年产500吨聚丙烯酰胺聚合工艺设计
第二章 原料、产品的物理及化学性质
2．1 原料
主要有丙烯酰胺、纯水、引发剂。
① 丙烯酰胺：分子量：71.08；形态：片状晶体；密度：1.22kg/L；熔点84.5℃；沸点：125℃；蒸汽压：9.33×10-5Pa；蒸汽密度：2.46（空气=1）；聚合热：81.51kj/mol；闪点138℃；平衡含水量：1.7(g水/kg干PAM)。
② 水：密度：998.1kg/h；比焓：209.3kj/mol；比热容：4.74×103j/(kg.K)；热导率：64.8×102w/(m.K)；黏度：549.4×106Pa.s；表面张力：676.9×104N/m。 ③ 引发剂：白色柱状或粉状结晶，易燃；熔点105℃；不溶于水，遇热分解放出氮气和有机氰化物。
2．2 PAM物理及化学性质
2．2．1 PAM的结构
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）分子链上有与聚丙烯酰胺单元数目相同的侧基—酰胺基，而酰胺基具有极高的极性、易形成氢键和高反应活性。 2．2．2 PAM的物理性质
密度：1.302g/cm3；临界表面张力：35～40mN/m；玻璃化温度：188℃；软化温度：210℃。 2．2．3 PAM的性能
PAM具有良好的亲水性和水溶性，其水凝胶亲水而不溶于水；高黏性和良好的流变调节性；酰胺基极易与水或含有—OH基团的物质形成氢键，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。 2 .2 .4 PAM性能指标 表2-1
项固含最小颗粒%不溶黏度分子水解滤过筛网溶解分布目 量% 数值
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（＜0.15mm） 物% 0.96 mPa.S 量 2×107 度% 比 系数 时间h 宽度 2 12 87.9 0.19 23.0 30.2 1.44 30.5 安徽建筑工业学院本科生课程设计
第三章 生产流程简述
3．1 工艺路线确定
3．1．1 聚合方法的确定
根据产物结构，从自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合、配位聚合等反应机理中确定选择出自由基聚合，同时考虑自由基聚合所用原料、引发剂、传热、物料输送、产物溶解、操作方式等方面综合考虑选择水溶液聚合实施方法。该工艺路线包括了自由基形成和链增长过程；由于水溶剂存在要考虑水分的干燥。要获得阴离子型聚合物须进行碱性NaOH水解；操作方式为连续操作。 3．1．2 单体原料路线的确定
通过比较丙烯腈的硫酸水合法、铜催化水合法和生物酶催化水合法等生产方法优缺点，结合实际情况，选择丙烯腈铜催化水合法。 3．1．3 溶剂的选择
因选择水溶液聚合法，故溶剂为水。 3．1．4 引发剂的选择
工业最常采用的AM聚合引发剂使氧化还原引发体系。该体系大概有两种：一是无机过氧化物与氧化剂组成；二是有机组成的氧化还原引发体系。因为溶剂为水和聚合反应活化能考虑，选择偶氮二异丁腈（E总=62kJ/mol）。 3．1．5 自由基反应方式
引发剂在较低温度下即可产生自由基，反应活化能低，在较低温度（0—50℃）引发聚合，引发速率快，对温度依赖性小。
3．2 生产流程简述
聚合工段主要由计量配料、聚合、研磨输送等岗位组成。
具体流程为：将单体AM水溶液装进配料槽，用纯水稀释到25%浓度，将温度调整到10℃，预制的原料经计量泵入通有氮气的聚合釜；在聚合釜内加引发剂，在氮气的氛围下开始聚合反应，反应后的混合物在聚合釜中停留成熟后，得到聚合物胶块；研磨机研磨后螺杆输送到造粒器造粒；将小胶块状进水解反应器，用氢氧化钠水溶液喷洒在胶块上并充分拌和，让其水解；将水解后的溶胶装进干燥器干燥到要求的含水量，然后将干燥的聚合物冷却到所需温度以例破碎；将干燥并冷却后的装进粉碎机破碎到规定的颗粒尺寸，然后将粉碎后的聚合物喂进振动筛，以分离除去大块聚合物；
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年产500吨聚丙烯酰胺聚合工艺设计
将筛选后的聚合物储存进成品仓，最后将产品装进包装袋。
3．3 车间概况
该车间设计生产规模为年产5000吨聚丙烯酰胺。
主原料：单体——聚丙烯酰胺；溶剂——水；引发剂——偶氮二异丁腈。 生产原理：采用水溶液均聚的方法，使聚丙烯酰胺、水和引发剂等在配料罐中配料，泵至聚合釜进行水溶液聚合。制得粘稠胶液，再通过研磨、水解、研磨、干燥、筛分获得最终产品。
3.4 车间组成
该车间主要由聚合工段、水解工段和后处理工段组成。聚合工段主要由计量配料、聚合、研磨输送等岗位组成。水解工段由水解、研磨输送等岗位组成。后处理工段主要由干燥、筛分、包装等岗位组成。
设计范围包括：聚合工段至后处理工段的物料衡算，聚合工段、干燥工段、后处理工段的各种设备选型，管路计算，物料流程图、带控制点工艺流程图、平面布置图等。
车间设备采用露天与厂房内布置相结合原则。其中罐区、尾气烟囱，空气过滤采用露天布置，其他全部采用厂房内布置。
3.5 生产制度
考虑装置的大修，采用年开工时为8000h。
全装置主要采用连续操作方式，局部采用间歇操作方式。 全装置采用五班三倒制，每班8小时工作制。
3．6 安全防护措施
3．6．1 聚合工段
该工段使用的原料有丙烯酰胺、纯水以及偶氮二异丁腈等，根据这些原料的性质，查阅《化工工艺设计手册》、《化工生产安全与防护》等确定车间火灾危险等级为乙级；车间建筑属于一类工业建筑。
设计中电气设备一律选用隔爆式电气设备；各设备均有接地线、跨接线等防静电
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设施及防雷设施；各岗位设有排风系统。此外，还应注意以下问题：
① 车间内禁止使用明火；禁止穿带钉子鞋进入装置现场；禁止吸烟；禁止随意使用铁器碰击设备；机动车未经许可不的进入厂区。
② 生产人员必须熟悉相关岗位消防设施的种类及存放位置，并能熟练正确使用，了解现场物料的性质。
③ 生产人员上岗必须佩带好劳动保护用品，在接触丙烯线胺等有毒化合物时必须带好手套、面具及其他防护用品。
④ 生产人员在生产过程中要即使检查，消除漏点。
⑤ 设备跑料、储罐冒顶应立即采取紧急措施，切断物料来源，控制现场，及时回收流失物料，消除危险。
⑥ 生产设备超压时应采取紧急排空措施，必须有专人监护现场。
⑦ 在生产装置检修敲打设备的时候，必须使用铜制工具或在铁制工具上涂上黄油，以免引起火花。
⑧ 生产现场禁止存放大量易燃易爆物品。
⑨ 设备开车前必须使用氮气置换，聚合系统内氧含量必须小于0.2%。
⑩ 各储罐装料不得超过规定装料系数，而且要有氮气保护。常压罐保压不超过0.05MPa，受压罐保压0.4MPa。 3．6．2 后处理工段
后处理工段除了有聚合工段的物料，还有水解产生的氨气，是易燃易爆物品，处理属于易燃易爆岗位。注意事项如下：
① 水解装置和干燥装置在清理前要切断外接管线，切断电机，有氮气置换，并分析可燃物浓度含氧量等，合格后人员方可入内。
② 后处理的电器、转动设备多，生产人员上岗必须穿好工作服戴好安全冒。所有电器设备在运转中禁止用手乱动。
③ 生产工作服内禁止带东西，防止落入设备内影响生产。 ④ 设备检修要有动火票，并有专人监护，切断电源，严禁启动。
⑤ 成品仓库禁止吸烟、使用明火，非岗位人员禁止入内，库内要经常保持卫生。
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第四章 工艺计算及主要设备选型
4．1 物料衡算
4．1．1 计算的基础数据
年产量5000t；年开工时间8000h；单体总转化率≥99.5%；原料AM溶液浓度30%，釜中AM浓度25%；纯水温度≤10℃；聚合釜平均温度100℃；聚合系统压力≤0.44MPa；计量罐压力≤0.1MPa，泵压≤0.8MPa。
设计选用配方：单体25%；引发剂4×10-5%；水约75%。 全装置总损耗2.3%，总收率97.7%。损耗分配如下： 包装损失：0.1% 除尘损失：2.0% 研磨损失：0.2% 4．1．2 计算基准
连续反应操作过程以kg/h为基准。 4．1．3 聚合釜物料衡算 聚合釜物料衡算图如下所示：
AM溶液纯 水 AIBN 聚合釜 聚合釜 去研磨 聚合釜 聚合釜
每小时产胶量
5000×1000÷8000=625kg/h 需30%的AM溶液 625÷30%=2084kg/h
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