浅论丙烯酸树脂聚合反应工艺安全控制的设计

祝春嫦（杭州化医工程设计院，浙江 杭州 310007）

0 概述

丙烯酸树脂合成反应是一种聚合反应，由各类单体苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯等在溶剂中经引发聚合产生聚合物。反应在常压、一定温度下进行的放热反应，其生产过程中涉及到的单体、引发剂、溶剂大部份是易燃、易爆、有毒的化学物质。目前，大部分中小规模的丙烯酸树脂生产厂家仍采用传统的间歇性生产工艺，物料进料、温度控制采用人工手动控制，反应釜敞开操作，温度、液位等仪表采用现场显示仪表，安全控制以操作人员的眼睛观察和操作经验为主，工艺安全控制自动化程度较低等问题。在这样的生产条件下，一旦出现操作失误，很容易造成安全事故，引起财产损失和人员伤亡。本文将从设计角度对丙烯酸树脂聚合反应安全进行考虑，提出聚合反应工艺安全控制的自动化控制措施，以提高反应装置的本质安全度。

1 丙烯酸树脂合成的基本原理和工艺过程

1.1 合成的基本原理［1］

溶剂型丙烯酸树脂聚合反应的化学原理是自由基溶液聚合，其反应过程包括：（1）链的引发；（2）链的增长；（3）链的终止。

（1）链的引发：引发剂过氧化物在分解温度下分解产生自由基，乙烯类单体与自由基加成而生成一个新的活泼的单体自由基。

（2）链的增长：新的单体自由基继续与另一个单体加聚，生成一个有较长链节的自由基。

（3）链的终止：增长着的链自由基二者结合，或与其他化合物反应，夺得一个电子而将自己的自由基转移过去。

溶剂型丙烯酸树脂根据使用涂料的性能不同，其产品规格有很多种，但其合成的原料都包括单体、引发剂、溶剂，工艺过程也基本类同。其具体的合成工艺过程如下：

（1）溶剂（底料）按配料要求预先打入聚合釜内，打开蒸汽加热，搅拌升温到回流温度。

（2）在溶剂回流状态下，按工艺要求开始匀速滴加已预先配置好的混合单体，同时关加热蒸汽，开冷却水，边搅拌边滴加，控制温度在回流温度下。

（3）混合单体滴加完毕后，进行保温反应。

（4）保温完毕后，取样分析产品各项技术指标，调整各项技术指标，直至合格为止。

（5）过滤、包装。

2 丙烯酸树脂聚合反应过程中存在的工艺危险特点

丙烯酸树脂聚合的关键是引发剂的分解、单体链增长的速度、反应过程中热量的转移与控制。其聚合反应过程中存在的工艺危险特点如下：

（1）聚合所用的单体、溶剂、引发剂等原料大部分为易燃、易爆、有毒物质。在合成过程中，如出现物料泄露，容易造成燃烧、爆炸或中毒事故。

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（2）如果反应过程中热量不能及时移出，随物料温度上升，发生裂解和暴聚，所产生的热量使裂解和暴聚过程进一步加聚，进而引发反应器爆炸。

（3）部分聚合助剂危险性较大。

3 设计过程中设置的工艺安全控制措施［2］

根据聚合反应过程中存在的工艺危险特点，结合国家安监总局［2009］116号《关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》中丙烯酸树脂生产安全控制的基本要求，通过与建设单位交流探讨，

在设计中对传统的丙烯酸树脂聚合工艺进行了适当改造，增设了必要的工艺安全控制措施。

3.1 传统的丙烯酸树脂聚合工艺流程图（如图1）

图1 传统的丙烯酸树脂聚合工艺流程图

传统的丙烯酸树脂聚合工艺控制安全设施包括：（1）混合单体计量槽安装了玻璃管液位计；（2）反应釜设现场压力表和现场温度计；（3）混合单体进料管安装球阀，由人工手动控制滴料开停；（4）设备放空管敞开放空；（5）冷凝器放空管安装现场压力表。

3.2 改造后的丙烯酸树脂聚合工艺流程图（如图2）

改造后的丙烯酸树脂聚合工艺控制［3］安全设施包括：（1）混合单体计量槽安装了自动称重仪，并设报警连锁记录功能；（2）混合单体进料管增设电磁阀；（3）冷却水进水管增设调节阀；（4）聚合反应釜安装现场温度表和远传铂热电阻两套测温系统，现场温度表为触点式带连锁报警功能的温度表，其测量温度与混合单体进料电磁阀连锁；远传铂热电阻测量温度与冷却水进水阀组成控制系统；（5）聚合反应釜安装现场压力表和远传压力变送器两套测压系统，现场压力表为现场压力观察，远传压力变送器带报警功能；（6）聚合反应釜搅拌电机电流与混合单体进料电磁阀连锁；（7）反应釜冷凝器放空管安装触点式带报警功能的温度表；（8）设备放空管接入放空总管，尾气经处理后排放。

图2 改造后的丙烯酸树脂聚合工艺流程图

3.3 改造后丙烯酸树脂聚合反应釜工艺安全控制状况

针对聚合反应的工艺危险特点，通过列表对改造前后丙烯酸树脂聚合反应釜工艺安全控制方法进行了对比，具体见表1。

表1 改造前后丙烯酸树脂聚合反应釜工艺安全控制方法对比

4 结论

丙烯酸树脂生产安全的关键部位是聚合反应釜的安全生产。在设计过程中通过对丙烯酸树脂聚合反应釜工艺安全控制设施的改造，提高聚合反应釜工艺控制的自动化水平，以提高反应装置的本质安全度。当发生人员操作失误、意外停电、停水或其它故障引起的聚合反应温度升高时，能够及时采取连锁控制的措施，发出报警信号，提醒操作人员注意安全、正确操作，控制安全事故的发生。

当然，丙烯酸树脂生产涉及到易燃、易爆、有毒气体的贮存、输送等过程，在设计过程中除了改进聚合反应釜工艺安全控制措施外，其他各专业还应按规范要求配置相应的安全设施。如在生产区域布置可燃气体检测报警器，在爆炸危险区域内选用防爆型电器设备，对贮存、输送易燃易爆的设备、管道做好防雷静电接地，配备相应的灭火器、消防栓等等安全措施，并在施工过程中严格按设计要求施工、验收，装置生产过程中严格管理确保安全设施正常有效地运行，以此保证项目投产后整个装置长期稳定地安全运行。

［1］刘登良.涂料合成树脂工艺［M］.北京：化学工业出版社，2006.

［2］安监总管三［2009］116号，关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知.

［3］陆德明.石油化工自动控制设计手册（第三版）［M］.北京：化学工业出版社，2000.