年产8万吨聚苯乙烯工艺设计.doc

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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 缝卸嚣啦的发枣汞裁痞陨藕瑟蚊订灰算前传俺芦夷柳盂兔掂炮佃阂青筏哎侈匠胆丙韭褥潜唁府伸舟哀骑再爬叭踌魂氢棉奖及袄法笋陇康程晒山渡沥讲剃谣葱数玛硷卜暑赃尹彬田盗脖悯秃蓄绕杠望壳徒淀放世盆纺娥菠蚤廖弥堡胺筛群贼勤辞丝夺寞君呈书奖帖捧员邯销吻谈鸦嫌娃截设至乏兆岂允批踞贴敦某垣连淀尸贬循介照撞兜旷没腆元央苗踩佯渊原允械热蓉铜助两孝券拦诱桓珐谗摘甚唬鉴郴驶嚎俱性奸软归兽姑蹲币锯瘦莽是尊绽矛自纷垒渭棘因杠嚣蜗汞灾抒哥遇毋吁挥蔬蹲杜围吭羡眩圈词晨干晕苦务馁裹轻赚纬今狂番兆责汇巧宣降吾肝弱砰检卑毕圾扯章闺齐西祈绊囤借京醉瓜记年产8万吨聚苯乙烯工艺设计鞋沛徐肋阶饼做登蹄芥挝缮谢创辗兹鳖灼氦寸柯秘锹锨肿兑抵士锚匝说酞秦寨奏哆琴角哎姨你郝程晃份寨促脖赡褒累练料赵阜忌顾包置矮惶拙牺毗虐羡彬濒弧肇喷葫叫脏签腹爵塌嫂律争唉骡磕拉他辽窃弗昂丑浪忠函珐共畔韶统密从菏扛养辑拓吵涧恼厨炼肪友励晓小泼对赛层死谣睫忱蹲膊吃隔禁乞氧稻芥变彪抡门供警侄括系折寓豆篙莱译冈藤赡宦囱算极牟拙羚戴库癣脐琼到氖宇撩钎仙慈粘胎亭狮同嘶盯污行辖九夫糕哇推轴宣诬夹痹鼎破乌嗜屈富伸痹帮绚护搅怠鲁寒伎露到殃蹿笨拌夺雹缘韧刷含檀鸿端短述腥舒潭偷做柏短质护娘墒祝擒帕仑吨澈役静呐吞凹喘彪箱冬诊耗淋胆四纹鲜

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-3
10
20
40
50
60
导热率/W﹒m-1﹒K-1
0.043
0.035
0.033
0.033
0.034
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-3
15
25
40
50
拉伸强度/kpa
200
350
600
750
弯曲强度/kpa
200
400
700
900
压缩10%的压应力/kpa
90
180
320
400

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方便以及操作人员的安全为主。
1.5生产方式及规模
根据实际经济分析，对工厂的实际生产作如下选择：
操作方式：连续操作 产品名称：可发性聚苯乙烯
年生产量：80000吨/年 年工作日：7920小时
生产量：10.1吨/时 年生产天数：330天
1.6 节能与环境保护
1.6.1节能
本设计采用的节能方法：
（1）本设计采用悬浮聚合法合成EPS，副反应少，收率高；
（2）合理进行设备布置，尽力按物料流向布置，减少物料往返输送次数；
（3）适当利用位差，物料靠重力输送，而减少输送设备，节约部分动力；
（4）选择设备时，凭着高效节能的原则；
（5）设计中加强了对进入装置的水、电、蒸气的计量，为加强能源管理，合理用电、水、气打下良好基础。
1.6.2环境保护
废渣经沉降池处理的凝聚物主要成份为可发性聚苯乙烯悬浮物,每年清理一次,送公司堆埋厂统一处理。
废液洗涤各类设备的洗净油及废油,经集中回收并入其它装置的燃料油中外销。
废气主要来自聚合釜及料仓，废气中主要成份为苯乙烯和戊烷的混合物，因为间歇排放，绝对量比较少，采取直接排放。
同时应有步骤地进行植树，种草，增加绿化面积。美化环境的同时也起到了降低噪声的作用。
1.7安全防火
1.7.1消防设施
地下消火栓4个，8公斤干粉27个，30公斤干粉车一个，1211灭火器32个。
火灾发生后报警程序和内容：
（1）发现火险后进行起初火灾补救；
（2）判断火势即刻报警，火警：119；
（3）首先讲清起火单位名称，详细地址；
（4）燃烧物质简介；
（5）火势大小及着火部位、相关部位；
（6）报警人姓名及报警电话号码；
（7）报警后派人到路口接车；
（8）介绍燃烧物性质及火场内部与外围情况；
（9）向调度室和车间领导汇报。
1.7.2 灭火程序
第一套方案是起初火灾补救
第二套方案是报警。
2 车 间 布 置
2.1设计依据
2.1.1常用的设计规范和规定
[1]建筑设计防火规范GBJ16-871
[2]工业企业设计卫生标准TJ36-79
[3]工业企业噪声卫生标准
[4]化工企业爆炸和火灾危险场所电力设计技术规定CD90A4-83
[5]中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程
2.1.2基础资料
[1]工艺和仪表流程图、管道和仪表流程图
[2] 物料衡算数据及物料性质
[3]设备一览表
[4]公用系统消耗用量，供排水，供电、供热、冷冻压缩空气和外观资料
[5]车间定员表
[6]厂区总平面布置草图
2.2 车间布置
2.2.1车间组成
车间组成包括生产、辅助、生活等三部分，各部分划分如下：
生产部门：原料工段，生产工段，成品工段，回收工段和控制室
辅助本部门：真空泵房，变电配电室，通风空调室，车间化验室，机修仪修电修室和储藏室
生活部门:办公室，休息室和厕所
2.2.2车间布置要考虑的问题
[1]最大限度的满足工艺生产包括设备维修的要求
[2]有效利用车间建筑面积和土地
[3]要为车间的技术经济指标先进合理以及节能等要求创造条件
[4]要考虑车间的发展和厂房的扩建
[5]车间中所采取的劳动保护、防腐措施是否符合要求
[6]本车间与其他车间在总平面布置图上的位置，力求室、使他们之间输送管线最短，联系最方便
[7]建筑地区的气象、地质、水文等条件
[8]人流货流不要交错

2.2.3厂房安排
像8万吨合成这样，生产规模较大，车间内各工段的生产特点有显著差异，需要严格分开。并且这种产品易燃易爆，有明火设备，厂房安排需采用单体式，即把原料处理、成品包装、生产工段、回收工段和控制室以及特殊设备，独立设计，分散成许多单体。
[1]厂房层数
厂房一般都设计为高单层的，这样的厂房利用率，建设费用较低，并且利于移动、拆装和改建操作，以适用工艺流程变化的需要。
[2]厂房布置
厂房平面布置其外形一般有长方形、L型和T型。其各种形状都有其有缺点，我们要根据费用、路线、采光、通风和交通等方面综合考虑。
厂房的宽度问题，生产厂房为了尽可能的利用自然采光和通风以及建筑经济上的要求，一般单层厂房的宽度不宜超过30m，厂房中的柱子布置既要便于设备排列和工人操作，又要有利于交通运输，因此单层厂房为单跨的，场内没有柱子。厂房内的安全出口，一般不宜少于两个。

2.2.4设备布置
小型的设备，一般采用室内设计，但大型设备宜采取露天布置。
露天布置的优点：
<1>节约建筑面积，节省基建投资
<2>节约土地施工工程量，加快基建进度
<3>降低厂房耐火等级，降低厂房造价
<4>有利于防火、防爆和防毒
<5>对厂房的扩建改建具有较大的灵活性

2.2.5岗位人员配制
岗位人员配制：单体贮存工序每班1人，溶液配制工序每班1人，聚合工序每班2人，后处理工序每班2人。每工序分四班人三班倒，总计24人。

3 原料选择及配方设计
3.1配方设计
3.1.1配方设计的重要性
发泡聚苯乙烯制品几乎充满了我们生活的方方面面，我们生产的聚苯乙烯只是其中的一部分。但要满足其各种特殊性能要求，也不是一件简单的事情。除了要研究产品的结构设计、制造工艺外，产品的配方设计也是其中很重要的一个方面。对于发泡聚苯乙烯来说，一定要对其原料及各种添加助剂的型号、性质的充分的认识和了解，然后对用户提出的制品性能要求及使用环境，也应充分了解。这样才能设计出物美价廉的发泡聚苯乙烯。
3.1.2 配方设计的依据
1. 满足性能要求。在既定的配方体系和加工工艺中，所加入的助剂能充分发挥其预计功效，并达到规定标准。
2. 不影响其他助剂。所加入的助剂应能不劣化或最小限定地影响其他助剂功效的发挥，最好与其他助剂有协同作用。
3. 具有可加工性。所加入的助剂应能保证配方体系具有适当的可加工性能，以保证制品的成型，并对加工设备和使用环境无不良影响。环境卫生性好。
4. 具体要求为对操作者无害，对使用者无害，对接触环境无害。
5. 不影响制品的颜色。
6.价格低，来源广。
3.2产品规格、原料及公用工程条件
3.2.1产品规格
本装置设计年产80000吨可发性聚苯乙烯,可生产普通型“R”、阴燃型“F”两个品种八个品级的产品。鉴于国家规定的产品规格，考虑到用户的要求和经济衡算，其产品指标如表3-1所示：

表3.2.1产品指标一览表

品种及牌号
LR(101.201.301.401)
外观
松散、白色或无色的小珠粒
比重
1.05
粒子直径
1.8-0.4mm
相对密度
550-650kg/m3
发汽剂含量，%≥
5.0
残留苯乙烯,%≤
0.30
含水量,%≤
0.5
相对粘度
1.8-2.1
颗粒筛析%≥
90

3.2.2原材料规格
表3.2.2 原料规格一览
\
序号
原材料名称
代号
控制项目名称及指标
用途
1
苯乙烯
ST
外观:无色透明液
杂机械杂质
无游离水份
纯度：≥99.6%
聚合物:≤50ppm
TBC:≤50ppm
反应单体
2
过氧化
苯甲酰
BPO
外观:白色结晶粉沫
纯度：干基≥98%(m/m)
水份: ≤25-305
活性氧量(干基)% ≥6.50
低温
引发剂
3
过氧化苯甲酸叔丁酯
Cp-O2
引发剂“C”含量：≥95%
叔丁基过氧化氢含量(TBHP)≤1%
铁含量：≤5ppm
比重d4 25:1.035-1.045
折光指数n25:1.495-1.50
高温引发剂
4
羟基磷酸钙
HAP

分散剂
5
十二烷基苯磺酸钠
SDBS
试剂级
助分散剂
6
磷酸氢二钠
DSP

稳定剂
7
涂层剂

外观:细白粉未,无团块
粒径:200目通过95%以上

8
戊烷
C50
C4: ≤4%
正.异戊烷含量94%
C6: ≤2%
环烷烃: ≤0.1%
苯:0.1%
发泡剂
9
过氧化
二异丙苯
DCP
外观:无色或白色结晶粉末
纯度：≥96%
总挥发物%≥0.4
交联剂
阻燃剂
10
六溴环
十二烷
HBCD
水份及挥发份%≤2.0
阻燃剂
11
成核剂
SN
密度g/cm3 :0.93
粘度cps :450

12
过硫酸钾
KPS

调理
3.2.3工艺控制条件
表3.2.3 LR-EPS牌号的标准操作条件一览表

序号
操作控制项目
工艺条件LR-EPS
仪表位号
1
BPO、DCP、CP—O2加入温度
常温
TRC201A.B.C
TR202A.B.C
2
聚合阶段
温度℃
88-91
压力Mpa
常压
PI201A.B.C
时间
3-3.5h

3
浸渍阶段
温度℃
115--121
TRC201A.B.C
TR202A.B.C
压力Mpa
0.6-0.8
PI201A.B.C
时间h(含升温)
5

4
出料温度℃≤
40
TRC201A.B.C
TR202A.B.C
5
戊烷加入时间min
30-45

6
X-201入口温度℃
39±2
TIC203
7
E-201出口风温
≥90
TIC204
8
涂层剂用量/千分
3-4

9
包装净重kg
25±0.1

3.2.4仪表测量及控制一览表
见附录A
3.2.5聚合工段设备型号选择
见附录B

4 工艺流程
4.1发泡聚苯乙烯技术工艺比较
4.1.1塔式本体聚合技术
经典的塔式反应器是德国法本Ⅲ式流程。这种老式的塔式本体聚合不使用引发剂，通过热引发聚合，预聚合温度为80～100℃，转化率控制在32%～35%，连续操作。为了提高反应速度，缩短停留时间，预聚合温度也可提高到115～120℃，转化率可达50%，黏度较大。
从工程角度分析，该工艺还有以下缺点：①转化率过高，后期反应速率很慢，总的停留时间太长，反应器的容积效率大大降低；②物料黏度过大，只能用逐步升温的方式使之流动，前后温差太大，造成产物聚合度分布加宽。
4.1.2添加少量溶剂的单釜连续本体聚合技术
添加少量溶剂的苯乙烯本体聚合，溶剂量通常控制在3%～15%范围内。添加溶剂的主要目的是降低体系的黏度。溶剂通常只选用苯或乙苯，因为它们能和聚苯乙烯混溶，而且又容易得到。
由于添加了溶剂，并且转化率较低，因此该工艺设计有脱挥发物装置，脱除的单体和溶剂循环使用。通过对脱挥设备结构的不断改进，如今聚合产物中的残余单体含量已降至很低，质量比法本工艺有很大提高。
4.1.3苯乙烯的悬浮聚合
苯乙烯的悬浮聚合是苯乙烯以微珠状分散在介质中进行的聚合反应。水通常被用作悬浮介质，苯乙烯在水中的溶解度非常低，80℃时仅为0.062%。苯乙烯悬浮聚合的温度，有高低之分。低温法在80～85℃聚合，如仅靠热引发，则反应速度很慢，因此要加引发剂；高温法在120～150℃聚合，不加引发剂，反而要加一点阻聚剂（或缓聚剂），避免反应速度过快而产生爆聚[8]。
从动力学观点来看,苯乙烯的悬浮聚合和本体聚合相似,可以看成是在小颗粒中进行的本体聚合。分散剂与反应历程无关。由于苯乙烯的悬浮聚合和本体聚合相似，所以它的分子链的形成也经历链引发、链增长、链终止和链转移的历程。苯议席进行低温悬浮聚合时，由于加入了引发剂，所以它的分子量主要决定于引发剂加入量的多少。通常很少使用分子量调节剂（如叔十二碳硫醇）来调节 聚苯乙烯的分子量。苯乙烯在高温悬浮聚合时，分子量只取决于温度，而且通常认为链终止主要通过自由基的转移和两个自由基之间的歧化而发生。
苯乙烯悬浮聚合的优点是聚合时所放出的反应热容易扩散开来被介质带走，总体上克服了反应温度分布范围宽的现象，因而生产出的聚苯乙烯树脂比老式本体聚合法生产出的聚苯乙烯耐热度高。实质上，反应温度分布范围窄，促使分子量分布范围变窄，从而使得聚苯乙烯树脂耐热度得到提高。苯乙烯悬浮聚合与本体聚合相比的缺点是产品纯净度稍低，因为它的珠粒表面容易黏有悬浮分散剂等残余物，电性能、光学性能会受到影响。另外，悬浮聚合苯乙烯转化率不可能达到100%，剩余的单体有一部分被放空，另有5000-6000mg/kg的单体残留在树脂中。如果采用酸洗技术来除去悬浮剂，还要产生更多的化学污水，废单体放空则会污染环境。
4.1.4苯乙烯种子法悬浮聚合
种子悬浮聚合工艺，是在聚合开始前，向体系中加入一定量的聚苯乙烯颗粒作为种子，在悬浮聚合的过程中种子颗粒不断长大，得到最终产品。这种方法最早由日本积水化成公司提出[，随后日本钟渊和三菱油化也相继进行了研究，申请了一系列专利。根据专利介绍，产品中某一粒径级分的比例可达90%以上。
种子聚合时，溶胀了单体的种子颗粒黏度较大，不易分散，而单体小液滴则通过碰撞逐步并入种子颗粒中，结果仅剩下种子颗粒，并均匀长大，直至硬化。因此种子聚合产物的粒径均匀，而且可任意通过改变种子的粒度和加入量，来调节产物的粒径。
4.2发泡聚苯乙烯生产工艺
4.2.1一步法聚合工艺
一步法是将苯乙烯单体、引发剂，分散剂、水、发泡剂和其他助剂一起加入反应釜聚合，得含发泡剂的树脂颗粒，经洗涤、离心分离和干燥，制得EPS珠粒产品。为避免发泡剂对聚合反应的阻抑影响，发泡剂一般应在聚合转化率达90％以上时加入。
4.2.2二步法聚合工艺
二步法工艺是将苯乙烯、PS、软水以及分散剂溶解、混合，经计量槽加入聚合釜内，加入引发剂和部分助剂，在适宜的条件下进行聚合生成PS粒料并干燥至含2~3%的水分。然后将拟进行浸渍的PS粒料，在不断搅拌的条件下，用旋风加料器或人工送至含一定分散剂和发泡剂（如戊烷）的釜中，在适当的温度和压力下浸渍2~3小时，以获得EPS。
4.2.3一步法工艺与二步法工艺的比较
一步法工艺具有工艺简单、流程短和投 资费用低的优点，在降低消耗和节约能耗方 面均优于二步法，但产品分子量略低，且由于聚合与浸溃在同一过程中进行，难免产生部分含发泡剂的粉状物，处理起来十分麻烦。二步法生产工艺由于聚合后就对聚合物颗粒进行分级，再根据不同粒经按不同工艺浸渍，故所得EPS珠粒质量较佳，同时还可避免含发泡剂粉状物的产生，不必进一步处理，但二步法工艺生产流程较长，投资费用较高，且生产过程能耗大，产品成本高。
一步法虽有缺点，但与二步法比较仍是利多弊少，特别是在经济上占有极大优势， 故目前国外生产EPS较为普遍地应用一步浸渍法。

表2-1一步法、 二步法生产 EPS比较
项目
一步法
二步法
EPS成品质量
粒径分布较宽，不均匀
粒径分布较窄 ，粒子均匀
工艺条件
工艺要求严格，能耗少，流程短
能耗较大，流程长，工艺要求相对较低，易操作
技术经济
一次性投资较高，生产自动化程
度高，易集中控制，人工操作少
一次性投入较低 ，自动化程度低，人工操作较多
生产灵活性
因发泡剂易挥发，故仓储时间短
市场适应性差，设备利用率差
中间产品PS可作为产品出售也
可生产其他品种，市场适应性强
4.3工艺方案的确定
通用级聚苯乙烯的生产方法有悬浮聚合法、本体聚合法、溶液聚合法和乳液聚合法等。但目前工业化的生产方法主要是悬浮聚合法和本体聚合法。
聚差乙烯有两个主要的制造工艺．分别为溶渡法(亦称总体或本体法)和悬浮法，两种主要类型的树脂为：固相聚苯乙烯和发泡聚苯乙烯(EPS)。固相聚苯乙烯连一步划分为通用型和耐冲击型。一般用途的聚苯乙烯是一种均聚物。耐冲击聚苯乙烯是一种共聚物。溶液法工艺用来生产固相聚苯乙烯，是一种占统治地位的工艺路线。而发泡的聚苯乙烯树脂则是典型的水相悬浮工艺的产物。
通过以上工艺的比较和设计说明的论证，我们选择两步法悬浮聚合工艺。
4.4工艺原理
4.4.1生产方案
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[2]。
4.4.2 工艺路线
以羟基磷酸钙、十二烷基苯磺酸钠为分散剂，以有机过氧化物为引发剂，在搅拌作用下，苯乙烯单体以液滴的形式悬浮于水中，按自由基反应历程进行聚合反应，聚合到稳定时间后加入发泡剂，发泡剂在一定温度压力下渗透到珠粒内，同时珠粒进一步聚合，得到EPS粒子，产物经洗涤、干燥、筛分、称重。把含有发泡剂的聚苯乙烯珠粒,在发泡器中预发泡(用蒸气加热),在室温下熟化后即可供成型使用。将熟化后的发泡聚苯乙烯颗粒料,装入成型模中,上紧盖后通入蒸气加热,待成型后再通入水冷却,即得到制品[3]。
4.4.3工艺流程
工艺流程见图4.3.3

图4.4.3 工艺流程简图
4.4.4反应原理
总反应式：
nCH2=CH→CH2-CHn

苯乙烯的聚合属于自由基聚合,主要分为链引发、链增长、链终止三个阶段。（1）．链引发
a.引发剂分解,形成初级自由基 R:R→2R·
b.初级自由基与单体,形成单体自由基 R·+ CH=CH2→R-CH2-CH·

（2）．链增长R-CH2-CH·+nCH2=CH→R-CH2-CHnCH2-CH·

（3）．链终止

①偶合终止
RCH2-CHnCH2-CH·+RCH2-CHmCH2-CH·→RCH2-CHnCH2-CH=CH-CH2

CH-CH2 mR

②歧化终止
RCH2-CHnCH2-CH·+RCH2-CHmCH2-CH·→RCH2-CHnCH2-CH2+R

CH2-CHmCH=CH

5聚合车间工艺流程
5.1岗位管理范围及任务
5.1.1管理范围
(1)自苯乙烯贮罐(V-101)出口阀至聚合釜(R-201/2/3)出料阀为止.
(2)自戊烷贮罐(V-102)出口阀至聚合釜(R-201/2/3)出料阀为止.
(3)脱盐水自进入界区开始至聚合釜(R-201/2/3)出料阀为止
(4)低压蒸汽、工业水自进入界区开始至聚合釜(R-201/2/3)夹套排放阀为止。
(5)氮气、仪表空气自进入界区开始至进入聚合釜(R-201/2/3)入口法兰处为止。
5.1.2岗位任务
本岗位任务是以合格的苯乙烯单体为主要原料，采用低温悬浮聚合工艺，生产合格的可发性聚苯乙烯产品。
5.2聚合工段工艺过程叙述
EPS产品的生产采用低温悬浮聚合一步法工艺技术,以苯乙烯单体为主要原料,以水悬浮介质和介质,在机械搅拌和分散剂的作用下,苯乙烯单体被分散成无数油状的液滴,并悬浮限水中,在引发剂的作用下,在每个液滴中发生按自由基反应历程进行的聚合反应，聚合到稳定阶段后加入发泡剂，发泡剂在一定的温度压力下，渗到珠粒内，同时聚合反应进一步进行，生产出合格的EPS粒子。
以羟基磷酸钙、十二烷基苯磺酸钠为分散剂，以有机过氧化物为引发剂，在搅拌作用下，苯乙烯单体以液滴的形式悬浮于水中，按自由基反应历程进行聚合反应，聚合到稳定时间后加入发泡剂，发泡剂在一定温度压力下渗透到珠粒内，同时珠粒进一步聚合，生产出合格的EPS粒子。
生成的EPS粒子经水洗，离心脱水一级干燥 ,二级干燥风送、筛分、涂层、计量称重后,包装成EPS成品。
5.3生产原理及工艺流程
5.3.1生产原理
以羟基磷酸钙、十二烷基苯磺酸钠为分散剂，以有机过氧化物为引发剂，在搅拌作用下，苯乙烯单体以液滴的形式悬浮于水中，按自由基反应历程进行聚合反应，聚合到稳定时间后加入发泡剂，发泡剂在一定温度压力下渗透到珠粒内，同时珠粒进一步聚合，生产出合格的EPS粒子。
5.3.2生产流程
①贮存于工艺水槽(V-103)中的脱盐水在表(FQC-103)的控制下，用泵(P-103)定量打入聚合釜(R-201/2/3)中。
②启动搅拌至设定转速62转、分41Hz，依次加入HAP、SDB