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

祝春嫦（杭州化醫(yī)工程設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310007）

0 概述

丙烯酸樹(shù)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(guò)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(shù)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(dòng)控制，反應(yīng)釜敞開(kāi)操作，溫度、液位等儀表采用現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表，安全控制以操作人員的眼睛觀察和操作經(jīng)驗(yàn)為主，工藝安全控制自動(dòng)化程度較低等問(wèn)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(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。本文將從設(shè)計(jì)角度對(duì)丙烯酸樹(shù)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(dòng)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(shù)脂合成的基本原理和工藝過(guò)程

1.1 合成的基本原理［1］

溶劑型丙烯酸樹(shù)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(guò)程包括：（1）鏈的引發(fā)；（2）鏈的增長(zhǎng)；（3）鏈的終止。

（1）鏈的引發(fā)：引發(fā)劑過(guò)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(gè)新的活潑的單體自由基。

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

（3）鏈的終止：增長(zhǎng)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(gè)電子而將自己的自由基轉(zhuǎn)移過(guò)去。

溶劑型丙烯酸樹(shù)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(guò)程也基本類同。其具體的合成工藝過(guò)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(kāi)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(kāi)始勻速滴加已預(yù)先配置好的混合單體，同時(shí)關(guān)加熱蒸汽，開(kāi)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(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，調(diào)整各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，直至合格為止。

（5）過(guò)濾、包裝。

2 丙烯酸樹(shù)脂聚合反應(yīng)過(guò)程中存在的工藝危險(xiǎn)特點(diǎn)

丙烯酸樹(shù)脂聚合的關(guān)鍵是引發(fā)劑的分解、單體鏈增長(zhǎng)的速度、反應(yīng)過(guò)程中熱量的轉(zhuǎn)移與控制。其聚合反應(yīng)過(guò)程中存在的工藝危險(xiǎn)特點(diǎn)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(guò)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(guò)程中熱量不能及時(shí)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(guò)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(xiǎn)性較大。

3 設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)置的工藝安全控制措施［2］

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

在設(shè)計(jì)中對(duì)傳統(tǒng)的丙烯酸樹(shù)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(shù)脂聚合工藝流程圖（如圖1）

圖1 傳統(tǒng)的丙烯酸樹(shù)脂聚合工藝流程圖

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

3.2 改造后的丙烯酸樹(shù)脂聚合工藝流程圖（如圖2）

改造后的丙烯酸樹(shù)脂聚合工藝控制［3］安全設(shè)施包括：（1）混合單體計(jì)量槽安裝了自動(dòng)稱重儀，并設(shè)報(bào)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(chǎng)溫度表和遠(yuǎn)傳鉑熱電阻兩套測(cè)溫系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)溫度表為觸點(diǎn)式帶連鎖報(bào)警功能的溫度表，其測(cè)量溫度與混合單體進(jìn)料電磁閥連鎖；遠(yuǎn)傳鉑熱電阻測(cè)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(chǎng)壓力表和遠(yuǎn)傳壓力變送器兩套測(cè)壓系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)壓力表為現(xiàn)場(chǎng)壓力觀察，遠(yuǎn)傳壓力變送器帶報(bào)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(diǎn)式帶報(bào)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(shù)脂聚合工藝流程圖

3.3 改造后丙烯酸樹(shù)脂聚合反應(yīng)釜工藝安全控制狀況

針對(duì)聚合反應(yīng)的工藝危險(xiǎn)特點(diǎn)，通過(guò)列表對(duì)改造前后丙烯酸樹(shù)脂聚合反應(yīng)釜工藝安全控制方法進(jìn)行了對(duì)比，具體見(jiàn)表1。

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

4 結(jié)論

丙烯酸樹(shù)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(jì)過(guò)程中通過(guò)對(duì)丙烯酸樹(shù)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(dòng)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(shí)，能夠及時(shí)采取連鎖控制的措施，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，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(shù)脂生產(chǎn)涉及到易燃、易爆、有毒氣體的貯存、輸送等過(guò)程，在設(shè)計(jì)過(guò)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(cè)報(bào)警器，在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)選用防爆型電器設(shè)備，對(duì)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(guò)程中嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工、驗(yàn)收，裝置生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格管理確保安全設(shè)施正常有效地運(yùn)行，以此保證項(xiàng)目投產(chǎn)后整個(gè)裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定地安全運(yùn)行。

［1］劉登良.涂料合成樹(shù)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(hào)，關(guān)于公布首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄的通知.

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