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1、聚丙烯酰胺粉體工藝設(shè)計(jì)（2萬(wàn)噸/年） 答辯人：王瑩 班級(jí)：高材0904 學(xué)號(hào)：090103111 指導(dǎo)老師：張小博,結(jié)構(gòu)框架,,一、概述 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(zhǎng)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

2、使PAM衍生出很多變性產(chǎn)物，拓寬了他們的應(yīng)用范圍。 據(jù)美國(guó)咨詢(xún)公司TranTech公司分析，2009年全球PAM生產(chǎn)能力為9l萬(wàn)噸年，美國(guó)、日本、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85。其中25在西歐。 我國(guó)PAM產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)起步較晚,1962 年上海天原化工廠(chǎng)建成第一套PAM生產(chǎn)裝置, 生產(chǎn)水溶膠產(chǎn)品。1995 年, 國(guó)內(nèi)PAM生產(chǎn)廠(chǎng)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500800 萬(wàn), 難以滿(mǎn)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(guó)SNF 公司引進(jìn)的5萬(wàn)t/aPAM生產(chǎn)裝置投產(chǎn), 生產(chǎn)高分

3、子量產(chǎn)品( 分子量為1500 萬(wàn)) , 特別是近幾年, 勝利油田以及法國(guó)SNF 公司在我國(guó)泰興所建企業(yè)相繼建成投產(chǎn),使我國(guó)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。,二、 原料、產(chǎn)品的物理及化學(xué)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(diǎn)84.5；沸點(diǎn)：125；蒸汽壓：9.3310-5Pa；蒸汽密度：2.46（空氣=1）；聚合熱：81.51kj/mol；閃點(diǎn)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

4、容：4.74103j/(kg.K)；熱導(dǎo)率：64.8102w/(m.K)；黏度：549.4106Pa.s；表面張力：676.9104N/m。 引發(fā)劑：白色柱狀或粉狀結(jié)晶，易燃；熔點(diǎn)105；不溶于水，遇熱分解放出氮?dú)夂陀袡C(jī)氰化物。 2.2 PAM物理及化學(xué)性質(zhì) 221PAM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。 222 PAM的物理性質(zhì) 密度：1.302g/cm3；臨界表面張力：3540mN/m；玻璃化溫度：188；軟化溫度：210。 223 PAM的性

5、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。,三、生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述,3.1根據(jù)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，從自由基聚合、陰離子聚合、陽(yáng)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、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(shí)施方法。該工藝路線(xiàn)包括了自由基形成和鏈增長(zhǎng)過(guò)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。 3.2具體流程工藝如下： 丙烯腈+(

6、水催化劑/水) 合 丙烯酰胺粗品閃蒸精制精丙烯酰胺 在反應(yīng)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：?jiǎn)误w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(guò)研磨、水解、研磨、干燥、篩分獲得最終產(chǎn)品。 3.4車(chē)間設(shè)備采用露天與廠(chǎng)房?jī)?nèi)布置相結(jié)合原則。其中罐區(qū)、尾氣煙囪，空氣過(guò)濾采用露天布置，其他全部采用廠(chǎng)房?jī)?nèi)布置。 3.5全裝置以班為單位，每班工作6小時(shí)，每6小時(shí)為一批。 考慮裝置的大修，采用年開(kāi)工時(shí)為350天。 全裝置主要采用連續(xù)操作方式，

7、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(jì)算過(guò)程如下,水解工段物料衡算列表4-3如下：,計(jì)算過(guò)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(jì)算過(guò)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(yīng)釜,經(jīng)計(jì)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/h 2.設(shè)備選型： 橢圓形封頭與圓筒對(duì)接時(shí)受力最好，應(yīng)力分布較好，因此我們選擇標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形封頭。 在釜體內(nèi)部設(shè)

8、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(dá)到更好的攪拌效果，更好的滿(mǎn)足工藝需求。,結(jié) 論 通過(guò)大量的文獻(xiàn)查閱和工藝設(shè)計(jì)工作，得出以下設(shè)計(jì)結(jié)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(duì)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、通過(guò)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(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，選擇丙烯腈銅催化水合法。因?yàn)槿軇樗途酆戏磻?yīng)活化能考慮，選擇偶氮二異丁腈（E總=62kJ/mol）。 4、經(jīng)過(guò)尺寸計(jì)算和設(shè)備選型，得出了物料和反應(yīng)

9、釜的精確數(shù)據(jù)，以及廠(chǎng)房設(shè)備和布局的規(guī)劃。,參考文獻(xiàn) 1楊基和、蔣培化主編，化工工程設(shè)計(jì)概論，中國(guó)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(jì)，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(cè)，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(jì)技術(shù)中心，化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社，1990年 7趙軍主編，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年 8張福遠(yuǎn)，化工機(jī)械基礎(chǔ)，中國(guó)石化出版社，1999年

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12、e H., Buijs J., Gooijer C., Ariese F., Baron G.V., Desmet G., J. Chematogr.A,979(2002)33 21 Vervoort N., Clicq D. , Baron G.V., Desmet G., J. Chematogr.A,987(2003)33-48 22 Clicq D. ,Yjerkstra R.W., Gardeniers J.G.E., Vanclen BERG A., Baron G.V., Desmet G., J. Chematogr.A,1032(2004)185 .23Clicq D. ,

13、Vervoort N.,Ransom W., De tandt C., Baron G.V., Desmet G., Anal Chem., Acta 507(2004)79 24 Clicq D. , Vervoort N.,Ransom W., De tandt C., Ottevaere H., Baron G.V., Desmet G., Chem. Eng. SCi., 59(2004)2783 25Pappaert K., Biesemans J., Clicq D.,Vankrunkelsven S., Desmet G., Lab. Chip.,5(2005)1104 26 F

14、ekete V., Clicq D. , De Malsche W., Gardeniers J.G.E., Desmet G., J. Chematogr.A, 1130(2006)151 27 Vankrunkelsven S., Clicq D. ,Cabooter D., De Malsche W., Gardeniers J.G.E.,Desmet G., J. Chematogr.A, 1102(2006)96-103 28 Fekete V., Clicq D. , De Malsche W., Gardeniers H., Desmet G., J. Chematogr.A, 1149(2007)2-11,感謝各位老師批評(píng)指正！,,