【導(dǎo)讀】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)。在本文中比較詳細(xì)的計(jì)算。研究報(bào)告、商業(yè)規(guī)劃書和用戶手冊(cè)。和了解，了解到環(huán)管法聚丙烯合成的基本流程。

　　

【正文】 工藝設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)條件 全套裝置工藝參數(shù) 生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn) 15 萬(wàn)噸 生產(chǎn)時(shí)間：年工作時(shí)數(shù) 8000 小時(shí) 每噸聚丙烯消耗丙烯理論量： 噸丙烯（ 100%） 全裝置總收率按 98%計(jì)算，提耗為 2%（以 噸 100%丙烯為基準(zhǔn)計(jì)算收率和損耗），損 耗分配如下： 精制工段丙烯損失 % 閃蒸工段丙烯損失 % 汽蒸工段丙烯損失 % PP 粉料損失 汽蒸工段 %，造粒工段 % 丙烯進(jìn)料量 （按小時(shí)計(jì)算） PP 每小時(shí)凈生產(chǎn)量： 150000/8000= 需要 100%丙烯： *= 則取 丙烯為基準(zhǔn)計(jì)算收率和損耗 扣除損耗的則參加反應(yīng)的丙烯： (%%%)= 按轉(zhuǎn)化率 55%，則需要 100%丙烯進(jìn)料量為： 原料純度為 %，則原料量為： 催化劑用量 ① .主催化劑（ CSⅡ 型和 DQⅠ 型） 主催活性： 25~31kgPP/gcat，取 30 kgPP/gcat。 則主催用量： *1000/30= ② 其它 按主催：助催 TEAL：給電子體 DONOR：烴油十脂 =： ： ： 助催 TEAL 用量 :(*)/=3787g 給電子體 DONOR 用量： (*)/= 烴油十脂： 3787g 則催化劑總量： +3787++3787=,即 R200 小環(huán)管的物料衡算 主催化劑去聚合TEAL預(yù)聚合DONO RD302 丙烯原料 圖 R200 物料平衡圖 表 32 R200 物料平衡表 物料名稱 物料質(zhì)量（ kg） 總量（ kg） 輸入 丙烯 3000 催化劑 輸出 丙烯 PP 催化劑 進(jìn)料：丙烯進(jìn)料流量 2700~3300kg/h，取 3000kg/h 主催化劑 催化劑總量 主催化劑： 100~150gPP/gcat，取 100gPP/gcat 則預(yù)聚合生成 PP： *100=64920g= 未反應(yīng)的丙烯： = 出料： PP 丙烯 催化劑 氫氣用量 H2 消耗定額： ~,此處取值： 則 H2 用量： *= R201 大環(huán)管反 應(yīng)器的物料衡算 圖 R201 物料平衡圖 轉(zhuǎn)化率 55% 進(jìn)料：丙烯 *= PP 生成 PP： *55%= 出料： PP += 丙烯 *= 表 33 R201 物料平衡表 物料名稱 物料質(zhì)量（ kg） 總量（ kg） 輸入 丙烯（ R200） 35590 丙烯（ D302） 32590 PP(R200) 輸出 丙烯 35590 PP R201 R200 丙烯 催化劑 Kg D302 丙烯 32590Kg 丙烯 D301 氫 氣 D301 閃蒸罐的物料衡算 進(jìn)料： PP 丙烯 圖 D301 物料平衡圖 D301 頂部丙烯帶 走粉塵為 10%，底部粉塵帶走丙烯 10% D301 塔頂出料為： 丙烯： *90%= PP： *10%= D301 塔底出料為： PP： *90%= 丙烯： *10%= 表 34 D301 物料平衡表 物料名稱 物料質(zhì)量（ kg） 總量（ kg） 輸入 丙烯 35590 PP 輸出 丙烯（ D301 頂） 35590 PP(D301 頂 ) 丙烯（ D301 底） PP(D301 底） F301 布袋過(guò)濾器的物料衡算 D301→F301 PP 粉： 丙烯氣： D301 PP+丙烯 丙烯 + PP PP+丙烯 R201 T301 F301 T301→F301 丙烯： 2860kg PP 粉： 進(jìn)料：則 D301 丙烯： 2860+= 〉 →F301 T301 PP： += 圖 F301 物料平衡圖 D501 損失丙烯 %： *1000*%=153kg 則從 F301 頂部出丙烯： = 出料： F301 頂部（ T301）：丙烯氣 F301 底部（ D501）： PP 丙烯 153kg 表 35 F301 物料平衡表 物料名稱 物料質(zhì)量（ kg） 總量（ kg） 輸入 丙 烯（ D301） PP(D301) PP(T301) 丙烯（ T301） 2860 輸出 丙烯（ F301 底部） 153 回收丙烯（ F301頂部） PP(F301 底 ) F301 T301 D301 丙烯 +PP 丙烯 +PP 回收T301 丙烯 D501 丙烯 +PP T301 循環(huán)丙烯洗滌塔的物料衡算 T301 的液位 50%，體積 11m179。 丙烯密度 179。 則回流的液相丙烯： 11***103=2860kg 進(jìn)料： D301→T30 1 PP 粉： 丙烯： F301→T301 丙烯： 損失丙烯 %，損失 *1000*%=則回收至 D302 的丙烯 += 小閃線內(nèi)隨回流丙烯到 F301 的 PP 圖 T301 物料平衡圖 表 36 T301 物料衡算表 物料名稱 物料質(zhì)量（ kg） 總量（ kg） 輸入 丙烯（ D301） PP(D301) 丙烯（ F301） 損失丙烯 輸出 回收丙烯 PP(F301) 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F 301 來(lái)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?為 = 塔頂：濕氮?dú)猓?+=????kg 干燥洗滌塔T 502粉末D50 7S502濕氮?dú)庾訢 501 來(lái)的聚丙烯料倉(cāng)D 801 A/B氮?dú)?圖 D502 物料平衡圖 造粒 PP 粉 損失 %為 *%= 在聚合過(guò)程中催化劑和氫氣全用來(lái)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(guò)程中傳入熱量或傳出熱量的平衡計(jì)算 [12]。連續(xù)操作過(guò)程熱量衡算的內(nèi)容主要是計(jì)算正常操作時(shí)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(guò)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(kāi)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 41 水的比熱 ℃ 20 30 70 80 Kcal/(kg*℃ ) 表 42 液相丙烯比熱 ℃ 25 50 60 70 Kcal/(kg*℃ ) 0． 685 0． 800 0． 810 0． 910 表 43 氣相丙烯比熱 ℃ 50 60 76 20 Kcal/(kg*℃ ) 1． 64 1． 643 1． 647 1． 633 表 44 聚丙烯比熱 ℃ 20 70 80 105 Kcal/(kg*℃ ) 1． 93 2． 23 2． 246 2． 526 表 45 丙烯汽化潛熱 ℃ 50 60 76 Kcal/kg 2750 2350 1700 R200 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= kJ 未反應(yīng)丙烯帶走熱量 Q4= CP*m*△ t=()***20= kJ 通過(guò)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+Q2Q3 =***20+***20 =+ = 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=m*△ t*C 水 得 m 水 =Q5/（ C 水 *△ t） 所以 m 水 =(*5)= 液相本體法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(shí)的傳熱系數(shù)， ω/m178。k C—丙烯轉(zhuǎn)化率（ C=） 對(duì)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*e（ *） =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 [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=178。 表 46 R200 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（㎡） R201 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(guò)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= 冷卻水進(jìn)口溫度為 10 ℃ ，出口溫度為 30℃ 冷卻水用量 m 水 =*(3010)= 平均溫差 △ t=[(7010)(7030)]/In[(7010)(7030)]=℃ 液相本體法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(shí)的傳熱系數(shù)， ω/m178。k C—丙烯轉(zhuǎn)化率 [C=（ ） /=] 對(duì)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*e（ *） =178。k 換熱面積； A= Q7/（ K.△ t） =()/( *)= 178。 表 48 R201 熱量衡算表 熱量名稱 熱量（