【正文】 206WmK???()10ce??????.??? 傳熱方式選擇及傳熱面積計(jì)算傳熱方式選擇在聚丙烯生產(chǎn)中，聚合反應(yīng)熱的撤熱方式很多，例如夾套式撤熱、內(nèi)冷卻管撤熱、外循環(huán)式撤熱、蒸發(fā)冷凝式撤熱等。對(duì)于間歇式液相本體法聚丙烯裝置的聚合釜，采用夾套式撤熱為主，輔以指形內(nèi)冷卻管撤熱的方式，可以滿(mǎn)足目前 規(guī)模聚合釜的撤熱要求。這種312m撤熱方式比較簡(jiǎn)單、操作方便。目前各裝置均采用此種撤熱方式。江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文— 25 —冷卻介質(zhì)的選擇及平均溫差 的求取??t?根據(jù)測(cè)算，間歇式液相本體法聚丙烯裝置的 聚合釜，可以使用工業(yè)水或循環(huán)冷卻312m水作為冷卻介質(zhì)。設(shè)冷卻水的進(jìn)水溫度為 ，出水溫度為 ，則平均溫差 計(jì)算如下：0℃ 4℃ t?反應(yīng)溫度為，以恒溫反應(yīng)為依據(jù)，則有：反應(yīng)溫度 75℃ ?℃ 冷卻水溫度 34℃ ?0℃ 1750t???2112435lnlt??℃總傳熱面積 計(jì)算TF 39。TQKt??式中 總傳熱面積， 。?2m 需撤除的總熱量， 。39。TW 傳熱系數(shù)， 。K2K? 平均溫差， 。t??℃對(duì) 聚合釜：312m32709..854TF?? 夾套及內(nèi)冷卻管的設(shè)計(jì) 夾套的設(shè)計(jì)前面已經(jīng)討論過(guò)， 聚合釜的高徑比一般選取 ，直筒部分的高為釜徑的 倍。江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文— 26 —由此可知： 釜釜徑 ，直筒部高為 。聚合釜直筒部分夾套高取 ，下封頭（橢圓封頭半徑）高為 。. 對(duì)于 聚合釜，夾套總傳熱面積 等于直筒部分夾套面積 與下封頭夾套面積 之3 F1F2F和，即 （前面已經(jīng)詳細(xì)計(jì)算過(guò)了）1F?? 指形內(nèi)冷卻管設(shè)計(jì)內(nèi)冷卻管是否需要，有所需總傳熱面積與夾套傳熱面積之差決定。當(dāng)所需總傳熱面積大于夾套傳熱面積時(shí)，需要設(shè)置內(nèi)冷卻管，反之則不必設(shè)置內(nèi)冷卻管。對(duì)于 聚合釜：312mF??總 夾內(nèi) 冷 由于 釜筒體內(nèi)徑（ ）和螺帶外徑（ ） ?？梢赃x用 或 的內(nèi)冷卻管。?15當(dāng)選用 的內(nèi)冷卻管時(shí)，內(nèi)冷卻管總長(zhǎng)為：???若按四根均布，則每根管子的長(zhǎng)度為: .8m考慮到聚合釜頂部散熱效果，適當(dāng)減少內(nèi)冷卻管傳熱面積，如 的管長(zhǎng)適當(dāng)降低159m?或選用 的內(nèi)冷卻管也是可行的。13?聚合釜的設(shè)計(jì)參數(shù)名義容積 V, 實(shí)際容積 V, 釜高 H,m 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文— 27 —筒體高 ,m 上下封頭高 ,m 釜內(nèi)徑 D,m 髙徑比 H/D 夾套內(nèi)徑 ,m 螺帶外徑 ,m 螺帶內(nèi)徑 ,m 螺帶寬度 b,m 螺帶螺距 s,m 螺帶總高 m ~升高斜率 s/2/ 攪拌轉(zhuǎn)速 n,r/min 50電機(jī)功率 P,Kw 55比功率 P/V,Kw/ 夾套傳熱面積 , 23指形內(nèi)冷凝管面積 ， 總傳熱面積 F, 28夾套比傳熱面 /V, 總比傳熱面 F/V, ~比界面 /V, 冷卻水流量 Q, /h 100江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文— 28 —設(shè)計(jì)壓力：釜內(nèi) MpaP 夾套內(nèi) MpaT 夾套內(nèi)℃~100~80主體材質(zhì) 16MnR 或 188設(shè)備總高 mm 8141設(shè)備總重 kg 14750 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文— 29 —第三章 聚丙烯工藝物料恒算 丙烯投料量的計(jì)算投料量一般為釜容積的 。依此計(jì)算， 釜投 丙烯。但由于丙烯密度受環(huán)70%境溫度的影響較大，應(yīng)根據(jù)氣溫的變化適當(dāng)調(diào)整投料量，以保證丙烯重量的準(zhǔn)確。如果采用丙烯計(jì)量罐計(jì)量，投料時(shí)計(jì)量罐氣相空間擴(kuò)大占用了部分丙烯，因而造成實(shí)際投料量小于預(yù)定值。這個(gè)值按如下估算：以 12 釜為例，投 丙烯，設(shè)計(jì)量罐丙烯壓力為 （表），溫度為 ，℃罐空間擴(kuò)大占用丙烯； ?????設(shè)聚合釜噴料后殘壓為 （表） ，溫度為 ，則殘存丙烯：℃??.1284(73)???實(shí)際少投丙烯： ??折算為體積（密度取???????? ）? ?????此時(shí)以轉(zhuǎn)化率??? 計(jì)，則???? 的聚丙烯所需的原料丙烯為 ???????????????????????????????????????????? ?????故實(shí)際單釜一次投料體積為??? ?????????????? ，質(zhì)量為?? ????????????????????設(shè)可回收丙烯為投料量??? ，即?? ????????????????????江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文— 30 —日耗量為???? ???????????????????????????????? 催化劑用量的計(jì)算 因?yàn)榉磻?yīng)速度與催化劑用量（或在反應(yīng)物中的濃度）成正比，從兼顧生產(chǎn)能力、產(chǎn)品中鈦含量和安全生產(chǎn)等方面的因素考慮，催化劑有一個(gè)適宜的量。不同類(lèi)型的催化劑用量是不一樣的，即使是同一類(lèi)型的催化劑也受其本身質(zhì)量、丙烯質(zhì)量、活化劑質(zhì)量、傳熱效果等因素的影響。催化劑用量必需根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整。對(duì)絡(luò)合Ⅱ型催化劑而言，一般可控制Ti/C3（質(zhì)量）比為 40—60PPm。催化劑用量可按下式計(jì)算： ????釜即 Ti??釜式中 催化劑用量， ；cat kg 丙烯密度， ；3??3m 聚合釜容積， ；V釜 鈦烯比， ；3TiRc?p 催化劑中 含量83TiCl 以 釜為例，按溫度 丙烯密度 ， 計(jì)：312m0℃ ? ?????若取 6R kg? 在未掌握反應(yīng)情況之前，催化劑濃度可適當(dāng)降低些，以防止暴聚，然后逐步加大至滿(mǎn)意的程度。江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文— 31 — 活化劑用量的計(jì)算活化劑一氯二乙基鋁的用量隨丙烯質(zhì)量而定。如果丙烯的純度高，有害雜質(zhì)少，鋁鈦比（一氯二乙基鋁與三氯化鈦的摩爾比）取 4 即可。但煉油廠(chǎng)丙烯一般質(zhì)量較低，相當(dāng)部分烷基鋁被丙烯中的雜質(zhì)所消耗，因而鋁鈦比往往較高，一般為 ，最高的大 以上。在7~1420確定鋁鈦比以后，活化劑的用量可按下式計(jì)算： catAllTiAltWMRC???式中 活化劑用量， ；l kg 催化劑中 的含量，一般為 （質(zhì)量） ；TiC3Til80% 濃活化劑中 含量，一般為 ；Al 25()ACHl9 分子量， ；lM25()ll1. 分子量， 。cat3Ti4.實(shí)際加料時(shí)往往不是計(jì)重量，而是量體積，一般稀釋至 的安全濃度。25~301gml對(duì)于 的釜 ，如果加催化劑 ，一氯二乙烯基鋁用量為：???按 濃度計(jì)，應(yīng)加一氯二乙烯基鋁： 氫氣用量的計(jì)算由于氫調(diào)的敏感性與催化體系的性能、釜型、攪拌轉(zhuǎn)速及反應(yīng)情況均有較密切的關(guān)系，因此氫氣用量受許多因素的影響。加氫量與熔體流動(dòng)速率（熔融指數(shù)）或平均分子量之間的關(guān)系式有多種，其中之一是： ().3MIH??式中 熔體流動(dòng)速率， ；液體丙烯中氫的摩爾百分?jǐn)?shù)。2()江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文— 32 —此關(guān)系式計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際較為接近。如在 釜中投 丙烯，生產(chǎn)的聚丙烯熔體312m70Kg流動(dòng)速率為 ，其加氫量可由下式計(jì)算：4g/(H)=??%????即加氫量約為 。這種計(jì)算方法未考慮其他因素的影響，要控制好熔體流動(dòng)速率，最好是根據(jù)具體裝置在生產(chǎn)中摸索規(guī)律性，以確定加氫量。 轉(zhuǎn)化率的計(jì)算所得產(chǎn)品的重量與投入丙烯重量比稱(chēng)為轉(zhuǎn)化率，丙烯的單程轉(zhuǎn)化率可以用下式計(jì)算： 310%PrCWTV???式中 轉(zhuǎn)化率；r聚丙烯產(chǎn)量；P投入丙烯的體積；3VC?丙烯密度；3??丙烯純度；3C?已知在溫度為 時(shí)投入原料丙烯，此時(shí)密度為 ，有前面章節(jié)可知，單釜生產(chǎn)o40 3480/Kgm能力為 ，単釜生產(chǎn)周期為 ，年生產(chǎn)時(shí)數(shù)為 。投料一次后產(chǎn)出聚丙烯的27/kta8hh量：江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文— 33 — ???單釜丙烯投入量為 1%.?這樣的計(jì)算忽略了丙烯及粉料的各種消耗，但對(duì)某一釜料而言不易準(zhǔn)確。但如果連續(xù)幾釜去平均值，則其轉(zhuǎn)化率是能計(jì)算準(zhǔn)確的。 催化效率的計(jì)算催化效率，通常也稱(chēng)催化劑得率，是所得聚丙烯產(chǎn)品與所投催化劑有效成分的重量比，即倍數(shù)。催化劑得率主要決定于催化劑本身的活性，其次決定于所用原料的質(zhì)量，另外生產(chǎn)中每釜的催化劑得與操作條件及反應(yīng)時(shí)間也有較大的關(guān)系。因此必須是在同樣的反應(yīng)時(shí)間和同樣的反應(yīng)條件下的催化劑得率才有此意義。 ??式中 催化效率， 3/gTiCl 聚丙烯產(chǎn)量，P 催化劑投料量，cat 絡(luò)合Ⅱ型催化劑中 含量。 已知 反應(yīng)釜產(chǎn)聚丙烯 ，投催化劑 ，則：312m270Kg270g 315/.8EPil?? 平均活性 絡(luò)合Ⅱ型催化劑的活性壽命較長(zhǎng)，但在反應(yīng)過(guò)程中其活性還是要衰弱的，后期活性比初期低。如果反應(yīng)進(jìn)行到正好“ 干鍋”，用平均活性也可比較各批催化劑活性。從實(shí)踐或生產(chǎn)實(shí)際不難看出，平均活性隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。平均活性可用下式表示： ??江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文— 34 —式中???????? E??催化劑效率， 3/gPTiCl；pW??聚丙烯含量，? ；cat??催化劑投量，? ；——絡(luò)合Ⅱ型催化劑 3TiCl含量。 ?? 36gTiClh? 聚合釜的生產(chǎn)強(qiáng)度聚合釜的生產(chǎn)強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)單位釜體積所生產(chǎn)的聚丙烯的量。他與反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短、反應(yīng)的劇烈程度都有一定的關(guān)系。在反應(yīng)激烈程度相同的情況下，需要的反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，生產(chǎn)強(qiáng)度越低。在相同的反應(yīng)時(shí)間下，反應(yīng)越好生產(chǎn)強(qiáng)度越高。生產(chǎn)強(qiáng)度可按下式計(jì)算： PRWSVt??式中 生產(chǎn)強(qiáng)度， ；S?3kgmh聚合釜容積， ；RV 反應(yīng)時(shí)間， 。t ????? 產(chǎn)品中理論含鈦量的計(jì)算如催化劑中的鈦全部進(jìn)入產(chǎn)品，可以計(jì)算處產(chǎn)品中鈦的理論值： （5–10）??式中 產(chǎn)品中鈦含量， ； TiC?pm江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文— 35 —催化劑中鈦含量。?????在生產(chǎn)中由于催化劑在加料罐內(nèi)滯留、跑損，造成實(shí)測(cè)值與理論值有差別。但在絕大多數(shù)情況下，實(shí)測(cè)值很接近理論值。江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文— 36 —第四章 旋風(fēng)分離器及冷水泵的設(shè)計(jì) 旋風(fēng)分離器設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)試驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，液相本體法聚丙烯裝置旋風(fēng)分離器有關(guān)工藝參數(shù)為：處理氣量 Q： 1300m3/h 粉塵密度 γc： 500kg/m3空氣密度 γ: 空氣粘度 μ: 106kgs/m2旋風(fēng)除塵器進(jìn)口塵濃 cj: 100g/Nm3江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文— 37 — 旋風(fēng)除塵器幾何尺寸的確定及其對(duì)旋風(fēng)除塵器性能的影響 進(jìn)口面積 FjFj=ab=取 a=2b,則 a=，b=。 筒體直徑 D一般，旋風(fēng)除塵器的直徑越小，旋轉(zhuǎn)半徑越小，粉塵顆粒所受的離心力越大，旋風(fēng)除塵器的除塵效率也就越高。但過(guò)小的筒體直徑，由于旋風(fēng)除塵器器壁與排氣管太近，可造成較大直徑顆粒有可能反彈至中心氣流而被帶走，使除塵效率降低。另外，筒體太小容易引起堵塞，尤其對(duì)于粘性物質(zhì)。通常取筒體直徑 D=4b=4= 筒體長(zhǎng)度 h通常，較高除塵效率的旋風(fēng)除塵器，都有較大的長(zhǎng)度比例。它不但能使進(jìn)入筒體的塵粒停留時(shí)間增長(zhǎng)，有利于分離，且能使尚未到達(dá)排氣管的顆粒有更多的機(jī)會(huì)從旋流核心中分離出來(lái)，減少二次夾帶，以提高除塵效率。足夠長(zhǎng)的旋風(fēng)除塵器，還可避免旋轉(zhuǎn)氣流對(duì)灰斗頂部的磨損。但是過(guò)長(zhǎng)的旋風(fēng)除塵器會(huì)占據(jù)較大的空間。因此，提出旋風(fēng)除塵器自然長(zhǎng)度 l 這一概念。即從排氣管下端至旋風(fēng)除塵器自然旋轉(zhuǎn)頂端的距離在設(shè)計(jì)中，旋風(fēng)除塵器的高度 H，應(yīng)保證有足夠的自然長(zhǎng)度，但大于自然長(zhǎng)度的過(guò)長(zhǎng)旋風(fēng)除塵器顯然是不經(jīng)濟(jì)的。一般常取旋風(fēng)除塵器的圓筒段高度，h=(~)D。江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文— 38 —筒體長(zhǎng)度 h=== 錐體尺寸旋風(fēng)除塵器的圓錐體可以在較短的軸向距離內(nèi)將外旋流變?yōu)閮?nèi)旋流，節(jié)省了空間和材料。另外，在“自由旋流區(qū)” 采用圓錐型結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)半徑可逐漸變小，使切向速度不斷提高，離心力隨之增大，這樣，除塵效率將會(huì)隨離心力的增加而提高。圓錐體的另一個(gè)作用，是將已分離出來(lái)的粉塵微粒集中于旋風(fēng)分離器中心，以便于將其排入貯灰斗中。為防止由于核心旋流與錐壁接觸時(shí)將已分離下來(lái)的粉塵重新卷入核心旋流，而造成二次夾帶，要求排灰口直徑 D1 不得小于 1/4de。排灰口直徑 D1===旋風(fēng)除塵器的圓錐高度，直接與圓錐體的半錐角 α和錐體下端排灰口直徑 D1 有關(guān)。當(dāng)錐體高度一定，而錐體角度較大時(shí)，由于氣流旋流半徑很快變小，很容易造成核心氣流有器壁撞擊，使沿錐壁旋轉(zhuǎn)而下的塵粒被內(nèi)旋流所帶走，影響除塵效率。所以，半錐角不宜過(guò)大。另外，它還取決于粉塵顆粒的物理性質(zhì)，一般 α≤30176。設(shè)計(jì)時(shí)常取 α=13~15176。設(shè)計(jì)中一般取圓錐高度（Hh）= （2~）D0Hh==2= 旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口旋風(fēng)除塵器有兩種主要的進(jìn)口形式——軸向進(jìn)口和切向進(jìn)口。切向進(jìn)口