聚羧酸减水剂生产设备改进与性能提升研究.pdf

装备及自动化 2023 年 第 8 期 总第 221 期 造纸装备及材料10聚羧酸减水剂生产设备改进与性能提升研究张玉林科之杰新材料集团有限公司，福建 厦门 361100摘要：文章针对聚羧酸减水剂生产设备的现状，通过优化工艺参数、改进设备结构和引入自动化控制系统等关键技术，提出了设备改进与性能提升的方案。实践案例证明，改进后设备的性能指标和效果得到了显著提升。文章的研究结果对于混凝土外加剂行业的技术提升和产业升级具有重要的参考价值。关键词：聚羧酸减水剂；生产设备；性能提升；自动化控制系统分类号：TU528.042.2混凝土外加剂行业是一个重要的产业，为建筑工程提供了关键的技术支持1。其中，聚羧酸减水剂作为一种新型的外加剂，具有优异的减水性能、高效性能和环保性能，受到了广泛的关注和应用2。然而，目前市场上的聚羧酸减水剂产品存在着质量参差不齐、生产效率低下等问题，这些问题严重制约了聚羧酸减水剂的发展和应用。文章通过对聚羧酸减水剂生产设备改进和性能提升的研究，提高了聚羧酸减水剂的生产效率和产品质量，推动了行业的发展和应用。1 聚羧酸减水剂生产现状1.1 聚羧酸减水剂生产方法聚羧酸减水剂是一种高性能混凝土外加剂，广泛应用于工程建设领域。聚羧酸减水剂生产设备的种类和结构对生产效率和产品质量有着至关重要的影响3。目前主要的聚羧酸减水剂生产设备包括离子交换法、酸碱中和法和氧化剂法等。（1）离子交换法是一种常用的聚羧酸减水剂生产方法。该方法通过离子交换树脂将二甲基丙烯酸、乙烯基甲基丙烯酸、丙烯酸等单体中的离子交换至树脂上，再通过脱离树脂进行后续反应制备聚羧酸减水剂4。该方法生产的聚羧酸减水剂具有高效、低用量、低排放等优点，但设备成本较高，且生产过程需要大量的水和酸碱等化学品，对环境污染较大。（2）酸碱中和法是另一种常用的聚羧酸减水剂生产方法。该方法通过将单体与酸、碱等中和反应，再经过深度加工制备成聚羧酸减水剂。该方法生产的聚羧酸减水剂具有优异的适应性和稳定性，且生产过程相对环保，但设备成本较高，生产过程需要大量的能源和化学品。（3）氧化剂法是一种新型的聚羧酸减水剂生产方法。该方法通过将单体与氧化剂反应，制备成聚羧酸减水剂5。该方法生产的聚羧酸减水剂具有高效、低用量、低排放等优点，且生产过程相对环保，但设备成本较高，生产过程需要较高的温度和氧化剂使用量。不同的聚羧酸减水剂生产设备各有优缺点，需要结合实际情况选择合适的生产方法和设备，以提高生产效率和产品质量。1.2 已有生产设备的优势和局限性聚羧酸减水剂是目前混凝土外加剂中应用最为广泛的一种6。其生产设备种类繁多，包括批量生产设备和连续生产设备两种。批量生产设备主要包括反应釜、混合器、搅拌器等，连续生产设备则包括管式反应器、喷雾干燥器等。这些设备各有优劣，需要根据生产工艺和需求进行选择。已有设备的优势主要包括以下几点。（1）生产成本较低。批量生产设备的生产成本较低，主要原因是设备结构简单，易于维护和操作。而连续生产设备的生产效率高，能够大大降低生产成本。（2）生产工艺相对成熟，技术稳定可靠。这些设备经过长期的生产实践和技术改进，已经具备了一定的生产经验和技术积累。这些经验和技术积累为设备的生产和操作提供了可靠的支持。（3）生产能力较强。批量生产设备和连续生产设备都能够满足不同规模的生产需求，能够生产出高质量的聚羧酸减水剂产品。但是，已有设备也存在一些局限性，主要包括以作者简介：张玉林，男，本科，研究方向为外加剂设备应用与技改。文章编号：2096-3092（2023）08-0010-03造纸装备及材料 第 52 卷 总第 221 期 2023 年 8 月 装备及自动化11下几点。（1）生产效率不高。批量生产设备需要进行多次操作，生产效率较低，而连续生产设备虽然生产效率高，但是设备成本和技术要求也较高。（2）产品质量难以保证。生产设备的精度和稳定性对产品质量有着重要的影响，而批量生产设备和部分连续生产设备的精度和稳定性较低，难以保证产品质量的一致性和稳定性。（3）设备的自动化程度较低。已有设备的自动化程度相对较低，需要大量的人工操作和控制，难以实现全自动生产，这也限制了生产效率和产品质量的提升。2 聚羧酸减水剂生产设备改进与性能提升的关键措施2.1 设备工艺参数的优化设备工艺参数的优化是提高聚羧酸减水剂生产设备效率和性能的关键措施之一。该优化过程主要包括反应温度、压力和时间的优化，以及原料配比的优化。反应温度、压力和时间的优化是为了优化反应速率，提高产量和减少能源消耗。通过对反应温度和压力的调控，可以提高反应速率，提高产量。此外，适当延长反应时间，也可以提高产量。但是，过高的温度和压力会导致反应不稳定，产生不良反应物，降低产量和产品质量。因此，需要在反应温度、压力和时间之间进行平衡，以达到最佳的生产效果。原料配比的优化是为了提高产品质量和降低生产成本。通过合理的原料配比，可以控制产品的质量和性能。例如，增加聚氧乙烯甲基丙烯酸酯单体的比例，可以提高产品的减水率和流动性，但是会降低产品的稳定性。因此，需要在原料配比中进行平衡，以达到最佳的产品性能。设备工艺参数的优化对于提高聚羧酸减水剂生产设备的效率和性能具有重要作用。通过反应温度、压力和时间的优化以及原料配比的优化，可以控制产品的质量和性能，提高产量和减少生产成本。这些优化措施将为聚羧酸减水剂生产设备的升级和改进提供重要的技术支持。2.2 设备结构的改进设备结构的改进是提高聚羧酸减水剂生产效率和性能的关键措施之一，具体是对已有设备在反应器结构和混合搅拌装置方面的局限性进行改进。（1）在反应器结构方面，增加了反应器的有效容积，并加入了加热、冷却、保温等功能，使得反应器的工作温度和压力更加稳定，从而提高了反应效率和产量。同时，还改进了反应器的搅拌系统，采用了新型的高效混合搅拌装置，使得反应物更加均匀地混合，从而提高了反应速率和产量。（2）在混合搅拌装置方面，采用了新型的静态混合装置，取代了传统的动态混合装置。静态混合装置无需动力驱动，只需通过特殊的构造形式，使得反应物在装置内形成旋转和湍流，从而实现了混合的目的。相比之下，动态混合装置需要消耗大量的能量，且容易造成设备的磨损和故障。采用静态混合装置后，设备更加节能、环保，同时也提高了混合效率和产量。2.3 自动化控制系统的引入自动化控制系统在聚羧酸减水剂生产设备中的引入是一项重要的技术改进，能够提高生产效率和产品质量。自动化控制系统包括过程监测、实时调控、数据采集和分析等功能。（1）过程监测。通过监测反应温度、压力、原料配比等参数，可以及时发现生产过程中的异常情况，并及时采取措施进行调整。同时，过程监测也可以帮助生产人员了解生产过程的实时情况，及时进行决策和调整。（2）实时调控。通过自动化控制系统，可以对生产过程进行精细化控制，避免了人工操作的误差和不稳定性。在聚羧酸减水剂生产中，实时调控可以使反应过程更加稳定，提高产品的稳定性和一致性。（3）数据采集和分析。通过对生产过程中的各项参数进行数据采集和分析，可以深入了解生产过程中的规律和变化趋势，为后续的生产决策和优化提供数据支持和依据。3 聚羧酸减水剂生产设备改进与性能提升的实践案例3.1 实施设备改进方案为了提升聚羧酸减水剂生产设备的效率和性能，采取了一系列设备改进方案。首先，对设备进行了全面的设备检测和性能评估，了解了设备的优点和不足之处，为改进方案的制订提供了基础数据。其次，组建了一支专业的团队，由工程师、技术人员和操作人员组成，分工协作，共同推进改进方案 装备及自动化 2023 年 第 8 期 总第 221 期 造纸装备及材料12的实施。团队成员们根据各自的专业领域，进行了深入的研究和分析，并结合实际情况，制订了一系列可行的改进方案。在改进方案的选择上，采用了“分步实施、逐步推进”的策略。一是进行了较为简单的设备结构改进，包括反应器结构优化和混合搅拌装置改进；二是引入了自动化控制系统，实现了过程监测、实时调控和数据采集与分析等功能；三是对设备工艺参数进行了优化，包括反应温度、压力、时间和原料配比等方面，以进一步提升设备的生产效率和产品质量。在方案实施的过程中，充分考虑了生产过程的安全和稳定性。对每一步的实施进行了详细的规划和风险评估，并采取了相应的安全措施，以确保生产过程的安全和稳定性。3.2 设备改进后的性能指标和效果评估在设备改进后，对设备的性能指标和效果进行了评估。评估结果表明，设备改进后的性能指标和效果得到了显著提升。（1）改进后的设备工艺参数得到优化。反应温度、压力和时间的优化使得反应更加充分，反应速度更快，反应产物的纯度和收率都得到了提高。原料配比的优化也使得生产成本得到了降低，同时也提高了产品的质量和性能。（2）设备结构的改进也对设备性能产生了积极影响。反应器结构的优化使得反应器的密封性更好，避免了反应器内泄漏的情况，大大提高了设备的安全性。混合搅拌装置的改进也使得混合更加均匀，反应更加充分，从而提高了产品的质量和性能。（3）自动化控制系统的引入也是设备改进的关键。过程监测与实时调控使得设备的生产过程更加稳定可靠，减少了人为操作的误差。数据采集与分析也使得生产数据更加精确，有利于后续的数据分析和优化。自动化生产线的设计与搭建也使得设备的生产效率得到了提升，大幅缩短了生产周期，降低了生产成本。设备改进后的性能指标和效果得到了显著提升，不仅提高了产品的质量和性能，也提高了生产效率，降低了生产成本。3.3 设备改进后的生产效率和产品质量评估3.3.1 生产效率提升的效果评估聚羧酸减水剂生产设备改进前，生产线采用半自动化生产方式，生产效率较低，每天生产量约为 10 t，需要投入大量人力物力进行生产。设备改进后，引入了自动化控制系统，对生产过程进行实时监控和调控，同时对生产设备进行了优化和改进，生产效率得到了明显提升。每天生产量能够达到 20 t，生产效率提升了 100%。3.3.2 产品质量改善的实验结果经过设备改进与性能提升后，对生产出的聚羧酸减水剂产品进行了实验室测试，并与改进前的产品进行了比较。实验结果表明，产品质量得到了明显的改善。（1）聚羧酸减水剂的外观检测。改进后的产品外观更为均匀，无明显的沉淀或色差，颜色更加透明，与改进前的产品相比，改进后的产品更加美观。（2）聚羧酸减水剂的减水率测试。改进后的产品的减水率更高，且波动范围更小。这说明改进后的设备能够更加稳定地生产高质量的聚羧酸减水剂产品。（3）聚羧酸减水剂的稳定性测试。改进后的产品稳定性更好，能够在不同温度和时间下保持一定的减水率，而改进前的产品则表现出较大的波动和不稳定性。（4）聚羧酸减水剂的耐久性测试。改进后的产品在高温、低温和潮湿环境下的耐久性都有所提升，与改进前的产品相比，改进后的产品更加耐久。4 结束语实践案例表明，聚羧酸减水剂生产设备的改进和性能提升取得了明显的成果。在设备工艺参数、设备结构和自动化控制系统等方面进行了优化和改进，使得设备的生产效率和产品质量得到了显著提升。设备改进方案的实施过程和方法可行，改进后的设备性能指标和效果评估也表明了改进的有效性。通过改进，生产效率得到了提高，产品质量也得到了改善。参考文献1 刘冠杰.乙烯醚类大单体对聚羧酸减水剂合成与性能的影响及共聚反应动力学研究D.太原:山西大学,2020.2 戚龙娟,王立艳,李修固,等.聚羧酸系高效减水剂合成工艺的优化研究J.化学研究与应用,2022,34(1):219-224.3 王秀梅,张霞,舒鑫,等.新型磷酸基聚羧酸减水剂的制备与表征J.新型建筑材料,2020,47(8):1-4.4 邵致成,郭柯宇,刘仕伟,等.高性能聚羧酸减水剂合成研究J.化学工业与工程,2020,37(6):30-37.5 刘抚勇.早强型聚羧酸减水剂制备与性能测试D.大连:大连理工大学,2020.6 翟全可.污水处理设备维护及改进研究J.造纸装备及材料,2023,52(2):141-143.