VAE 装置工艺设计及展望

设计技术石油化工设计Petrochemical Desi2014,31(4)6~8VAE装置工艺设计及展望陈茂春,高耸,丁文有,杨学军(中国石化工程建设有限公司,北京100101)摘要:简要介绍了VAE乳液的聚合原理及产品的基本应用情况,并对VAE主装置工艺设计流程,裝置污水预处理工艺流程进行了阐述;以提高VAE产品品质和提升VAE装置技术指标为主要研究方出了优化聚合条件等生产技术建议。关键词:ⅤAE乳液聚合原理工艺说明污水预处理醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(以下简称VAE乳并展望其未来硏究与应用。液)是乙烯共聚物中的重要产品,是以醋酸乙烯(以下简称ⅤAC)和乙烯单体为基本原料,与其它1ⅴAE乳液聚合原理辅料通过乳液聚合方法共聚而成的高分子乳液。VAE乳液以非均相乳液聚合理论为反应原VAC含量通常在70%~95%。理,即以水为介质,按胶束机理生成彼此孤立的乳VAE乳液于1965年由美国空气产品公司首胶粒,在胶粒中进行自由基加成以生成产物的聚创。最初产品用于纸张涂层和制造乳胶漆,随后合方法。反应共分为乳胶粒生成、乳胶粒生长和开发出一系列ⅤAE乳液新品种。其它一些公司,聚合完成三个阶段如 Reichhold chem.(译为雷华德公司), Du pont,在反应开始前,乳化剂浓度大于临界胶束浓National starch等陆续开发出各种用途的ⅤAE乳度后,乳化剂一部分以单体分子形式溶解在水中液,应用领域不断扩大,VAE乳液的生产得到迅速而另一部分形成胶束。单体在搅拌作用下被分散发展。成单体珠滴,由于乳化剂的增溶作用,部分单体珠VAE乳液具有优良的综合性能,被广泛用于滴被吸收到胶束中,形成增溶胶束。复合包装材料、卷烟等粘接及水泥砂浆改性、建筑当水溶性的引发剂加入到系统中以后,引发防水、涂料等建筑行业:它具有良好的机械性能和剂在水相中分解出自由基。当自由基扩散进入增稳定性较高的粘度,能粘结聚氯乙烯等难粘结的溶胶束后,就在其中发生聚合反应,生成大分子材料,被广泛用于胶粘剂领域;由于乳液薄膜耐链,生成乳胶粒。随着生成越来越多的新乳胶粒水、耐碱且弹性好,对紫外线稳定,耐侯性好,在涂越来越多的乳化剂从水相吸附到胶粒表面,而溶料领域得到了广泛应用:AE乳液又是一种绿色解在水中的乳化剂不断减少,使胶束乳化剂量减织物,同样在织物加工、纸加工、建筑领域也有应少,部分胶束被破坏,致使胶束数目越来越少,最用。终胶束消失。这一过程称为乳胶粒生成阶段我国VAE乳液工业化生产发展较晚。北京引发剂继续在水相中分解出自由基,因为乳东方有机化工厂和四川维纶厂从美国雷华德公司中国煤化工引进技术和关键设备,最早于1988年和1991年建CNMHG年毕业于四川大学化学工成生产装置投产;由于VAE乳液是以水为基础的程与工艺专业,硕士,专业副总工程师,高级工程师水性基料,无毒无味,是绿色环保产品,在越来越长期从事石油化工工艺设计工作,主要从事合成橡胶重视环保和健康的今天,VAE乳液的市场将日趋与原料装置工艺设计工作。联系电话:010扩大。因此有必要研究ⅤAE生产装置工艺设计,84876838:E-mail:chenmo@@sei.com.cn204年第4期(第31卷)陈茂春等,MAE装置工艺设计及展望胶粒的数目要比单体珠滴的数目多得多,所以自应器中加入乙烯,使之反应并升压至第一压力由基主要向乳胶粒中扩散,并在乳胶粒中引发聚点,之后停止乙烯加入。反应器压力升到第一压合,使得乳胶粒不断长大。在乳胶粒中单体被消力点后,向冷却水系统中加入低压蒸汽升温,保耗,单体的平衡不断沿着单体珠滴→水相→乳胶持一定温度的冷却水在系统中循环,给物料加热粒方向移动,致使单体珠滴中的单体逐渐减少直到初始反应温度。然后,反应开始计时,用泵以到单体珠滴消失。由胶束耗尽直至单体珠滴消定的速率向反应器加入引发剂,几分钟后连续失,这段时期称为乳胶粒长大阶段。加入ⅤAC,并在规定时间内将ⅤAC加完。随着由于单体珠滴消失了,在乳胶粒中进行聚合引发剂的不断加入,反应温度不断升高,反应压反应只能消耗自己贮存的单体而得到补充。所以力亦随之升高,直到反应温度达到全冷温度的设在乳胶粒内的粘度越来越高,反应速率越来越慢,定点,这时冷却水系统开始进入全冷状态。当达这个阶段称为聚合完成阶段。到引发剂温度控制设定点时,控制引发剂加料泵调节引发剂加入量以维持反应温度在设定值,并2ⅴAE装置工艺设计控制连续加入乙烯,维持反应压力在第二压力设2.1VAE装置工艺流程简介(见图1)定点。当反应时间计时到50%时,停止向反应器VAE装置采用间歇过程生产VAE乳液,为了加乙烯,并设定系统压力为反应压力的第三压力平缓间歇过程乙烯用量变化对压缩机负荷的冲点,以便当反应压力逐步降低到第三压力设定点击,装置内设缓冲用的乙烯贮罐。纯度为99.9%之后,继续加乙烯。当反应时间计时结束,且引的乙烯气经乙烯压缩机升压后进入乙烯贮罐发剂泵加入速率自动上升至设定值时,将其加人备用速率提高至100%,同时冷却水系统设定水温为首先,泵将配制好的初始表面活化剂打入反熟化温度。经过结束周期的熟化过程后,停止向应器中,再用泵向反应器中加人定量的初始ⅤAC反应器的各种加料,反应器搅拌器、反应器循环(纯度为99.5%)。随后启动反应器循环泵,反泵停止运转后,利用反应器内部余压,将物料压应器搅拌器开始反应,系统循环开始。随后向反人脱泡槽。废气乙烯贮罐乙烯压缩机乳化剂脱泡槽成品贮槽VAC反应器循环冷却式过滤器冷却水回水转鼓过滤器冷却水乳液冷却器灌装站冷却水上水∈低压蒸汽图1VAE装置流中国煤化工CNMHG进入脱泡槽物料的尾气中乙烯含量在92%以系犰回叹具中时乙烯。上,且含有少量VAC和水。尾气经减压闪蒸至汽脱泡槽底的乳液依要求加入添加剂后,经鼓液分离器,夹带出的少量液体被分离后送回脱泡式过滤器和篮式过滤器二级过滤,再经乳液冷却槽再利用,分离的尾气送入火炬系统或尾气回收器冷却,最后送至成品贮槽中贮存。每一个成品石油化工设计2014年第4期(第31卷贮槽一般贮存6~8釜乳液,当进满成品乳液后,特点是固含量高、污染物(以COD表示)浓度高,依分析结果再进行调制,分别加入缓冲剂、杀菌不能满足工厂污水处理场的入口指标,需要在装剂、引发剂等,制成合格产品。已合格的成品VAE置内进行预处理。胶乳用泵送到自动灌装站进行包装,得到桶装的ⅤAE装置污水预处理流程如图2所示产品ⅤAE乳液自装置来的污水先进污水调节池,进行均质2.2VAE装置主要工艺参数化和缓冲处理。然后把污水用泵送至絮凝反应反应压力:5.5~6.0MPa(绝);器,通过管式混合器与混凝剂、絮凝剂充分混合发反应温度:77~81℃;生反应,然后进入气浮机。在气浮机内,污水中的乙烯贮罐压力:13.5MPa(绝);悬浮固体经脱稳后形成絮体并粘附在气泡上形成冷却后产品温度:40~45℃。浮渣,由刮渣机刮至污泥池,比重比水大的固体颗2.3AE装置污水预处理流程简述粒沉到底部形成污泥。溶气气浮机出水中的大部自ⅤAE装置区排出的洗釜水、包装过滤器冲分悬浮物被去除,在满足接口排放水质指标后排洗水、设备清洗水等污水中含有细小乳胶颗粒,其至全厂性污水处理场。混凝剂空气絮凝剂装置污水污水去污水处理场污水调节池絮凝反应器溶气气浮机污泥污泥离心脱水机污泥泥浓罐污泥污泥池图2VAE装置污水预处理流程示意溶气气浮机排岀的污泥及浮渣排至污泥池,度,使胶乳稳定性好,凝胶少;经污泥提升泵提升至污泥浓缩罐进行重力脱水。2)增加尾气回收流程,减少乙烯损失。上清液排至污水调节池,罐底泥水混合液则由污3)研究在反应中引入第三单体,如丙烯酸类泥输送泵送至离心脱水机。混合液利用离心机高形成多元共聚乳液,提高ⅤAE乳液的耐水性、耐速旋转产生的离心力进行固液分离,脱水后的泥擦性等性能饼经过螺旋输送器输送至污泥斗储存并外运,滤4)研究通过外加增粘剂、增塑剂等来改变后液则排至污水调节池。VAE乳液性能,使其粘接性更强,耐水性更好。3VAE未来研究与应用展望4结语未来ⅤAE生产技术还应加强优化ⅤAE反应ⅤAE乳液是以水为基础的水性基料,无毒无条件、引进第三单体共聚改性ⅤAE等方面的研味,是绿色环保产品,其市场将日趋扩大。究,主要着重点如下。中国煤化工匀相乳液聚合,乙烯在1)优化ⅤAE聚合条件,研究提高反应压力,乳CNMHG一般工厂采用间歇法增加高分子链中乙烯链段,提高ⅤAE胶乳粘度,生产,主要流程包括助剂配制、乙烯压缩、聚合、后提高其成膜柔性;研究采用不同的乳化剂体系,优处理、污水预处理。VAE的生产技术还需要研究化乳化剂初始深度,使聚合反应转化率高,乳液残强化,主要方向为优化聚合条件、引入第三单体共留ⅤAC少,提高产品稳定性;研究合适的反应温聚、外加增粘剂等。