分子量聚丙烯酰胺干燥设备毕业设计
摘要
本设计来源是通过在聚合物二厂聚合二车间实习，并且对合成聚丙烯酰整体生产工艺流程的分析和对其干燥设备进行分析，从文献、书籍和网络了解干燥器的发展和各类干燥器的优缺点。通过查阅有关设计流化床干燥器的中外文献，及有关聚丙烯酰胺的理化性质与合成方法，对卧式多室流化床干燥器进行设计。设计容包括干燥器主体的工艺计算和干燥器附属设备的选型和计算。
本文较全面的的阐述聚丙烯酰胺干燥设备的工艺流程及原理，并对干燥器工进行设计，通过对干燥器的物料衡算、能量衡算，确定干燥器的底面积和高度，对干燥系统绘制带控制点的流程图及车间平面图，完成干燥装置装配图。经计算与校核，干燥器的设计结果基本符合要求
第一章前言
1.1 聚丙烯酰胺的发展
1.国外聚丙烯酰胺的生产及消费情况
目前世界上聚丙烯酰胺的总生产能力约为55×104t/ a，美国、日本、欧洲是聚丙烯酰胺的主要生产国家和地区，其生产能力约占世界总生产能力的75%。国外聚丙烯酰胺的主要消费领域是水处理和造纸业，其用量占总消费量的80%以上。各国聚丙烯酰胺的消费结构有所不同，美国和西欧的聚丙烯酰胺主要用于水处理，在造纸业所占比例相对较小，而日本的聚丙烯酰胺则主要用于造纸工业[1]。
2. 国生产消费及市场分析
石油开采是目前我国聚丙烯酰胺最大的消费领域，其消费量约占国聚丙烯酰胺总消费量的81%。
水处理是我国聚丙烯酰胺的第二大消费领域，目前消费量约占消费量的9% ，与国外发达国家相比有很大的差距。
聚丙烯酰胺在造纸行业中主要用作助留剂（增强颗粒的流动性，改善颗粒的表面性质，使之光滑）、干增强剂（用于提高纸的抗强度、耐破应力、耐折度及挺度）和废水处理的絮凝剂。
在采矿、冶金、煤炭、制糖、水泥增强剂、高吸水性树脂、粘合剂、皮革复鞣剂等领域，聚丙烯酰胺也有一定的消费量[5]。
油田开采占81%，水处理占9%，造纸占5%，矿山占2%，其它占3%[2]。
1.2 聚丙烯酰胺的种类
聚丙烯酰胺的合成可分为生物制丙烯酰胺聚合法和化学生产丙烯酰胺聚合法。化学合成方法就是通过化学药剂合成丙烯酰胺单体，由单体聚合成聚丙烯酰胺的方法。物理合成是通过生物菌类的初级代产物生产丙烯酰胺单体，在通过化学方法聚合成聚丙烯酰胺。
根据PAM大分子链上官能团在水溶液中的离解性质，可划分成阴离子型（CPAM）、阳离子型（APAM）、非离子型（NPAM）及两性离子型几个品种。也可根据相对分子质量划分成低分子量（100万以下）、中低分子量（100万～1000万）和高分子量（1000万以上）几个类型。PAM的应用围在很大程度上取决于其化学组成和相对分子质量。如何制备高分子量、高性能的PAM一直都是研究者探讨的重点和难点[3]。
1.3 聚丙烯酰胺的性质
聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）是丙烯酰胺及其衍生的均聚物和共聚物
的统称。因其结构单元中含有酰胺基、易形成氢键，使其具有良好的水溶性和很高的化学活性，可通过接枝、交联等反应得到多种衍生物。
1.4 聚丙烯酰胺的主要特点
固体聚丙烯酰胺的物理性质见表1-1[4]
表1-1固体聚丙烯酰胺的物理性质
性质指标
密度（23℃），g/cm3 1.302
表面力，mN/m 35-40
玻璃化温度，℃188
软化温度，℃210
热失重，℃初失踪，290；失重70%，430；失重98%，550
热分解气体<300℃,NH3;>300,H2、CO、NH3
溶剂水、丙烯酸、醋酸、二甲基甲酰胺、吗啉
θ溶剂水：甲醇=59：41（V/V）
非溶剂烃类、醇类、酯类、四氢呋喃
丙烯酰胺的物理化学性质与应用之间的一般关系见表1-2[4]
表1-2 聚丙烯酰胺的物理化学性质与应用之间的一般关系聚丙烯酰胺的
物理性质
作用结构因素应用工业
吸附性
分散酰氨基
分散助剂
表面涂布
造纸、纺织
医药
黏附
（结）
酰氨基离子基团
增加纸干强
钻井泥浆
建材粘结
造纸
地质、石油
建筑
絮凝
线型长链
酰氨基
离子基团
固体回收
污水治理
水的净化
助流和助滤
采矿、选矿
环保
公用事业、养殖
造纸、选矿
高黏性流变控
制
线型长链
离子基团
减阻
增稠
消防、化工、舰船减
阻
三次采油
交联性
凝胶
交联基团增稠、调剖三次采油
离子基团
增加纸湿强
固定土壤、保墒
表面涂层
造纸
农业、造林、改造沙
漠
建筑
高吸水
性
交联基团
酰氨基
离子基团
保水、保液
保温尿布
农业植保
医用辅助
生物惰
性和生
物相溶
性
酰氨基
体植物填充
控释药物
医药
1.5 干燥器的分类与选择
1.5.1 干燥器的分类
表1-3常用干燥器的分类
类型干燥器
对流干燥器厢式干燥器，沸腾干燥器，
气流干燥器转筒干燥器，喷雾干燥器传到干燥器滚筒干燥器，真空盘架式干燥器
辐射干燥器红外线干燥器介电加热干燥器微波干燥器
1.5.2干燥器的选择
表1-4主要干燥器的选择表
湿物料的状态物料的实例处理量试用的干燥器
液体或泥浆状洗涤剂、树脂溶剂、盐
溶液、牛奶等
大批量喷雾干燥器
小批量滚筒干燥器
泥糊状染料、颜料、硅胶、淀
粉、泥土等
大批量
气流干燥器、带式干燥
器
小批量真空转筒干燥器
粉粒状（0.01～20μm）聚氯乙烯等合成树脂、
合成肥料、磷肥、活性
炭等
大批量
气流干燥器
转筒干燥器
流化床干燥器
小批量
转筒干燥器
厢式干燥器
块状（20～100μm）煤、焦炭、矿石等
大批量转筒干燥器
小批量厢式干燥器
片状烟叶、薯片大批量带式干燥器
小批量穿流厢式干燥器
短纤维醋酸纤维、硝酸纤维
大批量带式干燥器
小批量穿流厢式干燥器
一定大小的物料或制
品瓷器、胶合板、皮革等
大批量隧道干燥器
小批量高频干燥器
第二章设计容概述
2.1 工艺原理和设计目的
2.1.1工艺原理
本装置用丙烯酰胺单体溶液聚合生产聚丙烯酰胺产品, 可根据市场需求生产抗盐聚丙烯酰胺产品。
本车间采用均聚后加碱水解工艺，该工艺能使聚丙烯酰胺分子量大幅度提高，最高可达3500万以上，具有较高的抗盐性能。
1.聚合反应原理
本工艺采用丙烯酰胺单体溶液均聚方法聚合，丙烯酰胺单体在催化剂作用下，发生自由基聚合。
聚合反应方程式：
H H
n CH2=CH { C C}n
O=C－NH2 H O=C－NH2
2.水解反应基本原理
聚合胶粒与粒碱接触后，发生水解反应。水解反应方程式：
( CH2CH ) n + mNaOH ( CH2CH ) m (CH2CH ) n－ m+mNH3[6]
CONH2 COONa CONH2
2.1.2设计目的
设计主要针对专业实习的生产车间，根据分析聚合物二厂聚合二车间13线生产的整体流程，对产品的干燥过程进行分析，针对聚合二车间13生产线干燥设备，进行优化设计。此设计根据13线现有干燥设备进行设计分析。采用流化床式干燥器的原因是生产的聚丙烯酰胺的颗粒较大，处理量较大，物料的初含水量很高，要求生产产品的干燥程度均匀。
2.2干燥流程简介及卧式多室流化床干燥意义简介
卧式多室流化床干燥器的形状为长方形。用垂直挡板分隔成多室，挡板与孔板间留有一定空隙（一般为几十毫米）使物料能够通过。湿物料加入后经气流作用，做类似液体流动，由第一室依次流经各室，至最后一室卸出干燥后产品。由于挡板
的作用，各室的物料不可能像单室干燥那样互相混料。物料由一室依次流经各室时其水分含量亦依次减小。所以产品的干燥程度均匀，这是卧式干燥器的主要优点。
来自气流干燥器的颗粒状物料用加料器加到干燥器的第一室，依次经各室后，于50℃下离开干燥器。经过滤的空气由送风机送到翅片加热器升湿到125℃后进入干燥器，经过与聚丙烯酰胺颗粒接触进行传热传质后温度降到73.5℃。废气经旋风分离器净化后由抽风机排至大气。空气加热器以1MPa的饱和水蒸气作载热体。干燥过程中采用前送后抽式供气系统，维持干燥器在-200—-300Pa下工作。
2.3干燥器的设计
依据工艺条件设计一台干燥聚丙烯酰胺颗粒的卧式多室流化床干燥器，年产量1.3万吨。用于干燥中分子量的聚丙烯酰胺颗粒，设计容包括干燥器结构的确定，干燥工艺的流程，干燥工艺的基本计算，干燥过程附属设备的计算和选型。来自气流干燥器的颗粒状物料用加料器加到干燥器的第一室，依次经各室后，于50℃下离开干燥器。经过滤的空气由送风机送到翅片加热器升湿到125℃后进入干燥器，经过与聚丙烯酰胺颗粒接触进行传热传质后温度降到73.5℃。废气经旋风分离器净化后由抽风机排至大气。空气加热器以1MPa的饱和水蒸气作载热体。干燥过程中采用前送后抽式供气系统，维持干燥器在-200—-300Pa下工作。
2.3.1 操作条件及基本物性数据[7]
1．常规数据
（1）干燥介质热空气
初始湿度H
0.018 kg水/ kg干气
预热器入口温度t
15℃
离开预热器温度t
1
125℃
（2）物料入口温度θ
1
25℃
（3）加热介质饱和蒸汽、压强1MPa
（4）操作压强常压
（5）设备工作日每年330天，每天24小时连续运行
2．物性数据
（1）颗粒平均粒径d 1.10mm
颗粒密度
s 13003
/
kg m