毕业设计
题目：年产8万吨聚苯乙烯工艺设计学院：化学与材料工程学院
专业：高分子材料与工程
姓名：苏隆辉
学号：102410236
指导老师：王宁
完成时间：
设计说明
可发性聚苯乙烯（Expandable polystyrene，简称EPS）通称聚苯乙烯和苯乙烯系共聚物，是一种树脂与物理性发泡剂和其它添加剂的混合物。可发性PS 可被加工成低密度（0．7—10．0ib／ft3）的泡沫塑料剂品。最常见的可发性聚苯乙烯是含有作为发泡剂的戊烷的透明PS粒料。
本设计为年产8万吨可发性聚苯乙烯聚合工段工艺设计，反应机理是自由基聚合，采用悬浮聚合工艺，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；在此基础上对聚合工段进行物料衡算、热量衡算、设备选型计算，绘制了带控制点的流程图、平面布置图及配管图，并编制了设计说明书和计算书。
关键词：可发性聚苯乙烯,悬浮聚合,物料衡算,工艺设计。
Design Description
Expandable Polystyrene (Expandable Polystyrene, referred to as EPS) commonly known as the Department of polystyrene and styrene copolymer is a resin with the physical blowing agent and other additives mixture. EPS can be processed into low-density (0.7-10.0ib/ft3) goods of the foam agent. The most common is to be made of polystyrene with n-pentane as a blowing agent aggregates of transparent PS.
The design for the annual production capacity of 80，000 tons can be made of polystyrene polymerization process design section, the reaction mechanism is free radical polymerization, suspension polymerization process used to styrene as monomer, water suspension medium done using one-step production of low-temperature suspension polymerization process. This method is a styrene monomer, initiator, dispersing agent, water, blowing agent and other auxiliaries to join reactor, the polymer containing a foaming agent, after the resin particles by washing, centrifugal separation and drying, the system may be made of polystyrene beads products; in this section based on the polymer material balance, heat balance, equipment selection, the mapping of control points with the flow chart, diagram and layout of piping plans and the preparation of the design specification and calculation of the book.
Key Words：Expandable polystyrene，Suspension Technique，Craft calculation，Technological design.
1 总论
1.1概论
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。
普通聚苯乙烯树脂属无定形高分子聚合物，聚苯乙烯大分子链的侧基为苯环，大体积侧基为苯环的无规排列决定了聚苯乙烯的物理化学性质，如透明度高.刚度大.玻璃化温度高，性脆等。可发性聚苯乙烯为在普通聚苯乙烯中浸渍低沸点的物理发泡剂制成，加工过程中受热发泡，专用于制作泡沫塑料产品。高抗冲聚苯乙烯为苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯为分散相，提高了材料的冲击强度，但产品不透明。间规聚苯乙烯为间同结构，采用茂金属催化剂生产，是近年来发展的聚苯乙烯新品种，性能好，属于工程塑料。
1.2国内外的现状及发展前景
目前世界上聚苯乙烯的主要生产厂家有美国的 Dow Chemical、Huntsman、Fina、Mobil、Chevron、Amoco、德国的BASF、日本的旭化成、三井东压、三菱化成等。这些公司的聚苯乙烯生产技术各有特点。
国内PS 生产工艺技术的发展可分为3个阶段：一是60—80年代初的摸索阶段。其技术以小本体法和悬浮法为主，较为落后，装置规模均在万吨以下，如上海高桥石油化工公司、金陵石油化工有限责任公司和中国石油兰州石化分公司
(简称兰州石化)等。二是80年代末期到90年代中期的发展阶段。其技术以引进技术为主，所引进的技术均采用当时世界上较先进的连续本体聚合工艺。通过对这些引进技术的消化吸收，使我国对PS 生产技术有了较深的了解，对国内PS 生产技术的发展起了较大的促进作用，如抚顺石油化工公司(简称抚顺石化)、北京燕山石油化工有限公司(简称燕山石化)、汕头海洋第一聚苯树脂有限公司(简称汕头海洋)和齐鲁石油化工公司(简称齐鲁石化)。三是90年代中期到目前的迅速发展阶段。此阶段国内对PS 的市场需求增长迅速，国内缺口很大。除中国石油化工集团公司和中国石油天然气集团公司系统、地方本身建设或合资建设PS 新装置(如扬子一BASF、汕头海洋、镇江奇美公司)外，国外知名PS 大厂商(如美国Dow和Chervon公司)纷纷进入中国建厂，其建设规模均达到100 kt／a以上，所采用的技术都为各厂家最先进的技术，国内PS 生产技术水平达到一个新台阶，生产能力有了较大的发展。
今后数年中，西欧EPS的需求增长率估计与GDP增长率相一致。虽然它的增长率比东欧增长中的经济增长率更高些。在西欧，没有规划中的新项目。巴斯夫计划在鞑靼斯坦下卡姆斯克的40000吨/年装置的现状不明朗。巴斯夫说，它与下卡姆斯克石油化工公司原先已定下的50：50该合资企业。
在欧洲，需要更多的合理化和重组，但是至今没有更多的公司采取措施。EPS 行业中有许多小型的和非一体化的公司，因此它们在未来的重组中更看作为候选者。
1.3聚苯乙烯的物理、化学、绝热与力学性能
1.3.1物理性能
比重：1.05克/立方厘米成型收缩率：0.6％—0.8％成型温度：170℃—250℃
电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良，无色透明，透光率仅次于有机玻璃，着色性耐水性，化学稳定性良好，强度一般，但质脆，易产生应力脆裂，不耐苯﹑汽油等有机溶剂。适于制作绝缘透明件﹑装饰件及化学仪器﹑光学仪器等零件。
1.无定形料，吸湿小，不须充分干燥，不易分解，但热膨胀系数大，易产生内应力。流动性较好，可用螺杆或柱塞式注射机成型。
2.宜用高料温，高模温，低注射压力，延长注射时间有利于降低内应力，防止缩孔变形。
3.可用各种形式浇口，浇口与塑件圆弧连接，以免去处浇口时损坏塑件脱
模斜度大。
1.3.2化学性能
EPS的性能受化学药剂的影响变化比较大。长时间接触盐水、皂液、漂白剂和大多数稀酸溶液而不会影响其性能，但多种有机溶剂会明显影响其性能。[7] EPS泡沫塑料和其他聚合物一样，长时间曝露在紫外线下，性能会有很大变化。但考虑到作为包装材料时，使用期限较短，这一影响并不重要；作为建筑材料使用时，使用寿命虽然较长，但曝露在紫外线下的可能性较小，故这一影响也不太重要。EPS对动物没有营养价值，不会受霉菌侵蚀，也不会分解出任何污染地下水的水溶物。
1.3.3绝热性能
除了真空，空气是最简单，成本最低的绝热介质，薄空气层具有非常低的传热性。但是，依靠空气作为绝热介质并不总是实用，对包装货物的材料，需要形成外封壳。
EPS含许多细微气泡的闭孔结构，使其具有优良的绝热性。这种情况下EPS 是理想的包装材料。由于其内在的性质，EPS泡沫塑料不会直接影响其他物质，比如食品。
应注意EPS泡沫塑料在非常低的密度时（10~15 g﹒cm3）具有较大的导热性，随着密度的增加而下降，密度在30~50 g﹒cm3时具有最佳绝热性能，密度继续增加，导热性又随之增加（参见表1.3.3）
表1.3.3 不同密度的EPS泡沫塑料热性能（来源：BASF）
密度/g﹒cm-310 20 40 50 60
0.043 0.035 0.033 0.033 0.034
导热率/W﹒
m-1﹒K-1
1.3.4力学性能
EPS泡沫塑料闭孔结构内含98%的气体可以使其通过改变和恢复形状来缓冲冲击，这一过程可以有效吸收瞬间冲击带来的能量，提供极好的防护（参见表1.3.4）
表1.3.4不同密度的EPS泡沫塑料物理性质（来源：BASF）
密度/g﹒cm-315 25 40 50
拉伸强度/kpa 200 350 600 750
弯曲强度/kpa 200 400 700 900
90 180 320 400
压缩10%的压应
力/kpa
EPS泡沫塑料会吸收很少量的水，但没有吸湿性，其力学性能不受湿气的影响。
1.4 设计原则、依据和指导思想
1.4.1 设计原则
（1）本设计每一环节都遵循国家政策、法律、法令及行业规范；
（2）在结合国情的前提下，采用国内外先进科学技术、先进工艺、先进工艺设备、力求做到经济上合理、技术上先进、生产上安全可靠，三废处理合理；
（3）采用国内现有生产的成套设备；
（4）成品标准按国家标准、行业标准执行。
1.4.2 设计依据
（1）依据学校下达的毕业设计任务书；
（2）依据实习公司的有关资料；
（3）依据图书馆及网上查询的有关资料。
1.4.3 指导思想
(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