【正文】 4 2 0 8 .6 6 0 .0 2 % 0 .3 928? ?/kmol h 1 3 3 1 2 5 0 0 0 5 0 0 4 6 5 0 0 5 2 0 0 0 /H H H k g h? ? ? ? ? ? HX 總含量 = 5 2 0 0 0 3 8 8 5 6 . 9 9 0 8 5 6 . 9 / 1 0 5 6 . 4 8 /k g h k m o l h? ? ? 膠料含量 =塔釜的溫度為 94. 2℃ ,塔頂出料溫度為 75. 4℃ ,按清析分割法乙烯、丙烯、丙烷、氫氣、氮?dú)獾惹?組分全部以氣體狀態(tài)從塔頂出料，塔釜流出液中僅包括部分己烷、膠料和 ENB。 化工與材料工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 第 3 章 物料及熱量衡算 計(jì)算 基礎(chǔ) 本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)依據(jù) 為： （ 1） 年產(chǎn)量： 5 萬(wàn)噸。 （ 4）確認(rèn)工藝系統(tǒng)、設(shè)備、機(jī)器、管路等符合運(yùn)轉(zhuǎn)要求 。 開車注意事項(xiàng) （ 1）對(duì)所有設(shè)備、管道、閥門、管件等進(jìn)行全面檢查、核對(duì)。 T0201 塔底的聚合物溶液，進(jìn)入 Z0201（過(guò)濾器），使凝膠等雜志得以過(guò)濾，過(guò)濾后的聚合物溶液，根據(jù) T0201 的液位（ LRCA0201 設(shè)定為 50％）控制 P0203（聚合物進(jìn)料泵）出口閥 LRCV0203 的開度，將聚合物溶液送入 R0301（失活器）中 ,（當(dāng) LRCV0221 兩側(cè)的壓差 PDRS0223 被啟動(dòng)，說(shuō)明使用的 Z0201 過(guò)濾器堵塞，需要重新更換）。 （ 2）聚合反應(yīng) 當(dāng)原料、催化劑、溶劑在 R0201 中經(jīng)充分?jǐn)嚢韬螅?P0101 將主催化劑 V（ VX） 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)開始連續(xù)進(jìn)行。 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。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(zhǎng)，原料和催化劑的消耗低，采用先進(jìn)控制系統(tǒng)對(duì)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(jìng)爭(zhēng)力。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。 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。 目前 ， 世界乙丙橡膠的生產(chǎn)能力總體過(guò)剩 ， 但我國(guó)的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量卻不能滿足國(guó)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。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。 （ 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》。 除了傳統(tǒng)的汽車工業(yè) 、 防水建材 、 聚合物改性 、 油品添加劑 、 電線電纜 、 運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地及各類機(jī)械部件等應(yīng)用領(lǐng)域外 ， 乙丙橡膠還可涉獵于食品包裝 、抗微生物 、 絕熱阻燃等彈性體制品領(lǐng)域 。 本次設(shè)計(jì)年產(chǎn) 5 萬(wàn)噸乙丙橡膠裝置聚合工段的工藝設(shè)計(jì) ,乙丙橡膠聚合反應(yīng)采用溶液聚合工藝，使用的主催化劑為三氯氧釩，輔助催化劑為烷基鋁，溶劑為己烷。 （ 4） 吉化公司 104 廠乙丙橡膠車間乙丙橡膠裝置的操作法 。 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。 中國(guó)唯一乙丙橡膠生產(chǎn)廠商是中國(guó)石油吉林石化公司 。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(jiǎn)單急救的設(shè)施。該區(qū)附近有大量的空地，日后有擴(kuò)建的空間。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。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。 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。 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。 （ 2）對(duì)各種儀表、儀器、調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)閥進(jìn)行全面檢查、調(diào)校、試用。 化工與材料工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 （ 5）確認(rèn)密封油系統(tǒng)已開始運(yùn)轉(zhuǎn)處于可使用狀態(tài)。 （ 2） 年工作日： 300 天 ,7200 小時(shí)。 （ 2） T0201 塔釜出口物料中各組分的量 ENB 含量 =ENB 進(jìn)料量 =1 1 9 .8 5 / 0 .9 8 /kg h km o l h? 己烷含量 3 1 2 3 1 4 6 7 7 5 0 / 7 8 7 . 8 0 /L H H H H k g h k m o l h? ? ? ? ? ? 膠料出料量 根據(jù)過(guò)程物料衡算 ,進(jìn)入聚合工段的己烷全部從 T0201 塔釜流出。 T0202 物料和熱量衡算 化工與材料工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 （ 1） T0202 進(jìn) 口中各組分的量 乙烯、丙烯、丙烷的進(jìn)料量等于 T0201 塔頂?shù)某隽狭?，即? 乙烯含量 = 5 4 2 0 8 . 6 6 0 . 0 0 8 3 4 4 9 . 9 6 / 1 6 . 0 7 k m o l / hk g h? ? ? 丙烯含量 = 7 0 0 0 .1 4 / 1 6 6 .6 7 /kg h km o l h? 丙烷含量 = 7 6 4 .2 8 / 1 7 .3 7 /kg h km o l h? 己烷含量 = 2 3 2 2 6 8 .6 8 1 4 5 .3 5 4 1 4 .0 3 /H k m o l h? ? ? ?D 中 己 烷 的 含 量 氫氣含量 = 0 .2 / 0 .1 /kg h km ol h? 氮?dú)夂?=1 0 .9 2 / 0 .3 9 /kg h km o l h? （ 2）進(jìn)料各組分的摩爾分?jǐn)?shù)： 公式： Zi?進(jìn)料總摩爾量 各組分的（ i=1,2,3?? 7） 000630 ,000162 654321 ? ??????Z ，Z，Z，Z，Z，ZZ 由閃蒸程序 (見附錄 )，求得 T=℃， P=586kPa 時(shí)，汽液分離系數(shù)Ψ =, 液相摩爾總量＝ ,汽相摩爾總量 =。 （ 2）各物料的平均定壓熱容如下表 38 所示 : 化工與材料工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 表 38 T0202 各物料平均定壓熱容表 物質(zhì) 乙烯 丙稀 丙烷 己烷 Cp/ [KJ/(Kmol K)] 0 ～ ℃(g) 0～ 105℃ (g) 7 0～ 45℃ (l) 5 0～ ℃ (l) 5 b．進(jìn)料及液化帶進(jìn)熱量 （ 1） F3 進(jìn)料的條件 T=45℃，壓力 P=；帶進(jìn)的熱量 1 i piQ nc t??? 1Q = ( 1 6 . 0 7 8 4 . 8 5 9 1 6 6 . 6 7 1 0 0 . 2 3 9 1 7 . 3 7 1 0 6 . 3 3 5 4 5 1 . 8 2 1 9 4 . 7 3 5 ) ( 4 5 0 )? ? ? ? ? ? ? ? = 4855622. 62kJ /h 化工與材料工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 （ 2） H2 進(jìn)料條件 T=105℃， P=；帶進(jìn)的熱量 2Q : 2 46500 1 5 3 . 9 2 7 ( 1 0 5 0 ) 8 7 3 8 9 3 6 . 9 5 k J /h86i p iQ n c t? ? ? ? ? ?? （ 3）己烷 105℃時(shí)的蒸發(fā)焓 VH??26269kJ/kmol，液化放出的熱量 3Q : 3 ( ) 26 26 9 26 8. 68 71 45 52 7. 21 kJ/hVQH ? ? ? ? ? ? ? ?出 料 液 體 量 進(jìn) 料 液 體 量 （ ） （ 4） H13， H31 進(jìn)料條件 T=40℃， P=；帶 進(jìn)的熱量 4Q : ? ?4 6 3 . 9 5 1 9 4 . 7 3 5 4 0 0 4 9 8 1 3 2 . 1 3Q K J? ? ? ? ? （ 1） D2 出料溫度 T=℃ ,P=；帶出的熱量 5Q ： ? ?? tQ pii5 ( 1 6 . 0 7 4 4 . 8 7 6 1 6 6 . 6 7 6 5 . 9 2 6 1 7 . 3 7 7 6 . 1 7 0 2 7 4 . 5 0 1 4 8 . 0 6 ) 7 5 . 4? ? ? ? ? ? ? ? ? = 4047063. 83kJ /h （ 2） L3 出料條 件 T=℃ ,P=；從塔釜流出的物料中己烷質(zhì)量百分含量達(dá)90％，帶出大部分的熱量。 （ 4） 乙烯、丙烯、 ENB 的單程轉(zhuǎn)化率分別為： ％、 ％、 ％。通常以正己烷為溶劑。 （ 4）配備消防器材，并對(duì)消防設(shè)備進(jìn)行試用檢查。 （ 4）反應(yīng)熱的去除 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。 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) FI20xx，以 150L/h 的流量用 HPHX 對(duì)P0202 泵進(jìn)行沖洗。 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。 （ 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(wú)溶劑回收精制和凝聚等工序 ， 工藝流程簡(jiǎn)化 ， 基建投資少 ；可生產(chǎn) 相對(duì)分子質(zhì)量 較高的產(chǎn)品品種 ， 產(chǎn)品成本比溶液法低。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(duì)松花江造成污染。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。 在巨大的市場(chǎng)缺口以及相應(yīng)的潛在 市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下 ， 中國(guó)乙丙橡膠投資熱潮始終不減 ， 一直是中國(guó)化工招商的熱點(diǎn)項(xiàng)目之一 。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(lái)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?jī)H次于丁苯橡膠和順丁橡膠而居世界第 3 位。 （ 2） 生產(chǎn)過(guò)程采用機(jī)械化操作，自動(dòng)控制。 并且繪制了反應(yīng)器的管道布置圖、帶控制點(diǎn)的流程圖、編制了設(shè)計(jì)說(shuō)明書等。 目前占世界合成橡 膠生產(chǎn)能力總量的 10%左右 。 process design 化工與材料工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 目 錄 摘 要 ................................................................................................................................. I Abstract ..................................................................................................................................II 第 1 章 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 ............................................................................................................. 3 緒 論 ...................................................................................................................... 3 設(shè)計(jì)依據(jù) ........................................................................................................... 3 指導(dǎo)思想 ............................................................