【正文】 27 展望 國內聚丙烯工業(yè)中呈現(xiàn)產品質量、數(shù)量的不平衡， 面對國內聚丙烯工業(yè)中 的兩個不平衡，引進及開發(fā) 高性 能聚丙烯專用料的生產技術以及生產裝置大型化或對現(xiàn)有裝置增產減能，成為 PP 成套技術的發(fā)展方向。 ②聚丙烯工藝技術的 不斷創(chuàng)新、改進 ，使聚丙烯工業(yè)迅猛發(fā)展。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。這些廢水與裝置其他工業(yè)生產廢水混合后即可達到排放標準。所以，操作人員必須提高警惕，并對他們進行必要的安全教育。彎管組成。 tn) = ((kg℃ ) 10℃ ]=286770kg 衡算 液相丙烯由高壓閃蒸為氣相丙烯，經袋濾器分離，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℃ 25℃ )= 環(huán)管Ⅱ溫度控制在 70℃左右，按 10%的損失計算，設所需冷卻水的質量為 m 水 Ⅱ ，則Q2Ⅱ = 水 Ⅱ ℃ ) (65℃ 25℃ ) 3600s103= 能量守恒得： Q2Ⅰ =Q1Ⅰ Q3Ⅰ +Q6Ⅰ ==，所需補足10℃冷卻水的質量： 23 m 水 Ⅰ =(Q2Ⅰ △ Q)/ 水 CP 水 (T2T1)+ m’℃ )*10℃ ]= Ⅰ聚合工序 衡算 顯熱變化，查文獻得 CP 聚丙烯 =(kg MPP= 計算丙烯的聚合反應熱除了計算鍵能差還要計算構型和晶體排布 的 熱量，故HfPP=490kcal/kgPP 合理?！?)，設所需冷卻水的質量為 m 水 預 ，按 10%的損失計算，則 Q2 預=m 水 預 衡算過程中， 以主要反應物及其反應能量衡算為主， 在不影響產品生產指標的前提下作出了一些合理的假設 ，數(shù)據(jù)來源自《 化工工藝設計 手冊》 第三版 。按開工因子約為 ，全年 330 天、 24 小時連續(xù)開工計算，單位衡算量以生產均聚聚丙烯 。從反應機理可知， 在 聚合反應中活性鏈可向單體、烷基鋁、氫、熔解基鋁轉移，其中氫氣的量可在過程中調節(jié)，故在聚丙烯生產中，采用調節(jié)聚合反應期間加入氫氣的濃度的方法來控制熔融指數(shù)，此操作稱“氫調”。 當樹脂的分子量 越小 時， MI 值越大 ，一般認為熱塑性樹脂的熔融流動性能越好；反之亦然。 其聚合機理是按配位陰離子聚合機理進行，多年來不同的研究者提出了許多機理和對應的模型，其中較有代表性的是 Natta 的雙金屬模型和 CosseeArlman 的單金屬模型，但由于聚合反應十分復雜，至今仍沒有完全研究清楚，也沒有形成統(tǒng)一的認識，故具體的機理模型在此不作解釋 [15]。 粉料料倉的純聚合物粉料經計量后連續(xù)送入擠壓機，在此與添加劑混合、熔融、塑化，再經水下切粒，并經干燥、篩分后，送到摻混料倉。反應熱用大量循環(huán)氣導出。 每組反應器有 4 或 6（取決于裝置的生產能力）根管組成 2 或 3 個環(huán)，反應器底部配有一臺軸流循環(huán)泵以保證漿液高速循環(huán)，反應熱靠夾套冷卻水撤除。在聚合溫度約 70℃，壓力約 ~ 條件下，一部分丙烯進行了聚合，余下的丙烯仍為液態(tài)而作為固體聚合物的稀釋劑。助催化劑和給電子體分別用計量泵加入預聚合反應器， 3 種催化劑顆粒內部具有相同的催化活性，然后用低溫丙烯將催化劑混合物帶入預聚合反應器。圖 1 為兩個環(huán)管反應器加兩個抗沖共聚反應器工藝流程示意圖。 ⑤ Spheripol 工藝采用模塊化設計方式可以滿足不同用戶的要求，易于分步建設（如先上均聚物生產系統(tǒng)，再適時增加氣相反應系統(tǒng)），裝置的生產能力也容易擴大 [1213]。 ③ Spheripol 工藝技術能提供全方位的產品，包括均聚物、無規(guī)共聚物、抗沖共聚物、三元共聚物（乙烯 — 丙烯 — 丁烯共聚物）。閉路氮氣干燥系統(tǒng)還降低了裝置的氮氣消耗量。 采用一個氣相反應器系統(tǒng)可以生產乙烯含量在 8%12%（質量分數(shù)）的抗沖共聚物。 至于 Spheripol工藝的多相共聚反應器為什么采用氣相法密相流化床，這是基于其催化劑的粒徑大而且圓，因此所生成的聚合物顆粒大（粒徑 2mm左右），且粒徑分布窄，顆粒呈球形，流動性好，堆積密度高（ 450ks/m3），不像細粉那樣容易被氣流吹走。這樣，唯一經濟可行的方法是將均聚物和橡膠相的生產分成兩步進行，將橡膠相添加到均聚物母體上，流化床反應器是生產橡膠相最經濟可靠的方法，氣相反應中生產的橡膠相不會被溶解出來。 Spheripol工藝的抗沖共聚反應采用氣相法生產，反應器是一個或兩個串聯(lián)的密相流化床反應器?！?)； ⑤反應器結構簡單，材質要求低，可用低溫碳鋼，設計制造簡單 。 ①反應器內聚合物漿液濃度高 [50%（質量分數(shù)） ]，反應器的單程轉化率高，均聚的丙烯單程轉化率為 50%65%。 表格 3 簡要工藝技術比較表 項目 Spheripol 工藝 Borstar 工藝 Unipol 工藝 Novolen 工藝 Innovene 工藝 專利商 /公司 Basell Borealis Univation ABB/EQUISTAR BP 催化劑 MC 系列催化劑 BC 催化劑 SHAC PIX 催化劑 CD 催化劑 預聚合 小環(huán)管反應器 小環(huán)管反應器 無 無 無 均聚反應 雙環(huán)管反應器 1 個環(huán)管反應 1 個氣相流 1 個立式攪 1 個臥式攪 10 器 器 +1 個氣相流化 床反應器 化床反應器 拌床反應器 拌床反應器 共聚反應器 流化床反應器（ 1 個或 2 個） 流化床反應器（ 1個或 2個） 1 個氣相流化床反應器 1 個立式攪拌床反應器 1 個臥式攪拌床反應器 產品類型 HP,RCP,ICP, 三元共聚物 HP,RCP,ICP ICP,丙烯 丁烯共聚物 HP,RCP,ICP HP,RCP,ICP MFR 范圍 寬 寬 較窄 較窄 較窄 PI 范圍 寬 寬 較窄 較窄 較窄 ① HP— 均聚物；② RCP— 無規(guī)共聚物；③ ICP— 抗沖共聚物。本體法工藝都有催化劑的預聚合過程，而氣相法工藝一般直接將催化劑加入聚合反應器，流程較簡單，設備臺數(shù)相對較少。其中北美地區(qū)的生產能力為 403 萬噸 /年，亞洲地區(qū)合計為 419 萬噸 /年，西歐地區(qū)的生產能力為 萬噸 /年 [9]。它采用高效，高選擇性催化劑，在聚合反應過程中直接得到 248。 Hypol工藝將本體法丙烯聚合工藝的優(yōu)點同氣相法聚合工藝的優(yōu)點融為一體，是一種不脫灰 、不脫無規(guī)物的多級聚合工藝技術，能生產多種牌號聚丙烯產品（其熔體流動指數(shù)范圍為 ）。 如流化床反應器中氣體的分布、床層的均勻流化、控制露點是氣體在反應器中不致液化，聚合熱的移出及反應溫度的控制、如何防止聚合物結塊、適宜氣相聚合的催化劑的開發(fā)等，不同的氣相法工藝都有各自的專利或專有技術。只要恢復催化劑進料，升壓反應系統(tǒng)就可以方便地恢復生產。因而氣相法是最適宜生產抗沖聚丙烯的生產工藝。 氣相法工藝特點 氣相法生產工藝與淤漿法和本體法工藝相比，具有以下一 些特點： ①可在寬范圍內調節(jié)產品品種。 氣相法工藝中丙烯在氣相聚合，采用攪拌床或流化床反應器，用部分丙烯液體汽化和冷卻循環(huán)氣撤出反應熱。在本工藝中， 液態(tài)丙烯同時作聚合單體和稀釋劑，減少了溶劑 回收工序 ，聚合壓力一般為 ~， 溫度 50~80℃ ， 催化劑活性較高 ,流程短，易于操作。其 工藝成熟 ,產品性能優(yōu)越 ， 在目前多個老 PP 漿液法裝置仍生產一些高質量的聚丙烯產品 。該法聚合溫度在聚合物熔點以上 ， 高達 140150℃，壓力為 7~8MPa，采用有機鋰鉛化合物催化劑 ， 使丙烯在高沸點的直鏈烴中聚合 ，副產出大量的無定形聚合物 。 ⑤ 按聚合工藝，可分為淤漿法、本體法、溶液法和氣相法，或根據(jù)產品開發(fā)的需要，通過反應器串聯(lián)采用組合工藝，將本體法與氣 相法有機結合起來應用。 ② 按加工類別及用途可將聚丙烯樹脂分為注塑類、擠出類、窄帶類 、纖維類、擠出薄膜類 [6]，各種類別的聚丙烯樹脂有不同的技術要求，詳見《 GBT1267020xx 聚丙烯 (PP)樹脂》。 表格 2 近幾年我國 PP 的供需情況 年份 20xx 年 20xx 年 20xx 年 20xx 年 20xx 年 產量 /萬 t 凈進口量 /萬 t 出口量 /萬 t 表觀消費量 /萬 t 自給率 /% % % % % % 未來我國 PP 自給率再現(xiàn)偏低局面，由于我國 PP 產業(yè)的技術水平與國際水平存在一定差距，主要體現(xiàn)在生產規(guī)模小，布局分散，集約化程度低，產品檔次和附加值低 等方面 。隨著生產能力的不斷增加，產量也不斷增加。 20xx 年以來，中國宏觀經濟逐漸回暖，家用電器、電子、包裝及建材家具等下游行業(yè)的繁榮有力推進我國聚丙烯市場的快速增長。未來幾年， PP 需求年均增長6%， 我國仍是主要的 PP 進口國。 20xx 年我國聚丙烯的表觀消費量超過美國，成為世界上最大的聚丙烯消費國家。 表格 1 全球十大 PP 生產商及其產能 公司 20xx 年 20xx 年 20xx 年 產能 / (kt其中巴塞爾 公司是目前全球最大的 PP 生產商 ， 20xx年生產能力達到 萬 t/a， 約占全球 PP 總生產能力的 %； 其次是中國石油化工集團公司 ,生產能力為 萬 t/a， 約占總生產能力的 %。 20xx 年全球聚丙烯的產量達到了 2820 萬噸，超過了聚氯乙烯的 2600 萬噸躍居第二。 其中亞洲、北美和西歐地區(qū)是最主要的消費 及生產 國家和地區(qū)， 20xx 年這 3 個地區(qū)的消費量合計達到約 萬 t，約占世界總消費量的 %，同比增長約 %，其中北美地區(qū)的消費量約占總消費量的 %，西歐地區(qū)約占 %，亞洲地區(qū)約占 %。 3 第二章 文獻綜述 聚丙烯工業(yè)概述 聚丙烯 (PP)是熱塑性合成樹脂中的后起之秀，相繼 1954 年意大利蒙挨公司(Mentedison)的納塔 (GNatta)公布了齊格勒 納塔 (ZieglerNatta)催化劑成功生產出高等規(guī)度的聚丙烯樹脂后，于 1957 年 9 月在意 大利建成間歇式 6000t/a 聚丙烯裝置，自此聚丙烯的研究實現(xiàn)了工業(yè)化，直至現(xiàn)今世界聚丙烯工業(yè)已經走過了近六十年的成長道路，在這歷程里，世界聚丙烯工業(yè)無論是在工藝技術、催化劑方面，還是在社會消耗需求及裝置能力等方面都取得了驚人的發(fā)展。 2 第一章 設計 的基礎 依據(jù) 設計原則 化工設計大體根據(jù)《化工工藝設計手冊》進行相關的專業(yè)設計，設計過程遵循以下設計原則： ①符合國家的經濟政策和技術政策，合理運用國家的財富和資源； ② 設定合理的產品數(shù)量和質量指標； ③選擇先進可靠的 工藝 技術 ， 同時兼顧 經濟合理 性 ； ④保證生產安全，堤防各種明顯或潛在的危險； ⑤符合國家和各級地方政府制定的環(huán)境保護法規(guī)，對排放的三 廢進行處理。 伴隨著世界聚丙烯工業(yè)的勃勃生機和迅猛發(fā)展， 有報道指出 世界聚丙烯產業(yè)重心東移 ， 中印領跑 ，目前國內 PP 的產量仍未滿足國內 消費，面對目前形勢， 我國的聚丙烯工業(yè)生產 需不斷引進國外技術，并使工藝技術國產化以追趕 國際先進技術的腳步。最后，用收 集的工藝參數(shù)科學地進行工藝物料衡算、能量衡算、主要生產設備選型、制定生產安全和環(huán)境保護的規(guī)條、繪制出帶控制點的工藝流程圖。 2 摘 要 聚丙烯樹脂是由丙烯聚合而成的一種熱塑性塑料。 仲愷農業(yè)工程學院 畢業(yè)設計 年產 18萬噸聚丙烯生產線設計 1 學生承諾書 本人聲明所呈交的學位 論文 《年產 18 萬噸聚丙烯生產線設計》 是本人在導師指導下進行的研究工作及 設計成果 。聚丙烯性能優(yōu)異，用途廣范，是近 40 年來，生產發(fā)展速度最快的通用塑料品種之一。 3 目 錄 學生承諾書 ................................................................ 1 前言 ...................................................................... 1 第一章 設計的基礎依據(jù) .................................................... 2 設計原則 ............................................................... 2 衡算原則 ............................................................... 2 能量守恒計算依據(jù) ..................................................... 2 第二章 文獻綜述 .......................................................... 3 聚丙烯工業(yè)概述 ......................................................... 3 國內外聚丙烯的供求現(xiàn)狀 ............