实习报告 聚丙烯酰胺

及行业概况
1.1、国内化工行业概况
石油化学工业简称石油化工，是化学工业的重要组成部分，它囊括了很多生产部门，如农药行业、化肥行业、橡胶助剂行业、合成材料行业等，在中国国民经济的发展中有重要作用，是中国的支柱产业部门之一。

2013年在国际经济复苏缓慢，国内经济增速放缓的形势下，我国石油和化学工业运行总体平稳，生产增长稳中加快，效益增长整体有所改善，转型升级稳步推进。

2013年全行业规模以上企业28652家，实现主营业务收入约13.32万亿元，比2012年增长9.0%，占全国规模以上工业主营业务收入的12.9%。

2013年，全行业实现利润总额8643.5亿元，增幅5.7%，略低于先前预期，主要受油气开采业利润大幅下降拖累。

2014年，石油和化学工业规模以上企业28789家，实现主营业务收入6.79万亿元，同比增长8.0%；利润总额4190.3亿元，增长6.4%，分别占全国规模工业主营收入和利润总额的13.2%和14.6%；完成固定资产投资9545.3亿元，增长11.5%。

1.2、准油化工公司简介
新疆准东石油技术股份有限公司（简称“准油股份”），系在中国石油天然气股份有限公司新疆油田分公司持续改制、主辅分离过程中，由整体改制分离的员工发起组建的企业。

2001年6月，新疆准东石油技术有限公司在乌鲁木齐高新技术产业开发区注册成立，2003年12月整体变更设立为股份有限公司，2008年1月28日在深圳证券交易所上市。

1、新疆准油化工有限公司于2002年9月成立，系新疆准东石油技术股份有限公司的控股子公司。

注册资本928万元，占地4万平米。

该公司依托石油，建有专门的油田实验室，与多家大专院校和油田研究所建立了长期合作关系，以各种油田化学助剂为主导产品，以高科技含量油田技术服务为发展目标。

该公司下设的化工厂具备较强的化工生产硬件设施，以生产、销售油田化学助剂为主，目前主要产品为聚丙烯酰胺、粘土防膨剂、清防蜡剂、交联剂、调驱助剂、有机盐加重剂等产品，生产的油田化学助剂产品包括采油助剂、钻井助剂、固井助剂三大系列五十多个品种。

2.实习内容总结
2.1、合成生产工艺总结
1、生产原理
溶液聚合是PAM合成历史上最早使用并沿用至今的传统聚合方法，溶液聚合是将一定浓度单体丙烯酰胺或与其它的共聚单体（如：丙烯酸钠、阳离子单体等）溶于水中，变成均相的水溶液，然后加入引发剂诱导聚合，聚合产物经一段时间老化后，烘干、研磨粉碎处理后得到粉状的丙烯酰胺聚合物。

该方法操作比较安全、合成工艺设备不复杂、投入成本不高、对环境的污染较小；但是，不足有聚合热不易散发、产物分子量较低、固含量也不高、难于分离提纯、反应后处理较麻烦等。

引发体系的适当选择、反应条件的优化以及聚合工艺的改进等可以解决上述问题。

2、工艺流程简述
聚丙烯酰胺制造工艺及影响条件
步骤1 将丙烯腈与纯水按重量比为1：6.5-7.2的比例混合后置入反应容器，并加入催化剂，加热到80℃-140℃，精制丙烯酰胺水溶液；
步骤2 将上述所得丙烯酰胺水溶液加热提纯，再进行真空闪蒸，得38％-42％浓度的丙烯酰胺水溶液；
步骤3 将上述所得38％-42％浓度的丙烯酰胺水溶液置入配料釜，然后，加树脂去离子，充氮除氧，提取纯净的丙烯酰胺水溶液；
步骤4 将上述所得纯净的丙烯酰胺水溶液加水和引发剂置入聚合槽，然后，通过卤灯光照射进行聚合反应，照射温度至75℃-79℃，反应时间为3.8-4.2小时，聚合生成聚丙烯酰胺；
步骤5 将上述所得聚丙烯酰胺置入粗造粒机进行粗造粒，然后，将粗造粒后的聚丙烯酰胺置入细造粒机进行细造粒，得3-5mm的聚丙烯酰胺颗粒；
步骤6 将上述所得聚丙烯酰胺颗粒置入回转穿流机进行干燥，温度控制在95℃-100℃，然后，再进入振动流化床进行干燥，温度控制在75℃-80℃；
步骤7 将上述干燥后的聚丙烯酰胺颗粒经筛分机筛分，再进入磨粉机磨粉，最后，包装入库。

采用氧化还原剂和偶氮类化合物组成的复合引发体系,通过水溶液聚合法制备丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）的共聚物。

研究了氧化还原剂总质量分数、氧化剂与还原剂的质量比、偶氮类化合物的种类和质量分数、引发温度、pH值、单体质量分数等对产物特性粘数的影响。

得到的较佳工艺条件：氧化还原剂总质量分数0.015％、氧化剂与还原剂质量比0.7、偶氮类化合物质量分数0.0125％、引发温度25℃、pH值6.0、单体质量分数45％,在上述条件下,产物特性粘数为12.3708 dL/g。

用红外光谱技术对产物的结构进行表征。

2.2.1、丙烯酰胺生产原理及流程总结
1、生产原理
丙烯酰胺为水溶性单体，其聚合物也溶于水，本实验采用水为溶剂进行溶液聚合。

与以有机
物作溶剂的溶液聚合相比，具有价廉、无毒、链转移常数小、对单体和聚合物的溶解性能好的优点聚丙烯酰胺是一种优良的絮凝剂，水溶性好，广泛应用于石油开采、选矿、化学工业及污水处理等方面。

2、工艺流程简述
丙烯酰胺制备工艺
我国微生物法丙烯酰胺生产工艺正日趋成熟，为了扩大应用领域，除了对原有工艺进一步完善外，还要注重开展横纵向研究深入。

在纵向研究方面，丙烯酰胺单体要在不同领域中得到应用，就必须制成相应的聚合物。

采油用聚合物的生产相对简单，在废水处理、造纸等领域中应用则复杂一些，而我国在这方面的技术仍是薄弱环节。

沈寅初指出，目前国内各生产厂家都是在现有经验的基础上进行聚合生产，至今没有一个专门的部门对聚合物性质进行系统的研究，因此，我国在聚合物品种的研究上需要加大投入。

在横向研究方面，含腈化合物是一类重要化合物，该领域涉及到三个酶（腈水解酶、腈水合酶、酰胺酶）的催化。

目前对丙烯酰胺生产中的腈水合酶研究已经取得进展，如果能够对另外两种酶加以深入研究，将可扩大腈化合物产业，开发出烟酰胺、扁桃酸、α-氨基酸、α-羧基酸、α-羧基酰胺等多种酰胺类及羧酸类产品。

其中（甲基）丙烯酰胺的制造方法是在反应器内的水溶液中由（甲基）丙烯腈制造（甲基）丙烯酰胺的方法，包括以下步骤，
1 向反应器中添加含有腈水合酶的微生物菌体或其菌体处理物的步骤；
2 向反应器中添加碱的步骤；
3 向反应器中添加（甲基）丙烯腈的步骤，其中，（1）步骤中使用的添加管线、（2）步骤中使用的添加管线及（3）步骤中使用的添加管线是分别不同的添加管线。

3.物料衡算和热量衡算
3.1物料衡算
3.1.1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%
3．1．2 计算基准
连续反应操作过程以kg/h为基准。

3．1．3 聚合釜物料衡算
聚合釜物料衡算图如下所示：
每小时产胶量
5000×1000÷8000=625kg/h 需30%的AM 溶液 625÷30%=2084kg/h
按99.5%转化率计算30%的AM 溶液及纯AM 的需求量
AM 溶液：2084÷99.5%=2094kg/h 纯AM ：625÷99.5%=628.14kg/h 未反应AM 单体的量
2094-2084=10kg/h 随25%的AM 溶液带入的水量
2094×（1-30%）=1465.86kg/h 设引发剂在聚合时全部反应，AIBN 用量
625×4×10-5%=2.5×10-4kg/h 配料后溶液浓度为25%，故纯水加入量
（625÷0.995%）÷0.25×0.75-1465.86=418.56kg/h 合 计 聚合釜物料衡算列下表4-1如下： 组
分
kg/h
t/d
t/a
进
30% AM 溶液
2.09×103 50.26 1.68×104
AIBN
2.50×10-4
6.00×10-6
2.00×10-4
AM 溶液
纯 水 AIBN
聚合釜
聚合釜
聚合釜
聚合釜
去研磨
料纯水 4.19×10210.06 3.35×103合计 2.51×10360.24 2.02×104
出料
PAM 6.25×10215.00 5.00×103 AM 1.00×1010.268.88×101水 1.88×10345.10 1.51×104合计 2.51×10360.24 2.02×104
3.1.4 一次研磨物料衡算（损失率：0.1%）
该段总损失
2．51×103×0．1%=2.51kg/h
其中损失：
PAM 625×0.1%=0.625kg/h
AM 11×0.1%=0.011kg/h
水 1.88×103×0.1%=1.88kg/h
获得：
PAM 625-0.625=624.38kg/h
AM 11-0.011=10.989kg/h
水 1.880-1.88=1878.12kg/h
一次研磨物料衡算列表4-2如下：
组分kg/h t/d t/a
进料
PAM 6.25×10215.00 5.00×103 AM 1.10×1010.268.88×101水 1.88×10345.20 1.51×104合计 2.51×10360.20 2.02×104
出料
PAM 6.24×10214.98 4.99×103 AM 1.09×1010.268.79×101水 1.88×10345.12 1.50×104合计 2.50×10360.10 2.00×104
总损失 2.510.100.02×104 3.1.5 水解工段物料衡算
水解方程式如下：
[CH2—CH（C(=O)－NH2）]n﹢NaOH→[CH2—CH（C(=O)－ONa）]n﹢NH3↑CH2=CH－C(=O)－NH2﹢NaOH→CH2=CH－C(=O)－ONa﹢NH3↑
PAM平均水解度25%，NaOH原料浓度50%，AM全部与NaOH反应，NaOH全部反应，则有：
PAM- 624×25%×（94.08/71.08）=207kg/h
PAM 624×75%=468kg/h
AM- 10.99×（94.08/71.08）=14.55kg/h
消耗NaOH溶液
｛（156/71.08）﹢(10.99/71.08)｝×40=187.97kg/h
产生NH
3
｛（156/71.08）﹢(10.99/71.08)｝×17=39.94kg/h
产生水
187．97×50%=93.98kg/h
得总水
1.88×103﹢93.98=1.98×103kg/h
水解工段物料衡算列表4-3如下：
组分kg/h t/d t/a
进料
PAM 6.24×10214.98 4.99×103 AM 1.09×1010.268.79×101水 1.88×10345.12 1.50×104 NaOH 1.88×102 4.51 2.01×103合计 2.80×10367.20 2.24×104
出料
PAM 4.68×10211.26 3.74×103 AM- 1.50×1010.36 1.20×102水 1.98×10347.52 1.58×104 PAM- 2.07×102 4.97 1.66×103 NH
3
4.0×1010.96 3.20×102合计 2.80×10367.20 2.24×104
3.1.6 二次研磨物料衡算（损失率：0.1%）
该工段物料总损失
2．80×103×0.1%=2.8kg/h
其中损失：
PAM- 207×0.1%=0.21kg/h
PAM 468×0.1%=0.47kg/h
AM- 15×0.1%=0.015kg/h
NH
3
40×0.1%=0.040kg/h
水 1.98×103×0.1%=1.98k/h
得到物料
2．80×103-2.8=2.79×103kg/h
其中：
PAM- 207-0.21=206.79kg/h
PAM 468-0.47=467.53kg/h
AM- 15-0.015=14.99kg/h
NH
3
40-0.04=39.96kg/h
水 1.98×103-1.98=1.98×103k/h
二次研磨物料衡算列表4-4如下：
组分kg/h t/d t/a
进料
PAM 4.68×10211.26 3.74×103 AM- 1.50×1010.36 1.20×102水 1.98×10347.52 1.58×104 PAM- 2.07×102 4.97 1.66×103 NH
3
4.0×1010.96 3.20×102合计 2.80×10367.20 2.24×104
出PAM 467.5311.22 3.74×103 AM-14.990.36 1.20×102
水 1.98×10347.52 1.58×104
PAM-206.79 4.96 1.65×103
料
NH 3 39.96 0.96 3.20×102 合 计
2.79×103
66.96
2.23×104
总 损 失 0.01×103 0.24 0.01×104
3.1.7 干燥工段物料衡算（水分干燥：64%，除尘损失：1.6%）
干燥物料衡算图如下所示：
按指标水分挥发64%，氨气全部挥发，则 原颗粒含水量：1.98×103kg/h
原颗粒脱水量：2.79×103×64%=1.79×103kg/h 干燥后含水量：（1.98-1.79）×103=0.18×103kg/h 除尘损失：
PAM -
206.79×1.6%=3.31kg/h PAM 467.53×1.6%=7.48kg/h AM - 14.99×1.6%=0.24kg/h 水 180×1.6%=2.88kg/h 获得：
PAM - 206.79-3.31=203.48kg/h PAM 467.53-7.48=460.05kg/h AM - 14.99-0.24=14.75kg/h 水 180-2.88=177.12kg/h 干燥工段物料衡算列表4-5如下： 组
分
kg/h t/d
t/a
进
PAM 467.53 11.22 3.74×103 AM -
14.99
0.36 1.20×102 水
1.98×103
47.52
1.58×104
PAM 含水颗粒 振 动 流 化 床 干 燥 器 去包装
NH 3水合物去回收
料
NH
3
39.96 0.96 3.20×102合计 2.79×10366.96 2.23×104
出料
PAM 460.0511.04 3.68×103 AM-14.750.35 1.18×102水117.12 4.251．42×103 PAM-203.48 4.88 1.63×103合计855.4020.536．84×103
总损失144.6 3.470.12×104 水分干燥1790 42.96 1．43×104 3.1.8 包装工段物料衡算（除尘损失：0.4%，包装损失：0.1%）
包装物料衡算图如下所示：
工段总损失：
855.4×0.4%﹢855.4×(1-0.4%)×0.1%=4.27kg/h
其中：
PAM- 203.48×0.4%﹢203.48×(1-0.4%)×0.1%=1.02kg/h
PAM 460.05×0.4%﹢460.05×(1-0.4%)×0.1%=2.30kg/h
AM- 14.75×0.4%﹢14.75×(1-0.4%)×0.1%=0.06kg/h
水 177.12×0.4%﹢177.12×(1-0.4%)×0.1%=0.88kg/h
包装工段物料衡算列表4-6如下：
组分kg/h t/d t/a
进料
PAM 460.0511.04 3.68×103 AM-14.750.35 1.18×102水117.12 4.251．42×103 PAM-203.48 4.88 1.63×103合计855.4020.53 6．84×103自干燥工段包装产品
旋风除尘
料
AM-14.690.35 1.17×102水116.24 4.231．41×103 PAM-202.46 4.86 1.62×103合计851.1520.24 6．81×103
总损失 4.250.290.03×103
5.A3配图
5.1带控制点的流程图
见附录1
5.2某工段的平面图
见附录2。