【導(dǎo)讀】進(jìn)行的研究工作及設(shè)計(jì)成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)。人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。聚丙烯樹脂是由丙烯聚合而成的一種熱塑性塑料。聚丙烯性能優(yōu)異，用途廣范，是。近40年來，生產(chǎn)發(fā)展速度最快的通用塑料品種之一。線設(shè)計(jì)項(xiàng)目的參考。主要介紹了Spheripol工藝的工藝流程、主要特征和技術(shù)指標(biāo)，闡述。了聚丙烯聚合反應(yīng)過程和重要的熔融指數(shù)對(duì)產(chǎn)物的影響。最后，用收集的工藝參數(shù)科學(xué)。繪制出帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。

　　

【正文】 氫氣 丙烯 丙烯 聚丙烯 雜質(zhì) 1 丙烯 聚丙烯 雜質(zhì) 1 丙烯 聚丙烯 雜質(zhì) 1 預(yù)聚合 環(huán)管Ⅰ 環(huán)管Ⅱ 單位： kg/h 21 催化劑 /kg ~ 氫氣 /m3 ~2 丙烯單體 /t 能量衡算 綜合 考慮 產(chǎn)品的生產(chǎn)階段， 按照能量衡算的整體思路與方法， 把整個(gè) 聚丙烯 生產(chǎn)項(xiàng)目分為 多 個(gè)獨(dú)立衡算的子系統(tǒng) 。衡算過程利用 能量 守恒的原理， 先對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算，最后得出動(dòng)力消耗一覽表 。 以每小時(shí)能量轉(zhuǎn)化 計(jì)算，對(duì)于反應(yīng)過程，均采用 絕壓 25℃為計(jì)算基準(zhǔn)。 衡算過程中， 以主要反應(yīng)物及其反應(yīng)能量衡算為主， 在不影響產(chǎn)品生產(chǎn)指標(biāo)的前提下作出了一些合理的假設(shè) ，數(shù)據(jù)來源自《 化工工藝設(shè)計(jì) 手冊(cè)》 第三版 。 能量 守恒：∑ Q 進(jìn) =∑ Q 出 由于本工藝為連續(xù)穩(wěn)定操作過程，可忽略設(shè)備加熱所需熱量 Q5 的計(jì)算； 的能量衡算 進(jìn)出物料的顯熱變化可用比熱容進(jìn)行計(jì)算，預(yù)聚合產(chǎn)物較少，只算進(jìn)料顯熱，已知反應(yīng)物比熱容 CP 丙烯 =(kg℃ )，則 Q1 預(yù) =mCP 丙烯 (T2T1)= (kg℃ ) (20℃ 25℃ )= 預(yù)聚合工序溫度控制在 20℃左右，為保證溫度恒定，冷卻水的溫度變化范圍為 10℃，查表得 CP 水 =(kg℃ )，設(shè)所需冷卻水的質(zhì)量為 m 水 預(yù) ，按 10%的損失計(jì)算，則 Q2 預(yù)=m 水 預(yù) CP 水 △ T (110%) 反應(yīng)生成熱 Q3 預(yù) 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)顯示聚丙烯的反應(yīng)生成熱為 490kcal/kgPP，為驗(yàn)證其正誤，通過驗(yàn)證化學(xué)鍵能差求證。 參考數(shù)據(jù)： C― C 鍵能為 ， C＝ C 為 由反應(yīng)式2 2n C H C H C H C H= — — —c a tT , P n3C H 3C HC h e m P a s t e r可知，每摩爾丙烯生成聚丙烯需斷裂一摩爾碳碳雙鍵，生成兩摩爾碳碳單鍵，即 Hfm*= 2= 22 HfPP*=Hfm MPP= 計(jì)算丙烯的聚合反應(yīng)熱除了計(jì)算鍵能差還要計(jì)算構(gòu)型和晶體排布 的 熱量，故HfPP=490kcal/kgPP 合理。 由 1cal= 得： HfPP=490kcal/kgPP=預(yù)聚合工序丙烯聚合熱： Q3 預(yù) =m HfPP= = 預(yù)聚合過程聚合溫度與外界溫度接近，故設(shè)備向四周散失的熱量 Q6 忽略不計(jì)，則Q2 預(yù) =(Q1 預(yù) +Q3 預(yù) )=()=477220kJ 預(yù)聚合工序所需冷卻水的質(zhì)量： m 水 預(yù) =(Q1 預(yù) +Q3 預(yù) )/( 水 △ T) =477220kJ/[ (kg℃ )*10℃ ]= Ⅰ聚合工序 衡算 顯熱變化，查文獻(xiàn)得 CP 聚丙烯 =(kg℃ )[17]，則 Q1Ⅰ =m CP 聚 丙烯 (T2T1)+CP 丙烯 [m (T2T1)+ m’ (T2’T1’)]=(kg℃ ) 170kg (70℃ 20℃ )+(kg ℃ ) [ (70℃ 20℃ )+ (70℃25℃ )]= 環(huán)管Ⅰ溫度控制在 70℃左右，按 10%的損失計(jì)算，設(shè)所需冷卻水的質(zhì)量為 m 水 Ⅰ ，則Q2Ⅰ = 水 Ⅰ CP 水 △ T 聚合反應(yīng)熱： Q3Ⅰ =m HfPP= = 設(shè)備向四周散失的熱量： Q6=∑ Fα T(twt)τ 103 當(dāng) tw150℃是，管壁隔熱層外有公式：α T=(twt)，則設(shè)定隔熱套外表溫度為 65℃ 時(shí)，α T= (6525)=(m2℃ ) 設(shè)直管長 60m，夾套外徑 ，忽略彎管散熱情況： Q6Ⅰ =( 60m 4) (m2℃ ) (65℃ 25℃ ) 3600s103= 能量守恒得： Q2Ⅰ =Q1Ⅰ Q3Ⅰ +Q6Ⅰ ==，所需補(bǔ)足10℃冷卻水的質(zhì)量： 23 m 水 Ⅰ =(Q2Ⅰ △ Q)/ 水 △ T=[ (kg℃ ) 10℃ ]= Ⅱ聚合工序 衡算 新鮮丙烯的顯熱變化： Q1Ⅱ = m CP 丙烯 (T2T1)= (kg℃ ) (70℃ 25℃ )= 環(huán)管Ⅱ溫度控制在 70℃左右，按 10%的損失計(jì)算，設(shè)所需冷卻水的質(zhì)量為 m 水 Ⅱ ，則Q2Ⅱ = 水 Ⅱ CP 水 △ T 聚合反應(yīng)熱： Q3Ⅱ = = 同理設(shè)備向四周散失的熱量： Q6Ⅱ =Q6Ⅰ = 能量守恒得 Q2Ⅱ =Q1Ⅱ Q3Ⅱ +Q6Ⅱ =+=10839906kJ 所需冷卻水的質(zhì)量： m 水 Ⅱ =Q2Ⅱ / 水 △ T=10839906kJ/[ (kg℃ ) 10℃ ]=286770kg 衡算 液相丙烯由高壓閃蒸為氣相丙烯，經(jīng)袋濾器分離，此過程是液相丙烯釋放出潛熱使自身汽化的相變化過程。 70℃ 液體丙 烯熱焓 Hl=400Btu/lb， 72℃丙烯氣熱焓 Hv=512Btu/lb。則 : △ H=512400=112Btu/lb=考慮管壁散熱等因素， 按 15%的損失計(jì)算， 汽化丙烯量 所需熱量 : Q 汽化 =m△ H= ()== 100℃ ~110℃的蒸汽熱焓值△ H 蒸汽 =640kcal/kg=，用間接蒸汽加熱是蒸汽的用量： G 蒸汽 =Q 汽化 /(△ H 蒸汽 CP 丙烯 tn) = ((kg℃ ) 72℃ )= 汽蒸消耗蒸汽 300kg/t，則一小時(shí)消耗汽蒸用 m 蒸汽 =300kg/t 干燥鼓風(fēng)用氮?dú)?30m3/t，則一小時(shí)消耗汽蒸用 V 氮?dú)?=30m3/t 24 水的汽化熱為 540kcal/kg=干燥汽化水消耗熱量： Q= 電能消耗量， E=Q2 總 /860η ，其中 電熱裝置的電工效率 η 一般取 ~， Q2 總=477220kJ++10839906kJ++= E=Q2 總 /860η E=(860 )= h 表格 9 動(dòng)力消耗一覽表 序號(hào) 動(dòng)力名稱 單位 規(guī)格 成品單耗量 /t 每小時(shí) 消耗量 每年 消耗量 使用 情況 1 蒸汽 kg ／ 107 連續(xù) 2 電 kWh 380V 108 連續(xù) 3 循環(huán)水 t 10℃ 溫差 106 連續(xù) 4 氮?dú)? m3 工業(yè)級(jí) 106 連續(xù) 設(shè)備選型 設(shè)備的計(jì)算和選型是根據(jù)物料衡算以及能量衡算的數(shù)據(jù)，結(jié)合選址環(huán)境情況選擇合適的材質(zhì)和計(jì)算設(shè)備的大小等數(shù)據(jù)。 [16] 反應(yīng)器總體結(jié)構(gòu)簡單，由四條直管和成 180176。彎管組成。 已知環(huán)管反應(yīng)器中物料密度約為 560g/L，由物料衡算可知， 設(shè)計(jì)以每小時(shí)最大處理量 40000kg 為目標(biāo)，則反應(yīng)器體積為 ，以公稱直徑為 ，則需要 4條管長 60m。 簡單的結(jié)構(gòu)對(duì)材質(zhì)要求低，可用低溫碳鋼，主要管殼以 SA516 GR70（ SA671/G RCC）。 表格 10 設(shè)備一覽表 設(shè)備名稱 數(shù)量 設(shè)備名稱 數(shù)量 預(yù)聚合反應(yīng)器 1 鼓風(fēng)機(jī) 1 聚合反應(yīng)器 2 混合器 1 夾套水冷卻器 3 進(jìn)料料斗 1 原料進(jìn)料泵 5 稱重進(jìn)料器 1 25 貯罐 5 液體進(jìn)料 器 1 循環(huán)泵 1 擠出機(jī) 2 加熱器 1 模面切粒機(jī) 1 單體冷凝器 1 離心脫水器 1 高壓脫氣罐 1 顆粒輸送機(jī) 1 催化劑注入泵 2 篩分器 1 共聚反應(yīng)器 2 摻混貯存料倉 1 循環(huán)鼓風(fēng)機(jī) 1 包裝機(jī)料斗 3 壓縮機(jī) 3 包裝機(jī) 3 低壓閃蒸罐 1 稱重料斗 3 第六章 生產(chǎn) 安全及環(huán)境保護(hù) 安全要求 生產(chǎn)聚丙烯所用的原材料 (如丙烯、乙烯、氫氣 )等都是易燃易爆物質(zhì)；三氯化欽與空氣接觸會(huì)分解放出 HCl，影響人體健康與腐蝕設(shè)備；三乙基鋁暴露于空氣中會(huì)發(fā)生劇烈氧化而自燃；聚丙烯粉塵在空氣中達(dá)到一定限度后會(huì)產(chǎn)生粉塵爆炸。所以，操作人員必須提高警惕，并對(duì)他們進(jìn)行必要的安全教育。 在裝置設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮到不正常時(shí)的安全技術(shù)措施，建設(shè)項(xiàng)目必須配有火炬系統(tǒng)，將不正常排放的可燃?xì)怏w和有毒廢氣燃燒，該系統(tǒng)的處理能力應(yīng)滿足裝置緊急停車物料的最大排放量；為確保安全，設(shè)有事故越限報(bào)警信號(hào)和安全儀表聯(lián)鎖裝置等；在裝置布置上，將防火區(qū)與非防火區(qū)遠(yuǎn)離，以免相互影響；裝置的下水道設(shè)有水封、隔油、透氣管等，防止可燃?xì)怏w存積和到處散發(fā)；電纜溝內(nèi)充填沙子，以防止烴類氣體積存于低洼處；為控制火源 ，在生產(chǎn)區(qū)盡量避免大量貯存易燃易爆物品，并嚴(yán)禁攜帶火種、煙火等物進(jìn)入防火區(qū)；在連續(xù)法裝置生產(chǎn)過程中，聚丙烯粉末不直接與空氣接觸，而用氮?dú)膺M(jìn)行粉末輸送，并在設(shè)計(jì)中考慮了消除靜電的措施；界區(qū)內(nèi)設(shè)有消防水與泡沫消防設(shè)施，操作人員或進(jìn)場參觀人員必須嚴(yán)格遵守各項(xiàng)安全技術(shù)規(guī)程。 環(huán)境保護(hù) 鑒于 化學(xué)工業(yè)的特點(diǎn)，化學(xué)工業(yè)建設(shè)項(xiàng)目存在潛在環(huán)境危害和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大，因此，化工建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施過程中，嚴(yán)格按《環(huán)境影響評(píng)價(jià)法》規(guī)定執(zhí)行 環(huán)境保護(hù) ，以下是該項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)的法律法規(guī)依據(jù)： ① 《化工建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB5048320xx》 ② 《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) GB383898》 ③ 《大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) GB309596》 26 ④ 《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) GB309693》 ⑤ 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn) GB897896》 ⑥ 《鍋爐煙塵排放標(biāo)準(zhǔn) GB384183》 Spheripol工藝生產(chǎn)聚丙烯過程產(chǎn)生的“三廢”少，對(duì)環(huán)境影響較少。其廢水主要來源于原料精制過程及閃蒸用真空泵排出水、化驗(yàn)室廢水。這些廢水與裝置其他工業(yè)生產(chǎn)廢水混合后即可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。廢氣主要來源于閃蒸汽蒸去活過程中排出的尾氣等。目前裝置都配置 有單體循環(huán)回收系統(tǒng)和尾氣回收系統(tǒng)，不但可以提高原料利用率，少量尾氣均可經(jīng)過處理后引至高空火炬排放。其廢渣只有少量因操作不當(dāng)而失效變質(zhì)的催化劑、活化劑，廢渣需統(tǒng)一隔離可燃物進(jìn)行銷毀。其中，廢催化劑可自然氧化予以銷毀，廢活化劑可先用溶劑油稀釋，讓其自然緩慢氧化分解。 本項(xiàng)目在工程設(shè)計(jì)中盡量選用了低噪聲的設(shè)備，但 所 采用的 換熱器 和粉碎機(jī)難免產(chǎn)品一定震動(dòng)及噪聲，為 此采取一些必要措施，如：管道包扎隔聲、吸聲的材料、設(shè)置隔聲膜等 。 第七章 總結(jié)與展望 總結(jié) 聚丙烯性能優(yōu)異，新產(chǎn)品的不斷開發(fā) ，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域用，是近 40 年來生產(chǎn)發(fā)展速度較快的通用塑料品種之一，聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)研究一直是學(xué)術(shù)界和工程界關(guān)注的領(lǐng)域。目前，中國擁有的聚丙烯生產(chǎn)裝置生產(chǎn)工藝以環(huán)管反應(yīng)器本體聚合工藝技術(shù)居多，擁有國產(chǎn)第二代環(huán)管自有技術(shù)，本文在綜述聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，選取參考 Spheripol工藝作工藝設(shè)計(jì)主要總結(jié) 如下： ①國內(nèi)外聚丙烯的供求現(xiàn)狀 仍處于不平衡狀態(tài)，尤其以 國內(nèi)高性能的聚丙烯專用料短缺為主要矛盾，推動(dòng)研究發(fā)展。 ②聚丙烯工藝技術(shù)的 不斷創(chuàng)新、改進(jìn) ，使聚丙烯工業(yè)迅猛發(fā)展。 ③通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì) 的 初步分析 比較 ，選取目前 全球生產(chǎn)能力占有率最高 Spheripol 工藝 進(jìn)行學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)。 ④ Spheripol 工藝主要以 液相環(huán)管反應(yīng)器和氣相密相流化床反應(yīng)器的結(jié)合，并利用雙峰技術(shù)、特殊不造粒技術(shù)生產(chǎn)多個(gè)牌號(hào)產(chǎn)品。 ⑤ 本設(shè)計(jì)工藝流程清晰，設(shè)計(jì)計(jì)算力求做到科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。 27 展望 國內(nèi)聚丙烯工業(yè)中呈現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量、數(shù)量的不平衡， 面對(duì)國內(nèi)聚丙烯工業(yè)中 的兩個(gè)不平衡，引進(jìn)及開發(fā) 高性 能聚丙烯專用料的生產(chǎn)技術(shù)以及生產(chǎn)裝置大型化或?qū)ΜF(xiàn)有裝置增產(chǎn)減能，成為 PP 成套技術(shù)的發(fā)展方向。 一方面要和催化劑研究單位相結(jié)合，使工藝和新的催化劑結(jié)合開發(fā)高端高性能高附加值的 PP 產(chǎn)品； 另 一方面關(guān)注關(guān)鍵設(shè)備的大型化研究，提高裝置的生產(chǎn)能力，進(jìn)一步減低 PP 產(chǎn)品的能耗和單耗，降低生產(chǎn)成本，提高工藝的市場競爭力 。 28 參 考 文 獻(xiàn) [1] 張雪珍 .聚丙烯工藝及產(chǎn)品開發(fā)新進(jìn)展 [J].石油化工 ,20xx,32(7):615619 [2] 宋立新 ,谷海峰 ,方靜等 .國內(nèi)外聚丙烯生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場分析 [J].彈性體 ,20xx,20(5):7479 [3] 崔小明 .中國聚丙烯生產(chǎn)消費(fèi)現(xiàn)狀及發(fā)展前景 [J].當(dāng)代石油石化 ,20xx,17(9):2226 [4] Chenpu. 世界聚丙烯消費(fèi)將緩慢回 暖 [EB/OL]. [5] 龐曉華 .世界十大聚丙烯生產(chǎn)商 [J].合成纖維工業(yè) ,20xx,32:26 [6] GBT1267020xx,聚丙烯 (PP)樹脂 [S] [7] 王祝祁 ,馬振文 ,黃峰 .聚丙烯生產(chǎn)工藝及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析 [J].黑龍江石油化工 ,1997,(2):57,(3):46 [8] 寧英男 ,董春明 ,王偉眾等 .氣相法聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展 [J].化工進(jìn)展 ,20xx,29(12):22202227 [9] 劉偉 .聚丙烯臥式攪拌床若干反應(yīng)工程問題的研究 [D].化學(xué)工程與生物工