聚丙烯課程設(shè)計任務(wù)書

1、.高分子專業(yè)課程設(shè)計設(shè)計題目 :10 萬噸 / 年聚丙烯液相本體法聚合釜工藝設(shè)計學(xué)院:班別:姓名:學(xué)號:指導(dǎo)教師 :學(xué)院院長 :專業(yè) .專注.2014 年12月23日2015年1月9日專業(yè) .專注.目錄第一章緒論1.1 聚丙烯 (PP)的性能1.2 聚丙烯 (PP)的用途第二章 丙烯聚合工藝流程敘述第三章 工藝計算聚合釜物料 、熱料衡算和循環(huán)冷卻水流量的計算 ；聚合釜容積和外形尺寸的計算 ；聚合釜攪拌器的設(shè)計和電機的選擇 ；聚合釜傳熱計算 、夾套和冷卻管的設(shè)計 。附錄 1：聚合釜設(shè)計參數(shù)匯總表附錄 2：工藝流程圖聚合釜工藝參數(shù)丙烯、熱水、水進入聚合釜的溫度為25、 75 、 25 ； 丙烯、熱

2、水、水進入聚合釜的溫度為70 、 55 、 39 ； 丙烯利用熱水加熱至50， 利用反應(yīng)熱加熱至74。 丙烯純度97%， H2/ 丙烯（重量比） 120 ×10-6 ；三氯化鈦 / 丙烯 （重量比 ） 50 ×10 -6 ， AI/Ti=10 ：三氯化鈦純度80% ；投料系數(shù) 70%；高壓回收釜壓 1MPa 丙烯純度 97% ，H2 / 丙烯（重量比） 120 ×10-6 ；三氯化鈦 / 丙烯（重量比 ）40 ×10-6 ， AI/Ti=15 ：三氯化鈦純度80% ； 投料 系數(shù)70% ；高 壓回 收釜 壓 1MPa低壓回 收釜 壓0.8MPa ； 液相

3、丙烯密度 0.5 g/cm 2 ，聚丙烯的堆積密度 0.47g/cm 2 ，聚丙烯的真實密度0.91g/cm 2 ；低壓回收釜壓0.8MPa ；液相丙烯密度0.5專業(yè) .專注.g/cm 2 ，聚丙烯的堆積密度0.47g/cm 2 ，聚丙烯的真實密度0.91g/cm 2 。第一章緒 論高速增長的消費市場 ，催生聚丙烯工業(yè)投資熱潮 。預(yù)計 2008 年前后，中國聚丙烯工業(yè)將進入新一輪投資高峰期 ，屆時將有近 600 萬噸年產(chǎn)能陸續(xù)投產(chǎn) ，其中 65% 分屬中石化和中石油兩大集團 。而中石油這套世界級裝置的建成 ，揭開了中國建設(shè)聚丙烯大型裝置的序幕 ，預(yù)計在未來幾年中，更大規(guī)模的裝置將不斷列入建設(shè)計

4、劃。1.1聚丙烯 (PP) 的性能聚丙烯之所以能在工業(yè)化生產(chǎn)之后迅速地成為廣泛的通用塑料 ，原因之一是它的性能優(yōu)良 ，因而可以不斷擴大應(yīng)用范圍 。甚至于在某些方面還可以和聚乙烯 、聚苯乙烯 、聚氯乙烯相競爭 ，因為聚丙烯在外觀 、化學(xué)性能、物理性能 、加工性能 、改性性能之間有良好的平衡 。（1） 聚丙烯的外觀聚丙烯樹脂為本色 、圓柱狀顆粒 ，顆粒光潔 ，粒子的尺寸在任意方向上為 2mm 5mm ，無機械雜質(zhì) 。粉料為本白色粉末 ，無結(jié)塊，合格品允許有微黃色 。（2）聚丙烯的化學(xué)性能PP 的化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異 ，對大多數(shù)酸 、堿、鹽、氧化劑都顯惰性 。 例如在 100 的濃磷酸 、鹽酸、40% 硫

5、酸及其它們的鹽類溶液中都是穩(wěn)定的 ，只有少數(shù)強氧化劑如發(fā)煙硫酸等才可能使其出現(xiàn)變化 。PP 是非極性化合物 ，對極性溶劑十分穩(wěn)定 ，如醇、酚、醛、酮和大多數(shù)羧酸都不會使其溶脹 ，但在部分非極性有機溶劑中容易溶解或溶脹 。（3） 聚丙烯的物理性能密度： PP 是所有合成樹脂中密度最小的 ，僅為 0.900.91g/cm3 ，是專業(yè) .專注.PVC 密度的 60% 左右 。這意味著用同樣重量的原料可以生產(chǎn)出數(shù)量更多同體積的產(chǎn)品 。表面硬度 ：PP 的表面硬度在五類通用塑料中屬低等，僅比 PE好一些。當(dāng)結(jié)晶度較高時 ，硬度也相應(yīng)增加一些 ，但仍不及 PVC、PS、 ABS 等 。機械性能 ：PP 的

6、強度和剛性都比低壓 PE 好，它活動鉸鏈 ，能承受 70000000 次以上的折疊彎曲 ，沒有損壞痕跡 ；但其缺口特別敏感 。熱性能： PP 有良好的耐熱性 ，熔點為 164170 ，耐 100 以上的溫度煮沸消毒 ，沒有外力下 ，溫度即使到 150 也不變形 ，在低負(fù)荷下亦可在 110 連續(xù)使用 。電性能： PP 是一種非常 優(yōu)良的電絕緣體 ，不吸水，不受空氣潮濕影響，擊穿電壓也高 。 是一種緩慢燃燒的材料 。（4）聚丙烯的加工性能PP屬于結(jié)晶型聚合物 ，不到一定溫度其顆粒不會熔融 ，不像 PE或 PVC 那樣在加熱過程中隨著溫度提高而軟化 。 一旦達(dá)到某一溫度 ，PP 顆粒迅速融化，在幾度

7、范圍內(nèi)就可全部轉(zhuǎn)化為熔融狀態(tài) 。PP 的熔體粘度比較低 ，因此成型加工流動性良好 ，特別是當(dāng)熔體流動速率較高時熔體粘度更小 ，適合于大型薄壁制品注塑成型 ，例如洗衣機內(nèi)桶 。PP 在離開口模后 ，如果是在空氣中緩慢冷卻 ，就會生成較大的晶粒 ，制品透明度低 。至此，我們可以看出 PP的加工性能是由它的物理性能決定的 。 PP的物理性能是判斷其可加工性的重要指標(biāo) 。有什么樣的物理性能決定了 PP 有什么樣的加工性能 。同時 ，PP 加工性能的好壞也直接影響到制品的物理性能、使用性能 。因此 ，物理性能與加工性能之間是互助互制的關(guān)系 。（5） 聚丙烯的改性性能隨著工藝的改進和新型催化劑 （尤其是茂

8、金屬催化劑 ）的開發(fā)，市場上出現(xiàn)了全新的 PP品種 。與傳統(tǒng) PP相比，它們在抗沖擊 、剛性、透明性、光澤、阻隔性能等方面的優(yōu)勢 ，不僅在傳統(tǒng) PP 應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮作用 ，而且也向其他應(yīng)用領(lǐng)域滲透 。目前 ，PP 新產(chǎn)品的開發(fā)主要包括高熔體強度 、高透明、高結(jié)晶度 、高流動 PP 等。1.2 聚丙烯 (PP) 的用途專業(yè) .專注.PP 主要用于生產(chǎn)編織制品 、注塑制品 、薄膜和纖維 。編織制品是 PP 的第一大消費領(lǐng)域 , 由于聚丙烯的來源豐富 、價格低廉、故編織制品廣泛采用聚丙烯作為主要原料 ，主要用于糧食 、化肥、水泥的包裝 ,其次是糖 、鹽、蔬菜及其它工業(yè)包裝 。 今后編織制品一方面將向大

9、型、重型化包裝袋發(fā)展 ,即向集裝袋方向發(fā)展 ,另一方面將向低重 、低纖度包裝袋發(fā)展 。各種功能性編織袋如耐高溫 、抗靜電、耐老化等編織袋的需求也將有一定的發(fā)展 。注塑制品是 PP 的第二大消費領(lǐng)域 ,由于 PP 其優(yōu)良的耐熱性 、力學(xué)性能、成本低和良好的環(huán)境適應(yīng)性等優(yōu)點而倍受人們的青睞 ，主要用于硬包裝(容器、周轉(zhuǎn)箱、托盤、瓶蓋等 )、消費用品 (廚具、家具、花盆、旅行箱等)、汽車配件 (汽車內(nèi)飾 、保險杠、蓄電池等 )及醫(yī)療制品 (注射器、工具箱、料盆等 ),在這些應(yīng)用中 PP 將替代傳統(tǒng)材料如木材 、玻璃和金屬等 。由于 PP密度很低 ,加上具有良好的力學(xué)性能和加工性能 ,使它非常適宜于那

10、些考慮成本和自重的大排量汽車使用 。薄膜是 PP 的第三大消費領(lǐng)域 ,包括雙向拉伸 PP 等。雙向拉伸 PP 由于具有防潮、力學(xué)強度高 、尺寸穩(wěn)定性好 、質(zhì)輕、無毒、無臭、印刷性能良好等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于印制 、涂布、香煙及食品包裝袋 、真空鍍鋁 、電容器等方面 。 PP 薄膜具有良好的光學(xué)透明性和低潮濕轉(zhuǎn)移性 ,所以主要用途有快餐食品包裝 、壓敏帶背襯和標(biāo)簽帶等 。 PP 薄膜的市場包括形形色色的小商品領(lǐng)域 ,如皺縮膜包裝 、細(xì)軟物品包裝 、攝影和繪畫用品包裝 、電容器和電子工業(yè)用薄膜 、一次性使用尿布扎帶和搭扣等 。纖維是 PP 的第四大消費領(lǐng)域 , PP 纖維是所有合成纖維總相對密度最小

11、的品種，因此它質(zhì)量最輕 ，單位重量的纖維能覆蓋的面積最大 。 而且其強度與合成纖維中高強度品種滌綸 、錦綸相近 ，但在濕態(tài)時強度不變化 ，這一點優(yōu)于錦綸 。此外 ，PP 纖維同其它合成纖維一樣 ，不易發(fā)霉 、腐爛，不怕蟲蛀 。PP 纖維主要用于地毯 （包括地毯底布和絨面 ）、裝飾布、土工布、無紡布、各種繩索 、條帶、漁網(wǎng)、建筑增強材料 、包裝材料等 。其中PP 纖維無紡布由于其在嬰兒尿布 、婦女衛(wèi)生巾的大量應(yīng)用而引人注目 。PP纖維還可與多種纖維混紡制成不同類型的混紡織物， 經(jīng)過針織加工制成外專業(yè) .專注.衣、運動衣等 。 由 PP 纖維中空纖維制成的絮被 ，質(zhì)輕、保暖、彈性良好。此外 ,在醫(yī)

12、療及衛(wèi)生材料方面的消費增長也很快 。PP 產(chǎn)品分為均聚級 、無規(guī)共聚級 、中抗沖共聚級和高抗沖共聚級等若干等級 。 均聚 PP 可擠出成型管材、管件、電線 / 電纜 ,而無規(guī)共聚 PP 主要用于層壓紙 、密封劑和粘合劑。第二章丙烯聚合工藝流程敘述2.1生產(chǎn)工藝技術(shù)聚丙烯的生產(chǎn)工藝按聚合類型可分為淤漿法 、溶液法、本體法和氣相法和本體法 -氣相法組合工藝 5 大類 。本體法工藝本體法工藝的研究開發(fā)始于20 世紀(jì) 60 年代，1964 年美國 Dart 公司采用釜式反應(yīng)器建成了世界上第一套工業(yè)化本體法聚丙烯生產(chǎn)裝置。1970 年以后，日本住友 、Phillips 、美國 EI Psao 等公司都實

13、現(xiàn)了液相本體聚丙烯工藝的工業(yè)化生產(chǎn) 。 與采用溶劑的漿液法相比 ，采用液相丙烯本體法進行聚合具有不使用惰性溶劑 ，反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)單體濃度高 ，聚合速率快 ，催化劑活性高，聚合反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高 ，反應(yīng)器的時 -空生產(chǎn)能力更大 ，能耗低，工藝流程簡單 ，設(shè)備少，生產(chǎn) TodayHot 成本低，" 三廢 "量少；容易除去聚合熱，并使撤熱控制簡單化 ，可以提高單位反應(yīng)器的聚合量 ；能除去對產(chǎn)品性質(zhì)有不良影響的低分子量無規(guī)聚合物和催化劑殘渣 ，可以得到高質(zhì)量的產(chǎn)品等優(yōu)點 。不足之處是反應(yīng)氣體需要氣化 、冷凝后才能循環(huán)回反應(yīng)器 。反應(yīng)器內(nèi)的高壓液態(tài)烴類物料容量大 ，有潛在的危險性 。 此外，反

14、應(yīng)器中乙烯的濃度不能太高 ，否則在反應(yīng)器中形成一個單獨的氣相 ，使得反應(yīng)器難以操作 ，因而所得共聚產(chǎn)品中的乙烯含量不會太高 。本體法不同工藝路線的區(qū)別主要是反應(yīng)器的不同 。反應(yīng)器可分為釜式反應(yīng)器和環(huán)管反應(yīng)器兩大類 。釜式反應(yīng)器是利用液體蒸發(fā)的潛熱來除去反應(yīng)熱，蒸發(fā)的大部分氣體經(jīng)循環(huán)冷凝后返回到反應(yīng)器 ，未冷凝的氣體經(jīng)壓專業(yè) .專注.縮機升壓后循環(huán)回反應(yīng)器。而環(huán)管反應(yīng)器則是利用軸流泵使?jié){液高速循環(huán)，通過夾套冷卻撤熱 ，由于傳熱面積大 ，撤熱效果好 ，因此其單位反應(yīng)器體積產(chǎn)率高 ，能耗低。本體法生產(chǎn)工藝按聚合工藝流程 ，可以分為間歇式聚合工藝和連續(xù)式聚合工藝兩種 。（1）間歇本體法工藝間歇本體法聚

15、丙烯聚合技術(shù)是我國自行研制開發(fā)成功的生產(chǎn)技術(shù) 。 它具有生產(chǎn)工藝技術(shù)可靠 ，對原料丙烯質(zhì)量要求不是很高 ，所需催化劑國內(nèi)有保證，流程簡單 ，投資省、收效快，操作簡單 ，產(chǎn)品牌號轉(zhuǎn)換靈活 、三廢少，適合中國國情等優(yōu)點 ，不足之處是生產(chǎn)規(guī)模小 ，難以產(chǎn)生規(guī)模效益；裝置手工操作較多 ，間歇生產(chǎn) ，自動化控制水平低 ，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；原料 HotTag 的消耗定額較高 ；產(chǎn)品的品種牌號少 ，檔次不高 ，用途較窄。目前 ，我國采用該法生產(chǎn)的聚丙烯生產(chǎn)能力約占全國總生產(chǎn)能力的 24.0% ；（2）連續(xù)本體法工藝該工藝主要包括美國Rexall 工藝、美國 Phillips 工藝以及日本 Sumitimo工藝

16、 。Rexall 本體聚合工藝是介于溶劑法和本體法工藝之間的生產(chǎn)工藝，由美國 Rexall 公司開發(fā)成功 ，該工藝采用立式攪拌反應(yīng)器，用丙烷含量為10%-30% （質(zhì)量分?jǐn)?shù) ）的液態(tài)丙烯進行聚合 。 Phillips 工藝是由美國 Phillips 石油公司于 20 世紀(jì) 60 年代開發(fā)成功 。其工藝特點是采用獨特的環(huán)管式反應(yīng)器 ，這種結(jié)構(gòu)簡單的環(huán)管反應(yīng)器具有單位體積傳熱面積大 ，總傳熱系數(shù)高 ，單程轉(zhuǎn)化率高 、流速快、混合好、不會在聚合區(qū)形成塑化塊 、產(chǎn)品切換牌號的時間短等優(yōu)點 。Sumitimo 工藝是由日本 Sumitimo （住友）化學(xué)公司于 1974 年開發(fā)成功 。 此工藝基本上與

17、Rexene 本體法相似 ，但 Sumitimo 本體法工藝包括除去無規(guī)物及催化劑殘余物的一些措施 。產(chǎn)品為球狀顆粒 ，剛性高，熱穩(wěn)定性好 ，耐油及電氣性能優(yōu)越 。專業(yè) .專注.2.3工藝流程的設(shè)計工藝流程方框圖工藝流程敘述原料精制1 丙烯流程從預(yù)分離車間來的粗丙烯經(jīng)過二套冷凝器 、聚結(jié)器脫水 ，經(jīng)過一套堿罐、精制 D 線脫水后進入兩套粗丙烯貯罐 。此部分為原料收料流程 。如上工藝圖所示 ，對粗丙烯貯罐丙烯進行精制 ，由粗丙烯貯罐經(jīng)丙烯泵送到脫硫塔脫硫 （現(xiàn)在不用 ，由于含硫量少了 ），氧化鋁脫水 ，脫氧劑脫氧（鎳觸媒），分子篩塔脫水后進入精丙烯貯罐 。精丙烯貯罐丙烯按上述精制流程進行打循環(huán)

18、，直至采樣分析合格后 ，可由丙烯投料泵向聚合釜投料。2 氮氣流程粗氮經(jīng)界區(qū)減壓 （或經(jīng)副線 ）后分兩路 ，一路送到其它各崗位使用 ；另一路專供精制線再生使用 。3 氫氣流程煉廠（乙烯）氫氣界區(qū)減壓 （或經(jīng)副線 ）進入脫硫塔脫硫后進入兩套裝置三樓氫氣計量罐 ，供裝置聚合和精制再生使用 。聚合反應(yīng)精丙烯由精丙烯泵經(jīng)質(zhì)量流量計計量后 ，通過活化劑加料罐和催化劑加料罐加入聚合釜內(nèi) ?；罨瘎┯苫罨瘎┡渲乒藁蚧罨瘎┻\輸罐壓送到活化劑貯罐，經(jīng)活化劑計量罐壓到活化劑加料罐 ，用丙烯沖入釜內(nèi) 。催化劑在精氮保護下分裝 ，分裝好后的催化劑由操作人員投進催化劑加料罐。專業(yè) .專注.DDS 由操作人沒用量筒量取丙烯沖

19、入釜內(nèi) ，用加入催化劑加料罐 。工業(yè)循環(huán)水分二路 ：一路經(jīng)過調(diào)節(jié)閥進入熱水槽 ，經(jīng)蒸汽加熱后由調(diào)節(jié)閥、經(jīng)泵送至聚合釜底部進口作聚合反應(yīng)升溫?zé)嵩?。二路經(jīng)調(diào)節(jié)閥 ，由泵送至聚合釜底部進口 ，作聚合釜降溫水源 。聚合釜底部水源再分兩路 ：一路進入聚合釜夾套 ，換熱后，經(jīng)調(diào)節(jié)閥流至工業(yè)循環(huán)下水管 。 另一路進入釜內(nèi)指形管 ，聚合釜釜內(nèi)指形管又可走兩種水源 ；循環(huán)水和冷冰水 。聚合反應(yīng)結(jié)束后 ，丙烯由高壓回收閥經(jīng)旋風(fēng)分離器至冷凝器冷凝后流入丙烯計量罐 ，再經(jīng)溢流管線流回丙烯貯罐。為了進一步降低釜內(nèi)殘壓，釜內(nèi)丙烯還可由中壓回收調(diào)節(jié)閥經(jīng)旋風(fēng)分離器進入中壓回收貯罐和氣柜利用。閃蒸去活 、包裝聚合反應(yīng)完全后

20、，經(jīng)高中壓回收流程回收未反應(yīng)的丙烯，再分?jǐn)?shù)次向閃蒸罐噴料 。殘余的氣相丙烯經(jīng)過旋風(fēng)分離器和粉料沉降罐沉降聚丙烯粉塵后到氣柜 。閃蒸罐內(nèi)聚丙烯經(jīng)充氮氣置換（或抽真空置換 ）合格后，卸料到包裝間 ，聚丙烯粉料自然去活后包裝。尾氣回收氣柜中的氣相丙烯經(jīng)壓縮機二級壓縮后 ，經(jīng)冷凝器冷凝成液相丙烯進入尾氣回收罐和分液罐 ?；厥毡┛捎杀猛说奖鄙角蚬迏^(qū) ，也可退至三預(yù)分離裝置 。溴化鋰制冷機把循環(huán)水降溫至 10 攝氏度左右 ，經(jīng)泵送到各套釜指形管和冷凝器作為冷卻水源使用 。聚合釜工藝參數(shù)丙烯、熱水、水進入聚合釜的溫度為 25、 75、 25； 丙烯、熱水、水進入聚合釜的溫度為 70 、 55 、 39；

21、丙烯利用熱水加熱至50， 利用反應(yīng)熱加熱至 74 。丙烯純度 97%，氫氣 / 丙烯（重量）120 × -6 ，丙烯純度 97%，H2/ 丙烯（重量比 ）120 ×10-6 ；三氯化鈦 /丙烯（重量專業(yè) .專注.比） 40×10-6 ，AI/Ti=15 ：三氯化鈦純度 80% ；投料系數(shù) 70%；高壓回收釜壓 1MPa 丙烯純度 97%， H2/ 丙烯（重量比） 120 ×10-6 ；三氯化鈦 / 丙烯（重量比 ） 40 ×10 -6 ， AI/Ti=15 ：三氯化鈦純度 80% ；投料系數(shù) 70% ；高壓回收釜壓 1MPa 低壓回收釜壓 0.

22、8MPa ； 液相丙烯密度 0.5 g/cm 2 ，聚丙烯的堆積密度 0.470g/cm 2 ，聚丙烯的真實密度 0.91g/cm 2；低壓回收釜 壓 0.8MPa ； 液 相 丙 烯 密 度 0.5 g/cm 2 ， 聚 丙 烯 的 堆 積 密 度 0.470g/cm 2 ，聚丙烯的真實密度 0.91g/cm 2。第三章 工藝計算3.1 聚合釜物料 、熱料衡算和循環(huán)冷卻水流量的計算物料衡算PP 的生產(chǎn)能力 :10 萬噸 / 年系統(tǒng)聚丙烯損失 5%應(yīng) 得 PP:100000 × (1+0.05)=105000 噸 / 年 =105000 × 1000kg/7200h=145

23、83.33kg/h丙烯轉(zhuǎn)化率為 70%所需純丙烯原料量為 : 14583.33kg/h/70%=20833.33kg/h 又 液相丙烯密度 0.5 g/cm 2純丙烯原料量為41.667 m3 /h原料比（重量比）： H2/ 丙烯（重量比）：120 ×10-6 ；三氯化鈦 / 丙烯（重量比）： 50×10 -6 ，AI/Ti 為：10則H 2 量為： 2.500kg/h專業(yè) .專注.純?nèi)然仦?： 1.04167 kg/h純 AlEt 2Cl 為：10.4167kg/h又 三氯化鈦純度為 80% ，丙烯的純度為 97%三氯化鈦量 ：1.30209 kg/h丙烯量：2147

24、7.66kg/h加入釜內(nèi)的原料量等于從釜中放出物料量，即21477.66 2.500 1.04167 10.4167 14583.33 回收丙烯量回收丙烯量為 ：6908.29kg/hPP 產(chǎn)量噸/ 年100000PP 產(chǎn)量kg/h14583.33純丙烯所需量 kg/h20833.33純丙烯所需量 m3 /h41.667實際所需丙烯量 kg/h21477.66H 2 所需量為 kg/h2.500純?nèi)然佀枇?kg/h1.04167實際三氯化鈦所需量 kg/h1.30209AlEt 2 Cl 所需量 kg/h10.4167丙烯回收量 kg/h6908.29熱量衡算1）反應(yīng)放熱計算已知丙烯聚合

25、熱為2172.95kJ/kg. 根據(jù)絡(luò)合型 TiCl 3AlEt 3 Cl 催化體系的動力學(xué)特征可知反應(yīng)高峰期每小時丙烯轉(zhuǎn)化率為38.46% （每轉(zhuǎn)化 10%的時間為 026h ） .（參考液相本體法聚丙烯生產(chǎn)及應(yīng)用P201 ）對于 12 m3 的聚合釜 ，每釜產(chǎn)量以3000kg 計，則反應(yīng)高峰期的反應(yīng)熱為 Qmax ：300038.46%2172 .95Qmax1.02507150 kJ / h專業(yè) .專注.10 3 kJ1w1J / s3.6kJ / h1h3600Q max2507150/ 3 .6 w696 .4 kw2）攪拌摩擦熱 Qa 的計算攪拌軸功率的消耗可近似的認(rèn)為都轉(zhuǎn)化為攪拌

26、葉與物料的摩擦熱Qa ，即QaP軸根據(jù)實測可知 ， 12 m3 的釜攪拌軸功率為50kw3）聚合高峰期總發(fā)熱量QT 計算QTQm a x Qa對 12 m3 的釜：QT696.410350103746.4kw4）撤熱量 QT/ 計算考慮聚合釜本身的熱損失為5%，則對 12 m3 的釜總撤熱量 QT/ 為：QT/1 0.05 QT 0.95 746.4 103709.11kw5)冷卻介質(zhì)的選擇及平均溫度差（ t）的求取間歇式液相本體法聚丙烯裝置12 m3 聚合釜，可以使用工業(yè)水或循環(huán)冷卻水作為冷卻介質(zhì) ，因為水入裝置溫度為 25 ，出水溫度為 39，反應(yīng)溫度為 74， 以恒溫反應(yīng)為依據(jù) ，則平均

27、溫差計算如下 ：反應(yīng)溫度7474冷卻水溫度39253549t 49 35 420 C49ln356）總傳熱面積 FT 計算專業(yè) .專注.FTQT 'K t對于 122m3釜已知K,K=555 W mFT709 . 1110 325554230 . 42 m表 2-熱量衡算總匯反應(yīng)高峰期的反應(yīng)熱Qmax /kw696.4c攪拌摩擦熱 Qa /kw50聚合高峰期總發(fā)熱量QT /kw746.4撤熱量 QT ' /kw709.11傳熱系數(shù) K/ W m 2 K555平均溫度差 t/ 42總傳熱面積 FT / m 230.423.2 聚合釜容積和外形尺寸的計算設(shè)計之原始數(shù)據(jù) :(1)聚合

28、聚生產(chǎn)能力噸/ 年聚丙烯 ；(2)年生產(chǎn)時間7200h ；(3)丙烯轉(zhuǎn)化率70%；(4)聚合反應(yīng)溫度740C；(5)聚合反應(yīng)壓力3.4MPa ；(6)催化體系絡(luò)合 型（ TiCl3-AlEt 2Cl）；(7) 單釜操作周期8h （反應(yīng)時間 3.5h，升溫時間 35min ）(8) 丙烯、熱水、水入裝置溫度 25、75、250C；丙烯、熱水、水出裝置溫度 70 、55 、390C ；丙烯利用熱水加熱至 500 C,利用反應(yīng)熱加熱至 740C(9)投料：丙烯純度 97%， H2/ 丙烯（重量比）120 ×10-6 ；三氯化鈦 / 丙烯（重量比） 50×10 -6 ，AI/Ti=

29、10 ：三氯化鈦純度 80% ；投料系數(shù)70%；(10)高壓回收釜壓 1MPa ， 低壓回收釜壓0.8MPa ；專業(yè) .專注.(11)液相丙烯密度 0.5 g/cm 2 ，聚丙烯的堆積密度 0.470g/cm 2 ，聚丙烯的真實密度 0.91g/cm 2；(12)系統(tǒng)聚丙烯損失5%。聚合釜容積的確定聚合釜的容積設(shè)計主要取決于裝置單線設(shè)計生產(chǎn)能力和投料系數(shù)1）設(shè)計依據(jù)聚合物生產(chǎn)能力 ：700 噸/ 年聚丙烯年生產(chǎn)時間 ：7200h ；丙烯轉(zhuǎn)化率 ：70% ；m聚合反應(yīng)溫度 ： 74 0C；聚合反應(yīng)壓力 ： 3.4MPa ；單釜操作周期 ： 8h （反應(yīng)時間 3.5h ，升溫時間 35min）2)

30、聚合釜容積的計算聚合釜設(shè)計容積可按下式計算：PVETCdK式中V- 聚合釜設(shè)計容積 ， m 3E-裝置單線年生產(chǎn)能力 ，t/a;P-單釜操作周期 ，h ；T-年操作時數(shù) ， h/a ；C-丙烯轉(zhuǎn)化率 ， %；d- 最高操作溫度 （740C）時液相丙烯的密度 t/ m3 ；K-聚合釜最高操作溫度條件下設(shè)計裝料系數(shù) ， %。以單線生產(chǎn)能力 2500t/a 為例計算聚合釜的設(shè)計容積。投料系數(shù)為 70%，V EP25008=11.3 m3T C7200 70% 0.5 70%d K可取 V=12 m3，所以 2500t/a裝置聚合釜設(shè)計容積取12 m 3 ，題中聚合物生產(chǎn)能力 700t/a ，所以 n

31、=40符合要求 .3）聚合釜外形尺寸的設(shè)計a聚合釜高徑比的選擇根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗 ， 12 m3 聚合釜的高徑比選擇（即 H=2.15D ）,可以滿專業(yè) .專注.足生產(chǎn)要求 .在設(shè)計上 、下橢圓封頭時 ，一般可以去短軸直徑d 與釜直徑 D 的比為0.6（即 d=0.6D ）.b 釜直徑的求取根據(jù)聚合釜容積以及高、直徑等尺寸的相等關(guān)系，可以求取聚合釜的直徑 D( 指內(nèi)徑 )圓形筒體容積 ：V1D2H14H 1H0.6DH2.15DV1D2(H0.6D)D 2 (2.15D 0.6D) 1.217D344兩封頭容積 ：V24d ( D )2322V24(0.6D ) D 20.314D 3324聚合釜的

32、容積 ：VV1V21. 217D1. 531D3 0.314D 33式中V- 聚合釜容積 ， m3D- 聚合釜直徑 ， mV1 - 筒體部分容積 ， m 3V2 - 橢圓封頭容積 ， m3H 1 - 筒體部分高度 ， mH - 聚合釜高 ， md-橢圓封頭短軸直徑 ， m當(dāng)聚合釜容積為 12 m3 時D12131.986 m專1業(yè).531.專注.取 D=2.0mc釜高 H 的選取根據(jù)高徑比 H=2.15D ，可求得釜高H=2.15 ×2.0=4.30m圓筒體高 H 1 = H -0.6D= （2.15-0.6 ）D=1.55D=1.55 ×2.0=3.10 m d 橢圓封頭

33、直徑 d 的選取根據(jù) d=0.6D ，可求得 12 m 3 釜的橢圓封頭直徑為d=0.6 ×2.0=1.2橢圓封頭的高 r=d/2=1.2/2=0.6me.根據(jù)以上數(shù)據(jù)復(fù)算釜的實際容積：V1.531D 31.5312.0312.25m34）夾套的設(shè)計根據(jù)前面的討論 ，聚合釜的 高徑比 選取 2.15，直筒部分的高為釜徑的 1.55 倍，因此可知 ： 12 m3釜釜徑 2.0m ，直筒部分高為3.1m ，釜直筒部分夾套取3.0m ，下封頭高為 0.65m 。對于 12 m3 聚合釜，夾套總傳熱面積 ：FF 1F 2Dd4rR * 123.142 .03 .043 .1410.65 1.

34、0218 .844 .0822 . 9 m 2式中 D 聚合釜筒體直徑 ； mh 聚合釜直筒高 ；mR 聚合釜筒體半徑 ； mr 聚合釜下封頭短軸半徑 ；m3.3 聚合釜攪拌器的設(shè)計和電機的選擇專業(yè) .專注.經(jīng)過大量的試驗研究和生產(chǎn)時間的摸索表明 ，螺帶式攪拌器對于聚丙烯固體顆粒無聊的攪拌效果較好 ，而且消耗的功率也比較小 。螺帶式攪拌器的工藝設(shè)計 ，主要是確定螺帶的外徑 D1 、內(nèi)徑 D 2 （從而確定螺帶寬度 b ）、螺距 s.a、螺帶外徑 D1螺帶外徑設(shè)計要考慮攪拌效果 ，攪拌功率設(shè)置的需要 ，對于攪拌效果來說 ，螺帶外徑選大一些好 ，即與釜壁的間隙適當(dāng)曉一些為好 。但間隙過小攪拌效果也

35、不好 ，物料無法返混 。另外螺帶外徑越大 ，攪拌軸功率越大 。因此螺帶外徑要選取適中 。 一般選取螺帶外徑 D1 = （ 0.70.8 ）D，則 12 m3聚合釜的釜徑 D=2.0m ，螺帶外徑 D1 =1.41.6m （實際為1.5m ，D1D0.75),螺帶與釜內(nèi)壁的間隙為 0.25m 。b、螺帶內(nèi)徑 D 2螺帶內(nèi)徑由螺帶外徑和螺帶葉片寬度 （b ）決定 。螺帶葉片寬度影響攪拌效果 。 一般來說 ，葉片寬度大一些 ，攪拌效果好些 ，但葉片太寬 ，使葉片與軸的間隙過小 ，也會影響物料的返混下落 。 如果螺帶葉片與釜內(nèi)壁及軸的間隙都很小 ，就會變成螺帶提升機 。 物料堆在螺帶上部下不來，顯然失

36、去了攪拌的意義 。 另外，螺帶葉片寬度在一定范圍內(nèi)對攪拌功率有一定的影響 ，但影響不是十分顯著 。12 m3 聚合釜攪拌螺帶寬度一般選取0.250.28m 。c、螺距設(shè)計螺距堆攪拌效果和攪拌功率都有一定影響 。 同樣的攪拌轉(zhuǎn)距 ，螺距越大，物料的上升速度越快 ，攪拌效果越好 ，但攪拌功率相應(yīng)也大 。 攪拌功率與螺距 S0.22 成正比 。 另外，當(dāng)螺距大于物料高度時 ，功率與物料高度成直線關(guān)系 。 因此，一般情況下 ，螺距應(yīng)小于釜內(nèi)物料高度 。 12 m 3 聚合釜螺帶螺距與物料高度的比為 0.3，為釜直筒高度的 0.25 倍 . 12 m3 聚合釜直筒高度 3.1m ，物料高度為 2.34m

37、 ，螺帶螺距 S=0.72m.攪拌功率的計算攪拌功率一般可用功率準(zhǔn)數(shù)來描述專業(yè) .專注.P軸N P n 3 D15式中P- 攪拌軸功率 ，kw- 物料表觀密度 ， t/ m3n-攪拌轉(zhuǎn)速 ， r/minD1 -螺帶外徑 ，mNp- 功率準(zhǔn)數(shù)已知12 m3 聚合釜 ： D1 =1.5 ，0.28m ， S=0.72 ， n 可在45 、50、 55、60r/min 四種轉(zhuǎn)速選擇 ，每釜產(chǎn)量 3.0t.選擇轉(zhuǎn)速 n=50r/min ，即0.833r/s ，物料體積V=3.0/0.45=6.67m3 ，下封頭高 H 1 =065m ，下封頭V14rR 2 / 240.651.0 2 / 21.36m

38、 3容積33H 2 (直筒）6.671.361.692.0 24HH1H20.651.69 2.34mn 2 D 10.83321.5Fr9.810.106g條件驗證 ： H/ D1 -=2.34/1.5=1.56b/ D1 =0.28/1.5=0.187S/ D1 =0.72/1.5=0.48Fr=0.106均在關(guān)聯(lián)式適用范圍內(nèi) ，可用關(guān)聯(lián)式計算 Np.N p 1 (1.64H0.13)F r11.25H(1.642.340.13) 0.106 11.252.342.49D1D 11.51.5專業(yè) .專注. .Np 21. 71( H )1. 340. 1060. 9526. 2D1P軸1N P1 n3 D1524.9 0.450.8333 1.5549.2kwP軸 2N P2 n 3 D1526.2 0.450.8333 1.5551.6kw實測時，配用電機功率 55kw ，n=50r/min，測得最大電流 i=80A ，取 cos0.8 ， 電機0.9 ， 傳動0.9 ， P軸封1500 wP軸3UI cos·電機 &