聚丙烯酰胺工艺设计

1、第一章 概述1 1 聚丙烯酰胺简介1 .1 . 1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-0H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PA術生出很多变性产物，拓宽了他们的应用范围。1

2、.1 . 2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，初期得产品仅室单一得 非离子型PAM不久开发了碱性阴离子型PA和阳离子型PAMPAS良的水溶性、增稠 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。 丙烯酰 胺单体由丙烯腈经硫酸催化水合制取。20世纪70年代初美国合日本开发了丙烯睛铜催 化水合法，1985年在日本又有丙烯睛生物酶催化水合法问世。我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PAN生产装置，生产PAMC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

3、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NS公司5万吨/年PAN生产装置后，我国PA啲产量和质量都油了很大的提升。近10年来我国PAN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 NAI和梳型聚丙烯酰胺等， 以HPA

4、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!方面已达到世界先进水平。但是在总体上，我国的PAMF品与国外相比还存在大的差距，主要反应在（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%，- 2 -水溶液仅占2%。而我国的阳离子产品分子量较低， 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

5、系列产品，达到2000多个品种。仅法国NS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。113丙烯酰胺聚合方法介绍丙烯酰胺聚合反应

6、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源的丫射线。聚丙烯酰胺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AM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。1引发 体系:A M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除K2S20:与NaHS0氧化还原引发体系 外，

7、还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H202-胺、特丁基过氧化氢-NaHS03,K2S208-三（氨基甲酞乙基）胺或疏基乙醇、 尿素、硫脉等有机一无机物组成的引发体系。 用高价金属盐与有机物 组成的体系亦不少。如KMn0一乳酸、抗坏血酸或轻基乙酸，Ceo+硫醇、硫代磷酸、 柠檬酸，三（乙酸丙酮）钒一轻胺，VS+一环己酮，KBr03-琉基乙酸等.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。2P H值:AM聚合中，介质PK可影响反应动力学及聚合物的结构和性质。在较低PH下(P

8、HCH2CH(C(=0)ONa)n+NHfCH2=CHC(=O)NH2+NaOH CH2=CHC(=O)ONa+NHTPAM平均水解度25% NaOb原料浓度50% AM全部与NaOh反应，NaOH全部反应，则 有：PAM 624X25%4000,为湍流。查化工原理上册第45页表1-1，取&=0.25mm则&/d=0.25/80=0.003;再查第46页图1-3得入=0.028。查第53页表5-3得：三通Z=1.3;闸阀全开Z=0.17;止 回阀全开Z=2,Z入=0.5;90弯头：Z=0.75X5=3.75。Hf入=(0.028X+1.4+0.17+2+3.750.080因d出

9、=d入， 故u出=口入=1.33m/s,Re=708004000为湍流。 查 化工原理 上册第45页表1-1，取 &=0.25mm则&/d=0.25/80=0.003;再查第46页图1-3得入=0.028。查第53页表5-3得：三通Z=1.3X2=2.6;闸阀1/2开Z=4.5X5=22.5;止回阀全开Z=2,;90弯头：Z=0.75X10=7.5,Z出=1.0。得Hf岀=(0.028X+2.6+22.5+2+7.5+1出0.0806(0.440.36) 10H=(10.0-4.5)+3.751+0.96620m998.08 9.81若考虑1.1得安全系数，则扬程为22m液柱。

10、1.3322 9.81=0.966mHf出=(2)_u_2g1.3322 9.81=3.751m(3)选泵：根据所输送物料的流量、扬程及性质，确定选择丫型油泵。具体型号化 工工艺设计手册上册，第789页表7-11，确定为ZHW65-125其有关性能如下：3Q=2.6m3/hH=22m电机功率：5.5kW（4）其他泵的选择过程与配料泵基本相同，其型号与性能见设备一览表。424其他设备选择其他设备的选择结果见设备表。- 30 -第五章 厂房布置说明车间为单层轻钢结构厂房，长66m宽36m檐口高13m设备布置简述如下： 配电室设再车间西南侧， 配电室东面依次设置值班室、 操作室及男女更衣室； 热 水

11、罐及热水泵布置在室外；依工艺流程，车间0.000平面由西至东，依次布置配料 罐、配料泵，研磨机、造粒机，送料风机（一次风机、二次风机） ，振动流化床干燥 系统，包装系统等设备； 聚合釜布置时考虑釜底出料口与预研磨机进料口垂直， 聚合 釜底部钢平台高度为5.4m,主要考虑出料阀门的安装及检修和氮气进口、热水进口 阀门的操作，聚合釜上部钢平台的设置高度为10.000m,主要考虑聚合釜的高度及釜 底出料口与预研磨机进料口之间的距离，该距离约1.4m。 熟化器出料口与研磨机进料口垂直。大分子熟化器设上、底部二层钢平台，上部钢平台设置高度为8.5m,主要考虑大分子熟化器设上部接管阀门操作， 侧面夹套热水

12、出口阀门操作、 压力表、 安 全阀的安装。底部钢平台设置高度为5.7m，主要考虑出料口与预研磨机进料口之间的距离，该距离约1.4m,并考虑底部夹套热水进口阀门操作。本设计消防水系统按同一时间发生火灾计，室内消防水用量10L/S，室外消防水用量35L/S，合计消防水用量45L/S，火灾持续3个小时。采用厂外供給，地下铺设 管道形式引进消防水。总结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、根据自由基聚合反应机理，采用水溶液聚合及氧化还原引发体系制备了溶解 性较好的超高分子量水解聚丙烯酰胺。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

13、套的水解设备系统。3、在设计工作中，工艺流程和设备型号经过多次选择和修改论证，完成了包括 配料、聚合、 研磨、 水解、 干燥、 包装的工艺流程图的设计。同时对厂房的EL 0.000, EL 5.400, EL 5.700,EL 5.800, EL 10.000进行了平面布置。4、提出了合理的造粒工艺与设备， 大大提高了设备的可靠性与胶块的造粒效果， 设计出了年产5000吨，分子量在2500万以上，产品的各项性能指标等同或优于同类 产品。- 32 -致谢有幸在材化学院学习，四年来， ，在院领导的关怀和老师们的辛勤指导下，我完 成了本科学业的学习及此次课程设计工作。 通过课程设计， 我感到自己的理

14、论水平和 实践应用能力有了较大的提高， 为此，我衷心感谢为我完成设计而付出辛勤劳动的老 师以及给予我帮助的同学们。课程设计的三个多月时间里，章祥林作为第一导师多次带领我们到设计院进行实 地学习，任琳老师在设计过程中对我们进行了辅导工作， 为此他们付出了心血和辛勤 劳动，在此我再次表示诚挚的谢意！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，199

15、8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，