【2017年整理】二甲基乙酰胺二步法.doc

工艺方法选择及其论证 腈纶纤维大分子中至少含有85%丙烯腈链节的聚合物所纺制的纤维。由于组成共聚物的第二、三单体不同，或含量不同，性能亦随之而异，故产品种类繁多。已工业化的有多种工艺路线，就聚合工艺而言，有溶液聚合（一步法）和水相悬浮聚合（二步法）两类；就纺丝而论，有干法纺丝和湿法纺丝两类；按所用溶剂来分，有无机和有机两种。所用溶剂有二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基乙酰胺（DMAC）、二甲基亚砜（DMSO）、碳酸乙烯酯（EC）和丙酮等有机溶剂，以及硫氰酸钠（NaSCN）、硝酸（HNO3）和氯化锌（ZnCl2）的水溶液等无机溶剂。综合上述三方面因素，已用于工业化生产的共有十二种工艺路线，见表-3。 聚合工艺 丙烯腈可以采用不同的聚合工艺来进行聚合，可用乳液聚合、悬浮聚合、溶液聚合、沉淀聚合、离子（引发）聚合、本体聚合等，目前在腈纶生产只采用溶液聚合及水相悬浮聚合二种。两种聚合工艺称为一步法工艺和二步法工艺。 一步法工艺：溶液聚合单体经聚合直接形成聚合物溶液，只要经脱除单体、过滤去杂质及脱泡后既可供纺丝。 二步法工艺：水相悬浮聚合是将单体经氧化-还原引发剂引发聚合后，所得聚合物不溶于水，不断从水相中析出，再经回收单体、脱水、干燥后可制聚丙烯腈共聚物，然后再将共聚物溶于合适的溶剂制成纺丝溶液。 原料包括丙烯腈、第二单体、第三单体、氧化-还原引发体系、pH调节剂、水。 比较一步法和?二步法的工艺路线，可以认为一步法消耗第三单体及溶剂多，回收溶剂量大，但蒸汽和水的消耗较少，易于进行连续化和自动化生产，但难以实现多品种生产。由于在一步法的聚合反应中加入溶剂，要求溶剂的纯度高，且溶剂的链转移常数较高，需要庞大的聚合设备，三废处理量亦较多。一步法可使聚合和纺丝连续操作，但由于采用溶液聚合，不易散热，随着生产能力增大，就得扩大聚合釜。为了提高散热效果，只能采用多个小聚合釜，这样虽然提高了散热效果，但又增加了成本；而二步法因采用悬浮聚合，聚合热容易散发，聚合釜生产能力可扩大，一台釜每天生产能力可达100-150t。 因此为了提高腈纶生产的单线生产能力，降低生产成本，提高竞争力，采用二步法较为适宜。?? 纺丝 由于聚丙烯腈的熔点比分解温度高，因此聚丙烯腈纤维主要是采用溶液纺丝法制造。溶液纺丝可分为干法及湿法纺丝两种。 目前世界上聚丙烯腈的纺丝主要是采用湿法纺丝，约占总产量的90%，生产品种是短纤维；干法纺丝占10%，主要是用来生产长丝，也可生产短纤维。? 溶解：干法纺丝采用二甲基甲酰胺作溶剂。而湿法纺丝除此之外还可用?二甲基乙酰胺，二甲基亚砜与无机盐或酸的水溶液。? 对于工业溶解过程重要的是，粉末状聚合物与溶剂应尽可能不结成块，以免溶解时间太长。制成的纺丝溶液经脱泡、过滤后送去纺丝。? 干法纺丝：聚丙烯腈纤维的干法纺丝只用二甲基甲酰胺作溶剂。干法纺丝的纺丝溶液浓度高于湿法纺丝。使用二甲基甲酰胺时，干法纺丝例如常用25-30%的溶液，湿法纺丝则常用20-25%的溶液。? 湿法纺丝：工业生产中湿法纺丝采用表4列举的溶剂。凝固浴一般由所用溶剂与水的混合物组成 由于干法纺丝成型的条件比较缓和，所制得纤维的结构较均一、密实。纤维截面呈狗骨形、它的膨胀性和回弹性较好，手感柔和。一般都认为用干法纺丝所纺制的聚丙烯腈纤维比湿法纤维的性能更优良。但干纺腈纶投资高、能耗高，纤维上残留的DMF高，至今对于干法腈纶所残留的DMF对用户的危害性还在争论中。对于用不同工艺路线制造聚丙烯腈纤维的能耗，以有专门的研究。DMF干法纺丝的能耗较大一些，一般来说比用硫氰酸钠纺丝的能耗大20%左右，比DMAC湿法纺丝的能耗大50%左右。其竞争能力不如湿法纺丝。目前干法腈纶主要生产公司美国Dupont公司及德国Bayer公司都已放弃。? 由于干法纺丝存在的争议性与能耗问题，因此采用湿法纺丝。 关于湿法纺丝溶剂的选择 现在我国大多数专家倾向NaSCN溶剂或者DMAC溶剂 但是采用DMAC工艺其生产流程短，生产设备的材质要求低，其设备只要一般不锈钢即可，而采用NaSCN为溶剂，其生产设备必须用含Mo,Ti较高的不锈钢316A，使运行维修费用增高，两者投资相差1/4-1/3。此外由于有机溶剂对聚丙烯腈共聚物的溶解性好，原液浓度可达24-25%，比NaSCN的溶液浓度高一倍，溶剂生产及回收十分简便，水耗、电耗较低，所排污水量少，就使DMAC为溶剂生产成本低于NaSCN为溶剂。 因此湿法纺丝的溶剂采用DMAC 总结上述所说决定采用DMAC二步法工艺生产腈纶 二、工艺流程设计及论证 腈纶的主要生产工艺流程：聚合?→?纺丝?→?预热?→?蒸汽牵伸?→?水洗?→?烘干?→?热定形?→?卷曲?→?切断?→?打包。? 1、工艺特点 a.采用水相