化工類畢業(yè)論文-聚丙烯工段設(shè)計(jì)

1、 吉林化工學(xué)院 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)題 目： 聚丙烯工段設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)教師： 聚丙烯工段設(shè)計(jì) 化學(xué)工程與工藝學(xué)生 指導(dǎo)老師 【摘要】本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)8千噸的聚丙烯工段設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中按照生產(chǎn)負(fù)荷和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)聚丙烯生產(chǎn)的工藝流程進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；對(duì)反響釜、閃蒸釜生產(chǎn)流程的主要設(shè)備，進(jìn)行了工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，特別對(duì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的反響釜器內(nèi)的攪拌裝置、指形撤熱管以及夾套也進(jìn)行了工藝尺寸的計(jì)算；選擇旋風(fēng)別離器進(jìn)行工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)冷水泵進(jìn)行了選型?？紤]到設(shè)備加工制造、安裝、平安等多方面的因素，并依據(jù)任務(wù)所給的量，采用三個(gè)反響釜并聯(lián)和兩個(gè)閃蒸釜并聯(lián)的工藝過(guò)程，并進(jìn)行了

2、相應(yīng)的物料衡算和熱量衡算。關(guān)鍵詞：聚丙烯 聚合 閃蒸去活 丙烯 Abstract This is the processes design of the polypropylene manufacture device and technology whose annual production is 8000 tons. In accordance with design specifications and production process load, the design carries on a reasonable design and adjustment to the pro

3、duction processes of polypropylene; it carries on the design calculation to the size of the main equipments polymerizers and flash and removing activity kettles, especially to the size of the stirrer of the polymerizer, finger-type removing heat pipe and the jacket, which all belong to the complex p

4、olymerizer; it also carries on the design calculation to the size of the cyclone which is choosed from the refine department, the cool-water pump has also been selected here. According to the making, installation and safe of devices, and the sale of the task, adopt three polymerizers paralleled, two

5、 flash and removing activity kettles paralleled to produce polypropylene, and the materiel balance and heat balance have been done here. Key words: polypropylene; polymerization; flash and removing activity; propylene目錄摘要 PAGEREF _Toc11275 IAbstract PAGEREF _Toc31680 II目錄 PAGEREF _Toc1880 1 TOC o 1-

6、3 h z u HYPERLINK l _Toc304545824 第一章 液體本體法工藝技術(shù)說(shuō)明 PAGEREF _Toc304545824 h 1 HYPERLINK l _Toc304545825 PAGEREF _Toc304545825 h 1 HYPERLINK l _Toc304545826 1.1.1 原料精制 PAGEREF _Toc304545826 h 1 HYPERLINK l _Toc304545827 1.1.2 丙烯聚合 PAGEREF _Toc304545827 h 1 HYPERLINK l _Toc304545828 1.1.3 閃蒸去活 PAGEREF _

7、Toc304545828 h 1 HYPERLINK l _Toc304545829 1.1.4 造粒包裝1 HYPERLINK l _Toc304545830 1.2 工藝說(shuō)明1 HYPERLINK l _Toc304545831 1.3 原料精制2 HYPERLINK l _Toc304545832 1.3.1 精制的目的與要求2 HYPERLINK l _Toc304545833 1.3.2 丙烯枯燥 PAGEREF _Toc304545833 h 3 HYPERLINK l _Toc304545834 1.3.3 吸附劑的活化再生 PAGEREF _Toc304545834 h 4 H

8、YPERLINK l _Toc304545835 1.3.4 丙烯脫氧與脫硫4 HYPERLINK l _Toc304545836 1.3.5 流程選擇4 HYPERLINK l _Toc304545837 1.3.6 氮?dú)饩? HYPERLINK l _Toc304545838 1.4 丙烯聚合5 HYPERLINK l _Toc304545839 1.4.1 生產(chǎn)方法和根本原理5 HYPERLINK l _Toc304545840 1.4.2 聚合反響影響因素5 HYPERLINK l _Toc304545841 第二章 液相本體法聚丙烯裝置設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc304545

9、841 h 11 HYPERLINK l _Toc304545842 2.1 聚合釜的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc304545842 h 11 HYPERLINK l _Toc304545843 2.1.1 聚合釜容積確實(shí)定 PAGEREF _Toc304545843 h 11 HYPERLINK l _Toc304545844 2.1.2 聚合釜外形尺寸的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc304545844 h 13 HYPERLINK l _Toc304545845 PAGEREF _Toc304545845 h 17 HYPERLINK l _Toc304545846 2.2 內(nèi)構(gòu)

10、件及攪拌軸封的設(shè)計(jì)15 HYPERLINK l _Toc304545847 2.3 聚合釜的傳熱設(shè)計(jì)18 HYPERLINK l _Toc304545848 2.3.1 反響放熱計(jì)算18 HYPERLINK l _Toc304545849 2.3.2 攪拌摩擦熱Qa計(jì)算18 HYPERLINK l _Toc304545850 2.3.3 聚合頂峰期總發(fā)熱量QT計(jì)算18 HYPERLINK l _Toc304545851 2.3.4 撤熱量QT計(jì)算18 HYPERLINK l _Toc304545852 2.3.5 傳熱系數(shù)的求取19 HYPERLINK l _Toc304545853 2.3.

11、6 傳熱方式選擇及傳熱面積計(jì)算19 HYPERLINK l _Toc304545854 2.4 夾套及內(nèi)冷卻管的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc304545854 h 20 HYPERLINK l _Toc304545855 2.4.1 夾套的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc304545855 h 20 HYPERLINK l _Toc304545857 第三章 聚丙烯工藝物料恒算23 HYPERLINK l _Toc304545858 3.1 丙烯投料量的計(jì)算23 HYPERLINK l _Toc304545859 3.2 催化劑用量的計(jì)算24 HYPERLINK l _Toc304545860

12、 3.3 活化劑用量的計(jì)算24 HYPERLINK l _Toc304545861 3.4 氫氣用量的計(jì)算25 HYPERLINK l _Toc304545862 3.5 轉(zhuǎn)化率的計(jì)算26 HYPERLINK l _Toc304545863 3.6 催化效率的計(jì)算26 HYPERLINK l _Toc304545864 3.7 平均活性27 HYPERLINK l _Toc304545865 3.8 聚合釜的生產(chǎn)強(qiáng)度28 HYPERLINK l _Toc304545866 3.9 產(chǎn)品中理論含鈦量的計(jì)算28 HYPERLINK l _Toc304545867 第四章 旋風(fēng)別離器及冷水泵的設(shè)計(jì)2

13、9 HYPERLINK l _Toc304545868 4.1 旋風(fēng)別離器設(shè)計(jì)依據(jù)29 HYPERLINK l _Toc304545869 4.2 旋風(fēng)除塵器幾何尺寸確實(shí)定及其對(duì)旋風(fēng)除塵器性能的影響29 HYPERLINK l _Toc304545870 4.2.1 進(jìn)口面積Fj29 HYPERLINK l _Toc304545871 4.2.2 筒體直徑D30 HYPERLINK l _Toc304545872 4.2.3 筒體長(zhǎng)度h30 HYPERLINK l _Toc304545873 4.2.4 錐體尺寸30 HYPERLINK l _Toc304545874 4.2.5 旋風(fēng)除塵器的

14、進(jìn)口31 HYPERLINK l _Toc304545875 4.2.6 排氣管31 HYPERLINK l _Toc304545876 4.3 冷水泵的設(shè)計(jì)31 HYPERLINK l _Toc304545877 4.3.1 條件31 HYPERLINK l _Toc304545878 4.3.2 選泵計(jì)算 PAGEREF _Toc304545878 h 32 HYPERLINK l _Toc304545879 4.3.3 最大允許安裝高度的計(jì)算32 HYPERLINK l _Toc304545880 小 結(jié)34 HYPERLINK l _Toc304545880 致 謝35 HYPERLI

15、NK l _Toc304545881 參考文獻(xiàn)36 HYPERLINK l _Toc304545882 附 錄37第一章 液體本體法工藝技術(shù)說(shuō)明間歇式液相本體法工藝流程大體上可分為四個(gè)局部：原料精制、聚合反響、閃蒸去活、造粒與包裝。 原料精制丙烯精制是將儲(chǔ)槽中液態(tài)丙烯由丙烯泵送至氧化鋁枯燥塔初步脫水后，進(jìn)固堿塔除去微量的酸性物質(zhì)，再經(jīng)鎳催化劑脫氧塔除去微量氧，最后經(jīng)4A分子篩枯燥塔進(jìn)一步脫除水分后，得到合格的精丙烯送至精丙烯計(jì)量罐，以備聚合釜投料用。粗氮?dú)饩茣r(shí)是將粗氮?dú)饨?jīng)氧化鋁枯燥塔初步脫水后，再經(jīng)鎳催化劑脫氧塔脫除微量氧，最后經(jīng)分子篩枯燥器進(jìn)一步脫除水分而制得高純度的精氮?dú)?，精氮?dú)獾挠昧枯^

16、小，一般可不必設(shè)置緩沖罐。 丙烯聚合利用精丙烯計(jì)量罐的蒸汽加熱套管將計(jì)量罐升壓后，丙烯分為三路，首先經(jīng)活化劑料斗向聚合釜中投入占總量約50%的丙烯，然后將活化劑從活化劑計(jì)量罐壓入活化劑料斗，用約40%的丙烯沖入釜內(nèi)，同時(shí)按規(guī)定要求參加促進(jìn)劑，然后將催化劑迅速參加催化劑料斗，用剩余丙烯約10%沖入釜內(nèi)，最后按要求數(shù)量投入氫氣。釜內(nèi)丙烯在催化劑與活化劑的作用下，維持在3.43.5MPa、7075反響36小時(shí)。接近“干鍋時(shí)，將未反響完的丙烯回收，回收丙烯經(jīng)旋風(fēng)別離器氣固別離，別離下來(lái)的粉末收集在粉料罐內(nèi)定期回收。丙烯經(jīng)回收冷凝器冷凝為液體流入回收丙烯儲(chǔ)槽，可回收利用，并入新鮮原料丙烯內(nèi)。聚丙烯的溫度

17、由夾套水溫控制，熱水槽內(nèi)的水經(jīng)熱水泵輸送至聚合釜夾套及內(nèi)冷卻管再返回?zé)崴邸Ｋ疁赜杀萌肟诠苌系恼羝縼?lái)調(diào)節(jié)。補(bǔ)加的水經(jīng)熱水槽溢流進(jìn)入循環(huán)回水系統(tǒng)。 閃蒸去活聚合釜內(nèi)的聚丙烯粉料借泄壓噴入閃蒸去活釜。夾帶出來(lái)的氣體如丙烯，丙烷經(jīng)旋風(fēng)別離器除去粉塵后排至氣柜系統(tǒng)。置換閃蒸釜用的氮?dú)饧叭セ钣玫目諝庥筛呖张欧拧ｉW蒸合格的聚丙烯粉料通空氣去活，然后由下料口送造粒工序或直接包裝以粉料出廠。 造粒包裝閃蒸去活后的聚丙烯顆粒，直接通過(guò)計(jì)量稱以每袋25公斤包裝。1.2 工藝說(shuō)明為了維持生產(chǎn)連續(xù)性，原料精制系統(tǒng)線應(yīng)為兩條：一條使用，一條再生備用。再生時(shí)精制塔內(nèi)物料采取自身壓力退料。當(dāng)丙烯由20升溫到40時(shí)，因膨脹

18、而增加壓力達(dá)10MPa，為此各塔間裝有閥門(mén)時(shí)，均應(yīng)設(shè)平安閥。其余各壓力容器也均按規(guī)定裝設(shè)平安閥。丙烯計(jì)量采用計(jì)量罐和儀表相結(jié)合的方法，向聚合釜內(nèi)加丙烯除利用位差外，還應(yīng)適當(dāng)加熱提高壓力。聚合時(shí)所用分子量調(diào)節(jié)劑氫氣是一次參加釜內(nèi)的，一般也用計(jì)量罐計(jì)量，即加氫前后計(jì)量罐的壓力降。因氫氣比擬接近理想氣體，故在固定容積時(shí)，壓力降的大小與所加氫氣的摩爾數(shù)成正比。由于壓力表讀數(shù)的主觀誤差較大，表的精度有限，為提高計(jì)量準(zhǔn)確性，氫氣計(jì)量罐不宜太大。一氯二乙基鋁遇空氣就自然，為防止其外溢，運(yùn)輸罐一般不裝液面計(jì)，裝料卸料一般靠稱重計(jì)量。聚合反響釜配有潤(rùn)滑油系統(tǒng)。特別是采用填料密封的聚合釜，潤(rùn)滑油是防止軸封的泄露，

19、保證填料使用壽命的關(guān)鍵所在。當(dāng)油中含水等有害物質(zhì)時(shí)，因其沿軸封潤(rùn)滑油入釜而影響反響，故潤(rùn)滑油系統(tǒng)采用封閉式供油和封閉式回油系統(tǒng)為宜。聚合釜夾套冷卻水必須合格，否那么夾套內(nèi)易結(jié)水垢，影響傳熱。一但結(jié)垢，只有采用酸洗除垢。采用每臺(tái)聚合釜對(duì)一個(gè)閃蒸去活釜更有利于挖掘聚合釜的生產(chǎn)潛力。從閥門(mén)的耐壓等級(jí)來(lái)說(shuō)：常溫丙烯局部，如丙烯原料罐，丙烯泵，丙烯精制線至丙烯計(jì)量罐處可采用4MPa的閥門(mén)或截止閥。對(duì)聚合釜的閥門(mén)，宜選用46MPa的閥門(mén)。注油器系統(tǒng)，氫氣系統(tǒng)采用16MPa以上的閥門(mén)。蒸汽系統(tǒng)采用1.62.5MPa的閥門(mén)。凡高溫氮?dú)馔ㄟ^(guò)的部位采用耐高溫閥門(mén)。固體物料通過(guò)的閥門(mén)用球閥，如聚合釜底閥，閃蒸釜進(jìn)料

20、閥及放料閥，催化劑加料閥。一些需要快開(kāi)快關(guān)的閥門(mén)用球閥，如丙烯加料閥，氫氣加料閥。為了消除死角便于吹掃清洗，與活化劑接觸的閥門(mén)用球閥。該裝置除水管外，所有管線均用無(wú)縫鋼管。氫氣等壓力較大的管線選用厚壁管。為減輕腐蝕，聚丙烯粉料及活化劑輸送管道選用不銹鋼管。1.3 原料精制 精制的目的與要求純度太低95%的丙烯不宜用于液相本體法聚合，雖然純度低的丙烯中的雜質(zhì)主要是無(wú)害的丙烷，對(duì)反響無(wú)多大的影響，但隨丙烷量的增高其它有害雜質(zhì)也會(huì)相應(yīng)增高，再那么濃度太低對(duì)單釜生產(chǎn)能力亦有一定的影響。當(dāng)回收丙烯反復(fù)用預(yù)聚合時(shí)，由于丙烷的累積會(huì)使丙烯純度進(jìn)一步降低。對(duì)丙烯聚合而言，水、氧、硫、丙炔、丙二烯、丁烯、丁二烯

21、、一氧化碳、二氧化碳等均為有害雜質(zhì)。丙烷-丙烯塔別離出來(lái)的丙烯其烴類雜質(zhì)及一氧化碳、二氧化碳含量一般都較低，可到達(dá)要求10ppm，而含水量和含氧量往往達(dá)不到聚合的要求水一般為100300 ppm，氧氣一般為1050 ppm。故丙烯-丙烷塔產(chǎn)出的丙烯還不能直接用于聚合，必須除去一些有害的微量雜質(zhì)。原那么上丙烯中的有害雜質(zhì)越低越好，一般應(yīng)到達(dá)H2O10ppm，O210ppm ,S3ppm。 丙烯枯燥丙烯中的微量水分一般采用吸附法脫除。這種方法有許多有點(diǎn)，主要以下幾個(gè)方面：1枯燥度高；2流程簡(jiǎn)單操作方便；3物耗和能耗低；4收率很高，浪費(fèi)物料極少；5吸附劑的使用壽命長(zhǎng)。吸附劑一般選用具有較大吸附外表、

22、具有微孔或毛細(xì)孔的固體物質(zhì)，每克這樣的物質(zhì)比外表積可達(dá)數(shù)百平方米。用于丙烯枯燥的吸附劑通常為活性氧化鋁和分子篩。活性氧化鋁使氧化鋁的水合物主要為三水合物加熱脫水而制得。它是多孔和具有吸附性的物質(zhì)，而且吸附具有一定的選擇性。其選擇性吸附不僅由其微孔直徑的大小確定，同時(shí)也由被吸附物質(zhì)的極性所決定。因?yàn)樗哂休^強(qiáng)的極性，因此活性氧化鋁對(duì)水有較強(qiáng)的親和力?；钚匝趸X對(duì)微量水的枯燥深度可達(dá)露點(diǎn)-70以下。分子篩又叫人工合成沸石，屬硅酸鹽類，可用通式M2+M+OAl2O3mSiO2nH2O來(lái)表示，M2+一般為Ca2+, M+那么一般為Na+,K+。分子篩的特點(diǎn)是具有均勻的孔徑，如3A、4A、5A型分子篩孔

23、徑分別為3.23.310-10m、4.24.710-10 m、4. 95.510-10 m。分子篩的吸附有較強(qiáng)的選擇性，其選擇性與分子直徑有關(guān)，也與被吸附物質(zhì)的分子極性有關(guān)，還與被吸附分子的不飽和程度或沸點(diǎn)有關(guān)。分子篩進(jìn)行枯燥時(shí)，加熱到一定溫度脫出其中的水分后，其晶體結(jié)構(gòu)仍保持不變，同時(shí)形成一些與外部相通的微孔，小于微孔的分子可以被吸入孔的內(nèi)部空穴，從而使分子大小不同的物質(zhì)分開(kāi)，起到篩分分子的作用。水分子比丙烯分子小且具有極性，所以水分子能進(jìn)入分子篩的微孔被吸附而截留下來(lái)，到達(dá)別離效果。 吸附劑的活化再生 當(dāng)枯燥塔到達(dá)穿透點(diǎn)后，吸附劑就需要再生。再生是一個(gè)解吸或脫附的過(guò)程，再生過(guò)程往往采用減壓

24、的方法或升溫的方法。再生升溫用的熱載體是氮?dú)饣蚩諝?，再生氣體有如下幾種： 1具有比枯燥作業(yè)時(shí)更低或相同壓力的干氣體；2具有比枯燥作業(yè)時(shí)更高或相同溫度的干氣體；3升溫后的濕氣體；4減壓后的濕氣體。用于丙烯枯燥的氧化鋁與分子篩的活化與再生一般采取升溫的方法或升溫、減壓二者并用的方法。由于丙烯的枯燥度要求高，所以再生條件是很重要的。再生條件不會(huì)直接影響枯燥作業(yè)的吸附容量和枯燥度。提高枯燥度的方法有降低再生氣濕度、提高再生氣溫度和降低壓力三種手段。實(shí)驗(yàn)證明使再生氣的濕度很低是沒(méi)有意義的，一般可以適當(dāng)提高再生氣溫度和減壓兩方面來(lái)提高枯燥度。吸附劑經(jīng)活化再生后，吸附容量下降，稱為劣化。產(chǎn)生劣化的現(xiàn)象是：1

25、吸附劑外表積炭或?yàn)榫酆衔锔采w；2再生溫度高使吸附劑變成半熔融狀態(tài)導(dǎo)致局部細(xì)孔消失。硅鋁類吸附劑在320時(shí)就有某些半熔融狀態(tài)產(chǎn)生；3由于化學(xué)反響而使細(xì)孔的結(jié)晶受到破壞。一般認(rèn)為3A分子篩劣化的主要原因是由于細(xì)孔內(nèi)鉀離子的出入口被堵塞。隨著再生次數(shù)的增加，劣化度增加，但以初期最快，慢慢趨向定值。當(dāng)劣化比擬嚴(yán)重時(shí)，那么需更換新吸附劑。 丙烯脫氧與脫硫常用脫氧劑有：鎳催化劑0501或BH型催化劑。由鎳和載體組成。鎳催化劑除氧原理：2Ni + O2 2NiO H = -36kg/mol鎳催化劑的再生是在高溫下加氫復(fù)原：NiO + H2l脫氧劑也能吸收局部硫化物或氯化物，使催化劑中毒。脫氧操作在固定床上進(jìn)

26、行，丙烯下進(jìn)上出，再生復(fù)原時(shí)，再生氣的流向那么相反，這樣便于排出復(fù)原時(shí)產(chǎn)生的水。再生氣體為氮?dú)夂蜌錃狻Ｏ扔玫獨(dú)馍郎?，到達(dá)溫度后用氫氣復(fù)原或在熱氮?dú)庵屑泳植繗錃?。不宜讓帶水的丙烯通過(guò)脫氧劑，因?yàn)楫?dāng)帶水的丙烯通過(guò)鎳催化劑，會(huì)生成對(duì)聚合物有害的雜質(zhì)CO、CO2等，對(duì)反響不利。硫?qū)Ρ┚酆系挠绊懞艽?，?duì)于絡(luò)合型TiCl3催化劑，精丙烯中的硫含量應(yīng)小于5ppm。硫含量越低聚合反響效果越好。如使用高效催化劑，那么要求硫含量更低，在1ppm以下，而COS甚至要在0.1ppm以下，一些常用的方法很難到達(dá)這個(gè)要求。適用于聚丙烯裝置的應(yīng)是常溫下液相通過(guò)即能將硫脫除的脫硫催化劑。TiCl3催化劑易受酸性物質(zhì)的影響，

27、丙烯中的CO2、HCl等對(duì)反響有不良影響，一般采用通過(guò)固堿塔的方法將其除去。 流程選擇丙烯的枯燥一般采用固定床，常溫液相丙烯下進(jìn)上出通過(guò)吸附劑層。為了保證接觸時(shí)間，吸附劑層高度較大時(shí)，往往幾個(gè)床串聯(lián)起來(lái)。每個(gè)床的高度不宜太大，否那么再生時(shí)進(jìn)出口溫差太大，甚至進(jìn)口溫度超過(guò)枯燥劑所能耐受的溫度時(shí)，出口溫度還達(dá)不到所要求的溫度。不同的吸附劑在用同樣濕度的再生氣以同樣的溫度再生時(shí)，得到的枯燥度是相同的，但由于各種吸附劑的耐熱程度不同，故再生溫度不同，因而到達(dá)的枯燥度不同。分子篩比氧化鋁耐熱，再生溫度高，能到達(dá)的枯燥度較高。只用一種吸附劑也可以到達(dá)枯燥效果，但因不同的吸附劑附帶脫除的微量組分不同，故考慮

28、同時(shí)使用氧化鋁和分子篩，這樣效果較佳。為減少固堿更換次數(shù)，而實(shí)際上CO2等酸性組分含量微小，耗堿極少，所以固堿塔安排在氧化鋁之后，以防堿被水分溶解。由于帶水的丙烯通過(guò)鎳催化劑時(shí)會(huì)生成對(duì)聚合有害的CO、CO2等雜質(zhì)，否那么水分會(huì)吸附在脫氧劑外表，使其產(chǎn)生可逆性中毒，而且微量的硫化合物也會(huì)使脫氧劑中毒，降低脫氧效果，因此將脫氧劑塔安排在枯燥塔和固堿塔之后，以減少水、硫化合物、氯化物與其接觸的時(shí)機(jī)。但是亦不宜放在最后，因?yàn)殒嚧呋瘎┮啄p，容易將粉末帶入釜內(nèi)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。再生時(shí)，再生氣的流程一般應(yīng)與枯燥作業(yè)時(shí)相反，而且每個(gè)塔宜上進(jìn)下出。因?yàn)榭菰镒鳂I(yè)時(shí)大局部水分附著于床層進(jìn)口部位的吸附劑上，并不通過(guò)全

29、塔。當(dāng)枯燥原料中帶有污染性組分時(shí)，經(jīng)再生加熱會(huì)在吸附劑外表形成聚合物或結(jié)碳，而將活性外表覆蓋，使其壽命急速下降。這種情況下再生氣的流向應(yīng)與枯燥作業(yè)的流向相同，這樣可以采用低溫或中溫氣體清掃吸附劑外表，利用吸附劑對(duì)水分子的特殊親和力來(lái)替換被吸附的活性組分。甚至可以采用增濕的方法使水分子置換被吸附的污染性組分。 氮?dú)饩茷榱颂峁┓盅b催化劑和輸送活化劑所需的高純度的氮?dú)?，必須?duì)普通氮?dú)膺M(jìn)一步精制。普通氮?dú)獾募兌却蠹s99.5%，含有氬、氧、水等雜質(zhì)，露點(diǎn)040，含氧0.30.4%。氮?dú)饩撇捎门c丙烯精制大致相同的方法、用活性氧化鋁脫水，用鎳催化劑脫氧。再經(jīng)4A或5A分子篩脫水。經(jīng)這樣精制后的氮?dú)?，其?/p>

30、、氧含量均應(yīng)在10ppm以下。采用枯燥塔和脫氧塔精制氮?dú)?，精制作業(yè)時(shí)，粗氮也是下進(jìn)上出；再生時(shí)，再生氣體上進(jìn)下出。由普通氮?dú)庵苽涓呒兌鹊獨(dú)庖部捎枚ㄐ驮O(shè)備，操作比擬簡(jiǎn)便，精制效果也較好。對(duì)于生產(chǎn)裝置來(lái)說(shuō)，精制的用量時(shí)大時(shí)小，用量大時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)此值。流量太大時(shí)進(jìn)出的氮?dú)庵泻趿扛疽粯?，脫氧塔完全失去作用。因?yàn)槠涮畛淞慨吘固?，精制?fù)荷小。1.4 丙烯聚合 生產(chǎn)方法和根本原理.1生產(chǎn)方法采用丙烯液相本體聚合法，間歇生產(chǎn)，其工藝過(guò)程主要有聚合和閃蒸去活。.2聚合反響根本原理和工藝流程在帶攪拌的釜式反響器中，在齊格勒納塔催化劑主要成分是三氯化鈦、烷基鋁在一定的溫度和壓力下，丙烯進(jìn)行定向聚合，主要生成等規(guī)

31、聚丙烯樹(shù)脂。產(chǎn)品的分子量通過(guò)參加H2的多少進(jìn)行調(diào)節(jié)?；瘜W(xué)反響式如下： 76.53.5MPa TiCl3、AlC2H52Cl、H2 丙烯由罐區(qū)由液烴泵輸送到車間，首先進(jìn)入固堿塔T100A或E，然后進(jìn)入水解塔T100B或F，在經(jīng)過(guò)催化劑脫硫塔T100C或T100D或G進(jìn)入分子篩枯燥器T101中脫水，然后進(jìn)入丙烯原料計(jì)量罐V102中待用。催化劑按照配比稱量好后，貯于分裝瓶中待用?；罨瘎┯镁玁2從V104壓入裝置活化劑貯罐V105，再由V105壓入活化劑計(jì)量罐V106中待用。H2由H2鋼瓶按規(guī)定數(shù)量沖入氫氣緩沖罐中待用。首先經(jīng)活化劑料斗向聚合釜R201中投入占總量約50%的丙烯，然后將活化劑從活化劑計(jì)

32、量罐V106壓入活化劑料斗，用約40%的丙烯沖入釜內(nèi)，同時(shí)按規(guī)定要求參加促進(jìn)劑，然后將催化劑迅速參加催化劑料斗，用剩余丙烯約10%沖入釜內(nèi)，最后按要求數(shù)量投入氫氣。投料結(jié)束后，啟動(dòng)熱水泵P202通蒸汽入熱水槽，給R201升溫，釜溫升到50以后，注意調(diào)節(jié)夾套水溫，控制升溫速率，使聚合釜溫度在30分鐘左右升到規(guī)定溫度7082，反響4小時(shí)或至干鍋后，回收未反響的丙烯。氣相丙烯進(jìn)入丙烯冷凝器E204，經(jīng)凝液罐V207進(jìn)入回收丙烯計(jì)量罐V205中注：小裝置不經(jīng)凝液罐，直接進(jìn)入V205中，經(jīng)計(jì)量后作原料使用。回收結(jié)束后，利用釜內(nèi)余壓，向閃蒸釜R301放料，出料后，聚合釜內(nèi)保存0.5MPa左右表壓，保壓待用

33、。 聚合反響影響因素影響丙烯聚合反響的因素較多，主要原料及輔助原料的質(zhì)量、聚合用各種原料的配方、反響控制和設(shè)備等都對(duì)反響有影響。1、催化劑的影響催化劑是影響聚合反響的主要因素，其質(zhì)量，用量反響物中的濃度都對(duì)反響有影響。新配置的催化劑批與批之間和定向能力也存在一定差異，加上貯存，運(yùn)輸過(guò)程中各種因素的影響，其質(zhì)量會(huì)有不同程度的下降，貯存時(shí)間越長(zhǎng)，催化劑質(zhì)量下降越明顯，在2530保存半年后活性下降50%，而在4時(shí)下降小于10%，故催化劑低溫保存?；钚韵陆档脑蛞话阏J(rèn)為是絡(luò)合催化劑中的醚轉(zhuǎn)變?yōu)榇蓟蚵却槎穑蛘呤墙j(luò)合催化劑在外界能量的作用下晶粒增大導(dǎo)致比外表降低，活性下降。質(zhì)量好的催化劑用量少，聚

34、合反響劇烈，反響階段夾套冷卻水溫度比擬穩(wěn)定只用在反響干鍋時(shí)水溫才上升催化劑效率高。而質(zhì)量差的催化劑反響不劇烈，即使起初比擬劇烈，隨著反響的進(jìn)行，冷卻水溫度逐漸向上升移。這可能是由于反響過(guò)程催化劑活性衰減較快所致。在同樣催化劑質(zhì)量的情況下，聚合反響的速率與催化劑的濃度即催化劑/丙烯質(zhì)量比成正比。當(dāng)催化劑/丙烯過(guò)低時(shí)，催化劑全被雜質(zhì)所消耗，反響速度趨向零。因此調(diào)整催化劑/丙烯是控制反響速度的一個(gè)重要手段。適當(dāng)提高催化劑/丙烯比，丙烯的轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)品的等規(guī)度均有所提高，生產(chǎn)中為保證平安與質(zhì)量，同時(shí)兼顧到聚丙烯的產(chǎn)量，把催化劑控制在一個(gè)適宜的量。2、活化劑的影響活化劑有三個(gè)作用：1 與三氯化鈦配位絡(luò)合形

35、成活性中心；2將催化劑中TiCl4的復(fù)原成具有活性的TiCl3；3起消除原料丙烯中的雜質(zhì)，保護(hù)活性中心的作用。AlC2H52Cl的成分對(duì)催化劑效率及等規(guī)度有明顯影響：當(dāng)Cl/Al1時(shí)，等規(guī)度高，但活性下降。故從生產(chǎn)實(shí)踐綜合考慮，Cl/Al比一般在1.051.1之間。在保證得率和等規(guī)度的前提下盡量減少催化劑用量，以降低產(chǎn)品氯含量和灰分。3、原料丙烯中雜質(zhì)的影響1水的影響鋁/丙烯情況下，丙烯中水含量對(duì)聚合的影響情況也不相同，當(dāng)Al/Ti比為10左右時(shí)，H2O20ppm反響正常，水含量在20ppm以上時(shí)，反響受到明顯影響。當(dāng)H2O20ppm根本不聚合，由于微量水只引起局部活性中心的失活而不改變活性中

36、心的性質(zhì)，甚至是搶先使低定向能力的活性中心失活。2氧對(duì)聚合的影響氧對(duì)聚合反響的影響比水嚴(yán)重，特別是當(dāng)氧含量在20ppm以上時(shí)，隨著氧含量的增加，產(chǎn)品等規(guī)度明顯下降。3硫的影響硫是丙烯中極其有害的雜質(zhì)，不管是有機(jī)硫還是無(wú)機(jī)硫?qū)Ψ错懚际怯泻Φ?。特別是COS、CS2能使聚合反響鏈終止。采用絡(luò)合II型TiCl3時(shí)，硫含量在5ppm以下，反響正常；當(dāng)硫含量大約在7ppm以上時(shí)，反響明顯受影響。催化劑活性下降，單釜產(chǎn)量降低，粉料中出現(xiàn)塑化塊。硫含量超高越嚴(yán)重，甚至造成堵釜無(wú)法維持正常生產(chǎn)。4不飽和烴類雜質(zhì)的影響烴類雜質(zhì)中炔烴與烯烴如丙炔丙二烯能參與反響，影響催化劑的活性和定向能力，當(dāng)有害烴類雜質(zhì)總量40p

37、pm時(shí)，丙烯的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品的等規(guī)度明顯降低。5其它含氧化合物的影響通常丙烯中含有微量的CO和CO2、CO能進(jìn)入聚合鏈中，影響催化劑的定向能力；CO、CO2也能使聚合鏈終止，降低催化劑的活性，當(dāng)COCO220ppm時(shí)對(duì)反響有明顯的影響；當(dāng)COCO230ppm時(shí)有比擬嚴(yán)重的影響。催化劑得率下降很多。4、生產(chǎn)反響條件的影響除各種原料的影響外，操作條件也是影響反響的一個(gè)重要因素。溫度，反響時(shí)間均對(duì)聚合反響有較大影響。還有輔助物料對(duì)反響的影響，雖在一般情況下并不是主要因素，但在一定的條件下它也會(huì)轉(zhuǎn)化為主要因素。1聚合反響溫度的影響溫度對(duì)丙烯聚合反響有較大影響，在50以下時(shí)反響速度較慢，隨著溫度的升高反響

38、加速，催化劑得率和丙烯的轉(zhuǎn)化率明顯提高。綜合考慮質(zhì)量，平安和生產(chǎn)能力各方面的因素，反響溫度以7078左右為宜，最高不應(yīng)超過(guò)80，除反響溫度外，升溫速度對(duì)反響控制也有較大的影響，升溫過(guò)快容易造成反響失控而超溫，液相丙烯滿釜、壓力劇增、甚至產(chǎn)生聚結(jié)塊。2反響時(shí)間的影響由于TiCl3的活性壽命較長(zhǎng)，一般控制至“干鍋即人為地停止反響，回收后降溫泄壓?！案慑伿侵阜错懳锵抵幸合嘞В珰庀啾┤院芏?。還繼續(xù)進(jìn)行氣相聚合，因此轉(zhuǎn)化率、得率明顯地受反響時(shí)間的影響，催化劑得率隨反響時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，比活性每克催化劑平均每小時(shí)所得聚丙烯克數(shù)隨反響時(shí)間的延長(zhǎng)而明顯下降，即使反響沒(méi)有到“干鍋時(shí)間，這種影響也依然存在，

39、這是由于反響過(guò)程中催化劑本身的活減所致。反響時(shí)間對(duì)裝置的生產(chǎn)能力有較大的影響。反響時(shí)間長(zhǎng)那么單釜操作周期長(zhǎng)，由于催化劑本身活性衰減而使后期反響比擬弱，延長(zhǎng)時(shí)間所增加的產(chǎn)量趕不上多役釜數(shù)所增加的產(chǎn)量，但當(dāng)反響比擬弱時(shí)，還必須適當(dāng)延長(zhǎng)反響時(shí)間，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。3投料順序與輔助物料的影響丙烯本體聚合投料順序?qū)Ψ错懺谝欢ǖ挠绊懀貏e是當(dāng)各種原料的雜質(zhì)含量較高時(shí)，這種影響那么較大，氧和水都能破壞催化劑，為了保證催化劑的活性和定向能力，在操作上先投丙烯、活化劑，讓大局部雜質(zhì)先被活化劑破壞，消耗局部活化劑，而保住催化劑少遭破壞，保證三氯化鈦的活性。聚合釜軸封潤(rùn)滑油漏入釜中對(duì)反響有較大影響。它雖與N2不同，并

40、不直接與活化劑和催化劑接觸，但當(dāng)它連續(xù)注入釜內(nèi)軸封中，雖大局部隨即排出，但還是有一局部要進(jìn)入反響物中，如其含有害雜質(zhì)小較多，隨著反響的進(jìn)行，也會(huì)使催化劑活性衰減較快，因?yàn)樽⒂蜁r(shí)連續(xù)不斷地補(bǔ)充了有害物質(zhì)，初期這一影響也許看不出，為此油質(zhì)太差時(shí)也會(huì)引起不聚合。5、分子量的調(diào)節(jié)氫氣在聚合反響中起鏈轉(zhuǎn)移的作用：氫氣被用作聚丙烯分子量的調(diào)節(jié)劑，隨著氫氣/丙烯比例增大，聚丙烯分子時(shí)相應(yīng)變小，熔融指數(shù)相應(yīng)增大，此時(shí)催化活性和單釜產(chǎn)量會(huì)提高。影響熔融指數(shù)的因素很多，一般有以下幾個(gè)方面：1投氫量不準(zhǔn)確；2催化劑外表氫分壓不相加氫時(shí)一定，不等于氫分壓就一定，氫分壓越高那么液相丙烯中氫濃度超高，活性鏈向氫轉(zhuǎn)移的時(shí)機(jī)

41、越多，熔融指數(shù)就越高；3反響過(guò)程中氫損失的影響；4“干鍋程度的影響；5聚合釜結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。6原輔材料規(guī)格：1丙烯C3H6丙烯 97% 氧 10ppm 雙烯烴 ppm 硫 3ppm炔烴 5ppm 一氧化碳 5ppm乙烷乙烯 1000ppm 二氧化碳 10ppm 水 10ppm 2催化劑TiCl3外觀 紫色顆粒 氯 55%粒度直經(jīng) 2040m 三氯化鈦含量 80%鈦 2528% 得率 1300015000 gPP/g TiCl3鋁 0.20.3% 全等規(guī)度 97%正丁醚37%3一氯二乙基鋁Al(C2H5)2Cl外觀 無(wú)色透明液體 純度 98%沸點(diǎn) 208 氯/鋁 1.051.10原子比4氫氣H2

42、氫含量 98%體積 氧 0.1%體積硫化氫 20ppm體積 水 10ppm(體積)5粗氮?dú)釴2氮 99.8%體積無(wú)油 水 150ppm(體積)氧 0.2體積6精氮N2氮 99.99%體積 水 10ppm體積氧 10ppm體積7分子篩3A分子篩用于丙烯脫水，5A分子篩用于氮?dú)饷撍畧A柱形、粒徑 耐磨強(qiáng)度 95%46810 8活性氧化鋁外形 白色粒球35mm 破碎強(qiáng)度 13kg/個(gè)球堆積密度 0.7g/m3 靜態(tài)吸附容量 161相對(duì)濕度60%比外表積 30020m2/g 第二章 液相本體法聚丙烯裝置設(shè)計(jì)計(jì)算液相本體法聚丙烯裝置的設(shè)計(jì)內(nèi)容很多，本章主要對(duì)聚合釜工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、閥門(mén)管道的選用、主要設(shè)備等幾

43、個(gè)方面進(jìn)行討論，并著重對(duì)裝置最主要的設(shè)備聚合釜的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算問(wèn)題進(jìn)行討論。2.1 聚合釜的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算聚合釜是液相本體法聚丙烯生產(chǎn)中最關(guān)鍵的設(shè)備，也可以說(shuō)是液相本體法聚丙烯裝置的心臟。聚合釜的設(shè)計(jì)是否先進(jìn)合理對(duì)聚丙烯的生產(chǎn)起決定作用，它不僅關(guān)系到裝置能否正常運(yùn)行，而且影響裝置的生產(chǎn)能力、傳熱傳質(zhì)和氫調(diào)效果，進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量和各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。本節(jié)主要對(duì)間歇式液相本體法聚丙烯裝置聚合釜的有關(guān)工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行討論，如聚合釜的容積、外型尺寸、高徑比以及壁厚確實(shí)定，聚合釜的內(nèi)部構(gòu)件、攪拌型式、攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌軸封的選定，并進(jìn)行了熱量恒算，計(jì)算了聚合釜的傳熱面積、攪拌功率等。 聚合釜容積確實(shí)定聚合釜的容積主要

44、取決于裝置單線設(shè)計(jì)能力和裝料系數(shù)。設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)試驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，液相本體法聚丙烯裝置聚合釜有關(guān)工藝參數(shù)為：丙烯轉(zhuǎn)化率 ：70%反響溫度：75反響時(shí)間：46h，單釜操作周期包括加料、出料為8h年工作日按330天計(jì)，年操作時(shí)數(shù)8000h聚合釜設(shè)計(jì)容積可按下式計(jì)算： 式中V聚合釜設(shè)計(jì)容積，m3 E裝置單線年生產(chǎn)能力，t/a P単釜操作周期，h T年操作時(shí)數(shù)，h/a C丙烯轉(zhuǎn)化率，% d最高操作溫度75時(shí)液相丙烯的密度，t/m3 K聚合釜最高操作溫度條件下的設(shè)計(jì)裝料系數(shù)，%取最高操作溫度時(shí)裝料系數(shù)為90%。聚合釜的設(shè)計(jì)容積計(jì)算如下： 2700 可取V ，所以裝置聚合釜設(shè)計(jì)容積可取。 聚合釜外形尺寸的

45、設(shè)計(jì)聚合釜高徑比的選擇聚合釜的容積確定后，還要確定高于直徑的關(guān)系高徑比，才能確定釜的直徑和其他外形尺寸。聚合釜高徑比的選取主要考慮三個(gè)方面的需要：1有利于聚合釜撤熱 聚合反響熱主要靠釜外夾套冷卻水撤除，所以要保證較大的高徑比才能保證足夠的比傳熱面即單位釜容積的界面面積。2有利于氫調(diào) 為了改善氫調(diào)效果，應(yīng)擴(kuò)大氣液界面，保證有足夠的比界面即單位釜容積的界面面積。為此，聚合釜的高徑比不能選取過(guò)大。3考慮對(duì)攪拌功率的影響 根據(jù)后面將表到達(dá)的可知，攪拌功率與釜內(nèi)物料的高度有密切關(guān)系。高徑比越大，攪拌功率越大，消耗的動(dòng)力越大，因此高徑比也不宜過(guò)大。根據(jù)對(duì)傳熱面積、攪拌功率的計(jì)算和氫調(diào)效果的實(shí)驗(yàn)以及有關(guān)設(shè)計(jì)

46、和生產(chǎn)單位的經(jīng)驗(yàn)，聚合釜的高徑比選取 (即)，可以滿足以上三個(gè)方面的要求。在設(shè)計(jì)上下橢圓封頭時(shí)，一般可以取短軸直徑與釜直徑的比為0.6即。釜直徑的求取聚合釜外形尺寸示意圖如上所示，根據(jù)聚合釜容積以及高、直徑等尺寸的相互關(guān)系，可以求取聚合釜的直徑指內(nèi)徑圓形筒體容積: 因?yàn)?故 兩封頭容積 聚合釜容積 故 式中 V聚合釜容積，m3 D聚合釜直徑，m V1筒體局部容積，m3 V2橢圓封頭容積，m3 H1筒體局部高度，m H聚合釜高，m d橢圓封頭短軸直徑，m 有前面的計(jì)算可知，聚合釜的容積是，那么： 其他外形尺寸確實(shí)定1釜高 根據(jù)高徑比，可以求得釜高。即為求取釜高的公式。例如，12 m3聚合釜的釜高

47、H為： 圓筒體高為： 2橢圓封頭直徑的求取 根據(jù),可求得釜的橢圓封頭直徑為： 橢圓封頭的高3筒體壁厚確實(shí)定當(dāng) QUOTE 時(shí)，查化工設(shè)備機(jī)械根底表 QUOTE 在壓力為 QUOTE ，焊接接頭系數(shù) QUOTE 計(jì)算厚度 QUOTE 設(shè)計(jì)厚度 QUOTE QUOTE QUOTE 圓整后設(shè)計(jì)壁厚為 QUOTE 4根據(jù)以上數(shù)據(jù)復(fù)算釜的實(shí)際容積 5夾套比傳熱面 設(shè)為夾套面積，那么夾套比傳傳熱面為： 那么夾套比傳熱面23/121.92 m2/ m3 6比界面 比界面 m2/ m32.2 內(nèi)構(gòu)件及攪拌軸封的設(shè)計(jì)(1)攪拌器設(shè)計(jì)攪拌器設(shè)計(jì)主要是要保證良好的攪拌效果。攪拌效果的好壞關(guān)系到釜內(nèi)反響是否均勻，反響

48、熱能否順利撤除，氣液界面能否及時(shí)更新以保證氫調(diào)效果。 間歇式液相本體法聚丙烯裝置的聚合釜內(nèi)物料的相態(tài)是隨時(shí)間而變化的。開(kāi)始反響時(shí)釜內(nèi)全部是液相丙烯，隨著反響時(shí)間的延長(zhǎng)，液相丙烯中懸浮的聚丙烯固體顆粒逐漸增多，到“干鍋反響結(jié)束特別是丙烯回收后，釜內(nèi)幾乎全部是聚丙烯顆粒，液相物料已消失。在固體顆粒濃度大或全部是固體顆粒情況下選用一般的漿式，錨式或框式攪拌器是不適宜的。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的摸索說(shuō)明，螺帶式攪拌器對(duì)于聚丙烯固體顆粒物料的攪拌效果較好，而且所消耗的功率也比擬小。國(guó)內(nèi)所有液相本體法聚丙烯裝置的聚合釜全部都采用螺帶式攪拌器，且根本上都采用單螺帶。螺帶式攪拌器的工藝設(shè)計(jì)，主要是確定螺

49、帶外徑、內(nèi)徑，從而確定螺帶寬度、螺距。 圖2-2 螺帶攪拌器簡(jiǎn)圖 螺帶外徑 -螺帶內(nèi)徑螺帶寬度 螺距(2)螺帶外徑螺帶外徑的設(shè)計(jì)主要考慮到攪拌效果、攪拌功率和內(nèi)冷卻水管設(shè)置的需要。對(duì)于攪拌效果來(lái)說(shuō)，螺帶外徑選大一些好，即與釜內(nèi)壁的間隙適當(dāng)小一些為好。但間隙過(guò)小攪拌效果也不好，物料無(wú)法返混。另外螺帶外徑越大，攪拌軸功率越大。螺帶外徑太大會(huì)給冷卻水管的布置帶來(lái)困難。因此螺帶外徑要選取適中。一般選取螺帶外徑。聚合釜的釜徑，螺帶外徑 (實(shí)際為,)，螺帶與釜內(nèi)壁的間隙為。(3)螺帶內(nèi)徑螺帶內(nèi)徑有螺帶外徑和螺帶葉片寬度決定。螺帶葉片寬度影響攪拌效果。一般來(lái)說(shuō)，葉片寬度大一些，攪拌效果好些，但葉片太寬，使葉

50、片與軸的間隙過(guò)小，也會(huì)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(huì)變成螺帶提升機(jī)，物料堆在螺帶上部下不來(lái)，顯然失去了攪拌的意義。另外，螺帶葉片寬度在一定范圍內(nèi)對(duì)攪拌功率有一定影響，但影響不十分顯著。聚合釜攪拌螺帶寬度一般選取。(4)螺距設(shè)計(jì)螺距對(duì)攪拌效果和攪拌功率都有一定影響。同樣的攪拌轉(zhuǎn)速，螺距越大，物料的上升速度越快，攪拌效果好，但攪拌功率相應(yīng)也大。攪拌功率與螺距成正比。另外，當(dāng)螺距大于物料高度時(shí)，功率與物料高度呈直線關(guān)系。因此，一般情況下，螺距應(yīng)小于釜內(nèi)物料高度。聚合釜螺帶螺距與物料高度的比為，為釜直徑高度的倍。聚合釜直筒高度為，物料高度為，螺帶螺距。(5)攪拌轉(zhuǎn)速的選

51、定攪拌轉(zhuǎn)速是影響攪拌效果最重要的因素之一。攪拌轉(zhuǎn)速越高，傳質(zhì)傳熱效果越好，對(duì)氫調(diào)和產(chǎn)品熔體流動(dòng)速率指標(biāo)控制有利。但是攪拌速度高，攪拌消耗的功率大，對(duì)攪拌器的要求也高，此外，還對(duì)聚丙烯物料有粉碎作用。因此，在選擇攪拌轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)綜合考慮。在聚合釜放大設(shè)計(jì)中，引入三項(xiàng)流體運(yùn)動(dòng)相似準(zhǔn)數(shù)。對(duì)于兩個(gè)大小不同幾何形狀相似的聚合釜，存在以下關(guān)系： 式中 費(fèi)魯特準(zhǔn)數(shù)； 流體粘度； 鮑爾準(zhǔn)數(shù)； 攪拌輸入功率； 雷諾準(zhǔn)數(shù)； 重力常數(shù)； 聚合釜直徑； 小型聚合釜下腳注； 攪拌轉(zhuǎn)速； 大型聚合釜下腳注； 流體密度； 按照上述公式以及實(shí)踐證明，的釜選用的攪拌器轉(zhuǎn)速為，攪拌器的外徑為。(6)攪拌軸封的設(shè)計(jì)聚合釜的攪拌軸封是聚

52、合釜最關(guān)鍵的也是唯一的靜密封點(diǎn)，它對(duì)聚合釜的運(yùn)行和聚丙烯生產(chǎn)有著重要影響。軸封泄漏不但污染環(huán)境，增加消耗，甚至有可能造成火災(zāi)爆炸事故，威脅平安生產(chǎn)；而且還嚴(yán)重影響氫調(diào)，進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量。液相本體法聚丙烯產(chǎn)品的熔體流動(dòng)速率難以控制穩(wěn)定，軸封泄漏是一個(gè)重要原因。因?yàn)闅錃饧性诟捻敳亢苋菀讖妮S封處泄漏，所以設(shè)計(jì)好攪拌軸封是十分重要的。聚合釜的軸封有兩種形式，即機(jī)械式密封和填料式密封。機(jī)械式密封的密封性好，用的好時(shí)可以做到根本無(wú)泄漏。但是由于間歇式液相本體法聚丙烯生產(chǎn)的某些特點(diǎn)，使得機(jī)械密封難以發(fā)揮很好的效果。譬如，液相本體法聚丙烯生產(chǎn)中，聚合釜內(nèi)固體物料濃度大，干鍋回收丙烯后釜內(nèi)全是固體顆粒，易于

53、進(jìn)入機(jī)械密封內(nèi)損壞密封端面。另外聚丙烯攪拌軸為懸臂式，下部沒(méi)有支撐點(diǎn)，加上軸較長(zhǎng)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)擺動(dòng)大，對(duì)機(jī)械密封不利。再者，聚合釜攪拌為間歇操作，經(jīng)常開(kāi)開(kāi)停停，攪拌速度低，這些對(duì)機(jī)械密封都不利。因此液相本體法聚丙烯生產(chǎn)很少采用機(jī)械密封作聚合釜的軸封。有的原設(shè)計(jì)為機(jī)械密封，但運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后也改為填料密封。填料密封可以適應(yīng)聚合釜的以上惡劣條件，雖然它難以保證不泄漏，但可以滿足生產(chǎn)和平安的要求。它價(jià)格低廉、安裝檢修方便，使用周期長(zhǎng)，因而被液相本體法聚丙烯生產(chǎn)企業(yè)普遍采用。填料密封分為上、下段填料。在上填料與下填料之間設(shè)有刮油環(huán)，填料底部設(shè)有油杯杯中有導(dǎo)油管。當(dāng)潤(rùn)滑油沿軸下滑落入油杯里后，憑借釜內(nèi)壓力使?jié)櫥?/p>

54、油從導(dǎo)油管壓出釜外，使?jié)櫥筒贿M(jìn)入聚合釜內(nèi)，以防造成釜內(nèi)污染。壓出的油還可回收利用。上填料箱設(shè)有注油口，在聚合釜啟動(dòng)攪拌前應(yīng)提前啟動(dòng)油泵，向軸封注油。攪拌啟動(dòng)后應(yīng)不斷注油。注油的壓力應(yīng)稍高于釜內(nèi)壓力一般高出。注油主要起潤(rùn)滑、冷卻、密封等三個(gè)作用。填料箱外部設(shè)有冷卻夾套，夾套內(nèi)通冷卻水，以對(duì)軸封進(jìn)行冷卻。填料的材質(zhì)選擇是軸封的關(guān)鍵。選用柔性石墨或石棉浸漬四氟乙烯復(fù)合盤(pán)根，使用效果較好。2.3 聚合釜的傳熱設(shè)計(jì) 從液相丙烯本體聚合反響動(dòng)力學(xué)特征可知，液相丙烯本體聚合是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)過(guò)程，即各階段的反響速度隨時(shí)間而變化。當(dāng)釜溫到達(dá)正常聚合溫度后，反響速度快。反響后期速度比擬緩和，幾個(gè)小時(shí)后反響速度接近于

55、零。因此，反響熱的放出也是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)過(guò)程。另一方面，隨著反響時(shí)間的進(jìn)行，釜內(nèi)物料的形態(tài)也發(fā)生變化。隨著反響時(shí)間的增長(zhǎng)，釜內(nèi)聚合物逐漸增多，液相丙烯逐漸減少，使釜內(nèi)的傳熱條件發(fā)生變化，傳熱效果變差。反響前期反響速度快，放熱多，但傳熱條件好；反響后期反響速度慢，放熱少，但傳熱條件差。通過(guò)綜合分析可知，反響前期放熱頂峰時(shí)撤熱矛盾比擬突出。因此在傳熱設(shè)計(jì)中主要考慮反響放熱頂峰期的情況。 反響放熱計(jì)算丙烯聚合熱為。根據(jù)絡(luò)合型催化劑體系的動(dòng)力學(xué)特征，可知反響頂峰期每小時(shí)丙烯轉(zhuǎn)化率為每轉(zhuǎn)化的時(shí)間為。對(duì)于聚合釜，每釜產(chǎn)量以計(jì)，那么反響頂峰期的反響熱為：因?yàn)樗?攪拌摩擦熱Qa計(jì)算攪拌軸功率的消耗可近似地認(rèn)為都

56、轉(zhuǎn)化為攪拌葉與物料的摩擦熱，即。根據(jù)計(jì)算和實(shí)測(cè)可知，釜攪拌軸功率為。 聚合頂峰期總發(fā)熱量QT計(jì)算對(duì)聚合釜： 撤熱量QT計(jì)算考慮聚合釜本身的散熱為總發(fā)熱量的，那么釜的總撤熱量為： 傳熱系數(shù)的求取對(duì)于丙烯聚合這一十分復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，按照傳熱的理論計(jì)算方法來(lái)計(jì)算聚合釜夾套和內(nèi)冷卻管的傳熱系數(shù)，不但麻煩，且與實(shí)際相差較遠(yuǎn)。而根據(jù)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、回歸，建立數(shù)學(xué)模型得出經(jīng)驗(yàn)公式，更具有實(shí)際意義。經(jīng)實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)實(shí)踐測(cè)定并利用電子計(jì)算機(jī)采用最小二乘法回歸，可以得出液相本體法聚丙烯聚合釜夾套傳熱的總傳熱系數(shù)的計(jì)算公式： 211式中 總傳熱系數(shù)， ； 丙烯轉(zhuǎn)化率為零即釜內(nèi)全是液相丙烯時(shí)的傳熱系數(shù)，；

57、丙烯轉(zhuǎn)化率。對(duì)于碳剛材質(zhì)的聚合釜，可取。由式211可見(jiàn)，當(dāng)時(shí)，；當(dāng)轉(zhuǎn)化率增大時(shí)，值變小因固體聚丙烯顆粒的傳熱系數(shù)小。根據(jù)反響動(dòng)力學(xué)特征，轉(zhuǎn)化10%時(shí)為反響放熱頂峰期，此時(shí)總傳熱系數(shù)?。?傳熱方式選擇及傳熱面積計(jì)算1、傳熱方式選擇在聚丙烯生產(chǎn)中，聚合反響熱的撤熱方式很多，例如夾套式撤熱、內(nèi)冷卻管撤熱、外循環(huán)式撤熱、蒸發(fā)冷凝式撤熱等。對(duì)于間歇式液相本體法聚丙烯裝置的聚合釜，采用夾套式撤熱為主，輔以指形內(nèi)冷卻管撤熱的方式，可以滿足目前規(guī)模聚合釜的撤熱要求。這種撤熱方式比擬簡(jiǎn)單、操作方便。目前各裝置均采用此種撤熱方式。2、冷卻介質(zhì)的選擇及平均溫差的求取根據(jù)測(cè)算，間歇式液相本體法聚丙烯裝置的聚合釜，可以

58、使用工業(yè)水或循環(huán)冷卻水作為冷卻介質(zhì)。設(shè)冷卻水的進(jìn)水溫度為，出水溫度為，那么平均溫差計(jì)算如下：反響溫度為，以恒溫反響為依據(jù)，那么有：反響溫度 冷卻水溫度 3、總傳熱面積計(jì)算 式中 總傳熱面積，; 需撤除的總熱量，; 傳熱系數(shù)，; 平均溫差，。對(duì)聚合釜：2.4 夾套及內(nèi)冷卻管的設(shè)計(jì) 夾套的設(shè)計(jì)前面已經(jīng)討論過(guò)，聚合釜的高徑比一般選取，直筒局部的高為釜徑的倍。由此可知：釜釜徑，直筒部高為。聚合釜直筒局部夾套高取，下封頭橢圓封頭半徑高為。對(duì)于聚合釜，夾套總傳熱面積等于直筒局部夾套面積與下封頭夾套面積之和，即前面已經(jīng)詳細(xì)計(jì)算過(guò)了 指形內(nèi)冷卻管設(shè)計(jì)內(nèi)冷卻管是否需要，有所需總傳熱面積與夾套傳熱面積之差決定。當(dāng)

59、所需總傳熱面積大于夾套傳熱面積時(shí)，需要設(shè)置內(nèi)冷卻管，反之那么不必設(shè)置內(nèi)冷卻管。對(duì)于聚合釜：由于釜筒體內(nèi)徑和螺帶外徑，可知釜內(nèi)壁與螺帶的間隙為。可以選用或的內(nèi)冷卻管。中選用的內(nèi)冷卻管時(shí)，內(nèi)冷卻管總長(zhǎng)為：假設(shè)按四根均布，那么每根管子的長(zhǎng)度為:考慮到聚合釜頂部散熱效果，適當(dāng)減少內(nèi)冷卻管傳熱面積，如的管長(zhǎng)適當(dāng)降低或選用的內(nèi)冷卻管也是可行的。聚合釜的設(shè)計(jì)參數(shù)名義容積V, QUOTE 實(shí)際容積V, QUOTE 釜高H,m筒體高 QUOTE ,m上下封頭高 QUOTE ,m釜內(nèi)徑D,m髙徑比H/D夾套內(nèi)徑 QUOTE ,m螺帶外徑 QUOTE ,m螺帶內(nèi)徑 QUOTE ,m螺帶寬度b,m螺帶螺距s,m螺帶總

60、高m升高斜率s/2/ QUOTE 攪拌轉(zhuǎn)速n,r/min50電機(jī)功率P,Kw55比功率P/V,Kw/ QUOTE 夾套傳熱面積 QUOTE , QUOTE 23指形內(nèi)冷凝管面積 QUOTE ， QUOTE 總傳熱面積F, QUOTE 28夾套比傳熱面 QUOTE /V, QUOTE 總比傳熱面F/V, QUOTE 比界面 QUOTE /V, QUOTE 冷卻水流量Q, QUOTE /h100設(shè)計(jì)壓力：釜內(nèi)MpaP 夾套內(nèi)MpaT 夾套內(nèi)10080主體材質(zhì)16MnR或18-8設(shè)備總高 mm8141設(shè)備總重 kg14750 第三章 聚丙烯工藝物料恒算3.1 丙烯投料量的計(jì)算投料量一般為釜容積的。依