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聚合物合成工艺设计结课作业
1 绪论
1.1概述
1.1.1聚苯乙烯简介
聚苯乙烯是指由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物，英文名称为Polystyrene, 简称PS。它是一种无色透明的热塑性塑料，具有高于摄氏100度的玻璃转化温度，因此经常被用来制作各种需要承受开水的温度的一次性容器，以及一次性泡沫饭盒等。
通常的聚苯乙烯为非晶态无规聚合物，具有优良的绝热、绝缘和透明性，长期使用温度0～70℃，但脆，低温易开裂。此外还有全同和间同立构聚苯乙烯。全同聚合物有高度结晶性。
聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯，发泡聚苯乙烯（EPS)，高抗冲聚苯乙烯（HIPS）及间规聚苯乙烯（SPS）。普通聚苯乙烯树脂为无毒，无臭，无色的透明颗粒，似玻璃状脆性材料，其制品具有极高的透明度，透光率可达90％以上，电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等。普通聚苯乙烯的不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。
1.2指导思想
本设计的指导思想是：
(1)采用悬浮聚合工艺，确保产品质量高，生产过程安全； (2)生产过程采用自动化控制，机械化操作；
(3)对于易燃易爆的地方，采用了可靠的控制，并设置了报警消防设施； (4)采用技术成熟的溶液聚合方法，达到了环保要求，对生产过程中的排放物要经过处理，以达到环保要求；
(5)厂房、车间、设备布置严格按照土建标准，以保证生产正常的运行和操作方便以及操作人员的安全为主。
1.3节能与环境保护 1.3.1节能
本设计采用的节能方法：
（1）本设计采用悬浮聚合法合成EPS，副反应少，收率高。
（2）合理进行设备布置，尽力按物料流向布置，减少物料往返输送次数。 （3）适当利用位差，物料靠重力输送，而减少输送设备，节约部分动力。 （4）选择设备时，凭着高效节能的原则。
（5）设计中加强了对进入装置的水、电、蒸气的计量，为加强能源管理，合理用电、水、气打下良好基础。
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1.3.2环境保护
该厂建设地应对市区居民的生活及附近的工农业生产均无影响。
废渣经沉降池处理的凝聚物主要成份为可发性聚苯乙烯悬浮物,每年清理一次,送公司堆埋厂统一处理。
废液洗涤各类设备的洗净油及废油,经集中回收并入其它装置的燃料油中外销。
废气主要来自聚合釜及料仓，废气中主要成份为苯乙烯和戊烷的混合物，因为间歇排放，绝对量比较少，采取直接排放。
同时应有步骤地进行植树，种草，增加绿化面积。美化环境的同时也起到了降低噪声的作用。
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2 工艺论证
2.1工艺原理 2.1.1生产方案
以苯乙烯为单体，水做悬浮介质，采用低温悬浮聚合一步法生产工艺。此方法是将苯乙烯单体、引发剂、分散剂、水、发泡剂和其他助剂一起加入反应釜内,聚合后得含发泡剂的树脂颗粒,经洗涤、离心分离和干燥,制得可发性聚苯乙烯珠粒产品。
2.1.2 工艺路线
以羟基磷酸钙、十二烷基苯磺酸钠为分散剂，以有机过氧化物为引发剂，在搅拌作用下，苯乙烯单体以液滴的形式悬浮于水中，按自由基反应历程进行聚合反应，聚合到稳定时间后加入发泡剂，发泡剂在一定温度压力下渗透到珠粒内，同时珠粒进一步聚合，得到EPS粒子，产物经洗涤、干燥、筛分、称重。把含有发泡剂的聚苯乙烯珠粒,在发泡器中预发泡(用蒸气加热),在室温下熟化后即可供成型使用。将熟化后的发泡聚苯乙烯颗粒料,装入成型模中,上紧盖后通入蒸气加热,待成型后再通入水冷却,即得到制品。
2.1.3工艺流程
工艺流程见图2-1
分散剂单 体聚 合洗 涤干 燥筛 分引发剂溶液产 品
图2-1 工艺流程简图
2.1.4反应原理
总反应式：
nCH2=CH→CH2-CHn
苯乙烯的聚合属于自由基聚合,主要分为链引发、链增长、链终止三个阶段。
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（1）．链引发
a.引发剂分解,形成初级自由基 R:R→2R·
b.初级自由基与单体,形成单体自由基 R·+ CH=CH2→R-CH2-CH· n
（2）．链增长R-CH2-CH·+nCH2=CH→R-CH2-CHCH2-CH·
（3）．链终止 ①偶合终止
RCH2-CHnCH2-CH·+RCH2-CH CH-CH2 mR ②歧化终止
RCH2-CHnCH2-CH·+RCH2-CH CH2-CHmCH=CH m
CH2-CH·→RCH2-CHnCH2-CH=CH-CH2
m
CH2-CH·→RCH2-CHnCH2-CH2+R
2.2聚苯乙烯的生产技术
通用级聚苯乙烯的生产方法有悬浮聚合法、本体聚合法、溶液聚合法和乳液聚合法等。但目前工业化的生产方法主要是悬浮聚合法和本体聚合法。
聚苯乙烯有两个主要的制造工艺．分别为溶渡法(亦称总体或本体法)和悬浮法，两种主要类型的树脂为：固相聚苯乙烯和发泡聚苯乙烯(EPS)。固相聚苯乙烯连一步划分为通用型和耐冲击型。一般用途的聚苯乙烯是一种均聚物。耐冲击聚苯乙烯是一种共聚物。溶液法工艺用来生产固相聚苯乙烯，是一种占统治地位的工艺路线。而发泡的聚苯乙烯树脂则是典型的水相悬浮工艺的产物。
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