【導(dǎo)讀】聚丙烯是丙烯單體聚合而形成的高分子聚合物。氯乙烯、聚苯乙烯和ABS樹脂)之一。聚丙烯性能優(yōu)異，用途廣泛，近年來國。內(nèi)的產(chǎn)量增長也很快，是生產(chǎn)發(fā)展速度最快的塑料品種之一。本文主要概述了國內(nèi)聚丙烯工業(yè)的研究發(fā)展，包括聚丙烯市場的供求情況，萬噸聚丙烯生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)項(xiàng)目的參考。用收集的工藝參數(shù)科學(xué)地進(jìn)行工藝物料衡算、能量衡算、主要生產(chǎn)設(shè)備選型。此外，制定了生產(chǎn)安全和環(huán)境保護(hù)的規(guī)條，繪制了生產(chǎn)工藝流程圖。步的認(rèn)識和了解，了解到環(huán)管法聚丙烯合成的基本流程。

　　

【正文】 丙烯 20730Kg 丙烯 閃蒸罐 氫 氣 年產(chǎn) 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設(shè)計(jì) 20 取 560 Kg/ m179。，又停留時間為 則大環(huán)管的體積為： V＝（ +） *＝ 179。 閃蒸罐的物料衡算 進(jìn)料： PP 丙烯 圖 閃蒸罐物料平衡圖 閃蒸罐 頂部丙烯帶走粉塵為 10%，底部粉塵帶走丙烯 10% 閃蒸罐 塔頂出料為： 丙烯： *90%= PP： *10%= 閃蒸罐 塔底出料為： PP： *90%= 丙烯： *10%= 表 閃蒸罐物料平衡表 物料名稱 物料質(zhì)量（ kg） 總量（ kg） 輸入 丙烯 23730 PP 閃蒸罐 PP+丙烯 丙烯 + PP PP+丙烯 大環(huán)管 循環(huán)丙烯洗滌塔 袋式過濾器 年產(chǎn) 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設(shè)計(jì) 21 輸出 丙烯（ 閃蒸罐 頂） 23730 PP(閃蒸罐 頂 ) 丙烯（ 閃蒸罐 底） PP(閃蒸罐 底） 5 熱量衡算 熱量衡算是指根據(jù)能量守恒定律對設(shè)備在操作過程中傳入熱量或傳出熱量的平衡計(jì)算 [18]。連續(xù)操作過程熱量衡算的內(nèi)容主要是計(jì)算正常操作時的傳熱速率，為設(shè)備傳熱面積、傳熱介質(zhì)流量、工藝管徑等的計(jì)算及控制方案的選擇提供依據(jù)。 在化工過程中，各種熱量之 間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可以用熱平衡方程表示： ∑Q=∑H出 ∑H進(jìn) 其中 ∑Q設(shè)備或系統(tǒng)與外界環(huán)境交換熱量之和，通常包括熱損失，kJ； ∑H出 離開設(shè)備或系統(tǒng)各股物料的焓之和， kJ； ∑H進(jìn) 進(jìn)入設(shè)備或系統(tǒng)各股物料的焓之和， kJ； 計(jì)算依據(jù) 丙烯聚合熱： 表 水的比熱 ℃ 20 30 70 80 Kcal/(kg*℃ ) 表 液相丙烯比熱 ℃ 25 50 60 70 年產(chǎn) 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設(shè)計(jì) 22 Kcal/(kg*℃ ) 0． 685 0． 800 0． 810 0． 910 表 氣相丙烯比熱 ℃ 50 60 76 20 Kcal/(kg*℃ ) 1． 64 1． 643 1． 647 1． 633 表 聚丙烯比熱 ℃ 20 70 80 105 Kcal/(kg*℃ ) 1． 93 2． 23 2． 246 2． 526 表 丙烯汽化潛熱 ℃ 50 60 76 Kcal/kg 2750 2350 1700 小環(huán)管的熱量衡算 預(yù)聚生成 PP： 丙烯聚合熱： 輸入熱量： 20℃ 的丙烯帶入熱量 Q1 =CP*m*△ t=**3000*20=172620kJ PR 的反應(yīng)熱 Q2=*= 輸出熱量： 預(yù)聚物帶走熱量 Q3= CP*m*△ t=**20= 未反應(yīng)丙烯帶走熱量 Q4=CP*m*△ t=**()*20= kJ 通過通冷卻水移走聚合反應(yīng)生成熱，設(shè)備向外界環(huán)境散熱的熱量可忽略不計(jì)，則冷卻水帶走的熱量為 Q5： Q5=Q1+Q2Q3Q4 =172620+ = 年產(chǎn) 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設(shè)計(jì) 23 夾套水進(jìn)口溫度范圍是 ～ ℃ ，本設(shè)計(jì)取 10℃ ，出口溫度取 15℃ 因?yàn)? Q=C 水 *m 水 *△ t 得 m 水 =Q5/（ C 水 *△ t） 所以 m 水 =(*5)= 聚丙烯聚合釜夾套傳熱的總傳熱系數(shù)為： K=δ* K—總傳熱系數(shù)， ω/m178。k δ—丙烯轉(zhuǎn)化率為零時的傳熱系數(shù)， ω/m178。k C—丙烯轉(zhuǎn)化率（ C=） 對于碳鋼材質(zhì)的聚合釜 δ 可取 560～ 698ω/m178。k，取 δ=600ω/m178。k 則 K= 600**=178。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 △ t=（ △ t1△ t2） /㏑（ △ t1/△ t2） 則 △ t=[(2010)(2015)] /㏑ [(2010)(2015)]=℃ 1ω=傳熱面積 [10]A=Q/（ K.△ t） 則 A=Q5/（ K.△ t） =()/( *)=178。 表 小環(huán)管熱量衡算表 熱量名稱 熱量（ kJ） 總量（ kJ） 輸入熱量 20℃ 的丙烯帶入熱量 Q1 172620 PR 的反應(yīng)熱 Q2 輸出熱量 預(yù)聚物帶走熱量 Q3 未反應(yīng)丙烯帶走熱量 Q4 冷卻水帶走的熱量為 Q5 冷卻水用量（ kg） 夾套傳熱面積（㎡） 年產(chǎn) 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設(shè)計(jì) 24 大環(huán)管反應(yīng)器的熱量衡算 生成 PP： 氫氣的進(jìn)料溫度為 20℃ ，量為 進(jìn)料： PP 丙烯： 出料： PP 丙烯： 輸入熱量： 預(yù)聚物帶入熱量 Q1=CP*m*△ t=**70= 丙烯帶入的熱量 Q2=CP*m*△ t=***70= kJ 氫氣帶入熱量 Q3= CP*m*△ t=***50= 反應(yīng)生成熱 Q4=*= 輸出熱量： 聚合物帶走熱量 Q5=**70= 丙烯帶走熱量 Q6=**70*= 通過通冷卻水移走聚合反應(yīng)生成熱設(shè)備向外界環(huán)境散熱的熱量可忽略不計(jì)，則冷卻水帶走的熱量為 Q7： Q7=Q1+Q2+Q3+Q4Q5Q6 =+++ = 反應(yīng)溫度： 70℃ → 70 ℃ 冷卻水 ： 10℃ →30 ℃ 冷卻水用量 m 水 =Q7/（ C 水 *△ t） =*(3010) = 平均溫差 △ t=[(7010)(7030)]/In[(7010)(7030)]=℃ 聚丙烯聚合釜夾套傳熱的總傳熱系數(shù)為： K=δ* K—總傳熱系數(shù)， ω/m178。k δ—丙烯轉(zhuǎn)化率為零時的傳熱系數(shù)， ω/m178。k C—丙烯轉(zhuǎn)化率 C=（ ） /= 對于碳鋼材質(zhì)的聚合釜 δ 可取 560～ 698ω/m178。k，取 δ=600ω/m178。k 則 K=δ* = 600**=178。k 換熱面積； A= Q7/（ K.△ t） =()/( *)= 178。 年產(chǎn) 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設(shè)計(jì) 25 表 大環(huán)管熱量衡算表 熱量名稱 熱量（ kJ） 總量（ kJ） 輸入熱量 預(yù) 聚物帶入熱量 Q1 丙烯帶入的熱量 Q2 氫氣帶入熱量 Q3 反應(yīng)生成熱 Q4 輸出熱量 聚合物帶走熱量 Q5 丙烯帶走熱量 Q6 冷卻水帶走熱量 Q7 夾套傳熱面積 (㎡ ) 6 設(shè)備選型 本次設(shè)計(jì)的設(shè)備工藝計(jì)算是在確定了設(shè)備的操作工藝參數(shù)及進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算的基礎(chǔ)上 進(jìn)行的 [19]。其內(nèi)容主要是確定設(shè)備的類型、規(guī)格、主要工藝尺寸、設(shè)備臺數(shù)等，其目的是為設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)、車間平面布置、配管設(shè)計(jì)等提供設(shè)計(jì)依據(jù)。 設(shè)備選型原則 設(shè)備選型的總體原則是： 滿足工藝要求； 設(shè)備成熟可靠； 能夠充分利用原料，避免浪費(fèi)； 使用壽命盡量長； 容易安裝，便于操作。 年產(chǎn) 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設(shè)計(jì) 26 小環(huán)管的選型 小環(huán)管的工藝參數(shù) 操作 /設(shè)計(jì)溫度： 20℃ / 45℃ ～ 150℃ （夾套 170℃ ） 操作 /設(shè)計(jì)壓力： / 介質(zhì)：丙烯、催化劑、聚丙烯 主要作用 為丙烯和 活化后的催化劑提供預(yù)聚合的場所，并使之在 ， 20℃ 的環(huán)境下停留一定時間。 選型 預(yù)聚合反應(yīng)器主要有兩股進(jìn)料，一股來自催化劑在線混合器，其中含有一定量的催化劑混合物和冷丙稀，這是反應(yīng)主物料；另一股是沖洗泵的機(jī)械密封面的丙稀。預(yù)聚合反應(yīng)器為滿環(huán)管操作，用軸流泵打循環(huán)以達(dá)到均勻混合的目的。 控制 區(qū) 預(yù)聚合的丙稀流量必須在 2500Kg/h 以上，本次設(shè)計(jì)取為3000Kg/h，泵沖洗丙稀流量恒定在約 400Kg/h。 物料衡算中已得出小環(huán)管的體積為： V＝ 環(huán)管的截面積為： S＝ ЛR2＝ ＝ 則環(huán)管的長度為： L＝ V247。S＝ 247。＝ 將其分為兩根直管，每根直管段高 。 小環(huán)管 與大 環(huán)管 基本類似，采用 材料。 小環(huán)管為一內(nèi)徑為 的環(huán)管，有兩根直管，直管段高為 ，通過兩個 180186。的彎管連接起來，容積為 。 反應(yīng)器的直管部分帶有夾套，夾套材質(zhì)為 ，為防止介質(zhì)粘壁，內(nèi)表面需要拋光處理，粗糙度 Ea=。 小環(huán)管 表面積 π*d*h=***2= 而所需換熱面積為 ，則設(shè)備選取合適。 年產(chǎn) 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設(shè)計(jì) 27 圖 大環(huán)管反應(yīng)器的選型 大環(huán)管反應(yīng)器的工藝參數(shù) 操作 /設(shè)計(jì)溫度： 70℃ / 45℃ ～ 150℃ （夾套 150℃ ） 操作 /設(shè)計(jì)壓力： (夾套 ) 介質(zhì)：丙烯、聚丙烯、催化劑 特點(diǎn) a) 大環(huán)管 內(nèi)的物料流動速度高，傳熱好，壁面速度高，滯流層??； b) 聚合速率高，單體體積產(chǎn)率高（ 400kgPP/）； c) 大環(huán)管 內(nèi)各點(diǎn)催化劑分布均勻； d) 循環(huán)能量少，設(shè)備簡單； e) 結(jié)構(gòu)簡單 ，占地少，在地面支撐容易，布置緊湊，操作平臺由環(huán)管本身支撐，不需要另外的設(shè)施。 選型及結(jié)構(gòu) 在大環(huán)管內(nèi)生成的聚丙烯與丙稀混合物為漿料，為防止運(yùn)輸時管線堵塞，因此在大環(huán)管內(nèi)丙稀單程轉(zhuǎn)化率不宜過高，通過控制環(huán)管內(nèi)混合物堆積密度來控制轉(zhuǎn)化率。 在物料衡算中已計(jì)算出大環(huán)管的體積為： V＝ 年產(chǎn) 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設(shè)計(jì) 28 環(huán)管截面積為： S＝ ЛR2＝ ＝ 則環(huán)管的長度為： L＝ V247。S＝ 247。＝ 將其分為 12 根直管，每根直管段高 。 則大環(huán)管為一內(nèi)徑為 的環(huán)管，有 12 根直管，直管段高為 ，通過 5 個 180186。的彎管連接起來，容積為 。環(huán)管采用低溫碳鋼，為了防止粘壁，內(nèi)表面需拋光處理，表面粗糙度 Ea=。 直管部分表面積： π*d*h=**12*=，而所需換熱面積為： 故設(shè)計(jì)合理，選擇的大環(huán)管合適。 環(huán)管反應(yīng)器的直管部分裝有夾套，夾套材質(zhì)為 。在夾套的上下兩處有夾套水出入口，根據(jù)配管要求，這兩部分的直徑被加大。由于環(huán)管與夾套溫差較大 ，因此在夾套上還裝有膨脹節(jié)。 在 大環(huán)管 下部裝有軸流泵，它的作用就是使物料高速循環(huán)起來。使加入的催化劑分布均勻，并提高傳熱系數(shù)，反應(yīng)熱通過夾套中的循環(huán)冷卻水撤走。 圖 環(huán)管反應(yīng)器 閃蒸罐的選型 閃蒸就是高壓的飽和水進(jìn)入比較低壓的容器中后由于壓力的突然降低使這些飽和水變成一部分的容器壓力下的飽和水蒸氣和飽和水。 這樣讓高壓高溫流體經(jīng)過減壓，使其沸點(diǎn)降低，進(jìn)入閃蒸罐。這時，流體溫度高于該壓力下的沸點(diǎn)。 流體在閃蒸罐中迅速沸騰汽化，并進(jìn)行兩相分離。 使流體達(dá)到氣化的年產(chǎn) 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設(shè)計(jì) 29 設(shè)備不是閃蒸罐，而是減壓閥。 閃 蒸罐的作用是提供流體迅速氣化和汽液分離的空間。 圖 閃蒸器 表 技術(shù)參數(shù) 型號 設(shè)備直徑 （ mm） 材質(zhì) 壓力等級 （ MPa） 進(jìn)口直徑 （ mm） 法蘭標(biāo)準(zhǔn) DSF 5003000 不銹鋼 /碳鋼 DN50500 國標(biāo) HG2059497 美標(biāo) CLASS LB1502500 （ 88） 汽蒸罐 的選型 本設(shè)計(jì)選擇的汽蒸罐它殼體頂部中心線裝有聯(lián)軸器、傳動系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)與殼體交接處設(shè)有密封系統(tǒng)，中心線兩側(cè)有進(jìn)料口和廢氣出口，容器壁 設(shè)有人孔 Ⅰ 和人孔 Ⅱ ，下部設(shè)有支座、進(jìn)氣口 Ⅰ 和進(jìn)氣口 Ⅱ ；殼體內(nèi)，與傳動系統(tǒng)相連的攪拌軸上裝有攪拌軸葉片，容器底部設(shè)有上層流化床分布板和下層流化床分布板，攪拌軸防護(hù)罩位于上層流化床分布板上，上層流化床分布板和下層年產(chǎn) 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設(shè)計(jì) 30 流化床分布板間為下層流化床，殼體中部置有殼體加強(qiáng)圈，加強(qiáng)圈上有中心孔和噴射環(huán)支撐架有噴射孔，加強(qiáng)圈和噴射環(huán)支撐架開有貫通的蒸汽入口。經(jīng)過汽蒸后的聚丙烯粉末在攪拌器攪拌和流化的雙重作用下，流化的粉末與蒸汽充分混合、接觸，克服了蒸汽的加熱作用與聚丙烯粉末分離和聚丙烯粉末中的催化劑失活現(xiàn)象。 圖 罐 表 技術(shù)參數(shù) 型號 蒸發(fā)量 t/h 受熱面積 m2 爐體規(guī)格 mm*mm ()All 2 500*2021 袋式過濾器 的選型 袋式過濾機(jī)是一種新型的過濾系統(tǒng)，濾機(jī)內(nèi)部由金屬內(nèi)網(wǎng)支撐著濾袋 ,液體由入口流進(jìn)，經(jīng)濾袋過濾后流出，雜質(zhì)則被攔截在濾袋中。濾袋可更換或清洗后繼續(xù)使用。 年產(chǎn) 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設(shè)計(jì) 31 圖 袋式過濾器 表 設(shè)備一覽表 表 設(shè)備一覽表 序號 容器名稱 容器規(guī)格 V/m3 操作條件