聚丙烯酰胺工艺设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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,前言,第一章 概述,第二章 原料、产品的物理及化学 性质,第三章 生产流程简述,第四章 工艺计算及主要设备选型,结论,参考文献,致谢,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,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，,200,9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：,4.74103j/(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,2,2,1PAM,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。,2,2,2 PAM,的物理性质,密度：,1.302g/cm3,；临界表面张力：,35,40mN/m,；玻璃化温度：,188,；软化温度：,210,。,2,2,3 PAM,的性能,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,工艺路线的确定,3.2,生产流程简述,3.3,车间概况,3.4,车间组成,3.5,生产制度,3.6,安全防护措施,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,Q,PAM,=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,中国石化集团上海工程有限公司编，,化工工艺设计手册,，化学工业出版社，,2003,年,10,侯文顺主编，,化工设计概论,，化学工业出版社，,2005,年,5,月第,5,版,11,方道斌 郭睿威 哈润华等编著，,丙烯酰胺聚合物,，化学工业出版社，,2006,年,4,月第一版,12,马沛生主编，,有机化合物实验物性数据手册,，化学工业出版社，,2006,年,8,月第一版,13,王延吉主编，,有机化工原料,，化学工业出版社，,2004,年,1,月第,4,版,14,刘道德等编著，,化工设备的选择与设计,，中南大学出版社，,2002,年,15,邝生鲁主编，,化学工程师技术全书,，化学工业出版社，,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,感谢各位老师批评指正！,