一种聚甲基丙烯酸甲酯小型生产装置

石红锦

(辽宁石化职业技术学院，辽宁 锦州 121001)

聚甲基丙烯酸甲酯是一种透明性很好的高分子材料，被广泛应用在汽车制造、建筑行业、电气行业、广告设计以及通讯和医学等领域。是高聚物中比较有代表性的一种材料，它的悬浮聚合生产工艺比较简单，本文设计一套工艺较为简单的聚甲基丙烯酸甲酯生产装置，来提高对化工生产操作技能的掌握。

1 聚甲基丙烯酸甲酯小型生产装置的作用

培养具有创新精神、具有较强实际动手能力和敬业精神的应用型技术人才， 实训是培养这种能力的关键环节[1]。由于高聚物合成是化工行业，由于安全问题，入职前在企业的岗位培训阶段，只能看，不能动手操作，无法实现生产现场的操作培训，以及故障的发现、分析、处理等综合能力素质的培养。

为了能尽快培养操作人员的操作技能，我院设计了一套聚甲基丙烯酸甲酯小型生产装置，将生产工艺过程、设备和DCS控制有机紧密地结合在一起， 以岗位操作技能为目标， 使培训学员在实际生产装置中进行教学活动、完成动手操作训练[2]。使培训学员在掌握理论知识的同时，也具有较强的实际操作的能力，为将来的工作岗位打下了坚实的基础。

2 聚甲基丙烯酸甲酯小型生产装置的组成

本实训装置有一套DCS控制系统、碱洗装置、水洗装置、减压蒸馏装置、聚合装置、后处理装置、温度控制系统、压力控制系统等组成。

2.1 DCS控制系统

采用先进的DCS控制系统， 配备DCS控制柜，DCS操作站，可以进行对生产的DCS控制，如各原料的进料量，各设备的温度的控制，压力控制，液位控制等（图1），具有系统信号连锁保护功能，当出现工艺设备超压、超温等异常状态时，系统可以及时报警并自动安全停车。还可对温度、压力、液位、流量等参数进行控制[3]。

图1 聚甲基丙烯酸甲酯小型生产装置工艺流程图

2.2 碱洗装置

碱洗的目的是为了除去原料中的阻聚剂。碱洗装置由碱洗釜、搅拌器、真空泵等组成。

首先，先将原料从外界导入原料罐中，将进料软管插入原料桶中，开启原料罐（V101）的抽真空系统，然后DCS控制开启真空泵，先后开启原料罐顶及灌底进料阀门，待料液转完之后关闭两个进料阀。关闭原料罐抽真空阀，同时打开放空阀。原料进入原料罐中。

然后，将原料转到碱洗釜。

关闭碱洗釜(R101)放空阀，开启抽真空阀，随后开启碱洗釜单体进料阀及原料罐底出料阀,在真空动力驱动下开始转料；转料完毕后，打开碱洗釜放空阀，关闭抽真空阀，同时关闭碱洗釜单体进料阀及原料罐底出料阀。

接下来，进行原料的碱洗操作，向碱洗釜配制好的碱液，启动碱洗釜搅拌电机；开始进行碱洗，碱洗结束后关闭碱洗釜搅拌电机，静置分层，打开碱洗釜底下料阀，随后缓慢打开排污阀，排掉水溶液，注意观察玻璃视盅，待到出现分层时，小心控制阀门的开度，不要将原料排掉，排污完成后，关闭排污阀。

2.3 水洗装置

水洗的目的是除去原料液中残留的碱液及盐溶液。碱洗装置由水洗釜、搅拌器、真空泵等组成。

首先，将碱洗釜（R101）中的原料转移到水洗釜（R102）中，开启水洗釜（R102）的抽真空阀，关闭放空阀，打开R101的转料阀，开始转料，待料液转完之后，关闭R101抽真空阀，打开放空阀。

然后，进行水洗，在DCS操作站设定液位，向水洗釜中加水，开启原料水洗釜搅拌电机，开始水洗，水洗结束后停止搅拌，静置分层，缓慢打开排污阀，观察玻璃视盅中液体的状态，待出现分层现象时，将下层液完全排出后，关闭排污阀。

2.4 减压蒸馏装置

减压蒸馏的目的是为了除去原料水洗操作残留的水分，主要有减压蒸馏釜、接收釜、搅拌器、换热器、真空泵等组成。

操作时，开启蒸馏釜（R201）原料进料阀，开始转料，将物料从水洗釜转移到减压蒸馏釜，同时开启搅拌电机；在DCS操作站设开启R201夹套循环水系统，为蒸馏釜提供热量。开启抽真空系统。

启动换热器（E201）冷却水系统，将蒸馏出的原料冷却。

开启热水泵（P401）循环水系统，启动热水泵P401，开始蒸馏,一段时间后玻璃视盅中会有液体流出，开启单体接收釜（R301）搅拌电机，待玻璃视盅中看不见液体流出时，蒸馏结束。关闭泵P401，关闭R201夹套循环热水系统，关闭E201底进料阀；关闭真空缓冲罐上减压蒸馏的抽真空口阀门，关闭真空泵P101。在接收釜中得到高纯度的单体甲基丙烯酸甲酯。

2.5 聚合装置

将聚合反应所需原料加入聚合釜中，在聚合釜中发生化学反应，得到聚甲基丙烯酸甲酯产品。本装置依据悬浮聚合生产工艺设计。

通过DCS控制，将去离子水、分散剂、单体、引发剂分别加入聚合釜中，在聚合釜中形成水油两相体系，加入防粘釜剂，开启聚合釜的换热器（E301）冷却系统，启动聚合釜夹套水系统，为聚合反应提供热量；启动搅拌器，升温，开始进行聚合反应，反应时，密切关注DCS操作站的各项数据，对聚合反应的各项参数，按要求随时进行调节。约4～5 h后，反应结束，在聚合釜中得到聚甲基丙烯酸甲酯粒状产品。

2.6 后处理装置

后处理装置是为了将产品进行洗涤，除去杂质。主要由产品水洗釜、振动筛等组成。

操作时，通过DCS控制，开启聚合釜（R302）底放料阀及产品水洗釜（R401）进料阀，同时开启R401搅拌电机，开始搅拌；开启热水罐系统，待温度达到要求是，将热水从热水罐中输送至产品水洗釜，开始水洗。

搅拌一段时间后，开启抽真空阀系统，将R401中的洗涤废水抽入水洗罐（V401）中，此过程中注意观察液位，若液位达到设定值，开启V401的排污阀将洗涤废水排净。

重复之前第一次过程，进行第二次水洗，如此循环几次，直到未反应的单体及其他杂质被冲洗干净。将产品排放至振动筛进行除水和筛分。将不同直径大小的聚甲基丙烯酸甲酯产品分别存储。

3 聚甲基丙烯酸甲酯小型生产装置的应用

培训学员在该生产装置上，可以进行聚甲基丙烯酸甲酯的悬浮聚合生产操作，可以在生产过程中了解化工类生产装置的设计安装、设备仪表、安全运行、工艺控制、风险预估和故障处理、生产管理、操作配合等方面的知识，真实的生产环境能让培训学员对化工行业的严格管理制度有深刻的了解，让学生知道操作人员的责任，深刻意识到必须严格遵守操作规程进行操作。在该生产装置上还可以进行装置的开车、停车操作演练，故障处理演练和系统紧急情况处理的演练，可以满足化学化工工艺类、化工机械类及过程控制类专业学生生产实习要求。

培训学员在该装置进行学习，不仅要熟练掌握聚合工艺、化工设备的有关知识和技能，还要掌握DCS系统的操作，掌握计算机、仪表及水、电等方面的知识或技能。培训学员掌握这些知识和技能，可以熟练的进行生产操作，控制工艺过程，准确判断生产过程中出现的各种问题，并及时正确的处理故障。为做一个合格的化工类企业操作人员奠定基础。

4 结语

聚甲基丙烯酸甲酯小型生产装置，是采用DCS控制生产过程的实训装置，可以生产出真实产品。实现了生产环境的真实化，实训设备的生产化，促进了岗位实训的改革，加深了培训学员对知识的理解和掌握，培养了培训学员的实际动手操作能力，让培训学员感受到企业生产管理，加深HSE安全化理念[4]，培训学员经过该装置的岗位实习，为将来走向实际工作岗位打下坚实的基础。