Схема процесса синтеза суперабсорбирующего полимера

1. Схема процесса синтеза суперабсорбирующего полимера По дисциплине «Методология научных исследований и проектирования в

СХЕМА ПРОЦЕССА СИНТЕЗА
СУПЕРАБСОРБИРУЮЩЕГО
ПОЛИМЕРА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И
ПРОЕКТИРОВАНИЯ В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ»
ВЫПОЛНИЛ: СТ.ГР. МТС01-24-01
САГИТОВА А.Ф
ПРОВЕРИЛ: К.Т.Н КАФЕДРЫ НХТ
НИГМАТУЛЛИН В.Р
Уфа 2025

2. Цель работы - разработка принципиальной схемы производства суперабсорбирующего полимера (сап) на основе акриловой кислоты,

проведение материального баланса для данного
процесса с целью оптимизации использования сырья и повышения эффективности
производства.
Задачи работы:
1) Классифицировать САП
2) Подробно рассмотреть основные методы полимеризации.
3) Рассмотреть современные методы сшивания САП
4) Проанализировать факторы, влияющие на свойства САП
5) Разработать принципиальную схему производства САП на
основе акриловой кислоты.
6) Провести материальный баланс процесса производства
САП.

3. Общая информация сап

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ САП
Суперабсорбент (суперабсорбирующий полимер,
САП, SAP) – это материал, который впитывает
жидкость в количестве, во много раз превышающем
собственный вес (до 2 кг на 1 г сухого полимера), и
удерживает её внутри.
Сегодня суперабсорбенты делают различными
методами – в основном с использованием
акриловой кислоты и гидроксида натрия. Также
могут использоваться малеиновый ангидрид,
карбоксиметилцеллюлоза
и
ряд
других
соединений.

4. Назначение процесса

НАЗНАЧЕНИЕ ПРОЦЕССА
Целью процесса является создание трехмерной
полимерной
сетки,
которая
обеспечивает
стабильность
и
долговечность
материала.
Полимерная сетка образуется в результате
полимеризации
или
поликонденсации
полифункциональных
мономеров,
реже
олигомеров.
Одной из наиболее значимых категорий сшитых
полимеров
являются
суперабсорбирующие
полимеры (САП), которые способны поглощать и
удерживать огромное количество жидкости,
многократно превышающее их собственную массу.
Одиночная
полимерная
сеть
Поверхностно
-сшитая
полимерная
сеть
Взаимнопроникающая
полимерная
сеть

5. Основными этапами синтеза САП являются

ОСНОВНЫМИ ЭТАПАМИ СИНТЕЗА САП ЯВЛЯЮТСЯ
Полимеризация акриловой кислоты: Получение длинных
полимерных цепей, которые служат основой для абсорбционных
свойств.
Сшивание полимерных цепей: Формирование трехмерной
полимерной сетки посредством химического или физического
сшивания. Этот этап критичен для предотвращения растворения
полимера в воде и обеспечения его способности удерживать
жидкость под давлением.
Контроль параметров процесса: важно точно управлять условиями
полимеризации и сшивания, чтобы обеспечить требуемые
характеристики САП, такие как абсорбционная способность,
скорость абсорбции, размер частиц и механическая прочность
геля.
Завершающая обработка: Очистка, сушка и измельчение
полученного материала необходимы для подготовки его к
конечному использованию.

6. Характеристика сырья

ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ
Суперабсорбенты
являются
кристаллическими твердыми веществами и,
в отличие от акриловых мономеров, не
склонны
к
самопроизвольной
полимеризации и невзрывоопасны во время
транспортировки.
Высокая
сорбционная
способность
суперабсорбента
обеспечивается
в
основном
за
счет
действия
электростатических
сил
и
сил
осмотического давления. При попадании
САП в водную среду происходит
диссоциация
молекул
полимера
с
образованием
карбоксильных
анионов
(СОО–), связанных с полимерной цепью, и
низкомолекулярных
катионов
(Na+),
свободно перемещающихся в воде.

7. Метод изготовления

МЕТОД ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Основными методами производства суперабсорбирующих полимеров являются
обратная суспензионная полимеризация и полимеризация в растворе.
Кроме того, методы производства SAP включают также радиационную
полимеризацию с образованием поперечных связей, обратную эмульсионную
полимеризацию, полимеризацию в массе и другие методы.
Обратная
полимеризация
суспензионная
В этом методе производства в
качестве растворителя используется
вода,
добавляются
акриловая
кислота,
акрилат
натрия
и
сшивающий
агент,
а
затем
происходит реакция полимеризации
с образованием SAP.

8. Классификация способов производства суперабсорбирующих полимеров

КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ
ПРОИЗВОДСТВА
СУПЕРАБСОРБИРУЮЩИХ ПОЛИМЕРОВ
Более распространённым методом является гелевая
полимеризация. В этом случае мономер, чаще всего
акриловая кислота, нейтрализуется щёлочью и
полимеризуется в водном растворе, образуя гель. Этот
метод отличается высокой скоростью полимеризации
и сравнительной простотой технологии. Главный недостаток — необходимость
измельчения и сушки полученного геля, что является энергозатратным процессом.
Альтернативными методами являются обратная эмульсионная и суспензионная
полимеризация. Обратная эмульсионная полимеризация заключается в
эмульгировании водного раствора мономера в органическом растворителе с
использованием поверхностно-активного вещества.

9. Принципиальная технологическая схема

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА

10. Экспликация оборудования

ЭКСПЛИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

11. Материальный баланс процесса

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА
Компонент
Акриловая кислота
Гидроксид натрия
Сшивающий агент
Инициатор
Вода
Сухой SAP
Итого
Вход (г/мин)
6.3
10
0.02
0.0099
16
32.3299
Выход (г/мин)
0
0
0
0
1.6
30.4
32
Потери (г/мин)
6.3 * 0.02 = 0.126
0
0.02
0
0
0,146

12. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения отчёта была проведена работа, направленная на изучение процесса синтеза суперабсорбирующих
полимеров (САП) на основе акриловой кислоты. Были достигнуты следующие основные результаты:
Проведен анализ различных классификаций САП по химическому составу, структуре и способу сшивания, включающий
гомополимеры, сополимеры, привитые структуры, физически и химически сшитые полимеры. Описаны их основные свойства,
характеристики и области применения, что позволяет понять широту использования данных материалов.
Рассмотрены основные методы полимеризации, применяемые в производстве САП, включая гелевую полимеризацию,
обратную суспензионную полимеризацию, а также перспективные направления, такие как капельная полимеризация, что
позволяет оценить их преимущества и недостатки.
Изучены современные методы сшивания САП на основе акриловой кислоты, включая химические и физические методы, а
также рассмотрено влияние различных сшивающих агентов на свойства конечного продукта.
Разработана принципиальная технологическая схема производства САП, включающая основные стадии процесса: подготовка
сырья, полимеризация, сшивание, сушка, измельчение и упаковка. Представлена экспликация оборудования, что необходимо для
понимания организации процесса.