【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ﹢ 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 。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 H2O 的溶劑解過程。當(dāng)堿液濃度較高時(shí)，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 丙烯酰胺：分子量： ；形態(tài)：片狀晶體；密度： ；熔點(diǎn) ℃；沸點(diǎn)： 125℃；蒸汽壓： 105Pa；蒸汽密度： （空氣 =1）；聚合熱： ；閃點(diǎn) 138℃；平衡含水量： (g 水 /kg 干 PAM)。 ② 水：密度： ；比焓： ；比熱容： 103j/()；熱導(dǎo)率： 102w/()；黏度： ；表面張力： 104N/m。 ③ 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) 2． 2． 1 PAM 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。 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℃。 2． 2． 3 PAM 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。 2 .2 .4 PAM性能指標(biāo) 表 21 項(xiàng)目 固含量 % 最 小 顆 粒 %（＜ ） 不溶物 % 黏度 分子量 水解度 % 濾過比 篩網(wǎng)系數(shù) 溶解時(shí)間 h 分布寬度 數(shù)值 2107 2 12 12 第三章 生 產(chǎn)流程簡(jiǎn)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(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。該工藝路線包括了自由基形成和鏈增長(zhǎng)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(diǎn)，結(jié)合實(shí)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(jī)過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。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）。 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℃ ）引發(fā)聚合，引發(fā)速率快，對(duì)溫度依賴性小。 3． 2 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)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(jì)量泵入通有氮?dú)獾木酆细?；在聚合釜內(nèi)加引發(fā)劑，在氮?dú)獾姆諊麻_始聚合反應(yīng)，反應(yīng)后的混合物在聚合釜中停留成熟后，得到聚合物膠塊；研磨機(jī)研磨后螺桿輸送到造粒器造粒；將小膠塊狀進(jìn)水解反應(yīng)器，用氫氧化鈉水溶液噴灑在膠塊上并充分拌和，讓其水解；將水解后的溶膠裝進(jìn)干燥器干燥到要求的含水量，然后將干燥的聚合物冷卻到所需溫度以例破碎；將干燥并冷卻后的裝進(jìn)粉碎機(jī)破碎到規(guī)定的顆粒尺寸 ，然后將粉碎后的聚合物喂進(jìn)振動(dòng)篩，以分離除去大塊聚合物；將篩選后的聚合物儲(chǔ)存進(jìn)成品倉(cāng)，最后將產(chǎn)品裝進(jìn)包裝袋。 3． 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。 主原料：?jiǎn)误w —— 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。 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(jì)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(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、平面布置圖等。 車間設(shè)備采用露天與廠房?jī)?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?jī)?nèi)布置。 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。 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(jì)手冊(cè)》、《化工生產(chǎn)安全與防護(hù)》等確定車間火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)為乙級(jí)；車間建筑屬于一類工業(yè)建筑。 設(shè)計(jì)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 14 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(chǎng)；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)。 ② 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(chǎng)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(chǎng)，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(chǎng)。 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(chǎng)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 %。 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，受壓罐保壓 。 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(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)。 ⑤ 成品倉(cāng)庫(kù)禁止吸煙、使用明火，非崗位人員禁止入內(nèi)，庫(kù)內(nèi)要經(jīng)常保持衛(wèi)生。 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≤ 。 設(shè)計(jì)選用配方：?jiǎn)误w 25%；引發(fā)劑 4 105%；水約 75%。 全裝置總損耗 %，總收率 %。損耗分配如下： 包裝損失： % 除塵損失： % 研磨損失： % 4． 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)。 4． 1． 3 聚合釜物料衡算 聚合釜物料衡算圖如下所示： 每小時(shí)產(chǎn)膠量 5000 1000247。 8000=625kg/h 需 30%的 AM 溶液 625247。 30%=2084kg/h AM 溶液料衡算 純 水 AIBN 聚合釜 聚合釜 聚合釜 聚合釜 去研磨 16 按 %轉(zhuǎn)化率計(jì)算 30%的 AM溶液及純 AM 的需求量 AM溶液： 2084247。 %=2094kg/h 純 AM ： 625247。 %=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。 %） 247。 =聚合釜物料衡算列 下 表 41 如下： 組 分 kg/h t/d t/a 進(jìn) 料 30% AM 溶液 103 104 AIBN 104 106 104 純 水 102 103 合 計(jì) 103 104 出 料 PAM 102 103 AM 101 101 水 103 104 合 計(jì) 103 104 一次