【正文】 R0201 物料及熱量衡算 ................................................................................... 26 第 4 章 設(shè)備衡算 ............................................................................................................... 31 R0201 反應(yīng)器 ........................................................................................................... 31 計(jì)算依據(jù) ........................................................................................................ 31 計(jì)算反應(yīng)器的公稱直徑及高度 ...................................................................... 31 攪拌功率的計(jì)算 ............................................................................................. 31 E0205 己烷加熱器 ................................................................................................... 32 計(jì)算依據(jù) ........................................................................................................ 32 初選換熱器 ..................................................................................................... 32 聚合加料泵計(jì)算 ...................................................................................................... 35 計(jì)算依據(jù) ........................................................................................................ 35 確定泵的揚(yáng)程 ................................................................................................. 36 計(jì)算泵軸功率 ................................................................................................. 37 泵的選型 ........................................................................................................ 37 V0201 貯罐 .............................................................................................................. 37 計(jì)算依據(jù) ........................................................................................................ 37 設(shè)計(jì)計(jì)算與選型 ............................................................................................. 37 結(jié) 論 .................................................................................................................................. 39 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................................................................................ 40 附 錄 .................................................................................................................................. 42 致 謝 .................................................................................................................................. 45 化工與材料工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第 1 章 設(shè)計(jì)說明書 緒 論 設(shè)計(jì)依 據(jù) 本設(shè)計(jì)的依據(jù)主要包 括： （ 1） 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書。 （ 2） 《化工工藝手冊》等。 （ 3） 化學(xué)工業(yè)部發(fā)布的《化工工藝設(shè)計(jì)施工圖內(nèi)容和深度的統(tǒng)一規(guī)定》。 （ 4） 吉化公司 104 廠乙丙橡膠車間乙丙橡膠裝置的操作法 。 指導(dǎo)思想 本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想主要包括： （ 1） 為了確保產(chǎn)品的質(zhì)量，生產(chǎn)過程的安全，采用溶液聚合生產(chǎn)技術(shù)。 （ 2） 生產(chǎn)過程采用機(jī)械化操作，自動(dòng)控制。 （ 3） 危險(xiǎn)易燃易爆的場所，設(shè)計(jì)采用可靠的控制，報(bào)警消防設(shè)施。 （ 4） 生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的三廢要經(jīng)過處理之后再排放，以保證環(huán)保的要求。 （ 5） 為了 保證 生產(chǎn)正常進(jìn)行和操作人員的安全，廠房、車間、設(shè)備布置要嚴(yán)格按土建標(biāo)準(zhǔn)。 設(shè)計(jì)必要性 乙丙橡膠是橡膠制品工業(yè)中一種極為重要的原材料。它是由乙烯、丙烯共聚而得的二元聚合物或由乙烯、丙烯和非共軛二烯烴單體共聚而得的三元共聚物的總稱。 由于 EPR 分子主鏈中不含雙鍵，所以呈現(xiàn)出高度的化學(xué)穩(wěn)定性。 與天然橡膠、丁苯橡膠等其它通用橡膠相比 ， 乙丙橡膠具有卓越的耐候性、耐臭氧性和耐熱老化性 ,耐化學(xué)品性和電絕緣性 ， 因而乙丙橡膠被譽(yù)為“無裂紋橡膠” ； 與硅橡膠、氟橡膠等特種橡膠相比 ， 乙丙橡膠具有較好的物理機(jī)械性能和綜合性能 ； 此外 ， 乙丙橡膠還具有相對密度小、高充油、高填充性及與多種高聚物有良好的相容性等優(yōu)點(diǎn)。由于乙丙 橡膠具有許多其它通用合成橡膠所不具備的優(yōu)異性能 ， 而且單體價(jià)廉 、 易得 ， 用途廣泛 ， 因此成為 20世紀(jì) 80年代以來世界幾大合成橡膠品種中發(fā)展最快的一種 ， 目前其產(chǎn)能和消費(fèi)量僅次于丁苯橡膠和順丁橡膠而居世界第 3 位。 乙丙橡膠主要品種牌號(hào)有百余種。根據(jù)共聚單體來分 ， 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)；按生產(chǎn)工藝可分溶液法、懸浮法 (簡化懸浮法 )和氣相法。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)用開發(fā)階段。 目前 ， 世界乙丙橡膠的生產(chǎn)能力總體過剩 ， 但我國的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量卻不能滿足國內(nèi)實(shí)際生產(chǎn)的需求 ， 每年都得大量進(jìn)口 ， 開發(fā)利用前景廣闊。 中國唯一乙丙橡膠生產(chǎn)廠商是中國石油吉林石化公司 。 2020 年吉林石化新建成的 萬噸 /年 的 乙丙橡膠 B 線裝置投入試生產(chǎn) ， 使中國乙丙橡膠產(chǎn)能增至 萬噸 /年 ， 但市場供化工與材料工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 應(yīng)量僅為 萬噸 ，表觀消費(fèi)量 萬噸 ， 供需矛盾不斷加劇 。 在巨大的市場缺口以及相應(yīng)的潛在 市場驅(qū)動(dòng)下 ， 中國乙丙橡膠投資熱潮始終不減 ， 一直是中國化工招商的熱點(diǎn)項(xiàng)目之一 。所以，現(xiàn)在 新增 1 套 50kt/a 的乙丙橡膠裝置已是當(dāng)務(wù)之急。 車間布置 本設(shè)計(jì)車間設(shè)備布置，不但能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，同時(shí)也考慮了設(shè)備的安裝以及檢修方便，設(shè)備布置整齊有序，而且節(jié)約空地。設(shè)備的布置既要緊湊，又要滿足生產(chǎn)工藝和安裝要求。生產(chǎn)裝置界區(qū)，在滿足生產(chǎn)工藝和安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)之上，要盡可能的縮短裝卸物料線。 依照滿足工藝條件的原則 ，首先確定主設(shè)備的位置，其他設(shè)備要盡可能圍繞在主設(shè)備的四周，以便于操作、檢修和配管。在廠房的四面，一樓 到二樓都應(yīng)該有樓梯和安全通道，車間內(nèi)配有必要的放火防爆設(shè)施，同時(shí)還應(yīng)該配有簡單急救的設(shè)施。閥門、儀表等部件離地面的距離應(yīng)該較近，以便于手工操作和檢修。設(shè)備區(qū)和人行區(qū)等應(yīng)該界區(qū)明確，工藝流程安全通暢。 廠址的選擇 該車間應(yīng)該建在吉林市江北的化工工業(yè)區(qū)。江北的化工工業(yè)區(qū)地處松花江畔 ，位于松花江的下游，水源充足，而且水質(zhì)優(yōu)良。這里是中國最早也是最大的化工生產(chǎn)基地，原料充足、便利。同時(shí)，緊鄰鐵路和公路，交通運(yùn)輸方便。該區(qū)附近有動(dòng)力廠、電廠，所需動(dòng)力供應(yīng)方便，經(jīng)濟(jì)合理。該區(qū)附近有大量的空地，日后有擴(kuò)建的空間。而且，該 化工區(qū)地處吉林市的東北部，該地區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)和西北風(fēng)，所以對市區(qū)居民的生活以及附近的工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)均無影響。下游的污水處理廠能將工業(yè)污水和生活污水有效的處理，不會(huì)對松花江造成污染。所以，在該處建廠，為最佳的位置。 生產(chǎn)方法及工藝設(shè)計(jì) 生產(chǎn)方法的論證 目前 ， 乙丙橡膠的工業(yè)化生產(chǎn)工藝主要有 三種： 溶液聚合法、懸浮聚合法和氣相聚合法。其中溶液聚合工藝是當(dāng)今世界上乙丙橡膠生產(chǎn)的主導(dǎo)工藝 ， 采用此工藝的裝置能力約占世界乙丙橡膠總生產(chǎn)能力的 %， 懸浮聚合法約占 %， 氣相法約占 %。 （ 1）溶液聚合工藝 溶液聚合工藝的主要優(yōu)點(diǎn)有 :投資低，工藝最佳化。反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)可滿足反應(yīng)物料混合的要求，能準(zhǔn)確控制聚合反應(yīng)工藝參數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量，聚合物膠液濃度高而循環(huán)溶劑量少，聚合釜體積小但生產(chǎn)強(qiáng)度高，原料和循環(huán)單體不需要精制，催化劑效率高，三廢中釩含量低，生產(chǎn)彈性大 ； 生產(chǎn)操作費(fèi)用低，裝置年操作時(shí)間長，原料和催化劑的消耗低，采用先進(jìn)控制系統(tǒng)對生產(chǎn)進(jìn)行控制，技術(shù)比較成熟，操作穩(wěn)定，是工業(yè)生產(chǎn)的主要方法 ； 產(chǎn)品質(zhì)量具有極強(qiáng)的競爭力。工藝靈活性大，產(chǎn)品牌號(hào)切換靈活，切換廢品量少，產(chǎn)品特性能夠按照用戶要求進(jìn)行調(diào)整，產(chǎn)品牌號(hào)多，門尼 值可在 20~160寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)用范圍廣泛，產(chǎn)品中催化劑殘?jiān)康?，灰分含量較少，生產(chǎn)中次品少，質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好，綜合性能好，產(chǎn)品規(guī)格指標(biāo)變化幅度窄和產(chǎn)品加工性能優(yōu)異。不足之處是由于聚合在溶劑中進(jìn)行，傳質(zhì)傳熱受到一定的限制，聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在 6%~9%，最高僅達(dá) 11%~14%，聚合效率低 ；由于使用溶劑，需要將其回收精制 ； 后處理時(shí)需要從產(chǎn)品中脫出催化劑殘?jiān)?； 生產(chǎn)流程長，設(shè)備多，裝置固定投資及操作成本較高。 （ 2）懸浮聚合工藝 化工與材料工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 懸浮聚合法生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)是生成的聚合物不溶于反應(yīng)介質(zhì)丙烯 ， 體系黏度較低 ， 轉(zhuǎn)化率 比較高， 聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá) 30% ~35%， 因而同樣的設(shè)備生產(chǎn)能力卻是溶液法的 4~5倍 ； 無溶劑回收精制和凝聚等工序 ， 工藝流程簡化 ， 基建投資少 ；可生產(chǎn) 相對分子質(zhì)量 較高的產(chǎn)品品種 ， 產(chǎn)品成本比溶液法低。不足之處是由于不用溶劑 ，殘留催化劑分離 比較困難 ，產(chǎn)品品種牌號(hào)少 ， 質(zhì)量均勻性較差 ， 灰分含量較高 ， 其用途有一定的局限性 ， 主要用于聚烯烴改性 ； 聚合物為不溶于液態(tài)丙烯的懸浮粒子 ， 使其保持懸浮狀態(tài)較困難 ， 尤其當(dāng)聚合物濃度較高和出現(xiàn)少量凝膠時(shí) ， 反應(yīng)釜易于掛膠 ， 甚至發(fā)生設(shè)備管道堵塞現(xiàn)象 ， 產(chǎn)品的電絕緣性能較差。 （ 3）氣相聚 合工藝 與溶液聚合法和懸浮聚合法技術(shù)相比 ， 氣相聚合法具有工藝流程短、不需要溶劑或稀釋劑、幾乎無三廢排放 ， 有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù) ， 并且可以大幅度降低裝置總投資和總生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是產(chǎn)品中含有大量的炭黑 ， 產(chǎn)品通用性較差 ， 橡膠性能不適應(yīng)某些用途需要 ， 限制了它的使用范圍。目前世界上雖然只有美國聯(lián)碳公司一家企業(yè)采用該方法進(jìn)行生產(chǎn) ， 但從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來看 ， 隨著其技術(shù)的不斷完善和優(yōu)化 ， 該工藝技術(shù)發(fā)展前景將十分廣闊。 本設(shè)計(jì)采用的生產(chǎn)方法是溶液聚合工藝， 該生產(chǎn)工藝以 ZieglerNatta 釩 鋁催化體系為催化劑 ， 正己烷為溶 劑 ， 乙叉降冰片烯 (ENB 為第三單體 ， 氫氣為分子量調(diào)節(jié)劑。為了提高催化劑的聚合活性及降低其用量 ， 在催化體系中還可以加入促進(jìn)劑。 乙烯、丙稀和二烯烴在