课程设计-聚丙烯酰胺生产工艺设计.docx

精细化工工艺课程设计
题目:聚丙烯酰胺生产工艺设计
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2016.1
目录
摘要: 1
1. 概述 1
1.1 聚丙烯酰胺的分类及其特性 1
1.1.1 阴离子聚丙烯酰胺(简称APAM) 1
1.1.2 阳离子聚丙烯酰胺(简称CPAM) 2
1.1.3 非离子聚丙烯酰胺(简称NPAM) 2
1.2 丙烯酰胺聚合物的结构和性质 2
1.3 设计意义 3
1.4 设计依据 3
2.市场评估 4
2.1 丙烯酰胺聚合物的发展 4
2.2 应用领域 5
2.3 生产和消费情况 7
2.3.1 国外生产和消费 7
2.3.2 国内生产和消费 8
3. 丙烯酰胺聚合方法及机理 9
3.1 聚合方法 9
3.1.1 水溶液聚合 10
3.1.2 反向乳液聚合 11
3.1.3 反向悬浮聚合 11
3.2 聚合反应机理及影响因素 11
3.3 水解机理 12
4. 原料、产品的物理及化学性质 12
4.1 原料 12
4.2 PAM物理及化学性质 13
4.2.1 PAM的结构 13
4.2.2 PAM的物理性质 13
4.2.3 PAM的性能 14
4.2.4 PAM性能指标 14
5. 生产流程简述 14
5.1 工艺路线确定 14
5.1.1 聚合方法的确定 14
5.1.2 单体原料路线的确定 14
5.1.3 溶剂的选择 15
5.1.4 引发剂的选择 15
5.1.5 自由基反应方式 15
5.2 生产流程简述 15
5.3 车间概况 15
5.4 车间组成 16
5.5 生产制度 16
5.6 安全防护措施 16
5.6.1 聚合工段 16
5.6.2 后处理工段 17
6. 工艺计算及主要设备选型 18
6.1 物料衡算 18
6.1.1 计算的基础数据 18
6.1.2 计算基准 18
6.1.3 聚合釜物料衡算 18
6.1.4 一次研磨物料衡算(损失率:0.1%) 20
6.1.5 二次研磨物料衡算(损失率:0.1%) 21
6.1.6 干燥工段物料衡算(水分干燥:64%,除尘损失:1.6%) 22
6.1.7 包装工段物料衡算(除尘损失:0.4%,包装损失:0.1%) 23
6.2 设备计算及选型 24
6.2.1 聚合釜计算 24
6.2.2 管道计算 27
6.2.3 泵的选择 28
7.废气的处理 30
7.1治理方案选择 30
7.2 尾气治理装置工艺流程 31
8. 厂房布置说明 31
总 结 32
参 考 文 献 33
摘要:
聚丙烯酰胺项目以节能降耗、能量系统优化为宗旨,采用国内目前同类较为先进的新工艺、新材料和自主研发的新技术,可降低吨聚丙烯酰胺成本,增加企业经济效益。该项目投资结构合理、经济效益显著,项目的实施将为企业适应国家可持续发展战略要求,充分利用有限资源奠定强有力的基础。
关键词
节能降耗;新工艺,新材料
1. 概述
1.1 聚丙烯酰胺的分类及其特性
PAM及其衍生物都是通过丙烯酰胺的自由基聚合制成的均聚物或共聚物,是一种水溶性线型高分子物质。我们在双键及酰胺基处进行一系列化学反应,工艺不同,导入的官能基团不同,就能得到带有不同电荷的聚丙烯酰胺产品,包括阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺、两性离子聚丙烯酰胺四种。
1.1.1 阴离子聚丙烯酰胺(简称APAM)
阴离子聚丙烯酰胺是一种由高聚合度合成的水溶性线型高分子聚合物,这种聚丙烯酰胺以微颗粒的状态呈现,能迅速溶解。不同种类的聚丙烯酰胺具备不同的活性基团,便于不同的悬浮粒子絮凝和过滤分离。PAM的外观呈白色颗粒或粉末状,分子量为500万至2500万。由于它有能大量溶于水而几乎不溶于任何有机溶剂的特性,目前,APAM在许多行业中都被广泛的用作絮凝、增稠、粘结、阻垢、稳定胶体、减阻、成膜、凝胶等等方面。
1.1.2 阳离子聚丙烯酰胺(简称CPAM)
阳离子聚丙烯酰胺具有多种活泼基团,具有去除污浊、脱色、吸附、粘合等功效,从字面看,阳离子聚丙烯酰胺主要能絮凝带负电荷的胶体,因此特别适用于处理城市污水、工业污水,因此在染色、造纸、食品、建筑、冶金、油田等等与污染有关联的行业,阳离子聚丙烯酰胺被用来处理有机胶体含量较高的废水。CPAM的外观统一呈白色颗粒或粉末状,分子量为300万到1500万,其中阳离子度占3%到100%不等。
1.1.3 非离子聚丙烯酰胺(简称NPAM)
非离子聚丙烯酰胺经过特殊加工工艺合成,同时具有高分子量和低离子量的特性。由于这种聚丙烯酰胺具有特殊的基团,对絮凝、分散、增稠、粘结、成膜、凝胶、稳定胶体等方面都有很好的功效。非离子聚丙烯酰胺又根据分子量的大小进行分类,其中超高相对分子量聚丙烯酰胺主要用于油田的三次采油方面,高相对分子量聚丙烯酰胺主要作为絮凝剂使用,中相对分子量聚丙烯酰胺主要作为干强剂在纸张生产过程中被广泛使用,而低相对分子量聚丙烯酰胺则主要用来作为分散剂。非离子聚丙烯酰胺的外观同样为白色颗粒或粉末,分子量为数十至2000万不等。
1.2 丙烯酰胺聚合物的结构和性质
PAM在结构上最基本的特点是:
(1)分子链具有柔顺性和分子形状的易变性。
(2)分子链上有与丙烯酰胺单元数目相同的侧基——酰胺基,而酰胺基具有高极性、易形成氢键和高反应活性。这些结构特点赋予了PAM许多极有价值的应用性能。乳酰胺基的高极性使PAM具有良好的亲水性和水溶性,其水凝胶亲水而不溶与水;柔顺的长链使PAM水溶液具有高粘性和良好的流变性能;酰胺基极易与水或含有-OH基团的物质(天然纤维、蛋白质、土壤和矿物等)形成氢键,产生很强的吸附作用;酰胺基的高反应活性可使PAM衍生出很多变性产物,拓宽了他们的应用范围。
1.3 设计意义
石油工业是国民经济的支柱产业,石油是经济发展的重要保证之一。我国石油资源相对较少,三次采油是我国保证石油供应的重要措施。进行聚丙烯酰胺生产工艺设计的研究,可以使我国聚丙烯酰胺生产技术、产品质量以及生产规模均提升到一个较高水平,以满足三次采油对聚丙烯酰胺质和量的要求,避免引进产品带来的危险,保证三次采油技术的顺利实施最终以满足国民经济对石油供应的要求,并获得最大经济效益。
此外,聚丙烯酰胺在水处理行业具有广阔的应用前景和巨大的潜在市场。随着环境意识的不断加强,聚丙烯酰胺在城市污水处理方面的应用将会越来越受到重视,聚丙烯酰胺聚合生产工艺技术的研究,也将对城市污水处理工艺技术的提高起到推动作用。
1.4 设计依据
(1)课程设计的内容
年产5000吨聚聚丙烯酰胺工程:聚合工段的工艺设计。含:聚合工序、造粒工序、干燥工序。
① 对该项目的发展历史、现状及前景(产品、工艺等)进行综述。
② 原料路线的选择及工艺技术的选择。
③ 物料衡算。
④ 工艺物料流程(PFD)的设计。
⑤ 管道及仪表流程(PID)的工艺设计。
⑥ 主要工艺设备的选型。
⑦ 工艺平面布置。
(2)课程设计的要求与依据
课程设计时高等学校培养学生的最后一个及其重要的教学环节,在课程设计中培养学生综合应用所学知识的能力,不断提高学