【文章內(nèi)容簡介】 on technology design, design including process flow design, material calculation, energy calculation, equipment selection, The safety in production, three wastes treatment and environmental protection. In this paper a detailed calculation out of raw materials, product of dosage units unit output, is by the heat transfer area selected for the various kinds of equipment technology, according to the selection process design out of the process flow diagram and production workshop patterns and equipment drawing.Through the design, can HuanGuan method of polypropylene synthesis process and polymerization design workshop section in a preliminary understanding and know, and understand to HuanGuan synthesis method of the basic process of polypropylene. Key words：Polypropylene process flow HuanGuan method material calculation energy calculation 前 言此次畢業(yè)設(shè)計的題目：年產(chǎn) 11 萬噸聚丙烯合成工藝設(shè)計，共分為七個部分：文獻綜述、工藝流程設(shè)計、物料衡算、能量衡算、設(shè)備框算、安全生產(chǎn)以及“三廢”處理與環(huán)境保護。文獻綜述主要介紹了聚丙烯的性能、生產(chǎn)工藝、國內(nèi)外聚丙烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、用途以及催化劑的選擇。工藝流程設(shè)計詳細介紹了聚丙烯的工藝原理、生產(chǎn)工藝的選擇及催化劑的選用，著重敘述了聚合的工藝流程，使我對整個生產(chǎn)過程有了充分的認識，還對裝置及一些化學(xué)介質(zhì)做了說明。在物料衡算中，根據(jù)生產(chǎn)流程對主要設(shè)備的進出料情況做了衡算，確定進出設(shè)備的物料和設(shè)備內(nèi)部各種物料的流動狀況和組成。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，確定需要移走或補充的能量。在設(shè)備框算中，則包括了車間內(nèi)各主要單元的化工計算過程，確定各設(shè)備的有效容積、結(jié)構(gòu)尺寸、傳熱面積等。同時，根據(jù)設(shè)計的需要繪制了聚合工段的工藝流程圖、循環(huán)丙烯洗滌塔的裝配圖、車間的平面布置總圖、設(shè)備平面布置圖和設(shè)備立面布置圖。在安全生產(chǎn)中，主要介紹了聚丙烯生產(chǎn)中易出現(xiàn)的安全問題，并針對這些安全問題詳述相關(guān)的安全措施。在“三廢”處理與環(huán)境保護中重點介紹了“三廢”的處理方法，從而達到保護環(huán)境的目的。本次設(shè)計雖然經(jīng)過多次修改，但難免存在不妥之處，望老師在檢查過程中給予糾正。1 緒論 聚丙烯概述聚丙烯英 文 名 稱 :Polypropylene分 子 式 :[C3H6]n 簡 稱 :PP　 　 聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂。按甲基排列位置分為等規(guī)聚丙烯（isotactic polyprolene） 、無規(guī)聚丙烯（ atactic polypropylene）和間規(guī)聚丙烯 （syndiotatic polypropylene）三種。甲基排列在分子主鏈的同一側(cè)稱等規(guī)聚丙烯， 若甲基無秩序的排列在分子主鏈的兩側(cè)稱無規(guī)聚丙烯，當甲基交替排列在分子主鏈的兩側(cè)稱間規(guī)聚丙烯。一般工業(yè)生產(chǎn)的聚丙烯樹脂中，等規(guī)結(jié)構(gòu)含量約為 95%，其余為無規(guī)或間規(guī)聚丙烯。工業(yè)產(chǎn)品以等規(guī)物為主要成分。聚丙烯也包括丙烯與少量乙烯的共聚物在內(nèi)。通常為半透明無色固體，無臭無毒。由于結(jié)構(gòu)規(guī)整而高度結(jié)晶化，故熔點可高達 167℃。耐熱、耐腐蝕，制品可用蒸汽消毒是其突出優(yōu)點。密度小，是最輕的通用塑料。缺點是耐低溫沖擊性差，較易老化，但可分別通過改性予以克服。 聚丙烯的性質(zhì) 物理性能聚丙烯為無毒、無臭、無味的乳白色高結(jié)晶的聚合物，密度只有 0. 900. 91g/cm3，是目前所有塑料中最輕的品種之一。它對水特別穩(wěn)定，在水中的吸水率僅為 0. 01%，分子量約 8 萬15 萬。成型性好，但因收縮率大(為 1%~%）.厚壁制品易凹陷，對一些尺寸精度較高零件，很難于達到要求，制品表面光澤好，易于著色。 力學(xué)性能聚丙烯的結(jié)晶度高，結(jié)構(gòu)規(guī)整，因而具有優(yōu)良的力學(xué)性能。聚丙烯力學(xué)性能的絕對值高于聚乙烯，但在塑料材料中仍屬于偏低的品種，其拉伸強度僅可達到 30 MPa 或稍高的水平。等規(guī)指數(shù)較大的聚丙烯具有較高的拉伸強度，但隨等規(guī)指數(shù)的提高，材料的沖擊強度有所下降，但下降至某一數(shù)值后不再變化。溫度和加載速率對聚丙烯的韌性影響很大。當溫度高于玻璃化溫度時，沖擊破壞呈韌性斷裂，低于玻璃化溫度呈脆性斷裂，且沖擊強度值大幅度下降。提高加載速率，可使韌性斷裂向脆性斷裂轉(zhuǎn)變的溫度上升。聚丙烯具有優(yōu)異的抗彎曲疲勞性，其制品在常溫下可彎折 106 次而不損壞。但在室溫和低溫下，由于本身的分子結(jié)構(gòu)規(guī)整度高，所以抗沖擊強度較差。聚丙烯最突出的性能就是抗彎曲疲勞性，俗稱百折膠。 熱性能聚丙烯具有良好的耐熱性，制品能在 100℃以上溫度進行消毒滅菌，在不受外力的條件下，150℃也不變形。脆化溫度為35 ℃，在低于35 ℃會發(fā)生脆化，耐寒性不如 聚乙烯。對于聚丙烯玻璃化溫度的報道值有18qC, 0qC, 5℃等，這也是由于人們采用不同試樣，其中所含晶相與無定形相的比例不同，使分子鏈中無定形部分鏈長不同所致。聚丙烯的熔融溫度比聚乙烯約提高 4050%，約為 164170℃, 100%等規(guī)度聚丙烯熔點為 176℃。 化學(xué)穩(wěn)定性聚丙烯的化學(xué)穩(wěn)定性很好，除能被濃硫酸、濃硝酸侵蝕外，對其它各種化學(xué)試劑都比較穩(wěn)定，但低分子量的脂肪烴、芳香烴和氯化烴等能使聚丙烯軟化和溶脹，同時它的化學(xué)穩(wěn)定性隨結(jié)晶度的增加還有所提高，所以聚丙烯適合制作各種化工管道和配件，防腐蝕效果良好。 電性能聚丙烯有較高的介電系數(shù)，且隨溫度的上升，可以用來制作受熱的電器絕緣制品。它的擊穿電壓也很高，適合用作電器配件等?？闺妷?、耐電弧性好，但靜電度高，與銅接觸易老化。 耐候性聚丙烯對紫外線很敏感，加入氧化鋅、硫代二丙酸二月桂酯、碳黑或類似的乳白填料等可以改善其耐老化性能。 聚丙烯工藝發(fā)展過程 自 1954 年納塔教授發(fā)現(xiàn)等規(guī)聚丙烯以來，聚丙烯工業(yè)得到了長足的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計,2022年中期全世界聚丙烯的產(chǎn)量已達到 33900kt/a，生產(chǎn)廠家多達 150 家。世界各地區(qū) PP 生產(chǎn)能力的增長率顯示出明顯的不同，北美和亞太（不包括日本）分別達 18% 和 15%的高增長，而西歐僅5%。 1999 年我國 PP 產(chǎn)量為 ,與 1990 年的 ，增長了 %，品均年增長率高達 %。2022 年我國 PP 產(chǎn)量達 3100kt,其中中國石化集團公司生產(chǎn)了 2200kt。導(dǎo)熱油加熱器 模溫機 油加熱器 電加熱導(dǎo)熱油爐 導(dǎo)熱油電加熱器 盡管我國的 PP 工業(yè)取得了迅猛的發(fā)展，生產(chǎn)能力和產(chǎn)量大幅度增長，但在數(shù)量和質(zhì)量以及品種等方面仍不能滿足國民經(jīng)濟的高速發(fā)展的需要，每年仍需要大量的進口，且數(shù)量逐年上升，2022年我國進口 PP 達 1640kt，與 1999 年相比增長 %。 聚丙烯產(chǎn)品自問世以來，一直保持持續(xù)的消費增長，廣泛應(yīng)用于注塑、薄膜、單絲、纖維、中空成型、擠出成型領(lǐng)域，產(chǎn)品走向多樣化、功能化和高附加值化，市場不斷拓寬，遍及工農(nóng)業(yè)及日常生活品各個領(lǐng)域。導(dǎo)熱油加熱器 模溫機 油加熱器 電加熱導(dǎo)熱油爐 導(dǎo)熱油電加熱器 在 1957 年聚丙烯漿液法工業(yè)化生產(chǎn)以來的 40 余年內(nèi)，聚丙烯生產(chǎn)工藝不斷發(fā)展。60 年代出現(xiàn)了本體聚合工藝，解決了無溶劑問題；70 年代又成功開發(fā)了高效催化劑，在漿液法聚合裝置上應(yīng)用，催化劑活性達 5105gPP/gTi，實現(xiàn)了無脫灰的工藝流程；1980 年高效載體催化劑在本體聚合裝置上采用，因產(chǎn)品等規(guī)度高，可省去脫無規(guī)物工序，與常規(guī)漿液法工藝相比，裝置投資費用可節(jié)省約 1/3，每噸產(chǎn)品操作費用可節(jié)省 110～130 美元。此后，日本三井油化和意大利蒙埃公司又開發(fā)出新的高等規(guī)度（95%） ，高活性（可達 105gPP/gTi）的催化劑，并用于本體聚合裝置。 幾種主要聚丙烯工藝目前世界上常用的先進聚丙烯工藝主要有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]。 Spheripol 工藝Spheripol工藝由巴塞爾（Basell）聚烯烴公司開發(fā)成功。該技術(shù)自1982年首次工業(yè)化以來，是迄今為止最成功、應(yīng)用最為廣泛的聚丙烯生產(chǎn)工藝。Spheripol工藝是一種液相預(yù)聚合同液相均聚和氣相共聚相結(jié)合的聚合工藝,工藝采用高效催化劑，生成的PP 粉料粒度其催化劑生產(chǎn)的粉料呈園球形，顆粒大而均勻，分布可以調(diào)節(jié)，既可寬又可窄。可以生產(chǎn)全范圍、多用途的各種產(chǎn)品。其均聚和無規(guī)共聚產(chǎn)品的特點是凈度高，光學(xué)性能好，無異味。Spheripol工藝采用的液相環(huán)管反應(yīng)器具有以下優(yōu)點：（a ）有很高的反應(yīng)器時空產(chǎn)率（可達400kgPP/h. ），反應(yīng)器的容積較小，投資少；3m（b）反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，材質(zhì)要求低，可用低溫碳鋼，設(shè)計制造簡單，由于管徑?。―N500 或DN600），即使壓力較高，管壁也較?。唬╟）帶夾套的反應(yīng)器直腿部分可作為反應(yīng)器框架的支柱，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計降低了投資；（d）由于反應(yīng)器容積小，停留時間短，產(chǎn)品切換快，過渡料少；（e）聚合物顆粒懸浮于丙烯液體中，聚合物與丙烯之間有很好的熱傳遞。采用冷卻夾套撤出反應(yīng)熱單位體積的傳熱面積大，傳熱系數(shù)大，環(huán)管反應(yīng)器的總體傳熱系數(shù)高達1600W/（ ℃）；（f）環(huán)管2m反應(yīng)器內(nèi)的漿液用軸流泵高速循環(huán)，流體流速高達7m/s，因此可以使聚合物淤漿攪拌均勻，催化劑體系分布均勻，聚合反應(yīng)條件容易控制而且可以控制得很精確，產(chǎn)品質(zhì)量均一，不容易產(chǎn)生熱點，不容易粘壁，軸流泵的能耗也較低；（g）反應(yīng)器內(nèi)聚合物漿液濃度高（質(zhì)量分數(shù)大于50%），反應(yīng)器的單程轉(zhuǎn)化率高，均聚的丙烯單程轉(zhuǎn)化率為50%60% 。以上這些特點使環(huán)管反應(yīng)器很適宜生產(chǎn)均聚物和無規(guī)共聚物。Spheripol 工藝一開始使用GF2A、 FT4S、UCD104等高效催化劑，催化劑活性達到40kgPP/gcat，產(chǎn)品等規(guī)度為90%99%，可不脫灰、不脫無規(guī)物。目前該技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第二代。與采用單環(huán)管反應(yīng)器的第一代技術(shù)相比，第二代技術(shù)使用雙環(huán)管反應(yīng)器，操作壓力和溫度都明顯提高，可生產(chǎn)雙峰聚丙烯。催化劑體系采用第四代或第五代 ZN高效催化劑，增加了氫氣分離和回收單元，改進了聚合物的高壓和低壓脫氣設(shè)備，汽蒸、干燥和丙烯事故排放單元也有所改進，增加了操作靈活性，提高了效率，原料單體和各項公用工程消耗也顯著下降。所得產(chǎn)品顆粒度更加均勻，產(chǎn)品的熔體流動指數(shù)范圍更寬（從 ） ，可生產(chǎn)高剛性、高結(jié)晶度和低熱封溫度的新 PP 牌號。目前，世界上采用 Spheripol 工藝生產(chǎn)的聚丙烯裝置有近百套，總生產(chǎn)能力約為 1460 萬噸/年，約占世界聚丙烯總生產(chǎn)能力的 %。其中北美地區(qū)的生產(chǎn)能力為 403 萬噸/年，亞洲地區(qū)合計為419 萬噸/年，西歐地區(qū)的生產(chǎn)能力為 萬噸/ 年，中歐和東歐地區(qū)的生產(chǎn)能力為 62 萬噸/年，中東和非洲地區(qū)的生產(chǎn)能力為 萬噸/年； Hypol 工藝Hypol工藝由日本三井化學(xué)公司于20世紀80年代初期開發(fā)成功，該工藝采用HYHSII催化劑（TKII），是一種多級聚合工藝，它把本體法丙烯聚合工藝的優(yōu)點同氣相法聚合工藝的優(yōu)點融為一體，是一種不脫灰、不脫無規(guī)物能生產(chǎn)多種牌號聚丙烯產(chǎn)品的組合式工藝技術(shù)。該工藝與Spheripol工藝技術(shù)基本相同，主要區(qū)別在于Hypol工藝中均聚物不能從氣相反應(yīng)器旁路排出，部分從高壓脫氣罐來的閃蒸氣被打回到氣相反應(yīng)器。生產(chǎn)均聚物時，第一氣相反應(yīng)器實際上也起閃蒸作用。氣相反應(yīng)器是基于流化床和攪拌（刮板）容器特殊設(shè)計的。反應(yīng)器在生產(chǎn)抗沖擊性共聚物時，無污垢，不需要清洗。在生產(chǎn)均聚物期間，氣相反應(yīng)器又可用作終聚合釜，提高了生產(chǎn)能力，而且氣相反應(yīng)器操作靈活，可生產(chǎn)乙烯含量25%的抗沖擊性聚合物?；诙颐烟峁┘夹g(shù)，三井公司已經(jīng)生產(chǎn)出第5代RKRH型催化劑，其活性高于第4代催化劑23倍。Hypol工藝可生產(chǎn)均聚、無規(guī)、抗沖全范圍的PP產(chǎn)品， ，所得產(chǎn)品具有很高的立體規(guī)整度和剛性，制成的薄膜具有很好的光學(xué)性能（透明度和光澤度；定向品種如單絲、條帶和纖維有很好的加工性（定向性），能使成品具有很好的性能，熔體流動速率很高，用于告訴注塑的品種可直接聚合得到，而不需要熱處理等措施。目前，世界上采用Hypol工藝生產(chǎn)的聚丙烯裝置有22套，總生產(chǎn)能力約為251萬噸/年，%。 Novolen 工藝 Novolen工藝由BASF公司開發(fā)成功。Novolen氣相工藝采用帶雙螺帶攪拌立式反應(yīng)器，該反應(yīng)器能夠使催化劑在氣相聚合的單體中分布均勻，盡可能使每個聚合物顆粒保持一定的鈦/鋁/ 給電子體的比例，以此解決氣相聚合中氣固兩