【文章內(nèi)容簡介】 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 3 ② 淤漿法工藝 淤漿法又稱漿液法或溶劑法工藝，是世界上 最早用于生產(chǎn)聚丙烯的工藝技術。從 1957 年第一套工業(yè)化裝置一直到 20 世紀 80 年代中后期，淤漿法工藝在長達 30 年的時間里一直是最主要的聚丙烯生產(chǎn)工藝。典型工藝主要包括意大利的 Montedison 工藝、美國 Hercules 工藝、日本三井東壓化學工藝、美國 Amoco 工藝、日本三井油化工藝以及索維爾工藝等。 這些工藝的開發(fā)都基于當時的第一代催化劑，采用立式攪拌釜反應器，需要脫灰和脫無規(guī)物，因采用的溶劑不同，工藝流程和操作條件有所不同。 ③ 本體法工藝 本體法工藝按聚合工藝流程，可以分為間歇式聚合工藝和連續(xù)式聚合工藝兩種。 ㈠ 、 間歇本體法工藝：間歇本體法聚丙烯聚合技術是我國自行研制開發(fā)成功的生產(chǎn)技術。 間歇本體法工藝優(yōu)點：生產(chǎn)工藝技術可靠，對原料丙烯質(zhì)量要求不是很高，所需催化劑國內(nèi)有保證，流程簡單，投資省、收效快，操作簡單，產(chǎn)品牌號轉(zhuǎn)換靈活、三廢少，適合中國國情等。 間歇本體法工藝缺點：生產(chǎn)規(guī)模小，難以產(chǎn)生規(guī)模效益；裝置手工操作 較多，間歇生產(chǎn)，自動化控制水平低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；原料的消耗定額較高；產(chǎn)品的品種牌號少，檔次不高，用途較窄。 ㈡ 、 連續(xù)本體法工藝：主要包括美國 Rexall 工藝、美國 Phillips 工藝以及日本 Sumitimo 工藝。 ④ 氣相法工藝 氣相法工藝主要特點：采用獨特的接近活塞流的臥式攪拌床反應器。用這種獨特的反應器，因顆粒停留時間分布范圍很窄，可以生產(chǎn)剛性和抗 沖擊性非常好的共聚物產(chǎn)品。這種接近平推流的反應器可以避免催化劑短路。當有乙烯存在時，可以生成大顆粒共聚物，而不是在均聚物顆粒內(nèi)生成細粉，這些細粉將降低共聚物的低溫沖擊強度，并形成不必要的膠狀體。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 4 ⑤ 本體法 氣相法組合工藝 工藝主要包括巴塞爾公司的 Spheripol 工藝、日本三井化學公司的 Hypol 工藝、北歐化工公司的 Borstar 工藝等。 (2)產(chǎn)品現(xiàn)狀 PP是一種熱塑性聚合物，它的力學性能高，耐酸、堿及化學藥品性突出，而且比其 它熱塑性聚合物的生產(chǎn)成本更低。 PP主要用于生產(chǎn)編織制品、注塑制品、薄膜和纖維。 編織制品是 PP的第一大消費領域，主要用于糧食、化肥、水泥的包裝，其次是糖、鹽、蔬菜及其它工業(yè)包裝。今后編織制品一方面將向大型、重型化包裝袋發(fā)展，即向集裝袋方向發(fā)展，另一方面將向低重、低纖度包裝袋發(fā)展。各種功能性編織袋如耐高溫、抗靜電、耐老化等編織袋的需求也將有一定的發(fā)展。 注塑制品是 PP的第二大消費領域，主要用于硬包裝 (容器、周轉(zhuǎn)箱、托盤、瓶蓋等 )、消費用品 (廚具、家具、花盆、旅行箱等 )、汽車配件 (汽車內(nèi)飾、保險杠、蓄電池等 )及醫(yī)療制品 (注射器、工具箱、料盆等 )，在這些應用中 PP將替代傳統(tǒng)材料如木材、玻璃和金屬等。 薄膜是 PP的第三大消費領域，包括雙向拉伸 PP等。雙向拉伸 PP由于具有防潮、力學強度高、尺寸穩(wěn)定性好、質(zhì)輕、無毒、無臭、印刷性能良好等優(yōu)點而被廣泛應用于印制、涂布、香煙及食品包裝袋、真空鍍鋁、電容器等方面。 PP薄膜具有良好的光學透明性和低潮濕轉(zhuǎn)移性，所以主要用途有快餐食品包裝、壓敏帶背襯和標簽帶等。 纖維是 PP的第四大消費領域， PP可用作地毯的背襯，它在地毯面紗市場中銷售量也在增長。纖維是 PP發(fā)展?jié)摿艽蟮钠贩N，除服裝 用纖維外，產(chǎn)業(yè)用丙綸是最活躍的市場。隨著對工程質(zhì)量的重視， PP無紡布在道路、水庫、堤壩建設等方面的應用將增多。此外，在醫(yī)療及衛(wèi)生材料方面的消費增長也很快。 我國聚丙烯產(chǎn)品的用途 ① 工程用聚丙烯纖維 分為聚丙烯單絲纖維和聚丙烯 網(wǎng)狀纖維 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 5 聚丙烯網(wǎng)狀纖維以改性聚丙烯為原料，經(jīng)擠出、拉伸、成網(wǎng)、表面改性處理、短切等工序加工而成的高強度束狀單絲或者網(wǎng)狀有機纖維，其固有的耐強酸，耐強堿，弱導熱性，具有極其穩(wěn)定的化學性能。加 入混凝土或砂漿中可有效的控制混凝土（砂漿）固塑性收縮、干縮、溫度變化等因素引起的微裂縫，防止及抑止裂縫的形成及發(fā)展，大大改善混凝土的阻裂抗?jié)B性能，抗沖擊及抗震能力，可以廣泛的使用于地下工程防水，工業(yè)民用建筑工程的屋面、墻體、地坪、水池、地下室等，以及道路和橋梁工程中。 ② 雙向拉伸聚丙烯薄膜 在 塑料制品 中包裝材料占有極其重要的位置，據(jù)統(tǒng)計，世界用于包裝領域的塑料約占塑料總消費量的 35%。我國雙向拉伸聚丙烯（ BOPP）薄膜是 PP 樹脂 消費量最 大的領域之一， 2021 年我國有 BOPP 生產(chǎn)企業(yè) 86 家（ 123 條生產(chǎn)線），總生產(chǎn)能力約 140萬 t/a， 2021 年達到 200 萬 t/a（ 138 條生產(chǎn)線），產(chǎn)量將突破 100 萬 t。近年來，國內(nèi)企業(yè)注重提升產(chǎn)品競爭力，先后引進了一批先進的 BOPP 生產(chǎn)設備，生產(chǎn)的薄膜寬度可達 ，線速度高達 400~500m/min。按我國現(xiàn)有的 BOPP 薄膜生產(chǎn)能力換算，每年對 PP 樹脂的需求量近 200 萬 t，因此應重視開發(fā) BOPP 薄膜用高線速、延伸性、透明性好的 PP 專用料，包括配套用的乙、丙共聚物，以適應新引進的 BOPP 薄膜設備。 ③ 汽車用改性聚丙烯 PP 用于汽車工業(yè)具有較強的競爭力，但因其模量和耐熱性較低，沖擊強度較差，因此不能直接用作汽車配件，轎車中使用的均為改性 PP 產(chǎn)品，其耐熱性可由 80℃ 提高到 145℃~150℃ ，并能承受高溫 750~1000h 后不老化，不龜裂。據(jù)報道，日本豐田公司推出的新一代具有高取向結晶性的聚丙烯 HEHCPP 產(chǎn)品，可以作為汽車儀表板、沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 6 保險杠，比以 TPO 為原料生產(chǎn)的同類產(chǎn)品成本降低 30%，改性 PP 用作汽車配件具有十分廣闊的開發(fā)前 景。 ④ 家用電器用聚丙烯 近幾年我國家用電器產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，品種多，產(chǎn)量大。目前，我國一些塑料原料廠商已經(jīng)開發(fā)出洗衣機專用料如 PP 1947 系列、 K7726 系列等，受到了洗衣機制造廠商的歡迎。因此，在未來幾年內(nèi)應加大開發(fā)家用電器 PP 專用料的力度，以適應市場變化的需求。 ⑤ 管材用聚丙烯 2021 年全國塑料管材總產(chǎn)量突破 180 萬 t，同比增長 23%。早期， PP 管材主要用作 農(nóng)用輸水管，但是由于早期產(chǎn)品性能還存在一些問題（抗沖擊強度、耐老化性能較差），市場未能打開。隨著上海塑料建材廠首家引進國外先進技術，采用進口 PPR料生產(chǎn)的輸送冷、熱水用的管材得到市場認可后，目前已有不少廠家建設 PPR 管材生產(chǎn)線，價格也由投產(chǎn)初期的 2萬 ~3 萬元 /t 不斷回落，但 PPR 管材在塑料管材市場上的占有率仍然很低。據(jù)反映，目前國產(chǎn) PPR 料與進口料比較還有一定差距，質(zhì)量有待改進和提高。據(jù)報道，目前韓國開發(fā)出一種耐高壓給水管用無規(guī)共聚聚丙烯 PPR 112 新牌號，使用該牌號生產(chǎn)的管材可在 20℃ 和 的超高壓狀態(tài)下使用 50 年。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 7 ⑥ 高透明聚丙烯 近幾年，國外透明 PP 市場增長很快，如韓國 LG 將透明 PP作為 PET 替代品推向市場；德國某些公司用透明 PP 替代 PVC；美國透明 PP 制品的增長速度高出普通 PP 制品 7%~9%；日本近幾年 PP 成核透明劑的年用量約為 2021t，若以添加量 %推算，日本透明 PP 料的年產(chǎn)量可達 80 萬 t以上。目前國內(nèi)透明 PP 專用料與國外差距較大，透明 PP 樹脂及其制品的生產(chǎn)、應用仍有待加強。 我國聚丙烯發(fā)展趨勢 全球聚丙烯消費近十年來一直保持高速增長的態(tài)勢，特別是中國和印度繼續(xù)成為全球聚丙烯需求增長動力，也正是因為亞洲地區(qū)聚丙烯需求依然呈現(xiàn)增長勢頭也導致了國際市場上一些有實力的公司繼續(xù)對新建項目產(chǎn)生濃厚的興趣，特別是 2021年前后全球在建的大量聚丙烯新增產(chǎn)能將陸續(xù)投產(chǎn)，全球的供應量將快速增加，但同時企業(yè)的原料成本又居高沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 8 不下，這將迫使企業(yè)降低開工率，而整個聚丙烯行業(yè)的贏利能力也將受到影響。回顧從20212021年間，全球聚丙烯產(chǎn)能平均增速達到 %，同期消費增速為 %。 20212021年，全球聚丙烯產(chǎn)能增速將超過需求增速，特別是 20212021年全球聚丙烯產(chǎn)能將大幅度增加。 20212021年間全球?qū)⑿陆?1020萬噸聚丙烯產(chǎn)能。 今后中國將繼續(xù)成為全球聚丙烯消費增長的主要動力。據(jù)統(tǒng)計， 2021 年中國聚丙烯進口量同比增長 4%，達到 300 萬噸，但 2021 年的進口量將在去年的基礎上減少了 4%，因為中國國內(nèi)大量聚丙烯新增產(chǎn)能陸續(xù)投產(chǎn)。專家表示，中國的聚丙烯投資熱將繼續(xù)，如果所有計劃項目都能如期投產(chǎn)，到 2021年將達到 1550萬噸。 在新增產(chǎn)能中，中石化為 253 萬噸 /年 ，中石油為 135 萬噸 /年。從產(chǎn)能布局看，中石化新增產(chǎn)能絕大多數(shù)分布在珠三角和長三角及環(huán)渤海地區(qū)，中石油裝置全部建設在東北和西北地區(qū)。中國聚丙烯分為南北兩大市場，并且呈現(xiàn)明顯的“南重北輕”態(tài)勢， 70%左右的消費量集中在華南和華東地區(qū)。華南地區(qū)是聚丙烯來料加工和進料加工最大的集散地，進口量約占全國進口總量的 60%。在東北、華北及西北市場，華北市場處于成長期，占全國市場份額 12%左右，發(fā)展勢頭迅猛；東北和西北市場容量過小，僅分別占 5%和 2%，大部分聚丙烯要南運。預計 2021 年前后，“三北”地區(qū)將新增產(chǎn)能 390萬噸 /年。根據(jù)中國聚丙烯市場情況，中石化選擇在三大需求市場腹地新建產(chǎn)能，是基于降低運輸成本、提升競爭力的考慮。但目前珠三角市場趨于飽和，長三角市場增長潛力有限，反而是部分聚丙烯下游加工企業(yè)為降低成本選擇戰(zhàn)略北移，使東北和西北地區(qū)潛力巨大，因此中石油新增產(chǎn)能集中在這兩個地區(qū)，雖然遠離目標市場，但是應當有明顯的后發(fā)效應。在新建裝置中，除了少數(shù)幾套規(guī)模 20萬噸級外，絕大多數(shù)超過 30 萬噸級，達到全球級規(guī)模，抗風險能力明顯增強。上述裝置若能如期投產(chǎn)，中石化產(chǎn)能將有可能超過排名第一的巴賽爾，躍居全球聚丙烯產(chǎn)商榜首，中石油也 將進入前五名。 設計原則依據(jù)及范圍 設計原則 本設計按以下原則進行： (1)遵循國家有關法律及法規(guī)； (2)立足生產(chǎn)技術先進 ,經(jīng)濟合理 ,實施可行 ,安全可靠； (3)立足國內(nèi) ,吃透和消化國外引進的設備和工藝； (4)防止環(huán)境污染 ,保護生態(tài)平衡。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 9 設計依據(jù) (1)校發(fā)的設計任務書； (2)遼化 54生產(chǎn)裝置技術資料； (3)設備設計 ,PI 圖繪制規(guī)范按遼化設計院規(guī)范執(zhí)行。 (4)原材料 ,半成品 ,成品規(guī)格 ,質(zhì)量指標參照遼化企業(yè)標準執(zhí)行； 設計范圍及深度 (1)設計范圍 本設計包括聚合 ,精制 ,干燥工段的設計。 (2)設計深度 本設計深度為初步設計。 生產(chǎn)規(guī)模 本裝置生產(chǎn)規(guī)模 本裝置生產(chǎn)規(guī)模為 107千克 /年聚丙烯粉末。 設計的開工時間 設計運轉(zhuǎn)時間為 8000 小時 /年。 生產(chǎn)方式 生產(chǎn)方式為連續(xù)自動化生產(chǎn)。 裝置組成 生產(chǎn)工段 100工段 :己烷回收； 200工段 :催化劑制備及聚合； 300工段 :分離和干燥； 400工段 :造粒； 500工段 :顆?；旌虾脱b袋 ； 600工段 :公用工程。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 10 輔助生產(chǎn)設施 包括控制室 ,配電室 ,實驗室及辦公室。 本裝置所需的乙烯 ,丙烯 ,水 ,電 ,蒸汽均由廠區(qū)系統(tǒng)管網(wǎng)提供。 生產(chǎn)制度 開工時間每年 8000 小時 ,采用連續(xù)自動化生產(chǎn) ,五班三運轉(zhuǎn)。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 11 第 2 章 生產(chǎn)方法及工藝流程 生產(chǎn)方法及工藝流程選擇 現(xiàn)今世界上生產(chǎn)聚丙烯的方法有溶液法，溶劑法，液相本體法，氣相本體法和液相 氣相本體法。液相本體法最大的優(yōu)點是原料來源豐富；氣相聯(lián)合法生產(chǎn)的牌號多于氣 相 法；氣相法生產(chǎn)能力大，設備簡單，能耗低，產(chǎn) 品不用脫灰干燥；而液相本體法是國內(nèi)自行開發(fā)的方法，由于原料來自煉廠氣，價格便宜，但成品質(zhì)量不是很好，所以應用很少 ]2[ 。 本設計采用的是新淤漿法，既溶劑法，以己烷為溶劑，采用高效催化劑進行丙烯淤漿聚合，經(jīng)聚合，干燥，造粒等工段生產(chǎn)等規(guī)聚丙烯顆粒，較傳統(tǒng)淤漿法而言，此方法大大簡化了生產(chǎn)工藝流程，提高了可靠性。 工藝參數(shù)的選擇 (1)反應器 (K201A/B/C) T=71℃ ， P=，停留時間： 4～ 5 小時 裝料系數(shù) ，漿料濃度 36% (2)反應器夾套水 冷卻器及內(nèi)冷管冷卻器 反應器循環(huán)用冷卻水 入口溫度： 35℃ 出口溫度： 60℃ (3)閃蒸罐 (R204) 頂部溫度 34℃ 壓力 底部溫度 71℃ 壓力 (4)己烷預熱器 (E204) 94℃ (5)吸入分離罐 (R206) 壓力 (6)中間罐 (R205) 溫度： 71℃ 液位 30% SL： 36% (7)離心機 ( MS301C/D) 溫度： 40℃ 濾餅干基濕含量： 25% (8) 閃蒸干燥器 (MD301) 熱氮氣進口溫度： 124℃ 入口壓力： 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 12 熱氮氣出口溫度： 110℃ 出口壓力： 工藝流程特點 (1)本工藝使用高活性定向的三組分催化劑，有單獨的一套催化劑制備系統(tǒng)； (2)生產(chǎn)均聚物采用兩釜并聯(lián)操作，生產(chǎn)封端共聚物采用 A/B 兩釜并聯(lián)與 C釜串聯(lián)操作； (3)分離過程采用先進的臥式雙鼓離心機，分離效果好，可使濾餅含濕率達20%； (4)采用兩級干燥即氣流干燥和流化床干燥器，使物料干燥充分； (5)聚合釜 散熱采用夾套和內(nèi)冷管兩種， 其中 40%的 散熱 由 夾套 完成 ， 60%由 內(nèi)冷管 完成 ； (6)副產(chǎn)品無規(guī)聚丙烯 可以回收再利用， 降低了生產(chǎn)成本； (7)聚合干燥階段采用微機控制，減少了工人的勞動強度，提高了工業(yè)的自動化水平，精 確 度 也得到了很大的提 高。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 13 第 3 章 生產(chǎn)流程簡述 聚合原理 丙烯聚合是一種放熱性催化反應，是在以正已烷作為液載體的存在下進行的。聚合反應器的正常操作條件是 71℃ 和 （表壓）在聚合反應中使用TKOFAT 催化劑系統(tǒng) ??4 。 在丙烯聚合中，間斷的乙烯加入到聚合釜，由于它具有高的反應速度，則生成具有混合丙烯、乙烯交替鏈段的聚合物，這種結構的聚合物為分組共聚物。 共聚合加入的乙烯量很少，產(chǎn)品中乙烯量只有 %～ %（ WT）。與均聚物產(chǎn)生一樣，除生成結晶的高聚合物外也生成非結晶的可溶性聚合物，不過這種可溶性聚合物比生產(chǎn)均聚物時多（占聚合物的 %～ %）。 從聚合釜中出來的漿液經(jīng)閃蒸，將未反應的丙烯用丙烯壓縮機壓縮后返回聚合釜，尾氣放至火炬 ，進行燃燒處理 。 由于氫氣能對催化劑和生長的聚合物鏈之間加氫，最后產(chǎn)生出一個 催化劑氫化物和一個末端有一個氫原子的不活潑的聚合鏈從而使增長的鏈終止，所以用氫氣來控制聚合物分子量。 由于無規(guī)聚丙烯溶解在己烷中，則用離心分離將等規(guī)聚合物和己烷 無規(guī)聚合物分離出來，從離心機出來的母液送至己烷回收，為了防止氧化，聚合物濾餅用熱氮氣進行閃蒸和流化兩級干燥而得到純凈干燥的聚合物粉末。 聚合物粉末用氮氣流輸送至造粒工段與聚合物添加劑混合后加熱、熔融混練、擠壓、切粒而成為化學穩(wěn)定和熱穩(wěn)