精细化工工艺课程设计课件(DOCX 37页)精细化工工艺课程设计题目：聚丙烯酰胺生产工艺设计姓名：学号：专业：手机号：指导老师：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)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 (15)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 (16)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 (32)总结 (32)参考文献 (34)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，不断提高学生制图、运算、计算机应用、查阅文献资料、编写说明书等技能。
通过该途径，使学生具有一定的发现问题、分析问题、解决问题以及工厂主要车间的初步设计能力。
具体要求学生掌握本课程的工艺设计原理、步骤和方法。
通过设计图纸和说明书能对所设计内容进行阐述和论证。
设计有关资料和图纸应保证计算准确、字体端正、图面清洁、设计合理，所有计算部分应有完整的计算过程，以达到全面训练的目的。
2.市场评估2.1 丙烯酰胺聚合物的发展PAM在1893年由实验室制得。
1954年在美国实现产业化生产，初期得产品仅室单一得非离子型PAM。
不久开发了碱性阴离子型PAM和阳离子型PAM。
PAM优良的水溶性、增稠性、絮凝性能和化学反应活性的显示出了巨大的市场潜力和广阔的应用前景。
丙烯酰胺单体由丙烯腈经硫酸催化水合制取。
20世纪70年代初美国合日本开发了丙烯腈铜催化水合法，1985年在日本又有丙烯腈生物酶催化水合法问世。
我国PAM产品的开发始于20世纪50年代末期。
1962年上海珊瑚化工厂建成我国第一套PAM生产装置，生产PAM水溶胶产品，用于矿产品处理和石油钻采工业。
随后又开发了辐射聚合法、反相乳液聚合法和水溶液聚合法生产PAM干粉。
由于在油气田开采和三次采油中的大量应用，以及在污水处理和造纸等方面的用量增加，我国PAM的生产能力不断增加。
自1994年自主开发的生物酶法制丙烯酰胺工业化获得成功及随后的2.5万吨/年丙烯酰胺示范性工业生产装置的建成，以及1995年法国NSF公司5万吨/年PAM生产装置后，我国PAM的产量和质量都有了很大的提升。
近10年来我国PAM发展迅速，现成为世界生产大国，产量跃居世界首位，生产规模已达国际水平。
现有生产厂200多个，生产能力（含AM）约为23万吨/年。
我国的销售量约占全球的1/3。
产品主要包括HPAM、CPAM、NAM等，以HPAM 为主。
产品剂型有干粉、水溶胶、油乳液和水乳液等，以干粉为主。
生物酶法制丙烯酰胺、梳型聚丙烯酰胺和超高分子量PAM等方面已达到世界先进水平。
但是在总体上，我国的PAM产品与国外相比还存在大的差距，主要反映在（1）产品系列：国外阳离子产品约占总产量的一半，且仍以每年10%的速度增长。
而我国阳离子产品仅占10%。
国外的阳离子产品的品种、类型十分齐全，大品种的分子量都超过1900万，干粉占53%，乳液占35%，水溶液仅占2%。
而我国的阳离子产品分子量较低，一般在500-800万之间，产品剂型以水溶液为主，制约了我国水处理和造纸工业的发展。
在品种系列化上，国外已形成齐全的多品种系列产品，达到2000多个品种。
仅法国NSF 公司一家的常规产品就超过1000种，可以适应各行业不同工艺条件和不同物料性质的要求，而用于数十个行业。
在我国尚缺少系列化产品，因而应用单一，这在造纸和不同水质的处理种尤为突出。
（2）生产规模和技术：我国随有近10家上万吨级的生产厂，产量占到90%。
但这些规模大的生产厂主要以满足石油开采所需的通用化学助剂为主，其产品单一，主要十阴离子型粉剂，尚无上规模的乳液型和阳离子型产品。
其他上百家的生产厂生产规模较小，技术相对落后，产品也比较单一只能满足污水处理等一般用途的要求，没有能力去补充通用品种。
2.2 应用领域PAM最有价值的性能是分子量很高，水溶性强，可以制作出亲水而水不溶性的凝胶，可以引进各种离子基团并调节分子量以得到特定的性能，对许多固体表面和溶解物质有良好的粘附力。
由于这些性能，使得PAM被广泛应用于增稠、絮凝、稳定胶体、减阻、粘结，成膜、阻垢、凝胶及生物医学材料等许多方面。
（1）石油开采：A.驱油剂：调节注入水的流变性，增加驱动液的黏度，改善水驱波发效率，降低地层中水相渗透率，使水与油能匀速的向前流动。
B.堵水调整剂：在油田生产过程中，由于地层的非均质性常产生水浸问题，需要进行堵水，其实质是改变水在地层中的渗流状态，以减少油田产水、保持地层能量、提高油田最终采收率的目的。
聚丙烯酰胺类化学堵水剂具有对油和水的渗透能力的选择性，对油的渗透性降低最高可超过10%，而对水的渗透性能减少可超过90%。
C.钻井液调整剂：调节钻井液的流变性携带岩屑，润滑钻头减少流体损失等。
可减轻对油气层的压力和堵塞，容易发现油气层，并有利于钻进速度比常规泥浆高19%，比机械钻速高45%左右，还可大大减少钻井事故，减轻设备磨损防止发生井漏和坍塌。
