聚丙烯酰胺粉體工藝設(shè)計(jì)（2萬噸/年） 答辯人：王瑩 班級(jí)：高材0904 學(xué)號(hào)：090103111 指導(dǎo)老師：張小博,結(jié)構(gòu)框架,一、概述 PAM在結(jié)構(gòu)上最基本的特點(diǎn)是：（1）分子鏈具有柔順性和分子形狀的易變性。（2）分子鏈上有與丙烯酰胺單元數(shù)目相同的側(cè)基酰胺基，而酰胺基具有高極性、易形成氫鍵和高反應(yīng)活性。這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)賦予了PAM許多極有價(jià)值的應(yīng)用性能。乳酰胺基的高極性使PAM具有良好的親水性和水溶性，其水凝膠親水而不溶與水；柔順的長(zhǎng)鏈?zhǔn)筆AM水溶液具有高粘性和良好的流變性能；酰胺基極易與水或含有-OH基團(tuán)的物質(zhì)（天然纖維、蛋白質(zhì)、土壤和礦物等）形成氫鍵，產(chǎn)生很強(qiáng)的吸附作用；酰胺基的高反應(yīng)活性可使PAM衍生出很多變性產(chǎn)物，拓寬了他們的應(yīng)用范圍。 據(jù)美國(guó)咨詢公司TranTech公司分析，2009年全球PAM生產(chǎn)能力為9l萬噸年，美國(guó)、日本、歐洲是聚丙烯酰胺主要的生產(chǎn)和消費(fèi)地，生產(chǎn)能力約占世界總能力的85。其中25在西歐。 我國(guó)PAM產(chǎn)品的開發(fā)起步較晚,1962 年上海天原化工廠建成第一套PAM生產(chǎn)裝置, 生產(chǎn)水溶膠產(chǎn)品。1995 年, 國(guó)內(nèi)PAM生產(chǎn)廠家有60 多家, 其中多數(shù)為規(guī)模較小的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè), 技術(shù)水平低, 產(chǎn)品分子量低, 一般為500800 萬, 難以滿足消費(fèi)者對(duì)高分子量產(chǎn)品的需要。1995 年底, 大慶石油管理局從法國(guó)SNF 公司引進(jìn)的5萬t/aPAM生產(chǎn)裝置投產(chǎn), 生產(chǎn)高分子量產(chǎn)品( 分子量為1500 萬) , 特別是近幾年, 勝利油田以及法國(guó)SNF 公司在我國(guó)泰興所建企業(yè)相繼建成投產(chǎn),使我國(guó)PAM的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)水平 有了大幅度提高, 產(chǎn)品質(zhì)量符合油田注入聚合物驅(qū)采技術(shù)的要求。,二、 原料、產(chǎn)品的物理及化學(xué)性質(zhì) 2.1主要原料有丙烯酰胺、純水、引發(fā)劑。 丙烯酰胺：分子量：71.08；形態(tài)：片狀晶體；密度：1.22kg/L；熔點(diǎn)84.5；沸點(diǎn)：125；蒸汽壓：9.3310-5Pa；蒸汽密度：2.46（空氣=1）；聚合熱：81.51kj/mol；閃點(diǎn)138；平衡含水量：1.7(g水/kg干PAM)。 水：密度：998.1kg/批；比焓：209.3kj/mol；比熱容：4.74103j/(kg.K)；熱導(dǎo)率：64.8102w/(m.K)；黏度：549.4106Pa.s；表面張力：676.9104N/m。 引發(fā)劑：白色柱狀或粉狀結(jié)晶，易燃；熔點(diǎn)105；不溶于水，遇熱分解放出氮?dú)夂陀袡C(jī)氰化物。 2.2 PAM物理及化學(xué)性質(zhì) 221PAM的結(jié)構(gòu) PAM在結(jié)構(gòu)上最基本的特點(diǎn)是：（1）分子鏈具有柔順性和分子形狀的易變性。（2）分子鏈上有與聚丙烯酰胺單元數(shù)目相同的側(cè)基酰胺基，而酰胺基具有極高的極性、易形成氫鍵和高反應(yīng)活性。 222 PAM的物理性質(zhì) 密度：1.302g/cm3；臨界表面張力：3540mN/m；玻璃化溫度：188；軟化溫度：210。 223 PAM的性能 PAM具有良好的親水性和水溶性，其水凝膠親水而不溶于水；高黏性和良好的流變調(diào)節(jié)性；酰胺基極易與水或含有OH基團(tuán)的物質(zhì)形成氫鍵，產(chǎn)生很強(qiáng)的吸附作用；酰胺基的高反應(yīng)活性可使PAM衍生出很多變性產(chǎn)物。,三、生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述,3.1根據(jù)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，從自由基聚合、陰離子聚合、陽離子聚合、配位聚合等反應(yīng)機(jī)理中確定選擇出自由基聚合，同時(shí)考慮自由基聚合所用原料、引發(fā)劑、傳熱、物料輸送、產(chǎn)物溶解、操作方式等方面綜合考慮選擇水溶液聚合實(shí)施方法。該工藝路線包括了自由基形成和鏈增長(zhǎng)過程；由于水溶劑存在要考慮水分的干燥。要獲得陰離子型聚合物須進(jìn)行堿性NaOH水解；操作方式為連續(xù)操作。 3.2具體流程工藝如下： 丙烯腈+(水催化劑/水) 合 丙烯酰胺粗品閃蒸精制精丙烯酰胺 在反應(yīng)完成后生成的聚丙烯酰胺膠塊經(jīng)切割、造粒、干燥、粉碎，最終制得聚丙烯酰胺產(chǎn)品。 3.3主原料：?jiǎn)误w丙烯酰胺；溶劑水；引發(fā)劑偶氮二異丁腈。 生產(chǎn)原理：采用水溶液均聚的方法，使聚丙烯酰胺、水和引發(fā)劑等在配料罐中配料，泵至聚合釜進(jìn)行水溶液聚合。制得粘稠膠液，再通過研磨、水解、研磨、干燥、篩分獲得最終產(chǎn)品。 3.4車間設(shè)備采用露天與廠房?jī)?nèi)布置相結(jié)合原則。其中罐區(qū)、尾氣煙囪，空氣過濾采用露天布置，其他全部采用廠房?jī)?nèi)布置。 3.5全裝置以班為單位，每班工作6小時(shí)，每6小時(shí)為一批。 考慮裝置的大修，采用年開工時(shí)為350天。 全裝置主要采用連續(xù)操作方式，局部采用間歇操作方式。,一次研磨物料衡算列表4-2如下,計(jì)算過程如下,水解工段物料衡算列表4-3如下：,計(jì)算過程如下：,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：,計(jì)算過程如下：,包裝工段物料衡算列表4-6如下：,4.2熱量衡算,反應(yīng)釜,經(jīng)計(jì)算得： 1.熱量衡算： 攪拌放出的熱量：7.1kw 單釜一次聚合AM的總熱量：14.13t 聚合熱 q=1537.2kJ/kg 聚合放出的總熱量為 QPAM=21720.636kJ 洪峰換熱量Q峰 =56550.159kJ/h 2.設(shè)備選型： 橢圓形封頭與圓筒對(duì)接時(shí)受力最好，應(yīng)力分布較好，因此我們選擇標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形封頭。 在釜體內(nèi)部設(shè)置了四組蛇形內(nèi)冷管，內(nèi)冷管在釜體內(nèi)起擋板作用，以增加攪拌的紊流效果，以增加釜體內(nèi)介質(zhì)的循環(huán)次數(shù)，達(dá)到更好的攪拌效果，更好的滿足工藝需求。,結(jié) 論 通過大量的文獻(xiàn)查閱和工藝設(shè)計(jì)工作，得出以下設(shè)計(jì)結(jié)論： 1、聚丙烯酰胺是良好的治理水污染的絮凝劑。 2、系統(tǒng)地考慮了引發(fā)溫度、引發(fā)劑濃度、單體濃度等因素對(duì)水解聚丙烯酰胺分子量的影響，選擇與之相配套的水解設(shè)備系統(tǒng)。 3、通過比較丙烯腈的硫酸水合法、銅催化水合法和生物酶催化水合法等生產(chǎn)方法優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，選擇丙烯腈銅催化水合法。因?yàn)槿軇樗途酆戏磻?yīng)活化能考慮，選擇偶氮二異丁腈（E總=62kJ/mol）。 4、經(jīng)過尺寸計(jì)算和設(shè)備選型，得出了物料和反應(yīng)釜的精確數(shù)據(jù)，以及廠房設(shè)備和布局的規(guī)劃。,參考文獻(xiàn) 1楊基和、蔣培化主編，化工工程設(shè)計(jì)概論，中國(guó)石化出版社，2005年8月第一版 2趙德仁，張慰盛主編，高聚物合成工藝學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，1997年6月第二版 3陳昀主編，高聚物合成工藝設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年8月第一版 4嚴(yán)瑞寶主編，水溶性聚合物，北京化學(xué)工業(yè)出版社，1998年 5譚天恩、竇梅、周明華等，化工原理上、下冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社，2006年8月 6化學(xué)工業(yè)部設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心，化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社，1990年 7趙軍主編，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年 8張福遠(yuǎn)，化工機(jī)械基礎(chǔ)，中國(guó)石化出版社，1999年 9中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司編，化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年 10侯文順主編，化工設(shè)計(jì)概論，化學(xué)工業(yè)出版社，2005年5月第5版 11方道斌 郭睿威 哈潤(rùn)華等編著，丙烯酰胺聚合物，化學(xué)工業(yè)出版社，2006年4月第一版 12馬沛生主編，有機(jī)化合物實(shí)驗(yàn)物性數(shù)據(jù)手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社，2006年8月第一版 13王延吉主編，有機(jī)化工原料，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年1月第4版 14劉道德等編著，化工設(shè)備的選擇與設(shè)計(jì)，中南大學(xué)出版社，2002年 15鄺生魯主編，化學(xué)工程師技術(shù)全書，化學(xué)工業(yè)出版社，2001年,16 Desmet G., Baron G.V., J. Chromatogr. A, 855, 57-70 (1999) 17 Desmet G., Baron G.V., Anal.chem.72,2160-2165(2000) 18 Desmet G., Vervoort N., Clicq D. , Baron G.V.,J. Chematogr.A,924(2001)111-122 19Desmet G., Vervoort N., Clicq D. ,Huau A., Gzil P., Baron G.V., J. Chematogr.A,948(2002)19-34 20 Clicq D. , Vervoort N., Vounckx R., Ottevaere H., Buijs J., Gooijer C., Ariese F., Baron G.V., Desmet G., J. Chematogr.A,979(2002)33 21 Vervoort N., Clicq D. , Baron G.V., Desmet G., J. Chematogr.A,987(2003)33-48 22 Clicq D. ,Yjerkstra R.W., Gardeniers J.G.E., Vanclen BERG A., Baron G.V., Desmet G., J. Chematogr.A,1032(2004)185 .23Clicq D. , Vervoort N.,Ransom W., De tandt C., Baron G.V., Desmet G., Anal Chem., Acta 507(2004)79 24 Clicq D. , Vervoort N.,Ransom W., De tandt C., Ottevaere H., Baron G.V., Desmet G., Chem. Eng. SCi., 59(2004)2783 25Pappaert K., Biesemans J., Clicq D.,Vankrunkelsven S., Desmet G., Lab. Chip.,5(2005)1104 26 Fekete V., Clicq D. , De Malsche W., Gardeniers J.G.E., Desmet G., J. Chematogr.A, 1130(2006)151 27 Vankrunkelsven S., Clicq D. ,Cabooter D., De Malsche W., Gardeniers J.G.E.,Desmet G., J. Chematogr.A, 1102(2006)96-103 28 Fekete V., Clicq D. , De Malsche W., Gardeniers H., Desmet G., J. Chematogr.A, 1149(2007)2-11,感謝各位老師批評(píng)指正！,