【文章內(nèi)容簡介】 —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 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 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 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的消除，丙烯酰胺結(jié)構(gòu)單元生成丙烯酸結(jié)構(gòu)單元，如下圖所示。水解反應(yīng)基本上是不可逆的?！狢H2—CH——CH2—CH— → —CH2—CH—﹢NH2 → —CH2—CH—﹢NH3 C=O HO—C—O C=O C=ONH2 NH2 OH O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)。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 丙烯酰胺：分子量：；形態(tài)：片狀晶體；密度：；℃；沸點：125℃；蒸汽壓：105Pa；蒸汽密度：（空氣=1）；聚合熱：；閃點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105℃；不溶于水，遇熱分解放出氮氣和有機氰化物。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 .4 PAM性能指標(biāo) 表21項目固含量%最小顆粒%（＜）不溶物%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2107212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℃）引發(fā)聚合，引發(fā)速率快，對溫度依賴性小。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；在聚合釜內(nèi)加引發(fā)劑，在氮氣的氛圍下開始聚合反應(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)振動篩，以分離除去大塊聚合物；將篩選后的聚合物儲存進(jìn)成品倉，最后將產(chǎn)品裝進(jìn)包裝袋。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。 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。 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》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 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 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 生產(chǎn)人員上崗必須佩帶好勞動保護用品，在接觸丙烯線胺等有毒化合物時必須帶好手套、面具及其他防護用品。④ 生產(chǎn)人員在生產(chǎn)過程中要即使檢查，消除漏點。⑤ 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 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)護現(xiàn)場。⑦ 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 生產(chǎn)現(xiàn)場禁止存放大量易燃易爆物品。⑨ 設(shè)備開車前必須使用氮氣置換，%。⑩ 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。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 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 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 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)備檢修要有動火票，并有專人監(jiān)護，切斷電源，嚴(yán)禁啟動。⑤ 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≥%；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≤；計量罐壓力≤，泵壓≤。設(shè)計選用配方：單體25%；引發(fā)劑4105%；水約75%。%，%。損耗分配如下：包裝損失：%除塵損失：%研磨損失：%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50001000247。8000=625kg/h需30%的AM溶液 625247。30%=