年產(chǎn)500噸聚丙烯酰胺聚合工藝設(shè)計

第一章概述1聚丙烯酰胺簡介1.1PAM在結(jié)構(gòu)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(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)特點賦予了PAM許多極有價值的應(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(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。1.1.2丙烯酰胺聚合物的發(fā)展PAM在1893年由實驗室制得。1954年在美國實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，初期得產(chǎn)品僅室單一得非離子型PAM。不久開發(fā)了堿性陰離子型PAM和陽離子型PAM。PAM優(yōu)良的水溶性、增稠性、絮凝性能和化學(xué)反應(yīng)活性的顯示出了巨大的市場潛力和廣闊的應(yīng)用前景。丙烯酰胺單體由丙烯腈經(jīng)硫酸催化水合制取。20世紀(jì)70年代初美國合日本開發(fā)了丙烯睛銅催化水合法，1985年在日本又有丙烯睛生物酶催化水合法問世。我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。由于在油氣田開采和三次采油中的大量應(yīng)用，以及在污水處理和造紙等方面的用量增加，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)量都油了很大的提升。近10年來我國PAM發(fā)展迅速，現(xiàn)成為世界生產(chǎn)大國，產(chǎn)量躍居世界首位，生產(chǎn)規(guī)模已達(dá)國際水平?，F(xiàn)有生產(chǎn)廠200多個，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和梳型聚丙烯酰胺等，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，主要反應(yīng)在（1）產(chǎn)品系列：國外陽離子產(chǎn)品約占總產(chǎn)量的一半，且仍以每年10%的速度增長。而我國陽離子產(chǎn)品僅占10%。國外的陽離子產(chǎn)品的品種、類型十分齊全，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%。而我國的陽離子產(chǎn)品分子量較低，一般在500-800萬之間，產(chǎn)品劑型以水溶液為主，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，國外已形成齊全的多品種系列產(chǎn)品，達(dá)到2000多個品種。僅法國NSF公司一家的常規(guī)產(chǎn)品就超過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家上萬噸級的生產(chǎn)廠，產(chǎn)量占倒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，沒有能力去補充通用品種。1．1．3丙烯酰胺聚合方法介紹丙烯酰胺聚合反應(yīng)屬于自由基引發(fā)體系，引發(fā)方法常用引發(fā)劑引發(fā)和輻射引發(fā)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60源的Y射線。聚丙烯酰胺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。聚合方法按單體在介質(zhì)中的分散狀態(tài)有：本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合和乳液聚合。其中主要有水溶液聚合、反向懸浮聚合和反向乳液聚合。（1）水溶液聚合在AM的聚合方法中，采用水溶液聚合的較多，主要涉及到引發(fā)體系、介質(zhì)PH、添加劑和單體濃度等。=1\*GB3①引發(fā)體系:AM聚合的引發(fā)體系近年研究甚多，其目的在于保持高合速率下能獲得高轉(zhuǎn)化率、高分子量和少支化的產(chǎn)物.除K2S20:與NaHS03氧化還原引發(fā)體系外，還有過硫酸錢一亞硫酸氫鈉一偶氮化合物、過硫酸錢一雕白粉一偶氮化合物等復(fù)合引發(fā)體系，以及H202-胺、特丁基過氧化氫-NaHS03,K2S208一三(氨基甲酞乙基)胺或疏基乙醇、尿素、硫脈等有機一無機物組成的引發(fā)體系。用高價金屬鹽與有機物組成的體系亦不少。如KMn04一乳酸、抗壞血酸或輕基乙酸，Ceo+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，KBr03-琉基乙酸等.這些體系的特點是反應(yīng)活性高，適于常溫聚合。對這些體系的研究工作多集中在聚合速率方面，對分子量影響討論甚少。=2\*GB3②PH值:AM聚合中，介質(zhì)PH值可影響反應(yīng)動力學(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)，形成支鏈或交聯(lián)型產(chǎn)物。在較高PH下，單體或聚合物分子中的酞胺基會發(fā)生水解反應(yīng)，使均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對竟聚率的影響很大。=3\*GB3③添加物:在AM水溶液聚合中添加有機、無機物對Rp和分子量均有影響。許多金屬離子能與酞胺基發(fā)生絡(luò)合，從而影響反應(yīng)進(jìn)程。在相同溫度下，活化能小時，Rp增加。相反，聚合分子量易降低。所以在一定的條件下，某些離子能夠大幅度地調(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、四氫吠喃、二甲基甲酞胺等有機溶劑時，添加劑的作用可為鏈轉(zhuǎn)移、溶劑化屏蔽作用和作為沉淀劑改變聚合物結(jié)構(gòu)形態(tài)。（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。乳膠粒是通過乳化劑吸附膜的阻隔或高聚物的位阻作用而穩(wěn)定的，有人認(rèn)為這種乳膠粒也是通過膠束成長起來的。近十年來的研究豐富了乳液聚合理論，獲得了有實際價值的膠乳型產(chǎn)品，其具有速溶等顯著特點。（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K2S202的濃度無關(guān)，分子量較水溶液聚合為低。最近的一份報告指出，采用環(huán)己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（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，對于水溶液聚合法制造PAM的工藝，人們研究的熱點是選擇新型聚合、造粒、干燥及粉碎技術(shù)與設(shè)備，開發(fā)更先進(jìn)的連續(xù)化、自動化聚合工藝，改進(jìn)和提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。具體為：=1\*GB3①提高產(chǎn)品分子量和溶解性能：為提高產(chǎn)品分子量和溶解性能，應(yīng)采用高純單體。這是獲得超高分子量PAM產(chǎn)品的基礎(chǔ)。還要掌握好聚合反應(yīng)規(guī)律優(yōu)選聚合工藝、聚合引發(fā)體系，適當(dāng)增大單體濃度、減少引發(fā)劑濃度和降低聚合反應(yīng)溫度，使反應(yīng)平穩(wěn)。=2\*GB3②提高產(chǎn)品的耐溫抗鹽和抗剪切性能：在聚合物分子主鏈段上引入不同的基團可以改善其性能。=3\*GB3③降低PAM產(chǎn)品中殘余單體的含量：高聚物PAM本身基本無毒，PAM的毒性來自殘余的AM單體。=4\*GB3④制備用于生態(tài)建設(shè)和環(huán)保產(chǎn)業(yè)的 PAM產(chǎn)品。=5\*GB3⑤選擇適宜的技術(shù)和設(shè)備，開發(fā)更先進(jìn)的連續(xù)化、自動化的聚合工藝。1.1.4（1）國外生產(chǎn)和消費據(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)和消費地，生產(chǎn)能力約占世界總能力的85％。其中25％在西歐。表l列出世界PAM生產(chǎn)能力分析。表2列出2005年2月統(tǒng)計的世界各地區(qū)PAM主要生產(chǎn)能)。亞太地區(qū)為最大的PAM生產(chǎn)地，2005年生產(chǎn)照(除日本外)為23萬噸／年，其次為西歐2l萬噸／年。亞太地區(qū)也是最大的PAM消費地區(qū)，其次是西歐和美國。表1世界PAM生產(chǎn)能力分析（萬噸/年）乳液和分散體微小粉末溶液非離子1.63.4陰離子14.02.122.91.2陽離子12.23.516.330.8表22005年2月統(tǒng)計的世界各地區(qū)PAM主要生產(chǎn)能力（萬噸/年）公司地點生產(chǎn)能力西歐汽巴精化英國布拉布拉福德6.0氰特英國布拉布拉福德2.5納爾料法國法蘭克福1.0SNF法國安德烈津克6.4斯托豪森德國克雷菲爾德2.6三F意大利2.9美國汽巴精化弗吉尼亞州薩?？?.4氰特阿拉伯馬州莫比爾2.2納爾料路易斯安那州加利維爾2.0SNF喬治亞州賴斯波羅7.0日本荒川化工日本大阪0.7Da-Nnx日本新瀉1.2橘磨化工日本1.1亞太中國石油大慶，恒聚3.0，3.0中國石化勝利3.2SNF泰興3.0國外聚丙烯酰胺的生產(chǎn)商主要有美國的陶氏化學(xué)公司、氰胺公司、聯(lián)合膠體公司、納爾科公司．日本的日東化學(xué)公司、三井東壓公司，法國SNF圣泰公司．德國的斯托豪森公司、巴斯夫公司和英國的聯(lián)合膠體公司等。上個世紀(jì)90年代后期．美國、西歐和日本的聚丙烯酰胺年消費量分別為l2萬噸、8,6萬噸和6，3萬噸。預(yù)計2005年這三大市場的消費量將分別增長到l9萬噸、l3萬噸和8萬噸。加上亞洲市場(日本除外)及其他地區(qū)2005年25萬噸左右的需求量，預(yù)時2005年全球聚丙烯酰胺總需求量為60萬噸左右。經(jīng)過2001年需求低迷期后，2002年起PAM需求又較快增長，預(yù)計到2010年全球需求年增長率為5．4％，增長率最高的地區(qū)為：拉美(年增長率為6％)、亞洲和中東(6．3％)、亞太(9．1％)。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)，新建最大裝置建在印度(能力為2萬噸／'年)。德固薩公司在印度尼西亞的PAM新裝置也將于2O05年開工。然而，盡管2005年有一些新增電力開工，如果以后尚無新增能力建設(shè)的話，預(yù)計今后5年內(nèi)PAM供應(yīng)仍將會感到短缺。（2）國內(nèi)生產(chǎn)和消費=1\*GB3①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(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驅(qū)采技術(shù)的要求。表3國內(nèi)主要PAM生產(chǎn)廠家情況序號生產(chǎn)廠家生產(chǎn)能力（萬噸/年）1大慶油田化工總廠52勝利油田長安實業(yè)集團公司23SNF公司泰興分公司24廣東李壇精細(xì)化工廠25北京恒聚油田化學(xué)品有限公司16太原重工集團祁縣聚合物有限公司1=2\*GB3②消費1998年,我國PAM的生產(chǎn)能力為6.5萬t,產(chǎn)品約為5.5萬t,當(dāng)年實際消費量為7.39萬t,不足部分依靠進(jìn)口解決。國內(nèi)消費中,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)域為水處理行業(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)展?jié)摿薮?。PAM在造紙行業(yè)的應(yīng)用起步于70年代,主要用作助留劑、干增強劑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)用必將有一個大發(fā)展。1.1.5（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。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，需要進(jìn)行堵水，其實質(zhì)是改變水在地層中的滲流狀態(tài)，以減少油田產(chǎn)水、保持地層能量、提高油田最終采收率的目的。聚丙烯酰胺類化學(xué)堵水劑具有對油和水的滲透能力的選擇性，對油的滲透性降低最高可超過10%，而對水的滲透性能減少可超過90%。C.鉆井液調(diào)整劑：調(diào)節(jié)鉆井液的流變性攜帶巖屑，潤滑鉆頭減少流體損失等。可減輕對油氣層的壓力和堵塞，容易發(fā)現(xiàn)油氣層，并有利于鉆進(jìn)速度比常規(guī)泥漿高19%，比機械鉆速高45%左右，還可大大減少鉆井事故，減輕設(shè)備磨損防止發(fā)生井漏和坍塌。D.壓裂液添加劑：壓裂工藝是油氣田開發(fā)致密層的重要增產(chǎn)措施，氣作用是開通巖石的餓通過，讓油流過，亞甲基聚丙烯酰胺交聯(lián)而成的壓裂液，因具有高黏度、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：聚丙烯酰胺的酰胺基可與許多物質(zhì)親和、吸附而形成氫鍵。高分子量聚丙烯酰胺在被吸附的粒子間形成“橋聯(lián)”，生成絮團，有利于微粒下沉。聚丙烯酰胺類絮凝劑能適應(yīng)多種絮凝現(xiàn)象，其用量小，效率高，生成的泥渣少，后處理容易，對某些情況具有特殊的價值。我國的原水處理、城市污水處理和工業(yè)廢水處理行業(yè)都在不同程度的使用聚丙烯酰胺作為絮凝劑。（3）造紙：聚丙烯酰胺在造紙工業(yè)中的應(yīng)用主要用于兩方面，一是提高填料、顏料等的存留率，以降低原材料的流失和對環(huán)境的污染；二是提高紙張的強度。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)：采礦過程中，通常使用大量水，最后需回收水中的有用固體，并將廢水凈化回收使用。應(yīng)用聚丙烯酰胺，可促使團粒的下降、液體的澄清和泥餅的脫水，從而可提高生產(chǎn)效率，減少尾礦流失和水消耗，降低設(shè)備投資和加工成本，并避免環(huán)境污染。（5）紡織、印染行業(yè)：聚丙烯酰胺作為織物處理的上漿劑、整理劑以及可生成柔順、防皺、防霉菌的餓保護(hù)層。利用他吸濕性強的特點，能減少紡織時的斷張率。聚丙烯酰胺作后處理劑可以防止織物的靜電和阻燃。用作印染助劑時，聚丙烯酰胺可使產(chǎn)品附著牢度大、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。1.1.6綜觀我國PAM歷年生產(chǎn)情況，90年代之前國內(nèi)因技術(shù)、市場等原因產(chǎn)量和使用量一直相對穩(wěn)定，后隨著石油行業(yè)的大量推廣使用，推動了PAM產(chǎn)量的不斷增加。但目前國內(nèi)多數(shù)PAM生產(chǎn)廠家均屬低水平、小規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)技術(shù)落后，單機生產(chǎn)能力低，品種少，質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)品分子量低，分子量分布范圍寬，抗礦化度及耐剪切能力低，難以滿足國內(nèi)及企業(yè)出口的需要。鑒于PAM具有較大的市場潛力，國內(nèi)不少企業(yè)紛紛計劃新建或擴建產(chǎn)能。近幾年隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)健康、快速發(fā)展，政府和民眾的環(huán)保意識加強，必將促進(jìn)PAM的消費。因此，國內(nèi)的PAM開發(fā)利用前景廣闊。鑒于次，國內(nèi)有關(guān)專家建議：=1\*GB3①在裝置方面，應(yīng)走規(guī)模之路，有條件的企業(yè)，可以全套引進(jìn)國外的工藝技術(shù)和設(shè)備，建設(shè)萬噸級以上規(guī)模，以適應(yīng)日益激烈的市場競爭，但要防止不考慮客觀實際，一哄而上建設(shè)多套大型裝置，造成產(chǎn)能相對過剩。=2\*GB3②國內(nèi)中小企業(yè)和相關(guān)科研院所，應(yīng)加快PAM生產(chǎn)工藝的研究開發(fā)，改進(jìn)現(xiàn)有工藝，提高技術(shù)水平，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量并使之系列化；有條件的單位，應(yīng)加強在專用性產(chǎn)品和個類不同基因共聚接枝改性衍生物方面的研究。=3\*GB3③走重組兼并之路，逐步淘汰一些落后的小規(guī)模生產(chǎn)裝置，以提高行業(yè)的整體水平。同時還要大力開發(fā)PAM在制糖、感光材料、電鍍、船舶，陶瓷、礦冶等方面的應(yīng)用，使我國的PAM生產(chǎn)應(yīng)用盡快到達(dá)發(fā)達(dá)國家的水平。1.2設(shè)計意義石油工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，石油是經(jīng)濟發(fā)展的重要保證之一。我國石油資源相對較少，三次采油是我國保證石油供應(yīng)的重要措施。進(jìn)行聚丙烯酰胺生產(chǎn)工藝設(shè)計的研究，可以使我國聚丙烯酰胺生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)規(guī)模均提升到一個較高水平，以滿足三次采油對聚丙烯酰胺質(zhì)和量的要求，避免引進(jìn)產(chǎn)品帶來的危險，保證三次采油技術(shù)的順利實施最終以滿足國民經(jīng)濟對石油供應(yīng)的要求，并獲得最大經(jīng)濟效益。此外，聚丙烯酰胺在水處理行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在市場。隨著環(huán)境意識的不斷加強，聚丙烯酰胺在城市污水處理方面的應(yīng)用將會越來越受到重視，聚丙烯酰胺聚合生產(chǎn)工藝技術(shù)的研究，也將對城市污水處理工藝技術(shù)的提高起到推動作用。3設(shè)計原則1．3．1設(shè)計依據(jù)（1）課程設(shè)計的內(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。含：聚合工序、造粒工序、干燥工序。=1\*GB3①對該項目的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及前景（產(chǎn)品、工藝等）進(jìn)行綜述。=2\*GB3②原料路線的選擇及工藝技術(shù)的選擇。=3\*GB3③物料衡算。=4\*GB3④工藝物料流程（PFD）的設(shè)計。=5\*GB3⑤管道及儀表流程（PID）的工藝設(shè)計。=6\*GB3⑥主要工藝設(shè)備的選型。=7\*GB3⑦工藝平面布置。（2）課程設(shè)計的要求與依據(jù)課程設(shè)計時高等學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生的最后一個及其重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，在課程設(shè)計中培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力，不斷提高學(xué)生制圖、運算、計算機應(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、分析問題、解決問題以及工廠主要車間的初步設(shè)計能力。具體要求學(xué)生掌握本課程的工藝設(shè)計原理、步驟和方法。通過設(shè)計圖紙和說明書能對所設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行闡述和論證。設(shè)計有關(guān)資料和圖紙應(yīng)保證計算準(zhǔn)確、字體端正、圖面清潔、設(shè)計合理，所有計算部分應(yīng)有完整的計算過程，以達(dá)到全面訓(xùn)練的目的。1．3．2聚合反應(yīng)機理及影響因素聚合機理丙烯酰胺聚合反應(yīng)機理屬于自由基反應(yīng)，符合自由基連鎖聚合反應(yīng)機理的一般機理，由鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止等基元反應(yīng)組成。此外還常伴有鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)。器總反應(yīng)式為：nCH2=CH－C(=O)－NH2[CH2—CH（C(=O)－NH2）]n(2)影響反應(yīng)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\*GB3①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25%。=2\*GB3②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。=3\*GB3③雜質(zhì)：體系中雜質(zhì)主要有未反應(yīng)單體、水、空氣中的氧、AA等。這些雜質(zhì)含對引發(fā)劑活性、聚合速度等產(chǎn)生影響，還有一定毒性，因此要控制在一定指標(biāo)以下。1．3．3水解機理在堿性條件下，PAM在較低溫度（40～60℃）就易于水解，反應(yīng)是由氫氧根離子0H-對酰胺羰基的親核加成，及胺離子NH2-—CH2—CH——CH2—CH—→—CH2—CH—﹢NH2-→—CH2—CH—﹢NH3C=OHO—C—O-C=OC=ONH2NH2OHO-在強堿條件下，酰胺基的堿性水解反應(yīng)對酰胺和氫氧根離子均呈一級反應(yīng)，總的活化能為56.5kj/mol。表明PAM的水解過程是由兩個以上的水解反應(yīng)組成：OH-催化的堿性水解與H2O的溶劑解過程。當(dāng)堿液濃度較高時，溶劑解可以忽略，表現(xiàn)為與[OH-]成正比。第二章原料、產(chǎn)品的物理及化學(xué)性質(zhì)2．1原料主要有丙烯酰胺、純水、引發(fā)劑。=1\*GB3①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/=2\*GB3②水：密度：998.1kg/h；比焓：209.3kj/mol；比熱容：4.74×103j/(kg.K)；熱導(dǎo)率：64.8×102w/(m.K)；黏度：549.4×106Pa.s；表面張力：676.9×104N/m。=3\*GB3③引發(fā)劑：白色柱狀或粉狀結(jié)晶，易燃；熔點105℃；不溶于水，遇熱分解放出氮氣和有機氰化物。PAM物理及化學(xué)性質(zhì)PAM的結(jié)構(gòu)PAM在結(jié)構(gòu)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(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。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：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(yīng)活性可使PAM衍生出很多變性產(chǎn)物。2.2.4P項目固含量%最小顆粒%（＜0.15mm）不溶物%黏度mPa.S分子量水解度%濾過比篩網(wǎng)系數(shù)溶解時間h分布寬度數(shù)值87.90.960.1923.02×10730.21.4430.5212第三章生產(chǎn)流程簡述3．1工藝路線確定3．1．1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(jìn)行堿性NaOH水解；操作方式為連續(xù)操作。3．1．2單體原料路線的確定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(jié)合實際情況，選擇丙烯腈銅催化水合法。3．1．3溶劑的選擇因選擇水溶液聚合法，故溶劑為水。3．1．4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：一是無機過氧化物與氧化劑組成；二是有機組成的氧化還原引發(fā)體系。因為溶劑為水和聚合反應(yīng)活化能考慮，選擇偶氮二異丁腈（E總=62kJ/mol）。3．1．5自由基反應(yīng)方式引發(fā)劑在較低溫度下即可產(chǎn)生自由基，反應(yīng)活化能低，在較低溫度（0—50℃3．2生產(chǎn)流程簡述聚合工段主要由計量配料、聚合、研磨輸送等崗位組成。具體流程為：將單體AM水溶液裝進(jìn)配料槽，用純水稀釋到25%濃度，將溫度調(diào)整到10℃，預(yù)制的原料經(jīng)計量泵入通有氮氣的聚合釜3．3車間概況該車間設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)5000噸聚丙烯酰胺。主原料：單體——聚丙烯酰胺；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(jìn)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車間組成該車間主要由聚合工段、水解工段和后處理工段組成。聚合工段主要由計量配料、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，管路計算，物料流程圖、帶控制點工藝流程圖、平面布置圖等。車間設(shè)備采用露天與廠房內(nèi)布置相結(jié)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生產(chǎn)制度考慮裝置的大修，采用年開工時為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小時工作制。3．6安全防護(hù)措施3．6．1聚合工段該工段使用的原料有丙烯酰胺、純水以及偶氮二異丁腈等，根據(jù)這些原料的性質(zhì)，查閱《化工工藝設(shè)計手冊》、《化工生產(chǎn)安全與防護(hù)》等確定車間火災(zāi)危險等級為乙級；車間建筑屬于一類工業(yè)建筑。設(shè)計中電氣設(shè)備一律選用隔爆式電氣設(shè)備；各設(shè)備均有接地線、跨接線等防靜電設(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\*GB3①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；機動車未經(jīng)許可不的進(jìn)入廠區(qū)。=2\*GB3②生產(chǎn)人員必須熟悉相關(guān)崗位消防設(shè)施的種類及存放位置，并能熟練正確使用，了解現(xiàn)場物料的性質(zhì)。=3\*GB3③生產(chǎn)人員上崗必須佩帶好勞動保護(hù)用品，在接觸丙烯線胺等有毒化合物時必須帶好手套、面具及其他防護(hù)用品。=4\*GB3④生產(chǎn)人員在生產(chǎn)過程中要即使檢查，消除漏點。=5\*GB3⑤設(shè)備跑料、儲罐冒頂應(yīng)立即采取緊急措施，切斷物料來源，控制現(xiàn)場，及時回收流失物料，消除危險。=6\*GB3⑥生產(chǎn)設(shè)備超壓時應(yīng)采取緊急排空措施，必須有專人監(jiān)護(hù)現(xiàn)場。=7\*GB3⑦在生產(chǎn)裝置檢修敲打設(shè)備的時候，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\*GB3⑧生產(chǎn)現(xiàn)場禁止存放大量易燃易爆物品。=9\*GB3⑨設(shè)備開車前必須使用氮氣置換，聚合系統(tǒng)內(nèi)氧含量必須小于0.2%。=10\*GB3⑩各儲罐裝料不得超過規(guī)定裝料系數(shù)，而且要有氮氣保護(hù)。常壓罐保壓不超過0.05MPa，受壓罐保壓0.4MPa。3．6．2后處理工段后處理工段除了有聚合工段的物料，還有水解產(chǎn)生的氨氣，是易燃易爆物品，處理屬于易燃易爆崗位。注意事項如下：=1\*GB3①水解裝置和干燥裝置在清理前要切斷外接管線，切斷電機，有氮氣置換，并分析可燃物濃度含氧量等，合格后人員方可入內(nèi)。=2\*GB3②后處理的電器、轉(zhuǎn)動設(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)備在運轉(zhuǎn)中禁止用手亂動。=3\*GB3③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\*GB3④設(shè)備檢修要有動火票，并有專人監(jiān)護(hù)，切斷電源，嚴(yán)禁啟動。=5\*GB3⑤成品倉庫禁止吸煙、使用明火，非崗位人員禁止入內(nèi)，庫內(nèi)要經(jīng)常保持衛(wèi)生。第四章工藝計算及主要設(shè)備選型4．1物料衡算4．1．1計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)年產(chǎn)量5000t；年開工時間8000h；單體總轉(zhuǎn)化率≥99.5%；原料AM溶液濃度30%，釜中AM濃度25%；純水溫度≤10℃；聚合釜平均溫度100℃；聚合系統(tǒng)壓力≤0.44MPa；計量罐壓力≤0.1MPa，泵壓≤0.8MP設(shè)計選用配方：單體25%；引發(fā)劑4×10-5%；水約75%。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%4．1．2計算基準(zhǔn)連續(xù)反應(yīng)操作過程以kg/h為基準(zhǔn)。4．1．3聚合釜物料衡算聚合釜物料衡算圖如下所示：AM溶液料衡算AM溶液料衡算純水AIBN聚合釜聚合釜聚合釜聚合釜去研磨每小時產(chǎn)膠量5000×1000÷8000=625kg需30%的AM溶液625÷30%=2084kg按99.5%轉(zhuǎn)化率計算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設(shè)引發(fā)劑在聚合時全部反應(yīng)，AIBN用量625×4×10-5%=2.5×10-4kg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合計聚合釜物料衡算列下表4-1如下：組分kg/ht/dt/a進(jìn)料30%AM溶液2.09×10350.261.68×104AIBN2.50×10-46.00×10-62.00×10-4純水4.19×10210.063.35×103合計2.51×10360.242.02×104出料PAM6.25×10215.005.00×103AM1.00×1010.268.88×101水1.88×10345.101.51×104合計2.51×10360.242.02×1044.1.4一次研磨物料衡算（損失率：0該段總損失2．51×103×0．1%=2.其中損失：PAM625×0.1%=0.625kg/hAM11×0.1%=0.011kg/h水1.88×103×0.1%=1.88kg/h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：組分kg/ht/dt/a進(jìn)料PAM6.25×10215.005.00×103AM1.10×1010.268.88×101水1.88×10345.201.51×104合計2.51×10360.202.02×104出料PAM6.24×10214.984.99×103AM1.09×1010.268.79×101水1.88×10345.121.50×104合計2.50×10360.102.00×104總損失2.510.100.02×1044.1.5水解方程式如下：[CH2—CH（C(=O)－NH2）]n﹢NaOH→[CH2—CH（C(=O)－ONa）]n﹢NH3↑CH2=CH－C(=O)－NH2﹢NaOH→CH2=CH－C(=O)－ONa﹢NH3↑PAM平均水解度25%，NaOH原料濃度50%，AM全部與NaOH反應(yīng)，NaOH全部反應(yīng)，則有：PAM-624×25%×（94.08/71.08）=207kg/hPAM624×75%=468kg/hAM-10.99×（94.08/71.08）=14.55kg/h消耗NaOH溶液｛（156/71.08）﹢(10.99/71.08)｝×40=187.97kg/h產(chǎn)生NH3｛（156/71.08）﹢(10.99/71.08)｝×17=39.產(chǎn)生水187．97×50%=93.得總水1.88×103﹢93.98=1.98×103水解工段物料衡算列表4-3如下：組分kg/ht/dt/a進(jìn)料PAM6.24×10214.984.99×103AM1.09×1010.268.79×101水1.88×10345.121.50×104NaOH1.88×1024.512.01×103合計2.80×10367.202.24×104出料PAM4.68×10211.263.74×103AM-1.50×1010.361.20×102水1.98×10347.521.58×104PAM-2.07×1024.971.66×103NH34.0×1010.963.20×102合計2.80×10367.202.24×104二次研磨物料衡算（損失率：0.1%）該工段物料總損失2．80×103×0.1%=2.8kg其中損失：PAM-207×0.1%=0.21kg/hPAM468×0.1%=0.47kg/hAM-15×0.1%=0.015kg/hNH340×0.1%=0.040kg/h水1.98×103×0.1%=1.98k/h得到物料2．80×103-2.8=2.79×103其中：PAM-207-0.21=206.79kg/hPAM468-0.47=467.53kg/hAM-15-0.015=14.99kg/hNH340-0.04=39.96kg/h水1.98×103-1.98=1.98×103k/h二次研磨物料衡算列表4-4如下：組分kg/ht/dt/a進(jìn)料PAM4.68×10211.263.74×103AM-1.50×1010.361.20×102水1.98×10347.521.58×104PAM-2.07×1024.971.66×103NH34.0×1010.963.20×102合計2.80×10367.202.24×104出料PAM467.5311.223.74×103AM-14.990.361.20×102水1.98×10347.521.58×104PAM-206.794.961.65×103NH339.960.963.20×102合計2.79×10366.962.23×104總損失0.01×1030.240.01×104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：PAM含水顆粒PAM含水顆粒振動流化床干燥器去包裝NH3水合物去回收按指標(biāo)水分揮發(fā)64%，氨氣全部揮發(fā)，則原顆粒含水量：1.98×103原顆粒脫水量：2.79×103×64%=1.79×103干燥后含水量：（1.98-1.79）×103=0.18×103除塵損失：PAM-206.79×1.6%=3.31kgPAM467.53×1.6%=7.48kgAM-14.99×1.6%=0.24水180×1.6%=2.88kg獲得：PAM-206.79-3.31=203.48kgPAM467.53-7.48=460.05kg/hAM-14.99-0.24=14.75kg/h水180-2.88=177.12kg/h干燥工段物料衡算列表4-5如下：組分kg/ht/dt/a進(jìn)料PAM467.5311.223.74×103AM-14.990.361.20×102水1.98×10347.521.58×104PAM-206.794.961.65×103NH339.960.963.20×102合計2.79×10366.962.23×104出料PAM460.0511.043.68×103AM-14.750.351.18×102水117.124.251．42×103PAM-203.484.881.63×103合計855.4020.536．84×103總損失144.63.470.12×104水分干燥179042.961．43×104包裝工段物料衡算（除塵損失：0.4%，包裝損失：0.1%）包裝物料衡算圖如下所示：自干燥工段自干燥工段包裝產(chǎn)品旋風(fēng)除塵工段總損失：855.4×0.4%﹢855.4×(1-0.4%)×0.1%=4.27kg/h其中：PAM-203.48×0.4%﹢203.48×(1-0.4%)×0.1%=1.02kg/hPAM460.05×0.4%﹢460.05×(1-0.4%)×0.1%=2.30kg/hAM-14.75×0.4%﹢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/a進(jìn)料PAM460.0511.043.68×103AM-14.750.351.18×102水117.124.251．42×103PAM-203.484.881.63×103合計855.4020.536．84×103出料PAM457.7610.993.66×103AM-14.690.351.17×102水116.244.231．41×103PAM-202.464.861.62×103合計851.1520.246．81×103總損失4.250.290.03×1034．2設(shè)備計算及選型4．2．1聚合釜計算（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)計溫度：聚合釜內(nèi)50℃，釜外100℃；設(shè)計壓力：聚合釜內(nèi)0.4MPa，聚合釜外1.0Mpa；工藝要求容積13m3；裝料系數(shù)φ聚合釜容積的確定按6小時聚合時間確定總?cè)莘e[AM]=0.998×25%=0.2495t/m3V總=5000/(0.2495×30%×8000/6)=50.10m需13m3的聚合釜臺數(shù)50圓整為4臺，考慮1.2的備用系數(shù)，則需4m3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之間，高徑比大有利于傳熱，但不利于攪拌。綜合考慮取高徑比2.4。=1\*GB3①聚合釜筒體直徑的確定：設(shè)計中初選V封=1m3，按下式估算聚合釜筒體直徑Di==1.854m圓整取1.9m=2\*GB3②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)備機械基礎(chǔ)》第三冊第230頁及《化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊》第四卷第10頁查得V封=0.864m3；m封==3\*GB3③筒體高度的確定：有Di=1.9m查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》附表1-1得每米筒體的體積V1、面積A1、質(zhì)量m1，得V1=2.545mA1=5A1=716kg根據(jù)公式H=（V-V封）/V1得H=(13-0.864 )/2.545=4.取H=4.V實=4.8×2.545+0.864=13考慮攪拌器等所占容積，實際有效容積為13.08夾熱套直徑及高度得確定=1\*GB3①夾套直徑得確定：基《化工設(shè)備機械設(shè)計基礎(chǔ)》第180頁表25-3知：Di在700-1800之間時，夾套直徑為Dj=Di+100因Di=1900mmDj=1900+100=2000mm=2\*GB3②夾套高度得確定：夾套越高，傳熱面積越大，但過高會影響封頭得裝卸。選用乙型平焊法蘭，其基本尺寸可由《化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊》第四卷第358頁查得法蘭總質(zhì)量為1184.6kg。取h=150mm,s=16mm，則H夾=4.8-(0.15+0.016)=4.634m（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)備機械基礎(chǔ)》第三冊第181頁知，壁厚應(yīng)在16-18mm之間，本設(shè)計取壁厚S=聚合釜封頭壁厚的確定設(shè)計中選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，其壁厚計算公式S=+CC=C1+C2+C3C3=0.11×(S0+C2)式中S—標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的壁厚，mm；Di—封頭內(nèi)直徑，mm；C—封頭壁厚附加量，mm；C1—鋼板負(fù)偏差，mm；C2—腐蝕余量mm；C3—封頭熱加壓成型時壁厚減薄量，mm；S0—計算壁厚，mm；P—設(shè)計壓力MPa；—設(shè)計溫度時的許用應(yīng)力MPa；—焊縫系數(shù)，若為整塊鋼板制造，則=1。查《化工機械基礎(chǔ)》第362頁表23-6，取C1=0.8mm,C2=2mm。再查表23-5，取=0.7。查表361頁表23-3，取=133MPa。壁厚計算結(jié)果S==13.56mm取與筒體相同的壁厚，即16mm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℃。筒體壁厚計算公式S=+C查《化工機械基礎(chǔ)》第360頁表23-2得=173MPa；查第362頁表23-6，取C1=0.8mm；C2=2mm；查表23-5，取=0S==5.94mm夾套封頭計算C3=0.11×(S0+S2)=0.11×(3.14+2)=0.57mmS==6.51mm取夾套壁厚為8mm聚合釜質(zhì)量估算m筒=4.4×716=3150.4kgm封=2×479=58kgm法蘭=1184.6kgm夾=4.182×558=2333.56kgm夾封=397kg釜質(zhì)量m釜=m筒﹢m封﹢m法蘭﹢m夾=8023.56kg。4．2．2管道計算配料管道=1\*GB3①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%=0.99813×103kg/cm3,純水密度為0.9981×103kg/cm3。30%AM溶液流速范圍為0.1-0.5m/s，取u=0.3m/s。純水流速范圍為0.2-0.3m/s,取u=0.24m/s=2\*GB3②計算：管道的截面積為圓形，以dAM表示30%AM水溶液管道內(nèi)徑，以d水表示純水管道內(nèi)徑，則由VS=d=得VS（AM）=2049/（3600×998.13）=5.83×10-4mdAM==0.0467m≈50mmVS（水）=418.56/(3600×998.1)=1.16×10-4md水= =0.0248m≈25mm(2)聚合管道以及研磨、水解、干燥管道=1\*GB3①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%=0.99809×103kg/cm3,流速范圍為1.1-0.3，取u=0.2m/s，故VS==2512.56/（3600×998.09）=6.69×10-4m3d===0.0797m≈80mm其他管道參照《化工工藝設(shè)計手冊》的有關(guān)管道計算，具體管徑見工藝流程圖。4．2．3泵的選擇主要對聚合釜配料泵進(jìn)行計算?；A(chǔ)數(shù)據(jù)：運輸介質(zhì)：AM水溶液（組成：25%單體，約75%水）；操作溫度10℃配料罐液面壓力：0.1MPa，聚合釜壓力0.44MPa；流量：（2094+418.56）/998.09=2.52m3/h吸入管管長10m（管徑Ф87mm×3.5mm；閘閥1個；止回閥1個；三通閥2個；90排出管管長20m（管徑Ф87mm×3.5mm；閘閥5個；止回閥1個；換熱器2個；出口變徑1個；三通閥2個；90輸送條件（10℃以下）的25%AM溶液的物性數(shù)據(jù)；黏度：1.5×10-3Pa.S；密度：998.08kg/cm3確定流量與揚程：流量考慮1.2的安全系數(shù)V=2.52×1.2=3.024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H=Z2-Z1+++式中==1\*GB3①=（+）U入=（4×2.52）(3600×0.0802×3.14)=1.33m/sRe=(0.080×1.33×998.09)/(1.5×10-3)=70800>4000,為湍流。查《化工原理》上冊第45頁表1-1，取ε=0.25mm,則ε/d=0.25/80=0.003；再查第46頁圖1-3得λ=0.028。查第53頁表5-3得：三通ζ=1.3；閘閥全開ζ=0.17；止回閥全開ζ=2，ζ入=0.5；90O彎頭：ζ=0.75=（0.028×+1.4+0.17+2+3.75）×=0.966m=2\*GB3②=（+）因d出=d入，故u出=u入=1.33m/s,Re=70800>4000為湍流。查《化工原理》上冊第45頁表1-1，取ε=0.25mm,則ε/d=0.25/80=0.003；再查第46頁圖1-3得λ=0.028。查第53頁表5-3得：三通ζ=1.3×2=2.6；閘閥1/2開ζ=4.5×5=22.5；止回閥全開ζ=2，；90O彎頭：ζ=0.75×10=7.5,ζ=（0.028×+2.6+22.5+2+7.5+1）×=3.751mH=(10.0-4.5)++3.751+0.966≈20m若考慮1.1得安全系數(shù)，則揚程為22m（3）選泵：根據(jù)所輸送物料的流量、揚程及性質(zhì)，確定選擇Y型油泵。具體型號《化工工藝設(shè)計手冊》上冊，第789頁表7-11，確定為ZHW65-125，其有關(guān)性能如下：Q=2.6m3/hH=22m電機功率：5.5kW（4）其他泵的選擇過程與配料泵基本相同，其型號與性能見設(shè)備一覽表。4．2．4其他設(shè)備選擇其他設(shè)備的選擇結(jié)果見設(shè)備表。 第五章廠房布置說明車間為單層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房，長66m，寬36m，檐口高配電室設(shè)再車間西南側(cè)，配電室東面依次設(shè)置值班室、操作室及男女更衣室；熱水罐及熱水泵布置在室外；依工藝流程，車間0.000平面由西至東，依次布置配料罐、配料泵，研磨機、造粒機，送料風(fēng)機（一次風(fēng)機、二次風(fēng)機），振動流化床干燥系統(tǒng)，包裝系統(tǒng)等設(shè)備；聚合釜布置時考慮釜底出料口與預(yù)研磨機進(jìn)料口垂直，聚合釜底部鋼平臺高度為5.4m，主要考慮出料閥門的安裝及檢修和氮氣進(jìn)口、熱水進(jìn)口閥門的操作，聚合釜上部鋼平臺的設(shè)置高度為10.000m，主要考慮聚合釜的高度及釜底出料口與預(yù)研磨機進(jìn)料口之間的距離，該距離約1.4m。熟化器出料口與研磨機進(jìn)料口垂直。大分子熟化器設(shè)上、底部二層鋼平臺，上部鋼平臺設(shè)置高度為本設(shè)計消防水系統(tǒng)按同一時間發(fā)生火災(zāi)計，室內(nèi)消防水用量10L/S，室外消防水用量35L/S，合計消防水用量45L/S，火災(zāi)持續(xù)3個小時。采用廠外供給，地下鋪設(shè)管道形式引進(jìn)消防水。 總結(jié)通過大量的文獻(xiàn)查閱和工藝設(shè)計工作，得出以下設(shè)計結(jié)論：1、根據(jù)自由基聚合反應(yīng)機理，采用水溶液聚合及氧化還原引發(fā)體系制備了溶解性較好的超高分子量水解聚丙烯酰胺。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(shè)備系統(tǒng)。3、在設(shè)計工作中，工藝流程和設(shè)備型號經(jīng)過多次選擇和修改論證，完成了包括配料、聚合、研磨、水解、干燥、包裝的工藝流程圖的設(shè)計。同時對廠房的EL0.000,EL5.400,EL5.700,EL5.800,EL10.000進(jìn)行了平面布置。4、提出了合理的造粒工藝與設(shè)備，大大提高了設(shè)備的可靠性與膠塊的造粒效果，設(shè)計出了年產(chǎn)5000噸，分子量在2500萬以上，產(chǎn)品的各項性能指標(biāo)等同或優(yōu)于同類產(chǎn)品。 致謝有幸在材化學(xué)院學(xué)習(xí)，四年來，，在院領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷和老師們的辛勤指導(dǎo)下，我完成了本科學(xué)業(yè)的學(xué)習(xí)及此次課程設(shè)計工作。通過課程設(shè)計，我感到自己的理論水平和實踐應(yīng)用能力有了較大的提高，為此，我衷心感謝為我完成設(shè)計而付出辛勤勞動的老師以及給予我?guī)椭耐瑢W(xué)們。課程設(shè)計的三個多月時間里，章祥林作為第一導(dǎo)師多次帶領(lǐng)我們到設(shè)計院進(jìn)行實地學(xué)習(xí)，任琳老師在設(shè)計過程中對我們進(jìn)行了輔導(dǎo)工作，為此他們付出了心血和辛勤勞動，在此我再次表示誠摯的謝意！參考文獻(xiàn)[1]、楊基和、蔣培化主編，〈〈化工工程設(shè)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(xué)〉〉，化學(xué)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(shè)計〉〉，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年8月第一版[4]、嚴(yán)瑞寶主編，〈〈水溶性聚合物〉〉，北京化學(xué)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(xué)工業(yè)出版社，2006年8月[6]、化學(xué)工業(yè)部設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心，〈〈化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊〉〉，化學(xué)工業(yè)出版社，1990年[7]、趙軍主編，〈〈化工設(shè)備機械基礎(chǔ)〉〉，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年[8]、張福遠(yuǎn)，〈〈化工機械基礎(chǔ)〉〉，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(shè)計手冊〉〉，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年[10]、侯文順主編，〈〈化工設(shè)計概論〉〉，化學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)工業(yè)出版社，2004年1月第4版[14]、劉道德等編著，〈〈化工設(shè)備的選擇與設(shè)計〉〉，中南大學(xué)出版社，2002年[15]、鄺生魯主編，〈〈化學(xué)工程師技術(shù)全書〉〉，化學(xué)工業(yè)出版社，2001年

附錄資料：不需要的可以自行刪除Xxxxx煤礦Xxxx使用氣割安全技術(shù)措施一、施工概述根據(jù)工作安排，于2010年4月3日對xxxx維修，施工過程中需用氣割作業(yè)。為確保施工安全，特制定本專項安全技術(shù)措施。二、作業(yè)環(huán)境及施工時間1、作業(yè)地點位于我礦副井處，全負(fù)壓通風(fēng)，符合煤礦安全規(guī)程氣割作業(yè)環(huán)境的要求。2、施工時間：xxxxxxxx。三、施工組織施工人員3人，其中現(xiàn)場負(fù)責(zé)人：xxx現(xiàn)場監(jiān)護(hù)工：xxx氣割操作工：xxx火種攜帶工：xxx灑水滅火工：xxx四、施工前準(zhǔn)備（一）地面施工準(zhǔn)備1、檢查氣瓶。必須認(rèn)真檢查，檢查氧氣瓶、乙炔瓶閥門關(guān)閉嚴(yán)密無泄漏，氧氣、乙炔足量，壓力負(fù)荷達(dá)到要求，并認(rèn)真清點好領(lǐng)取數(shù)量。2、檢查氣割器具。必須對氣管、減壓閥、氣壓表、回火防止器、割炬等認(rèn)真檢查，確保氣割器具完好，氣管及連接部位不漏氣。3、氣割器具裝車。將氧氣、乙炔及氣割器具裝入礦車，作好入井準(zhǔn)備。氧氣瓶、乙炔瓶不能裝在同一礦車內(nèi)，且不得與其它可燃材料、大型金屬物件以及大塊矸石等混裝；氣管及其它器具不得裝車運輸，必須專人攜帶以防擠壞。4、入井要求。地面準(zhǔn)備工作負(fù)責(zé)人持審批完成的氣割措施，在井口向把鉤人員登記氧氣、乙炔數(shù)量及施工地點后，方能將氣瓶和施工材料裝入礦車推到井口位置，準(zhǔn)備下井。5、地面準(zhǔn)備工作由xxxx完成，由地面負(fù)責(zé)人具體負(fù)責(zé)檢查確認(rèn)。（二）井下運輸1、氣瓶二次檢查。將氧氣瓶、乙炔瓶下放到八號行人斜巷，派專人再次檢查氧氣瓶、乙炔瓶的裝車情況，并對運輸過程監(jiān)管。2、運輸路線：地面→主井→xxx→xxx。3、氣瓶運輸。氧氣瓶、乙炔瓶的井下運輸由xxx負(fù)責(zé)，按照井口登記的施工地點，將氧氣瓶、乙炔瓶運送到指定地點；xxx派專人在指定地點現(xiàn)場交接，并作好交接記錄。4、氣瓶卸車。氣瓶要小心從礦車中取出，接氣瓶人員拿穩(wěn)之后，取氣瓶人員才能松手，氣瓶要輕抬輕放。5、井下運輸監(jiān)管工作由xxx負(fù)責(zé)。器具交接、檢查由xxx現(xiàn)場負(fù)責(zé)人具體負(fù)責(zé)。（三）施工人員入井前準(zhǔn)備1、施工人員要求。經(jīng)過培訓(xùn)考試合格并持證上崗，配齊防護(hù)用品。2、火源攜帶?；鹪礊榇蚧饳C一只，由火種攜帶工負(fù)責(zé)攜帶，火源入井時，要攜帶審批好的專項氣割措施，并在井口進(jìn)行火源登記。3、施工現(xiàn)場施工人員必須攜帶便攜式甲烷檢測儀。4、施工人員入井前準(zhǔn)備檢查工作由井口檢身工負(fù)責(zé)。（四）井下施工準(zhǔn)備1、清理施工現(xiàn)場。將工作地點及附近前后兩端各10米2、放置氣瓶。氣瓶距工作地點間距必須在10米以上，且兩種氣瓶間距不小于10米；氣瓶必須垂直站立放置在3、備好水源及消防器材。工作地點應(yīng)配備不少于0.2m3的消防沙和合格的4kg干粉滅火器2臺，工作人員必須了解滅火器使用方法；施工地點配有清水管路，4、井下施工準(zhǔn)備工作由楊付強負(fù)責(zé)檢查落實；安檢員負(fù)責(zé)施工安全設(shè)施檢查。（五）氣割作業(yè)前準(zhǔn)備1、人員到位。現(xiàn)場負(fù)責(zé)人檢查氣割操作工、現(xiàn)場監(jiān)護(hù)工、火種攜帶工、灑水滅火工、瓦斯檢查工、安檢員到位情況。2、設(shè)定安全監(jiān)護(hù)。指定專人負(fù)責(zé)整個施工現(xiàn)場安全監(jiān)護(hù)。3、氣割前器具檢查。由氣割操作工再次對氣瓶、減壓閥、氣壓表、氣管、割炬等器具進(jìn)行詳細(xì)的安全檢查，確認(rèn)完好后，將各部件對接。4、現(xiàn)場灑水。由專職灑水工向施工點灑水，確保施工點10m范圍內(nèi)潤濕。5、檢查瓦斯。瓦斯檢查工對氣割工作地點及附近20m范圍風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛群屯L(fēng)狀況進(jìn)行檢查，瓦斯?jié)舛炔坏贸^0.5%，只有在檢查證明作業(yè)地點及附近20m范圍內(nèi)巷道頂部無瓦斯積存時，方能進(jìn)行氣割作業(yè)。6、在施工點上風(fēng)側(cè)3m范圍內(nèi)，距頂板500mm處懸掛一臺便攜式甲烷檢測儀，以便隨時監(jiān)測風(fēng)流中瓦斯?jié)舛取?、請示。經(jīng)施工負(fù)責(zé)人、安檢員、瓦斯檢查工共同檢查確認(rèn)無安全隱患后，由施工負(fù)責(zé)人向調(diào)度室匯報現(xiàn)場準(zhǔn)備工作完畢，并請示調(diào)度室是否可以開始施工，經(jīng)調(diào)度室許可后方能施工。8、施工前氣割設(shè)施檢查、連接工作由xxx負(fù)責(zé)；氣割作業(yè)前準(zhǔn)備工作由現(xiàn)場負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)檢查落實；瓦斯檢查工負(fù)責(zé)施工前有害氣體檢查；施工負(fù)責(zé)人、安檢員、瓦斯檢查工共同檢查確認(rèn)。五、氣割操作技術(shù)要求1、施工過程中氧氣瓶、乙炔瓶要直立放置，固定牢靠，不得在地上亂滾動，氣管必須理順，不得遭受擠壓或踩踏。2、氧氣瓶、乙炔瓶、減壓閥、氣壓表、割炬、氣管及連接部位等必須