【正文】 速發(fā)展，政府和民眾的環(huán) 8 保意識加強，必將促進(jìn) PAM的消費。 鑒于次，國內(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)國外的工藝技術(shù)和設(shè)備，建設(shè)萬噸級以上規(guī)模，以適應(yīng)日益激烈的市場競爭，但要防止不考慮客觀實際，一哄而上建設(shè)多 套大型裝置，造成產(chǎn)能相對過剩。 ③ 走重組兼并之路，逐步淘汰一些落后的小規(guī)模生產(chǎn)裝置，以提高行業(yè)的整體水平。 1. 2 設(shè)計意義 石油工業(yè) 是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，石油是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保證之一。進(jìn)行聚丙烯酰胺生產(chǎn)工藝設(shè)計的研究，可以使我國聚丙烯酰胺生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)規(guī)模均提升到一個較高水平，以滿足三次采油對聚丙烯酰胺質(zhì)和量的要求，避免引進(jìn)產(chǎn)品帶來的危險，保證三次采油技術(shù)的順利實施最終以滿足國民經(jīng)濟(jì)對石油供應(yīng)的要求，并獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。隨著環(huán)境意識的不斷加強，聚丙烯酰胺在城市污水處理方面的應(yīng)用將會越來越受到重 視，聚丙烯酰胺聚合生產(chǎn)工藝技術(shù)的研究，也將對城市污水處理工藝技術(shù)的提高起到推動作用。含：聚合工序、造粒工序、干燥工序。 ② 原料路線的選擇及工藝技術(shù)的選擇。 ④ 工藝物料流程 （ PFD）的設(shè)計 。 ⑥ 主要工藝設(shè)備的選型。 （ 2） 課程 設(shè)計的要求與依據(jù) 課程 設(shè)計時高等學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生的最后一個及其重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，在 課程 設(shè)計中培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力，不斷提高學(xué)生制圖、運算、計算機應(yīng)用、查閱文獻(xiàn)資料、編寫說明書等技能。具體要求學(xué)生掌握本課程的工藝設(shè)計原理、步驟 和方法。設(shè)計有關(guān)資料和圖紙應(yīng)保證計算準(zhǔn)確、字體端正、圖面清潔、設(shè)計合理， 所有計算部分應(yīng)有完整的計算過程，以達(dá)到全面訓(xùn)練的目的。此外還常伴有鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)。 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%。 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。 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。 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)，總的活化能為 。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。 ① 丙烯酰胺：分子量： ；形態(tài)：片狀晶體；密度： ；熔點 ℃；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)。 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）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． 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。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。 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． 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。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． 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。 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。 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。 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。水解工段由水解、研磨輸送等崗位組成。 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。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。 全裝置主要采用連續(xù)操作方式，局部采用間歇操作方式。 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)計手冊》、《化工生產(chǎn)安全與防護(hù)》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。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)。 ③ 生產(chǎn)人員上崗必須佩帶好勞動保護(hù)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(hù)用品。 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。 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。 ⑨ 設(shè)備開車前必須使用氮氣置換，聚合系統(tǒng)內(nèi)氧含量必須小于 %。常壓罐保壓不超過，受壓罐保壓 。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)。所有電器設(shè)備在運轉(zhuǎn)中禁止用手亂動。 ④ 設(shè)備檢修要有動火 票，并有專人監(jiān)護(hù)，切斷電源，嚴(yán)禁啟動。 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≤ 。 全裝置總損耗 %，總收率 %。 4． 1． 3 聚合釜物料衡算 聚合釜物料衡算圖如下所示： 每小時產(chǎn)膠量 5000 1000247。 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)化率計算 30%的 AM溶液及純 AM 的需求量 AM溶液： 2084247。 %=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。 =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 103 104 出 料 PAM 102 103 AM 101 101 水 103 104 合 計 103 104 一次研磨物料衡算 （損失率： %） 該段總損失 2． 51 103 0． 1%=其中損失： PAM 625 %=AM 11 %=水 103 %=獲得： PAM =AM =水 =一次研磨物料衡算列表 42 如下： 組 分 kg/h t/d t/a 進(jìn) 料 PAM 102 103 AM 101 101 水 103 104 合 計 103 104 出 料 PAM 102 103 AM 101 101 水 103 104 合 計 103 104 總 損 失 104 水解工段物料衡算 水解方程式如下： [CH2— CH（ C(=O)－ NH2 ） ]n﹢ NaOH→ [CH2— CH（ C(=O)－ ONa） ]n﹢ NH3↑ CH2=CH－ C(=O)－ NH2﹢ NaOH→ CH2=CH－ C(=O)－ ONa﹢ NH3↑ PAM 平均水解度 25%， NaOH 原料濃度 50%， AM 全部與 NaOH 反應(yīng)， NaOH 全部反應(yīng)，則有： PAM 624 25%（ ） =207kg/h PAM 624 75%=468kg/h AM （ ） =消耗 NaOH 溶液 ｛（ 156/） ﹢ ()｝ 40=產(chǎn)生 NH3 ｛（ 156/） ﹢ ()｝ 17=產(chǎn)生水 187． 97 50%= 18 得 總水 103﹢ = 103kg/h 水解工段物料衡算列表 43 如下： 組 分 kg/h t/d t/a 進(jìn) 料 PAM 102 103 AM 101 101 水 103 104 NaOH 102 103 合 計 103 104 出 料 PAM 102 103 AM 101 102 水 103 104 PAM 102 103