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1、聚丙烯酰胺粉体工艺设计（2万吨/年） 答辩人：王莹 班级：高材0904 学号：090103111 指导老师：张小博,结构框架,一、概述 PAM在结构上最基本的特点是：（1）分子链具有柔顺性和分子形状的易变性。（2）分子链上有与丙烯酰胺单元数目相同的侧基酰胺基，而酰胺基具有高极性、易形成氢键和高反应活性。这些结构特点赋予了PAM许多极有价值的应用性能。乳酰胺基的高极性使PAM具有良好的亲水性和水溶性，其水凝胶亲水而不溶与水；柔顺的长链使PAM水溶液具有高粘性和良好的流变性能；酰胺基极易与水或含有-OH基团的物质（天然纤维、蛋白质、土壤和矿物等）形成氢键，产生很强的吸附作用；酰胺基的高反应活性可使
2、PAM衍生出很多变性产物，拓宽了他们的应用范围。 据美国咨询公司TranTech公司分析，2009年全球PAM生产能力为9l万吨年，美国、日本、欧洲是聚丙烯酰胺主要的生产和消费地，生产能力约占世界总能力的85。其中25在西欧。 我国PAM产品的开发起步较晚,1962 年上海天原化工厂建成第一套PAM生产装置, 生产水溶胶产品。1995 年, 国内PAM生产厂家有60 多家, 其中多数为规模较小的乡镇企业, 技术水平低, 产品分子量低, 一般为500800 万, 难以满足消费者对高分子量产品的需要。1995 年底, 大庆石油管理局从法国SNF 公司引进的5万t/aPAM生产装置投产, 生产高分子
3、量产品( 分子量为1500 万) , 特别是近几年, 胜利油田以及法国SNF 公司在我国泰兴所建企业相继建成投产,使我国PAM的生产能力和生产水平 有了大幅度提高, 产品质量符合油田注入聚合物驱采技术的要求。,二、 原料、产品的物理及化学性质 2.1主要原料有丙烯酰胺、纯水、引发剂。 丙烯酰胺：分子量：71.08；形态：片状晶体；密度：1.22kg/L；熔点84.5；沸点：125；蒸汽压：9.3310-5Pa；蒸汽密度：2.46（空气=1）；聚合热：81.51kj/mol；闪点138；平衡含水量：1.7(g水/kg干PAM)。 水：密度：998.1kg/批；比焓：209.3kj/mol；比热容
4、：4.74103j/(kg.K)；热导率：64.8102w/(m.K)；黏度：549.4106Pa.s；表面张力：676.9104N/m。 引发剂：白色柱状或粉状结晶，易燃；熔点105；不溶于水，遇热分解放出氮气和有机氰化物。 2.2 PAM物理及化学性质 221PAM的结构 PAM在结构上最基本的特点是：（1）分子链具有柔顺性和分子形状的易变性。（2）分子链上有与聚丙烯酰胺单元数目相同的侧基酰胺基，而酰胺基具有极高的极性、易形成氢键和高反应活性。 222 PAM的物理性质 密度：1.302g/cm3；临界表面张力：3540mN/m；玻璃化温度：188；软化温度：210。 223 PAM的性能
5、 PAM具有良好的亲水性和水溶性，其水凝胶亲水而不溶于水；高黏性和良好的流变调节性；酰胺基极易与水或含有OH基团的物质形成氢键，产生很强的吸附作用；酰胺基的高反应活性可使PAM衍生出很多变性产物。,三、生产流程简述,3.1根据产物结构，从自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合、配位聚合等反应机理中确定选择出自由基聚合，同时考虑自由基聚合所用原料、引发剂、传热、物料输送、产物溶解、操作方式等方面综合考虑选择水溶液聚合实施方法。该工艺路线包括了自由基形成和链增长过程；由于水溶剂存在要考虑水分的干燥。要获得阴离子型聚合物须进行碱性NaOH水解；操作方式为连续操作。 3.2具体流程工艺如下： 丙烯腈+(水
6、催化剂/水) 合 丙烯酰胺粗品闪蒸精制精丙烯酰胺 在反应完成后生成的聚丙烯酰胺胶块经切割、造粒、干燥、粉碎，最终制得聚丙烯酰胺产品。 3.3主原料：单体丙烯酰胺；溶剂水；引发剂偶氮二异丁腈。 生产原理：采用水溶液均聚的方法，使聚丙烯酰胺、水和引发剂等在配料罐中配料，泵至聚合釜进行水溶液聚合。制得粘稠胶液，再通过研磨、水解、研磨、干燥、筛分获得最终产品。 3.4车间设备采用露天与厂房内布置相结合原则。其中罐区、尾气烟囱，空气过滤采用露天布置，其他全部采用厂房内布置。 3.5全装置以班为单位，每班工作6小时，每6小时为一批。 考虑装置的大修，采用年开工时为350天。 全装置主要采用连续操作方式，局
7、部采用间歇操作方式。,一次研磨物料衡算列表4-2如下,计算过程如下,水解工段物料衡算列表4-3如下：,计算过程如下：,二次研磨物料衡算列表4-4如下：,干燥工段物料衡算列表4-5如下：,计算过程如下：,包装工段物料衡算列表4-6如下：,4.2热量衡算,反应釜,经计算得： 1.热量衡算： 搅拌放出的热量：7.1kw 单釜一次聚合AM的总热量：14.13t 聚合热 q=1537.2kJ/kg 聚合放出的总热量为 QPAM=21720.636kJ 洪峰换热量Q峰 =56550.159kJ/h 2.设备选型： 椭圆形封头与圆筒对接时受力最好，应力分布较好，因此我们选择标准的椭圆形封头。 在釜体内部设置
8、了四组蛇形内冷管，内冷管在釜体内起挡板作用，以增加搅拌的紊流效果，以增加釜体内介质的循环次数，达到更好的搅拌效果，更好的满足工艺需求。,结 论 通过大量的文献查阅和工艺设计工作，得出以下设计结论： 1、聚丙烯酰胺是良好的治理水污染的絮凝剂。 2、系统地考虑了引发温度、引发剂浓度、单体浓度等因素对水解聚丙烯酰胺分子量的影响，选择与之相配套的水解设备系统。 3、通过比较丙烯腈的硫酸水合法、铜催化水合法和生物酶催化水合法等生产方法优缺点，结合实际情况，选择丙烯腈铜催化水合法。因为溶剂为水和聚合反应活化能考虑，选择偶氮二异丁腈（E总=62kJ/mol）。 4、经过尺寸计算和设备选型，得出了物料和反应釜
9、的精确数据，以及厂房设备和布局的规划。,参考文献 1杨基和、蒋培化主编，化工工程设计概论，中国石化出版社，2005年8月第一版 2赵德仁，张慰盛主编，高聚物合成工艺学，化学工业出版社，1997年6月第二版 3陈昀主编，高聚物合成工艺设计，化学工业出版社，2004年8月第一版 4严瑞宝主编，水溶性聚合物，北京化学工业出版社，1998年 5谭天恩、窦梅、周明华等，化工原理上、下册，化学工业出版社，2006年8月 6化学工业部设备设计技术中心，化工设备标准手册，化学工业出版社，1990年 7赵军主编，化工设备机械基础，化学工业出版社，2004年 8张福远，化工机械基础，中国石化出版社，1999年 9
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