聚丙烯酰胺工藝設計.ppt

聚丙烯酰胺粉體工藝設計 2萬噸 年 答辯人 王瑩班級 高材0904學號 090103111指導老師 張小博 結構框架 一 概述PAM在結構上最基本的特點是 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)目相同的側基 酰胺基 而酰胺基具有高極性 易形成氫鍵和高反應活性 這些結構特點賦予了PAM許多極有價值的應用性能 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 柔順的長鏈使PAM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 酰胺基的高反應活性可使PAM衍生出很多變性產(chǎn)物 拓寬了他們的應用范圍 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)采技術的要求 二 原料 產(chǎn)品的物理及化學性質(zhì)2 1主要原料有丙烯酰胺 純水 引發(fā)劑 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 水 密度 998 1kg 批 比焓 209 3kj mol 比熱容 4 74 103j kg K 熱導率 64 8 102w m K 黏度 549 4 106Pa s 表面張力 676 9 104N m 引發(fā)劑 白色柱狀或粉狀結晶 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物理及化學性質(zhì)2 2 1PAM的結構PAM在結構上最基本的特點是 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)目相同的側基 酰胺基 而酰胺基具有極高的極性 易形成氫鍵和高反應活性 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 酰胺基的高反應活性可使PAM衍生出很多變性產(chǎn)物 三 生產(chǎn)流程簡述 3 1根據(jù)產(chǎn)物結構 從自由基聚合 陰離子聚合 陽離子聚合 配位聚合等反應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車間設備采用露天與廠房內(nèi)布置相結合原則 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 考慮裝置的大修 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 一次研磨物料衡算列表4 2如下 計算過程如下 水解工段物料衡算列表4 3如下 計算過程如下 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 計算過程如下 包裝工段物料衡算列表4 6如下 4 2熱量衡算 反應釜 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 設備選型 橢圓形封頭與圓筒對接時受力最好 應力分布較好 因此我們選擇標準的橢圓形封頭 在釜體內(nèi)部設置了四組蛇形內(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 結論通過大量的文獻查閱和工藝設計工作 得出以下設計結論 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)過尺寸計算和設備選型 得出了物料和反應釜的精確數(shù)據(jù) 以及廠房設備和布局的規(guī)劃 參考文獻 1 楊基和 蔣培化主編 化工工程設計概論 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 化學工業(yè)出版社 1997年6月第二版 3 陳昀主編 高聚物合成工藝設計 化學工業(yè)出版社 2004年8月第一版 4 嚴瑞寶主編 水溶性聚合物 北京化學工業(yè)出版社 1998年 5 譚天恩 竇梅 周明華等 化工原理 上 下冊 化學工業(yè)出版社 2006年8月 6 化學工業(yè)部設備設計技術中心 化工設備標準手冊 化學工業(yè)出版社 1990年 7 趙軍主編 化工設備機械基礎 化學工業(yè)出版社 2004年 8 張福遠 化工機械基礎 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 化工工藝設計手冊 化學工業(yè)出版社 2003年 10 侯文順主編 化工設計概論 化學工業(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 化學工業(yè)出版社 2004年1月第4版 14 劉道德等編著 化工設備的選擇與設計 中南大學出版社 2002年 15 鄺生魯主編 化學工程師技術全書 化學工業(yè)出版社 2001年 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 200