課程設(shè)計(jì)聚丙烯酰胺生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

精細(xì)化工工藝課程設(shè)計(jì)題目：聚丙烯酰胺生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：手機(jī)號(hào)：指導(dǎo)老師：56））））總參考文關(guān)鍵詞節(jié)能降耗；新工藝，新材料1.1聚丙烯酰胺的分類及其特性PAM及其衍生物都是通過丙烯酰胺的自由基聚合制成的均聚物或共聚物，是四種。1.1.1陰離子聚丙烯酰胺簡稱APAM)的活性基團(tuán)，便于不同的懸浮粒子絮凝和過濾分離。PAM的外觀呈白色顆?；蚍勰?，分子量為500萬至2500萬。由于它有能大量溶于水而幾乎不溶于任何有機(jī)穩(wěn)定膠體、減阻、成膜、凝膠等等方面。11.1.2陽離子聚丙烯酰胺簡稱CPAM)陽離子聚丙烯酰胺具有多種活潑基團(tuán)，具有去除污濁、脫色、吸附、粘合等于處理城市污水、工業(yè)污水，因此在染色、造紙、食品、建筑、冶金、油田等等與污染有關(guān)聯(lián)的行業(yè)，陽離子聚丙烯酰胺被用來處理有機(jī)膠體含量較高的廢水。CPAM的外觀統(tǒng)一呈白色顆?；蚍勰睿肿恿繛?00萬到1500萬，其中陽離子度占3％到100％不等。1.1.3非離子聚丙烯酰胺簡稱NPAM)萬不等。1.2丙烯酰胺聚合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)PAM在結(jié)構(gòu)上最基本的特點(diǎn)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(cè)基——酰胺基，而酰胺基具有高極性、易形成氫鍵和高反應(yīng)活性。這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)賦予了PAM許多極有價(jià)值的應(yīng)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?zhǔn)筆AM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(tuán)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(qiáng)的吸附作用；酰胺基的高反應(yīng)活性可使PAM衍生出很多變性產(chǎn)物，拓寬了他們的應(yīng)用范圍。21.3設(shè)計(jì)意義要求，并獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。高起到推動(dòng)作用。1.4設(shè)計(jì)依據(jù)（1）課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容年產(chǎn)5000噸聚聚丙烯酰胺工程：聚合工段的工藝設(shè)計(jì)。含：聚合工序、造粒工序、干燥工序。①對(duì)該項(xiàng)目的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及前景（產(chǎn)品、工藝等）進(jìn)行綜述。②原料路線的選擇及工藝技術(shù)的選擇。③物料衡算。④工藝物料流程（PFD）的設(shè)計(jì)。⑤管道及儀表流程（PID）的工藝設(shè)計(jì)。⑥主要工藝設(shè)備的選型。⑦工藝平面布置。（2）課程設(shè)計(jì)的要求與依據(jù)中培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力，不斷提高學(xué)生制圖、運(yùn)算、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、查閱文獻(xiàn)資料、編寫說明書等技能。通過該途徑，使學(xué)生具有一定的發(fā)現(xiàn)問題、3述和論證。設(shè)計(jì)有關(guān)資料和圖紙應(yīng)保證計(jì)算準(zhǔn)確、字體端正、圖面清潔、設(shè)計(jì)合理，所有計(jì)算部分應(yīng)有完整的計(jì)算過程，以達(dá)到全面訓(xùn)練的目的。2.2.1丙烯酰胺聚合物的發(fā)展PAM在1893年由實(shí)驗(yàn)室制得。1954年在美國實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，初期得產(chǎn)品僅世。我國PAM產(chǎn)品的開發(fā)始于20世紀(jì)50年代末期。1962年上海珊瑚化工廠建成我國第一套PAM生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)PAM水溶膠產(chǎn)品，用于礦產(chǎn)品處理和石油鉆采工業(yè)。隨后又開發(fā)了輻射聚合法、反相乳液聚合法和水溶液聚合法生產(chǎn)PAM干粉。由于加，我國PAM的生產(chǎn)能力不斷增加。自1994年自主開發(fā)的生物酶法制丙烯酰胺工業(yè)化獲得成功及隨后的2.5萬噸/年丙烯酰胺示范性工業(yè)生產(chǎn)裝置的建成，以及1995年法國NSF公司5萬噸/年P(guān)AM生產(chǎn)裝置后，我國PAM的產(chǎn)量和質(zhì)量都有了很大生產(chǎn)規(guī)模已達(dá)國際水平?，F(xiàn)有生產(chǎn)廠200多個(gè)，生產(chǎn)能力（含AM）約為23萬噸/年。我國的銷售量約占全球的1/3。產(chǎn)品主要包括HPAM、CPAM、NAM等，以HPAM為主。產(chǎn)品劑型有干粉、水溶膠、油乳液和水乳液等，以干粉為主。生物酶法制丙烯酰胺、梳型聚丙烯酰胺和超高分子量PAM等方面已達(dá)到世界先進(jìn)水平。但是在總體上，我國的PAM產(chǎn)品與國外相比還存在大的差距，主要反映在大品種的分子量都超過1900萬，干粉占53%，乳液占35%，水溶液僅占2%。而4主，制約了我國水處理和造紙工業(yè)的發(fā)展。在品種系列化上，國外已形成齊超過1000種，可以適應(yīng)各行業(yè)不同工藝條件和不同物料性質(zhì)的要求，而用于數(shù)十個(gè)行業(yè)。在我國尚缺少系列化產(chǎn)品，因而應(yīng)用單一，這在造紙和不同水質(zhì)的處理種尤為突出。（2）生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)：我國隨有近10家上萬噸級(jí)的生產(chǎn)廠，產(chǎn)量占到90%。但這些規(guī)模大的生產(chǎn)廠主要以滿足石油開采所需的通用化學(xué)助劑為主，其產(chǎn)品單一，主要十陰離子型粉劑，尚無上規(guī)模的乳液型和陽離子型產(chǎn)品。其他上百家的生產(chǎn)廠生產(chǎn)規(guī)模較小，技術(shù)相對(duì)落后，產(chǎn)品也比較單一只能滿足污水處理等一般用途的要求，沒有能力去補(bǔ)充通用品種。2.2應(yīng)用領(lǐng)域PAM最有價(jià)值的性能是分子量很高，水溶性強(qiáng)，可以制作出親水而水不溶性面和溶解物質(zhì)有良好的粘附力。由于這些性能，使得PAM被廣泛應(yīng)用于增稠、絮凝、穩(wěn)定膠體、減阻、粘結(jié)，成膜、阻垢、凝膠及生物醫(yī)學(xué)材料等許多方面。（1）石油開采：A.驅(qū)油劑：調(diào)節(jié)注入水的流變性，增加驅(qū)動(dòng)液的黏度，改善水驅(qū)波發(fā)效率，降低地層中水相滲透率，使水與油能勻速的向前流動(dòng)。B.堵水調(diào)整劑：在油田生產(chǎn)過程中，由于地層的非均質(zhì)性常產(chǎn)生水浸問題，滲透能力的選擇性，對(duì)油的滲透性降低最高可超過10%，而對(duì)水的滲透性能減少可超過90%。井漏和坍塌。5黏度、低摩阻、良好的餓懸砂能力以及配制方便和成本低而被廣泛應(yīng)用。（2）水處理：酰胺在被吸附的粒子間形成“橋聯(lián)”，生成絮團(tuán)，有利于微粒下沉。聚丙烯酰胺業(yè)都在不同程度的使用聚丙烯酰胺作為絮凝劑。（3）造紙：存留率，以降低原材料的流失和對(duì)環(huán)境的污染；二是提高紙張的強(qiáng)度。另外，使用聚丙烯酰胺還可以提高紙張的抗撕性和多孔性，以改進(jìn)視覺和印刷性能。（4）礦冶行業(yè)：回收使用。應(yīng)用聚丙烯酰胺，可促使團(tuán)粒的下降、液體的澄清和泥餅的脫水，從環(huán)境污染。（5）紡織、印染行業(yè)：牢度大、鮮艷度高，還可作為漂白的非礦高分子穩(wěn)定劑。此外，聚丙烯酰胺還用于紡織印染污水的高效凈化。（6）其他：聚丙烯酰胺在水敏性凝膠、食品加工、電鍍工業(yè)吸水性樹脂也用著廣泛的應(yīng)用。62.3生產(chǎn)和消費(fèi)情況2.3.1國外生產(chǎn)和消費(fèi)據(jù)美國咨詢公司TranTech公司分析，2004年全球PAM能力為9l萬噸／年，美國、f本、歐洲是聚丙烯酰胺主要的生產(chǎn)和消費(fèi)地，生產(chǎn)能力約占世界總能力的區(qū)，其次是西歐和美國。表1世界PAM生產(chǎn)能力分析（萬噸/年）微小非離子陰離子陽離子2.13.522.916.331.20.812.2表2公司2005年2月統(tǒng)計(jì)的世界各地區(qū)PAM主要生產(chǎn)能力（萬噸/年）弗吉尼亞州薩?？税⒗R州莫比爾路易斯安那州加利維爾喬治亞州賴斯波羅日本大阪國日荒川化工0.77太SNF泰興3.0國的斯托豪森公司、巴斯夫公司和英國的聯(lián)合膠體公司等。上個(gè)世紀(jì)90年代后期。美國、西歐和日本的聚丙烯酰胺年消費(fèi)量分別為l2l3萬噸和8萬噸。加上亞洲市場(日本除外)及其他地區(qū)2005年25萬噸左右的需求后，2002年起PAM需求又較快增長，預(yù)計(jì)到2010年全球需求年增長率為5．4％，作為PAM市場的領(lǐng)先者SNF公司近期將有不少新建裝鼉投產(chǎn)，SNF公司新建的PAM裝置(在澳大利亞、印度尼西亞、印度、俄羅斯、瑞典和美國)將于2005年投產(chǎn)，新裝增能力建設(shè)的話，預(yù)計(jì)今后5年內(nèi)PAM供應(yīng)仍將會(huì)感到短缺。2.3.2國內(nèi)生產(chǎn)和消費(fèi)①生產(chǎn)：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(shù)水平低,產(chǎn)品分子量低,一般為500~800萬,難以滿足消費(fèi)者對(duì)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(jìn)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8驅(qū)采技術(shù)的要求。表3國內(nèi)主要PAM生產(chǎn)廠家情況生產(chǎn)能力（萬噸/年）522211勝利油田長安實(shí)業(yè)集團(tuán)公司SNF公司泰興分公司北京恒聚油田化學(xué)品有限公司太原重工集團(tuán)祁縣聚合物有限公司6②消費(fèi)：1998年,我國PAM的生產(chǎn)能力為6.5萬噸,產(chǎn)品約為5.5萬噸,當(dāng)年實(shí)際消費(fèi)量為7.39萬噸,不足部分依靠進(jìn)口解決。國內(nèi)消費(fèi)中,81%用于石油開采,是國內(nèi)PAM應(yīng)用的最大市場。由于我國東部油田如大慶、勝利、中原、華北、遼河、大港、河南等油田已進(jìn)入開采中后期,采油綜合含水已達(dá)80%以上,為提高原油采收率,結(jié)合油田特殊的地質(zhì)條件,推廣以PAM為主要聚合物驅(qū)油技術(shù)的應(yīng)用,已成為東部油田穩(wěn)產(chǎn)的重要舉措。根據(jù)石油行業(yè)的整體規(guī)劃,2005年國內(nèi)PAM在石油開采方面的用量已達(dá)到11萬t。而在國外作為一種環(huán)保產(chǎn)品,PAM已被廣泛用于各種水處理中,PAM應(yīng)用的最大領(lǐng)域?yàn)樗幚硇袠I(yè),我國水處理技術(shù)和水處理劑的應(yīng)用水平與國外有很大差距,這也說明PAM在水處理行業(yè)應(yīng)用的發(fā)年代,和廢水處理的絮凝劑;隨著大型合資造紙企業(yè)的不斷建成投產(chǎn)和人們對(duì)紙張質(zhì)量要求的提高,PAM在造紙行業(yè)的應(yīng)用必將有一個(gè)大發(fā)展。3.1聚合方法兩種。引發(fā)劑主要是過氧化物和偶氮化合物，輻射引發(fā)常用碳60Y射線。聚9合。其中主要有水溶液聚合、反向懸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，采用水溶液聚合的較多，主要因素如下：①引發(fā)體系:AMS0與NaHS0氧化還原引發(fā)2283合物等復(fù)合引發(fā)體系，以及H0-胺、特丁基過氧化氫-NaHS0,KS0一三(氨基223228甲酞乙基)胺或疏基乙醇、尿素、硫脈等有機(jī)一無機(jī)物組成的引發(fā)體系。用高價(jià)+4一硫醇、硫代磷酸、檸檬酸，三(乙酸丙酮)釩一輕胺，VS+一環(huán)己酮，KBr0-硫3基乙酸等.這些體系的特點(diǎn)是反應(yīng)活性高，適于常溫聚合。對(duì)這些體系的研究工作多集中在聚合速率方面，對(duì)分子量影響討論甚少。②PH值:AM聚合中，介質(zhì)PH值可影響反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及聚合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。在較低PH下(PH<2)，聚合易伴生分子內(nèi)和分子間的亞酞胺化反應(yīng)，形成支鏈或聚物變成含丙烯酸鏈節(jié)的共聚物。在AM與丙烯酸(AA)等共聚中，PH對(duì)竟聚率的影響很大。③添加物:在AM水溶液聚合中添加有機(jī)、無機(jī)物對(duì)Rp和分子量均有影響。大幅度地調(diào)節(jié)分子量。而在AM聚合過程中添加諸如甲醇、乙醇、異丙醇、四氫和作為沉淀劑改變聚合物結(jié)構(gòu)形態(tài)。103.1.2反向乳液聚合水溶性單體AM的反相乳液聚合是乳液聚合研究領(lǐng)域中新開拓的一個(gè)分支，多采用非離子型的低分子或高分子乳化劑形成油包水型乳液體系而進(jìn)行乳液聚合。有實(shí)際價(jià)值的膠乳型產(chǎn)品，其具有速溶等顯著特點(diǎn)。3.1.3反向懸浮聚合采用反相懸浮法制備AM聚合物與反相乳液聚合有許多相似之處，關(guān)鍵在于分散相粒子尺寸的控制。決定粒子尺寸的因素主要是攪拌、分散穩(wěn)定劑和相比，反相懸浮聚合可采用熱引發(fā)或氧化還原體系引發(fā)，有人認(rèn)為聚合物的分子量與烷和一種非離子表面活性劑作為乳化劑，以K2S202作為引發(fā)劑，在30-40℃及濃度50%條件下可得到分子量大于1000萬的速溶型粉狀聚丙烯酰胺。3.2聚合反應(yīng)機(jī)理及影響因素（1）聚合機(jī)理：器總反應(yīng)式為：nCH－－NH[CH—（C(=O)－NH）]n2222(2)影響因素：影響聚合反應(yīng)的因素主要有溶劑、引發(fā)劑、PH值、聚合溫度等因素。①單體濃度：根據(jù)釜式大塊水溶液聚合工藝要求和綜合考慮傳熱、攪拌、物料輸送等因素控制在25②溫度：在配料罐中配料降溫至10℃，輸送到聚合釜聚合，聚合溫度達(dá)100℃左右。11③等。這些雜質(zhì)含下。3.3水解機(jī)理在堿性條件下，PAM40～60℃）就易于水解，反應(yīng)是由氫氧根離子0H對(duì)酰胺羰基的親核加成，及胺離子NH的消除，丙烯酰胺結(jié)構(gòu)單元生--2成丙烯酸結(jié)構(gòu)單元，如下圖所示。水解反應(yīng)基本上是不可逆的。—NaOH—→-→222223C=ONH2HO——-C=OOHC=O-NH2在強(qiáng)堿條件下，酰胺基的堿性水解反應(yīng)對(duì)酰胺和氫氧根離子均呈一級(jí)反應(yīng)，總的活化能為56.5kj/mol。表明PAM的水解過程是由兩個(gè)以上的水解反應(yīng)組成：OH催化的堿性水解與HO-2表現(xiàn)為與[OH]成正比。-4.1原料主要有丙烯腈、純水、引發(fā)劑。①丙烯腈：分子式C3H3N，結(jié)構(gòu)式CH2＝CHCN。無色易燃液體，易揮發(fā)。有爆炸性及可燃沸點(diǎn)1.3911。粘度時(shí)7.60、40℃時(shí)7.80、50℃時(shí)8.3、60℃時(shí)9.0、70℃時(shí)9.8、80℃時(shí)10.8，溶于丙酮、乙醇、苯、四氯化碳、乙酸乙酯、甲醇、乙醚等。與水形成恒沸混合12物，本品含量88%，共沸點(diǎn)71℃；與苯形成恒沸混合物，本品含量47%，共沸點(diǎn)73.3℃；與四氯化碳形成恒沸混合物，本品含量21%，共沸點(diǎn)66.2℃；與甲醇形成恒沸混合物，本品含量39%，共沸點(diǎn)61.4℃。蒸氣與空氣形成爆炸混合物，25℃時(shí)的爆炸極限為3.05%～17.0%(體積分?jǐn)?shù))。丙烯腈分子結(jié)構(gòu)中含有雙鍵及氰基，化學(xué)性活潑。雙鍵可以進(jìn)行自聚和與其他化合物共聚、雙烯加成、還原、鹵化及與親核試劑的反應(yīng)；氰基可以水合、水解、醇解、縮合等。本品易聚合形成白色粉末。②水：j/(kg.K)；熱導(dǎo)率：364.8×102w/(m.K)；黏度：549.4×106Pa.s；表面張力：676.9×104N/m。③引發(fā)劑：外觀與性狀：沸點(diǎn)(℃)：分解；相對(duì)密度(水=1)：1.982；相對(duì)蒸氣密度(空氣=1)：7.9溶解性：加入硝酸可以抑制反應(yīng)正向進(jìn)行。4.2PAM物理及化學(xué)性質(zhì)4.2.1PAM的結(jié)構(gòu)PAM在結(jié)構(gòu)上最基本的特點(diǎn)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(cè)基—酰胺基，而酰胺基具有極高的極性、易形成氫鍵和高反應(yīng)活性。4.2.2PAM的物理性質(zhì)密度：1.302g/cm；臨界表面張力：35～40mN/m；玻璃化溫度：188℃；軟3化溫度：210℃。134.2.3PAM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(tuán)的物質(zhì)形成氫鍵，產(chǎn)生很強(qiáng)的吸附作用；酰胺基的高反應(yīng)活性可使PAM衍生出很多變性產(chǎn)物。4.2.4PAM性能指標(biāo)表4項(xiàng)固含最小顆粒%不溶黏度分子水解濾過篩網(wǎng)溶解分布目量%數(shù)87.9值（＜0.15mm）物%mPa.S量0.960.1923.0系數(shù)時(shí)間h寬度2×30.21.4430.5107125.1工藝路線確定5.1.1聚合方法的確定根據(jù)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，從自由基聚合、陰離子聚合、陽離子聚合、配位聚合等反應(yīng)機(jī)理中確定選擇出自由基聚合，同時(shí)考慮自由基聚合所用原料、引發(fā)劑、傳熱、獲得陰離子型聚合物須進(jìn)行堿性NaOH水解；操作方式為連續(xù)操作。5.1.2單體原料路線的確定法優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，選擇丙烯腈銅催化水合法。145.1.3溶劑的選擇因選擇水溶液聚合法，故溶劑為水。5.1.4引發(fā)劑的選擇工業(yè)最常采用的AM聚合引發(fā)劑使氧化還原引發(fā)體系。該體系大概有兩種：為水和聚合反應(yīng)活化能考慮，選擇過硫酸鈉（E=62kJ/mol總5.1.5自由基反應(yīng)方式0—50℃）引發(fā)聚合，引發(fā)速率快，對(duì)溫度依賴性小。5.2生產(chǎn)流程簡述聚合工段主要由計(jì)量配料、聚合、研磨輸送等崗位組成。具體流程為：將去離子水加入水解釜R101內(nèi)，并在攪拌下加入丙烯腈，氫氧化鋁-氫氧化銅復(fù)合催化劑，在85-125°C下進(jìn)行水解反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后將物料壓入蒸餾塔T101內(nèi)進(jìn)行蒸餾，蒸餾未反應(yīng)單體丙烯腈，收集在儲(chǔ)罐F103。將上述所得物料配成7%-8%的水溶液，加入聚合釜R102內(nèi)，在過硫酸銨引發(fā)下進(jìn)行聚合反應(yīng)，將產(chǎn)品在過濾器L101內(nèi)進(jìn)行過濾，將濾后產(chǎn)品裝進(jìn)干燥器干燥到離除去大塊聚合物；將篩選后的聚合物儲(chǔ)存進(jìn)成品倉，最后將產(chǎn)品裝進(jìn)包裝袋。5.3車間概況該車間設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)5000噸聚丙烯酰胺。硫酸銨。15配料，泵至聚合釜進(jìn)行水溶液聚合。制得粘稠膠液，再通過干燥、粉碎、篩分獲得最終產(chǎn)品。5.4車間組成配料、聚合、研磨輸送等崗位組成。水解工段由水解、研磨輸送等崗位組成。后處理工段主要由干燥、篩分、包裝等崗位組成。設(shè)計(jì)范圍包括：聚合工段至后處理工段的物料衡算，聚合工段、干燥工段、后處理工段的各種設(shè)備選型，管路計(jì)算，物料流程圖、帶控制點(diǎn)工藝流程圖等。濾采用露天布置，其他全部采用廠房內(nèi)布置。5.5生產(chǎn)制度考慮裝置的大修，采用年開工時(shí)為8000h。全裝置主要采用連續(xù)操作方式，局部采用間歇操作方式。全裝置采用五班三倒制，每班8小時(shí)工作制。5．6安全防護(hù)措施5.6.1聚合工段等級(jí)為乙級(jí)；車間建筑屬于一類工業(yè)建筑。靜電設(shè)施及防雷設(shè)施；各崗位設(shè)有排風(fēng)系統(tǒng)。此外，還應(yīng)注意以下問題：①車間內(nèi)禁止使用明火；禁止穿帶釘子鞋進(jìn)入裝置現(xiàn)場；禁止吸煙；禁止隨意使用鐵器碰擊設(shè)備；機(jī)動(dòng)車未經(jīng)許可不的進(jìn)入廠區(qū)。16②了解現(xiàn)場物料的性質(zhì)。③生產(chǎn)人員上崗必須佩帶好勞動(dòng)保護(hù)用品，在接觸丙烯線胺等有毒化合物時(shí)必須帶好手套、面具及其他防護(hù)用品。④生產(chǎn)人員在生產(chǎn)過程中要即使檢查，消除漏點(diǎn)。⑤設(shè)備跑料、儲(chǔ)罐冒頂應(yīng)立即采取緊急措施，切斷物料來源，控制現(xiàn)場，及時(shí)回收流失物料，消除危險(xiǎn)。⑥生產(chǎn)設(shè)備超壓時(shí)應(yīng)采取緊急排空措施，必須有專人監(jiān)護(hù)現(xiàn)場。⑦在生產(chǎn)裝置檢修敲打設(shè)備的時(shí)候，必須使用銅制工具或在鐵制工具上涂上黃油，以免引起火花。⑧生產(chǎn)現(xiàn)場禁止存放大量易燃易爆物品。⑨設(shè)備開車前必須使用氮?dú)庵脫Q，聚合系統(tǒng)內(nèi)氧含量必須小于0.2%。⑩各儲(chǔ)罐裝料不得超過規(guī)定裝料系數(shù)，而且要有氮?dú)獗Ｗo(hù)。常壓罐保壓不超過0.05MPa，受壓罐保壓0.4MPa。5.6.2后處理工段處理屬于易燃易爆崗位。注意事項(xiàng)如下：①水解裝置和干燥裝置在清理前要切斷外接管線，切斷電機(jī)，有氮?dú)庵脫Q，并分析可燃物濃度含氧量等，合格后人員方可入內(nèi)。②后處理的電器、轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備多，生產(chǎn)人員上崗必須穿好工作服戴好安全冒。所有電器設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)中禁止用手亂動(dòng)。③生產(chǎn)工作服內(nèi)禁止帶東西，防止落入設(shè)備內(nèi)影響生產(chǎn)。④設(shè)備檢修要有動(dòng)火票，并有專人監(jiān)護(hù)，切斷電源，嚴(yán)禁啟動(dòng)。⑤176.1物料衡算6.1.1計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)年產(chǎn)量5000t；年開工時(shí)間8000h；單體總轉(zhuǎn)化率≥99.5%；原料AM溶液濃度30%，釜中AM濃度100℃；聚合系統(tǒng)壓力≤0.44MPa；計(jì)量罐壓力≤0.1MPa，泵壓≤0.8MPa。設(shè)計(jì)選用配方：單體25%；引發(fā)劑4×10%；水約75%。-5全裝置總損耗2.3%，總收率97.7%。損耗分配如下：包裝損失：0.1%除塵損失：2.0%研磨損失：0.2%6.1.2計(jì)算基準(zhǔn)連續(xù)反應(yīng)操作過程以kg/h為基準(zhǔn)。6.1.3聚合釜物料衡算聚合釜物料衡算圖如下所示：18聚聚聚聚合合合合釜釜釜釜去研磨每小時(shí)產(chǎn)膠量5000×1000÷8000=625kg/h需30%的AM溶液625÷30%=2084kg/h按99.5%轉(zhuǎn)化率計(jì)算30%的AM溶液及純AM的需求量AM溶液：2084÷99.5%=2094kg/h純AM：625÷99.5%=628.14kg/h未反應(yīng)AM單體的量2094-2084=10kg/h隨25%的AM溶液帶入的水量2094×（1-30%）=1465.86kg/h設(shè)引發(fā)劑在聚合時(shí)全部反應(yīng)，用量625×4×10%=2.5×10kg/h-5-4配料后溶液濃度為25%，故純水加入量（625÷0.995%）÷0.25×0.75-1465.86=418.56kg/h合計(jì)聚合釜物料衡算列下表4-1如下：分進(jìn)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料合計(jì)6.1.4一次研磨物料衡算（損失率：）該段總損失2．51×10×0．1%=2.51kg/h3其中損失：PAM625×0.1%=0.625kg/hAM11×0.1%=0.011kg/h水1.88×10×0.1%=1.88kg/h3獲得：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料合計(jì)20總損失2.510.100.02×1046.1.5二次研磨物料衡算（損失率：）該工段物料總損失2．80×10×0.1%=2.8kg/h3其中損失：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總損失6.1.6干燥工段物料衡算（水分干燥：64%，除塵損失：1.6%）干燥物料衡算圖如下所示：振動(dòng)流化床干燥器NH3按指標(biāo)水分揮發(fā)64%，氨氣全部揮發(fā)，則原顆粒含水量：1.98×10kg/h3原顆粒脫水量：2.79×10×64%=1.79×10kg/h33=0.18×10kg/h33除塵損失：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獲得：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總損失水分干燥179042.966.1.7包裝工段物料衡算（除塵損失：，包裝損失：）包裝物料衡算圖如下所示：包裝產(chǎn)品工段總損失：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包裝工段物料衡算列表4-6如下：組分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總損失6.2設(shè)備計(jì)算及選型6.2.1聚合釜計(jì)算（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)溫度：聚合釜內(nèi)50℃，釜外100℃；設(shè)計(jì)壓力：聚合釜內(nèi)0.4MPa，聚合釜外1.0Mpa；工藝要求容積13m；裝料系數(shù)φ=0.8；連續(xù)操作。3（2）聚合釜容積的確定按6小時(shí)聚合時(shí)間確定總?cè)莘e[AM]=0.998×25%=0.2495t/m3V=5000/(0.2495×30%×8000/6)=50.10m3總需13m的聚合釜臺(tái)數(shù)50.10/13=3.85臺(tái)3圓整為4臺(tái)，考慮1.2的備用系數(shù)，則需4m3聚合釜5臺(tái)。（3）聚合釜筒體直徑與高度的確定一般聚合釜的長徑比在1-3合考慮取高徑比2.4。①聚合釜筒體直徑的確定：設(shè)計(jì)中初選V=1m，按下式估算聚合釜筒體直徑3封244131=1.854m3.142.4圓整取1.9m。②封頭容積及直邊高度的確定：封頭選用橢圓形封頭。根據(jù)Di查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第三冊(cè)第230頁及《化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》第四卷第10頁查得V=0.864m；m=479kg3封封③筒體高度的確定：有Di=1.9m查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》附表1-1得每米筒體的體積V、面積A、質(zhì)量m，得111V=2.545m1A=5.66m21A=716kg1根據(jù)公式H=（V-V）/V1得封H=(13-0.864)/2.545=4.769m取H=4.8m。則V=4.8×2545+0.864=13.08m實(shí)3考慮攪拌器等所占容積，實(shí)際有效容積為13.08（4）夾熱套直徑及高度得確定①夾套直徑得確定：基《化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第180頁表25-3知：D在i700-1800之間時(shí)，夾套直徑為D=D+100ij因D=1900mm，得iD=1900+100=2000mmj②夾套高度得確定：夾套越高，傳熱面積越大，但過高會(huì)影響封頭得裝卸。選358頁查得法蘭總質(zhì)量為1184.6kg。取h=150mm,s=16mm，則H=4.8-(0.15+0.016)=4.634m夾（5）聚合釜筒體壁厚的確定根據(jù)=1900mm,P=1.0MPa,P夾套=0.4MPa,r=2.4,查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第25三冊(cè)第181頁知，壁厚應(yīng)在16-18mm之間，本設(shè)計(jì)取壁厚S=16mm。（6）聚合釜封頭壁厚的確定設(shè)計(jì)中選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，其壁厚計(jì)算公式pDS=i2t0.5p=CC123=0.11×(S+)C320式中S—標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的壁厚，mm；D—封頭內(nèi)直徑，mm；iC—封頭壁厚附加量，mm；—鋼板負(fù)偏差，mm；—腐蝕余量mm；—封頭熱加壓成型時(shí)壁厚減薄量，mm；S—計(jì)算壁厚，mm；0P—設(shè)計(jì)壓力MPa；MPa；t—焊縫系數(shù)，若為整塊鋼板制造，則=1。查《化工機(jī)械基礎(chǔ)》第362頁表23-6，取=0.8mm,=2mm。再查表23-5，取CC12=0.7。查表361頁表23-3，取壁厚計(jì)算結(jié)果=133MPa。tS=2取與筒體相同的壁厚，即16mm。（7）夾套筒體與封頭壁厚的確定夾套選用鋼材為16MnR，其溫度使用范圍為-20至475℃。筒體壁厚計(jì)算公式pDS=i+C2tp查《化工機(jī)械基礎(chǔ)》第360頁表23-2得=173MPa；查第362頁表23-6，取t26=0.8mm；=2mm；查表23-5，取=0.7。代入上式計(jì)算得：1C2S=2夾套封頭計(jì)算=0.11×(S+S)=0.11×(3.14+2)=0.57mm230S==6.51mm2取夾套壁厚為8mm。（8）聚合釜質(zhì)量估算m=4.4×716=3150.4kg筒m=2×479=58kg封m=1184.6kg法蘭m=4.182×558=2333.56kg夾m=397kg夾封釜質(zhì)量m=m﹢m﹢m﹢m=8023.56kg。法蘭釜筒封夾6.2.2管道計(jì)算（1）配料管道①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：30%AM溶液進(jìn)料量為2094kg/h，純水進(jìn)料量為418.56.56kg/h，30%AM溶液的密度為=0.99789+0.0008×30%=0.99813×10kg/cm,純水密度為330.9981×10kg/cm。30%AM溶液流速范圍為0.1-0.5m/s，取u=0.3m/s。純水流33速范圍為0.2-0.3m/s,取u=0.24m/s。②計(jì)算：管道的截面積為圓形，以d表示30%AM水溶液管道內(nèi)徑，以d表示AM水純水管道內(nèi)徑，則由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基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：因研磨、水解、干燥主物料管道與聚合釜主物料管道性質(zhì)及流量相同，故由聚合釜管道計(jì)算作代表。物料流量為2094+418.56=2512.56kg/h,25%AM溶液密度為=0.99789+0.0008×25%=0.99809×10kg/cm,流速范圍為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其他管道參照《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》的有關(guān)管道計(jì)算，具體管徑見工藝流程圖。6.2.3泵的選擇主要對(duì)聚合釜配料泵進(jìn)行計(jì)算。（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：運(yùn)輸介質(zhì)：AM水溶液（組成：25%單體，約操作溫度10℃；配料罐液面壓力：0.1MPa，聚合釜壓力0.44MPa；/h；3吸入管管長10m（管徑Ф87mm×3.5mm；閘閥1個(gè)；止回閥1個(gè)；三通閥2個(gè)；90彎頭2個(gè)）；O排出管管長20m（管徑Ф87mm×3.5mm；閘閥5個(gè)；止回閥1212彎頭O輸送條件（10℃以下）的25%AM溶液的物性數(shù)據(jù)；黏度：1.5×10Pa.S；密度：998.08kg/cm;蒸汽壓0.0198MPa。-3328（2）確定流量與揚(yáng)程：流量考慮1.2的安全系數(shù)V=2.52×1.2=3.024m/h3以泵中心線為基準(zhǔn)，在配料罐液面與聚合釜液面的伯努利方程為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,為湍流。-3查《化工原理》上冊(cè)第45頁表1-1，取ε=0.25mm,則ε/d=0.25/80=0.003；再查第46頁圖1-353頁表5-3止回閥全開ζ=2，ζ=0.5；90彎頭：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為湍流。查《化工原理》上冊(cè)第出出入入45頁表1-1，取ε=0.25mm,則ε/d=0.25/80=0.003；再查第46頁圖1-3得λ53頁表5-31/2開ζ=4.5×5=22.5；彎頭：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若考慮1.1得安全系數(shù)，則揚(yáng)程為22m液柱。（3）選泵：根據(jù)所輸送物料的流量、揚(yáng)程及性質(zhì)，確定選擇Y型油泵。具體型號(hào)《化工工