【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 要作用便是作為紙張的增強(qiáng)劑；此外，還被大量用作助留劑、助濾劑、處理造紙廢水用的絮凝劑、纖維分散劑等。目前，用于造紙工業(yè)中的PAM其分子量范圍一般在1~2000萬(wàn)數(shù)量級(jí)，而作為紙張?jiān)鰪?qiáng)劑的適當(dāng)分子量一般在10萬(wàn)~100萬(wàn)之間。這是由于PAM使用時(shí)，其結(jié)構(gòu)中所帶的酰胺基極易與漿料纖維素結(jié)構(gòu)中的羥基之間形成大量氫鍵而使紙頁(yè)強(qiáng)度得到提高。(3)PAM凝膠在納米粉體制備中的應(yīng)用：納米粉體材料的發(fā)展非常迅速，其應(yīng)用也日漸廣泛，潛在的發(fā)展能力不可估量。制備粒徑均勻可控的粉體對(duì)于納米材料的研究就顯得至關(guān)重要。使用PAM凝膠法制備粉體材料可以控制粉體粒徑，并可進(jìn)行有選擇摻雜而且原料還廉價(jià)易得。但在面對(duì)其優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，我們應(yīng)高度重視該方法采用原料有毒性的缺點(diǎn)。故在采用該方法制備粉體時(shí)應(yīng)注意安全(4)PAM在開(kāi)采石油中的應(yīng)用：高分子量大的部分水解的PAM可以提高油田注入液的黏度、調(diào)整水油流度比、改善油藏的非均質(zhì)性、提高注人液的波及系數(shù)，因此其被廣泛用作三次采油中的聚合物驅(qū)油劑。但部分水解PAM在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題，如耐溫抗鹽性能差等。(5)PAM類(lèi)吸水樹(shù)脂及其凝膠材料因具有同類(lèi)材料所不具備的特性，從研究情況來(lái)看，國(guó)外對(duì)該類(lèi)材料的應(yīng)用研究比較全面、深人，而國(guó)內(nèi)的研究工作基本處于起步階段。姜紹通等將甘薯淀粉接枝丙烯酰胺吸水樹(shù)脂用于玉米種子發(fā)芽試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，用樹(shù)脂包衣的玉米種子比未包衣的玉米種子的發(fā)芽率提高10% 以上。胡三清等以丙烯酸、丙烯臘、丙烯酞胺及乙烯基有機(jī)硅交聯(lián)劑等合成了一種新型吸水性樹(shù)脂，該樹(shù)脂用于石油開(kāi)采過(guò)程封堵高滲層大孔道水層，取得了很好的應(yīng)用效果。此外，PAM水凝膠作為醫(yī)用軟組織填充材料，已經(jīng)獲得了臨床應(yīng)用，目前該領(lǐng)域的研究仍在發(fā)展，經(jīng)過(guò)I射線輻照和熱處理的聚丙烯酞胺水凝膠植入動(dòng)物機(jī)體內(nèi)可長(zhǎng)時(shí)間保持自身形態(tài)，且植入這種凝膠后，組織反應(yīng)極其微小。 發(fā)展方向目前國(guó)內(nèi)關(guān)于PAM及其凝膠材料的研究雖然取得了一些進(jìn)展，也有大量文獻(xiàn)報(bào)道，根據(jù)國(guó)內(nèi)外材料工作者在PAM及其凝膠材料方面所做的大量工作以及研究的進(jìn)一步深人，國(guó)內(nèi)專(zhuān)家建議該類(lèi)材料的研究將側(cè)重于以下幾個(gè)方向:(1) 結(jié)合現(xiàn)狀，由于我國(guó)特別是西北地區(qū)水土流失舉世矚目，并且許多地方出現(xiàn)了不同程度的沙漠化。要建立山川秀美的大西北首先必須保水保土保肥，特別是在無(wú)植被條件下采取短期有效的工程措施和化學(xué)措施尤為重要。國(guó)內(nèi)外在使用PAM防治土壤水土流失方面取得了一定的成果，但現(xiàn)在還處于實(shí)驗(yàn)階段沒(méi)有大面積的推廣應(yīng)用，相信在不久的將來(lái)它會(huì)得到廣泛的應(yīng)用的，能夠更好的造福于我們?nèi)祟?lèi)。(2) 利用PAM改良土壤也有很大的發(fā)展?jié)摿?，該技術(shù)不僅操作簡(jiǎn)單，成本收益較高，而且生態(tài)環(huán)境效益良好。但是，當(dāng)前關(guān)于PAM重復(fù)利用效率，以及其與PC、麥秸等混合施用時(shí)的效益，PAM與肥料、殺蟲(chóng)劑等混合施用后防止農(nóng)用化學(xué)肥料、殺蟲(chóng)劑等流失的效果，以及對(duì)不同作物質(zhì)量和產(chǎn)量的影響等實(shí)用研究尚不全面，故對(duì)于PAM作用機(jī)理等的研究還有待進(jìn)一步深入了解。我國(guó)疆域遼闊，在不同的地區(qū)其地形地貌、土質(zhì)、植被、氣候條件有顯著的差異，這就需要在不同地區(qū)開(kāi)展PAM來(lái)改良土壤的針對(duì)性實(shí)用試驗(yàn)，建立一套規(guī)范體系，以便為大范圍推廣應(yīng)用PAM改良土壤提供完善的技術(shù)指導(dǎo)，使其潛能的到充分的利用。(3) PAM在石油開(kāi)采中的應(yīng)用也有巨大的發(fā)展?jié)摿?，針?duì)目前我國(guó)的大部分油田開(kāi)采已經(jīng)進(jìn)入了中后期，綜合含水率高，高溫和高鹽油藏多，但是目前的聚合物產(chǎn)品還不能適用于三類(lèi)以上油藏，為更好的發(fā)展，故迫切需要新型的耐溫抗鹽、抗剪切的聚合物驅(qū)油劑。此外，由于采油成本的制約，新型聚合物的成本還要經(jīng)濟(jì)合理，因此PAM單體應(yīng)參與新型聚合物的共聚，以降低新型聚合物的生產(chǎn)成本，并且超高相對(duì)分子質(zhì)量PAM的耐溫耐鹽單體共聚物和梳形辮狀聚合物又具有良好的耐高溫抗鹽的性能，因此極有可能成為高溫、高鹽油藏的驅(qū)油劑。此外，國(guó)內(nèi)關(guān)于PAM類(lèi)吸水性樹(shù)脂及其凝膠材料的研究雖然取得了一些進(jìn)展，也有大量文獻(xiàn)報(bào)道，雖然大部分工作都側(cè)重于工藝的研究以及提高產(chǎn)品的吸水性及耐鹽性上，且多為實(shí)驗(yàn)室成果，與國(guó)外相比，在理論研究、應(yīng)用研究及工業(yè)化生產(chǎn)等方面還有很大差距，但這也意味著隨著研究的不斷深入，PAM吸水性樹(shù)脂的應(yīng)用很有可能將成為新的發(fā)展方向之一。 可行性分析石油工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保證之一。我國(guó)石油資源相對(duì)較少，而三次采油是我國(guó)保證石油供應(yīng)的重要措施，因此進(jìn)行PAM生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的研究，使我國(guó)PAM生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)規(guī)模均提升到一個(gè)較高水平以滿足三次采油對(duì)PAM質(zhì)和量的要求就顯得很有必要了，此外PAM在水處理行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在市場(chǎng)，綜上所述PAM的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有相當(dāng)大的重要性。 設(shè)計(jì)原則 設(shè)計(jì)依據(jù)（1）課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容年產(chǎn)800tPAM生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)：聚合工段的工藝設(shè)計(jì)，含：聚合工序、造粒工序、干燥工序。① 對(duì)該項(xiàng)目的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及前景（產(chǎn)品、工藝等）進(jìn)行綜述。② 聚合的工藝條件和生產(chǎn)方法的選擇。③ 進(jìn)行物料衡算、熱量衡算以及后處理工序的干燥計(jì)算。④ 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算以及相關(guān)的環(huán)保問(wèn)題（2）課程設(shè)計(jì)的要求與依據(jù)課程設(shè)計(jì)是高等學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生的最后一個(gè)極其重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，在課程設(shè)計(jì)中培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力，不斷提高學(xué)生制圖、運(yùn)算、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、查閱文獻(xiàn)資料、編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)等技能。通過(guò)該途徑，使學(xué)生具有一定的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題以及工廠主要車(chē)間的初步設(shè)計(jì)能力。具體要求學(xué)生掌握本課程的工藝設(shè)計(jì)原理、步驟和方法。通過(guò)設(shè)計(jì)圖紙和說(shuō)明書(shū)能對(duì)所設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行闡述和論證。設(shè)計(jì)有關(guān)資料和圖紙應(yīng)保證計(jì)算準(zhǔn)確、字體端正、圖面清潔、設(shè)計(jì)合理，所有計(jì)算部分都應(yīng)有完整的計(jì)算過(guò)程，以達(dá)到全面訓(xùn)練的目的。 聚合反應(yīng)機(jī)理及影響因素(1) 聚合機(jī)理丙烯酰胺聚合反應(yīng)機(jī)理屬于自由基反應(yīng)，符合自由基連鎖聚合反應(yīng)機(jī)理的一般機(jī)理，由鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)和鏈終止等基元反應(yīng)組成。此外還常伴有鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)。器總反應(yīng)式為：nCH2=CH－C(=O)－NH2 [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。① 單體濃度：根據(jù)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，聚合時(shí)單體濃度控制在12%以內(nèi)。② 溫度：輸送到聚合釜聚合，聚合溫度達(dá)55℃左右。③ 雜質(zhì)：體系中雜質(zhì)主要有未反應(yīng)單體、水、空氣中的氧等。這些雜質(zhì)含對(duì)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。2 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、交聯(lián)劑① 丙烯酰胺：分子量：；形態(tài)：片狀晶體；密度：；℃；沸點(diǎn)：125℃；蒸汽壓：Pa；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（過(guò)硫酸鉀）：無(wú)色或白色結(jié)晶，無(wú)氣味，在約100℃時(shí)全部分解，可溶于水，不溶于乙醇，水溶液呈酸性；，有強(qiáng)氧化性，與有機(jī)物摩擦或撞擊能引起燃燒，有強(qiáng)刺激性。④ 交聯(lián)劑（N，N’亞甲基雙丙烯酰胺）：N,N亞甲基雙丙烯酰胺，白色粉末狀結(jié)晶。無(wú)氣味，吸濕性極小。對(duì)光敏感。遇高溫或強(qiáng)光則自交聯(lián)，微溶于水，溶于乙醇。 kg/L PAM物理及化學(xué)性質(zhì) 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PAM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。 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℃。 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。 PAM性能指標(biāo)查閱文獻(xiàn)可知，PAM性能指標(biāo)為，固含量：，最小顆粒（）：，不溶物%：，黏度（mPaS）：，分子量：2107，水解度%：，濾過(guò)比：，篩網(wǎng)系數(shù)：，溶解時(shí)間h：2，分布寬度：12。3 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述3．1 工藝路線確定 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、交聯(lián)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、鏈增長(zhǎng)過(guò)程和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)，以及考慮水分的干燥，對(duì)于操作方式則定為間歇操作。 溶劑的選擇因選擇水溶液聚合法，故溶劑為水。 引發(fā)劑的選擇工業(yè)最常采用的丙烯酰胺聚合引發(fā)劑使氧化還原引發(fā)體系。該體系大概有兩種：一是無(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。因?yàn)槿軇樗途酆戏磻?yīng)活化能考慮，選擇過(guò)硫酸鉀。 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。 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述聚合工段主要由計(jì)量配料、聚合、干燥、研磨、輸送包裝等崗位組成。具體流程為：先按照計(jì)算結(jié)果進(jìn)行各原料的配置，然后進(jìn)行聚合反應(yīng)工序，采用間歇操作：①將部分溶劑先加入聚合釜中，隨后將溶有交聯(lián)劑的單體溶液按一定速度連續(xù)加入釜中，最后調(diào)配濃度至12％；②將事先調(diào)配好的引發(fā)劑溶液加入反應(yīng)釜中；③ 待溶液攪拌均勻后，控制溫度在55℃左右，恒溫反應(yīng)3h；④反應(yīng)完全后，取出聚合產(chǎn)物，破碎、干燥、包裝成品 生產(chǎn)制度考慮裝置的大修，采用年工作日300d/a（24h/d）。全裝置主要采用間歇操作方式，局部采用連續(xù)操作方式。全裝置采用三班倒制，每班8小時(shí)工作制。 安全防護(hù)措施3．4．1 聚合工段該工段使用的原料有丙烯酰胺、純水以及過(guò)硫酸鉀和N，N’亞甲基雙丙烯酰胺等，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(chē)間火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)為乙級(jí)；車(chē)間建筑屬于一類(lèi)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(wèn)題：① 車(chē)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(chē)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(lèi)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(guò)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(lái)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(zhuān)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(kāi)車(chē)前必須使用氮?dú)庵脫Q，%。⑩ 各儲(chǔ)罐裝料不得超過(guò)規(guī)定裝料系數(shù)，而且要有氮?dú)獗Ｗo(hù)。 后處理工段聚合反應(yīng)完全后，合成產(chǎn)物為“肉片”類(lèi)膠裝，結(jié)合實(shí)際情況后處理工段的注意事項(xiàng)如下：①干燥裝置在清理前要切斷外接管線，切斷電機(jī)，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(zhuān)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。4 工藝設(shè)計(jì) 物料衡算本次設(shè)計(jì)為年產(chǎn)量800t；年開(kāi)工時(shí)間300d/a（24h/d）；單體總轉(zhuǎn)化率視為100%；原料在調(diào)配罐中AM溶液濃度60%，聚合反應(yīng)釜中AM濃度12%；聚合釜反應(yīng)溫度為55℃，每批反應(yīng)時(shí)間為3h。經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)和結(jié)合實(shí)際，： 丙烯酰胺水溶液聚合間歇操作工藝流程草圖T101丙烯酰胺調(diào)配罐 V101交聯(lián)劑調(diào)配罐V102引發(fā)劑調(diào)配罐 R101聚合反應(yīng)箱P10P102液體輸送泵、工序變化(1）V10V102中為物料混合配制，無(wú)相變化和化學(xué)變化(2）R101中單體在引發(fā)劑、交聯(lián)劑作用下發(fā)生反應(yīng)：nCH2=CHCONH2 過(guò)硫酸鉀 [－CH2－CH(CONH2)]n N,N39。亞甲基雙丙烯酰胺 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合中單體相對(duì)分子質(zhì)量與聚合物結(jié)構(gòu)單元相對(duì)分子質(zhì)量無(wú)化學(xué)計(jì)量上的變化，引發(fā)劑、交聯(lián)劑會(huì)結(jié)合到聚合物分子鏈上。（1）結(jié)合實(shí)際情況，我們采用間歇操作，T10V10R101每天3批，V102由于引發(fā)劑用量很少，故每天配制一批即可，： 原料技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目?jī)?nèi)容技術(shù)指標(biāo)單體水溶液濃度6