1. 研究目的与意义（文献综述）

聚苯乙烯（ps)是通用树脂中的一员，是由苯乙烯单体聚合值得。ps具有优异的电绝缘性、着色性、加工流动性，良好的耐水、光、化学药品腐蚀性，较好的刚性和一定的力学性能，广泛应用于仪器包装、建筑、医药、汽车、家电等行业。

聚苯乙烯工业产品包括通用聚苯乙烯（gpps)，高抗冲聚苯乙烯（hips），和可发性聚苯乙烯（eps)等。工业上一般采用熔融本体聚合的方法制得gpps。

gpps是一种成本较低的，最能适合各种高校价格工艺的热塑性塑料，但是gpps抗冲击强度低。耐环境应力开裂性和耐热性差。

2. 研究的基本内容与方案

1生产方法及工艺流程

制备聚苯乙烯的聚合方法有本体聚合，溶液聚合，悬浮聚合和乳液聚合。

本体聚合的优点是体系简单，产物纯净且可以直接加工成型或者挤出造粒，不需要与介质分离等后处理操作，因此生产成本低。但本体聚合的最大不足是反应热难以排除，在聚合过程中容易局部过热使得副反应加剧，严重时导致聚合反应失控引起爆聚。因此工业上本体聚合应用收到一定限制。

溶液聚合的优点是与本体聚合相比加入了溶剂使得导出反应热更便利，有利于降低了体系的整体黏度。溶液聚合的缺点是加入了溶剂后容易引起副反应，后续处理工艺更复杂，同时溶剂的回收、精制也增加了成本，另外加入溶剂本体的浓度降低，致使反应速率下降。

悬浮聚合的优点体系黏度地低，聚合热容易导出，散热和温度控制比本体聚合、溶液聚合容易得多；产品相对分子质量及分布比较稳定，聚合速率及相对分子质量比溶液聚合高一些。杂质含量比乳液聚合低；后处理阶段较溶液聚合和乳液聚合简单，生产成本更低。

乳液聚合的最大优点是反应速率快，聚合度高。但产物中有大量杂质影响橡胶性能，且反应器壁和管道极易挂胶和堵塞。

聚苯乙烯可用本体聚合、悬浮聚合及乳液聚合制得。工业上常用方法为本体聚合和悬浮聚合。本设计拟采用悬浮聚合法制备聚苯乙烯，这种方法的优势是工艺简单且成本低廉，适用于大批量的生产。

聚苯乙烯悬浮聚合工艺分为两种，一种在低于100℃的温度下聚合，称作“低温聚合”，一种在102-105℃温度下聚合，乘坐“高温聚合”。两种工艺都是间歇生产，工艺流程大体相同，仅是配方和操作方法上有一些差别。低温聚合反应速率慢、生产周期长、粘釜严重、数值质量差，目前已被高温聚合代替。

本设计拟采用高温悬浮聚合工艺制备聚苯乙烯。

另需设计一张工艺流程图

生产工艺：

1配方及工艺条件：

主要生产原料有苯乙烯、纯水、悬浮剂（MgCO₃ 和Na-SM 钠盐）、抗氧剂(2，6-二叔丁基对甲酚),引发剂（BPO）等；

用于生产的苯乙烯

纯度/%≥99.5 乙醛/%≤0.01 乙苯/%≤0.3 苯乙炔/%≤0.1

苯乙烯中一般加有少量的阻聚剂，可先用5%氢氧化钠溶液洗涤3-4次再用水洗至中性。

纯水可用离子交换水

悬浮剂MgCO₃可在聚合釜中用Na₂CO₃ ,16%水溶液和MgSO₄ ,16%水溶液合成。

悬浮剂Na-SM 钠盐制备方法是在20～40t水中加入80g氢氧化钠，溶解后加入300g苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物，80℃下搅拌2h可得。

抗氧剂采用2，6-二叔丁基对甲酚

2工艺流程：

在聚合釜内,先投入水,再投入Na₂CO₃,升温到75、80℃投入MgSO₄ ,投入Na-SM,升温到100℃,脱氧半小时,降温投入苯乙烯(溶有2，6-二叔丁基对甲酚)和BPO,升温到90℃时充氮气到0.2MPa,升温到15O℃(压力0.7至0.8MPa)聚合2小时,155℃聚合2小时,125℃熟化半小时,140℃熟化4小时,降温出料。

聚合过程结束后,将物料用硫酸洗涤、离心、干燥和包装出厂。

2物料衡算及主要设备的工艺计算，设计与设备选型

根据设计目标，设计内容有聚合釜的类型、大小、材料、搅拌方式等。

拟采用的方案为：

该生产工艺为间歇过程，聚合釜选用全混型带夹套的复合釜式反应器，内嵌有蒸汽加热装置。釜材质为304不锈钢（防锈性能好，对粘稠和颗粒的物质均能达到高度搅拌的效果），搅拌器为多对平浆。

年产量为12000t，按一年工作日250天算，每日需生产聚苯乙烯48t，可设计4～5个10m³复合不锈钢聚合釜。

需设计一张该聚合釜的装配图。

3控制方案及三废处理

可设计的内容有设计泵的基本控制方案、聚合釜的基本控制方案等。

聚合釜反应过程中需要对温度和压力进行严格的控制，并可以设置检测和报警仪表。

三废处理：

废气较少，可直接用活性炭吸附或者通入微生物降解池中降解；

废液主要是从反应釜出来的和洗涤釜中产生，含有少量NaSO₄与少量其他杂质且COD浓度较高。可加入絮凝剂和净水剂使杂质沉淀后除去。过滤后溶液含有少量NaSO₄可以直接排放，若浓度过高可以浓缩后回收。

废渣主要是反应釜在卸料之后黏结在器壁上的残余颗粒，人工铲除之后可以部分回釜熟化，其余残料处理后可以用来制成其他生活用品。

优化方案包括：调整配方比例来制得不同粗细颗粒的聚苯乙烯粒子、对生产过程中产生的废液及残余原料进行回收和处理等。

4车间布置

车间设备有泵、贮槽、高位槽、溶解釜、分离器等若干个，聚合反应釜一个，管道若干。

需设计车间设备布置图一张。

3. 研究计划与安排

第1－2周：接受毕业设计任务书

第3－4周：确定设计工艺路线和设计方案，完成开题报告

第5－8周：完成工艺计算：物料衡算、热量衡算、设备计算，做出物料衡算表、热量衡算表、排入排出表

4. 参考文献（12篇以上）

1.张武最。合成树脂与塑料、合成纤维[m]。化工出版社，2000

2.张洋。高聚物合成工艺设计基础[m]。化工出版社，2001

3.武汉化工学院等。化工容器及设备[m]。湖北科技出版社，2005