年产800吨聚丙烯酰胺生产工艺设计

1、 本科毕业设计（论文）年产800吨聚丙烯酰胺生产工艺设计学 院 轻工化工学院 专 业 食品科学与工程 年级班别 学 号 学生姓名 指导老师 年产800吨聚丙烯酰胺生产工艺设计 广东工业大学本科生毕业设计（论文）教师拟题审批表题目名称年产800t聚丙烯酰胺生产工艺设计题目类型工程设计 理论研究 实验研究 计算机软件研制 综合 经管文 法学 艺术题目来源科研项目(请选择：国家级 部级 省级 厅级 市级 校级）企业项目 生产实际 实际应用 自选 课题内容介绍 聚丙烯酰胺在水处理行业和石油开采等方面具有广阔的应用前景和巨大的潜在市场，聚丙烯酰胺的生产工艺设计对我国经济发展具有相当大的重要性。本课题主要

2、内容是对聚丙烯酰胺的生产工艺及工艺流程的设计和车间设计等。达到毕业设计质量标准的条件和措施1、必需参考国内权威文献和标准方法。2、所设计的方法必需满足企业生产要求。3、要考虑成本和环境保护，实现最佳经济效益。4、设计方案参考国内外文献。指导教师姓名 职 称副教授日 期 审核意见（题目内容是否明确、具体；题目难度、份量是否适中，能否满足综合训练要求；做本题目的条件是否满足、能否达到培养目标的要求等等）题目内容明确、具体；题目难度、份量适中，能满足综合训练要求；做本题目的条件满足、能达到培养目标的要求,同意拟题.基层教学单位（专业）责任人签章主管院长签章学院：_轻工化工学院_专业：_食品科学与工程

3、 _年级： _姓名： _注：1.本表由拟题教师填写；2.在毕业设计开始前（至少提前2周）交基层教学单位（专业）供学生选题。 广东工业大学本科生毕业设计（论文）任务书题目名称 年产800t聚丙烯酰胺生产工艺设计学 院轻工化工学院专业班级食品科学与工程4班姓 名 学 号 一、毕业设计（论文）的内容与要求 1、探讨聚丙烯酰胺的生产与制备过程 2、探讨聚丙烯酰胺生产工艺设备的选择 3、探讨聚丙烯酰胺后处理工段的选择 4、探讨环保问题以及计算设计方案的预期经济效益 二、毕业设计（论文）应完成的工作 1、查找国内外近期文献，收集并了解聚丙烯酰胺的生产方法，从中选出最切合实际工艺。 2、查找数据，计算相关参

4、数，如确定需要物料的量、温度、热量、转化率等数据。 3、根据求得数据对生产设备进行选型 4、根据原料消耗、设备耗费、员工工资福利等初步估算每年经济效益三、毕业设计（论文）进程安排序号设计（论文）各阶段内容起止日期1查阅文献和研究方案设计2.28-3.152确定聚丙烯酰胺的制备方法3.16-3.253通过物料衡算、热量衡算初步确定设备选型及车间布置3.26-4.54确定干燥、包装等后处理工段4.6-4.165环保问题以及概算与技术经济的计算4.17-5.236设计结果汇总，撰写论文5.24-5.287答辩6四、应收集的资料及主要参考文献1陈昀聚合物合成工艺设计M北京：化学工业出版社，2004：1

5、3-64 2肖卫东，何本桥，何培新聚合物材料用化学助剂M北京：化工出版社，2003： 209-2583杨基和，蒋培华化工工程设计概论M北京：中国石化出版社，2005：18-394赵德仁，张慰盛高聚物合成工艺学M北京：化学工业出版社，1997：107-1305方道斌，郭睿威，哈润华.丙烯酰胺聚合物M北京：化学工业出版社，2006： 17-19 6侯文顺化工设计概论M第5版北京：化学工业出版社，2005：69-787王延吉有机化工原料M第4版北京：化学工业出版社，2004：727-7288邝生鲁化学工程师技术全书M北京：化学工业出版社，2001：1259-12789周达飞，唐颂超高分子材料成型加工

6、M第2版北京：中国轻工业出版社， 2005：31-35发出任务书日期： 指导教师签名： 预计完成日期： 专业负责人签章：主管教学院长签章：广东工业大学本科生毕业设计（论文）指导情况记录表学院：_轻化学院_专业：_食品科学与工程_班级：_ _序号日 期学生签名教师签名进度情况（提前、按计划、滞后及原因等）12、28王威崔亦华按计划23、1王威崔亦华按计划33、3王威崔亦华按计划43、4王威崔亦华按计划53、6王威崔亦华按计划63、9王威崔亦华按计划73、13王威崔亦华按计划83、15王威崔亦华按计划93、18王威崔亦华按计划103、21王威崔亦华按计划113、22王威崔亦华按计划123、25王威

7、崔亦华按计划133、28王威崔亦华按计划144、2王威崔亦华按计划154、3王威崔亦华按计划164、5王威崔亦华按计划174、9王威崔亦华按计划184、11王威崔亦华按计划194、18王威崔亦华按计划204、25王威崔亦华按计划2122注：本表供指导教师在每次与学生见面指导时记录使用。不够填写可附纸。 广东工业大学本科生毕业设计（论文）中期检查表设计（论文）题目年产800t聚丙烯酰胺生产工艺设计指导教师姓名： 崔亦华 单位：广东工业大学学生姓名 王威设计（论文）起始时间 2014 年 2 月 28 日学生班级 10级4班教师填写部分论文（设计）进度情况： 提前完成正常进行 延期滞后（请写出原因

8、）工作态度情况（学生对毕业论文（设计）的认真程度、纪律及出勤情况）：认真 较认真 一般 不认真查阅文献资料的能力： 强较强 一般 差中期质量评价（学生已完成部分的工作质量情况）： 好 中 差毕业设计（论文）的内容有无调整 有 无指导教师对学生的指导频率 12 次/周对能否按期完成毕业设计（论文）的评估 能 否学生与指导教师有关毕业设计（论文）的原始材料是否保存齐全 是 否其他:存在问题及解决办法:1：论文方向相对比较狭窄，文献查找困难；2：部分设备型号不清，难以辨认；解决的方法：1：加大查找范围，修改检索式；2：查询书籍和上网用照片对照，确认型号。指导教师签字： 崔亦华 2014 年 4 月

9、26 日基层教学单位（专业）审核意见：负责人签字： 年 月 日摘要经过对PAM进行了研究，对其发展简史、结构和性质、聚合方法的种类介绍以及在国内外研究状况和应用现状、生产概况、市场需求情况、应用发展前景的进行了综述；在对PAM有了进一步的了解之后，结合实际情况选择以过硫酸钾作为引发剂，N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，通过间歇操作的方式，以水溶液聚合法合成产物；紧接着对生产各工序的物料及热量进行了衡算，采用振动流化床的干燥方法进行后处理，最后本文还对企业的效益评估进行详细的估算。关键词：聚丙烯酰胺，物料衡算，工艺流程，效益评估AbstractAfter studied the PAM, its

10、 development history, structure and properties, the kinds of polymerization methods and the research status at home and abroad and the status quo of the application, production situation, market demand and application prospect are reviewed; After have a further knowledge of PAM, combined with the ac

11、tual situation to choose with potassium persulfate as initiator, N, N - methylene bis acrylamide as crosslinking agent, through the way of intermittent operation, in water solution polymerization to synthesize products; Then every process of production material and heat balance, the vibration fluidi

12、zed bed drying methods for post-processing, finally this article also detailed estimate to enterprises performance evaluation.Keywords: polyacrylamide, material balance, process flow, benefit evaluation目 录1 概述11.1 聚丙烯酰胺简介11.1.1丙烯酰胺聚合物的发展11.1.2丙烯酰胺聚合物的结构及性质21.1.3丙烯酰胺聚合方法介绍21.1.4生产和消费情况41.1.5应用研究现状71.

13、1.6发展方向81.2 可行性分析91.3 设计原则101.3.1设计依据101.3.2聚合反应机理及影响因素102 原料、产品的物理及化学性质122.1 原料122.2 PAM物理及化学性质122.2.1 PAM的结构122.2.2 PAM的物理性质122.2.3 PAM的性能122.2.4 PAM性能指标133 生产流程简述143.1 工艺路线确定143.1.1聚合方法的确定143.1.2溶剂的选择143.1.3引发剂的选择143.1.4自由基反应方式143.2 生产流程简述143.3 生产制度153.4 安全防护措施153.4.1聚合工段153.4.2后处理工段164 工艺设计174.1

14、 物料衡算174.1.1工艺流程174.1.2各设备、工序变化174.1.3收集数据资料184.1.4选择计算基准与计算单位184.1.5确定计算顺序184.1.6计算主要原料（丙烯酰胺）投料量184.1.7顺流程逐个设备展开计算194.1.8整理并核对计算结果204.1.9整理绘制图表204.2 热量衡算214.2.1聚合反应工序214.2.2工序热量衡算整理225 干燥235.1 工艺流程235.2 干燥方法235.3 干燥计算236 原料主要规格、供应及消耗266.1 原料规格及用量266.2 原料消耗定额266.3 项目投资估算276.4 产品成本估算276.5 财务评估286.6 盈

15、亏平衡分析287 环境保护、劳动安全与工业卫生307.1 环境保护307.1.1该项目环保设计依据和标准307.1.2 环保治理措施307.1.3 预期效果307.1.4 环保管理及监测317.1.5 绿化概况317.2 劳动安全、工业卫生与消防31总结32参考文献33致谢35131 概述1.1 聚丙烯酰胺简介1.1.1丙烯酰胺聚合物的发展随着我国丙烯酰胺工业的迅速发展，对丙烯酰胺下游产品的研究不断深入，应用范围不断扩大。自PAM在1893年由实验室制得后，于1954年在美国实现产业化生产，初期得产品仅室单一得非离子型PAM。不久开发了碱性阴离子型PAM和阳离子型PAM。PAM优良的水溶性、增

16、稠性、絮凝性能和化学反应活性的显示出了巨大的市场潜力和广阔的应用前景。我国PAM产品的开发始于20世纪50年代末期。1962年上海珊瑚化工厂建成我国第一套PAM生产装置，生产PAM水溶胶产品，用于矿产品处理和石油钻采工业。随后又开发了辐射聚合法、反相乳液聚合法和水溶液聚合法生产PAM干粉。由于在油气田开采和三次采油中的大量应用，以及在污水处理和造纸等方面的用量增加，我国PAM的生产能力不断增加。自1995年法国NSF公司5万吨/年PAM生产装置后，我国PAM的产量和质量都油了很大的提升。近10年来我国PAM发展迅速，现成为世界生产大国，产量跃居世界首位，生产规模已达国际水平。现有生产厂200多

17、个，生产能力（含AM）约为23万吨/年。我国的销售量约占全球的1/3。产品主要包括HPAM、CPAM、NAM和梳型PAM等，以HPAM为主。产品剂型有干粉、水溶胶、油乳液和水乳液等，以干粉为主。生物酶法制丙烯酰胺、梳型PAM和超高分子量PAM等方面已达到世界先进水平。值得一提的是对于PAM的吸水性而言，高吸水性树脂(SAP)及其凝胶是一类重要的功能高分子材料，具有优异的吸水保水性、稳定的结构以及无毒无味等特性，近年来得到迅速发展。在SAP的发展过程中，人们早就发现，PAM轻度交联后即可成为吸水性树脂，且吸水后能形成透明水凝胶，但由于丙烯酰胺均聚物交联后吸水性能不是很好，所以这类材料最初并未引起

18、人们的关注。近些年来，随着水凝胶材料在医学领域应用研究的不断发展，以及为了提高SAP的耐盐性问题，人们加强了对PAM类吸水性树脂及其凝胶材料的研究，使其种类不断增加，性能也不断提高。与同类材料相比，这类材料具有吸水速率快、耐盐性高、生物相容性好等优点，目前这类材料的研究已经成为SAP研究领域的热点之一。但是在总体上，我国的PAM产品与国外相比还存在大的差距，主要表现在（1）产品系列：国外阳离子产品约占总产量的一半，且仍以每年10%的速度增长。而我国阳离子产品仅占10%。国外的阳离子产品的品种、类型十分齐全，大品种的分子量都超过1900万，干粉占53%，乳液占35%，水溶液仅占2%。而我国的阳离

19、子产品分子量较低，一般在500-800万之间，产品剂型以水溶液为主，制约了我国水处理和造纸工业的发展。在品种系列化上，国外已形成齐全的多品种系列产品，达到2000多个品种。仅法国NSF公司一家的常规产品就超过1000种，可以适应各行业不同工艺条件和不同物料性质的要求，而用于数十个行业。在我国尚缺少系列化产品，因而应用单一，这在造纸和不同水质的处理种尤为突出；（2）生产规模和技术：我国随有近10家上万吨级的生产厂，产量占倒90%。但这些规模大的生产厂主要以满足石油开采所需的通用化学助剂为主，其产品单一，主要十阴离子型粉剂，尚无上规模的乳液型和阳离子型产品。其他上百家的生产厂生产规模较小，技术相对

20、落后，产品也比较单一只能满足污水处理等一般用途的要求，没有能力去补充通用品种。1.1.2 丙烯酰胺聚合物的结构及性质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（即构象）的易变性，如分子量710万的PAM，其分子链伸直后的长径比高达10的5次方，相当于直径1mm、长100m的细丝。可以想象，这样大长径比的柔性分子链是极易卷曲的，分子链之间也易发生缠结。(2) 分子链上具有与丙烯酰胺单元数相同的侧基酰胺基，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，如酰胺基的高极性使PAM具有良好的亲水性和水溶性，其水凝胶亲水而不溶于水；柔顺的长

21、链使PAM水溶液具有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（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，拓宽了它们的应用范围1.1.3 丙烯酰胺聚合方法介绍丙烯酰胺聚合反应属于自由基引发体系，引发方法常用引发剂引发和辐射引发两种。引发剂主要是过氧化物和偶氮化合物，辐射引发常用碳60源的Y射线。PAM及其衍生物都是通过丙烯酰胺的自由基聚合制成的均聚物或共聚物。聚合方法按单体在介质中的分散状态有：本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。其中主要有水溶液聚合、反向悬浮聚合和反向乳液聚合。（1） 水溶液聚合:在丙

22、烯酰胺的聚合方法中，采用水溶液聚合的较多，主要涉及到引发体系、介质PH、添加剂和单体浓度等。引发体系:丙烯酰胺聚合的引发体系近年研究甚多，其目的在于保持高合速率下能获得高转化率、高分子量和少支化的产物。有过硫酸钱一亚硫酸氢钠一偶氮化合物、过硫酸钱一雕白粉一偶氮化合物等复合引发体系，以及-胺、特丁基过氧化氢-, 一三(氨基甲酰乙基)胺或疏基乙醇、尿素、硫脉等有机一无机物组成的引发体系。用高价金属盐与有机物组成的体系亦不少。这些体系的特点是反应活性高，适于常温聚合。在此不做过多的说明，结合实际与效益，本次设计我们采用了过硫酸钾与 N，N-亚甲基双丙烯酰胺。PH值:丙烯酰胺聚合中，介质PH值可影响反

23、应动力学及聚合物的结构和性质。在较低PH下(PH2)，聚合易伴生分子内和分子间的亚酰胺化反应，形成支链或交联型产物。在较高PH下，单体或聚合物分子中的酰胺基会发生水解反应，使均聚物变成含丙烯酸链节的共聚物。（2）反向乳液聚合：水溶性单体丙烯酰胺的反相乳液聚合是乳液聚合研究领域中新开拓的一个分支，多采用非离子型的低分子或高分子乳化剂形成油包水型乳液体系而进行乳液聚合。乳胶粒是通过乳化剂吸附膜的阻隔或高聚物的位阻作用而稳定的，有人认为这种乳胶粒也是通过胶束成长起来的。近十年来的研究丰富了乳液聚合理论，获得了有实际价值的胶乳型产品，其具有速溶等显著特点。（3）反向悬浮聚合：采用反相悬浮法制备丙烯酰胺

24、聚合物与反相乳液聚合有许多相似之处，关键在于分散相粒子尺寸的控制。决定粒子尺寸的因素主要是搅拌、分散稳定剂和相比，反相悬浮聚合可采用热引发或氧化还原体系引发，有人认为聚合物的分子量与的浓度无关，分子量较水溶液聚合为低。最近的一份报告指出，采用环己烷和一种非离子表面活性剂作为乳化剂，以作为引发剂，在30-40及浓度50%条件下可得到分子量大于1000万的速溶型粉状PAM。（4）水溶液聚合展望：水溶液聚合是丙烯酰胺最常用的聚合方法，对于水溶液聚合法制造PAM的工艺，人们研究的热点是选择新型聚合、造粒、干燥及粉碎技术与设备，开发更先进的连续化、自动化聚合工艺，改进和提高产品的性能和质量。具体为：提高

25、产品分子量和溶解性能：为提高产品分子量和溶解性能，应采用高纯单体。这是获得超高分子量PAM产品的基础。还要掌握好聚合反应规律优选聚合工艺、聚合引发体系，适当增大单体浓度、减少引发剂浓度和降低聚合反应温度，使反应平稳。提高产品的耐温抗盐和抗剪切性能：在聚合物分子主链段上引入不同的基团可以改善其性能。降低PAM产品中残余单体的含量：高聚物PAM本身基本无毒，PAM的毒性来自残余的丙烯酰胺单体。制备用于生态建设和环保产业的PAM产品。选择适宜的技术和设备，开发更先进的连续化、自动化的聚合工艺。1.1.4 生产和消费情况（1） 国外生产和消费据美国咨询公司TranTech公司分析，2004年全球PAM

26、能力为9l万吨年，美国、f本、欧洲是PAM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。表l.1列出世界PAM生产能力分析。表1.2列出2005年2月统计的世界各地区PAM主要生产能)。亚太地区为最大的PAM 生产地，2005年生产照(除日本外)为23万吨年，其次为西欧2l万吨年。亚太地区也是最大的PAM消费地区，其次是西欧和美国。表1.1 世界PAM生产能力分析（万吨/年）乳液和分散体微 小粉 末溶 液非 离 子1.63.4阴 离 子14.02.122.91.2阳 离 子12.23.516.330.8表1.2 2005年2月统计的世界各地区PAM主要生产能力（万吨/年）公

27、司地点生产能力西欧汽巴精化氰特纳尔料SNF斯托豪森三F英国布拉布拉福德英国布拉布拉福德法国法兰克福法国安德烈津克德国克雷菲尔德意大利6.02.51.06.42.62.9美国汽巴精化氰特纳尔料SNF弗吉尼亚州萨福克阿拉伯马州莫比尔路易斯安那州加利维尔乔治亚州赖斯波罗5.42.22.07.0日本荒川化工Da-Nnx橘磨化工日本大阪日本新泻日本0.71.21.1亚太中国石油中国石化SNF大庆，恒聚胜利泰兴3.0，3.03.23.0国外PAM的生产商主要有美国的陶氏化学公司、氰胺公司、联合胶体公司、纳尔科公司 日本的日东化学公司、三井东压公司，法国SNF圣泰公司德国的斯托豪森公司、巴斯夫公司和英国的联

28、合胶体公司等。上个世纪90年代后期美国、西欧和日本的PAM年消费量分别为l2万吨、8,6万吨和6，3万吨。预计2005年这三大市场的消费量将分别增长到l9万吨、l3万吨和8万吨。加上亚洲市场(日本除外)及其他地区2005年25万吨左右的需求量，预时2005年全球PAM总需求量为60万吨左右。经过2001年需求低迷期后，2002年起PAM需求又较快增长，预计到2010年全球需求年增长率为54，增长率最高的地区为：拉美(年增长率为6)、亚洲和中东(63)、亚太(91)。作为PAM市场的领先者SNF公司近期将有不少新建装鼍投产，SNF公司新建的PAM 装置(在澳大利亚、印度尼西亚、印度、俄罗斯、瑞典

29、和美国)将于2005年投产，新建最大装置建在印度(能力为2万吨年)。德固萨公司在印度尼西亚的PAM新装置也将于2O05年开工。然而，尽管2005年有一些新增电力开工，如果以后尚无新增能力建设的话，预计今后5年内PAM供应仍将会感到短缺。（2） 国内生产和消费 生产我国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

30、/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。表1.3 国内主要PAM生产厂家情况序号生产厂家生产能力（万吨/年）1大庆油田化工总厂52胜利油田长安实业集团公司23SNF公司泰兴分公司24广东李坛精细化工厂25北京恒聚油田化学品有限公司16太原重工集团祁县聚合物有限公司1 消费1998 年, 我国PAM的生产能力为6.5 万t, 产品约为5.5 万t, 当年实际消费量为7.39 万t, 不足部分依靠进

31、口解决。国内消费中, 81%用于石油开采, 是国内PAM应用的最大市场。由于我国东部油田如大庆、胜利、中原、华北、辽河、大港、河南等油田已进入开采中后期, 采油综合含水已达80%以上, 为提高原油采收率, 结合油田特殊的地质条件, 推广以PAM为主要聚合物驱油技术的应用, 已成为东部油田稳产的重要举措。根据石油行业的整体规划, 2005 年国内PAM 在石油开采方面的用量已达到11 万t。而在国外作为一种环保产品, PAM已被广泛用于各种水处理中, PAM应用的最大领域为水处理行业, 我国水处理技术和水处理剂的应用水平与国外有很大差距, 这也说明PAM在水处理行业应用的发展潜力巨大。PAM在造

32、纸行业的应用起步于70 年代, 主要用作助留剂、干增强剂和废水处理的絮凝剂; 随着大型合资造纸企业的不断建成投产和人们对纸张质量要求的提高, PAM在造纸行业的应用必将有一个大发展。1.1.5 应用研究现状由于PAM结构单元中含有酰胺基、易形成氢键，使其具有良好的水溶性和很高的化学活性，易通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物质，PAM及其衍生物可作为增粘剂、增稠剂、絮凝剂、油水分离剂、纸张增强剂和液体的减阻剂等，并且广泛应用于石油开采、水处理、造纸、纺织、印染、选矿、洗煤、医药、制糖、建材、农业等领域之中。其主要用途已发展到约27个领域，享有“工业味精”、“酉业助剂”之美誉。国外目前主

33、要应用在水处理、造纸、矿山、冶金等；国内目前用量最大的是采油领域，用量增长最快的是水处理领域和造纸领域。本文评述已报道的PAM研究成果较为成熟的应用情况。(1) PAM在防治水土流失提高土壤保肥能力的应用：在土壤中添加PAM，在一定的条件下其能够很好的改良土壤的物理性能、提高土壤的导水性能和土壤表层的抗蚀能力及抗冲性，从而达到防治水土流失的目的。此法对于防治土壤流失具有见效快、成本低的特点，特别是对防止无植被或少植被覆盖裸土的水蚀和减小径流等具有重要的应用价值。目前在研究黄土高原的水土流失治理中有多个课题正研究对土壤入渗问题，有望在不久就会取得重大进展。除此之外其还有提高土壤保肥能力的作用，王

34、辉等通过试验发现：PAM处理可减少泥沙中硝态氮、速效磷和速效钾的流失量，分别为78、95和95之处后土壤侵蚀量降低，因此养分随土壤的流失量也大大降低。(2)PAM造纸行业中的应用：近年来，PAM作为一种能在水中溶解形成溶液的高分子，具有性能优异、使用方便、有利于环保等诸多优点，已在造纸工业中发挥了重大作用。其中一个重要作用便是作为纸张的增强剂；此外，还被大量用作助留剂、助滤剂、处理造纸废水用的絮凝剂、纤维分散剂等。目前，用于造纸工业中的PAM其分子量范围一般在12000万数量级，而作为纸张增强剂的适当分子量一般在10万100万之间。这是由于PAM使用时，其结构中所带的酰胺基极易与浆料纤维素结构

35、中的羟基之间形成大量氢键而使纸页强度得到提高。(3)PAM凝胶在纳米粉体制备中的应用：纳米粉体材料的发展非常迅速，其应用也日渐广泛，潜在的发展能力不可估量。制备粒径均匀可控的粉体对于纳米材料的研究就显得至关重要。使用PAM凝胶法制备粉体材料可以控制粉体粒径，并可进行有选择掺杂而且原料还廉价易得。但在面对其优点的同时，我们应高度重视该方法采用原料有毒性的缺点。故在采用该方法制备粉体时应注意安全(4)PAM在开采石油中的应用：高分子量大的部分水解的PAM可以提高油田注入液的黏度、调整水油流度比、改善油藏的非均质性、提高注人液的波及系数，因此其被广泛用作三次采油中的聚合物驱油剂。但部分水解PAM在实

36、际应用中也存在一些问题，如耐温抗盐性能差等。(5)PAM类吸水树脂及其凝胶材料因具有同类材料所不具备的特性，从研究情况来看，国外对该类材料的应用研究比较全面、深人，而国内的研究工作基本处于起步阶段。姜绍通等将甘薯淀粉接枝丙烯酰胺吸水树脂用于玉米种子发芽试验，试验结果表明，用树脂包衣的玉米种子比未包衣的玉米种子的发芽率提高10% 以上。胡三清等以丙烯酸、丙烯腊、丙烯酞胺及乙烯基有机硅交联剂等合成了一种新型吸水性树脂，该树脂用于石油开采过程封堵高渗层大孔道水层，取得了很好的应用效果。此外，PAM水凝胶作为医用软组织填充材料，已经获得了临床应用，目前该领域的研究仍在发展，B.B.JIonaTHH等的

37、研究发现，经过I射线辐照和热处理的聚丙烯酞胺水凝胶植入动物机体内可长时间保持自身形态，且植入这种凝胶后，组织反应极其微小。1.1.6 发展方向目前国内关于PAM及其凝胶材料的研究虽然取得了一些进展，也有大量文献报道，根据国内外材料工作者在PAM及其凝胶材料方面所做的大量工作以及研究的进一步深人，国内专家建议该类材料的研究将侧重于以下几个方向:(1) 结合现状，由于我国特别是西北地区水土流失举世瞩目，并且许多地方出现了不同程度的沙漠化。要建立山川秀美的大西北首先必须保水保土保肥，特别是在无植被条件下采取短期有效的工程措施和化学措施尤为重要。国内外在使用PAM防治土壤水土流失方面取得了一定的成果，

38、但现在还处于实验阶段没有大面积的推广应用，相信在不久的将来它会得到广泛的应用的，能够更好的造福于我们人类。(2) 利用PAM改良土壤也有很大的发展潜力，该技术不仅操作简单，成本收益较高，而且生态环境效益良好。但是，当前关于PAM重复利用效率，以及其与PC、麦秸等混合施用时的效益，PAM与肥料、杀虫剂等混合施用后防止农用化学肥料、杀虫剂等流失的效果，以及对不同作物质量和产量的影响等实用研究尚不全面，故对于PAM作用机理等的研究还有待进一步深入了解。我国疆域辽阔，在不同的地区其地形地貌、土质、植被、气候条件有显著的差异，这就需要在不同地区开展PAM来改良土壤的针对性实用试验，建立一套规范体系，以便

39、为大范围推广应用PAM改良土壤提供完善的技术指导，使其潜能的到充分的利用。(3) PAM在石油开采中的应用也有巨大的发展潜力，针对目前我国的大部分油田开采已经进入了中后期，综合含水率高，高温和高盐油藏多，但是目前的聚合物产品还不能适用于三类以上油藏，为更好的发展，故迫切需要新型的耐温抗盐、抗剪切的聚合物驱油剂。此外，由于采油成本的制约，新型聚合物的成本还要经济合理，因此PAM单体应参与新型聚合物的共聚，以降低新型聚合物的生产成本，并且超高相对分子质量PAM的耐温耐盐单体共聚物和梳形辫状聚合物又具有良好的耐高温抗盐的性能，因此极有可能成为高温、高盐油藏的驱油剂。此外，国内关于PAM类吸水性树脂及

40、其凝胶材料的研究虽然取得了一些进展，也有大量文献报道，虽然大部分工作都侧重于工艺的研究以及提高产品的吸水性及耐盐性上，且多为实验室成果，与国外相比，在理论研究、应用研究及工业化生产等方面还有很大差距，但这也意味着随着研究的不断深入，PAM吸水性树脂的应用很有可能将成为新的发展方向之一。1.2 可行性分析石油工业是国民经济的支柱产业，是经济发展的重要保证之一。我国石油资源相对较少，而三次采油是我国保证石油供应的重要措施，因此进行PAM生产工艺设计的研究，使我国PAM生产技术、产品质量以及生产规模均提升到一个较高水平以满足三次采油对PAM质和量的要求就显得很有必要了，此外PAM在水处理行业具有广阔

41、的应用前景和巨大的潜在市场，综上所述PAM的生产工艺设计对我国经济发展具有相当大的重要性。1.3 设计原则1.3.1 设计依据（1）课程设计的内容年产800tPAM生产工艺设计：聚合工段的工艺设计，含：聚合工序、造粒工序、干燥工序。 对该项目的发展历史、现状及前景（产品、工艺等）进行综述。 聚合的工艺条件和生产方法的选择。 进行物料衡算、热量衡算以及后处理工序的干燥计算。 经济效益计算以及相关的环保问题（2）课程设计的要求与依据课程设计是高等学校培养学生的最后一个极其重要的教学环节，在课程设计中培养学生综合应用所学知识的能力，不断提高学生制图、运算、计算机应用、查阅文献资料、编写说明书等技能。

42、通过该途径，使学生具有一定的发现问题、分析问题、解决问题以及工厂主要车间的初步设计能力。具体要求学生掌握本课程的工艺设计原理、步骤和方法。通过设计图纸和说明书能对所设计内容进行阐述和论证。设计有关资料和图纸应保证计算准确、字体端正、图面清洁、设计合理，所有计算部分都应有完整的计算过程，以达到全面训练的目的。1.3.2 聚合反应机理及影响因素(1) 聚合机理丙烯酰胺聚合反应机理属于自由基反应，符合自由基连锁聚合反应机理的一般机理，由链引发、链增长和链终止等基元反应组成。此外还常伴有链转移反应。器总反应式为：nCH2=CHC(=O)NH2 CH2CH（C(=O)NH2 ）n(2) 影响反应影响聚合

43、反应的因素主要有溶剂、引发剂、PH值、聚合温度等因素。 单体浓度：根据水溶液聚合工艺要求和综合考虑传热、搅拌、物料输送等因素，聚合时单体浓度控制在12%以内。 温度：输送到聚合釜聚合，聚合温度达55左右。 杂质：体系中杂质主要有未反应单体、水、空气中的氧等。这些杂质含对引发剂活性、聚合速度等产生影响，还有一定毒性，因此要控制在一定指标以下。2 原料、产品的物理及化学性质21 原料主要有丙烯酰胺、纯水、引发剂、交联剂 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：Pa；蒸汽密度：2.46（空气=1）；聚合热：81.51kj/mol；闪点

44、138；平衡含水量：1.7(g水/kg干PAM)。 水：密度：998.1kg/m；比焓：209.3kj/mol；比热容：4.74103j/()；热导率：64.8102w/()；黏度：549.4106Pa.s；表面张力：676.9104N/m。 引发剂（过硫酸钾）：无色或白色结晶，无气味，在约100时全部分解，可溶于水，不溶于乙醇，水溶液呈酸性；相对密度2.477，有强氧化性，与有机物摩擦或撞击能引起燃烧，有强刺激性。 交联剂（N，N-亚甲基双丙烯酰胺）：N,N-亚甲基双丙烯酰胺，白色粉末状结晶。无气味，吸湿性极小。对光敏感。遇高温或强光则自交联，微溶于水，溶于乙醇。密度为1.352 kg/L2

45、.2 PAM物理及化学性质2.2.1 PAM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PAM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：3540mN/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。2.2.4 PAM性能指标查阅文献可

46、知，PAM性能指标为，固含量：87.9，最小颗粒（0.15mm）：0.96，不溶物%：0.19，黏度（mPaS）：23.0，分子量：2107，水解度%：30.2，滤过比：1.44，筛网系数：30.5，溶解时间h：2，分布宽度：12。3 生产流程简述31 工艺路线确定3.1.1 聚合方法的确定根据产物结构，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、交联剂、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、链增长过程和网状结构的交联，以及考虑水分的干燥，对于操作方式则定为间歇

47、操作。3.1.2 溶剂的选择因选择水溶液聚合法，故溶剂为水。3.1.3 引发剂的选择工业最常采用的丙烯酰胺聚合引发剂使氧化还原引发体系。该体系大概有两种：一是无机过氧化物与氧化剂组成；二是有机组成的氧化还原引发体系。因为溶剂为水和聚合反应活化能考虑，选择过硫酸钾。3.1.4 自由基反应方式引发剂在较低温度下即可产生自由基，反应活化能低，在较低温度（050）引发聚合，引发速率快，对温度依赖性小。3.2 生产流程简述聚合工段主要由计量配料、聚合、干燥、研磨、输送包装等岗位组成。具体流程为：先按照计算结果进行各原料的配置，然后进行聚合反应工序，采用间歇操作：将部分溶剂先加入聚合釜中，随后将溶有交联剂

48、的单体溶液按一定速度连续加入釜中，最后调配浓度至12；将事先调配好的引发剂溶液加入反应釜中； 待溶液搅拌均匀后，控制温度在55左右，恒温反应3h；反应完全后，取出聚合产物，破碎、干燥、包装成品3.3 生产制度考虑装置的大修，采用年工作日300d/a（24h/d）。全装置主要采用间歇操作方式，局部采用连续操作方式。全装置采用三班倒制，每班8小时工作制。3.4 安全防护措施341 聚合工段该工段使用的原料有丙烯酰胺、纯水以及过硫酸钾和N，N-亚甲基双丙烯酰胺等，根据这些原料的性质，查阅化工工艺设计手册、化工生产安全与防护等确定车间火灾危险等级为乙级；车间建筑属于一类工业建筑。设计中电气设备一律选用

49、隔爆式电气设备；各设备均有接地线、跨接线等防静电设施及防雷设施；各岗位设有排风系统。此外，还应注意以下问题： 车间内禁止使用明火；禁止穿带钉子鞋进入装置现场；禁止吸烟；禁止随意使用铁器碰击设备；机动车未经许可不的进入厂区。 生产人员必须熟悉相关岗位消防设施的种类及存放位置，并能熟练正确使用，了解现场物料的性质。 生产人员上岗必须佩带好劳动保护用品，在接触丙烯线胺等有毒化合物时必须带好手套、面具及其他防护用品。 生产人员在生产过程中要即使检查，消除漏点。 设备跑料、储罐冒顶应立即采取紧急措施，切断物料来源，控制现场，及时回收流失物料，消除危险。 生产设备超压时应采取紧急排空措施，必须有专人监护现

50、场。 在生产装置检修敲打设备的时候，必须使用铜制工具或在铁制工具上涂上黄油，以免引起火花。 生产现场禁止存放大量易燃易爆物品。 设备开车前必须使用氮气置换，聚合系统内氧含量必须小于0.2%。 各储罐装料不得超过规定装料系数，而且要有氮气保护。常压罐保压不超过0.05MPa，受压罐保压0.4MPa。3.4.2 后处理工段聚合反应完全后，合成产物为“肉片”类胶装，结合实际情况后处理工段的注意事项如下：干燥装置在清理前要切断外接管线，切断电机，并分析可燃物浓度含氧量等，合格后人员方可入内。 后处理的电器、转动设备多，生产人员上岗必须穿好工作服戴好安全冒。所有电器设备在运转中禁止用手乱动。 生产工作服

51、内禁止带东西，防止落入设备内影响生产。 设备检修要有动火票，并有专人监护，切断电源，严禁启动。 成品仓库禁止吸烟、使用明火，非岗位人员禁止入内，库内要经常保持卫生。4 工艺设计4.1 物料衡算本次设计为年产量800t；年开工时间300d/a（24h/d）；单体总转化率视为100%；原料在调配罐中AM溶液浓度60%，聚合反应釜中AM浓度12%；聚合釜反应温度为55，每批反应时间为3h。4.1.1工艺流程经过查阅文献和结合实际，最终得出了此次设计的工艺流程草图如图4.1：图4.1 丙烯酰胺水溶液聚合间歇操作工艺流程草图T101-丙烯酰胺调配罐 V101-交联剂调配罐V102-引发剂调配罐 R101-聚合反应箱P101、P102-液体输送泵4.1.2各设备、工序变化(1）V101、V102中为物料混合配制，无相变化和化学变化(2）R101中单体在引发剂、交联剂作用下发生反应：nCH2=CH-CO-NH2 过硫酸钾 CH2CH(CONH2)n N,N-亚甲基双丙烯酰胺 网状结构聚合中单体相对分子质量与聚合物结构单元相对分子质量无化学计量上的变化，引发剂、交联剂会结合到