【正文】 表 11 得每米筒體的體積 V面積 A質(zhì)量 m1，得 V1= A1= A1=716kg 根據(jù)公式 H=（ VV 封 ） /V1 得 H=( )/= 取 H=。 %=未反應(yīng) AM 單體的量 20942084=10kg/h 隨 25%的 AM 溶液帶入的水量 2094（ 130%） =設(shè)引發(fā)劑在聚合時(shí)全部反應(yīng)， AIBN 用量 625 4 105%= 104kg/h 配料后溶液濃度為 25%，故純水加入量 （ 625247。 第四章 工藝計(jì)算及主要設(shè)備選型 4． 1 物料衡算 4． 1． 1 計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 年產(chǎn)量 5000t；年開(kāi)工時(shí)間 8000h；單體總轉(zhuǎn)化率≥ %；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≤ ；計(jì)量罐壓力≤ ，泵壓≤ 。常壓罐保壓不超過(guò)，受壓罐保壓 。 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。其中罐區(qū)、尾氣煙囪，空氣過(guò)濾采用露天布置，其他全部采用廠房?jī)?nèi)布置。 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。 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。（ 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。 10 — CH2— CH— NaOH???? — CH2— CH— → — CH2— CH— ﹢ NH2 → — CH2— CH— ﹢ NH3 C=O HO— C— O C=O C=O NH2 NH2 OH O 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 。此外還常伴有鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)。 ⑥ 主要工藝設(shè)備的選型。隨著環(huán)境意識(shí)的不斷加強(qiáng)，聚丙烯酰胺在城市污水處理方面的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)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(duì)城市污水處理工藝技術(shù)的提高起到推動(dòng)作用。 鑒于次，國(guó)內(nèi)有關(guān)專家建議： ① 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(guó)外的工藝技術(shù)和設(shè)備，建設(shè)萬(wàn)噸級(jí)以上規(guī)模，以適應(yīng)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，但要防止不考慮客觀實(shí)際，一哄而上建設(shè)多 套大型裝置，造成產(chǎn)能相對(duì)過(guò)剩。用作印染助劑時(shí)，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。我國(guó)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。 ：在油田生產(chǎn)過(guò)程中，由于地層的非均質(zhì)性常產(chǎn)生水浸問(wèn)題，需要進(jìn)行堵水，其實(shí)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。 表 3 國(guó)內(nèi)主要 PAM生產(chǎn)廠家情況 序號(hào) 生產(chǎn)廠家 生產(chǎn)能力（萬(wàn)噸 /年） 6 1 大慶油田化工總廠 5 2 勝利油田長(zhǎng)安實(shí)業(yè)集團(tuán)公司 2 3 SNF公司泰興分公司 2 4 廣東李壇精細(xì)化工廠 2 5 北京恒聚油田化學(xué)品有限公司 1 6 太原重工集團(tuán)祁縣聚合物有限公司 1 ② 消費(fèi) 1998 年 , 我國(guó) PAM的生產(chǎn)能力為 萬(wàn) t, 產(chǎn)品約為 萬(wàn) t, 當(dāng)年實(shí)際消費(fèi)量為 萬(wàn) t, 不足部分依靠進(jìn)口解決。經(jīng)過(guò) 2020年需求低迷期后， 2020年起 PAM 需求又較快增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到 2020年全球需求年增長(zhǎng)率為 5． 4％，增長(zhǎng)率最高的地區(qū)為：拉美 (年增長(zhǎng)率為 6％ )、亞洲和中東 (6． 3％ )、亞太 (9． 1％ )。表 l列出世界 PAM生產(chǎn)能力分析。這是獲得超高分子量 PAM產(chǎn)品的基礎(chǔ)。 （ 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(kāi)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。在較高 PH下，單體或聚合物分子中的酞胺基會(huì)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。其中主要有水溶液聚合、反向懸浮聚合和反向乳液聚合。在我國(guó)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。產(chǎn)品劑型有干粉、水溶膠、油乳液和水乳液等，以干粉為主。 1962年上海珊瑚化工廠建成我國(guó)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)。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)?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(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。 1 .1 . 2 丙烯酰胺聚合物的發(fā)展 PAM在 1893年由實(shí)驗(yàn)室制得。隨后又開(kāi)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。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。（ 2）生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)：我國(guó)隨有近 10家上萬(wàn)噸級(jí)的生產(chǎn)廠，產(chǎn)量占倒 90%。 （ 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。在 A M 與 丙 烯酸 (AA)等共聚中， PH對(duì)竟聚率的影響很大。乳膠粒是通過(guò)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(guò)膠束成長(zhǎng)起來(lái)的。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)。表 2列出 2020年 2月統(tǒng)計(jì)的世界各地區(qū) PAM主要生產(chǎn)能 )。作為 PAM市場(chǎng)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(guó) )將于 2020年投產(chǎn)，新建最大裝置建在印度 (能力為2萬(wàn)噸／ 39。國(guó)內(nèi)消費(fèi)中 , 81%用于石油開(kāi)采 , 是國(guó)內(nèi) PAM應(yīng)用的最大市場(chǎng)。聚丙烯酰胺類化學(xué)堵水劑具有對(duì)油和水的滲透能力的選擇性，對(duì)油的滲透性降低最高可超過(guò) 10%，而對(duì)水的滲透性能減少可超過(guò) 90%。 （ 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(duì)環(huán)境的污染；二是提高紙張的強(qiáng)度。此外，聚丙烯酰胺還用于紡織印染污水的高效凈化。 ②國(guó)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(kāi)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(qiáng)在專用性產(chǎn)品和個(gè)類不同基因共聚接枝改性衍生物方面的研究。 1． 3 設(shè)計(jì)原則 1． 3． 1 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)。 ⑦ 工藝平面布置。器總反應(yīng)式為： nCH2=CH－ C(=O)－ NH2 ????引 發(fā) 劑 [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。表明 PAM 的水解過(guò)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 H2O 的溶劑解過(guò)程。 2． 2． 2 PAM 的物理性質(zhì) 密度： ；臨界表面張力： 35～ 40mN/m；玻璃化溫度： 188℃；軟化溫度： 210℃。該體系大概有兩種：一是無(wú)機(jī)過(guò)氧化物與氧化劑組成；二是有機(jī)組成的氧化還原引發(fā)體系。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。 生產(chǎn)制度 考慮裝置的大修，采用年開(kāi)工時(shí)為 8000h。 ④ 生產(chǎn)人員在生產(chǎn)過(guò)程中要即使檢查，消除漏點(diǎn)。 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。 設(shè)計(jì)選用配方：?jiǎn)误w 25%；引發(fā)劑 4 105%；水約 75%。 %） 247。則 V 實(shí) = += 考慮攪拌器等所占容積，實(shí)際有效容積為 （ 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(yè)表 253知： Di在 7001800之間時(shí)，夾套 直徑為 Dj=Di+100 因 Di=1900mm，得 Dj=1900+100=2020mm ② 夾套高度得確定：夾套越高，傳熱面積越大，但過(guò)高會(huì)影響封頭得裝卸。 （ 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℃。物料流量為 2094+=,25%AM 溶液密度為 =+ 25%= 103kg/cm3,流速范圍為 ，取 u=，故 VS= sw =（ 3600 ） = 104m3/h d= 4svu? = 44 ???? =≈ 80mm 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(jiàn)工藝流程圖。查《化工原理》上冊(cè)第 45頁(yè)表 11，取ε =,則ε /d=；再查第 46 頁(yè)圖 13 得λ =。熟化器出料口與研磨機(jī)進(jìn)料口垂直。 同時(shí)對(duì)廠房的 EL? , EL? , EL? , EL? , EL? 進(jìn)行了平面布置。 30 致 謝 有幸在材化學(xué)院學(xué)習(xí)，四年來(lái)，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(jì)工作。底部鋼平臺(tái)設(shè)置高度為 ，主要考慮出料口與預(yù)研磨機(jī)進(jìn)料口之間的距離，該距離約 ，并考慮底部夾套熱水進(jìn)口閥門(mén)操作。得 Hf?出=（ +++2++1） ? = H=()+ 6(0. 44 0. 36 ) 1099 8. 08 9. 81??? ++≈ 20m 若考 慮 ，則揚(yáng)程為 22m