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        淺論丙烯酸樹脂聚合反應(yīng)工藝安全控制的設(shè)計

        2010-01-11 08:02:08祝春嫦杭州化醫(yī)工程設(shè)計院浙江杭州310007
        浙江化工 2010年2期
        關(guān)鍵詞:安全控制丙烯酸進(jìn)料

        祝春嫦(杭州化醫(yī)工程設(shè)計院,浙江 杭州 310007)

        0 概述

        丙烯酸樹脂合成反應(yīng)是一種聚合反應(yīng),由各類單體苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯等在溶劑中經(jīng)引發(fā)聚合產(chǎn)生聚合物。反應(yīng)在常壓、一定溫度下進(jìn)行的放熱反應(yīng),其生產(chǎn)過程中涉及到的單體、引發(fā)劑、溶劑大部份是易燃、易爆、有毒的化學(xué)物質(zhì)。目前,大部分中小規(guī)模的丙烯酸樹脂生產(chǎn)廠家仍采用傳統(tǒng)的間歇性生產(chǎn)工藝,物料進(jìn)料、溫度控制采用人工手動控制,反應(yīng)釜敞開操作,溫度、液位等儀表采用現(xiàn)場顯示儀表,安全控制以操作人員的眼睛觀察和操作經(jīng)驗為主,工藝安全控制自動化程度較低等問題。在這樣的生產(chǎn)條件下,一旦出現(xiàn)操作失誤,很容易造成安全事故,引起財產(chǎn)損失和人員傷亡。本文將從設(shè)計角度對丙烯酸樹脂聚合反應(yīng)安全進(jìn)行考慮,提出聚合反應(yīng)工藝安全控制的自動化控制措施,以提高反應(yīng)裝置的本質(zhì)安全度。

        1 丙烯酸樹脂合成的基本原理和工藝過程

        1.1 合成的基本原理[1]

        溶劑型丙烯酸樹脂聚合反應(yīng)的化學(xué)原理是自由基溶液聚合,其反應(yīng)過程包括:(1)鏈的引發(fā);(2)鏈的增長;(3)鏈的終止。

        (1)鏈的引發(fā):引發(fā)劑過氧化物在分解溫度下分解產(chǎn)生自由基,乙烯類單體與自由基加成而生成一個新的活潑的單體自由基。

        (2)鏈的增長:新的單體自由基繼續(xù)與另一個單體加聚,生成一個有較長鏈節(jié)的自由基。

        (3)鏈的終止:增長著的鏈自由基二者結(jié)合,或與其他化合物反應(yīng),奪得一個電子而將自己的自由基轉(zhuǎn)移過去。

        溶劑型丙烯酸樹脂根據(jù)使用涂料的性能不同,其產(chǎn)品規(guī)格有很多種,但其合成的原料都包括單體、引發(fā)劑、溶劑,工藝過程也基本類同。其具體的合成工藝過程如下:

        (1)溶劑(底料)按配料要求預(yù)先打入聚合釜內(nèi),打開蒸汽加熱,攪拌升溫到回流溫度。

        (2)在溶劑回流狀態(tài)下,按工藝要求開始勻速滴加已預(yù)先配置好的混合單體,同時關(guān)加熱蒸汽,開冷卻水,邊攪拌邊滴加,控制溫度在回流溫度下。

        (3)混合單體滴加完畢后,進(jìn)行保溫反應(yīng)。

        (4)保溫完畢后,取樣分析產(chǎn)品各項技術(shù)指標(biāo),調(diào)整各項技術(shù)指標(biāo),直至合格為止。

        (5)過濾、包裝。

        2 丙烯酸樹脂聚合反應(yīng)過程中存在的工藝危險特點

        丙烯酸樹脂聚合的關(guān)鍵是引發(fā)劑的分解、單體鏈增長的速度、反應(yīng)過程中熱量的轉(zhuǎn)移與控制。其聚合反應(yīng)過程中存在的工藝危險特點如下:

        (1)聚合所用的單體、溶劑、引發(fā)劑等原料大部分為易燃、易爆、有毒物質(zhì)。在合成過程中,如出現(xiàn)物料泄露,容易造成燃燒、爆炸或中毒事故。

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        (2)如果反應(yīng)過程中熱量不能及時移出,隨物料溫度上升,發(fā)生裂解和暴聚,所產(chǎn)生的熱量使裂解和暴聚過程進(jìn)一步加聚,進(jìn)而引發(fā)反應(yīng)器爆炸。

        (3)部分聚合助劑危險性較大。

        3 設(shè)計過程中設(shè)置的工藝安全控制措施[2]

        根據(jù)聚合反應(yīng)過程中存在的工藝危險特點,結(jié)合國家安監(jiān)總局[2009]116號《關(guān)于公布首批重點監(jiān)管的危險化工工藝目錄的通知》中丙烯酸樹脂生產(chǎn)安全控制的基本要求,通過與建設(shè)單位交流探討,

        在設(shè)計中對傳統(tǒng)的丙烯酸樹脂聚合工藝進(jìn)行了適當(dāng)改造,增設(shè)了必要的工藝安全控制措施。

        3.1 傳統(tǒng)的丙烯酸樹脂聚合工藝流程圖(如圖1)

        圖1 傳統(tǒng)的丙烯酸樹脂聚合工藝流程圖

        傳統(tǒng)的丙烯酸樹脂聚合工藝控制安全設(shè)施包括:(1)混合單體計量槽安裝了玻璃管液位計;(2)反應(yīng)釜設(shè)現(xiàn)場壓力表和現(xiàn)場溫度計;(3)混合單體進(jìn)料管安裝球閥,由人工手動控制滴料開停;(4)設(shè)備放空管敞開放空;(5)冷凝器放空管安裝現(xiàn)場壓力表。

        3.2 改造后的丙烯酸樹脂聚合工藝流程圖(如圖2)

        改造后的丙烯酸樹脂聚合工藝控制[3]安全設(shè)施包括:(1)混合單體計量槽安裝了自動稱重儀,并設(shè)報警連鎖記錄功能;(2)混合單體進(jìn)料管增設(shè)電磁閥;(3)冷卻水進(jìn)水管增設(shè)調(diào)節(jié)閥;(4)聚合反應(yīng)釜安裝現(xiàn)場溫度表和遠(yuǎn)傳鉑熱電阻兩套測溫系統(tǒng),現(xiàn)場溫度表為觸點式帶連鎖報警功能的溫度表,其測量溫度與混合單體進(jìn)料電磁閥連鎖;遠(yuǎn)傳鉑熱電阻測量溫度與冷卻水進(jìn)水閥組成控制系統(tǒng);(5)聚合反應(yīng)釜安裝現(xiàn)場壓力表和遠(yuǎn)傳壓力變送器兩套測壓系統(tǒng),現(xiàn)場壓力表為現(xiàn)場壓力觀察,遠(yuǎn)傳壓力變送器帶報警功能;(6)聚合反應(yīng)釜攪拌電機(jī)電流與混合單體進(jìn)料電磁閥連鎖;(7)反應(yīng)釜冷凝器放空管安裝觸點式帶報警功能的溫度表;(8)設(shè)備放空管接入放空總管,尾氣經(jīng)處理后排放。

        圖2 改造后的丙烯酸樹脂聚合工藝流程圖

        3.3 改造后丙烯酸樹脂聚合反應(yīng)釜工藝安全控制狀況

        針對聚合反應(yīng)的工藝危險特點,通過列表對改造前后丙烯酸樹脂聚合反應(yīng)釜工藝安全控制方法進(jìn)行了對比,具體見表1。

        表1 改造前后丙烯酸樹脂聚合反應(yīng)釜工藝安全控制方法對比

        4 結(jié)論

        丙烯酸樹脂生產(chǎn)安全的關(guān)鍵部位是聚合反應(yīng)釜的安全生產(chǎn)。在設(shè)計過程中通過對丙烯酸樹脂聚合反應(yīng)釜工藝安全控制設(shè)施的改造,提高聚合反應(yīng)釜工藝控制的自動化水平,以提高反應(yīng)裝置的本質(zhì)安全度。當(dāng)發(fā)生人員操作失誤、意外停電、停水或其它故障引起的聚合反應(yīng)溫度升高時,能夠及時采取連鎖控制的措施,發(fā)出報警信號,提醒操作人員注意安全、正確操作,控制安全事故的發(fā)生。

        當(dāng)然,丙烯酸樹脂生產(chǎn)涉及到易燃、易爆、有毒氣體的貯存、輸送等過程,在設(shè)計過程中除了改進(jìn)聚合反應(yīng)釜工藝安全控制措施外,其他各專業(yè)還應(yīng)按規(guī)范要求配置相應(yīng)的安全設(shè)施。如在生產(chǎn)區(qū)域布置可燃?xì)怏w檢測報警器,在爆炸危險區(qū)域內(nèi)選用防爆型電器設(shè)備,對貯存、輸送易燃易爆的設(shè)備、管道做好防雷靜電接地,配備相應(yīng)的滅火器、消防栓等等安全措施,并在施工過程中嚴(yán)格按設(shè)計要求施工、驗收,裝置生產(chǎn)過程中嚴(yán)格管理確保安全設(shè)施正常有效地運行,以此保證項目投產(chǎn)后整個裝置長期穩(wěn)定地安全運行。

        [1]劉登良.涂料合成樹脂工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

        [2]安監(jiān)總管三[2009]116號,關(guān)于公布首批重點監(jiān)管的危險化工工藝目錄的通知.

        [3]陸德明.石油化工自動控制設(shè)計手冊(第三版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.

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