年产一万吨阳离子聚丙烯酰胺项目的设计大学论文.docx

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年产一万吨阳离子聚丙烯酰胺项目的设计大学论文

目录

摘要…………………………………………………………………………………1

第1章总论……………………………………………………………………………1

1.1概述……………………………………………………………………………1

1.2建设单位概况…………………………………………………………………1

1.2.1项目简介……………………………………………………………………1

1.2.2发展前景……………………………………………………………………2

第2章生产规模和产品方案…………………………………………………………2

2.1生产规模………………………………………………………………………2

2.2产品方案………………………………………………………………………2

第3章工艺技术方案…………………………………………………………………3

3.1工艺方案………………………………………………………………………3

3.2技术方案………………………………………………………………………4

3.3主要技术指标…………………………………………………………………4

3.3.1与现有产品对比分析…………………………………………………………4

3.3.2性能指标和参数……………………………………………………………5

3.4工艺流程说明…………………………………………………………………5

3.4.1全厂总工艺流程图…………………………………………………………5

3.4.2.DMDAAC单体合成…………………………………………………………6

第4章项目建设条件…………………………………………………………………8

4.1自然环境概况…………………………………………………………………8

4.1.1项目地理位置、区域位置…………………………………………………8

4.1.2气象条件……………………………………………………………………8

4.1.3地形地貌……………………………………………………………………9

总结……………………………………………………………………………………9

致谢辞………………………………………………………………………………10

年产一万吨阳离子聚丙烯酰胺项目的设计

摘要

阳离子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，可降低吨阳离子聚丙烯酰胺成本，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。

本项目符合国家提出的建设资源节约型、环境友好型社会的要求，可有效振兴当地经济发展，带动当地消费，具有较好的社会效益，项目是可行的

关键词

节能降耗；新工艺；新材料

第一章总论

1.1概述

项目名称、单位、企业性质、法人代表

项目名称：

阳离子聚丙烯酰胺项目

建设单位：

长安集团

企业性质：

股份制有限公司

法人代表：

王宠

1.2建设单位概况

本项目包括以下子项：

●原料罐区

●单体合成区

●聚合区

●危险品仓库、成品仓库

●变电站

●厂前办公区（含中心化验室）

1.2.1项目简介

年产1万吨阳离子聚丙烯酰胺项目，以现有的1000吨/年阳离子聚丙烯酰胺中试装置为依托，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，可降低每吨阳离子聚丙烯酰胺成本，增加企业经济效益。

1.2.2发展前景

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。

本项目符合国家提出的建设资源节约型、环境友好型社会的要求，可有效振兴当地经济发展，带动当地消费，具有较好的社会效益，项目是可行的。

第二章生产规模和产品方案

2.1生产规模

本项目生产规模定为1万吨/年阳离子聚丙烯酰胺。

2.2产品方案

采用DMDAAC与AM聚合物干燥成干粉状阳离子聚合物，年产10000吨阳离子聚丙烯酰胺干剂。

具体的系列产品划分如表2-1所示。

表2-1阳离子聚丙烯酰胺干剂产品划分表

序号

固含量（％）

产品阳离子度（％）

年产量（吨/年）

1

90

10

1000

2

90

20

2000

3

90

30

4000

4

90

40

3000

合计

10000

第三章工艺技术方案

3.1工艺方案

（1）改进的“一步法”

改进的“一步法”是在二甲胺、氯丙烯和氢氧化钠的水溶液中，集多步反应为一体，直接制备DMDAAC的制法。

反应液经过合成、水解调质、提浓除杂、除盐、脱色除铁可得DMDAAC水溶液或其晶体产品。

改进的“一步法”工艺具有工艺简单、安全、产率高，生产和提纯过程不需要用有机溶剂、“三废”少的特点。

（2）等摩尔亲核取代法（二步法）

等摩尔亲核取代法反应分二步进行，先由氯丙烯和二甲胺（亲核剂）在碱性（缚酸剂）条件下反应生成二甲基烯丙基胺（亲核剂），再和余下的氯丙烯继续反应生成二甲基二烯丙基氯化铵。

二步反应在同一釜内完成，其优点在于生产出来产品活性好，可聚合成各种分子量的均聚物和共聚物。

公司微生物法生产的丙烯酰胺和特殊工艺加工的二甲基二烯丙基氯化铵，在水溶液条件下，利用复合引发剂引发制得二甲基二烯丙基氯化铵---丙烯酰胺聚合物P（DMDAAC-AM）干剂，达到国内领先水平。

其优越性主要表现在下几个方面：

（1）聚合方式

目前，合成阳离子聚丙烯酰胺的主要方法有水溶液聚合、乳液聚合、悬浮聚合等。

因DMDAAC极易溶于水，所以乳液聚合主要采取反相乳液聚合。

反相乳液聚合用非极性溶剂为连续相，借助乳化剂把聚合单体分散于油相中，形成油包水（w/o）的乳液而进行聚合。

乳液聚合和悬浮聚合存在着操作复杂，溶剂回收需破乳等工序，生产效率低，设备利用率低等缺点。

而水溶液聚合方法具有工艺简单，成本较低，操作安全、方便，不必回收溶剂等优点，因此本公司采用水溶液聚合的方式生产P（DMDAAC-AM）系列阳离子聚合物。

（2）引发体系

聚合物的相对分子质量受诸多因素的影响，各因素之间也有相互影响的趋势。

为了找出最佳试验条件，选择对聚合物相对分子质量影响较大的5个因素，即聚合介质pH值、聚合引发温度、聚合单体质量分数、引发剂和D质量分数，对其进行正交实验。

得出各因素对相对分子质量影响程度的大小顺序为：

引发剂>pH值>单体质量分数>引发温度>D质量分数。

由此可知引发体系是影响聚合的重要因素之一。

在水相共聚时，DMDAAC和AM的竞聚率分别为：

r（DMDAAC）=0.58,r（AM）=6.7，DMDACC由于其阳离子性及较大的空间位阻，相对反应活性低。

为了获得分子量高和易溶于水的共聚物，系统考察了多种引发体系对共聚合的影响。

通过几年来的技术研究和开发，目前的阳离子聚合生产技术均达到国内领先水平，阳离子单体生产技术达到国际先进水平，从而保证了该项目实施后整体能够达到国内领先水平。

3.2技术方案

本项目采用的是改进的“一步法”生产阳离子单体，可以得到高纯度、高收率的DMDAAC阳离子单体。

用生产的DMDAAC阳离子单体和公司生产的丙烯酰胺共聚合可得到不同阳离子度、适用于不同用途的阳离子型聚丙烯酰胺系列产品，工艺简单、安全可靠、合理。

3.3主要技术指标

3.3.1与现有产品对比分析

目前，市场出售的阳离子单体DMDAAC存在着杂质含量高，活性低，转化率低等不足；而公司自行生产的阳离子单体DMDAAC，经过了特有的调制工序，具有杂质含量低，活性高，易于制得高分子量聚合物。

市场上出现的阳离子聚合物主要有PAM的阳离子改性产品，AM与阳离子单体甲基丙烯酰胺二甲胺乙酯季铵盐的共聚物，AM与DMDAAC的共聚物PDA等，其中，在PAM的改性产品中，通过NPAM的Mannich反应得到的产品阳离子含量低，产品浓度也较低，NPAM的Hoffman反应得到的产品只在酸性介质中形成离子，中性偏碱条件下效果不能充分发挥作用。

在共聚产品中，AM与甲基丙烯酰胺二甲胺基乙酯季胺盐的共聚物由于阳离子单体价格昂贵，产品售价高，且该产品在中性及中性偏碱条件下易水解，产品水溶液的存储期短（一般不超过24h），故该产品的使用受到一定限制。

市售的PDA产品存在着产品单一，分子量不高等问题，而本公司能够根据不同的使用者的需要生产不同阳离子度和不同分子量的PDA等产品，产品系列化程度高。

3.3.2性能指标和参数

表3-1阳离子单体DMDAAC

外观

透明黄色液体

固含量

60%

PH值

5.5-7.5

阻聚剂（MEHQ）

无

预聚合物

无

氯化钠含量

3

表3-2阳离子共聚物P（DMDAAC）（PDA，干剂）

产品代号

阳离子度（％）

固含量（％）

分子量（万）

产品粒径（目）

PDA-1

10

≥90

200～1200

20～60

PDA-2

20

≥90

200～1000

20～60

PDA-3

30

≥90

100～900

20～60

PDA-4

40

≥90

100～800

20～60

3.4工艺流程说明

3.4.1全厂总工艺流程图

暂时硬CaCO3

155.56

OH-

0.000

总Fe

0.15

溶解氧

5.0

F-

0.000

合计

107.94

浊度

4.6

合计

282.53

PH

8.1

离心机

反应釜

包装机

筛分机

造粒机

聚合釜

脱色釜

离子膜液

二甲胺

氯丙烯

仓库

AM单体

研磨机

流化床干燥器

液体

液体

图3-1全厂总工艺流程图

3.4.2.DMDAAC单体合成

DMDAAC单体合成部分，采用具有自主知识产权的改进的“一步法”工艺，将97%氯丙烯溶液滴加入二甲胺和氢氧化钠的水溶液中，滴加完毕后进行保温回流、提浓，提浓除杂后反应液再经冷却后进入离心机去除盐，除盐后经泵输送至脱色釜内脱色，脱色后反应液经板框压滤压滤，最终得到DMDAAC水溶液。

工艺流程示意图如下：

图3-2工艺流程图

将AM单体和DMDAAC单体装进预制槽，用脱盐水稀释到所需浓度，并将温度调整到需要值，将预制的原料经计量罐计量后装进通有氮气的聚合反应釜，该釜采用夹套控制釜内的温度，加入引发剂，进行聚合反应，反应完成后得到的聚合物胶块到造粒机进行造粒，造粒完成后输送到流化床干燥器进行干燥，干燥完成后进行粉碎、筛分、包装得到合格的干粉产品。

工艺流程示意图如下：

AM单体

干剂包装

干剂包装

DMDAAC单体

干剂包装

造粒机

聚合反应釜

1#硫化床干燥器

粉碎

2#硫化床干燥器

粉碎

3#硫化床干燥器

粉碎

风机

图3-3聚合、造粒工段工艺流程图

第四章项目建设条件

4.1自然环境概况

4.1.1项目地理位置、区域位置

4.1.2气象条件

该区域地处中纬度、暖温带、半潮湿、大陆性季风气候区，气候特征是四季分明、日照充足、气候温和。

夏少酷暑、冬无奇寒、雨热同期，旱、涝、霜、雹、风等自然现象较少。

4.1.3地形地貌

厂址所在地为黄河三角洲堆积平原，地形较平坦，地震设防烈度为7度。

地势西南高，东北低，海拔高程约4m，平均坡降万分之一至万分之一点五。

形成西南和东北方向为轴线，中间高，两侧低，倾斜凸于渤海的扇形面。

本工程所用水源水质状况见下表：

表4-1水源水质状况表

分析项目

数据（mg/L）

分析项目

数据（mg/L）

分析项目

数据（mg/L）

矿化度

390.47

阴离子

Cl-

86.82

阳离子

Na++K+

43.10

总碱度CaCO3

155.56

SO42-

20.17

Ca2+

37.88

总硬度CaCO3

204.95

CO32-

13.65

Mg2+

26.81

永久硬CaCO3

49.39

HCO32-

161.89

Ba2+

0.00

暂时硬CaCO3

155.56

OH-

0.000

总Fe

0.15

溶解氧

5.0

F-

0.000

合计

107.94

浊度

4.6

合计

282.53

PH

8.1

五．总结

通过本次任务总结，是我充分了解了阳离子聚丙烯酰胺生产方案与主要技术指标，思路有了一定的了解与认识，在课程设计的过程中，基本能按照规定的程序进行，针对生产内容的方式的方法的收集，调查相关资料，然后进入草案阶段，期间与指导老师几次方案的讨论，并一一进行修改使其完善，逐步了解了聚丙烯酰胺生产工艺方案，最后进行产品综合评定。

此次课程设计基本能按照设计任务书，指导书，技术条件的要求技术条件的要求进行。

同学之间相互联系，讨论，整体设计满足使用要求，但是在设计指导过程中也发现一些问题，讨论数据计算不准，困难就在于实际选材，附件选择等实际问题。

这些方面都应在以后的学习中得以加强与改进。

以上是本次设计指导过程中的心得与体会，以及对设计完成情况的总结，希望在以后的学习中能扬长避短，以取得更好的效果。

致谢辞

两年半的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。

在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。

伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师吴秀玲。

我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。

您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。

授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。

最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。