淺論丙烯酸樹脂聚合反應工藝安全控制的設計

祝春嫦（杭州化醫工程設計院，浙江 杭州 310007）

0 概述

丙烯酸樹脂合成反應是一種聚合反應，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引發聚合產生聚合物。反應在常壓、一定溫度下進行的放熱反應，其生產過程中涉及到的單體、引發劑、溶劑大部份是易燃、易爆、有毒的化學物質。目前，大部分中小規模的丙烯酸樹脂生產廠家仍采用傳統的間歇性生產工藝，物料進料、溫度控制采用人工手動控制，反應釜敞開操作，溫度、液位等儀表采用現場顯示儀表，安全控制以操作人員的眼睛觀察和操作經驗為主，工藝安全控制自動化程度較低等問題。在這樣的生產條件下，一旦出現操作失誤，很容易造成安全事故，引起財產損失和人員傷亡。本文將從設計角度對丙烯酸樹脂聚合反應安全進行考慮，提出聚合反應工藝安全控制的自動化控制措施，以提高反應裝置的本質安全度。

1 丙烯酸樹脂合成的基本原理和工藝過程

1.1 合成的基本原理［1］

溶劑型丙烯酸樹脂聚合反應的化學原理是自由基溶液聚合，其反應過程包括：（1）鏈的引發；（2）鏈的增長；（3）鏈的終止。

（1）鏈的引發：引發劑過氧化物在分解溫度下分解產生自由基，乙烯類單體與自由基加成而生成一個新的活潑的單體自由基。

（2）鏈的增長：新的單體自由基繼續與另一個單體加聚，生成一個有較長鏈節的自由基。

（3）鏈的終止：增長著的鏈自由基二者結合，或與其他化合物反應，奪得一個電子而將自己的自由基轉移過去。

溶劑型丙烯酸樹脂根據使用涂料的性能不同，其產品規格有很多種，但其合成的原料都包括單體、引發劑、溶劑，工藝過程也基本類同。其具體的合成工藝過程如下：

（1）溶劑（底料）按配料要求預先打入聚合釜內，打開蒸汽加熱，攪拌升溫到回流溫度。

（2）在溶劑回流狀態下，按工藝要求開始勻速滴加已預先配置好的混合單體，同時關加熱蒸汽，開冷卻水，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，進行保溫反應。

（4）保溫完畢后，取樣分析產品各項技術指標，調整各項技術指標，直至合格為止。

（5）過濾、包裝。

2 丙烯酸樹脂聚合反應過程中存在的工藝危險特點

丙烯酸樹脂聚合的關鍵是引發劑的分解、單體鏈增長的速度、反應過程中熱量的轉移與控制。其聚合反應過程中存在的工藝危險特點如下：

（1）聚合所用的單體、溶劑、引發劑等原料大部分為易燃、易爆、有毒物質。在合成過程中，如出現物料泄露，容易造成燃燒、爆炸或中毒事故。

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（2）如果反應過程中熱量不能及時移出，隨物料溫度上升，發生裂解和暴聚，所產生的熱量使裂解和暴聚過程進一步加聚，進而引發反應器爆炸。

（3）部分聚合助劑危險性較大。

3 設計過程中設置的工藝安全控制措施［2］

根據聚合反應過程中存在的工藝危險特點，結合國家安監總局［2009］116號《關于公布首批重點監管的危險化工工藝目錄的通知》中丙烯酸樹脂生產安全控制的基本要求，通過與建設單位交流探討，

在設計中對傳統的丙烯酸樹脂聚合工藝進行了適當改造，增設了必要的工藝安全控制措施。

3.1 傳統的丙烯酸樹脂聚合工藝流程圖（如圖1）

圖1 傳統的丙烯酸樹脂聚合工藝流程圖

傳統的丙烯酸樹脂聚合工藝控制安全設施包括：（1）混合單體計量槽安裝了玻璃管液位計；（2）反應釜設現場壓力表和現場溫度計；（3）混合單體進料管安裝球閥，由人工手動控制滴料開停；（4）設備放空管敞開放空；（5）冷凝器放空管安裝現場壓力表。

3.2 改造后的丙烯酸樹脂聚合工藝流程圖（如圖2）

改造后的丙烯酸樹脂聚合工藝控制［3］安全設施包括：（1）混合單體計量槽安裝了自動稱重儀，并設報警連鎖記錄功能；（2）混合單體進料管增設電磁閥；（3）冷卻水進水管增設調節閥；（4）聚合反應釜安裝現場溫度表和遠傳鉑熱電阻兩套測溫系統，現場溫度表為觸點式帶連鎖報警功能的溫度表，其測量溫度與混合單體進料電磁閥連鎖；遠傳鉑熱電阻測量溫度與冷卻水進水閥組成控制系統；（5）聚合反應釜安裝現場壓力表和遠傳壓力變送器兩套測壓系統，現場壓力表為現場壓力觀察，遠傳壓力變送器帶報警功能；（6）聚合反應釜攪拌電機電流與混合單體進料電磁閥連鎖；（7）反應釜冷凝器放空管安裝觸點式帶報警功能的溫度表；（8）設備放空管接入放空總管，尾氣經處理后排放。

圖2 改造后的丙烯酸樹脂聚合工藝流程圖

3.3 改造后丙烯酸樹脂聚合反應釜工藝安全控制狀況

針對聚合反應的工藝危險特點，通過列表對改造前后丙烯酸樹脂聚合反應釜工藝安全控制方法進行了對比，具體見表1。

表1 改造前后丙烯酸樹脂聚合反應釜工藝安全控制方法對比

4 結論

丙烯酸樹脂生產安全的關鍵部位是聚合反應釜的安全生產。在設計過程中通過對丙烯酸樹脂聚合反應釜工藝安全控制設施的改造，提高聚合反應釜工藝控制的自動化水平，以提高反應裝置的本質安全度。當發生人員操作失誤、意外停電、停水或其它故障引起的聚合反應溫度升高時，能夠及時采取連鎖控制的措施，發出報警信號，提醒操作人員注意安全、正確操作，控制安全事故的發生。

當然，丙烯酸樹脂生產涉及到易燃、易爆、有毒氣體的貯存、輸送等過程，在設計過程中除了改進聚合反應釜工藝安全控制措施外，其他各專業還應按規范要求配置相應的安全設施。如在生產區域布置可燃氣體檢測報警器，在爆炸危險區域內選用防爆型電器設備，對貯存、輸送易燃易爆的設備、管道做好防雷靜電接地，配備相應的滅火器、消防栓等等安全措施，并在施工過程中嚴格按設計要求施工、驗收，裝置生產過程中嚴格管理確保安全設施正常有效地運行，以此保證項目投產后整個裝置長期穩定地安全運行。

［1］劉登良.涂料合成樹脂工藝［M］.北京：化學工業出版社，2006.

［2］安監總管三［2009］116號，關于公布首批重點監管的危險化工工藝目錄的通知.

［3］陸德明.石油化工自動控制設計手冊（第三版）［M］.北京：化學工業出版社，2000.