《毕业设计（论文）-百联站回注水用防垢剂合成及性能评价.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-百联站回注水用防垢剂合成及性能评价.doc（37页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、 本科毕业设计（论文）题目百联站回注水用防垢剂合成及性能评价学生姓名学号教学院系化学化工学院专业年级环境工程2009级指导教师职称教授单位西南石油大学化学化工学院辅导教师职 称单位完成日期2013年6月10日 Southwest Petroleum University Graduation ThesisBailian Station Injection Water Scale Inhibitor Synthesis and EvaluationGrade: 2009Name: Speciality: Environmental EngineeringInstructor: School of
2、 Petroleum Engineering2013-6摘 要在油田回注水过程中，回注水（油水混合物）在流经不同部位时，其温度、压力及油气水平衡状态时刻都在发生变化1。当两种或两种以上不相容的水混合，就会产生无机构，结垢往往造成设备损坏，管道阻流、增加油井的修井作业、甚至油井停产或报废等严重后果1-4。有效防垢的前提除了掌握垢物形成的机理及现场实际情况外，还需要依靠有效的无机结垢预测技术。根据大量的文献调研和各油田的资料可知，油田无机垢的主要成分为碳酸盐和硫酸盐。 本文从材料科学角度出发，综合运用物理、化学研究手段，通过对防垢剂的优选和复配5。研制的防垢剂具有良好的改善回注水结垢严重堵塞管道的
3、性能，降低回注水的结垢率使回注水管道使用寿命更长、维护成本更低。聚丙烯酸钠作为一种精细化工产品，在近年来得到广泛的研究。其合成方法因具体的分子量大小、应用功能及经济角度等方面的因素，可选用溶液法、悬浮法和乳液法来合成液态、胶态、胶板或粉末状聚合物。聚丙烯酸钠的分子量可以从几百至几千万以上，不同分子量的聚丙烯酸钠有不同的用途。本文选取低分子聚丙烯酸钠作为防垢剂进行实验研究，最终确定其最佳合成条件。经分析实验数据可知，制取低分子量聚丙烯酸钠的最佳实验室合成条件为：单体用量35 g、引发剂（过硫酸铵）为单体用量的6.5 、链转移剂（亚硫酸氢钠）量为6%、聚合温度为40，反应时间为3h。合成的低分子聚
4、丙烯酸钠防垢率达到73%左右，MIC为0.5%。关键词：回注水；防垢剂；聚丙烯酸钠；合成 Abstract In the oil field injection process, the injection water (oil-water mixture) flowing through different parts of the temperature, pressure, and gas-water equilibrium time change 1. When two or more incompatible mixed with water, it will have no bod
5、ies, fouling often resulting in damage to the equipment, pipe choke, increase oil well workover, even well discontinued or retirement and other serious consequences 1-4. Effective anti-scaling addition to grasp the scale formation mechanism and the actual situation, but also need to rely on effectiv
6、e inorganic scaling prediction technology. According to a lot of literature research and oilfield that, the oilfield inorganic scale mainly composed of carbonates and sulphates. Departure from the point of view of materials science, the integrated use of physical, chemical research tools preferred s
7、cale inhibitor and complex5. Has good scale inhibitor developed to improve the injection water fouling severely clogged pipe performance, reducing the fouling rate of injection water back to the water injection pipeline longer life, lower maintenance costs. Sodium polyacrylate as a fine chemical pro
8、ducts, has been extensively studied in recent years. Synthesis method due to the specific aspects of the molecular size, the application functions and economic point of view, the choice of the solution method, suspension and emulsion method to the synthesis of liquid, colloidal, sheet or powder-like
9、 polymer. Sodium polyacrylate of molecular weight from a few hundred to a few million or more different molecular weight sodium polyacrylate type of use. It selected low molecular weight sodium polyacrylate as a scale inhibitor to the experimental study, and ultimately determine its optimal synthesi
10、s conditions.The analysis of experimental data shows that producing low molecular weight sodium polyacrylate best laboratory synthesis conditions: single dosage of 35 g , the initiator (ammonium per sulfate) the amount of 6.5% for the monomer , chain transfer agent(hydrogen sulfite sodium)was 6% , p
11、olymerization temperature is 40 , reaction time was3h . Low molecular weight sodium polyacrylate synthesis scale in grate of about 73% , MIC was 0.5%.Keywords: injection water; scale inhibitor; sodium polyacrylate; synthesis目 录1绪论11.1课题的目的和意义11.2国内外研究现状11.3课题背景21.4合成防垢剂设计思路31.4.1研究目标31.4.2研究内容42垢的概述
12、52.1垢的形成过程52.2垢的种类及类型62.3阻垢与防垢62.3.1化学防垢法62.3.2防垢剂的作用机理63 实验药品及仪器83.1实验药品83.2 实验仪器设备84防垢剂的合成及性能评价114.1聚合原理114.2合成方法124.2.1本次实验采用合成方法124.3正交实验法134.3.1试验方法134.3.2正交实验表144.3.3重量法测定防垢率154.3.4正交实验结果164.3.5正交实验结论174.4单因素实验法184.4.1实验方法184.4.2实验内容184.4.3最佳过硫酸铵用量的确定184.4.4测定防垢率194.4.5最佳温度的确定204.4.6测定防垢率204.5
13、有效浓度214.5.1防垢剂MIC的确定224.6分子量测定234.7红外法确定产品官能团245 结论25谢 辞26参考文献27百联站回注水用防垢剂合成及性能评价1绪论1.1课题的目的和意义百联站事故池位于新疆油田公司百口泉采油厂注输联合站西侧，与天然气处理站相邻。目前已建事故池面积约60000m2，池容150万m3，无隔油装置，无防渗，堤坝由原土填筑的大坝组成，每个池内均为油水泥沙混合物，目前每天约有1800 m3的含油污水（从稠油处理站拉运到蒸发场的无法进入系统处理的含泥污水，污水处理装置的反冲洗水、大罐排泥排污含油污水，试油、修井、洗井、压裂等作业产生的废水）排到蒸发池内，目前2个蒸发池
14、已基本被污泥填满停用，蒸发池内含油污泥贮存量达75000m3（约10.5万吨）。目前蒸发池内的污水一部分流入生态池进行生态处理，一部分渗入地下。由于现用技术措施无法满足污水排放对结垢浓度的要求，经处理后排放的水达不到环保要求以及池内大量结垢导致排放管，回注水管堵塞，因此必需研究新技术新型防垢剂来应对水中结构较多的问题，以减少对环境造成的污染。1.2国内外研究现状根据上述防垢剂作用机理以及结合本次实验水质具体情况分析后拟采用聚丙烯酸钠作为防垢剂6。丙烯酸类聚合物是很重要的一类水溶性高分子化合物，聚丙烯酸及其盐的用途十分广泛。在1843年就有人用氧化丙烯醛的方法制得了丙烯酸单体，1924年德国的B
15、ASF公司首先批量生产了聚丙烯酸钠7。到了20世纪50年代，聚丙烯酸钠的应用逐渐受到人们的重视。聚丙烯酸钠耐热性好，强热至300 不分解；吸湿性极强，是一种同时具有亲水和疏水基团的高分子电解质；不易腐败，遇到二价以上金属离子(如铝、铅、铁、钙、镁、锌)会形成不溶性盐，引起分子交联而凝胶化沉淀。作为特殊类型的表面活性剂的一种，聚丙烯酸钠在近年来得到了广泛的研究和应用，无论是医药、食品、饲料、纺织、造纸、水处理、石油化学等工业领域，还是卫生用品、农林、园艺、环保、土木建筑等，聚丙烯酸钠都有着广泛的用途。 聚丙烯酸钠分子量的大小与其使用范围有着密切的关系。吸水剂主要是用高分子量的聚丙烯酸钠，絮凝剂分
16、子量（104106）聚丙烯酸钠作为增稠剂，保水剂，粘度稳定剂，低分子量（500-5000）聚丙烯酸钠聚合物是一种水溶性电解质是广泛锅炉阻垢剂，颜料分散剂，纤维上浆剂，金属材料的硬化剂，助洗剂，颗粒状农药载体等，在印刷业，塑料工业，医学，药学和金属离子的废金属回收其他方面也得到广泛应用。因此，合成的聚丙烯酸钠，根据其使用情况的不同，以控制其分子量。使用聚丙烯酸的分子量大小有密切的关系，低分子量的聚丙烯酸钠具有良好的水溶性和更大范围内的极性，水中的钙离子和镁离子结合形成的可溶性多价阴离子链，因此，由于水的质量稳定剂具有显着的尺度效应8。1.3课题背景 油田注水开发是一种常用的开采方法，随着深化开采
17、，注水率增加，这主要是开采回灌，但在油田生产的一个显着特点，含有大量的钙，镁和回注水过程等离子容易成垢。温度的变化，这样的情况下很容易结垢沉淀在管道内壁，速度非常快的形成污垢，使管道的流动面积迅速减少，因为粗糙表面的鳞片层，使摩擦阻力增大，更为严重的是色泽肮脏平面，使得一些地方暴露的金属表面，造成局部腐蚀或点蚀穿孔，造成管道的破坏，给人们带来了严重的经济损失。因此，在注射的水中加入某些化学物质，以防止规模的垢的析出。无论是油，注水开发，或在提高石油采收率的操作，只要水的存在，那么各种提取油的过程中各种生产场所，都可以产生相应的盐结垢，被称为油田污垢。一些油田，蜡，沥青的凝胶状混合物质被称为有机
18、结垢，排出的混合物被称为泥垢，以及细菌污垢。 油田水可以被称为油田水的各种。采油时，在各种环境和条件下，有可能是某些油田水的化学反应和物理变化，可能会导致沉淀物，该沉淀物聚集在形成或沉积，石油套管的表面上的设备的各种结垢，也称为结垢或结垢盐。油田上，缩放往往含有杂质的几个垢盐混合物，但其中总有一种垢盐在组分中占据优势，含量超过80的成垢盐来表征这种整体结垢物9。我国很多油田都存在结垢问题：胜利渤南油田、克拉玛依百口泉油田产生的结垢将地面管线几乎堵死。安塞油田、长庆马岭，有些管线因结垢严重，油管堵死，抽油杆被拉断，在有的集输系统中，加热沉降罐的内壁垢层厚度超过10cm；大庆的某些油田也出现了因结
19、垢致使油井产液量明显下降、卡泵和注水井注水困难等现象。油田各类设备上的结垢，虽然是附着在设备的金属表面上，但在结垢与金属表面之间，仍有可能存在着间隙，这些微笑的空间为盐水或细菌等微生物的生存与繁殖提供了有利的环境，正是在这些地方，金属容易被腐蚀，这类腐蚀多是点腐蚀，致使设备穿孔、毁坏。塔里木油田、中原油田、吐哈油田、吉林油田、渤海海上油田也都受到不同程度结构问题的干扰和威胁。由于油田结垢对原油生产的种种不利影响，油田防垢除垢问题在国内外均引起极大重视。注水采油中的结构问题是大量存在的，而提高采收率中的碱水驱油、聚合物驱油、注蒸汽采油中的结构问题则是各具特性。1.4合成防垢剂设计思路1.4.1研
20、究目标根据目前国内外防垢剂研究的技术现状，结合现场实际生产情况，通过室内实验研究出可明显降低百联站污水结垢现象的防垢药剂，通过该防垢剂处理后达到回注水排放标准。根据上述说明和工艺流程图，再经过防垢剂合成实验的结果，合成出能使出百联站污水混合后水中结垢减少70%左右的低分子聚丙烯酸钠防垢剂，所确定的处理工艺经济可行，易于现场实施。分析水质 合成一系列的聚丙烯酸钠 防垢效果评价 确定防垢剂最佳合成方法 确定防垢剂分子量图1.1 拟采用实验操作步骤1.4.2研究内容（1） 分析百联站近期水质数据，确定实验水样水中化合物含量，以确定水质组成，确定最终所选用防垢剂。（2） 利用低分子聚丙烯酸钠的分散性，
21、提高油田回注水的防垢率。（3） 用正交实验法研究不同条件下合成的聚丙烯酸钠的防垢性能，确定最好的条件组成，最后做单因素合成实验。（4） 正交实验合成出的聚丙烯酸钠，利用重量法测定每个产品的防垢率，最终确定合成适用于百联站回注水防垢的聚丙烯酸钠的最佳合成条件。（5） 确定防垢剂的最低有效浓度。（6） 完成具有优良防垢能力和实用性能的防垢剂配方并改进施工工艺措施。2垢的概述2.1垢的形成过程 取自管道规模的样品包括各种无机和有机的油和沥青基，其中最典型的无机污垢，统称为油污垢。在管道中的油田规模的大量出现，从配料上，可以大致分为盐污垢，腐蚀，污垢和沙子等污物存在。油田刻度会导致某些离子形成不溶于水
22、，不溶于水，微溶于物质，这些物质很可能将被累加的规模，也就是盐结垢。典型地，这种规模的组成，通常是碳酸钙，硫酸钙，硫酸钡和锶的碳酸盐和硫酸盐。这种规模的形成通常会遇到的成核和生长过程中，首先形成的管道表面，粘附的核心形成少量污垢，然后在这些核心到更大的规模基周围聚集的肮脏的多种其它化合物。造成水的侵蚀，把一些污垢冲走，但其他的则继续生成最终可能会堵塞管道，随着环境温度的升高，这些不溶性或难溶性的盐的溶解度降低，有更多的物质从水中析出，成为规模结垢10 。在一些管道中，当温度高于60时会出现结垢倾向明显，温度越高，越严重的结垢趋势。水流量也显着扩大的趋势，水的流动成垢核心的生长环境，更稳定，下部
23、管道的流速，成垢概率逐渐增加，流速的突然变化，也可能导致增加的缩放。腐蚀所造成的管道材料变化。在管道中某些腐蚀性介质将钢氧化，形成铁的氧化物，氢氧化物等。电化学腐蚀方式侵蚀基管，但没有其他的那种规模的帮助，这样一来成垢溶解在水中的氧气，是难以真正形成。管的反应在电池成为逐渐蚕食阳极氧化，并不断侵入这种规模的内墙表面覆盖需要额外的预防措施。在一般情况下，高浓度的溶解氧管线，就会造成严重的腐蚀和结垢。同时，将溶解的硫化氢气体，二氧化碳气体和铁细菌，硫酸盐还原细菌可扩展的表面的覆盖物，在管道的腐蚀垢下矩阵的垢下形成严重的腐蚀产物（碳酸铁，硫化铁等），并生成一个新的深层水垢。热油管道运输过程中，不断的
24、向环境的散热，油的温度逐渐下降，当油温低于蜡的初始结晶温度，蜡晶体粒子开始在油或在表面上的固相流沉积的一部分。此外，传输介质，其特征在于，所述有机聚合物颗粒和所夹带的固体，可以形成由微生物在水的排泄煤泥。这些污垢聚集在管道的底部，或粘絮状物质易清洗，它的存在会影响流水线效率。2.2垢的种类及类型注水采油时最长碰到的垢盐是碳酸钙垢、硫酸钙垢，另外还有硫酸钡垢和硫酸锶垢。根据结垢部位不同，分为地层垢、近井垢、井筒垢、设备垢11。2.3阻垢与防垢 油田生产经营规模，解决的最好办法是预防，预防结构。缩放技术有化学方法，它被广泛使用，在除了物理定律防垢。在提取过程中，由于种种原因，有些在最终生成的零件的
25、生产规模，生产造成很大的麻烦，除锈作业，常用的方法是化学清洗，机械清洗方法在几年有了很大的发展。 在石油领域，盐垢成分进行快速的初步鉴定：将垢样水洗干燥后，然后洗净，放入石油醚，苯，氯仿等有机溶剂，溶解它如果有显着的鳞片状则表示有机杂质含量高。5至15的盐酸液滴的表面上的鳞片状，如果有强烈的反应，并伴随着一个大的气泡的形成，表明有鳞片状的碳酸钙。当盐酸滴规模后的样品表面没有明显的反应，表示作为硫酸盐水垢的规模等，然后集成油田水相关的信息，如果Ba2+、Sr2+的含量极少，则鳞片状的主要成分是硫酸污垢。2.3.1化学防垢法 化学方法防垢主要是使用防垢剂，它能抑制晶体垢盐的生成和聚集，因此能够防垢
26、。防垢剂的作用机理是选用防垢剂的理论依据。2.3.2防垢剂的作用机理防垢剂作用机理主要有底限抑制、晶格畸变、整合、静电斥力等。1、 底限抑制机理：垢盐在水中生成先是有晶种出现，接着是晶种生长发育成小的晶体颗粒以及晶体颗粒聚集。防垢剂在水中是一种晶种毒化剂，能抑制或阻滞晶种生成。水中缺少必要的或一定数量的晶种，与垢盐化合物分子间不存在定量的化学作用，因此防垢剂用量很少就可能收到明显的防垢效果，性能优良的这类防垢剂其用量有时少到mg/L就可收到满意的防垢效果。 2、 晶格畸变机理：积垢的形成是晶种底垢次生垢的生长发育过程。晶种出现以后如若成垢，需能吸附在周围固体表面上而成底垢，底垢是晶种继续生长发
27、育的依托或基础，继续生成的各种垢盐有时甚至还会粘附有一些矿物颗粒等杂质，这是次生垢，它们不断的被粘附在底垢上而最终成为积垢。晶格畸变机理是防垢剂可以使已经生成的小晶体中毒，使晶体在不同轴向上的晶格参数异变，晶体的正常生长发育受到干扰，也就很难吸附在固体表面上而成为底垢，没有底垢，积垢的生成就失去了基础，难以成垢。这类防垢剂与垢盐化合物分子间也不存在定量的化学关系，用量很少，是一种高效防垢剂。3、 螯合机理：在螯合剂或络合剂这类化合物的分子中有两个或多个配位键，极易与水中的成垢阳离子形成稳定的可溶的络合物。水中失去了或减少了成垢阳离子，垢盐生成的可能性也相应的减少。例如，EDTA类化学剂的防垢机
28、理就是这样的：EDTANa2+Me2+=EDTAMe+2Na+ 式中Me2+代表水中Ca2+、Mg2+、Ba2+成垢阳离子。上述反应式表明，螯合剂与成垢阳离子间的化学反应应遵循“定比定律”，即一个EDTANa2只能与一个成垢阳离子反应，因此，这类防垢剂用量取决于水中成垢阳离子浓度，通常较多。 4、静电斥力机理：有一类防垢剂，例如聚羟酸盐类，在水中因解离作用而显电负性，它能吸附在垢晶的晶核或微晶的颗粒上，晶核或微晶因此而带有负电荷，由于静电斥力，起到了分散作用，能抑制微晶聚集长大，因此能阻碍结垢的生长。3 实验药品及仪器3.1实验药品表3.1 实验药品药品及材料名称、代号生产厂家丙烯酸成都市科龙
29、化工试剂厂亚硫酸氢钠成都市科龙化工试剂厂过硫酸铵成都市科龙化工试剂厂碳酸钠成都市科龙化工试剂厂碳酸氢钠成都市科龙化工试剂厂氯化钙成都市科龙化工试剂厂氯化镁成都市科龙化工试剂厂氯化钠成都市科龙化工试剂厂氯化钾成都市科龙化工试剂厂硫酸钠成都市科龙化工试剂厂3.2 实验仪器设备表3.2 实验仪器实验仪器生产厂家DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器巩义市予华仪器有限责任公司101-0型电热恒温鼓风干燥箱上海浦东荣丰科学仪器有限公司电子天平福州华志科学仪器有限公司上皿电子天平成都东风计量仪器销售公司3.3百联站水质数据分析 由于老师提供的百联站采出水水质分析数据多达2652项，时间跨度为（1979年-
30、2013年）间的34年。本次实验根据实用性，经济性，可操作性几方面出发选取近期的一组具有代表性的水质监测数据作为水质样本。选取水质数据如下表：表3.3 百联站最近十期水质监测数据井号区块层位取样日期矿化度水型碳酸根含量碳酸氢根含量氯根含量硫酸根含量钙含量镁含量NA_K含量9201检188T2k22013-02-173177.45重碳酸钠型24.341212.741158.46115.2728.865.831238.321079百21T1b2013-02-043402.9硫酸钠型0470.241627.36230.54152.312.641144.941265百21T2k2013-02-0140
31、37.03氯化钙0383.622234.1876.85315.8356.41161.96bw7百21B2+32013-01-094291.68重碳酸钠型0383.622234.18192.1251.35.831616.44b7243百71非井号2012-12-279997.3重碳酸钠型36.161102.755213.08268.9751.321.393855.039562检188C2012-12-2427532.53氯化镁24.1673.916246.05153.7133.07106.9610531.7b7252百71非井号2012-12-2017405.61重碳酸钠型01764.41944
32、2.13230.5464.1346.686739.92b7253百71T3b2012-12-2014560.49重碳酸钠型01249.798132.6376.8572.1453.485600.5b7272百71T3b2012-12-2012733.99重碳酸钠型60.261164.026995.4476.8556.1136.954926.37b7202百71T3b2012-12-1914250.33重碳酸钠型132.571274.297719.11153.7121.8442.795443.18在选出的十期水质监测数据的基础上选择一次具有代表性的水质监测数据作为最终实验水样：表3.4 实验用水质
33、数据b7202百71T3b2012-12-1914250.33重碳酸钠型132.571274.297719.11153.7121.8442.795443.18根据选出的的百联站采出水水质分析数据计算分析其水质组成，计算结果如下表。表3.5 水中化合物种类及含量项目碳酸根碳酸氢根氯根硫酸根钙离子镁离子钠钾离子单位含量132.571274.297719.11153.7121.8442.795443.18mg/L分子量606135.596402423-39g/mol化合物碳酸钠碳酸氢钠硫酸钠氯化钙氯化镁氯化钠氯化钾摩尔数2.2120.891.63.051.781044mol/1000分子量10684
34、1421119558.574.5g/mol含量0.23431.75480.22720.33860.16916.0840.298g/L 根据计算结果确定水中化合物种类及含量，配制水样。由于重量法测定防垢率是将两种水样混合，所以配制水样时化合物浓度应为计算浓度的两倍，即称取时各种化合物的质量应加倍。4防垢剂的合成及性能评价4.1聚合原理 合成低分子量聚丙烯酸的反应为加聚反应，并符合一般的自由基聚合反应规律，首先，通过热辐射、光照、单电子氧化还原法、紫外线辐照、高能辐照、电解和等离子体引发等手段使分子的共价键发生均裂产生自由基；然后，自由基和单体反应生成新的分子和新的自由基，并使得分子链增长；最后，
35、由于歧化反应、偶合反应或链转移反应使得活性链的活性消失，聚合反应终止 。其具体过程如下：(1) 链引发，又称链的开始，主要反应有两步：形成活性中心游离基，进而游离基引发单体生成单体自由基。I一2R 初级自由基R+M(单体)一RM 单体自由基(2)链增长，是活性单体反复地和单体分子迅速加成，形成大分子游离基的过程。链增长反应能否顺利进行，主要决定于单体转变成的自由基的结构特性、体系中单体的浓度与活性链浓度的比例、杂质含量以及反应温度等因素。RM +MRMM RM M RM MM (3)链终止，主要由两个自由基的相互作用形成，指活性链活性的消失，即自由基的消失，形成聚合物的稳定分子。终止的主要方式
36、是两个活性链自由基的结合和歧化反应的双基终止，或二者同时存在。在有些自由基聚合反应中还伴随有链转移反应，包括向引发剂转移、向单体转移、向溶剂(或分子量调节剂)转移和向大分子转移。a偶合反应终止RMM+RMM一RMMMMRb歧化反应终止RMM+RMM一RMM+RMMc链转移反应终止RMM +XRMM+X(X可以是单体、溶剂、引发剂或大分子)4.2合成方法南通大学的孙同明等在研究聚丙烯酸钠制备工艺时12，以过硫酸氨为引发剂，异丙醇为链转移剂，采用溶液聚合法制备低分子量的聚丙烯酸钠得出如下结论：引发剂用量4.5、单体浓度25、聚合反应温度7O、聚合时间4h时，可以得到分子量为3000左右适用于超分散
37、剂水溶剂链的聚丙烯酸钠；李淑琴13等以H202一NaHSO4为引发剂，同时NaHSO4也为链转移剂在超声波辅助下引发丙烯酸单体聚合成聚丙烯酸时发现：控制单体浓度30、引发剂用量4.0、聚合反应温度6O时可制得相对分量在20003000的聚丙烯酸钠；王文仁14等发展了一种用普通的水溶性无机盐(NH )2S2O8 一FeSO4一NaHSO3构成的三元氧化还原体系作为引发剂合成聚丙烯酸钠，此方法可以方便控制产物的分子量。水溶液动态聚合法15制备聚丙烯酸钠的引发剂在不断地更新，使得聚丙烯酸钠的分子量控制更加容易，但是此方法要在较高温度下进行，需要通过大量链转移剂在冷凝回流管作用下移走反应热，以及通过控
38、制滴定丙烯酸单体和引发剂的速度防止爆聚现象的发生，使得操作复杂，能耗高，设备利用率低。近年来有报道用高单体浓度的水溶液聚合法，利用凝胶效应快速聚合，这种方法明显降低了制造成本，但由于自由基向大分子链转移引起大分子间相互交联使产物中有水不溶物，导致产品质量差。为了克服以上的问题，西北工业大学的高凤芹16等提出了一种新的合成方法水溶液静态合成法，以正十二硫醇为链转移剂，过硫化钾为引发剂，在自制的平板反应器中合成低分子量的聚丙烯酸钠，不仅生产成本低，反应周期短，而且可以有效的防止爆聚现象发生，当丙烯酸单体浓度为WM=3O、引发剂用量为m十二硫醇mM =0.04、链转移剂用量为m过硫酸钾mM=0.04
39、、聚合反应温度为时6O时聚合3h，可以合成出分子量在5000左右的聚丙烯酸钠，且分量分布窄，单体转化率在99以上。与动态合成法相比，具有链转移剂用量少,无需搅拌等优势，但受实验条件的限制，如：要自制反应器等。4.2.1本次实验采用合成方法 在最近几年中，最方便的方法合成的一种人工合成的低分子量聚丙烯酸钠的单体，以丙烯酸，氢氧化钠为原料，过硫酸铵作为引发剂，亚硫酸氢钠作为链转移剂，合成相对较低的平均分子量的聚丙烯酸钠17。正交实验法取得的相对分子质量20004000的聚丙烯酸钠，合成的最佳条件如下：反应时间为2.5小时，反应温度为55，丙烯酸浓度为35，过硫酸铵的量为4，亚硫酸氢钠的量为6，合成
40、聚丙烯酸钠。 该方法使用去离子水作为溶剂时，在上述温度下，所提出的引发剂发生聚合反应，然后中和，得到所需产物。具体的合成步骤：配备有搅拌器，温度计，滴液漏斗，向两个恒定的500mL四颈烧瓶中，加入一定量的亚硫酸氢钠和去离子水，搅拌并溶解，在恒定搅拌下加热到一定的温度，然后开始，丙烯酸和过硫酸铵水溶液逐滴加入混合溶液中，在约0.5小时滴加完毕。保温一段时间，直到溶液冷却至4050，得到产物，在此方法中合成的低分子量聚丙烯酸钠的最佳合成条件的选择。4.3正交实验法 正交实验方法是利用排列整齐的表- 正交的整体设计，测试，一个全面的比较，统计分析，实现了通过小实验，找到一个更好的生产条件下，为了实现
41、最大的生产过程中的效果。正交因素有所不同在一个平衡的样本，使每个试验具有较强的代表性，尾款正交色散特性，确保了综合实验一定的要求，这些测试往往能够更好地实现更好的实验目的。正交实验设计由两部分组成：第一，如何安排实验；其次，如何对结果进行分析。4.3.1试验方法 我们知道，如果有很多的因素，限制的变化事件，那么，以澄清对实验结果的重要因素，它是需要做实验验证，如果有许多因素，且每个因素也有许多的变化，那么实验量会非常大，这显然是不可能做每一个实验。正交试验法是一种显着减少测试的次数，并且不会降低的可行度测试方法。首先，你需要选择相应的正交实验因子水平表，已经出现了好多数学家系统对应的表，你只需
42、要找到相应的你需要的一张。所谓正交表，这是一组经过周密计算准备后作出仔细的实验方案，他会告诉你每个实验的时候，再配上几个水平互相匹配进行实验，这个方案是远远小于总数的实验对于每个实验条件下的实验次数。如3水平4因素表只有9行，远远低于测试81遍；同理，可以计算，如果我们的水平的因素，更精简的测试水平将会更高。 建立良好的实验表，根据表格做实验，然后对数据进行处理。显着减少了一些试点，这样的测试数据处理是非常重要的。首先，从实验数据的所有数据找到最佳的一个，当然，这个数据是肯定不是最好的匹配的数据，但当然是最好的是最接近的。接着，对相同的水平的原因是多方面的增加值和实验值，我们得到的实验结果的数
43、据表，并从该表中可以得到一组最佳因子，通过比较以前的因子趋势，指导下一步的测试。每个因素的不同水平的也可以是实验值之间的极差，方差计算，可以获知这个因素的敏感度等，还有许多处理数据的方法。然后，再根据统计数据，以确定下一个测试，在此实验中的范围是非常小的，其目的是，以确定最佳的最终值。当然，如果水平的因素很多，该优化过程可能不止一次。 在生产和研究，为了开发新产品，改革生产流程，寻找良好的生产条件，需要做大量的多因子实验。方差分析对于一个或两个实验的，各种因素可以是水平，以实验的所有可能的组合，这就是所谓的综合实验。当许多因素的影响，虽然理论上仍然使用以前的方法进行了全面的测试，然后才作出相应
44、的方差分析，但在实践中，大量的实验有时会遇到实验次数太多的问题。 正交实验法在西方国家已被广泛应用，促进经济发展起到了很好的作用。在中国，正交实验理论研究工作已经得到了很大的进步，在工业和农业生产也正在广泛推广和应用，使科学的方法，可以为经济发展服务。4.3.2正交实验表令A为丙烯酸，B为亚硫酸氢钠，C为过硫酸铵，D为反应温度。其中A1丙烯酸含量为30%、A2丙烯酸含量为35%、A3丙烯酸含量为40%；B1亚硫酸氢钠含量为5%、B2亚硫酸氢钠含量为6%、B3亚硫酸氢钠含量为7%；C1过硫酸铵含量为4%、C2过硫酸铵含量为5%、C3过硫酸铵含量为6%；D1温度为45、D2温度为55、D3温度为65。得到下表：表4.1 正交实验表实验号ABCD1A1B1C1D12A1B2C2D2续表4.1实验号ABCD3A1B3C3D34A2B1C2D35A2B2C3D16A2B3C1D27A3B1C3D28A3B2C1D39A3B3C2D1根据正交实验表进行正交实验九次实验所称取药品重量分别为：表4.2 正交实验药品用量实验编号去离子水(g)A(g)B(g)C(g)D（）135.2015.020.750.6045235.2315.050.900.7555335.5615.011.050.9065432.6817.520.870.8865532.4517.601.041.0545632.44