【正文】 膠種之一 ， 其生產(chǎn)能力和產(chǎn)耗量已經(jīng)居七大合成膠種中的第 3 位 ,僅次于丁苯橡膠、順丁橡膠 [2]。 乙丙橡膠主要品種牌號(hào)有百余種。 根據(jù)共聚單體來(lái)分 ,有二元乙丙橡膠 ( EPM) 和三元乙丙橡膠 (EPDM)， 其中 EPDM 第三單體多為乙叉降冰片烯 (ENB)、雙環(huán)戊二烯 (DCPD) 和 1,42己二烯 (1,42HD)[3]； 按生產(chǎn)工藝可分溶液法、懸浮法 (簡(jiǎn)化懸浮法 )和氣相法 [223]。從采用的催化體系可分釩系、鈦系、鋁系和茂系 ,目前乙 丙橡膠工業(yè)化產(chǎn)品仍以釩系、鋁系和鈦系為主。茂金屬乙丙橡膠雖然研究進(jìn)展較快 ,已進(jìn)入工業(yè)化 ， 但產(chǎn)品仍處在應(yīng)用開(kāi)發(fā)階段 [4]。 預(yù)計(jì)今后幾年世界對(duì) EPDM 的需求量將以年均 3％ 4％ 的速度增加，其中亞太地區(qū)（不包括日本）是需求增長(zhǎng)最快的地區(qū)，其需求量的年均增長(zhǎng)率約是其他地區(qū)的 2 倍，中國(guó)需求量的年均增長(zhǎng)率將達(dá)到 10％ [5]。 國(guó)內(nèi)制品市場(chǎng)已逐步規(guī)范，對(duì)各種牌號(hào)的需求大幅度增加，僅吉化公司乙丙橡膠裝置生產(chǎn)能力和品種還不能滿足市場(chǎng)需要，新增 1 套 40kt/a的乙丙橡膠裝置已是當(dāng)務(wù)之急。 生產(chǎn)方法 及工 藝設(shè)計(jì) 生產(chǎn)方法的論證 （ 1） 溶液聚合法 目前溶液聚合法仍是乙丙橡膠的主要工業(yè)生產(chǎn)方法。世界絕大 數(shù)工藝生產(chǎn)仍在采用。 在乙丙橡膠的各種技術(shù)路線中，以溶液聚合法的投資和成本最高， 萬(wàn)噸 /年的乙丙橡膠裝置總投資為 億美元，產(chǎn)品成本為 1335 美元 /噸。但溶液法產(chǎn)品綜合性能好，硫化速度快，產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣，是目前國(guó)外使用最廣泛的方法 [6]。 （ 2） 懸浮聚合法 吉林化工學(xué)院 課程設(shè)計(jì) 3 懸浮聚合法投資與成本略低于溶液聚合法， /年的乙丙橡膠裝置總投資為 億美元 ， 產(chǎn)品成本 1196 美元 /噸 [7]。但該工藝產(chǎn)品性能沒(méi)有突出特點(diǎn)，故目前懸浮聚合法并未使用廣泛。 （ 3） 氣相聚合法 氣相聚合法的乙丙橡膠裝置投資與產(chǎn)品生產(chǎn)成本最低， 萬(wàn)噸 /年的乙丙橡膠裝置總投資只有 億美元，產(chǎn)品成本為 926 美元 /噸 [8]，其裝置投資和產(chǎn)品成本分別相當(dāng)于溶液聚合法的 42％ 和 69％ 。但目前使用氣相聚合法制備的乙丙橡膠通用性較差，產(chǎn)品中含有大量炭黑，橡膠性能尚不能適應(yīng)所有用途的要求 [9]。 乙丙橡膠聚合反應(yīng)采用溶液聚合工藝，溶劑為己烷。 乙烯、丙稀和二 烯烴在齊格勒－納塔型催化劑作用下，按配位聚合機(jī)理進(jìn)行共聚合反應(yīng) [10]。 使用的主催化劑為三氯氧釩 ，輔助催化劑為烷基鋁、三氯氧釩與烷基鋁首先進(jìn)行反應(yīng)生成活性中心， 由活性中心引發(fā)單體進(jìn)行聚合反應(yīng)，該活性中心是由釩、鋁化合物組成的絡(luò)合物，可溶于己烷中 [11]。 工藝流程 本設(shè)計(jì)的主要工藝流程為 ： （ 1）原料、催化劑和溶劑 乙烯由界區(qū)外通過(guò)管道送入裝置，由 PRC0201 控制壓力為 1200KPa，用FRCQ0203 控制流量后送入乙烯氣集管 [12]。 丙烯由界區(qū)外由管道送入裝置， 用 FRCQ0202 控制流量后送入乙烯氣集管。 氫氣由界區(qū)外由管道送入裝置 用 C0201（氫氣壓縮機(jī)）進(jìn)行壓縮， 用 PRC0202控制 C0203 的出口壓力為 1200KPa，并用 FRCQ0201 控制流量后送入乙烯氣集管。 通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)量泵 P0102， P0103， P0104 的沖程，將所需的助催化劑按規(guī)定的比例送入 R0201 中 [13]。 當(dāng)生產(chǎn) EPT 時(shí)，根據(jù)二烯烴單體的種類，用 P0111 或 P0112 將之送入 R0201[14]。 （ 2）聚合反應(yīng) 當(dāng)原料、催化劑、溶劑在 R0201 中經(jīng)充分?jǐn)嚢韬?，?P0101 將主催化劑 V（ VX）吉林化工學(xué)院 課程設(shè)計(jì) 4 Cat 送入 R0201 中，并用 HPHX 以 （ VX） Cat 進(jìn)行稀釋，用 E0205來(lái)的 RHX 提供聚合反應(yīng)發(fā)生所需要的熱量，聚合反應(yīng)開(kāi)始連續(xù)進(jìn)行。 當(dāng) R0201釜中的聚合物溶液符合控制指標(biāo)時(shí)，將聚合液由溢流管線送入 R0202（溢流釜） 中。通常將 R0202 的液位 LRCS202 設(shè)定在 40％ 。 R0202 種的地方聚合物溶液由聚合流加料泵 P0202 送到 T0201（單體回收塔）中部，為便于 P0202 泵的輸送，防止聚合物的粘附，通過(guò) FI2021，以 150L/h 的流量用 HPHX 對(duì) P0202 泵進(jìn)行沖洗 [15]。 R0201 的操作壓力是 ～ ， 操作溫度是 35～ 55℃。 （ 3）未反應(yīng)單體的回收 根據(jù) R0202 的液位 LRC0202 控制進(jìn)入 T0201 種的聚合溶液的量，在 T0201 塔中，未反應(yīng)的單體經(jīng)閃蒸而從塔的頂部進(jìn)入 T0202（單體吸收塔）中，為防止閃蒸氣體中夾帶有聚合物膠粒，在 T0201 塔的頂部以 2t/h 流量的 LPHX 進(jìn)行噴淋，使夾帶的膠粒重又回到塔底。 T0201 塔的操作條件是：頂部溫度 ℃～ ℃，底部溫度 ℃～ ℃，操作壓力 [16]。 來(lái)自 E0706 的 HX 經(jīng) PRCA0204 控制壓力為 500KPa 后，進(jìn)入 E0204B（己烷加熱器），用 PRC0203 控制 7S 的壓力為 600KPa、 E0204A（己烷蒸發(fā)器）使己烷汽化，通過(guò) TRC0202 控制蒸汽流量以使己烷蒸汽的溫度為 105℃（ EPT）和 160℃（ EPR）汽化后的己烷進(jìn)入 T0201 底部，作為單體閃蒸的熱源。 從 T0201 頂部閃蒸出來(lái)的未反應(yīng)單體進(jìn)入 T0202（單體吸收塔）頂部，在 T0202塔的頂部同樣加入了 LPHX，以 FRC0205 控制其流量，對(duì)反應(yīng)得單體進(jìn)行吸收，為了提高 LPHX 中吸收的未反應(yīng)單體數(shù)量 使用 250t/h 流量的 CCW，對(duì)經(jīng)過(guò) T0202 塔上部的閃蒸氣體進(jìn)行冷卻，之后在 T0202 塔的下部再用 ABR（流量通過(guò) TRC0223控制）對(duì)閃蒸氣體冷凝。在 T0202 塔的底部，吸收了大量未反應(yīng)單體的己烷，用泵 P0204（己烷循環(huán)泵），經(jīng) E0205（循環(huán)己烷加熱器，僅開(kāi)車時(shí)用，且出口溫度TRC0202 不宜超過(guò) 60℃），送往 R0201 的底部，其流量由 T0202 的液位控制，通常T0202 的液位 LRC0202 設(shè)定為 30％ ，另有一部分循環(huán)己烷則與由 P0206 來(lái)的含有微量水的己烷一起從 R0201 頂部流入，其作用有兩個(gè)： 一是消泡；二是利用己烷中含有的微量水分殺死 R0201 揮發(fā)出來(lái)氣體中含有的催化劑，避免可能發(fā)生的對(duì)反應(yīng)熱去除系統(tǒng)的影響 [17]。 （ 4）反應(yīng)熱的去除 吉林化工學(xué)院 課程設(shè)計(jì) 5 聚合反應(yīng)熱通過(guò)循環(huán)氣體和己烷蒸汽的顯熱和潛熱得以去除。 來(lái)自 R0201 的循環(huán)氣體，經(jīng) E0201（高位冷卻器、冷卻介質(zhì) CCW）和 E0202（高位冷凝器、冷凝介質(zhì) ABR）的冷卻和冷凝后，進(jìn)入 V0201（頂部累積器），經(jīng)冷卻和冷凝后的循環(huán)氣體溫度大大下降，而有一部分液化，在 V0201 中的冷凝液體經(jīng)過(guò)濾后進(jìn)入 P0201（冷凝液循環(huán)泵），通過(guò) FRC0203 將流量控 制在 3t/h 把冷凝液送入反應(yīng)釜 R0201 種。 V0201 的液位 LRC0201 通常設(shè)定在 30％ ，一旦超高，就啟動(dòng)閥門，加大送往 R0201 的冷凝液體量。 V0201 中的不凝氣體，使用 C0202（循環(huán)氣體鼓風(fēng)機(jī)）循環(huán)送入 R0201 種，其流量通過(guò) FRC0201 來(lái)控制。如果 R0201 的聚合壓力超高，就將不凝氣體送往火炬系統(tǒng)燒掉以維持聚合壓力的穩(wěn)定。 工藝設(shè)備選擇 本設(shè)計(jì)主要工藝設(shè)備如下表 11所示： 表 11 設(shè)備一覽表 序 號(hào) 工藝 位號(hào) 設(shè)備名稱 臺(tái)數(shù) 型 式 材 質(zhì) 備注 1 R0201 反應(yīng)器 1 立式圓筒型 SA51670+SB162 襯 2 R0202 溢流罐 1 立式圓筒型 A51660+A240316L 3 V0203 頂部累積器 1 立式圓筒型 A51660+A240316L 4 E0201 頂部冷凝器 1 BFM（臥式） 865 5 E0202 頂部冷卻器 1 BFM（臥式） 865 6 E0203 己烷加熱器 1 BEM（臥式） 7 E0204 排放氣冷凝器 1 BEM（立式） 5 吉林化工學(xué)院 課程設(shè)計(jì) 6 8 P0201AB 己烷循環(huán)泵 2 離心式 3HFN374 殼體： SCPH2 轉(zhuǎn)子： SCS13A 9 P0202AB 聚合液加料泵 2 離心式175/100400ID 殼體： SCS16 轉(zhuǎn)子： SCS16 10 P0203AB 聚合溶液加料泵 2 離心式150/80600PD 殼體： SCS16 轉(zhuǎn)子： SCS16 11 T0201 單體回收塔 1 蒸餾篩板式 里： SA51660316LS 內(nèi)件： AISI304 12 T0202AB 單體吸收塔 2 立式熱交換器 殼程： A51660 管程： A51660 13 C0201 循環(huán)氣鼓風(fēng)機(jī) 1 透平 200TC SCS13 14 C0202 循環(huán)氣壓縮機(jī) 1 立式往復(fù)式 FC300 工藝控制條件 本設(shè)計(jì)主要工藝控制條件如下表 12 所示： 表 12 4045牌號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)操作條件一覽表 項(xiàng) 目 操作條件 項(xiàng) 目 操作條件 聚合 ML 控制范圍ML1+4100OC 4755 乙烯、丙烯進(jìn)料比（ wt％ ） 56 產(chǎn)品 ML 控制范圍 45+5 H2/C〞 2 吉林化工學(xué)院 課程設(shè)計(jì) 7 ML1+4100OC 乙烯含量（ +） wt％ 56 C〞 3/C〞 2 碘值（ +2） 22 乙烯濃度（％） 18 充油量（ PHR） － 丙烯濃度（％） 54 揮發(fā)份（ wt％ ） 氫氣濃度（％） 釩含量（ ppm） 乙烯容量（ T） 主催化劑 VCat 丙烯容量（ T） 二烯烴 ENB CH3OH進(jìn)了量（ t/h） HASTB 混合率 20 沖洗水進(jìn)料量（ t/h） 聚合負(fù)荷（ kg/h） 3480 工藝蒸汽（ t/h） 聚合溫度（ OC） 45 E402 蒸汽壓（ kPa） 1200 聚合壓力 （ kPa） 600 樹(shù)脂溫度（ OC） ≤ 300 主催化劑生產(chǎn)率 340 篩孔數(shù) 150 二烯烴轉(zhuǎn)化率（％） 105 PTW 溫度（ OC） 60 T0201 頂（ t/h） 空氣溫度（ OC） － T0201 底（ t/h） TK502 空氣進(jìn)料量（ m3/h） － T0202 頂（ t/h） Z5301受壓壓力（ MPa） 10 R0201 聚合物濃度（ g/Ls） 87 壓塊溫度（ OC） 6065 C0201 循環(huán)氣（ m3/h） 4000 Z5301受壓時(shí)間（秒） 6 E0203B 溫度（ OC） 105 HASTB 混合比率 － 吉林化工學(xué)院 課程設(shè)計(jì) 8 生產(chǎn)控制條件 本設(shè)計(jì)主要生產(chǎn)條件 及原料 如下表 1表 14 所示： 表 13 分析項(xiàng)目一覽表 序號(hào) 樣品名稱 取樣地點(diǎn) 分析項(xiàng)目 控制目標(biāo) 分析頻率 1 干聚合物 T0201 底 MFR C2=含量 1/4h 1/天 1/2h 1/8h 2 壓縮機(jī)潤(rùn)滑油 C0202 粘度 新油粘度 +15％ 1/月 1/周 吉林化工學(xué)院 課程設(shè)計(jì) 9 樣品 名稱 取樣 地點(diǎn) 分析項(xiàng)目 控制目標(biāo) 分析頻率 1 乙烯 界區(qū) 乙烯 甲烷、乙烷、丙烷、丙烯 乙炔 氫氣 氧化有機(jī)物（ 甲醇） O2 H2O 總硫 ≥ ％ ≤ vol％ ≤ 5 volppm ≤ 10 volppm ≤ 1volppm ≤ 5 volppm ≤ 5 volppm ≤ 1 ppm 1/月 1/周 2 丙烯 界區(qū) 丙