【正文】 濾袋可更換或清洗后繼續(xù)使用。經過汽蒸后的聚丙烯粉末在攪拌器攪拌和流化的雙重作用下，流化的粉末與蒸汽充分混合、接觸，克服了蒸汽的加熱作用與聚丙烯粉末分離和聚丙烯粉末中的催化劑失活現(xiàn)象。 閃 蒸罐的作用是提供流體迅速氣化和汽液分離的空間。 流體在閃蒸罐中迅速沸騰汽化，并進行兩相分離。 這樣讓高壓高溫流體經過減壓，使其沸點降低，進入閃蒸罐。使加入的催化劑分布均勻，并提高傳熱系數(shù)，反應熱通過夾套中的循環(huán)冷卻水撤走。由于環(huán)管與夾套溫差較大 ，因此在夾套上還裝有膨脹節(jié)。 環(huán)管反應器的直管部分裝有夾套，夾套材質為 。環(huán)管采用低溫碳鋼，為了防止粘壁，內表面需拋光處理，表面粗糙度 Ea=。 則大環(huán)管為一內徑為 的環(huán)管，有 12 根直管，直管段高為 ，通過 5 個 180186。S＝ 247。 選型及結構 在大環(huán)管內生成的聚丙烯與丙稀混合物為漿料，為防止運輸時管線堵塞，因此在大環(huán)管內丙稀單程轉化率不宜過高，通過控制環(huán)管內混合物堆積密度來控制轉化率。 小環(huán)管 表面積 π*d*h=***2= 而所需換熱面積為 ，則設備選取合適。的彎管連接起來，容積為 。 小環(huán)管 與大 環(huán)管 基本類似，采用 材料。S＝ 247。 控制 區(qū) 預聚合的丙稀流量必須在 2500Kg/h 以上，本次設計取為3000Kg/h，泵沖洗丙稀流量恒定在約 400Kg/h。 選型 預聚合反應器主要有兩股進料，一股來自催化劑在線混合器，其中含有一定量的催化劑混合物和冷丙稀，這是反應主物料；另一股是沖洗泵的機械密封面的丙稀。 設備選型原則 設備選型的總體原則是： 滿足工藝要求； 設備成熟可靠； 能夠充分利用原料，避免浪費； 使用壽命盡量長； 容易安裝，便于操作。 年產 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設計 25 表 大環(huán)管熱量衡算表 熱量名稱 熱量（ kJ） 總量（ kJ） 輸入熱量 預 聚物帶入熱量 Q1 丙烯帶入的熱量 Q2 氫氣帶入熱量 Q3 反應生成熱 Q4 輸出熱量 聚合物帶走熱量 Q5 丙烯帶走熱量 Q6 冷卻水帶走熱量 Q7 夾套傳熱面積 (㎡ ) 6 設備選型 本次設計的設備工藝計算是在確定了設備的操作工藝參數(shù)及進行了物料衡算、熱量衡算的基礎上 進行的 [19]。k 則 K=δ* = 600**=178。k C—丙烯轉化率 C=（ ） /= 對于碳鋼材質的聚合釜 δ 可取 560～ 698ω/m178。 表 小環(huán)管熱量衡算表 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 的反應熱 Q2 輸出熱量 預聚物帶走熱量 Q3 未反應丙烯帶走熱量 Q4 冷卻水帶走的熱量為 Q5 冷卻水用量（ kg） 夾套傳熱面積（㎡） 年產 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設計 24 大環(huán)管反應器的熱量衡算 生成 PP： 氫氣的進料溫度為 20℃ ，量為 進料： PP 丙烯： 出料： PP 丙烯： 輸入熱量： 預聚物帶入熱量 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*= 通過通冷卻水移走聚合反應生成熱設備向外界環(huán)境散熱的熱量可忽略不計，則冷卻水帶走的熱量為 Q7： Q7=Q1+Q2+Q3+Q4Q5Q6 =+++ = 反應溫度： 70℃ → 70 ℃ 冷卻水 ： 10℃ →30 ℃ 冷卻水用量 m 水 =Q7/（ C 水 *△ t） =*(3010) = 平均溫差 △ t=[(7010)(7030)]/In[(7010)(7030)]=℃ 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 則 K= 600**=178。k C—丙烯轉化率（ C=） 對于碳鋼材質的聚合釜 δ 可取 560～ 698ω/m178。 在化工過程中，各種熱量之 間的轉換關系可以用熱平衡方程表示： ∑Q=∑H出 ∑H進 其中 ∑Q設備或系統(tǒng)與外界環(huán)境交換熱量之和，通常包括熱損失，kJ； ∑H出 離開設備或系統(tǒng)各股物料的焓之和， kJ； ∑H進 進入設備或系統(tǒng)各股物料的焓之和， kJ； 計算依據(jù) 丙烯聚合熱： 表 水的比熱 ℃ 20 30 70 80 Kcal/(kg*℃ ) 表 液相丙烯比熱 ℃ 25 50 60 70 年產 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設計 22 Kcal/(kg*℃ ) 0． 685 0． 800 0． 810 0． 910 表 氣相丙烯比熱 ℃ 50 60 76 20 Kcal/(kg*℃ ) 1． 64 1． 643 1． 647 1． 633 表 聚丙烯比熱 ℃ 20 70 80 105 Kcal/(kg*℃ ) 1． 93 2． 23 2． 246 2． 526 表 丙烯汽化潛熱 ℃ 50 60 76 Kcal/kg 2750 2350 1700 小環(huán)管的熱量衡算 預聚生成 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 的反應熱 Q2=*= 輸出熱量： 預聚物帶走熱量 Q3= CP*m*△ t=**20= 未反應丙烯帶走熱量 Q4=CP*m*△ t=**()*20= kJ 通過通冷卻水移走聚合反應生成熱，設備向外界環(huán)境散熱的熱量可忽略不計，則冷卻水帶走的熱量為 Q5： Q5=Q1+Q2Q3Q4 =172620+ = 年產 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設計 23 夾套水進口溫度范圍是 ～ ℃ ，本設計取 10℃ ，出口溫度取 15℃ 因為 Q=C 水 *m 水 *△ t 得 m 水 =Q5/（ C 水 *△ t） 所以 m 水 =(*5)= 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。 閃蒸罐的物料衡算 進料： PP 丙烯 圖 閃蒸罐物料平衡圖 閃蒸罐 頂部丙烯帶走粉塵為 10%，底部粉塵帶走丙烯 10% 閃蒸罐 塔頂出料為： 丙烯： *90%= PP： *10%= 閃蒸罐 塔底出料為： PP： *90%= 丙烯： *10%= 表 閃蒸罐物料平衡表 物料名稱 物料質量（ kg） 總量（ kg） 輸入 丙烯 23730 PP 閃蒸罐 PP+丙烯 丙烯 + PP PP+丙烯 大環(huán)管 循環(huán)丙烯洗滌塔 袋式過濾器 年產 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設計 21 輸出 丙烯（ 閃蒸罐 頂） 23730 PP(閃蒸罐 頂 ) 丙烯（ 閃蒸罐 底） PP(閃蒸罐 底） 5 熱量衡算 熱量衡算是指根據(jù)能量守恒定律對設備在操作過程中傳入熱量或傳出熱量的平衡計算 [18]。 大環(huán)管 小環(huán)管 丙烯 催化劑 Kg 丙烯進料管 丙烯 20730Kg 丙烯 閃蒸罐 氫 氣 年產 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設計 20 取 560 Kg/ m179。寫成公式為： 流入量 =流出量 +積累量 +損失量 對于有化學反應的過程來說，要將化學反應的計量關系結合到質量守恒定律中，寫成公式為： 流入量 +反應生成量 =流出量 +反應消耗量 +積累量 +損失量 設計條件 全套裝置工藝參數(shù) 生產規(guī)模：年產 10 萬噸 生產時間：年工作時數(shù) 8000 小時 每噸聚丙烯消耗丙烯理論量： 噸丙烯（ 100%） 全裝置總收率按 98%計算， 損 耗為 2%（以 噸 100%丙烯為基準計算收率和損耗），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 % 聚丙烯粉料損失 汽蒸工段 %，造粒工段 % 丙烯進料量 （按小時計算） 聚丙烯每小時凈生產量： 100000/8000= 需要 100%丙烯： *= 則取 丙烯為基準計算收率和損耗 扣除損耗，則參加反應的丙烯： (%%%)= 按轉化率 55%，則需要 100%丙烯進料量為： 原料純度為 %，則原料量為： 年產 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設計 17 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。物料衡算的理論依據(jù)是質量守恒定律。 年產 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設計 16 4 物料衡算 物料衡算是對進出生產裝置、生產工序或單臺設備的物料進行平衡計算。球型催化劑可以控制聚丙烯粒子的形態(tài) ，具有反應器顆粒技術的特點，有利于生產高性能的聚丙烯。 循環(huán)水場 本裝置還包 括有一個循環(huán)水場，負責向裝置內提供循環(huán)冷卻水。均化結束后，可根據(jù)生產安排，將均化料倉中粒料送，進行包裝。 包裝區(qū) 正常生產時，每一滿罐聚丙烯粒料為一批料，批料均化時間為 610 小時。這些顆粒由 PCW 系統(tǒng) 送到脫水干燥器，干燥后由分級器進行分類，分離出不合格尺寸的顆粒。 通過混合器配制好的添加劑，經計量與計量過的聚丙烯粉料混合之后進入預混器，混合后加到混煉機腔，混煉樹脂和添加劑，并通過排氣口放出富余氮氣及揮發(fā)物，由齒輪泵加壓，樹脂通過換網器，清除樹脂中的雜質，送到模板。 從干燥管底部排出的合格粉料，由粉料輸送系統(tǒng)送至聚丙烯粉料緩沖倉，等待造粒。從鼓風機出來的N2加熱至 80100℃ ，又從干燥管底部進入。干燥罐內有螺旋篩板，可以使物料不發(fā)生混流。 水洗塔的操作溫度為 90100℃ ，它的熱水同時還作為循環(huán)丙烯洗滌塔底再沸器的熱源循環(huán)使用。壓縮機將殘余丙烯壓縮至 后進入尾氣回收系統(tǒng)。粉料、 HCl 和蒸汽在水洗塔中被洗滌下來，由塔底排出。蒸汽由底部進入，將粉料中的殘余催化劑分解后，由汽蒸罐頂部出來進入水洗塔。汽蒸的目的是為了提高產品的質量，降年產 10 萬噸聚丙烯聚合工 段工藝設計 14 低產品灰份和氯含量。 從低壓丙烯洗滌塔頂部出來的丙烯，經低壓丙烯洗滌塔再沸器冷卻，緩沖后，進入循環(huán)氣壓縮機，它將丙烯壓縮至 后，返回到循環(huán)丙烯洗滌塔入口。廢油由齒輪泵送往出，進行廢油處理。氣相丙烯中夾帶的粉料和 TEAL 被洗滌下來。 物料在袋濾器內再次減壓至 ，閃蒸出來的丙烯氣經濾袋和安全過濾器過濾后，進入低壓丙烯洗滌塔。另有一股丙烯從洗滌塔底部排出，在小閃蒸線內汽化后，與閃蒸罐底部流出的物料一起進入袋濾器，目的是將洗滌下來的粉料排出。閃蒸罐頂部的動力分離器可以使粉料盡可能不被帶走。當后續(xù)系統(tǒng)故障時，可以從閃蒸罐前的三通閥，將物料排向排放系統(tǒng)。聚合反應放出的熱量由反應器夾套水帶走，夾套水與循環(huán)冷卻水進行熱交換來實現(xiàn)夾套水溫度的穩(wěn)定。 環(huán)管反應器需要嚴格控制其反應條件：溫度 70℃ ，壓力 ，密度560580kg/m3。為保持丙烯進料泵出口壓力的穩(wěn)定，多余的丙烯通過閥返回 丙烯進料罐 。從保安精制出來的丙烯被稱為 “ 精丙烯 ” ，過濾后進入到丙烯進料罐中。 保安精制主要包括汽提塔、脫硫塔、脫水塔、脫胂塔，它們分別可以脫除丙烯中的輕組分（乙烷、一氧化碳、氫氣）、硫、水、胂等主催 化劑 “ 毒素 ” 。丙烯先進入固堿塔和分子篩塔，除去其中大量的水分，精制合格后的丙烯進入丙烯球罐，兩個球罐可以切換使用。氫氣貯罐中的氫氣被壓縮機壓縮至 ，經過濾后進入到丙烯總管。由水電解產生的氫氣經過催化脫氧、吸附干燥后得到高純度的氫氣，進入到氫氣貯罐中。 氫氣在本裝置的作用是分子量調節(jié)劑。預聚合的目的在于使催化劑表面包裹上一層聚丙烯薄層，當催化劑進入環(huán)管反應器時，這個薄層起保護催化劑的作用，防止催化劑在突遇高溫時發(fā)生爆裂，生成大量細粉。主催化劑在催化劑混合罐中被活化。從催化劑計量泵打出的油進入計量罐頂部，通過對活塞的壓力，將計量罐中的催化劑送出至催化劑混合罐，通過對油的計量可以精確地計量催化劑的加入量。通過嚴格的配制程序，最后將主催化劑混合在 10℃ 的油膏中，以保證主催化劑能均勻地加入反應系統(tǒng)。通過鼓泡排氣后待用。 DONOR 系統(tǒng)必須在 N2封狀態(tài)下使用和保存。為了方便計量，并根據(jù)產品性能的不同要求，再向電子體貯罐中加入一定量的白油，配成不同濃度的 DONOR 溶液。 DONOR 對產品的等規(guī)度調節(jié)具有重要的作用。首先利用 N2將 TEAL 從鋼瓶壓送到 TEAL 貯罐，再分批壓 送到 TEAL 計量罐。 聚合區(qū)工藝