第一讲
第一章绪论
§1.1 高分子合成工业概述
工艺学：研究将原料加工成产品的过程的科学，属技术科学，高聚物合成工艺学研究内容包括原料特点、生产原理、生产流程、操作条件、设备的构造和材料。 1. 分类：天然、半合成、合成
天然橡胶经硫化制备橡胶制品，蛋白质改性产品乳酪素，纤维改性产品赛璐珞
2. 高聚物的用途：皮革制品、纤维及其制品、纸张、橡胶制品、塑料制品、涂料、粘合剂、离子交换树脂、生物医学制品等。
3. 石油化工包括石油开采、石油炼制、基本有机合成、高分子合成、高分子材料成型加工，其中高分子合成工业起着承前启后的作用， 以燕化为例阐述我国高分子化工的发展。
1959年开始顺丁橡胶的研究，主要是催化剂的研究，Ni, Co.Ni, Ti, Co，70年开始建设，是我国首个具有知识产权的大规模的化工装置。
§1.2高分子化合物的生产过程
高分子合成工业的基本任务：将简单的有机化合物（单体），经聚合反应使之成为高分子化合物。 官能团：能够发生聚合反应的活性基团或原子。
单体：含有二或二以上官能团的能够发生聚合反应的有机化合物。（请举例）
因规模大、工艺复杂，故以线性加成聚合反应为主讲解高聚物生产过程。
高聚物的合成工艺过程包括：原料准备与精制过程、催化剂（引发剂）配制过程、聚合反应过程、分离过程、聚合物后处理过程、回收过程、三废处理过程。
一、原料准备与精制过程
原料：单体、溶剂，主要是去离子水的贮存、洗涤、精制、干燥、调整浓度等过程和设备，方法：精馏
1. 杂质的危害：1) 阻聚和链转移作用，降低分子量；2) 使催化剂中毒和分解，降低催化剂的催化作用；3) 缩聚过程中单官能物的封端作用，降低分子量；4)使聚合物产生泽，降低产品质量，因此，要求单体纯度在99％以上。
2. 单体的贮存
由于单体往往是易燃、易爆、有毒、自聚的有机化合物，因此在贮存过程中应注意如下问题：1) 防止与空气接触；2) 使贮罐不会产生过高压力；3) 防止泄漏；4)加阻聚剂；5) 贮罐远离反应装置；6) 最好使用耐压容器
二、催化剂（引发剂）配制过程（聚合用催化剂、引发剂和助剂的制造、溶解、贮存、调整浓度等过程与设备。
引发剂用于自由基聚合，常用的引发剂包括过氧化物、偶氮化合物、过硫酸盐等。（提问）催化剂用于离子聚合及配位聚合，常用的催化剂包括烷基金属化合物、金属卤化物、以及路易士酸。（提问）
贮存需注意的事项：1) 易燃易爆如过氧化物小包装、低温贮存、防火、防撞击，固体加适量水使之潮湿，液体加溶剂稀释；2) 烷基金属化合物接触空气自燃，遇水爆炸，低级烷基的铝化合物制备成惰性溶剂如加氢汽油、苯和甲苯的溶液，便于贮存和输送；3) 过渡金属卤化物接触潮湿空气水解生成腐蚀性烟雾，防止接触空气。
三、聚合过程（包括聚合和以聚合为中心的有关热交换设备及反应物料输送过程与设备）
1. 聚合反应特点
聚合过程是高分子合成工业中最主要的化学反应过程，其产物特点：1) 实际是同系物的混合物；2) 坚硬的固体物、高粘度熔体或高粘度溶液；3) 不能采用一般精制方法（精馏、结晶、萃取）进行精制。
由于上述特点，聚合反应对聚合反应工艺条件和设备的要求非常高：纯度、反应条件、设备材质。
生产不同牌号产品的方法：使用分子量调节剂；改变反应条件；改变稳定剂等
2. 聚合反应分类
聚合反应
反应机理
操作方式
逐步聚合
自由基聚合
离子聚合和配位聚合本体、溶液间歇和连续
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熔融、溶液、界面、固体
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3. 间歇操作
1）定义
2）周期：准备－进料－反应－出料－清理，在反应过程中要经历升温、恒温、降温三阶段。缺点：1）不易实现全部自动化；2）产品规格难控制；3）生产规模小。
优点：1）反应条件易控制；2）物料的停留时间相同；3）灵活性大（适合小批量生产，易改变品种和牌号。
4. 连续操作
1）定义
2）优点：聚合反应条件稳定；2）自动化程度高；3）产品质量规格稳定；4）污染小；5）生产规模大；6）成本较低。
扬州寄语市长3）缺点：不易经常改变产品牌号。
ucdos5. 聚会反应器
1）分类：管式、塔式、釜式，特殊的：螺旋挤出机式、板框式，其中以釜式最常用。对于聚合反应器必须具有良好的热交换能力和优良的反应参数控制系统。
2）釜式聚合反应器的排热方式：1）夹套；2）夹套附加内冷管；3）内冷管；4）反应物料釜外循环；5）回流冷凝器；6）反应物料部分闪蒸；7）反应介质预冷。
3）聚合反应器中的物料形态：高粘度熔体、高粘度溶液、固体微粒－液体分散体系、胶体分散液、粉状固体、固体制品（本体浇铸聚合）。
4）搅拌器：平浆式、旋浆式、涡轮式、锚式、螺带式。
搅拌器的作用：对于均相反应体系，搅拌器起加速传热的作用；对于非均相体系，搅拌器起加速传热和传质的作用。住家创业
旋浆式、涡轮式搅拌器适合低粘度流体的搅拌，平浆式、锚式搅拌器适合高粘度流体的搅拌，螺带式搅拌器适用于粘度很高、流动性很差的合成橡胶溶液聚合反应釜的搅拌。
四、分离过程
聚合产物的组成：聚合物、未反应单体、催化剂残渣、反应介质等。
1）有些产品直接应用于生产不需分离，如本体、熔融缩聚产品、直接用作涂料和粘合剂的乳液或溶液。
2）本体产品分离：真空、薄层或现状流动
3）自由基悬浮聚合：对于压力下液化的单体——闪蒸（迅速减压）
对于沸点较高的单体——蒸汽蒸馏，离心过滤
4）离子聚合及配位聚合的淤浆液——先闪蒸分离未反应单体，然后采用甲醇或乙醇等醇类破坏金属有机化合物，经过洗涤，离心过滤，最终分离催化剂
5）高粘度溶液：如顺丁橡胶的凝聚釜采用水析法
6）乳液：直接使用的乳液采用闪蒸或浓缩的方法分离未反应单体，采用喷雾干燥法获得
五、后处理
1. 合成树脂的后处理过程
潮湿的粉状树脂干燥干燥的粉状树脂包装粉状合成树脂商品
稳定剂
造粒粒状塑料均匀化
粒状塑料商品
干燥方法：气流干燥和沸腾干燥
2. 合成橡胶的后处理过程箱式干燥机和挤压膨胀干燥机
干燥压块合成橡胶商品
六、回收过程：主要回收溶剂循环使用，合成橡胶的油水分离罐。精馏
七、三废处理
第二讲
第二章 生产单体的原料路线析构函数
§2.1 原料路线简介 1． 石油化工路线
石油
汽油、石脑油、煤油、柴油和炼厂气
高温裂解
分离
乙烯、丙稀、丁烯、丁二烯
液体加氢催化重整苯、甲苯、二甲苯
单体
2． 煤炭路线
煤炭
炼焦
煤焦油
苯、甲苯、苯酚
＋石灰石高温
电石＋水乙炔单体
其中，煤炭化工路线又分为煤焦油化工路线、一碳化工路线、乙炔化工路线（焦炭化工路线）。 干馏（carbonization ）：在隔绝空气的条件下，煤分解蒸馏得到焦碳及其它馏分的过程。 3. 其它原料路线
主要是以农副产品或木材工业副产品为基本原料，直接用作单体或经化学方法加工为单体。自农副产品中得到的最主要的单体是糠醛，以糠醛为原料可获得丙酮、苯酚、康醇和甲醛等。其他如淀粉、纤维素和非食用油。
§2.2 石油化工原料路线 一、相关名词：
1. 原油：从油田开采出来未经加工的石油。根据所含主要碳氢化合物类别，原油分为石蜡基石油、环烷基石油、芳香族石油及混合基石油。我国：石蜡基石油。
2. 石脑油：轻汽油和重汽油的混合物，又叫直流汽油。
3. 石油气：天然气、油田气、炼厂气的总称。
4. 天然气：从有气无油的矿井中开采出来的主要含低分子烷烃的气体。 两类：干性天然气，主要组分是甲烷，难液化，用作燃料。
湿性天然气，含较多的乙烷、丙烷、丁烷，易液化，是高分子合成工业的主要原料。 5. 油田气：伴随着石油开采而得到的气体，又称油田半生气。 6. 合成气：由氢和一氧化碳组成的各种混合物的总称。 7. 炼厂气：由炼油过程中收集到的气体。
8. 乙烯装置：以年产的乙烯量为标准的石油裂解装置在工业上称为乙烯装置。
9. 抽余油：将原油炼制后或裂解后的汽油馏分经铂重整，将芳烃抽除后的馏分，在从中提取60～90℃的馏分，称为抽余油。
10. 加氢催化重整：石脑油中特定馏分经过加氢后经多组分含铂催化剂的作用下，在重整反应器中发生脱氢、环化、异构化和裂解反应生成芳烃的过程。直链变环链
11. 深冷分离法：将裂解气冷冻到-100℃左右的低温，使除H2和CH4以外的低级烃全部冷凝液化，然后利用各种烃的相对挥发度的不同，用精馏的方法在适当的温度压力条件下，使各种烃逐一分离。
12. 萃取精馏：用来分离恒沸点混和物或组分挥发度相近的液体混合物的特殊精馏方法。原理：液体的混合物中加入较难挥发的第三组分溶剂，以增大液体混合物中各组分的挥发度的差异，使挥发度相对地变大地组分可由精馏塔顶馏出，挥发度相对较小地组分则与加入地溶剂在塔底流出，然后进行分离。
二、原油炼制
1 常压蒸馏（300-400℃以下）：石油气、石油醚、汽油（石脑油）、煤油、轻柴油、重柴油
2 减压蒸馏：（高沸点）柴油、变压器油、含蜡油等，不能蒸出的为渣油。
三、石油裂解生产烯烃
1. 原料：1）液态油品和裂解副产物乙烷、碳四馏分，2）湿性天然气，3）油田气，4）炼厂气
2. 装置：管式裂解炉，压缩机、蒸馏塔、热交换器、油水分离器、气体干燥、脱酸性气体、炔烃氢化和冷箱
3. 过程：沸点350℃以下的液态烃，在稀释剂水蒸气存在下于750-820℃高温热裂解为低级烯烃、二烯烃的过程。停留时间0.2-0.5s。
4. 液态烃高温裂解产品：
5. 精制过程：脱酸、除水、除炔。
6. 分离过程：深冷分离法
脱丙烷塔
C4馏分
裂解汽油
四、石油裂解生产芳烃
沸点小于220℃，直馏汽油。
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