【正文】 01) 回流丙烯 2860 T301 回收丙烯 F301丙烯 損失丙烯 D301丙烯 D501 汽蒸罐的物料衡算 S501T501自F30 1來 的聚合物低壓蒸氣純凈氣體D50 2含 3 %wt 的冷凝水粉末 圖 D501 物料平衡圖 進(jìn)料： PP ，丙烯 153kg，水蒸汽： （計(jì)算） 損失 PP 粉： *1000*%= 則從 D501→D502 ： PP 粉 = PP 粉夾帶水分 *3%= D501→T501 PP 粉： 丙烯 : 153kg 水蒸氣： = 表 37 D501 物料平衡表 物料名稱 物料質(zhì)量（ kg） 總量（ kg） 輸入 PP 丙烯 153 水蒸氣 輸出 損失 PP PP 粉 損失丙烯 153 水蒸氣 PP 粉夾帶水分 T501 水洗塔的物料衡算 D501→T501 PP 粉： 丙烯 : 153kg 水蒸汽： = 還有少量的油、 HCl 等 出料： 塔底： PP 粉 水蒸汽 少量 HCl 塔頂：丙烯 153kg 進(jìn)入尾氣回收系統(tǒng) 油排至油桶 D502 干燥塔的物料衡算 進(jìn)料：濕 PP 粉 +=(kg) 熱氮?dú)? 出料： 塔底：干 PP 粉末 少量水分 *%= kg 氮?dú)鈳ё叩乃譃?= 塔頂：濕氮?dú)?： +=????kg 干燥洗滌塔T5 02粉末D5 07S502濕氮?dú)庾訢5 01 來的聚丙烯料倉(cāng)D8 01 A/ B氮?dú)?圖 D502 物料平衡圖 造粒 PP 粉 損失 %為 *%= 在聚合過程中催化劑和氫氣全用來生產(chǎn)成品 PP,損失的忽略不記 得成品 PP 粉： (++) == 則年生產(chǎn) PP:*8000= 第四章 熱量衡算 熱量衡算是指根據(jù)能量守恒定 律對(duì)設(shè)備在操作過程中傳入熱量或傳出熱量的平衡計(jì)算 [12]。 循環(huán)水場(chǎng) 本裝置還包括有一個(gè)循環(huán)水場(chǎng)，負(fù)責(zé)向裝置內(nèi)提供循環(huán)冷卻水。 通過混合器 M801A/B 配制好的添加劑，經(jīng) W802 計(jì)量后，再與經(jīng) W801 計(jì)量后的PP 粉料混合之后進(jìn)入預(yù)混器 M802，混合后加到混煉機(jī)腔，混煉樹脂和添加劑，并通過排氣口放出富余氮?dú)饧皳]發(fā)物，由齒輪泵加壓，樹脂通過換網(wǎng)器，清除樹脂中的雜質(zhì)，送到模板。 T501 的操作溫度為 90100℃ ，它的熱水同時(shí)還作為 T301 底再沸器 E303 的熱源循環(huán)使用。汽蒸的目的是為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低產(chǎn) 品灰份和氯含量。 物料在 F301 內(nèi)再次減壓至 ，閃蒸出來的丙烯氣經(jīng)濾袋和安全過濾器F302 過濾后，進(jìn)入低壓丙烯洗滌塔 T302。 R201 的出料由 D202 的液位控制。 D302 中的丙烯通過丙烯進(jìn)料泵 P301 送往環(huán)管反應(yīng)器 R201。 D993 的壓力控制在 ，當(dāng)D993 的壓力超高時(shí)，需要將氫氣放空。 主催化劑、 TEAL、 DONOR 在 D201 中被混合均勻，溫度控制在 10℃ 。本裝置一般使用 10%和 30%兩種，配制好的 DONOR 溶液按照一定的流量控制通過 P104 精確地輸送到 D201。 聚合區(qū)分為 000、 100、 200、 300、 500、 600、 700、制氫站等工段。均聚反應(yīng)也是液相聚合，一般都采用兩組串連的環(huán)管反應(yīng)器，每組反應(yīng)器由四根管子組成。 ⑴ 鏈引發(fā) [Cat]＋－－ R＋ CH2＝ CH→[Cat] ＋－－ CH2－ CH－ R ∣ ∣ CH3 CH3 ⑵ 鏈增長(zhǎng) [Cat]＋ ―CH 2－ CH－ R＋ nCH2＝ CH→[Cat] ＋ ―CH 2－ CH(CH2－ CH)nR ∣ ∣ ∣ ∣ CH3 CH3 CH3 CH3 ⑶ 鏈轉(zhuǎn)移 ① 向單體轉(zhuǎn)移 [Cat]＋－ CH2－ CH(CH2－ CH)nR＋ CH2＝ CH→[Cat] ＋ － CH2－ CH2＋ CH2=C(CH2－ CH)nR ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 ② 向氫氣轉(zhuǎn)移 [Cat]＋ ―CH 2－ CH(CH2－ CH)nR＋ H2→[Cat] ＋ ―H+CH 3－ CH(CH2－ CH)nR ∣ ∣ ∣ ∣ CH3 CH3 CH3 CH3 ③ 向烷基鋁轉(zhuǎn)移 [Cat]＋ － CH2－ CH(CH2－ CH)nR＋ Al(C2H5)3→[ Cat]＋ － C2H5+ ∣ ∣ CH3 CH3 (C2H5)2Al－ CH3－ CH(CH2－ CH)nR ∣ ∣ CH3 CH3 ④ 鏈終止 [Cat]＋ ――CH 2－ CH－ (CH2－ CH)－ nR→[Cat] ＋ ――H ＋ CH2＝ C－ (CH2－ CH)－nR ∣ ∣ ∣ ∣ CH3 CH3 CH3 CH3 催化劑的選定 配合 Spheripol 工藝，選擇第四代超高活性的 CSⅡ 型和 DQ型球型催化劑 [3]。 其中 T001 為固堿塔，脫除大量水和無機(jī)硫 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 2NaOH+H2S=Na2S+2H2O NaOH+nH2O= T002 為分子篩塔 ， 利用分子篩的吸附原理 [10]， 脫除微量的水 ， 該塔可以再生。所以，加快研制國(guó)產(chǎn)的高活性催化劑是擺在我國(guó)科研人員面前的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。 中國(guó)聚丙烯在以后幾年里產(chǎn)量會(huì)有較大的增長(zhǎng)，但生產(chǎn)仍然供不足需，中國(guó)已經(jīng)成為全球最大的聚丙烯凈進(jìn)口國(guó)。由于使用了新型催化劑體系，產(chǎn)品的灰分大為降低，使生產(chǎn)電容薄膜成為可能。但由于設(shè)備較其他幾種工藝復(fù)雜和使用的催化劑的活性不算太高，因而世界上采用這種技術(shù)的廠家不太多。 Amoco／ Chiaso 氣相法工藝 該工藝是美國(guó) Amoco公司開發(fā)的， 1975年開始的中型試驗(yàn)。提純后的丙烯、氫、 SHAC催化劑連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器，生產(chǎn)出自由流動(dòng)的粒狀樹脂。采用這種工藝可省掉催化劑鈍化、脫灰、脫無規(guī)物和后處理工序。同時(shí)，產(chǎn)品完全可以滿足鏈塑、雙向拉膜、纖維、單絲、熱望成形、吹塑成形和擠壓成形的要求。同時(shí)還對(duì)異常反應(yīng)如工藝流體泄漏、公用工程發(fā)生 故障等情況提供保護(hù)措施。改進(jìn)后的 Hypol新工藝，聚合反應(yīng)分兩段進(jìn)行。 幾種主要聚丙烯工藝 目前世界上常甩的先進(jìn)聚丙烯工藝主要有 Himont公司和 Tenimont公司的 Spheripol工藝、日本三井油化公司的 Hypol工藝、德國(guó) BASF公司的 Novolen工藝、聯(lián)合碳化物公司的 Unipol工藝和 Amoco／ Chisso公司的氣相法工藝 [6]?？梢钥闯?，原料中總硫、 COS、 H2O、 O AS大量超標(biāo)。此后，本體工藝進(jìn)一步演變?yōu)橐合啾倔w和氣相率體兩種工藝。因此今后 10 年聚丙烯的需求將繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，并且在紡織纖維、薄膜、注塑制品、管材等領(lǐng)域有很好的前景 [1] 聚丙烯工藝發(fā)展過程 1956年意大利化學(xué)家納塔改進(jìn)齊格勒催化劑 [2]，成功地合成了結(jié)晶等規(guī)聚丙烯，開創(chuàng)了聚丙烯技術(shù)的新時(shí)代。密度 ,是最輕的通用塑料。 在設(shè)備框算中，則包括了車間內(nèi)各主要單元的化工計(jì)算過程，確定各設(shè)備的有效容積、結(jié)構(gòu)尺寸、傳熱面積等。摘要 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是關(guān)于 15 萬噸 /年聚丙烯的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中包括工藝流程設(shè)計(jì)、物料衡算、能量衡算，設(shè)備選型，安全環(huán)保和經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)。 在能量衡算中，由物料的流量、狀態(tài)及性質(zhì)做出熱量的衡算，以及夾套水的用量，確定需要移走或補(bǔ)充的能量。由于結(jié)構(gòu)規(guī)整而高度結(jié)晶化 ,故熔點(diǎn)高達(dá) 167℃左右 ,耐熱 ,制品可用蒸汽消毒是其突出優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用范圍不斷的擴(kuò)大，逐漸取代金屬和其他塑料、木材、化學(xué)纖維等，用于包裝、運(yùn)輸、紡織、建材、家具、家電、日用品等諸多領(lǐng)域。若采用高活性催化劑，如日本三井油化公司 [3]的高效高立體定向催化劑，則既可省掉脫灰脫無規(guī)物工序，又可省掉溶劑回收工序和設(shè)備。聚合催化劑對(duì)原料丙烯的要求和某些聚丙烯裝置中原料丙烯的質(zhì)量如下表 1 和表 2所示。目的是擴(kuò)大產(chǎn)品的范圍，提高產(chǎn)品性能。全套生產(chǎn)線由原料提純、催化劑進(jìn)斟、聚合、干燥、造粒、包裝和碼垛諸工序組成。整個(gè)工廠采用集散式控制系統(tǒng) (即 DCS系統(tǒng) )。由于生 產(chǎn)各種均聚物以及抗沖擊和無規(guī)共聚物只需一個(gè)反應(yīng)器，因而很經(jīng)濟(jì)。這種工藝簡(jiǎn)單、靈活、安全和經(jīng)濟(jì)。反應(yīng)在壓力約 3． 5 MPa、溫度 60～ 70℃ 的條件下進(jìn)行。由于該工藝具有一系列獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)，因此是一種很有發(fā)展前途的工藝。工藝采用臥式反應(yīng)釜，主要特點(diǎn)是投資費(fèi)用低，產(chǎn)品品種多，質(zhì)量高，操作穩(wěn)定，工藝安全而且能耗低。均聚 PP產(chǎn)品進(jìn)一步改善了剛性，在用于芯層料時(shí)具有很大的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，耐熱性能、光學(xué)性能以及薄膜表面泄出物也大大改觀?，F(xiàn)在中國(guó)的大型聚丙烯生產(chǎn)裝置以引進(jìn)技術(shù)為主，中型和小型聚丙烯生產(chǎn)裝置以國(guó)產(chǎn)化技術(shù)為主。我國(guó)目前引進(jìn)的幾套大型聚丙烯裝置都使用進(jìn) 1： l的催化劑。 第二章 工藝流程設(shè)計(jì) 工藝原理 從中轉(zhuǎn)罐區(qū)送來的丙烯需經(jīng)過預(yù)精制、保安精制后才能成為精丙烯進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng) 。 2AsH3+2CuO=2CuAs+2H2O+H2 2AsH3+Al2O3=2AlAs+3H2O 丙烯聚合的過程包括鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止。預(yù)聚合是液相聚合，采用一組由兩根管組成的環(huán)管反應(yīng)器。 氣相法 ，丙烯單體以氣相狀態(tài)在反應(yīng)器中進(jìn)行氣相本體聚合； ，設(shè)備少、生產(chǎn)安全、生產(chǎn)成本低； 、立式攪拌床及臥式攪拌床等； 液相本體法（含液相氣相組合式） ，丙烯在反應(yīng)器中進(jìn)行液相本體聚合，乙烯丙烯在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行氣相共聚； 、設(shè)備少、投資省、動(dòng)力消耗及生產(chǎn)成本低； ，或環(huán)管反應(yīng)器，無規(guī)共聚和嵌段共聚在攪拌式流化床中進(jìn)行； 工藝流程草圖 圖 工藝流程草圖 工藝流程概述 全裝置的工藝流程分為聚合區(qū)、造粒區(qū)、包裝區(qū)和循環(huán)水場(chǎng)。為了方便計(jì)量，并根據(jù)產(chǎn)品性能的不同要求，再向 D110A/B 中加入一定量的白油，配成不同濃度的 DONOR 溶液。從催化劑計(jì)量泵 P108打出的油進(jìn)入 D108 頂部，通過對(duì)活塞的壓力，將 D108 中的催化劑送出至 D201，通過對(duì)油的計(jì)量可以精確地計(jì)量催化劑的加入量。由水電解產(chǎn)生的氫氣經(jīng)過催化脫氧、吸附干燥后得到高純度的氫氣，進(jìn)入到氫氣貯罐 D993 中。從保安精制出來的丙烯被稱為 “精丙烯 ”，經(jīng) F701 過濾后進(jìn)入到丙烯進(jìn)料罐 D302 中。 D202 的壓力控制主要是通過調(diào)節(jié)進(jìn)入 E203 蒸發(fā)的液相丙烯流量來實(shí)現(xiàn)，另外從 D202 頂部出來的氣相丙烯，也具有一定的調(diào)節(jié)作用。 T301 系統(tǒng)中的 E301 可將不凝氣排放到尾氣回收系統(tǒng)。 F301 內(nèi)的粉料向下進(jìn)入汽蒸罐 D501。少量的油貯存在廢油罐 D506 中，最后排至油桶。 造粒區(qū) 造粒系統(tǒng)由添加劑配制單元，計(jì)量加料單元， CMP230X12AW 連續(xù)混煉機(jī)，水下切粒機(jī)，顆粒水（ PCW）系統(tǒng)，顆粒干燥器、分級(jí)器組成。 成品包裝工段共有 A、 B 兩條 CZQ 型全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線由包裝單元、碼垛單元、電氣控制及上位管理系統(tǒng)，輔助及公用工程系統(tǒng)組成。 丙烯密度 179。k 傳熱方式：夾套式換熱 為主 反應(yīng)溫度： 20℃ → 20 ℃ 冷卻水 ： 10℃ →15 ℃ 平均溫差 [i]△ tm=（ △ t1△ t2） /㏑（ △ t1/△ t2） 則 △ t={(2010)(2015)} /㏑ {(2010)(2015)}=℃ 1ω=傳熱面積 [10]A=Q/（ K.△ tm） 則 A= A=Q5/（ K.△ tm） =()/( *)m=1