【導(dǎo)讀】聚丙烯是丙烯單體聚合而形成的高分子聚合物，是一種通用合成樹(shù)脂。本設(shè)計(jì)中就詳細(xì)介紹了聚丙烯隨催化劑的發(fā)展而發(fā)展的情況。另外聚丙烯來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，易于加工成型，產(chǎn)品綜合性能優(yōu)良，聚乙烯之后的第三大通用塑料。

　　

【正文】 料：聚丙烯： 聚合反應(yīng)器中沒(méi)有反應(yīng)的丙烯進(jìn)入閃蒸操作。在閃蒸操作中又 98％的丙烯汽化后進(jìn)入丙烯洗滌塔進(jìn)行循環(huán)利用， 2％的丙烯隨聚丙烯粉料一起進(jìn)入汽蒸罐。 因此，去汽蒸罐的丙烯為：（ － ） 2％＝ 去洗滌塔的丙烯為：（ － ） 98％＝ 表 24 D301 物料平衡表 物料名稱 物料質(zhì)量（ t/h） 總量（ t/h） 輸入 聚丙烯 丙烯 輸出 損耗丙烯 聚丙烯 丙烯（去 D501） 丙烯（去 T301） 河南 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 汽蒸罐 D501 物料衡算 圖 25 D501 物料平衡圖 進(jìn)料：聚丙烯： 丙烯： 低壓蒸汽： 損耗丙烯： ％＝ 出料：去 D502 聚丙烯粉料： 聚丙烯粉料夾帶冷凝水： 3％＝ 水蒸氣： － ＝ 去 T501 的丙烯： － ＝ 表 25 D501 物料平衡表 物料名稱 物料質(zhì)量（ t/h） 總量（ t/h） 輸入 聚丙烯 汽蒸罐 D501 聚丙烯 丙烯 低 壓蒸汽 損耗丙烯 水蒸氣 含 3％水的聚丙烯 去 T501 丙烯 河南 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 丙烯 低壓蒸汽 輸出 損耗丙烯 絕干聚丙烯粉料 聚丙烯夾帶冷凝水 去 T501 丙烯 水蒸氣 干燥器 D502 物料衡算 圖 26 D502 物料平衡圖 經(jīng)過(guò)干燥處理后的聚合物中水分應(yīng)低于 ％ wt，取 ％ wt 進(jìn)料：濕聚丙烯： ＋ ＝ 熱氮?dú)猓? 出料：絕干聚丙烯粉料： 夾帶少量水分： ％＝ 熱 氮?dú)鈳ё咚郑?－ ＝ 濕氮?dú)猓?＋ ＝ 表 26 D502 物料平衡表 干燥塔 D502 濕聚丙烯 熱氮?dú)? 干聚丙烯 濕氮?dú)? 河南 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 物料名稱 物料質(zhì)量（ t/h） 總量（ t/h） 輸入 濕聚丙烯 熱氮?dú)? 輸出 絕干聚丙烯 聚丙烯夾帶少量水分 濕氮?dú)? 擠壓造粒單元物料衡算 圖 27 擠壓造粒單元物料平衡圖 進(jìn)料：聚丙烯： ＋ ＝ 損耗聚丙烯： ％＝ 產(chǎn)品： － ＝ 則年生產(chǎn)聚丙烯量為： 7200＝ 104 t/a 與設(shè)計(jì)任務(wù)年產(chǎn) 2 萬(wàn)噸相當(dāng)。 故本次設(shè)計(jì)是合理的 表 27 擠壓造粒單元物料平衡表 物料 名稱 物料質(zhì)量（ t/h） 總量（ t/h） 輸入 聚丙烯 輸出 損耗聚丙烯 產(chǎn)品 擠壓造粒單元 聚丙烯 損失聚丙烯 產(chǎn)品 河南 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 總物料平衡表 表 28 總物料平衡表 設(shè)計(jì)單元 總物料輸入（ t/h） 總物料輸出（ t/h） 保安精制 T701 預(yù)聚合 R200 300602594 液相本體聚合 R201 閃蒸罐 D301 汽蒸罐 D501 干燥塔 D502 擠壓造粒 第 3 章 熱量衡算 熱量衡算的依據(jù)是能量守恒定律?；瘜W(xué)反應(yīng)對(duì)溫度通常有很大的依賴關(guān)系，因?yàn)榉磻?yīng)速率與溫度條件有關(guān)，而溫度條件則取決于產(chǎn)生或吸收的熱量，以及換熱條件，通過(guò)熱量衡算可以確定反應(yīng)器的溫度條件和換熱面積。 對(duì)于流動(dòng)系統(tǒng)與間歇系統(tǒng)均可適用的普遍的熱量衡算式為： 隨物料流入的熱量 +反應(yīng)過(guò)程的熱效應(yīng) =隨物料流出的熱量 +反應(yīng)系統(tǒng)與外界交換的熱量 +積累的熱量 [16] 167。 主 要設(shè)備熱量衡算 R200 熱量衡算 操作條件 [10]：反應(yīng)溫度： 20℃ 河南 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 操作壓力： MPa 停留時(shí)間：約 4 分鐘 管內(nèi)由丙烯、催化劑、聚丙烯組成的漿液濃度為 420～ 430 Kg/m3，反應(yīng)器直管部分帶有夾套，夾套內(nèi)通冷凍水，使 R200 內(nèi)溫度保持在 10～ 20℃之間。 圖 31 R200 熱平衡圖 表 31 R200 物料平衡表 物料名稱 物料質(zhì)量（ Kg/h） 總量（ Kg/h） 輸入 催化劑 丙烯原料 輸出 催化劑 聚丙烯 丙烯 R200 丙烯（ 10℃ ）+ 催 化 劑（ ℃ ） 進(jìn)料 出料（ 20℃ ） 冷凍水（ 0℃ ） 循環(huán)水（ 15℃ ） 熱 損 失10％ 河南 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 表 32 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 丙烯進(jìn)料溫度 ／ ℃ t1=10 催化劑進(jìn)料溫度 ／ ℃ t2= 漿液出料溫度 ／ ℃ t3=20 夾套水進(jìn)口溫度 ／ ℃ t1180。=0 夾套水出口溫度 ／ ℃ t2180。=15 聚丙烯比熱 ／ kJ／ kg ℃ Cp= 催化劑比熱 ／ kJ／ kg℃ Cc= 丙烯比熱 ／ kJ／ kg℃ Cc3= 水的比熱 ／ kJ／ kg℃ Cw= 查相關(guān)資料知，液態(tài)丙烯聚合時(shí)產(chǎn)生的聚合熱為 479 千卡 ／公斤（ 25℃），501 千卡／公斤（ 0℃），假設(shè)聚丙烯的聚合熱與溫度呈線性關(guān)系，則聚合熱與溫度的關(guān)系可表達(dá)為： Qc3=+501 則丙烯在 20℃聚合時(shí)放出的反應(yīng)熱為： Q1= 20+501= 千卡 ／公斤 在 70℃聚合時(shí)放出的反應(yīng)熱為： Q2= 70+501= 千卡 ／公斤 在小環(huán) 管 R200 中，進(jìn)料丙烯流量為 3000 Kg/h，生成的聚丙烯為 150 Kg/h 則在此過(guò)程中，產(chǎn)生的聚合熱為： Q= 150=72510 千卡 ／小時(shí) = 72510= kJ／ h 預(yù)聚過(guò)程中產(chǎn)生的反應(yīng)熱一部分用來(lái)維持操作溫度，多余的熱量則由冷 河南 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 凍水循環(huán)系統(tǒng)來(lái)撤除。 漿料要吸收熱量為： Q1+=∑ CiWi△ ti = 2850 (2010)+ 602594（ ） + 150（ 2010） =42180++3015 = kJ／ h 令 R200 總 傳 熱 損 失 為 10 ％ ， 即 熱 量 損 耗 為 ： Q 損 =Q 10％ = kJ／ h 則夾套水撤除的熱量為： Q2+=Q 90％－ Q+ = = Kg/h 因?yàn)?Q=CwW△ tw 則 夾 套 冷 凍 水 用 量 為 ： W=Q 247。 (Cw △ tw)= 247。 ( 15)= 表 33 R200 熱量平衡表 項(xiàng)目 熱量（ kJ／ h） 總量（ kJ／ h） 流入熱量 產(chǎn)生的聚合熱 流出熱量 漿料吸收的熱量 冷凍水撤除熱量 傳熱損失的熱量 河南 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 聚合反應(yīng)器 R201 熱量衡算 操作條件 [11]：反應(yīng)溫度： 70℃ 反應(yīng)壓力： 停留時(shí)間： 淤漿濃度： 50％（以重量計(jì)） 環(huán)管反應(yīng)器直管部分裝有夾套，夾套水使 R201 溫度維持在 70℃左右。 圖 32 R201 熱量平衡圖 表 34 R201 物料平衡表 物料名稱 物料質(zhì)量（ Kg/h） 總量（ Kg/h） 輸入 聚丙烯 丙烯（自 R200） 丙烯（自 D302） 輸出 聚丙烯 丙烯 R201 進(jìn)料 丙 烯 原 料（ 10℃ ） +料漿（ 20℃ ） 冷凍水（ 10℃ ） 循環(huán)水（ 30℃） 熱 損 失10％ 出料（ 70℃ ） 河南 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 表 35 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 料漿進(jìn)口溫度 ／℃ t1=20 物料出口溫度 ／℃ t1180。=70 丙烯原料進(jìn)口溫度 ／℃ t2=10 夾套水進(jìn)口溫度 ／℃ t3=10 夾套水出口溫度 ／℃ t3180。=30 聚丙烯比熱 ／ kJ／ kg℃ Cp= 丙烯比熱 ／ kJ／ kg℃ Cc3= 催化劑比熱 ／ kJ／ kg℃ Cc= 水的比熱 ／ kJ／ kg℃ Cw= 在聚合反應(yīng)器 R201 內(nèi)生成的聚丙烯為 ，則產(chǎn)生的聚合熱為： Q= = 千卡 ／小時(shí) =2634737207500kJ／ h 聚合過(guò)程中產(chǎn)生的聚合熱一部分用來(lái)維持反應(yīng)溫度，多余熱量則由冷凍水循環(huán)系統(tǒng)來(lái)撤除。 反應(yīng)物料所需吸收熱量為： Q1+＝ ∑ CiWi△ ti ＝ 150（ 7020） + 2850 （ 7020）+ （ 7020 ） + （ 7010） =15075+210900++ =／ h 令 R201 總熱損失為 10％，則損失熱量為： Q 損 = Q 10％ = 河南 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 ／ h 則夾套水撤除的熱量為： Q2+=Q 90％ Q+= kJ／ h 因?yàn)?Q=CwW△ tw 則夾套冷凍水的用量為： W=Q247。 (Cw △ tw) =247。（ 20） =表 36 R201 熱量平衡表 項(xiàng)目 熱量（ kJ／ h） 總量（ kJ／ h） 流入熱量 產(chǎn)生的聚合熱 流出熱量 反應(yīng)物料吸收熱量 冷凍水撤除熱量 傳熱損失熱量 閃蒸罐 D301 熱量衡算 熱損失10％ 蒸汽 D301 氣態(tài)丙?。郾? 液 態(tài)丙稀＋聚丙烯 出料（ 72℃ ） 進(jìn)料（ 70℃ ） 飽和蒸汽 河南 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 44 圖 33 D301 熱量平衡圖 表 37 D301 物料平衡表 物料名稱 物料質(zhì)量（ Kg/h） 總量（ Kg/h） 輸入 聚丙烯 丙烯 輸出 損耗丙烯 聚丙烯 丙烯（去 D501） 丙烯（去 T301） 表 38 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 丙稀得率 ／ C3／ PP Xc= 丙稀單程轉(zhuǎn)化率 yc3=56% 漿料進(jìn)入 D301 時(shí)的溫度 ／℃ t1=70 漿料離開(kāi) D301 時(shí)的溫度 ／℃ t2=72 聚丙烯的比熱 ／ kJ／ kg℃ Cp= 水的比熱 ／ kJ／ kg℃ Cw= 聚丙烯單位時(shí)間產(chǎn)量 ／ Kg/h Fp= R201 中未反應(yīng)的丙稀量 ／ Kg/h Fc3= 資料表明，丙稀氣體熱容和汽化焓分別 為： Cc3＝ ＋ 10－ 3T－ 10－ 7T2＋ 10－ 10T3（ J／mol K） Hc3＝ [（ 365－ T）247。（ 365－ ） ]0. 38（ kJ／ mol） 計(jì)算 D301 進(jìn)出口物料熱容和汽化焓，這里只是進(jìn)行簡(jiǎn)單的算術(shù)平均，于是將 t1=70℃ ， t2=72℃代入上述兩式可得： 河南 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 45 C1c3＝ 00J／ mol K C2c3＝ J／ mol K H1c3＝ ／ mol H2c3＝ ／ mol 由此可得 D301 內(nèi)物料平均熱容和熱焓為： Cc3＝（ ＋ ）247。 2＝ ／ mol K＝ 247。 ＝ ／ kg℃ Hc3＝（ ＋ ）247。 2＝ ／ mol＝ 247。（ 10－ 3）＝ ／ kg 含有丙稀和聚丙烯的漿料從 LV231 出料至 LV301 出料時(shí)，聚丙烯吸收的熱量為： Q1+＝ CpFp△ tp＝ （ 72－ 70）＝ kJ/h 丙稀吸收的熱量為： Q2+＝ Fc3Hc3＋ Cc3Fc3△ tc3 ＝ ＋ （ 72－ 70） ＝ kJ/