年产35万吨聚丙烯聚合工段工艺设计

《年产35万吨聚丙烯聚合工段工艺设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产35万吨聚丙烯聚合工段工艺设计（42页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、诚信承诺书本人郑重承诺：我所呈交的课程设计年产35万吨聚丙烯聚合工段工艺设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，论文使用的数据真实可靠。 承诺人签名： 日期： 年 月 日北京理工大学珠海学院课程设计任务书20112012 学年第 2 学期学生姓名： 谢威宁 专业班级：09化学工程与工艺1班 指导教师： 乔伟艳 工作部门： 化工与材料学院 一、课程设计题目 年产35万吨聚丙烯聚合工段工艺设计 二、设计工作内容1、工艺流程设计及模拟计算工艺方案选择及论证（低压法、冷激式合成塔）工艺流程模拟计算（用ASPEN PLUS）（自行要求）绘

2、制带控制点工艺流程图编制物料及热量平衡计算书2、设备选型及典型设备设计典型非标设备精馏塔的工艺设计，编制计算说明书。典型标准设备换热器的选型设计，编制计算说明书。编制设备一览表。3、车间设备布置设计选择合成车间或精制车间，进行车间布置设计绘制车间平面布置图（不少于1张）绘制车间立面布置图（不少于1张）4、分厂总平面布置设计对合成车间、精制车间、压缩车间、产品储罐区、中心控制室、分析化验室、行政管理及生活等辅助用房、设备检修区、分厂内部道路等进行合理的布置设计，并对方案进行必要的说明。绘制分厂平面布置总图（1张）。5、设计说明书编制对设计内容汇总，按正规格式编写初步设计说明书。作了具体设计的内容

3、可详细一些，为作具体设计的内容可简略，但要保持格式正确完整。6、提交设计文档将仿真设计模型、设计说明书、计算说明书、表格、图纸等设计文档汇总编目，每组写一份设计小结，目录、小结与设计文档。注：设计文档均要求用MS-Word编辑，图纸用AutoCAD绘制。三、进度安排第15周：课程设计动员，下达任务书；第15-17周（业余时间）：查阅文献、综述设计项目的目的和意义；确定生产方法和生产工艺流程。第18周（4整天）：物料衡算、热量衡算；第19周（业余时间）：部分设备的选型及管路计算，整理说明书；第20周（4整天）：绘图和答辩。四、重要参考资料化工工艺学计算机在化工中的应用化工机械手册流体输送机械化工

4、机械手册换热器化工机械手册精馏、吸收及塔设备化工设备的选择与工艺设计化工工程设计五、基本要求1学生要刻苦钻研，勇于创新，独立完成课程设计任务，不准弄虚作假、抄袭别人的成果，保质保量地完成课程设计的任务。2严格遵守纪律，在指定的地点进行课程设计，不得擅自带离学校。3自觉遵守教室使用的相关规则，定期打扫课程设计工作现场的卫生，保持良好的工作环境。4课程设计成果及资料按时提交。5. 认真准备答辩。 教研室主任签名： 2012年5月16日年产35万吨聚丙烯聚合工段工艺设计摘要本设计的内容是关于年产35万吨聚丙烯聚合工段的生产工艺设计，设计中包括工艺流程设计、物料衡算、热量衡算，设备选型，安全环保和经济

5、技术评价。在本文中比较详细的计算出来了原料的单位用量、产品的单位产量，由算得的换热面积选择出来适合本工艺的各种设备，按照选择的工艺，设计出了工艺流程图和生产车间图样。通过本设计，可以对环管法聚丙烯合成车间工艺及聚合工段设计有一个初步的认识和了解，了解到环管法聚丙烯合成的基本流程。关键词：聚丙烯 物料衡算 热量衡算 工艺流程图Annual Output Of 350,000 Tons Of Polypropylene Polymerization Section Process DesignABSTRACTThe contents of this design is the design of

6、the production process of the annual output of 350,000 tons of polypropylene polymerization Section, the design, including process design, material balance,heat balance, equipment selection, safety and environmental protection and economic and technical evaluation. In this paper a more detailed calc

7、ulation of unit consumption of raw materials per unit of production of the product, be regarded as the heat transfer area, select a variety of equipment suitable for this process, in accordance with the choice of technology, design process flow diagrams and production of shop drawings .With this des

8、ign, the ring tube polypropylene synthesis workshop process and the design of the polymerization Section can have an initial knowledge and understanding of, understand EMS polypropylene synthetic process.Keyword：Polypropylene Material Balance Heat Balance Process Flow Diagram目 录1 前言31.1聚丙烯的概述31.2聚丙烯

9、的性质31.3聚丙烯工业发展概况31.3.1国外聚丙烯工业发展概况31.3.2国内聚丙烯工业发展概况41.4几种主要聚丙烯工艺41.4.1 Spheripol二代工艺41.4.2 Spherizone工艺51.4.3 Borstar生产工艺51.5催化剂研究开发进展及发展趋势61.5.1 ZN催化剂61.5.2外给电子体61.5.3 多活性中心催化剂71.6聚丙烯的应用进展81.6.1薄膜用料81.6.2汽车用改性聚丙烯81.6.3洗衣机内桶专用料81.6.4管材用聚丙烯81.7 展望92 工艺流程设计102.1 催化剂的选定102.2生产工艺的选定102.3工艺流程草图112.4工艺流程概述

10、123 物料衡算143.1设计名称143.2设计条件143.2.1全套装置工艺参数143.2.2丙烯的进料量（按每小时算）153.3催化剂用量153.4 R200小环管的物料衡算153.5 氢气用量163.6 R201大环管反应器的物量衡算163.7 D301闪蒸罐的物料衡算183.8 F308布袋过滤器的物料衡算193.9 T301循环丙烯洗涤塔的物料衡算203.10 D501汽蒸罐的物料衡算213.11 T501水洗塔的物料衡算223.12 D502干燥塔的物料衡算223.13 造粒234 热量衡算244.1 计算依据244.2 R200小环管的热量衡算254.3 R201大环管反应器的热

11、量衡算264.4 D301闪蒸罐的物料衡算284.5 D501汽蒸罐的热量衡算284.6 D502干燥罐的物料衡算285 设备选型305.1 R200小环管的选型305.1.1 R200小环管的工艺参数305.1.2主要作用305.1.3选型305.2大环管反应器的选型315.2.1大环管反应器的工艺参数315.2.2特点315.2.3选型及结构315.3设备一览表326 三废治理336.1聚丙烯生产中的三废来源336.1.1废水来源336.1.2废气来源336.1.3废渣来源336.1.4粉尘污染来源336.2三废处理336.2.1废水治理336.2.2废气治理346.2.3废渣治理346.

12、2.4粉尘治理34参考文献35谢 辞36附录371 前言1.1聚丙烯的概述聚丙烯英文名称：Polypropylene分子式:简称：PP塑料是一种密度小，绝缘好，抗腐蚀，耐磕碰，可在许多方面代替金属、陶瓷和橡胶，本身又具有许多独特用途的化 工材料。塑料来源于合成树脂。合成树脂是用人工合成的方 法，由各种单体聚合或由天然高分子化合物经化学加工而制得的一类高分子化合物的总称。在当今三大合成材料( 合成树脂、合成纤维、合成橡胶)中，合成树脂占有重要的地位。塑料就是以高分子合成树脂为主要原料，在一定压力和温度下经过加工成型而形成的塑性材料，或是固化交联形成 的刚性材料。聚丙烯树脂是具有优良性能的热塑性树

13、脂。 1.2聚丙烯的性质 聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化,故熔点高达167,耐热,制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密度0.90g/cm3,是最轻的通用塑料。耐腐蚀,抗张强度30MPa，强度、刚性和透明性都比聚乙烯好。缺点是耐低温冲击性差，较易老化，但可分别通过改性和添加抗氧剂予以克服。聚丙烯可以作为合成树脂再进一步做成塑料，它的另一个用途是作为六大合成纤维之一的丙纶。1.3聚丙烯工业发展概况1.3.1国外聚丙烯工业发展概况 聚丙烯是一种半结晶性的热塑性塑料，是由丙烯单体在催化剂的作用下经聚合反应而制得。德国化学家Ziegler于1

14、953年用三氯化钛-三乙基铝作催化剂，在低压下使乙烯聚合得到高密度聚乙烯树脂。Ziegier将该技术转让给意大利蒙埃公司，公司兼职顾问Natta教授在此基础上，于1954年首次用三氯化钛和一氯二乙基铝组成络合催化剂，并用其成功的合成了高结晶性、立构等规的聚丙烯，并创立了定向聚合理论。1983年，美国联合碳化物公司开发了Unipol聚丙烯工艺技术，并实现了工业化生产。此后，世界上一些大的化工公司相继成功 地开发自己的聚丙烯生产技术。1.3.2国内聚丙烯工业发展概况 我国聚丙烯工业起步较晚。1962年完成室内实验工作后，北京化工研究院开始研制聚丙烯的生产技术。1964年取得了较好的实验结果，196

15、5年建成年产60t连续聚丙烯中试装置。1964年兰州化学公司从英国维克斯克玛公司引进5000t/a溶剂法聚丙烯装置，1970年投产生产均聚产品。20世纪80年代初，随着我国石化工业的迅速发展，聚丙烯的生产也得到了巨大发展。从1983年南京扬子石化公司从日本国引进14104t/a本体法高效催化剂聚丙烯装置开始，我国陆续引进了十几套采用第三代高活性、高等规度催化剂的聚丙烯生产工艺。20世纪90年代，我国聚丙烯工艺又有新的发展，利用蒸汽裂解装置，以炼厂的丙烯为原料，建成20多套聚丙烯装置，使聚丙烯生产装置近100套。在未来几年内，我国聚丙烯表观消费量依然会保持较高增速，进口量将会增大，聚丙烯产业在我

16、国的前景非常广阔。1.4几种主要聚丙烯工艺 目前聚丙烯的生产工艺主要有淤浆法、液相本体法和气相法工艺。自上世纪90年代以来，随着聚丙烯工艺技术的不断发展，淤浆法己被淘汰。全球PP生产工艺中，Basell公司的Sphefizone 环管气相工艺占主导地位，产量约占全球PP总量的50其次是DowChemical公司的Unipol气相工艺、BP公司的Innovene 气相工艺、NTH 公司的Novolen气相工艺、三井石化公司的 Hypol 釜式本体工艺、Borealis 公司的 Borstar 环管气相工艺等。液相和气相工艺正在世界范围内得到普及。1.4.1 Spheripol二代工艺 Basel

17、l公司的Spheripol二代工艺采用第四代催化剂体系，通过应用双环管结构的聚合反应器，可生产一些新牌号的产品。预聚合和聚合反应器的设计压力等级提高，使新牌号的性能更好，老牌号的产品性能得以改进，也更利于对形态、等规度和分子量的控制。Sphefipol二代工艺特点为： ( 1 )使用第四代催化剂系统，可生产双峰聚丙烯和高刚性、高结晶性、高净度的产品。 ( 2 )预聚合和聚合反应的压力等级提高，可以使环管反应器中的氢气含量增高，扩大了MFR的范围，增加了产品的强度，改善产品的性能。 ( 3 )以双环管反应器构型为基础，可以生产宽分子量分布的“ 双峰” 产品，也可以生产窄分子量分布的产品，利用环管

18、反应器和液相本体聚合，可使传热控制得更好，反应均匀。如果将来发展使用茂金属催化剂，不需要对现有装置做重 大的改造。 ( 4 )停留时间减少，更好地利用了反应体积。 ( 5 )改进了聚合物的高压和低压脱气、汽蒸、干燥系统和事故排放单元；提高了效率和操作灵活性。 1.4.2 Spherizone工艺 Sphefizone工艺是Basell公司刨新开发的聚丙烯生产技术，它是一种以气相、非茂金属催化剂来生产聚丙烯的工艺， 其特点是在一个多区循环反应釜中就可制备双峰聚丙烯树脂。该反应釜有两个反应区，它们分别具有不同的工艺条件，即不同的反应温度、氢气和单体浓度，随着逐渐增大的聚丙烯粒子在这两个反应 区的重

19、复循环，使聚合物相间的均匀性不断增加。同Basell传统的聚丙烯生产工艺相比，Sphefizone工艺生产的聚丙烯具有更宽的相对分子质量分布和良好的性能。Spheripol工艺与Sphefizone 投资和运行成本相似，而后者对操作条件和气体组分没有限制。 1.4.3 Borstar生产工艺 Borealis公司(北欧化工) 的Borstar工艺源于北星双峰聚乙烯生产工艺，采用双反应器即环管反应器串联气相反应器生产均聚物和无规共聚物，再串联一台或两台气相反应器则可生产抗冲共聚物产品。传统的聚丙烯工艺在丙烯的临界点以下进行聚合反应 ，为防止轻组分(如氢气、乙烯) 和惰性组分生成气泡 ，聚合温度控

20、制在7080。Borstar聚丙烯工艺的环管反应器则 可在高温或超过丙烯超临界点的条件下操作，聚合温度和压力都很高，能够防止气泡的形成。其 主要特点为： ( 1 )采用更高活性的MgC12载体催化剂。 ( 2 )采用环管反应器和气相流化床反应器组合工艺路线，可以灵活地控制产品的相对分子质量分布、等规指数和共聚单体含量。 ( 3 )由于环管反应器在超临界条件下操作，可以加入的氢气浓度几乎没有限制，气相反应器也适宜高氢气浓度的操作。 ( 4 ) 能够生产分子量分布很窄的单峰产品， 也能生产分子量分布宽的双峰产品； ( 5 )由于聚合温度较高，生产的聚合物有更高的结晶度和等规指数，二甲苯可溶物很低，

21、约为l。 ( 6 )由于反应条件在临界点之上，只有很少的聚合物溶解于丙烯中，减少了无规共聚物含量高时出现的粘釜现象，共聚物中共聚单体的分布非常均匀，无规共聚物中的乙烯含量最高可以达到10。 1.5催化剂研究开发进展及发展趋势 自20世纪50年代zN催化剂问世以来，PP催化剂经过不断改进得到了很大的发展，目前已经从需要脱灰、脱无规物的第1代催化剂发展到高活性、高立构规整性的高效第 5代催化剂。催化剂的活性已由最初的几十倍提高到几百万倍，P P等规指数已达98 以上，生产工艺得到了简化。目前，催化剂仍是推动 P P技术发展的主要动力，zN催化剂和单活性中心催化剂都将继续发展。ZN催化剂将在高活性、

22、高定向性的基础上向系列化、高性能化发展，不断开发性能更好的新产 品； 茂金属和非茂单 活性 中心催化剂(SSC)在PP领域的应用得到深入发展，其发展目标是进一步实现技术的工业化和启动需求量较大的通用产品市场。 1.5.1 ZN催化剂 目前世界上 P P生产所用的大多数催化剂仍是基于Z N催化体系，即TiC13。沉积于高比表面和结合 Lewis碱的MgC12结晶载体上，助催化剂是AI(C2 H5)2C1等烷基铝类化合物，其特点是高活性、高立构规整性、长寿命和产品结构的稳定性好。2O世纪90年代以来，美国、西欧和日本等世界主要的P P生产商研究开发工作的重点主要集中于该类催化剂体系的改进上。在 Z

23、N催化剂的发展过程中，给电子体一直起着重要的作用。早在第1代催化剂出现后，就发现添加第三组分对烯烃聚合行为和聚合物性能都会产生很大的影响。这种第三组分多为给电子体，又称为Lewis碱。根据加入方式的不同，可分为内给电子体和外给电子体。内给电子体在固体催化剂制备过程中加入，外给电子体在烯烃聚合过程中加入。只有改变催化剂中的给电子体，才能最大可能地改变催化剂活性中心的性质，从而最大程度地改变催化剂的性能。因此， 新型给电子体的开发一直是ZN催化剂研究开发的热点。1.5.2外给电子体 虽然到目前为止还未发现在无内给电子体情况下只使用外给电子体就能得到高活性、高定向性能的负载型 ZNPP催化剂体系，但

24、外给电子体对 PP催化剂的活性、氢调敏感性及定 向性能 等都有很大的影响。一般来说，内、外给电子体必 须要有一定的匹配性才能使催化剂具有高的活性和定向性能。现在工业上最常用的是邻苯二甲酸 酯为内给电子体、 有机硅氧烷为外给电子体的催化剂。目前工业上最常用的外给电子体是甲基环 己基二甲氧基硅烷(CHMDMS)、 二异丁基二甲氧基硅烷(DIBDMS)、 二环戊基二甲氧基硅烷 (DCPDMS)和二异丙基二 甲氧基硅烷 (DIPDMs)。近年来，人们也尝试开发新型结构的外 给电子体。美国 E q u i s t a r 化学公司开发了一类 新型外给电子体环芳烃，它是苯酚和甲醛在碱作用下缩合形成的大环低

25、聚物。这种化合物具有独特的结构，能与过渡金属进行配位， 对烯经聚 合具有潜在的应用价值。以环芳烃为外给电子 体、邻苯二甲酸二异丁酯为内给电子体的 ZN 催化剂催化丙烯聚合。实验结果表明， 催化剂的 立构规整性明显提高， 但活性并无明显变化。若使用环芳烃的烷基化取代物为外给电子体， 则可 进一步提高 P P的等规度，但催化剂的活性有所 降低。而以环芳烃的硅氧烷取代物为外给电子体，催化剂的立构选择性明显提高而活性变化较 小。因此， 如果选择合适的取代基， 通过与适当的 内给电子体配合， 同时获得高活性和高立构规整性的催化剂就可达到工业应用的要求。而且这类给电子体的合成方法并不复杂， 成本不高， 具

26、有一定的工业应用前景。 另外， 人们对一系列以氨基硅烷为外给电子体的催化体系制得的PP进行了研究。实验结果表明，与有机硅氧烷相比，虽以氨基硅烷为外给电 子体的催化体系活性有所下降，但可在未降低 P P 等规度的情况下，加宽PP的相对分子质量分布。美国布蒙特公司在开发了l，3 二醚为内给电子体后，又将其作为外给电子体与邻苯二甲酸酯为内给电子体的催化剂进行配合，所得催化体系具有与l，3一二醚为内给电子体催化剂同样的良好活性和氢调敏感性。 1.5.3 多活性中心催化剂 丹麦Borealis公司开发出一种以TiZ r为主体的用于Borstar双峰工艺的专有催化剂 B C I该催化剂是具有 2种或更多种

27、类型活性点的载体催化剂体系，能够适应较高的聚合温度， 催化剂活性和等规指数随聚合温度的提高而增大，是一种特殊结构的 zN载体催化剂。采用BCI催化剂，既能生产相对分子质量分布很窄的单峰产品也能生产很宽分子质量分布的双峰产品( 包括均聚物和无规共聚物)。目前，这种催化剂已经获得工业应用。第 2 代催化剂(称为BCI 10) 也已经开发成功。此外，该公司利用Sirius专用催化剂平台开发出的RCEO2 P催化剂，具有非常均匀的粒子结构，可大大改善低、中等刚性均聚和无规P的性能，用于生产薄膜和纤维级产品，每t催化剂的成本可降低约2O，而生产能力提高lO。预计，今后传统的zN催化剂和茂金属催化剂的混合

28、催化剂将会有所发展。混合催化剂生产的PP产品综合了传统 PP的可加工性和茂金属 P P的性能特点。这种混合催化剂可以采用双重反应器或双重工艺，2种催化剂可以用在一个反应器中或者相互串联或并联的不同反应器中，预计在生产后进行共混也是可的。当前的一个主要进展是在单个反应器中生产双峰分布的 P P树脂Equistar公司称用混合催化剂生产双峰或多峰树脂，工艺更容易控制，共聚产品的柔韧性更大。1.6聚丙烯的应用进展 1.6.1薄膜用料 我国双向拉伸聚丙烯 (BOPP)薄膜是PP树脂消费量最大的领域之一。聚丙烯薄膜主要包括 BOPP薄膜 、CPP薄膜及其它包装膜(OPP)。BOPP薄膜是一种结晶型聚合物

29、产品，在各种塑料薄膜中属于高档膜，且价格适中。从环保角度考虑，因其污染小，有利于森林资源的保护，在许多场合已取代了传统包装。BOPP薄膜所用的专用树脂多为PP均聚物产品，符合国际食品卫生标准。 1.6.2汽车用改性聚丙烯 汽车工业的发展离不开汽车塑料化的进程，PP用于汽车工业具有较强的竞争力，但因其模量和耐热性较低，冲击强度较差，因此不能直接用作汽车配件，轿车中使用的均为改性PP产品， 其耐热性可由 8 0 C 提高到14515O，并能承受高温 7 5 O 1 0 0 0 h后不老化、不龟裂。 1.6.3洗衣机内桶专用料 洗衣机生产是家电产品中 P P用量较集中的行业之一 ，洗衣机的内桶、盖板

30、、底座 涡轮均由PP制得。目前国产洗衣机内桶专用料在数量和质量上都无法满足国内市场的求，原料基本上全部依赖进口。尤其是洗衣机内桶料属于嵌段共聚料，生产难度大。这类专用树脂要求冲击强度高、表面抗划性能和熔体流动性好的多相共聚产品 一般可由共聚反应获得，也可在反应挤出机组内加优良改性剂改性制得。这种树脂成型收缩率调节范围宽，可在ABS或HIPS使用的模具上注塑成型而无需更换模具，制品表面能制成消光、珠光或直接喷涂，因此也可用于制作家电和电器电子的壳体。 1.6.4管材用聚丙烯 早期，PP管材主要用作农用输水管，但是由于早期产品性能还存在一些问题，市场未能打开。随着上海塑料建材厂首家引进国外先进技术

31、，采用进口PPR料生产的输送冷、热水用的管材得到市场认可后，目前已有不少厂家建设PP - R管材生产线，价格也不断回落，但PP-R管材在塑料管材市场上的占有率仍然很低。据反映，目前国产PP-R料与进口料比较还有一定差距，质量有待改进和提高。塑料管材是我 国化学建材推广应用的重点产品之一，建设部曾于2001年发出“ 关于加强共聚聚丙烯 (P PR、P PB) 管材生产管理和推广应用工作的通知”，要求有关部门共同做好从原 料、加工、质量以至管材使用、安装等工作，要严格把好 P P管材质量关，以利更好地做好我国PP管材的生产、应用和推广工作。1.7 展望1、 随着科技发展，对聚丙烯的需求量及品种将会

32、进一步增加。因此，科研人员应开拓聚丙烯的新的应用范围，同时不断开发新品种。2、由于催化剂的性能和质量使决定聚丙烯品种和质量的关键的因素，因此，目前美、日、意和德等国对催化剂的研究皆特别重视，并取得了很多成果。就活性而言，日本三井油化的HYHS-高效高立体定向催化剂的活性高达1t聚丙烯/s钛，皆高于其他几家公司的催化剂，我国目前引进的几套大型聚丙烯装置都使用进1:1的催化剂。所以，加快研制国产的高活性催化剂是摆在我国科研人员面前的一项紧迫任务。3、要增加聚丙烯种类，提高聚丙烯质量，夸大应用范围，必须注重开发新型添加剂和改进剂。虽然在这方面已取得不少成果，但仍需继续努力。并要开发更多的新型催化剂。

33、4、寻求不造粒工艺，就造粒工艺而言，耗电多，设备昂贵。若能开发出使粉片状让丙烯存放时间延长而不变质的工艺，省掉照例的工序，则能大大降低成本，提高经济效益，为提高聚丙烯产量，增加品种，创造有利条件。2 工艺流程设计2.1 催化剂的选定 配合Spheripol工艺，选择第四代超高活性的CS-型和DQ-型球型催化剂。球型催化剂可以控制聚丙烯粒子的形态，具有反应器颗粒技术的特点，有利于生产高性能的聚丙烯。同时“反应器颗粒技术”可以免除造粒过程，所以在提高了反应效率的同时，又大大的降低了生产成本。2.2生产工艺的选定本次设计选择Spheripol工艺。该技术自1982年首次工业化以来，是迄今为止最成功、

34、应用最为广泛的聚丙烯生产工艺。Spheripol工艺是一种液相预聚合同液相均聚和气相共聚相结合的聚合工艺，工艺采用高效催化剂，生成的PP粉料粒度呈圆球形，颗粒大而均匀，分布可以调节，既可宽又可窄，可以生产全范围、多用途的各种产品。该工艺采用独特的环管式反应器，具有单位体积传热面积大，总传热系数高，单程转化率高、流速快、混合好、不会在聚合区形成塑化块、产品切换牌号的时间短等优点，而且结构简单，材质采用低温碳钢即可。环管反应器则是利用轴流泵使浆液高速循环，通过夹套冷却撤热，由于传热面积大，撤热效果好，因此其单位反应器体积产率高，能耗低。Spheripol工艺经济性好，原料和公用工程消耗低，人工费和

35、三废处理等费用也少，生产成本较低，因此Spheripol工艺成为当今世界最为先进和流行的PP生产工艺之一。 2.3工艺流程草图图2-1 工艺流程草图2.4工艺流程概述本设计使用的催化剂分为主催化剂和助催化剂三乙基铝（TEAL）、给电子体（DONOR）。主催化剂、TEAL、DONOR在D201中被混合均匀，温度控制在10。主催化剂在D201中被活化。催化剂混合物通过D201下部管道进入预聚合反应器R200。预聚合的目的在于使催化剂表面包裹上一层聚丙烯薄层，当催化剂进入环管反应器时，这个薄层起保护催化剂的作用，防止催化剂在突遇高温时发生爆裂，生成大量细粉。经过预聚的催化剂再进入到环管反应器R201

36、中。氢气在本设计中的作用是分子量调节剂，由制氢站供给，并储存在D993；使用的丙烯由中转罐区送来，并储存在D302.D302中的丙烯通过丙烯进料泵P301送往环管反应器R201。为保持P301出口压力的稳定，多余的丙烯通过FV331返回D302。R201的丙烯主要有两个来源，一个由P301直接送入，另一个由R200后进入R201。R201需要严格控制其反应条件：温度70，压力3.4MPa，密度560-580kg/m3。R201带有一台轴流泵P201，用来维持物料在反应器内的循环。聚合反应放出的热量由反应器夹套水带走，夹套水通过E202与循环冷却水进行热交换来实现夹套水温度的稳定。R201的压力

37、控制是通过与之相连的D202的压力控制来实现的。D202的压力控制主要是通过调节进入E203蒸发的液相丙烯流量来实现，另外从D202顶部出来的气相丙烯，也具有一定的调节作用。R201的出料由D202的液位控制。从R201中流出的浆料在闪蒸线内完全汽化后，进入闪蒸罐D301。当后续系统故障时，可以从D301前的三通阀HV301，将物料排向排放系统。物料在D301中进行气、固分离，粉料从D301底部进入袋滤器F301，气相丙烯由D301顶部进入丙烯洗涤塔T301。D301顶部的动力分离器A301可以使粉料尽可能不被带走。丙烯在T301内经冷却和循环洗涤后，由丙烯泵P302送回D302。另有一股丙烯

38、从T301底部排出，在小闪蒸线内汽化后，与D301底部流出的物料一起进入F301，目的是将洗涤下来的粉料排出。T301系统中的E301可将不凝气排放到尾气回收系统。物料在F301内再次减压至0.05-0.08MPa，闪蒸出来的丙烯气经滤袋和安全过滤器F302过滤后，进入低压丙烯洗涤塔T302。T302内的循环液由白油和添加剂Atmer163按2：1混合而成。气相丙烯中夹带的粉料和TEAL被洗涤下来。当油中的TEAL含量超过8%时，T302需换油，每次更换一半。废油由齿轮泵P303送往D607，进行废油处理。从T302顶部出来的丙烯，经E304冷却，D304缓冲后，进入循环气压缩机PK301，P

39、K301将丙烯压缩至1.6-1.8MPa后，返回到T301入口。F301内的粉料向下进入汽蒸罐D501。汽蒸的目的是为了提高产品的质量，降低产品灰份和氯含量。D501是一个带搅拌器的流化床。蒸汽由底部进入，将粉料中的残余催化剂分解后，由D501顶部出来进入水洗塔T501。蒸汽中带有少量的丙烯、油、HCl、粉料等。粉料、HCl和蒸汽在T501中被洗涤下来，由塔底排出。少量的丙烯和油被T501顶部的E501冷却后进入尾气压缩机PK501。PK501将残余丙烯压缩至0.4MPa后进入尾气回收系统。少量的油贮存在废油罐D506中，最后排至油桶。D501中的物料依靠重力进入干燥罐D502。D502内有螺

40、旋筛板，可以使物料不发生混流。热氮气从D502底部进入，对物料进行干燥后，由顶部出来进入水洗塔T502，N2在T502中被冷却，并降低湿度后，进入鼓风机C502。从C502出来的N2在E503中加热至80-100，又从D502底部进入。T502的循环液在E502中进行冷却，以稳定T502的操作温度。从D502底部排出的合格粉料，由粉料输送系统PK801送至聚丙烯粉料缓冲仓D802，等待造粒。3 物料衡算 物料衡算是对进出生产装置、生产工序或单台设备的物料进行平衡计算。物料衡算的主要内容是根据各种物料之间的定量转化关系，计算进出整个生产装置、生产工序或单台设备的各股物料的数量及组成11。物料衡算

41、的理论依据是质量守恒定律。对于没有化学反应的生产过程来说，质量守恒定律为：进入一个装置的全部物料质量等于离开这个装置的全部物料质量再加上装置内积累起来的物料质量。写成公式为： 流入量=流出量+积累量+损失量对于有化学反应的过程来说，要将化学反应的计量关系结合到质量守恒定律中，写成公式为：流入量+反应生成量=流出量+反应消耗量+积累量+损失量3.1设计名称年产35万吨环管法聚丙烯合成车间工艺设计3.2设计条件3.2.1全套装置工艺参数生产规模：年产35万吨生产时间：年工作时数8000小时每吨聚丙烯消耗丙烯理论量：1.02吨丙烯（100%）全装置总收率按98%计算，提耗为2%（以1.02吨100%

42、丙烯为基准计算收率和损耗），损耗分配如下：精制工段丙烯损失 0.5%闪蒸工段丙烯损失 0.5% 汽蒸工段丙烯损失 0.8%PP粉料损失 汽蒸工段 0.1%，造粒工段 0.1%3.2.2丙烯的进料量（按每小时算）PP每小时净生产量：350000/8000=43.75t需要100%丙烯：43.751.02=44.625t则取44.625t丙烯为基准计算收率和损耗扣除损耗的则参加反应的丙烯：44.625/(1-0.5%-0.5%-0.8%)=45.443t按转化率55%，则需要100%丙烯进料量为：45.443/0.55=82.624t原料纯度为99.5%，则原料量为：82.624/0.995=83

43、.04t3.3催化剂用量.主催化剂（CS-型和DQ-型）主催活性：2531kgPP/gcat，取30 kgPP/gcat。则主催用量：45.4431000/30=1514.8g其它按主催：助催TEAL：给电子体DONOR：烃油十脂=0.06：0.35：0.015：0.35助催TEAL用量:(0.351514.8)/0.06=8836g给电子体DONOR用量：(0.0151514.8)/0.06=378.7g烃油十脂：8836g则催化剂总量：1514.8+8836+378.7+8836=19565.5g,即19.5655kg3.4 R200小环管的物料衡算图3-1 R200物料平衡图表3-1 R

44、200物料平衡表物料名称物料质量（kg）总量（kg）输入丙烯30003019.5655催化剂19.5655输出丙烯2848.523019.5655PP151.48催化剂19.5655进料：丙烯进料流量 27003300kg/h，取3000kg/h主催化剂： 1514.8g催化剂总量：19.5655kg主催化剂：100150gPP/gcat，取100gPP/gcat则预聚合生成PP：1514.8100=151480g=151.48kg未反应的丙烯：3000-151.48=2848.52kg出料：PP 151.48kg丙烯： 2848.52kg催化剂： 19.5655kg3.5 氢气用量H2消耗定

45、额：0.0090.31kg/tpp,此处取值：0.20kg/tpp则H2用量: 0.2045.443=9.0886kg3.6 R201大环管反应器的物量衡算R201R200PP151.48kg丙烯2848.52kg催化剂19.5655kgD302丙烯80040kgPP45823.48kg丙烯37216.52kgD301氢气图3-2 R201物料平衡图转化率55%进料：丙烯 83.041000-=83040kgPP 151.48kg生成PP：8304055%=45672kg出料：PP 45672+151.48=45823.48kg丙烯 83.041000-45823.48=37216.52kg表

46、3-2 R201物料平衡表物料名称物料质量（kg）总量（kg）输入丙烯（R200）2848.5283040丙烯（D302）80040PP151.48输出丙烯37216.5283040PP45823.483.7 D301闪蒸罐的物料衡算 进料：PP 45823.48kg 丙烯： 37216.52kg D301PP+丙烯丙烯+ PPPP+丙烯R201T301F301图3-3 D301物料平衡图D301顶部丙烯带走粉尘为10%，底部粉尘带走丙烯10%D301塔顶出料为：丙烯：37216.5290%=33494.87kgPP：45823.4810%=4582.35kgD301塔底出料为：PP：4582

47、3.4890%=41241.13kg丙烯：37216.5210%=3721.65kg表3-3 D301物料平衡表物料名称物料质量（kg）总量（kg）输入丙烯37216.5283040PP45823.48输出丙烯（D301顶）33494.8783040PP（D301顶）4582.35丙烯（D301底）3721.65PP（D301底）41241.133.8 F308布袋过滤器的物料衡算D301F301 PP粉： 41241.13kg 丙烯气：3721.65kgT301F301 丙烯： 2860kg PP粉： 4582.35kg进料：则D301 丙烯：2860+3721.65=6581.65kg F

48、301 T301 PP：41241.13+4582.35=45823.48kg F301T301D301丙烯+PP丙烯+PP回收T301丙烯D501丙烯+PP图3-4 F301物料平衡图D501损失丙烯0.8%：44.62510000.8%=357kg则从F301顶部出丙烯：6581.65-357=6224.65kg出料：F301顶部（T301）：丙烯气6224.65kg F301底部（D501）：PP 45823.98kg 丙烯357kg表3-4 F301物料平衡表物料名称物料质量（kg）总量（kg）输入丙烯（D301）3721.6552405.13PP（D301）41241.13PP（T3

49、01）4582.35丙烯（T301）2860输出丙烯（F301底部）35752405.13回收丙烯（F301顶部）6224.65PP（F301底部）45823.483.9 T301循环丙烯洗涤塔的物料衡算T301的液位50%，体积11m 丙烯密度 0.52g/cm则回流的液相丙烯：110.50.52103=2860kg进料：D301T301 PP粉：4582.35 kg 丙烯：33494.87kgF301T301 丙烯：6224.65kg损失丙烯0.5%，损失44.62510000.5%=223.125kg/h则回收至D302的丙烯33494.87+6224.65-2860-223.125=3

50、6636.395kg小闪线内随回流丙烯到F301的PP 4582.35kg T301回收丙烯F301丙烯损失丙烯D301丙烯图3-5 T301物料平衡图表3-5 T301物料衡算表物料名称物料质量（kg）总量（kg）输入丙烯（D301）33494.8744301.87PP(D301)4582.35 丙烯（F301）6224.65损失丙烯223.12544301.87输出回收丙烯36636.395PP(F301)4582.35回流丙烯28603.10 D501汽蒸罐的物料衡算 图3-6 D501物料平衡图进料： PP 45823.48kg，丙烯357kg，水蒸汽：47260kg （计算） 损失P

51、P粉：44.62510000.1%=44.625kg则从D501D502： PP粉 45823.48-44.625=45778.855kgPP粉夹带水分45778.8553%=1373.37kgD501T501 PP粉：44.625kg 丙烯:357 kg 水蒸气：45886.63kg 表3-6 D501物料平衡表物料名称物料质量（kg)总量（kg）输入PP45823.4846180.48丙烯357水蒸气47260输出损失PP44.62546180.48PP粉45778.855损失丙烯357水蒸气45886.63PP粉夹带水分1373.373.11 T501水洗塔的物料衡算D501T501 P

52、P粉：44.625kg 丙烯: 357kg 水蒸汽：45886.63kg 还有少量的油、HCl等出料：塔底：PP粉 44.625kg 水蒸汽45886.63 kg少量 HCl 塔顶：丙烯357kg进入尾气回收系统 油排至油桶3.12 D502干燥塔的物料衡算进料：湿PP粉45778.855+1373.37=47152.225kg 热氮气 478.42kg出料：塔底：干PP粉末 45778.855kg少量水份：45778.8550.02%=9.16kg氮气带走的水分为 1373.37-9.16=1364.21kg塔顶：湿氮气：1373.37+478.42=1851.79kg图3-7 D502物料

53、平衡图3.13 造粒PP粉45778.855kg损失0.1%为45778.8550.1%=45.779kg在聚合过程中催化剂和氢气全用来生产成品PP,损失的忽略不记得成品PP粉：(45778.855+19.5655+9.0886)-45.779=45722.60kg=45.72t则年生产PP:45.728000=36.58t4 热量衡算热量衡算是指根据能量守恒定律对设备在操作过程中传入热量或传出热量的平衡计算12。连续操作过程热量衡算的内容主要是计算正常操作时的传热速率，为设备传热面积、传热介质流量、工艺管径等的计算及控制方案的选择提供依据。在化工过程中，各种热量之间的转换关系可以用热平衡方程

54、表示：Q=H出 - H进其中 Q-设备或系统与外界环境交换热量之和，通常包括热损失，kJ；H出-离开设备或系统各股物料的焓之和，kJ； H进-进入设备或系统各股物料的焓之和，kJ；4.1 计算依据丙烯聚合热：2172.95kJ/kgPP表4-1 水的比热20307080Kcal/(kg*)0.9990.9971.001.002表4-2 液相丙烯比热25506070Kcal/(kg*)0685080008100910表4-3 气相丙烯比热50607620Kcal/(kg*)164164316471633表4-4 聚丙烯比热207080105Kcal/(kg*)19322322462526表4-5

55、 丙烯汽化潜热506076Kcal/kg2750235017004.2 R200小环管的热量衡算预聚生成PP：151.48kg丙烯聚合热：2172.95kJ/kgPP输入热量：20的丙烯带入热量Q1 =CPmt=30000.6854.220=172620kJPP的反应热Q2=2172.95151.48=329158.466kJ输出热量：预聚物带走热量Q3= CPmt=151.481.9320=5847.128kJ未反应丙烯带走热量Q4= CPmt=(3000-151.48)0.6854.220 =163903.84 kJ通过通冷却水移走聚合反应生成热，设备向外界环境散热的热量可忽略不计，则冷却

56、水带走的热量为Q5：Q5=Q1+Q2-Q3 =151.480.6854.220+2172.95151.48-151.481.9320 =8716.16+329158.466+5847.128 =343721.754kJ夹套水进口温度范围是9.510.5,本设计取10，出口温度取15因为 Q=mtC水 得 m水=Q5/（C水t）所以 m水=343721.754/(4.25)=16367.70kg液相本体法聚丙烯聚合釜夹套传热的总传热系数为：K=e-0.809C K总传热系数，/mk丙烯转化率为零时的传热系数，/mkC丙烯转化率（C=151.48/3000=0.05049）对于碳钢材质的聚合釜可取

57、560698/mk，取=600/mk 则K= 600e（ -0.8090.05049）=575.986/mk传热方式：夹套式换热为主反应温度：20 20冷却水 ： 10 15平均温差tm=（t1-t2）/（t1/t2）则t=(20-10)-(20-15) /(20-10)-(20-15)=7.2141=3.6kJ/h传热面积A=Q/（K.tm）则A= Q5/（K.tm）=(343721.754/3.6)/( 575.9867.214)=95478.265/4103.32=23.27m 表4-6 R200热量衡算表热量名称热量（KJ)总量（KJ）输入热量20的丙烯带入热量Q1172620507625.594PP的反应热Q2329158.466预聚物带走热量Q35847.128输出热量未反应丙烯带走热量Q4163903.84507625.5894冷却水带走的热量为Q5343721.754冷却水用量（kg）16367.70夹套传热面积（）23.274.3 R201大环管反应器的热量衡算生成PP：45672kg氢气的进料温度为20，量为9.0886kg进料：PP 151.48kg 丙烯：83040kg出料：PP 45823.48kg 丙烯：37216.52kg输入热量：预聚物带入热量Q1=CPmt=151.482.2370=23