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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PAM和阳离子型PAM。PAM优良的水溶性、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PAM生产装置，生产PAM水溶胶产品，用于矿产品处理和石油钻采工业
2、。随后又开发了辐射聚合法、反相乳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NSF公司5万吨/年PAM生产装置后，我国PAM的产量和质量都油了很大的提升。近10年来我国PAM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、NAM
3、和梳型聚丙烯酰胺等，以HPAM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等方面已达到世界先进水平。但是在总体上，我国的PAM产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%，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
4、的多品种系列产品，达到2000多个品种。仅法国NSF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。1.1.2 丙烯酰胺聚合物的结构和性质 PAM在结构
5、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-OH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PAM衍生出很多变性产物，拓宽了他们的应用范围。113 丙烯酰胺聚合方法介绍 丙烯酰胺聚合反应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
6、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Y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。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NaHS03氧化还原引发体系外，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
7、物等复合引发体系，以及H202-胺、特丁基过氧化氢-NaHS03,K2S208一三(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KMn04一乳酸、抗坏血酸或轻基乙酸，Ceo+一硫醇、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。P H 值:AM聚合中，介质PH值可影响反应动力学及聚合物的结构和性质。在较低PH下(PH4000,为湍流。查化工原理上册第45 页表 1-1，取=0.25mm,则/
8、d=0.25/80=0.003；再查第46 页图 1-3 得=0.028。查第 53 页表 5-3 得：三通=1.3；闸阀全开=0.17；止回阀全开=2，入=0.5；90O弯头：=0.755=3.75。Hf入=（0.028100.080+1.4+0.17+2+3.75）21.332 9.81=0.966m Hf出=（ld+）22rug 因 d出=d入，故 u出=u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=0.028。查第 53 页表 5-3 得：三通=1.32=2.
9、6；闸阀 1/2 开=4.55=22.5；止回阀全开=2，；90O弯头：=0.7510=7.5,出=1.0。得 Hf出=（0.028200.080+2.6+22.5+2+7.5+1）21.332 9.81=3.751m H=(10.0-4.5)+6(0.440.36)10998.08 9.81+3.751+0.96620m 若考虑 1.1 得安全系数，则扬程为 22m 液柱。（3）选泵：根据所输送物料的流量、扬程及性质，确定选择 Y 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：Q=2.6m3/h H=22m 电机功率：5.5k
10、W（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。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
11、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
12、，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EL0.000,EL5.400,EL5.700,EL5.800,EL10.000 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
13、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。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，200
14、5 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，1998 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，化学工程师技术全书 ，化学工业出版社，2001 年