引发剂加入量的多少，因为加入了引发剂。
调节聚苯乙烯的分子量通常很少使用分子量调节剂（如叔十二碳硫醇）。
苯乙烯在高温悬浮聚合时，温度决定分子量，并且通常认为通过自由基的转移和两个自由基之间的歧化而发生链终止。
苯乙烯悬浮聚合的优点为聚合时所放出的反应热比较容易扩散开来被介质带走，所以生产出的聚苯乙烯树脂比老式本体聚合法所生产出的聚苯乙烯耐热度高，总体上克服了反应温度分布范围宽的现象。
实质上来说，反应温度分布范围变窄，促使分子量分布范围也变窄，从而提高了聚苯乙烯树脂耐热度。
苯乙烯悬浮聚合比本体聚合相飞产品纯净度偏低，是因为它的珠粒表面比较容易黏有悬浮分散剂等残留物，电的性能、光学的性能会受到了影响。
此外，悬浮聚合苯乙烯转化率不可能达到100%，剩下的单体被放空一部分，另有5000-6000mg/kg的单体残余在树脂中。
如果悬浮剂采用酸洗技术来除去，还会产生更多的化学污染，废单体排空则会污染环境。
第一章绪论
1.1设计依据、指导思想
1.1.1设计依据
设计所参考和依据:
（1）广东石油化工学院毕业设计（论文）任务书（80万吨发泡聚苯乙烯聚合工段工艺设计）
（2）湛江新中美化工有限公司聚合岗位操作法
（3）化学工业部编制的《化工工艺设计施工图内容及深度的统一规定》
（4）《化工设计》
（5）《化工工艺手册》
（6）《石油化工数据手册》。
1.1.2指导思想
本设计的主要指导思想为：
（1）保证生产过程安全，采用悬浮聚合工艺，产品质量高；
（2）生产过程应用自动化控制，机械化的操作；
（3）对于易爆易燃地方，采用了可靠的控制，及设置报警消防设施；
（4）保证达到环保的要求，应用技术成熟的溶液聚合方法，对生产过程中的排放物应通过处理，可以达到环保局的要求；
（5）厂房、车间、设备的布置严格按照土建标准，为保证生产正常的运行和操作便利和操作人员的安全为主。
1.2厂址的选择
本车间建于广东省湛江市霞山区，这里是全国较大的化工基地，水源富足，水质优良，并且原料充裕，便利。
同时有铁路和全国各地相连，交通方便。
附近蒸汽供比较方便，配备有电厂、动力厂、所需求动力经济合理，特别的是化工区地处湛江市的中北部，湛江的风向经常受到季节变化的影响，风向季节变化是由季风的转换导致，冬半变化的趋势是年盛行偏北风，夏半年变化的趋势是盛行的是偏南风。
对市区居民的生活和附近的工农业生产影响较小。
该处下游还有污水处理厂，能对工业、生活污水进行几时的处理。
在该处建厂是通过仔细考虑，是较为理想的地址。
1.3设计地区的自然条件
本设计发泡聚苯乙烯车间建设在湛江市霞山区石港路。
该地区自然条件如表1-1所示：
表1-1湛江霞山区的自然条件
全年的主导风向：
南风
夏季的主导风向：
偏南风
年平均的风速：
2.75米/秒
地震的裂度：
7度
年平均的降雨量：
1654.8mm
日最大的降雨量：
297.5mm
平均的气压：
1010mmH
最高的气温：
38.1℃
最低的气温：
3.6℃
平均的相对温度：
81.4%
1.4车间布置、岗位人员配制
1.4.1车间布置
本设计的设备布置，既满足了生产实际需要，检修方便，又考虑了设备的安装，节约了空地。
布置设备时，既注意远近相结合紧凑又要符合生产工艺及安全的要求，根据安全的需要工艺流程设计生产装置街区，尽可能地缩短装卸物料线。
本着满足工艺条件原则，首要确定了关键设备的位置，其它设备则应可能在主要设备的四周，以及利于操作，检修及配管。
在厂房里，从一楼到三楼配备走梯。
阀门、仪表等部件距地面较接近，以利于手工操作及检修。
界区正确，工艺流程保持通畅，安全合理。
1.4.2岗位人员配制
岗位人员配备：
贮存工序每个单位每个班4人，原料配制工序每个班4人，聚合工序每个班8人，后处理工序每个班9人。
每的工序分四班二倒，总计100人。
1.5节能与环境保护
1.5.1节能
本设计应用的节能方法：
（1）本设计应用悬浮聚合法合成EPS，副反应较少，收率高。
（2）合理地布置设备，为减少物料往返输送的次数,尽力地按物料流向布置。
（3）为减少了输送设备适当地利用位差，从而节省了部分动力。
（4）选择设备，凭借着高效节能原则。
（5）设计中加强了对进入装置的电、水、蒸气的计量，为增强能源管理，合理地用电、水、气打下了良好基础。
1.5.2环境保护
该厂建于湛江市霞山区，该地区冬半年盛行偏北风，夏半年盛行偏南风。
废渣经沉降池处理的凝聚物发性聚苯乙烯悬浮物为主要成份,每年送公司堆埋厂一次处理,排放量为1t/a。
各种设备的洗净油和废油经过废液洗涤后,和其它装置燃料油经一起回收后外销。
废气主要来自聚合釜和料仓，废气中主要成份为戊烷及苯乙烯的混合物，因为间歇排放，绝对份量比较少，采取了直接排放。
同时应有步骤的进行植树，种草，增加了绿化面积。
美化了环境的同时也起到了拉低噪声的作用。
1.6安全防火
1.6.1消防设施
地下的消火栓4个，8公斤的干粉27个，127公斤的干粉车一个，1211的灭火器32个。
火灾发生后的报警程序及内容：
（1）发现火险后立刻进行起初火灾补救。
（2）判断火势马上报警，火警：
119
（3）首先讲清着火单位名称，详细的地址。
（4）燃烧的物质简介。
（5）火势大小和着火部位、相关的部位。
（6）报警人的姓名和报警电话号码。
（7）报警后派送人到路口接车。
（8）介绍燃烧物性质和火场内部与外围情况。
（9）向调度室及车间的领导汇报。
1.6.2灭火程序
第一套方案是开始火灾补救
第二套方案是拨打119报警。
第二章工艺论证
2.1工艺原理
2.1.1实施方案
以苯乙烯为单体，采用低温悬浮聚合一步法生产工艺，水做悬浮介质。
这个方法是把苯乙烯的单体、分散剂、引发剂、水、发泡剂及其他助剂一同加入反应釜内,含有发泡剂的树脂颗粒是聚合完成后的产物,经过洗涤、离心分离及干燥,便制得了可发性聚苯乙烯珠粒的产品。
[1]
2.1.2工艺路线
引发剂为有机过氧化物，分散剂为十二烷基苯磺酸钠、羟基磷酸钙，在搅拌的同时，苯乙烯的单体以液滴的形状悬浮在水中，以自由基反应的方式进行聚合反应，聚合到稳定状态后加入发泡剂，在一定温度压力下发泡剂就会能渗入到珠粒内，这时珠粒进一步聚合，便得到了发泡聚苯乙烯的粒子，历经洗涤、干燥、筛分和称重后，得到产物。
把包含发泡剂的聚苯乙烯珠粒的产品,用蒸气加热中在发泡器中预发泡,在室温下熟化完成后便可提供成型使用。
把熟化后的发泡聚苯乙烯颗粒,包装入成型模后,拧紧盖后通入蒸气后加热,等待成型完成后再通过水冷却,便得到制品。
[2]
2.1.3工艺流程
工艺流程见图2-1
图2-1工艺流程简图
2.1.4反应原理
总反应式：
nCH2=CH→
CH2-CH
n
苯乙烯的自由基聚合过程,主要分成链引发、链增长、链终止这三个阶段。
（1）．链引发阶段
a.引发剂的分解后形成初级了自由基R:
R→2R·
b.初级的自由基和单体,形成了单体自由基R·
+CH=CH2→R-CH2-CH·
（2）．链的增长R-CH2-CH·
+nCH2=CH→R
-CH2-CH
nCH2-CH·
（3）．链的终止
①偶合的终止
R
+R
mCH2-CH·
→R
nCH2-CH=CH-CH2
CH-CH2
mR
②歧化的终止
nCH2-CH2+R
mCH=CH
2.2发泡聚苯乙烯技术工艺比较
2.2.1塔式本体聚合技术[3]
塔式经典的反应器为德国法本Ⅲ式的流程。
这种老式的塔式本体聚合不利用引发剂，通过热引发聚合，预聚合温度控制范围为80～100℃，转化率的控制范围32%～35%，通过连续操作。
为了增大反应速度，缩短滞留时间，转化率便可以达到50%，预聚合温度也可以增高到115～120℃，黏度会较大。
缺点是从工艺从工程角度分析：
①过高的转化率，后期反应速率较慢，总的滞留时间过长，反应器里容积效率大大的降低；
②物料的黏度太大，只可以用逐步升温的方式使其流动，前后的温差相差过大，产物聚合度分布造成加宽。
2.2.2添加少量溶剂的单釜连续本体聚合技术
苯乙烯本体聚合需添加少量溶剂，一般控制在3%～15%的范围内的溶剂量。
添加的用苯或乙苯溶剂因为它们能和聚苯乙烯混溶，而且又容易得到,主要目的是降低体系的黏度。
由于添加了溶剂，并且转化率较低，因此该工艺设计有脱挥发物装置，循环利用脱除的单体和溶剂。
不断改进对脱挥设备结构，如今质量比法本工艺有较大提高，聚合产物中的残留单体含量已经降至较低。
2.2.3苯乙烯的悬浮聚合[4]
2.2.3.1聚合原理
苯乙烯的悬浮聚合的聚合反应是苯乙烯以微珠状分布在介质中进行。
苯乙烯在水中的溶解度非常低，水通常被用作悬浮介质，80℃时只有0.062%。
苯乙烯苯乙烯悬浮聚合有低温法和高温法。
低温法聚合为80～85℃，如仅靠热引发，要加引发剂，则反应速度加快；
高温法在120～150℃聚合，要加一点阻聚剂（或缓聚剂），不加引发剂，避免反应速度太快而发生爆聚[8]。
2.2.4苯乙烯种子法悬浮聚合
在聚合开始前，种子悬浮聚合工艺，向体系中注入一定量的聚苯乙烯颗粒作为种子，在悬浮聚合的过程中种子颗粒不断增大，最终得到产品。
这个方法由日本积水化成公司最早提出，随后日本钟渊、三菱油化也相继进行了研究，申请了一系列的专利。
根据这个专利介绍，比例可达90%以上产品中某一粒径级分。
黏度较大的单体的溶胀在种子颗粒，种子聚合的时候不容易分散，单体小液滴则经过碰撞逐步加入种子颗粒中，因此只剩下种子颗粒，并且匀称长大，直至到硬化。
所以种子聚合产物的粒径均匀，可以随意通过改变种子的粒度以及加入量，调节产物的粒子直径。
2.3发泡聚苯乙烯生产工艺
2.3.1一步法聚合工艺
2.3.1.1技术原理
一步法是将引发剂，分散剂、水、发泡剂、其他助剂和苯乙烯单体一起添加入反应釜进行聚合，发泡剂融入到树脂颗粒，经洗涤、离心分离及干燥，得到EPS珠粒产品。
为了避免发泡剂对聚合反应的抑制影响，一般应该在聚合的转化率达90％以上时添加入发泡剂。
二步法是把苯乙烯聚合成为一定粒度的PS珠粒，经分级过筛后，重新再加乳化剂、水、发泡剂和其他助剂，在浸溃釜内加热浸溃，所以此法又称为后浸渍法。
2.3.2二步法聚合工艺
2.3.2.1技术原理
二步法工艺是混合PS、苯乙烯、软水和分散剂，经计量槽后加入到聚合釜内，加入部分助剂、引发剂后在适当的条件下进行聚合生成PS粒料并且干燥直至含2~3%的水分含量。
然后把拟进行浸渍的PS粒料料，不断搅拌的条件中用旋风加料器或且人工送往含一定分散剂及发泡剂（如戊烷）的釜里，在适宜的温度及压力下浸渍2~3小时，最后获得EPS。
2.3.3一步法工艺与二步法工艺的比较[5]
一步法工艺的优点是具有流程短、工艺简单和投资费用少，在降低消耗能源和节省能耗方面都比二步法优越，但是产品分子量相对较低，并且因为聚合工序和浸溃在同一过程中同时发生，难免会产生一部分发泡剂的粉状物体，处理起来比较麻烦。
二步法的生产工艺因为聚合完成后就应对聚合物颗粒进行了分级，再会根据不同的粒经按不同的工序浸渍，所以得到的EPS珠粒质量比较好，与此同时还可避免产生含发泡剂粉状物体，不用进一步处理，但是二步法工艺生产投资费用较高、流程较长、且生产过程能耗较大，产品的成本较高。
一步法与二步法比较仍旧是利多弊少，特别是在经济上优势极大，所以目前国外生产EPS应用一步浸渍法较为普遍。
表2-1一步法、二步法生产EPS条件的比较
项目
一步法
二步法
EPS的成品质量
粒径分布不均匀、较宽
粒径分布较窄，粒子均匀
工艺条件
工艺要求严格，能耗少，流程短
能耗较大，流程长，工艺要求相对较低，易操作
技术经济
一次性投资额较高，生产的自动化程
度高，易集中控制，人工的操作少
一次性投入量较低，自动化程度较低，人工操作繁多
生产灵活性
因发泡剂易挥发，故仓储时间短
市场适应性差，设备利用率差
中间产物PS可以作为产品出售，同时可生产其他品种，市场适应性较强
2.4可发性聚苯乙烯基本性能
EPS的绝热性能及力学保护性能是最优的，最初应用于建筑和包装领域，在建筑领域的作用，例如地板下或且墙上的隔热材料，都能得益于其优秀的绝热性能，并且作为易碎电子产品包装的材料，应该需要强的力学（冲击）保护的特性。
EPS越来越多的用于食品运输和包装（鱼、水果和蔬菜），在这方面，力学性能和绝热性能都起重要的作用[6]。
2.4.1力学性能
EP泡沫塑料闭孔结构内含98%的气体可以可以有效吸收瞬间冲击带来的能量，使其通过改变和恢复形状来缓冲冲击，这一过程，提供极好的防护（参见表2-2）
表2-2不同密度的EPS泡沫塑料物理性质（来源：
BASF）
密度/g﹒cm-3
15
25
40
50
拉伸强度/kpa
200
350
600
750
弯曲强度/kpa
400
700
900
压缩10%的压应力/kpa
90
180
320
EPS泡沫塑料没有吸湿性，但会吸收很少量的水，不过学性能不会受到湿气的影响。
2.4.2绝热性能
除了真空，空气是成本最低的绝热介质，最为简单，薄空气层具有非常低下的传热性能。
但是，对包装货物的材料，需要形成外封壳，仅仅依靠空气作为绝热介质并不能是实用的。
EPS具有优良的绝热性，因为其含许多细微气泡的闭孔结构。
在这种情况下EPS是较为理想的包装材料。
因为其内在的性质，EPS泡沫塑料是不会直接影响其他物质，例如食品。
应注意的是EPS泡沫塑料在非常低的密度下（10~15g﹒cm3）具有比较大的导热性，伴随着密度的增加渐渐下降，密度在127~50g﹒cm3时具有最好的绝热性能，导热性随密度继续增加而增加（参见表2-3）
表2-3不同密度的EPS泡沫塑料热性能（来源：
10
20
60
导热率/W﹒m-1﹒K-1
0.043
0.035
0.033
0.034
2.4.3化学性能
EPS的化学性能随化学药剂的影响变化比较大。
长时间地接触皂液、盐水、漂白剂和大多数稀酸溶液其性能不会受影响，但多种有机溶剂会很明显的影响其性能。
[7]
EPS泡沫塑料和其他聚合物类似，曝露在紫外线下长时间后，其性能会有很大变化。
但考虑到使用期限较短，作为包装材料时，其影响不是很重要；
而作为建筑材料使用时，曝露在紫外线下的可能性较小，使用寿命虽然较长，所以这一影响也不是太重要。
EPS不会受霉菌侵蚀，对动物没有营养价值，而且不会分解出其他任何污染地下水的水溶物。
第三章聚合车间工艺流程
3.1本岗位管理范围和任务
3.1.1岗位管理范围及任务
3.1.1.1管理范围
（1）从苯乙烯贮罐（V-101）出口阀送达聚合釜（R-201/2/3……/50）出料阀为止.
（2）从戊烷贮罐（V-102）出口阀送达聚合釜（R-201/2/3……/50）出料阀为止.
（3）脱盐水从进入界区开后，达聚合釜（R-201/2/3……/50）出料阀时为止
低压的蒸汽、工业水从进入界区开始达到聚合釜（R-201/2/3……/50）夹套排放阀即可。
（4）自仪表空气、氮气从进入界区开始直至进入聚合釜（R-201/2/3……/50）入口法兰处时为止。
3.1.2岗位任务
本岗位任务是应用聚合工艺低温悬浮，以合格标准的苯乙烯单体作为主要原料，生产出质量合格的可发性聚苯乙烯产品。
3.2生产原理及工艺流程
3.2.1生产原理
用十二烷基苯磺酸钠、羟基磷酸钙作为分散剂，在搅拌作用下，以有机过氧化物作为引发剂，按自由基反应历程进行聚合反应，苯乙烯单体以液滴的形态悬浮在水里，聚合到稳定时间后再放入发泡剂，发泡剂会在规定温度压力下渗入直珠粒内，与此同时珠粒进一步聚合，最后生产出合格EPS产品粒子。
3.
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