课程设计聚丙烯酰胺生产工艺设计

精细化工工艺课程设计题目：聚丙烯酰胺生产工艺设计姓名：学号：专业：手机号：指导老师：56））））总参考文关键词节能降耗；新工艺，新材料1.1聚丙烯酰胺的分类及其特性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，是四种。1.1.1阴离子聚丙烯酰胺简称APAM)的活性基团，便于不同的悬浮粒子絮凝和过滤分离。PAM的外观呈白色颗粒或粉末状，分子量为500万至2500万。由于它有能大量溶于水而几乎不溶于任何有机稳定胶体、减阻、成膜、凝胶等等方面。11.1.2阳离子聚丙烯酰胺简称CPAM)阳离子聚丙烯酰胺具有多种活泼基团，具有去除污浊、脱色、吸附、粘合等于处理城市污水、工业污水，因此在染色、造纸、食品、建筑、冶金、油田等等与污染有关联的行业，阳离子聚丙烯酰胺被用来处理有机胶体含量较高的废水。CPAM的外观统一呈白色颗粒或粉末状，分子量为300万到1500万，其中阳离子度占3％到100％不等。1.1.3非离子聚丙烯酰胺简称NPAM)万不等。1.2丙烯酰胺聚合物的结构和性质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。21.3设计意义要求，并获得最大经济效益。高起到推动作用。1.4设计依据（1）课程设计的内容年产5000吨聚聚丙烯酰胺工程：聚合工段的工艺设计。含：聚合工序、造粒工序、干燥工序。①对该项目的发展历史、现状及前景（产品、工艺等）进行综述。②原料路线的选择及工艺技术的选择。③物料衡算。④工艺物料流程（PFD）的设计。⑤管道及仪表流程（PID）的工艺设计。⑥主要工艺设备的选型。⑦工艺平面布置。（2）课程设计的要求与依据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。通过该途径，使学生具有一定的发现问题、3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，所有计算部分应有完整的计算过程，以达到全面训练的目的。2.2.1丙烯酰胺聚合物的发展PAM在1893年由实验室制得。1954年在美国实现产业化生产，初期得产品仅世。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。由于加，我国PAM的生产能力不断增加。自1994年自主开发的生物酶法制丙烯酰胺工业化获得成功及随后的2.5万吨/年丙烯酰胺示范性工业生产装置的建成，以及1995年法国NSF公司5万吨/年PAM生产装置后，我国PAM的产量和质量都有了很大生产规模已达国际水平。现有生产厂200多个，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、梳型聚丙烯酰胺和超高分子量PAM等方面已达到世界先进水平。但是在总体上，我国的PAM产品与国外相比还存在大的差距，主要反映在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4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，产量占到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。2.2应用领域PAM最有价值的性能是分子量很高，水溶性强，可以制作出亲水而水不溶性面和溶解物质有良好的粘附力。由于这些性能，使得PAM被广泛应用于增稠、絮凝、稳定胶体、减阻、粘结，成膜、阻垢、凝胶及生物医学材料等许多方面。（1）石油开采：A.驱油剂：调节注入水的流变性，增加驱动液的黏度，改善水驱波发效率，降低地层中水相渗透率，使水与油能匀速的向前流动。B.堵水调整剂：在油田生产过程中，由于地层的非均质性常产生水浸问题，渗透能力的选择性，对油的渗透性降低最高可超过10%，而对水的渗透性能减少可超过90%。井漏和坍塌。5黏度、低摩阻、良好的饿悬砂能力以及配制方便和成本低而被广泛应用。（2）水处理：酰胺在被吸附的粒子间形成“桥联”，生成絮团，有利于微粒下沉。聚丙烯酰胺业都在不同程度的使用聚丙烯酰胺作为絮凝剂。（3）造纸：存留率，以降低原材料的流失和对环境的污染；二是提高纸张的强度。另外，使用聚丙烯酰胺还可以提高纸张的抗撕性和多孔性，以改进视觉和印刷性能。（4）矿冶行业：回收使用。应用聚丙烯酰胺，可促使团粒的下降、液体的澄清和泥饼的脱水，从环境污染。（5）纺织、印染行业：牢度大、鲜艳度高，还可作为漂白的非矿高分子稳定剂。此外，聚丙烯酰胺还用于纺织印染污水的高效净化。（6）其他：聚丙烯酰胺在水敏性凝胶、食品加工、电镀工业吸水性树脂也用着广泛的应用。62.3生产和消费情况2.3.1国外生产和消费据美国咨询公司TranTech公司分析，2004年全球PAM能力为9l万吨／年，美国、f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区，其次是西欧和美国。表1世界PAM生产能力分析（万吨/年）微小非离子阴离子阳离子2.13.522.916.331.20.812.2表2公司2005年2月统计的世界各地区PAM主要生产能力（万吨/年）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日本大阪国日荒川化工0.77太SNF泰兴3.0国的斯托豪森公司、巴斯夫公司和英国的联合胶体公司等。上个世纪90年代后期。美国、西欧和日本的聚丙烯酰胺年消费量分别为l2l3万吨和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5．4％，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、瑞典和美国)将于2005年投产，新装增能力建设的话，预计今后5年内PAM供应仍将会感到短缺。2.3.2国内生产和消费①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500~800万,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8驱采技术的要求。表3国内主要PAM生产厂家情况生产能力（万吨/年）522211胜利油田长安实业集团公司SNF公司泰兴分公司北京恒聚油田化学品有限公司太原重工集团祁县聚合物有限公司6②消费：1998年,我国PAM的生产能力为6.5万吨,产品约为5.5万吨,当年实际消费量为7.39万吨,不足部分依靠进口解决。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年代,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。3.1聚合方法两种。引发剂主要是过氧化物和偶氮化合物，辐射引发常用碳60Y射线。聚9合。其中主要有水溶液聚合、反向悬浮聚合和反向乳液聚合。3.1.1水溶液聚合在AM的聚合方法中，采用水溶液聚合的较多，主要因素如下：①引发体系:AMS0与NaHS0氧化还原引发2283合物等复合引发体系，以及H0-胺、特丁基过氧化氢-NaHS0,KS0一三(氨基223228甲酞乙基)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+4一硫醇、硫代磷酸、柠檬酸，三(乙酸丙酮)钒一轻胺，VS+一环己酮，KBr0-硫3基乙酸等.这些体系的特点是反应活性高，适于常温聚合。对这些体系的研究工作多集中在聚合速率方面，对分子量影响讨论甚少。②PH值:AM聚合中，介质PH值可影响反应动力学及聚合物的结构和性质。在较低PH下(PH<2)，聚合易伴生分子内和分子间的亚酞胺化反应，形成支链或聚物变成含丙烯酸链节的共聚物。在AM与丙烯酸(AA)等共聚中，PH对竟聚率的影响很大。③添加物:在AM水溶液聚合中添加有机、无机物对Rp和分子量均有影响。大幅度地调节分子量。而在AM聚合过程中添加诸如甲醇、乙醇、异丙醇、四氢和作为沉淀剂改变聚合物结构形态。103.1.2反向乳液聚合水溶性单体AM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。有实际价值的胶乳型产品，其具有速溶等显著特点。3.1.3反向悬浮聚合采用反相悬浮法制备AM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烷和一种非离子表面活性剂作为乳化剂，以K2S202作为引发剂，在30-40℃及浓度50%条件下可得到分子量大于1000万的速溶型粉状聚丙烯酰胺。3.2聚合反应机理及影响因素（1）聚合机理：器总反应式为：nCH－－NH[CH—（C(=O)－NH）]n2222(2)影响因素：影响聚合反应的因素主要有溶剂、引发剂、PH值、聚合温度等因素。①单体浓度：根据釜式大块水溶液聚合工艺要求和综合考虑传热、搅拌、物料输送等因素控制在25②温度：在配料罐中配料降温至10℃，输送到聚合釜聚合，聚合温度达100℃左右。11③等。这些杂质含下。3.3水解机理在碱性条件下，PAM40～60℃）就易于水解，反应是由氢氧根离子0H对酰胺羰基的亲核加成，及胺离子NH的消除，丙烯酰胺结构单元生--2成丙烯酸结构单元，如下图所示。水解反应基本上是不可逆的。—NaOH—→-→222223C=ONH2HO——-C=OOHC=O-NH2在强碱条件下，酰胺基的碱性水解反应对酰胺和氢氧根离子均呈一级反应，总的活化能为56.5kj/mol。表明PAM的水解过程是由两个以上的水解反应组成：OH催化的碱性水解与HO-2表现为与[OH]成正比。-4.1原料主要有丙烯腈、纯水、引发剂。①丙烯腈：分子式C3H3N，结构式CH2＝CHCN。无色易燃液体，易挥发。有爆炸性及可燃沸点1.3911。粘度时7.60、40℃时7.80、50℃时8.3、60℃时9.0、70℃时9.8、80℃时10.8，溶于丙酮、乙醇、苯、四氯化碳、乙酸乙酯、甲醇、乙醚等。与水形成恒沸混合12物，本品含量88%，共沸点71℃；与苯形成恒沸混合物，本品含量47%，共沸点73.3℃；与四氯化碳形成恒沸混合物，本品含量21%，共沸点66.2℃；与甲醇形成恒沸混合物，本品含量39%，共沸点61.4℃。蒸气与空气形成爆炸混合物，25℃时的爆炸极限为3.05%～17.0%(体积分数)。丙烯腈分子结构中含有双键及氰基，化学性活泼。双键可以进行自聚和与其他化合物共聚、双烯加成、还原、卤化及与亲核试剂的反应；氰基可以水合、水解、醇解、缩合等。本品易聚合形成白色粉末。②水：j/(kg.K)；热导率：364.8×102w/(m.K)；黏度：549.4×106Pa.s；表面张力：676.9×104N/m。③引发剂：外观与性状：沸点(℃)：分解；相对密度(水=1)：1.982；相对蒸气密度(空气=1)：7.9溶解性：加入硝酸可以抑制反应正向进行。4.2PAM物理及化学性质4.2.1PAM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。4.2.2PAM的物理性质密度：1.302g/cm；临界表面张力：35～40mN/m；玻璃化温度：188℃；软3化温度：210℃。134.2.3PAM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。4.2.4PAM性能指标表4项固含最小颗粒%不溶黏度分子水解滤过筛网溶解分布目量%数87.9值（＜0.15mm）物%mPa.S量0.960.1923.0系数时间h宽度2×30.21.4430.5107125.1工艺路线确定5.1.1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、传热、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。5.1.2单体原料路线的确定法优缺点，结合实际情况，选择丙烯腈铜催化水合法。145.1.3溶剂的选择因选择水溶液聚合法，故溶剂为水。5.1.4引发剂的选择工业最常采用的AM聚合引发剂使氧化还原引发体系。该体系大概有两种：为水和聚合反应活化能考虑，选择过硫酸钠（E=62kJ/mol总5.1.5自由基反应方式0—50℃）引发聚合，引发速率快，对温度依赖性小。5.2生产流程简述聚合工段主要由计量配料、聚合、研磨输送等岗位组成。具体流程为：将去离子水加入水解釜R101内，并在搅拌下加入丙烯腈，氢氧化铝-氢氧化铜复合催化剂，在85-125°C下进行水解反应。反应结束后将物料压入蒸馏塔T101内进行蒸馏，蒸馏未反应单体丙烯腈，收集在储罐F103。将上述所得物料配成7%-8%的水溶液，加入聚合釜R102内，在过硫酸铵引发下进行聚合反应，将产品在过滤器L101内进行过滤，将滤后产品装进干燥器干燥到离除去大块聚合物；将筛选后的聚合物储存进成品仓，最后将产品装进包装袋。5.3车间概况该车间设计生产规模为年产5000吨聚丙烯酰胺。硫酸铵。15配料，泵至聚合釜进行水溶液聚合。制得粘稠胶液，再通过干燥、粉碎、筛分获得最终产品。5.4车间组成配料、聚合、研磨输送等岗位组成。水解工段由水解、研磨输送等岗位组成。后处理工段主要由干燥、筛分、包装等岗位组成。设计范围包括：聚合工段至后处理工段的物料衡算，聚合工段、干燥工段、后处理工段的各种设备选型，管路计算，物料流程图、带控制点工艺流程图等。滤采用露天布置，其他全部采用厂房内布置。5.5生产制度考虑装置的大修，采用年开工时为8000h。全装置主要采用连续操作方式，局部采用间歇操作方式。全装置采用五班三倒制，每班8小时工作制。5．6安全防护措施5.6.1聚合工段等级为乙级；车间建筑属于一类工业建筑。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：①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。16②了解现场物料的性质。③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。④生产人员在生产过程中要即使检查，消除漏点。⑤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。⑥生产设备超压时应采取紧急排空措施，必须有专人监护现场。⑦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。⑧生产现场禁止存放大量易燃易爆物品。⑨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%。⑩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。5.6.2后处理工段处理属于易燃易爆岗位。注意事项如下：①水解装置和干燥装置在清理前要切断外接管线，切断电机，有氮气置换，并分析可燃物浓度含氧量等，合格后人员方可入内。②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。③生产工作服内禁止带东西，防止落入设备内影响生产。④设备检修要有动火票，并有专人监护，切断电源，严禁启动。⑤176.1物料衡算6.1.1计算的基础数据年产量5000t；年开工时间8000h；单体总转化率≥99.5%；原料AM溶液浓度30%，釜中AM浓度100℃；聚合系统压力≤0.44MPa；计量罐压力≤0.1MPa，泵压≤0.8MPa。设计选用配方：单体25%；引发剂4×10%；水约75%。-5全装置总损耗2.3%，总收率97.7%。损耗分配如下：包装损失：0.1%除尘损失：2.0%研磨损失：0.2%6.1.2计算基准连续反应操作过程以kg/h为基准。6.1.3聚合釜物料衡算聚合釜物料衡算图如下所示：18聚聚聚聚合合合合釜釜釜釜去研磨每小时产胶量5000×1000÷8000=625kg/h需30%的AM溶液625÷30%=2084kg/h按99.5%转化率计算30%的AM溶液及纯AM的需求量AM溶液：2084÷99.5%=2094kg/h纯AM：625÷99.5%=628.14kg/h未反应AM单体的量2094-2084=10kg/h随25%的AM溶液带入的水量2094×（1-30%）=1465.86kg/h设引发剂在聚合时全部反应，用量625×4×10%=2.5×10kg/h-5-4配料后溶液浓度为25%，故纯水加入量（625÷0.995%）÷0.25×0.75-1465.86=418.56kg/h合计聚合釜物料衡算列下表4-1如下：分进30%AM溶液AIBN2.09×1032.50×10-41.68×1042.00×10-46.00×10-6194.19×1022.51×1036.25×1021.00×1011.88×1032.51×1033.35×1032.02×1045.00×1038.88×1011.51×1042.02×10445.1060.24料合计6.1.4一次研磨物料衡算（损失率：）该段总损失2．51×10×0．1%=2.51kg/h3其中损失：PAM625×0.1%=0.625kg/hAM11×0.1%=0.011kg/h水1.88×10×0.1%=1.88kg/h3获得：PAM625-0.625=624.38kg/hAM11-0.011=10.989kg/h水1.880-1.88=1878.12kg/h一次研磨物料衡算列表4-2如下：分6.25×1021.10×1011.88×1032.51×1036.24×1021.09×1011.88×1032.50×1035.00×1038.88×1011.51×1042.02×1044.99×1038.79×1011.50×1042.00×10445.1260.10料合计20总损失2.510.100.02×1046.1.5二次研磨物料衡算（损失率：）该工段物料总损失2．80×10×0.1%=2.8kg/h3其中损失：PAM207×0.1%=0.21kg/h-PAM468×0.1%=0.47kg/hAM-15×0.1%=0.015kg/h40×0.1%=0.040kg/hNH3水1.98×10×0.1%=1.98k/h3得到物料2．80×10-2.8=2.79×10kg/h33其中：PAM-PAM468-0.47=467.53kg/h207-0.21=206.79kg/hAM-15-0.015=14.99kg/hNH40-0.04=39.96kg/h3水1.98×10-1.98=1.98×10k/h33二次研磨物料衡算列表4-4如下：分3.74×1031.20×1021.58×1041.66×1033.20×1022.24×1043.74×1031.20×10267.2011.220.36AM-14.992147.524.960.9666.960.241.58×1041.65×1033.20×1022.23×1040.01×1042.79×1030.01×103总损失6.1.6干燥工段物料衡算（水分干燥：64%，除尘损失：1.6%）干燥物料衡算图如下所示：振动流化床干燥器NH3按指标水分挥发64%，氨气全部挥发，则原颗粒含水量：1.98×10kg/h3原颗粒脱水量：2.79×10×64%=1.79×10kg/h33=0.18×10kg/h33除尘损失：PAM206.79×1.6%=3.31kg/h-PAM467.53×1.6%=7.48kg/hAM-水14.99×1.6%=0.24kg/h180×1.6%=2.88kg/h获得：PAM206.79-3.31=203.48kg/h-PAM467.53-7.48=460.05kg/hAM-水14.99-0.24=14.75kg/h180-2.88=177.12kg/h干燥工段物料衡算列表4-5如下：22分3.74×1031.20×1021.58×1041.65×1033.20×1022.23×1043.68×1031.18×1021．42×1031.63×1036．84×1030.12×1041．43×104总损失水分干燥179042.966.1.7包装工段物料衡算（除尘损失：，包装损失：）包装物料衡算图如下所示：包装产品工段总损失：855.4×0.4%﹢855.4×(1-0.4%)×0.1%=4.27kg/h其中：PAM203.48×0.4%﹢203.48×(1-0.4%)×0.1%=1.02kg/h-PAM460.05×0.4%﹢460.05×(1-0.4%)×0.1%=2.30kg/hAM14.75×0.4%﹢14.75×(1-0.4%)×0.1%=0.06kg/h-水177.12×0.4%﹢177.12×(1-0.4%)×0.1%=0.88kg/h包装工段物料衡算列表4-6如下：组分kg/ht/dt/a2311.040.354.254.8820.5310.990.354.234.8620.240.293.68×1031.18×1021．42×1031.63×1036．84×1033.66×1031.17×1021．41×1031.62×1036．81×1030.03×103116.24202.46851.154.25总损失6.2设备计算及选型6.2.1聚合釜计算（1）基础数据设计温度：聚合釜内50℃，釜外100℃；设计压力：聚合釜内0.4MPa，聚合釜外1.0Mpa；工艺要求容积13m；装料系数φ=0.8；连续操作。3（2）聚合釜容积的确定按6小时聚合时间确定总容积[AM]=0.998×25%=0.2495t/m3V=5000/(0.2495×30%×8000/6)=50.10m3总需13m的聚合釜台数50.10/13=3.85台3圆整为4台，考虑1.2的备用系数，则需4m3聚合釜5台。（3）聚合釜筒体直径与高度的确定一般聚合釜的长径比在1-3合考虑取高径比2.4。①聚合釜筒体直径的确定：设计中初选V=1m，按下式估算聚合釜筒体直径3封244131=1.854m3.142.4圆整取1.9m。②封头容积及直边高度的确定：封头选用椭圆形封头。根据Di查《化工设备机械基础》第三册第230页及《化工设备标准手册》第四卷第10页查得V=0.864m；m=479kg3封封③筒体高度的确定：有Di=1.9m查《化工设备机械基础》附表1-1得每米筒体的体积V、面积A、质量m，得111V=2.545m1A=5.66m21A=716kg1根据公式H=（V-V）/V1得封H=(13-0.864)/2.545=4.769m取H=4.8m。则V=4.8×2545+0.864=13.08m实3考虑搅拌器等所占容积，实际有效容积为13.08（4）夹热套直径及高度得确定①夹套直径得确定：基《化工设备机械设计基础》第180页表25-3知：D在i700-1800之间时，夹套直径为D=D+100ij因D=1900mm，得iD=1900+100=2000mmj②夹套高度得确定：夹套越高，传热面积越大，但过高会影响封头得装卸。选358页查得法兰总质量为1184.6kg。取h=150mm,s=16mm，则H=4.8-(0.15+0.016)=4.634m夹（5）聚合釜筒体壁厚的确定根据=1900mm,P=1.0MPa,P夹套=0.4MPa,r=2.4,查《化工设备机械基础》第25三册第181页知，壁厚应在16-18mm之间，本设计取壁厚S=16mm。（6）聚合釜封头壁厚的确定设计中选用标准椭圆封头，其壁厚计算公式pDS=i2t0.5p=CC123=0.11×(S+)C320式中S—标准椭圆封头的壁厚，mm；D—封头内直径，mm；iC—封头壁厚附加量，mm；—钢板负偏差，mm；—腐蚀余量mm；—封头热加压成型时壁厚减薄量，mm；S—计算壁厚，mm；0P—设计压力MPa；MPa；t—焊缝系数，若为整块钢板制造，则=1。查《化工机械基础》第362页表23-6，取=0.8mm,=2mm。再查表23-5，取CC12=0.7。查表361页表23-3，取壁厚计算结果=133MPa。tS=2取与筒体相同的壁厚，即16mm。（7）夹套筒体与封头壁厚的确定夹套选用钢材为16MnR，其温度使用范围为-20至475℃。筒体壁厚计算公式pDS=i+C2tp查《化工机械基础》第360页表23-2得=173MPa；查第362页表23-6，取t26=0.8mm；=2mm；查表23-5，取=0.7。代入上式计算得：1C2S=2夹套封头计算=0.11×(S+S)=0.11×(3.14+2)=0.57mm230S==6.51mm2取夹套壁厚为8mm。（8）聚合釜质量估算m=4.4×716=3150.4kg筒m=2×479=58kg封m=1184.6kg法兰m=4.182×558=2333.56kg夹m=397kg夹封釜质量m=m﹢m﹢m﹢m=8023.56kg。法兰釜筒封夹6.2.2管道计算（1）配料管道①基础数据：30%AM溶液进料量为2094kg/h，纯水进料量为418.56.56kg/h，30%AM溶液的密度为=0.99789+0.0008×30%=0.99813×10kg/cm,纯水密度为330.9981×10kg/cm。30%AM溶液流速范围为0.1-0.5m/s，取u=0.3m/s。纯水流33速范围为0.2-0.3m/s,取u=0.24m/s。②计算：管道的截面积为圆形，以d表示30%AM水溶液管道内径，以d表示AM水纯水管道内径，则由wV=sS4vd=su得V（AM）=2049/（3600×998.13）=5.83×10m/h3-4S2745.83104d=AM=0.0467m≈50mm3.140.34V（水）=418.56/(3600×998.1)=1.16×10m/h-43Sd=水41.161043.140.24(2)聚合管道以及研磨、水解、干燥管道①基础数据：因研磨、水解、干燥主物料管道与聚合釜主物料管道性质及流量相同，故由聚合釜管道计算作代表。物料流量为2094+418.56=2512.56kg/h,25%AM溶液密度为=0.99789+0.0008×25%=0.99809×10kg/cm,流速范围为1.1-0.3，取u=0.2m/s，故33wV=s=2512.56/（3600×998.09）=10m/h×-43S46.991044vd==u=0.0797m≈80mms3.140.14其他管道参照《化工工艺设计手册》的有关管道计算，具体管径见工艺流程图。6.2.3泵的选择主要对聚合釜配料泵进行计算。（1）基础数据：运输介质：AM水溶液（组成：25%单体，约操作温度10℃；配料罐液面压力：0.1MPa，聚合釜压力0.44MPa；/h；3吸入管管长10m（管径Ф87mm×3.5mm；闸阀1个；止回阀1个；三通阀2个；90弯头2个）；O排出管管长20m（管径Ф87mm×3.5mm；闸阀5个；止回阀1212弯头O输送条件（10℃以下）的25%AM溶液的物性数据；黏度：1.5×10Pa.S；密度：998.08kg/cm;蒸汽压0.0198MPa。-3328（2）确定流量与扬程：流量考虑1.2的安全系数V=2.52×1.2=3.024m/h3以泵中心线为基准，在配料罐液面与聚合釜液面的伯努利方程为uu2pp22H=Z-Z+2++1Hf1212gg式中=HfHfHf入出）lu2r2g①=（+Hf入dU=（4×2.52）(3600×0.080×3.14)=1.33m/s2入Re=(0.080×1.33×998.09)/(1.5×10)=70800>4000,为湍流。-3查《化工原理》上册第45页表1-1，取ε=0.25mm,则ε/d=0.25/80=0.003；再查第46页图1-353页表5-3止回阀全开ζ=2，ζ=0.5；90弯头：ζ=0.75×5=3.75。O入Hf2=（0.028×+1.4+0.17+2+3.75）×=0.966m2入）lu2r2g（+②Hf=出d因d=d，故u=u=1.33m/s,Re=70800>4000为湍流。查《化工原理》上册第出出入入45页表1-1，取ε=0.25mm,则ε/d=0.25/80=0.003；再查第46页图1-3得λ53页表5-31/2开ζ=4.5×5=22.5；弯头：ζ=0.75×10=7.5,ζ=1.0。得O出2Hf=（0.028×+2.6+22.5+2+7.5+1）×=3.751m2出(0.440.36)106998.089.81若考虑1.1得安全系数，则扬程为22m液柱。（3）选泵：根据所输送物料的流量、扬程及性质，确定选择Y型油泵。具体型号《化工工