【正文】 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 摘要： 本文的主要內(nèi)容為生產(chǎn)高密度聚乙烯裝置中的聚合階段的工藝流程設(shè)計、工藝計算、物料和能量衡算及主要設(shè)備的計算。 本工藝的聚合機(jī)理屬于陰離子配位聚合。乙烯單體是具有 π π 共軛體系的烯類單體，處于絡(luò)合狀態(tài)的鋁鈦活性中心，使乙烯單體雙鍵上的電子云密度減少，從而打開乙烯雙鍵，使乙烯單體不斷在鋁鈦活性中心處聚合 。 目前，工業(yè)生產(chǎn)高密度聚乙烯的方法主要有 液相法（又分為溶液法和淤漿法）和氣相法（物料在反應(yīng)器中的相態(tài)類型）。 本設(shè)計選用的工藝是 日本三井石化公司低壓淤漿法生產(chǎn) 高密度聚乙烯 ，該工藝 以高純度乙烯為主要原料 , 丙烯 或 1丁烯為共聚單體 , 己烷為溶劑 , 采用高效催化劑 , 在 72～ 85℃條件下進(jìn)行低壓聚合反應(yīng)。聚合的淤漿經(jīng)分離干燥 , 混煉造粒得到各種性能優(yōu)良的 HDPE 產(chǎn)品 。 在聚合反應(yīng)釜的計算中，首先由 主要反應(yīng)方程式和轉(zhuǎn)化率確定物料質(zhì)量，再由 質(zhì)量換算體積從而確定反應(yīng)釜的容積。其次，根據(jù)反應(yīng)類型、目的及物性特征確定反應(yīng)釜的類型和冷凝器的類型。 關(guān)鍵字： 高密度聚乙烯 催化劑 工藝 反應(yīng)釜 冷凝器 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 目錄 ................................................................... 1 聚乙烯概述 .......................................................... 1 高密度聚乙烯概述 .................................................... 5 聚乙烯發(fā)展 現(xiàn)狀 ...................................................... 8 生產(chǎn)工藝研究 新進(jìn)展 .................................................. 9 ........................................................ 13 生產(chǎn)工藝的介紹 ..................................................... 13 生產(chǎn)工藝確定 ....................................................... 21 3. 生產(chǎn)流程簡述 ......................................................... 24 流程簡述 ........................................................... 24 工藝流程簡圖 ....................................................... 26 4. 工藝計算書 ........................................................... 27 物料衡算 ........................................................... 27 熱量衡算 ........................................................... 29 第二釜頂冷凝器 ..................................................... 31 5. 主要設(shè)備的工藝計算及設(shè)備選型 ......................................... 33 第二釜式反應(yīng)聚合釜 (R202) ......................................... 33 第二釜頂冷凝器 ..................................................... 35 主要裝置設(shè)備一覽表 ................................................. 38 6. 原材料、輔助原料的規(guī)格及消耗定額 ..................................... 41 主要原材料及輔助原料的規(guī)格 ......................................... 41 原材料、輔助原料的消耗定額 ......................................... 44 7. 產(chǎn)品后期處理 ......................................................... 48 雜志影響及消除 ..................................................... 48 包裝與儲運(yùn) ......................................................... 49 回收利用再生處理技術(shù) ............................................... 49 8. 結(jié) 論 ................................................................. 52 設(shè)計體會及收獲 .......................................................... 53 參考文獻(xiàn) ................................................................ 54 致謝 .................................................................... 55 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 聚乙烯概述 [1] 聚乙烯簡介 聚乙烯基本概述 聚乙烯英文名稱為： polyethylene ，簡稱 PE，是乙烯經(jīng)聚合制得的一種熱塑性樹脂。 其結(jié)構(gòu)式 CH2=CH2+CH2=CH2+→ — CH2— CH2— CH2— CH2 聚合壓力大小 ：高壓、中壓、低壓； 聚合實(shí)施方法 ： 淤漿法、溶液法 、氣相法 ； 產(chǎn)品密度大小 ：高密度、中密度、低密度、線性低密度； 產(chǎn)品分子量：低分子量、普通分子量、超高分子量。 聚乙烯種類 ? LDPE：低密度聚乙烯、高壓聚乙烯 。高壓聚乙烯的柔軟性 ,伸長率 ,沖擊強(qiáng)度和滲透性較好，一半以上用于薄膜制品，其次是管材、注射成型制品、電線包裹層等 。 ? LLDPE：線形低密度聚乙烯 。 ? MDPE：中密度聚乙烯、雙峰樹脂 。 ? HDPE：高密度聚乙烯、低壓聚乙烯 。低壓聚乙烯的熔點(diǎn) ,剛性 ,硬度和強(qiáng)度較高 ,吸水性小 ,有良好的電性能和耐輻射性， 適于制作耐腐蝕零件和絕緣零件 。 ? UHMWPE：超高分子量聚乙烯。分子量達(dá)到 3000000～ 6000000 的線性聚乙烯稱為超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)。 超高分子量聚乙烯性能優(yōu)異，沖擊強(qiáng)度非常高，耐疲勞 ,耐磨，適于制作減震 ,耐磨及傳動零件，工程塑料，也可以用來做防彈衣。 ? 改性聚乙烯： CPE、交聯(lián)聚乙烯（ PEX） 。 聚乙烯的性能 物理性能 聚乙烯無臭，無毒 ,手感似蠟 , 為白色蠟 狀半透明材料，柔而韌，比水輕，無毒， 閃點(diǎn) 231℃ ， 具有優(yōu)越的介電性能。比重為 ～ ,成型收縮率為 ～% 成型溫度為 140～ 220℃。 它具有優(yōu)良的耐低溫性能 (最低使用溫度可達(dá) 70～100℃ ), 聚乙烯吸水性小 ,電絕緣性能優(yōu)良，但對于環(huán)境應(yīng)力 (化學(xué)與機(jī)械作用 )是很敏感的，耐熱老化性差。透水率低，對有機(jī)蒸汽透過率較大。聚乙烯的透明度隨結(jié)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 晶度增加而下降在一定結(jié)晶度下，透明度隨分子量增大而提高。常溫下不溶于任何已知溶劑中， 70℃ 以上可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三率乙烯等溶劑中。 化學(xué)性能 聚乙烯有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性好 ,能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕 (不耐具有氧化性質(zhì)的酸 ),室溫下耐鹽酸、氫氟酸、磷酸、甲酸、胺類、氫氧化鈉、氫氧化鉀等各種化學(xué)物質(zhì)，硝酸和硫酸對聚乙烯有較強(qiáng)的破壞作用。聚乙烯容易光氧化、熱氧化、臭氧分解，在紫外線作用下容易發(fā)生降解，碳黑對聚乙烯有優(yōu)異的光屏蔽作用。受輻射后可發(fā)生交聯(lián)、斷鏈、形成不飽和基團(tuán)等反映。 成型特性 聚乙烯的性質(zhì)因品種而異，主要取決于分子結(jié)構(gòu)和密度。采用不同的生產(chǎn)方法可得不同密度 (～ ）的產(chǎn)物。 聚乙烯可用一般熱塑性塑料的成型方法加工。用途十分廣泛，主要用來制造薄膜、容器、管道、單絲、電線電纜、日用品等，并可作為電視、雷達(dá)等的高頻絕緣材料。 聚乙烯的成型特性為： ,吸濕小 ,不須充分干燥 ,流動性極好流動性對壓力敏感 ,成型時宜用高壓注射 ,料溫均勻 ,填充速度快 ,保壓充分 .不宜用直接澆口 ,以防收縮不均 ,內(nèi)應(yīng)力增大 .注意選擇澆口位置 ,防止產(chǎn)生縮孔和變形 . ,方向性明顯 ,易變形翹曲 .冷卻速度宜慢 ,模具設(shè)冷料穴 ,并有冷卻系統(tǒng) . ,否則會發(fā)生分解 . ,可強(qiáng)行脫模 . ,不宜與有機(jī)溶劑接觸 ,以防開裂 生產(chǎn)方法 [1] 主要方法 為 ： 液相法（又分為溶液法和淤漿法）和氣相法（物料在反應(yīng)器中的相態(tài)類型）。我國主要采用齊格勒催化劑的淤漿法。 另外也可分為高壓法、低壓法、中壓法三種。 高壓法用來生產(chǎn)低密度聚乙烯，這種方法開發(fā)得早，用此法生產(chǎn)的聚乙烯至今約占聚乙烯總產(chǎn)量的 2/3,但隨著生產(chǎn)技術(shù)和催化劑的發(fā)展，其增長速度已大大落后于低壓法。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 低壓法就其實(shí)施方法來說，有淤漿法、溶液法和氣 相法。淤漿法主要用于生產(chǎn)高密度聚乙烯，而溶液法和氣相法不僅可以生產(chǎn)高密度聚乙烯，還可通過加共聚單體，生產(chǎn)中、低密度聚乙烯，也稱為線型低密度聚乙烯。近年來，各種低壓法工藝發(fā)展很快。 中壓法僅菲利浦公司至今仍在采用，生產(chǎn)的主要是高密度聚乙烯。 聚乙烯技術(shù) [2] 聚乙烯 (PE)是合成樹脂中產(chǎn)量最大的品種，由于性能優(yōu)異而廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及日常生活用品等領(lǐng)域。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，對 PE 產(chǎn)品的數(shù)量和牌號等不斷提出新的要求 。乙烯 技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)能力的快速提升，為 PE 生產(chǎn)能力的快速增長提供了充足的 原料保證。近年來，我國 PE 生產(chǎn)能力一直以令人矚目的速度持續(xù)發(fā)展。目前，國內(nèi)已擁有 PE 生產(chǎn)裝置 41 套，擬建和在建裝置 12 套，其中，氣相法 PE工藝占主導(dǎo)地位。 2021 年，我國 PE 生產(chǎn)能力為 ，裝置開工率達(dá) 90%。預(yù)計，2021 年我國 PE 生產(chǎn)能力將達(dá) Mt/a，裝置開工率為 78%。 2021 年，我國進(jìn)口 PE Mt，占國內(nèi)需求總量的 %， PE 進(jìn)口量居五大通用塑料之首。 催化劑技術(shù) PE 技術(shù)的快速發(fā)展在很大程度上得益于催化劑性能的不斷改進(jìn)和提高，催化劑 對聚合物的微觀和宏觀結(jié)構(gòu)都有重要的影響，直接決定了產(chǎn)品的性質(zhì)和應(yīng)用。 PE 催化劑發(fā)展至今，已經(jīng)形成 ZieglerNatta 催化劑 (簡稱 ZN 催化劑 )、鉻系催化劑、茂金屬催化劑等多種催化劑共同發(fā)展的格局。 我國從 20 世紀(jì) 60 年代初開始聚烯烴催化劑的研究和開發(fā)，在 ZN 催化劑的國產(chǎn)化方面取得了很大的進(jìn)地中國石油化工股份有限公司 (簡稱中國石化 )北京化工研究院和上?；ぱ芯吭?(分別簡稱北化院和上化院 )分別開發(fā)了適用于氣相法 PE 生產(chǎn)工藝的固體催化劑 BCG、 SLCG 系列和淤漿進(jìn)料催化劑 BCS、 SLCS 系列， 并先后在多套 PE 裝置上得到應(yīng)用。 我國茂金屬催化劑的開發(fā)始于 20 世紀(jì) 90 年代初，石科院和北化院共同研究制備的APE1 茂金屬催化劑已經(jīng)進(jìn)行了釜式淤漿法工藝、環(huán)管淤漿法工藝及氣相流化床工藝 中試試驗，并進(jìn)行了氣相流化床工藝裝置的工業(yè)應(yīng)用試驗。 鉻系催化劑、非茂金屬催化劑和復(fù)合催化劑領(lǐng)域的研究和開發(fā)工作也取得了很大的進(jìn)步，上化院開發(fā)的 SCG3/4/5 鉻系催化劑，可應(yīng)用于 Unipol PE 生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)中等相對分子質(zhì)量分布和寬相對分子質(zhì)量分布的 LLDPE 及 HDPE 樹脂，催化劑性能穩(wěn)定，可以完全取 代同類進(jìn)口催化劑。 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 工藝技術(shù) PE 的生產(chǎn)工藝主要以氣相法和淤漿法為主。隨著 PE 產(chǎn)量的逐年提高，其生產(chǎn)技術(shù)也得到較大的改進(jìn)和提高。 PE 催化劑技術(shù)的國產(chǎn)化帶動了 PE 裝置的國產(chǎn)化進(jìn)程。在消化、吸收引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國已自主設(shè)計和建造了一些大型的 PE 裝置。此外，我國自主研發(fā)了漿液法乙烯聚合技術(shù)，并在北京和上海分別建成了生產(chǎn)裝置，可生產(chǎn)超高相對分子質(zhì)量的 PE 產(chǎn)品，較好地滿足了國內(nèi)下游加工企業(yè)的需求。目前，中國石化集團(tuán)上海工程有限公司和浙江大學(xué)等單位正在進(jìn)行 200kt/a 釜式淤漿法 PE 工藝 的開發(fā)。 新產(chǎn)品開發(fā) PE 催化劑和