毕业设计（论文）-聚氯乙烯排水管毕业设计.doc

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1、I 摘 要 本设计是从的发展经过以及现状来着手的，以生产厂实际的发聚丙烯酰胺 展情况为依据，按照国家的相关政策和法规，明确了设计的原则。与此同时， 要遵守国家相关的法律和法规，以国内为立足点，把从国外引进的设备及工艺 吃透和消化，力求先进生产技术，合理经济，可行实施，可靠安全，以免污染 环境，同时使生态平衡得到保护。 任务设计书是确定设计在什么范围的的主要根据：从(AM)单体丙烯酰胺 的工艺设计工段到研磨筛分工段的工艺设计（初步） 。选择了溶液法制备 ，通过物料以及热量衡算，最后得到了物料平衡图，为设备工两性聚丙烯酰胺 艺计算奠定基础。同时也对装置的组成和生产的方法进行了系统的分析，以此 明确

2、了合理的操作规程以及工艺参数。 从 AM 单体溶液配制工段到研磨筛分工段，按照物料走向，依次对配制罐、 聚合釜、搅拌系统、水解机、干燥系统做物料及热量平衡计算。根据物料以及 热量衡算的相关数据，进行了设计部分有关的工艺设计。根据设计要求，中间罐 计算出中间罐直径 3.3m，筒体高度 4.95m。 以工艺的流程以及控制的方案为依据，画出伴有控制点的；编工艺流程图 制了 2.3107千克/年两性聚丙烯酰胺生产车间工艺设计说明书。经过最后核算， 2.3107千克/年两性聚丙烯酰胺生产车间工艺设计符合设计要求，各项参数均 已达标。 关键词关键词：聚丙烯酰胺；中间罐；工艺设计 II Abstract T

3、he design from the development process and the current status of polyacryla- mide approach, in the light of the actual situation of production plants, in accordance with national policies and regulations to determine the design principles: compliance with relevant state laws and regulations, based o

4、n domestic, understand and assimilate imported equipment and technology to the production of advanced technology, economic rationality, the implementation of viable, safe, reliable, and the prevention of environmental pollution, the protection of ecological balance. According to the book design to d

5、etermine the scope of design: from the Preparation of process design can AM and DMDAAC Section to the grinding section of the process design (preliminary). And select the solution method to get together polyacrylamide. Through the material and heat balance, material balance plans has been to lay the

6、 foundation for computing equipment. And production methods, devices composed of an analysis to determine the reasonable process parameters and procedures From AM Solution prepared section to the grinding section, in accordance with the material move towards, in order for the preparation of cans, po

7、lymerization autoclave, stirring system, hydrolysis machine, drying system to do the calculation of materials and heat balance. Use of material balance and heat balance data for the preparation of the thematic part of the process tank design. According to design requirements, Middle tank volume is c

8、alculated 45.468m3, diameter is 3.3m,height is 4.95m. In accordance with the established process and control program, with control points to map out the process diagram; the preparation of 2.3 107 kg / year PAM production process design specification. After the final accounting,2.3 107 kg/year PAM p

9、roduction process design in line with the design requirements, the parameters have been achieved. Key words: polyacrylamide; Middle tank; process design III 目 录 摘 要I ABSTRACTII 第 1 章 总论 .1 1.1 概述.1 1.1.1 聚丙烯酰胺的发展简史1 1.1.2 聚丙烯酰胺的生产现状1 1.1.3 我国聚丙烯酰胺工业发展3 1.1.4 聚丙烯酰胺用途及发展趋势4 1.2 设计原则依据及范围.6 1.2.1 设计原则

10、6 1.2.2 设计依据 7 1.2.3 设计范围及深度 7 1.3 生产规模.7 1.3.1 本装置生产规模 7 1.3.2 设计的开工时间 7 1.3.3 生产方式 7 1.4 装置组成.7 1.4.1 生产工段 7 1.4.2 辅助生产设施 8 1.5 生产制度.8 第 2 章 生产方法及工艺流程.9 2.1 生产方法及工艺流程选择.9 2.2 工艺参数的选择.9 IV 2.3 工艺流程特点.10 第 3 章 生产流程简述 .11 3.1 聚合原理.11 3.2 生产流程说明.11 3.2.1 单体预聚液配制 11 3.2.2 聚合 12 3.2.3 初次造粒 12 3.2.4 水解 1

11、2 3.2.5 干燥 13 3.2.6 研磨与筛分 13 3.2.7 包装 14 第 4 章 工艺计算 .15 4.1 物料平衡及热量平衡计算.15 4.1.1 AM 配制出的物料衡算15 4.1.2 聚合釜的物料衡算16 4.1.3 水解机的物料衡算18 4.1.4 干燥物料衡算 19 4.1.5 包装物料衡算 20 4.2 热量衡算.21 4.2.1 聚合釜的热量衡算21 4.2.2 水解机热量衡算 22 4.2.3 流化床干燥器的热量衡算23 第 5 章 设备选型计算 .27 5.1 设计依据.27 5.2 计算项目.27 V 5. 3 计算 27 5.3.1 配制罐的体积 27 5.3

12、.2 搅拌器的选型 28 第 6 章 原材料动力消耗定额及消耗量.29 6.1 原材料动力消耗定额及消耗量.29 6.2 公用工程消耗定额及消耗量.29 第 7 章 车间成本估计 .31 第 8 章 环保及安全措施.32 8.1 三废排放及处理方法.32 8.2 安全措施.32 结 论 .33 参考文献 .34 致 谢 .36 附 录 .37 设备一览表37 符号说明38 C 成品指标39 沈阳工业大学本科生毕业设计 0 第 1 章 总论 1.1 概述 1.1.1 聚丙烯酰胺的发展简史 ，它是一种及其重要的解胺的衍生物两性聚丙酰胺是聚丙酰阴离子型聚电 质。在化工领域非常多的应用，例如冶金、造纸

13、、水处理、采矿和采油等化工 领域都有其很广泛的应用。其能够提高原油的采收率，因为它拥有一种特性在 水溶液中拥有很强的增调能力，所以广泛应用于采收率的提高。聚丙烯酰胺溶 液拥有很多种特性，其中一种为黏弹性，它是其中的一种,在多孔非牛顿流体 介质中流动时所遇到的阻力相比较其他的比较到,波受其影响扩大，同时体积也 收到其影像变大。,提高采收率在各种使用场合中，除了考虑聚合物水解体的影 响之外，对其水解度的要求也是不相同的。在石油开采中我们所使用的聚丙烯 酰胺，我们对其性质要有一定的要求，例如要求其水解度在 15%50%之间。 当水解度过低的时候，低于 15%这个临界值的时候，与之相关的是 PAM 阴

14、离 子浓度，会导致聚丙烯酰胺的阴离子度过低，而 PAM 阴离子度过低造成的结 果是其无法通过用高价金属离子交联，所以形成的胶体强度较小；然而当水解 度过高的时时候，高于 50%的时候，则对溶液中的金属离子有过敏反应像 Ca2+、Mg2+，使聚丙烯酰胺析出因为该过程中容易发生沉淀。 作为构成部分水解聚丙烯酰胺的聚合物，主体聚合物是聚丙烯酰胺 (Polyacrylamide,简称 PAM)，在线性与非线性聚合物中，它是一种线型的聚合 物，其性质的一种为水溶性，是聚丙烯酰胺的名称，同时也是其及衍生物的一 种统称，在高分子中应用非常的广泛特别是水溶性高分子，其广泛应用的品种 有很多，这只是广泛应用品种

15、之一，它在工业生产中具有很多的作用，以下我 们将列举几个其工业中的作用像增稠、絮凝和对流体、流变体有调节作用，通 沈阳工业大学本科生毕业设计 1 常的在工业生产过程中，如果是含有 50%以上的丙烯酰胺单体的聚合物，我们 将这种聚合物泛称做聚丙烯酰胺。聚合物聚丙烯酰胺的衍生物种类划分为很多 不同类型的衍生物，分为很多种，例如其衍生物有两种离子型的衍生物，有阴 离子 PAM、阳离子 PAM，另外还有一种非离子型衍生物为两性型 PAM。聚丙 烯酰胺的用途的种类也有很多，以下我们列举了其一些聚丙酰胺的用途，PAM 可以用做絮凝剂、增稠剂、纸张增强剂和液体的减阻剂等7，在工业生产中在 很多行业我们也用到

16、聚丙烯酰胺，例如石油开采、水处理、造纸、煤炭、矿冶、 轻纺、地质、医药、建筑等行业都有其应用，因此 PAM 有“百业助剂“、“万能 产品“之称。其系列产品通过分类我们可以将其分为三种不同的种类，阳离子型 聚丙烯酰胺(APAM)和阴离子型聚丙烯酰胺(CPAM)是聚丙烯酰胺的两种离子型 种类，还有一种非离子型聚丙烯酰胺(NPAM)与离子型聚丙烯酰胺不同也是其 分类的一种。这些聚合物种类也是很多的不同的，例如我们可以把它划分为均 聚物，相反的共聚物也是其中的一种。PAM 因为其用途的广泛投入大规模生产， 是一种工业生产中常用的水溶性聚合物。 1.1.2 聚丙烯酰胺的生产现状 现在国际上聚丙烯酰胺的生

17、产能力很高，国际上 PAM 总生产能力在 1.875106kg/h 左 右，其中以美国、欧洲、日本为最，因为其技术相比较比较先进，所以占据了很大一部分 的市场，这三个国家是聚丙烯酰胺主要生产的国家，当然也是聚丙烯酰胺的主要消费国家。 在全球范围内其实聚丙烯酰胺的生产企业有很多，以很高的比例多于了单体生产企业，所 以很多的企业通过外购 PAM 单体来进行其企业自己的工业生产。1997 年据统计在全球范 围内聚丙烯酰胺一年的总产量约为 4.0107kg。因为国际上美国、欧洲、日本这些国家的生 成能力很强，多以 PAM 的主要生产公司为美国、欧洲、日本的一些国家，以下我们将列 举几个国家的公司，例如

18、美国纳尔科，塞思（美国氰氨） ，陶氏化学公司，法国 SNF，日本三菱化学，三井化学等；在日本生产大约有 12 家企业生产聚丙烯酰胺， 其醋在的问题只是企业比较分散。美国、西欧、日本这些国家的生产能力很强，占领了世 界的绝大部分份额，约占世界总能力的 85%左右。 国外 PAM 的消费分很多，我们将列举其中几个重要的消费种类，其中主 要的是水处理和造纸，PAM 的消费种类大概分为：废水处理，造纸，饮用水处 理，采矿，石油开采，与种类相对应的它们所占的比例分别为 26%，20%，18%，14%，13%，其他 9%。各个国家的消费我们可以划分为很 多种类，当然消费结构也有所不同，聚丙烯酰胺在美国和西

19、欧最大消费领域为 水处理所占的比例很大，与水处理占领最大的消费领域不同的是消费较少的领 沈阳工业大学本科生毕业设计 2 域造纸工业，在造纸方面所消费的比例较其他相对较小，与之不同的是日本， 造纸工业在日本与美国和欧美是两个极端，造纸工业是聚丙烯酰胺的最大用户。 1997 年美国聚丙烯酰胺产量，消费量，出口量分别为 1.318109kg，1.21109kg，1.18108kg。聚丙烯酰胺在石油开采工业可以提高采 收率，所以为了提高石油的采收率的聚丙酰胺的需求量有很大的提高，其中聚 丙烯酰胺在美国 70 年代至 80 年代之间的有了很大的需求。 美国马拉松石油公司，针对提高石油采收率工程所需聚合物

20、要求，在 80 年代初独自研发了一种生产聚合物的工艺技术为低浓度均聚法，并相继建成了 四个拥有相同工艺的聚合物生产装置，总生产能力为 2.7t/a，其工艺特点是生 产的聚合物经过连续稀释后可直接注入地下，消除了粉剂产品由于生产干燥致 使聚合物质量变差，所用的能耗和所需的设备较多和可能出现不溶物等弊端， 该工艺很适合于聚合或短途运输聚合。 水溶液聚合是 PAM 的聚合方法，起聚合粉状聚丙烯酰胺生产工艺有两种 聚合方法，分别为低浓度聚合和高浓度聚合，其是按照单体浓度来划分的。美 国的一家公司道化学公司报道，通过低浓度水溶液聚合粉状的胶体，然后粉状 的 PAM 流涎到通过蒸汽而加热的转鼓，在被加热的

21、转股上慢慢形成薄片，然 后随着蒸汽加热的转鼓慢慢转动加热，在其上面的聚丙烯酰胺被加热，通过这 个过程进行干燥。我们需要将干聚丙烯酰胺进行处理，将干聚丙烯酰胺从滚筒 上刮下后，再通过粉碎等一系列步骤之后，就可以得到粉状产品。美国的一家 公司纳尔科公司报道，我们需要将 30%的丙烯酰胺水溶液与其他物质相互混合 之后进行下雨不，这里我们将 30/%的丙烯酰胺水溶液与氧化还原引发剂相互混 合后，然后灌入到以 61cm/min 而运行的一条传送带上，在铺成薄层的氮气氛 下的条件之下来进行混合混合，然后进行连续薄片聚合反应，随后进行干燥粉 碎，通过干燥粉碎后得粉状产品。日本三井氰胺千叶工厂所用的聚合工艺与

22、美 国内尔科有所不同，其粉状聚丙烯酰胺生产车间采用的方法，是丙烯酰胺与丙 烯酸盐共聚片状聚合工艺。 阳离子聚丙烯酰胺（ CPAM）是聚丙烯酰胺的一种，我们观察其 外观 沈阳工业大学本科生毕业设计 3 的特征，CPAM 为白色粉粒， CPAM 分子量大约一个区间内约为 8001500 万之间。阳离子聚丙烯酰胺的 离子度大约在 20%55%之间， CPAM 的水溶解性非常好，其性质体现在 CPAM 能以任意比例溶解于水 ， 但是 CPAM 不能溶解于有机溶剂。 PH 值对 CPAM 影响不大，因为 其有效 的 PH 值在 114 之间，因为 CPAM 是聚丙烯酰胺的一种所以 拥有高聚合 物的特性，

23、高聚合物 电解质的特性 为其中的一种 ，其适用于带负电荷 以及 富含有机物的废水处理。 阴离子聚丙烯酰胺（ APAM）外观为白色粉粒 与 CPAM 外观相同是聚 丙烯酰胺分类的一种 ，阴离子聚丙烯酰胺的 分子量大约在 600 万2500 万 直接。APAM 与阳离子聚丙烯酰胺相同拥有的 水溶解性好， 所以阴离子聚 丙烯酰胺能以任意比例溶解于水 ，但是同样的与阳离子聚丙烯酰胺相同， 阴离子聚丙烯酰胺 不溶于有机溶剂。 碱性物质有利于阴离子聚丙烯酰胺， 所以 APAM 的有效的 PH 值在 7 到 14 之间呈碱性，APAM 在中性碱性介 质中拥有高聚合物的特性，其中有拥有高聚物 电解质的特性，

24、同时 APAM 与盐类电解质 之间十分的敏感，所以与高价金属离子 之间能反应， 能够发 生交联，交联成不溶性凝胶体。 两性离子聚丙烯酰胺（ ACPAM）外观与阴离子、阳离子聚丙烯酰胺的 外观相同，所以同为白色粉状 。产品特点 :两性离子聚丙烯酰胺因分子内含 有两种不同的基团，一种基团为 阳离子基，另一种基团是 阴离子基，同时 含有这两种基团 ，ACPAM 与阳离子聚丙烯酰胺相比， 具备除一般 CPAM 絮凝剂的使用特点外， 同时其性能表现的更加的优异 表。此类絮凝剂在 可 一定的 PH 值内使用，PH 的范围一般可以取的比较大 ，其具有很多的特性 比如比较其他的， CPAM 有更高滤水量 ，与

25、此同时 CPAM 的滤饼含水率 比 其他的相比较低，两性离子聚丙烯酰胺的用途也有很多，例如它 可用于从 强酸中浸提矿石，在含金属的酸性催化剂中 CPAM 也可以用来 回收有价值 的金属。 两性离子型不是单纯的两种离子型聚丙烯酰胺的混合，所以它不是阴离子 沈阳工业大学本科生毕业设计 4 型与阳离子型的混合 之后得到的产物 。假使我们把阳离子聚丙烯酰胺与阴 离子聚丙烯酰胺 想混混合，让后进行 配合使用之后，两者之间不能形成两 性离子型的聚丙烯酰胺，相反的两者之间 会发生反应产生沉淀。所以两性 离子产品为最理想。 1.1.3 我国聚丙烯酰胺工业发展 我国生产丙烯酰胺的方法为化学，我们国家的化学法生产

26、丙烯酰胺 的工艺 相比较其他国家而言 起步相对的比较晚 ，最近这一些年也 没有很大的 进步 与发展，铜系催化剂 仍旧是我过首选的催化剂 ，我国采用的工艺路线为 固 定床工艺路线， 我国能够生产的 最大生产能力为 2000ta，与国外相比较， 特别是国外的 先进生产技术相比， 我过的生产 规模小，但是我们所消耗的 能源能耗很高，生产出来的 产品质量与其他国家相比 不稳定，远远没有达 到生产要求，无法生产出 高相对分子质量 的聚丙烯酰胺 ，达不到高相对分 子质量的聚丙烯酰胺的 原料要求。同时，在市政供水系统，技术的需求越来 越高的要求定制的解决方案，它增加了一个额外的利润空间的产品。在工业生 产中

27、所造成的 废水以及工业废水的 处理方面， 当然还有其他的方面例如 煤 炭开采和与煤炭开采息息相关的 热电站等方面提供了巨大的交易空间。随 着技术的重用日益关注也是一个市场驱动因素。在聚丙烯酰胺的工业发展中 水处理领域也面临着巨大的挑战 ，比如工业生产中所造成的污水其污水处 理的问题就是聚丙烯酰胺所面临的一个巨大的挑战 。随着工厂技术的不断 的先进，在工业生产的过程中，造成的 工业废水处理 系统已经趋于完善 ， 这对于聚丙烯酰胺的法杖造成了很大的限制 。很多的工厂因为经营的问题 而倒闭，没有了工业生产所造成的废水，说造成的问题就是废水处理量减小， 很多公司因为经济效益的原因 ，对废水的处理只进行

28、最低的标准 。再有， 因为很多行业的衰退，对水处理化学品生产工业也造成了一定的限制，例如 石油开采、采矿以及造纸 行业等行业的不景气 。一些工业应用的技术服务提 供了机遇，也在一定程度上稀释的行业的利润。 该聚合物本身是没有什么任何毒害的 ，但是因为其最后获得的产物 中 还有部分没有参加聚合反应的单体 丙烯酰胺单体， 因此有一定的可能会对 健康有害。聚丙烯酰胺 的应用非常的多，像 石油开发、采矿工业、造纸 行 业、水处理行业、农业、食品工业等等。 近来，聚丙烯酰胺 被发现可成为 一种新的填料，作为皮下埋填剂，开始被广泛的用于美容整形的手术当中。 目前在我国聚丙烯酰胺有着重大的市场，石油产业是当

29、前我们聚丙烯酰胺 最大的用户，其消耗的聚丙烯酰胺量占国内总消费量的很大比例，大概约为 81。大型石油领域在中国包括大庆，生力，中原，华北，大港，辽河，所以 在后期进入开采，以确保稳定的油田，大庆油田已应用于聚合物驱油技术， ， 沈阳工业大学本科生毕业设计 5 胜利、辽河油田为了提高采油量也进行了一系列实验，其中的聚合物驱油试验， 获得非常显著的增油效果。根据油田规划，预计在 2010 中国的石油消费量将 达到 100000 吨，生产聚丙烯酰胺。 石油产业在我国是聚丙烯酰胺的第一大消费领域，水处理是继石油产业之 后我国聚丙烯酰胺的第二大消费用户，当前水处理所消费的聚丙烯酰胺占总消 费量的 9，拥

30、有很大的发展前景。早我国城市污水处理存在一定的问题，其 污水处理率不足 30，相同的工业生产所用的工业水的重复利用率与其发达国 家相比也很低大约为 60，工业生产过程中所产生的工业废水处理率仅仅为 77，其与发达国家的水平还是有很大的差距的。我们的聚丙烯酰胺的应用开 发环境的要求更严格的审查，聚丙烯酰胺有一种用途是作为絮凝剂，作为絮凝 剂的聚丙烯酰胺在我买过的用途也是十分广泛，其涉及领域很多，在我国城市 污水处理、化工、冶金、造纸、印染、煤炭、建材等行业的废水处理都有着不 俗的消费量。预计在 2010，中国的水处理聚丙烯酰胺消费量将达到 20000 吨。 聚丙烯酰胺对于 造纸的作用是，联系纸浆

31、纤维和添加剂的粘结剂， 在 废水处理中也起到了重要的作用 。造纸工业是聚丙烯酰胺的 一大重要消费 支柱。欧洲和北美市场 已经是发展的十分完善了 ，另外我们亚洲的一些国 家的增长也有了长足的进步，其中 中国、南美、印度 的增长也很是巨大 。 因为世界经济的影响 ，造纸行业受到了一定的影响 ，直接的导致 聚丙烯酰 胺发展的发展受到了一定的限制 。此外，造纸行业受到其本身自身因素的 一些影响，加之市场的需求也很巩固，限制了聚丙烯酰胺收获更大的经济 效益。 1.1.4 聚丙烯酰胺用途及发展趋势 1）用于污泥脱水的污泥自然选择模型，根据产品，可以在污泥进入污泥压滤机脱水， 脱水，絮体是有效的，不粘布，过

32、滤无松动，泥饼厚流， ，脱水效率高，滤饼水分含量低 于 80%。 沈阳工业大学本科生毕业设计 6 2)对于我们生活中所产生的污水，比如说生活污水的处理，我们所用的物 品在碱性的介质中呈现的电性是阳性的，如此对于在污水中的阴电荷的悬浮颗 粒可以与之反应，在污水中进行絮凝沉淀，起到澄清的作用。在工业生产和农 业生产中所造成的的废水起到很好的作用，例如我们产粮食酒精的废水，造纸 过程中所造成的废水，城市中环境问题带来的污水处理中的的废水，酿酒厂中 的废水，味精厂废水，制糖废水，有机含量高的废水、纺织过程中的废水和印 染废水等，用阳离子聚丙烯酰胺要比要比其他物质的效果要好的多，特比是比 用阴离子、非离

33、子聚丙烯酰胺或无机盐类效果要更好甚至是超过十倍的比例， 这其中的原因是废水中所带有的阴电荷多。 3)被用于水处理的絮凝剂，特别是水源的处理，之所以被广泛的用于自来 水，是因为它的效果明显，用量少，效果好，成本低是它的主要特点，与无机 絮凝剂一起使用的时候效果更好，它将成为水厂高效絮凝剂，长江，黄河等盆 地。 4）增强剂和其它添加剂应用于造纸。为提高填料，颜料等存留率，纸的 强度。 5)用于油田经学助剂，如粘土防膨剂，油田酸化用稠化剂。 6）用于纺织浆料，浆纱性能稳定，落浆少，织物的破损率低，清洁布。 聚丙烯酰胺是一种水溶性的高分子化合物，世界上的需求量非常的巨大， 是水溶性高分子化合物应用最多

34、的，在造纸工业中其是一种十分标准的药剂， 在水处理过程中也是标准的药剂。我们国家因为其特殊性，我国是聚丙烯酰胺 最大的一个消费地区，但是相比较美国、西欧、日本而言，还是有一定的差距， 美国、西欧、日本则是聚丙烯酰胺的最为主要消费地区。2007 全球聚丙烯酰胺 消费量约为 750000 吨，而中国的消费量约为 290000 吨，1 的全球分布图 2007 消费领域。 从消费的角度来看，全球聚丙烯酰胺主要用于水处理、造纸工业。据统计 资料显示，2007 年全球（除中国外) 聚丙烯酰胺消费量约 51%用于水处理业、 沈阳工业大学本科生毕业设计 7 25%用于造纸业，合计达 76%，在美国这一数据甚至

35、高达 85%。 聚丙烯酰胺在造纸工业中的主要作用：一是提高填料，颜料的成活率，减 少原材料的损耗和对环境的污染；二是被应用于提高纸张的强度（包括干强度 和湿强度）；三是提升纸张的性质，例如改善其抗撕性和多孔性，改善了纸张 的视觉性能和印刷性能。 聚丙烯酰胺的水处理领域，聚丙烯酰胺在水处理工业生产中的有很多的作 用，主要的应用有三个方面，分别是工业生产中的原水处理、生产中造成的污 水处理和工业生产造成的工业水处理。在这三个方面所起到的作用也各有不同， PAM 与活性炭等一起使用，它们的作用是处理生活水中悬浮颗粒，使水中的颗 粒的凝聚和澄清，这是 PAM 在原水处理中的作用；在污水处理的过程中。

36、PAM 扮演的作用是污泥脱水；PAM 作为配方主要的药剂，这是 PAM 在工业 生产造成的工业水中的作用。原水处理的过程中，我们用有机絮凝剂聚丙烯酰 胺代替我们在原水处理过程中所用的无机絮凝剂，其优势在于哪怕不用改造沉 降池，其净水能力与之前的净水能力也可以预计可提高 20%。这也是眼下许多 大中城市在面临水资源方面的问题时，例如像供水紧张或者是水质较差的时候， 许多大中城市都将 PAM 作为补充。在工业污水或者是生活污水等等的污水处 理中，PAM 大大提高了水回用循环的使用率。 在石油采油领域中 PAM 也有很多的应用，PAM 主要改善了钻井泥浆材料， 同时 PAM 对提高采油率等其他方面也

37、有这很好的效果，其拥有很多的作用在 石油开采领域，以下其涉及的一些项目，例如在钻井、完井、固井、压裂、强 化采油等油田开采作业中都起到了很显著的作用，随着黏度的增加，过滤，流 量调节，凝胶，分流，剖面调整等功能。目前，我国石油领域的开发已进入后， 为了提高采收率，推广聚合物驱油和三元复合驱油技术的关键。 为了提高原 油的含量，我们采用一些方法来提高其含量，其中我们通过注入聚丙烯酰胺的 水溶液，用来提高油水的流速比，以此提高原油含量。目前，中国的大庆油田 和生力油田已广泛应用于聚合物驱油技术 沈阳工业大学本科生毕业设计 8 1.2 设计原则依据及范围 1.2.1 设计原则 本设计按以下原则进行：

38、 （1）努力求得先进的生产技术，合理的经济，可行的实施，可靠安全。 （2）把目光投向国内，引进国外合理的工艺设备。 （3）依照国家法律进行设计。 （4）避免污染，保护环境。 1.2.2 设计依据 （1）大庆 PAM 生产装置技术资料。 （2）学校的毕业生设计任务书。 （3）原材料，半成品，成品规格，质量指标参照大庆石化企业标准执行。 （4）设备设计，PI 图绘制规范按大庆石化设计院规范执行。 1.2.3 设计范围及深度 （1）设计范围。本设计包括预 AM 溶液配制、二甲基二烯丙基氯化铵 (DMDAAC)溶液配制、聚合、水解、干燥工段、研磨筛分及包装的设计。 （2）设计深度。本设计深度为初步设计

39、。 1.3 生产规模 1.3.1 本装置生产规模 本装置生产规模为 2.30010 千克/年两性聚丙烯酰胺粉末。 7 1.3.2 设计的开工时间 设计运转时间为 8000 小时/年。 沈阳工业大学本科生毕业设计 9 1.3.3 生产方式 生产方式为间歇-连续自动化生产。 1.4 装置组成 1.4.1 生产工段 100#工段：AM 溶液及 DMDAAC 溶液配制工段； 200#工段：聚合工段； 300#工段：水解工段； 400#工段：干燥工段； 500#工段：研磨、筛分及包装工段。 1.4.2 辅助生产设施 包括控制室，配电室，实验室及办公室。 本装置所需的聚丙烯酰胺，水，电，蒸汽均由厂区系统管

40、网提供。 1.5 生产制度 开工时间每年 8000 小时，采用间歇-连续自动化生产，五班三运转。 沈阳工业大学本科生毕业设计 10 第 2 章 生产方法及工艺流程 2.1 生产方法及工艺流程选择 聚丙烯酰胺的生产方法主要有水溶液聚合法、乳液及反相乳液聚合法以及 辐射聚合法等。水溶液聚合法具有生产安全、工艺设备简单以及生产成本较低 等优点，是目前国内外生产聚丙烯酰胺普遍采用的方法。乳液聚合方法的特点 是高聚合速率、高转化率条件下可以得到高相对分子质量的产品（乳胶或者干 粉） 。反相乳液聚合法反应体系平稳，易控制，适合于制备高分子量且分子量 分布窄的聚丙烯酰胺胶乳或干粉型产品。辐射引发法生产工艺简

41、单，但设备投 资大，且所得产品分子量分布很宽，故目前还没有进行大规模工业生产15。 本设计采用的是 AM 单体、DMDAAC 单体水溶液共聚合法，经 AM 溶液 配制、DMDAAC 溶液配制、聚合、水解、干燥、造粒等工段生产两性聚丙烯 酰胺产品，此方法大大简化了生产工艺流程，提高了可靠性。 2.2 工艺参数的选择 （1）AM 储罐（V4001） T=0，V=100m3； （2）单体 AM 配制罐（V4002A）T=0， V=27m3，VR=16m3；单体二 甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC ）储罐（V4002B） T=0， V=3m3，VR=1.8m3； （3）聚合釜（R4101） 温度：T=

42、070 ，V=15m3，VR=8m3, t周期 =8h, P=5kW； （4）中间储罐（V4102） T=70 ，压力=0.1MPa； （5）水解机（R4102） T=95，NaOH 含量=18%PAM，t反应=2h, P=15kW； 沈阳工业大学本科生毕业设计 11 （6）流化床干燥器换热器 温度 T1=60,T2=70,T3=65，t=1.5h； （7）干燥器 平衡压力 P=200Pa； （8）流化床干燥器（D4201） A=5.952m2，H=1.3m，d=2mm； （9）氮气 常温600kPa； （10）压缩风 常温：0.6MPa，露点：-40。 2.3 工艺流程特点 (1)为了适应采

43、油对产品的需求，炼化公司把本车间油田三次聚丙烯酰胺 的技术进行了改造，采用自主开发的共聚后工艺；加碱水解 (2)去除了 2 套和 2 个聚合釜，增加了 2 个 AM 单体储罐微波加热器 （V4002A/1/2）、增加了 2 个 DMDAAC 单体储罐（V4002B/1/2）、2 个凝结 水罐、2 个带式混合器、2 个二次造粒机和 8 台水解机，并将、聚合配制罐AM 釜加大而且从新制作了，使生产的稳定性提升；系统DOS (3)两条生产线均采用 CENTUM,CS3000；集散型控制系统 (4)加入复合引发剂即氧化-还原引发剂（过硫酸钾-亚硫酸氢钠）及高活性引 发剂 4，4，-偶氮双-4-氰戊酸。

44、 (5)本工艺的干燥器是采用振动式流化床结构； 沈阳工业大学本科生毕业设计 12 第 3 章 生产流程简述 3.1 聚合原理 1.聚合反应原理 本工艺采用的是水溶液聚合。聚合反应方程式: 2nCH CHCONH2n(CH3)N CH2CH CH2 CH2CH CH2 NaOH CH 2 2CH CONH2 CH CH CH CH2n CH2CH2 N CH3CH3 Cl 3.2 生产流程说明 抗盐工艺共分为 7 个工序，分别为二甲基两性聚丙烯酰胺 预聚液配制预聚液配制、及输送、聚合、乙烯丙基氯化铵丙烯酰胺初次造粒 、干燥、研磨筛分、等。水解包装 3.2.1 单体预聚液配制 13/14 线抗盐装

45、置所用的丙烯酰胺罐区系统包括两个精丙烯酰胺储罐及其 配套的 2 台输料泵，每个储罐可储存 100 m3丙烯酰胺，每个精丙烯酰胺储罐都 有相配套的自动降温等系统。 由于 AM的配制量为 16m3（空罐容积 27m3） ，可同时供两个配制罐预聚液 上料反应使用。具体步骤为：将水溶液和脱盐水以一定配方聚合釜丙烯酰胺 计算量转入配制罐内。等到转移完毕原来的溶液后，将开启配制预聚液 循环系统和系统，这样就可以使原料混合充分均匀。由罐体搅拌 提供的冷冻液对进行降温，使其温度降到要求的温度值。单体二车间配制罐 沈阳工业大学本科生毕业设计 13 预聚液配制罐的原料量，由设制在进料的电磁流量计来计量，可按需要进

46、行调 整。 每个 DMDAAC 配制罐预聚液的配制量为 1.8 m 3（空罐容积 3m3） ，可供两 个聚合釜同时上料反应使用。具体步骤为：将水溶液以及脱盐水以DMDAAC 一定配方计算量转入配制罐内。等到转移完毕原来的溶液后，将开启配预聚液 制循环系统和系统，这样就可以使原料混合充分均匀。由罐体搅拌 提供的冷冻液对进行降温，使其温度降到要求的温度值。单体二车间配制罐 预聚液配制罐的原料量，由设制在进料的电磁流量计来计量，可按需要进行调 整。 配制的物料条件满足后可备用，如反应工序条件许可，则将配制罐中的物 料转移到反应釜进行聚合。 3.2.2 聚合 13/14 线每个装置有 4 台。其中每个

47、釜可以装 8m3反应液。反聚合反应釜 应前做好准备工作：将预聚液浓度用配制罐配好、温度降低到要求位置：流程 确认：等到聚合釜试漏完毕，测定氮气流量，观察直到达到规定值。准备就绪 后联系物料转移，待预聚液配制罐转移完后，进行吹氮除氧，吹氮时间为 40 分钟。接下来，把反应体系中的各个催化剂以一定的配方量依次加入到反应釜 内，使聚合反应引发，之后反应液开始逐渐降低温度、成胶熟化。反应过程大 约需要 6 个小时。 3.2.3 初次造粒 已经完成熟化的胶体随着压缩空气进入中间储料箱。然后确认一下是否已 经做好在水解进料之前的所有准备工作（中间内料位充足；流程的切换、储料箱 确认；水解反应器已经准备就绪

48、）后，中间处料箱内的胶体在自身重力和压缩 空气的作用下，在四螺杆造粒机中进行造粒。 沈阳工业大学本科生毕业设计 14 将从四螺杆造粒机中出来的胶粒由输料风机和接力风机向水解反应器送料。 3.2.4 水解 反应器夹套加热系统要始终保持被使用状态，脱盐水为加热时的主要介质， 出口温度保持在 9599.5，等到进料条件满足后，开换热器水解反应器 始进料操作；打开水解反应器进料阀和排氮阀开始进料，进料量由其底部的称 重系统称量。 待水解反应器进料完毕后，加入碱，然后关闭排氮阀开始计时，物料在水 解反应器中进行水解反应，水解时间要求不低于 120 分钟（根据产品品种不同 而水解时间可调） 。完成水解之后

49、，把水解反应器的下料阀门打开，卸料进入 多螺旋储料箱中，经二次造粒，然后由输料风机输送到干燥器内进行胶粒烘干。 3.2.5 干燥 本装置采用振动式流化床结构的干燥器。在包装岗已开启研磨筛分系统后， 关闭溢流堰，将各段温度、压力设定为自动状态，并设定好其工艺值后，启动 干燥器的 DOS 自动开机程序。开机程序为：先开启废气排风机（使干燥器产 生负压） ，依次开启各段粉尘返回风机，在开启一、二、三段空气入口风机将 空气吹入干燥器各段（4 个旋风分离器开始工作） ，启激振器。DOS 与设在干 燥器内各段的压力探头相连，先手动调节各入口风机的风门开度，DOS 自动调 节废气风机的风门，使干燥器内保持设定的微负压状态（以防止氮气与粉尘扩 散到厂房内，而废气由烟囱排至大气中）DOS 调节一、二、三段空气加热器的 蒸汽阀，给入口空气加热（由冷凝水罐来的冷凝水流经预热器给冷空气预热） ， 温度达到进料条件后，开启输料风机将从二次造粒机中出来的胶粒输送到干燥 器中，料位由溢流堰的高度调整（干燥器正常工作时，溢流堰开到规定开度） 。 调节各段空气加热器蒸汽