聚丙烯酰胺工藝設(shè)計

關(guān)于聚丙烯酰胺工藝設(shè)計第一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三結(jié)構(gòu)框架前言第一章概述第二章原料、產(chǎn)品的物理及化學(xué)性質(zhì)第三章生產(chǎn)流程簡述第四章工藝計算及主要設(shè)備選型結(jié)論參考文獻致謝第二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三一、概述PAM在結(jié)構(gòu)上最基本的特點是：（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)特點賦予了PAM許多極有價值的應(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、日本、歐洲是聚丙烯酰胺主要的生產(chǎn)和消費地，生產(chǎn)能力約占世界總能力的85％。其中25％在西歐。我國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500~800萬,難以滿足消費者對高分子量產(chǎn)品的需要。1995年底,大慶石油管理局從法國SNF公司引進的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SNF公司在我國泰興所建企業(yè)相繼建成投產(chǎn),使我國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。第三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三二、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。①丙烯酰胺：分子量：71.08；形態(tài)：片狀晶體；密度：1.22kg/L；熔點84.5℃；沸點：125℃；蒸汽壓：9.33×10-5Pa；蒸汽密度：2.46（空氣=1）；聚合熱：81.51kj/mol；閃點138℃；平衡含水量：1.7(g水/kg干PAM)。②水：密度：998.1kg/批；比焓：209.3kj/mol；比熱容：4.74×103j/(kg.K)；熱導(dǎo)率：64.8×102w/(m.K)；黏度：549.4×106Pa.s；表面張力：676.9×104N/m。③引發(fā)劑：白色柱狀或粉狀結(jié)晶，易燃；熔點105℃；不溶于水，遇熱分解放出氮氣和有機氰化物。2.2PAM物理及化學(xué)性質(zhì)2．2．1 PAM的結(jié)構(gòu)PAM在結(jié)構(gòu)上最基本的特點是：（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。2．2．2PAM的物理性質(zhì)密度：1.302g/cm3；臨界表面張力：35～40mN/m；玻璃化溫度：188℃；軟化溫度：210℃。2．2．3PAM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基團的物質(zhì)形成氫鍵，產(chǎn)生很強的吸附作用；酰胺基的高反應(yīng)活性可使PAM衍生出很多變性產(chǎn)物。第四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三三、生產(chǎn)流程簡述3.1工藝路線的確定3.2生產(chǎn)流程簡述3.3車間概況3.4車間組成3.5生產(chǎn)制度3.6安全防護措施第五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三3.1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)機理中確定選擇出自由基聚合，同時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施方法。該工藝路線包括了自由基形成和鏈增長過程；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：單體——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)備采用露天與廠房內(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，其他全部采用廠房內(nèi)布置。3.5全裝置以班為單位，每班工作6小時，每6小時為一批?？紤]裝置的大修，采用年開工時為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。第六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三第七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三第八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三一次研磨物料衡算列表4-2如下計算過程如下第九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三第十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三水解工段物料衡算列表4-3如下：計算過程如下：第十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三第十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三二次研磨物料衡算列表4-4如下：第十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三第十四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三干燥工段物料衡算列表4-5如下：計算過程如下：第十五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三第十六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三包裝工段物料衡算列表4-6如下：第十七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三第十八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三4.2熱量衡算反應(yīng)釜第十九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三經(jīng)計算得：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/h2.設(shè)備選型：橢圓形封頭與圓筒對接時受力最好，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)，達到更好的攪拌效果，更好的滿足工藝需求。第二十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三結(jié)論通過大量的文獻查閱和工藝設(shè)計工作，得出以下設(shè)計結(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，結(jié)合實際情況，選擇丙烯腈銅催化水合法。因為溶劑為水和聚合反應(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。第二十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三參考文獻[1]楊基和、蔣培化主編，〈〈化工工程設(shè)計概論〉〉，中國石化出版社，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〉〉，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，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)計技術(shù)中心，〈〈化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊〉〉，化學(xué)工業(yè)出版社，1990年[7]趙軍主編，〈〈化工設(shè)備機械基礎(chǔ)〉〉，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年[8]張福遠(yuǎn)，〈〈化工機械基礎(chǔ)〉〉，中國石化出版社，1999年[9]中國石化集團上海工程有限公司編，〈〈化工工藝設(shè)計手冊〉〉，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年[10]侯文順主編，〈〈化工設(shè)計概論〉〉，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，〈〈有機化合物實驗物性數(shù)據(jù)手冊〉〉，化學(xué)工業(yè)出版社，2006年8月第一版[13]王延吉主編，〈〈有機化工原料〉〉，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〉〉，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年第二十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期三[16]DesmetG.,BaronG.V.,J.Chromatogr.A,855,57-70(1999)[17]DesmetG.,BaronG.V.,Anal.chem.72,2160-2165(2000)[18]DesmetG.,VervoortN.,ClicqD.,BaronG.V.,J.Chematogr.A,924(2001)111-122[19]DesmetG.,VervoortN.,ClicqD.,HuauA.,GzilP.,BaronG.V.,J.Chematogr.A,948(2002)19-34[20]ClicqD.,VervoortN.,VounckxR.,OttevaereH.,BuijsJ.,GooijerC.,ArieseF.,BaronG.V.,DesmetG.,J.Chematogr.A,979(2002)33[21]VervoortN.,ClicqD.,BaronG.V.,DesmetG.,J.Chematogr.A,987(2003)33-48[22]ClicqD.,YjerkstraR.W.,GardeniersJ.G.E.,VanclenBERGA.,BaronG.V.,DesmetG.,J.Chematogr.A,1032(2004)185.[23]ClicqD.,VervoortN.,RansomW.,DetandtC.,BaronG.V.,DesmetG.,AnalChem.,Acta507(2004)79[24]ClicqD.,VervoortN.,RansomW.,DetandtC.,OttevaereH.,BaronG.V.,DesmetG.,Chem.Eng.SCi.,59(2004)2783[25]PappaertK.,BiesemansJ.,ClicqD.,VankrunkelsvenS.,DesmetG.,Lab.Chip.,5(2005)1104[26]FeketeV.,ClicqD.,DeMalscheW.,GardeniersJ.G.E.,DesmetG.,J.Chematogr.A,1130(2006)151[27]VankrunkelsvenS.,ClicqD.,CabooterD.,