15萬(wàn)噸聚丙烯生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

---計(jì)算部分、用戶手冊(cè) 1.1聚丙烯概述 7-1.2聚丙烯的性質(zhì) 1.3聚丙烯工藝發(fā)展過(guò)程 7-1.4幾種主要聚丙烯工藝 9- 1.4.4Unipol氣相工藝 1.4.5Amoco/Chiaso氣相 1.5新型催化劑體系的優(yōu)勢(shì) 1.5.1PP生產(chǎn)工藝的優(yōu)化和改善 1.5.2PP產(chǎn)品性能的改進(jìn)和提高 1.5.3高剛性、高結(jié)晶度的產(chǎn)品 1.5.4薄膜產(chǎn)品性能的改善 1.5.5紡粘纖維和熔噴纖維 2.1工藝原理 2.2催化劑的選定 2.3生產(chǎn)工藝的選定 2.4工藝流程草圖 2.5工藝流程概述 2.5.1聚合區(qū)工藝 2.5.2造粒區(qū) 2.5.3包裝區(qū) 2.5.4循環(huán)水場(chǎng) 3.1設(shè)計(jì)名稱 3.2設(shè)計(jì)條件 3.2.1全套裝置工藝參數(shù) 3.2.2丙烯進(jìn)料量(按小時(shí)計(jì)算) 3.3催化劑用量 3.4R200小環(huán)管的物料衡算 23-3.5氫氣用量 3.6R201大環(huán)管反應(yīng)器的物料衡算 3.7D301閃蒸罐的物料衡算 25-3.8F301布袋過(guò)濾器的物料衡算 3.9T301循環(huán)丙烯洗滌塔的物料衡算 3.10D501汽蒸罐的物料衡算 3.11T501水洗塔的物料衡算 3.12D502干燥塔的物料衡算 4.1計(jì)算依據(jù) 4.2R200小環(huán)管的熱量衡算 4.3R201大環(huán)管反應(yīng)器的熱量衡算 4.4D301閃蒸罐的熱量衡算 4.5D501氣蒸罐的熱量衡算 4.6D502干燥罐的熱量衡算 第五章設(shè)備選型 5.1R200小環(huán)管的選型 5.1.1R200小環(huán)管的工藝參數(shù) 35-5.1.2主要作用 5.1.3選型 5.2R201大環(huán)管反應(yīng)器的選型 5.2.1R201大環(huán)管反應(yīng)器的工藝參數(shù) 5.2.2特點(diǎn) 5.2.3選型及結(jié)構(gòu) 5.3設(shè)備一覽表 38-6.1市場(chǎng)分析和建設(shè)規(guī)模 6.2工藝技術(shù) 前言此次設(shè)計(jì)的題目：年產(chǎn)15萬(wàn)噸環(huán)管法聚丙烯合成車(chē)間工藝及聚合工段設(shè)計(jì)，共分為五個(gè)部分：文獻(xiàn)綜述、工藝流程設(shè)計(jì)、物料衡算、能量衡算以及設(shè)備框算。文獻(xiàn)綜述介紹了聚丙烯的性能、生產(chǎn)工藝、晶型、產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、用途以及催化工藝流程設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了工藝原理、生產(chǎn)工藝的選擇及催化劑的選用，著重?cái)⑹隽司酆系墓に嚵鞒?，使我們?duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程有了充分的認(rèn)識(shí)，還對(duì)裝置及一些化學(xué)介在物料衡算中，根據(jù)生產(chǎn)流程對(duì)主要設(shè)備的進(jìn)出料情況做了衡算，確定進(jìn)出設(shè)備在設(shè)備框算中，則包括了車(chē)間內(nèi)各主要單元的化工計(jì)算過(guò)程，確定各設(shè)備的有效容積、結(jié)構(gòu)尺寸、傳熱面積等。同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)的需要繪制了聚合工段的工藝流程圖、循環(huán)丙烯洗滌塔的裝配圖、車(chē)間的平面布置總圖、設(shè)備平面布置圖和設(shè)備立面布置圖。本次設(shè)計(jì)雖然經(jīng)過(guò)多次修改，但難免存在不妥之處，望各位老師在檢查過(guò)程中給予糾第一章文獻(xiàn)綜述聚丙烯由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹(shù)脂。有等規(guī)物、無(wú)規(guī)物和間規(guī)物三種構(gòu)型，工業(yè)產(chǎn)品以等規(guī)物為主要成分。聚丙烯也包括丙烯與少量乙烯共聚物在內(nèi)。通常為半透明無(wú)色固體，無(wú)臭無(wú)毒。由于結(jié)構(gòu)規(guī)整而高度結(jié)晶化,故熔點(diǎn)高達(dá)167℃左右，耐熱，制品可用蒸汽消毒是其突出優(yōu)點(diǎn)。密度0.90g/cm3,是最輕的通用塑料。耐腐蝕，抗張強(qiáng)度30MPa,強(qiáng)度、剛性和透明性都比聚乙烯好。缺點(diǎn)是耐低溫沖擊性差，較易老化，但可分別通過(guò)改性和添加抗氧劑予以克服。聚丙烯無(wú)毒、無(wú)味，密度小，強(qiáng)度、剛度、硬度耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯，可在100度左右使用.具有良好電性能和高頻絕緣性不受濕度影響，但低溫時(shí)變脆、不耐磨、易老化。適于制作一般的機(jī)械零件,耐腐蝕零件和絕緣零件。常見(jiàn)的酸、堿有機(jī)溶劑對(duì)它幾乎不起作用，且可用于食具。由于聚丙烯制品具有重量輕，抗沖擊強(qiáng)度高、耐環(huán)境(耐高低溫、耐污染、耐潮濕、耐老化)性能好，長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用范圍不斷的擴(kuò)大，逐漸取代金屬和其他塑料、木材、化學(xué)纖維等，用于包裝、運(yùn)輸、紡織、建材、家具、家電、日用品等諸多領(lǐng)域。因此今后10年聚丙烯的需求將繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，并且在紡織纖維、薄創(chuàng)了聚丙烯技術(shù)的新時(shí)代。聚丙烯生產(chǎn)最初采用的是淤漿工藝，催化劑活性很低，生產(chǎn)規(guī)模很小，工藝冗長(zhǎng)落后，設(shè)備復(fù)雜。由于采用己烷等溶劑作稀釋劑，不僅需要脫催化劑殘?jiān)兔摕o(wú)規(guī)物工序，而且還需設(shè)置溶劑回收工序和設(shè)備。因而使設(shè)備投資費(fèi)用高，工廠占地的面積大，操作和維修人員多等一系列問(wèn)題。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)的發(fā)展，出現(xiàn)了溶劑工藝，即以某種溶劑作稀釋劑將丙烯稀釋?zhuān)磻?yīng)過(guò)程在液態(tài)下進(jìn)行。但此方法也存在缺點(diǎn)，如需要脫灰和脫無(wú)規(guī)物，需因而又研究出本體工藝。這種工藝不需要專(zhuān)門(mén)的溶劑作為稀釋劑，而是甩液態(tài)丙烯本本體工藝進(jìn)一步演變?yōu)橐合啾倔w和氣相率體兩種工藝。到現(xiàn)在為止，氣相工藝是最先聚丙烯是世界五大通用合成樹(shù)脂(聚乙烯、聚丙脂)之一，近年來(lái)我國(guó)的產(chǎn)量增長(zhǎng)很快，200年又突破5000kt增長(zhǎng)到5229.5kt,2006年增長(zhǎng)到5841.5kt,比上年增長(zhǎng)11.7,創(chuàng)歷史產(chǎn)量最高紀(jì)錄。2002年至2006年連續(xù)5年增長(zhǎng)幅度保持兩位數(shù)。2007年1～7月全國(guó)規(guī)模以上企業(yè)聚丙烯產(chǎn)量已到達(dá)4041.6kt,同比增長(zhǎng)18.6,為歷史同期最高的水平，也有石油裂解氣分離的丙烯，雖然以煉廠丙烯為原料時(shí)，氣體乙烯、丙烷、炔烴和二烯烴等雜質(zhì)含量符合高效催化劑聚合時(shí)的要求，但由于其分離聚丙烯催化劑中毒而活性下降，影響裝置的正常生產(chǎn)，同時(shí)也導(dǎo)致聚丙烯產(chǎn)品·些主因此，原料丙烯的凈化顯得十分重要。聚合催化劑對(duì)原料丙烯的要求和某些聚丙烯裝得了很大的進(jìn)步，這使得聚丙烯技術(shù)進(jìn)一步向前推進(jìn)，各種工Montell公司是當(dāng)今世界上最大的聚丙烯生產(chǎn)商和技術(shù)轉(zhuǎn)讓廠商。它的Spheripol工藝是其前身Himont公司于1982年創(chuàng)立的，目前全世界采用Spheripol工藝的生產(chǎn)線已多達(dá)84條，產(chǎn)量達(dá)到12.8Mt/a,約占全世界PP總產(chǎn)能的50%,1997年Monte|1公司[9對(duì)Spheripol聚丙烯工藝進(jìn)行了重大改進(jìn)，進(jìn)一步擴(kuò)展了裝置的生產(chǎn)操作彈性，優(yōu)化各生產(chǎn)工序的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，提高了聚丙烯產(chǎn)品的質(zhì)量和加工性能。拓寬了新產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。使采用該工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品具有更為廣泛的應(yīng)用范圍和更加優(yōu)越的加工性能。新一代工藝技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化的核心內(nèi)容是新型催化劑體系的開(kāi)發(fā)和運(yùn)用，其工藝流程的新設(shè)計(jì)和優(yōu)化主要是圍繞上述核心技術(shù)而開(kāi)展的。目的是擴(kuò)大產(chǎn)品工藝、日本三井油化公司的Hypol工藝、德國(guó)BASF公司的Novolen工藝、聯(lián)合碳化物公該工藝包括助催化劑和催化劑的制備、頂聚合和聚合反應(yīng)、聚合物脫氣干燥、添加劑進(jìn)料和造粒以及包裝運(yùn)輸。聚合反應(yīng)在環(huán)管式反應(yīng)器中進(jìn)行，所有原料都以穩(wěn)定的速率和適當(dāng)配比輸入環(huán)狀反應(yīng)器中反應(yīng)壓力為2.9～3.0MPa(表),溫度為60～70℃,對(duì)壓力、溫度和淤漿密度可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制。聚丙烯顆粒進(jìn)入裝袋系統(tǒng)，自動(dòng)將產(chǎn)品稱重、裝袋和縫合，再送入傳送帶用金屬探測(cè)器用于檢測(cè)產(chǎn)品是否含有金屬粒，能把混有金屬粒的袋子自動(dòng)別出。合格產(chǎn)品袋子被送入碼垛機(jī)，最后進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)。這種工藝穩(wěn)定可靠，產(chǎn)品范圍寬、品種多、質(zhì)量好，在世界上轉(zhuǎn)讓的廠家很Hypol工藝采用日本三井油化公司的專(zhuān)利技術(shù)，它是一種液相和氣相結(jié)合的本體工藝，采用HYHS-Ⅱ第二代高效高立體定向催化劑。全套生產(chǎn)線由原料提純、催化劑進(jìn)斟、聚合、干燥、造粒、包裝和碼垛諸工序組成。改進(jìn)后的Hypol新工藝，聚合反應(yīng)分為65～75℃,依靠蒸發(fā)冷凝回流系統(tǒng)帶走反應(yīng)熱。聚合形成的漿液進(jìn)入第二段氣相反應(yīng)釜，操作壓力為1.67～1.92MPa(表),溫度為80℃。進(jìn)入反應(yīng)器的液態(tài)丙烯靠聚合反應(yīng)熱加熱并蒸發(fā)。聚合物流化所用氣體從氣相反應(yīng)器的下部吹進(jìn)，并進(jìn)行循環(huán)。聚合物干燥后送入擠壓造粒工序，聚合物通過(guò)篩板篩選后被擠壓，經(jīng)模板進(jìn)入水下切割機(jī)，把擠出的聚合物切成小顆粒。一條包裝生產(chǎn)線的能力為17.5t/h,用自動(dòng)稱重檢查器對(duì)裝袋的粒料進(jìn)行稱量、檢測(cè)，將合格產(chǎn)品袋子送入打印機(jī)，再送入碼垛機(jī)碼公用工程發(fā)生故障等情況提供保護(hù)措施。主要有全線緊急停車(chē)系統(tǒng)、局幫停車(chē)系統(tǒng)、手控啟動(dòng)系統(tǒng)、易燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)等。同時(shí)該工藝還設(shè)置有工藝聯(lián)鎖系統(tǒng)，在緊急情Hypol工藝的最大優(yōu)點(diǎn)是丙烯聚合采用了最好的催化劑即HYHS一Ⅱ,這種催化劑的活性相當(dāng)高，其效率高達(dá)It聚丙烯/g鈦。由于采用了高活性的催化劑，可不脫灰不Novolen工藝是最早發(fā)展起來(lái)的氣相聚丙烯工藝之一，早在1969年第一套工業(yè)化不斷革新和完善，同時(shí)把催化劑技術(shù)和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)作為自己工作的重心。BASF的催化規(guī)共聚物只需…個(gè)反應(yīng)器，因而很經(jīng)濟(jì)。同時(shí)，產(chǎn)品完全可以滿足鏈塑、雙向拉膜、纖維、單絲、熱望成形、吹塑成形和擠壓成形的要求。工藝流程主要由丙烯提純進(jìn)料、催化劑制備、添加劑制備及加入、聚臺(tái)、擠壓成形、裝袋和碼垛等部分組成?？刂葡到y(tǒng)采取以微處理機(jī)為基礎(chǔ)的集散式控制系統(tǒng)。該工藝的主要缺點(diǎn)是工藝流程長(zhǎng)，如催化劑加工工序和設(shè)備既多又復(fù)雜，因而后處理和回收系統(tǒng)流程很長(zhǎng)。同時(shí)，建廠投資Unipol聚丙烯工藝是把美國(guó)聯(lián)合碳化物公司的氣相流化床技術(shù)與殼牌公司的SHAC超高活性催化劑融為一體。這種工藝簡(jiǎn)單、靈活、安全和經(jīng)濟(jì)。采用這種工藝可省掉催化劑鈍化、脫灰、脫無(wú)規(guī)物和后處理工序。聯(lián)合生產(chǎn)線穩(wěn)定可靠，切換產(chǎn)品有很大靈活性，能生產(chǎn)多種用途產(chǎn)品。由于工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單，可靠性高，因而大大減少了維修工作量，節(jié)省操作和維護(hù)人員。該工藝能耗低，效率高，工程建設(shè)投資少，建設(shè)工期短。謗工藝主要由原料供應(yīng)和凈化，催化劑制備、聚合、樹(shù)脂脫氣和回收、加添加劑和造粒等部分組成。丙烯經(jīng)過(guò)凈化和干燥后送入反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)系統(tǒng)由1臺(tái)反應(yīng)器、1臺(tái)循環(huán)氣體冷卻器和1臺(tái)循環(huán)氣體風(fēng)機(jī)組成。反應(yīng)在壓力約3.5MPa、溫度60～70℃的條件下進(jìn)行。提純后的丙烯、氫、SHAC催化粒狀樹(shù)脂。含有氣體反應(yīng)物和惰性氣體的循環(huán)氣物流在風(fēng)機(jī)作用下連續(xù)通過(guò)循環(huán)氣路進(jìn)行循環(huán)。循環(huán)氣的作用是讓反應(yīng)器里自由流動(dòng)的粒狀樹(shù)脂流化起來(lái)，同時(shí)把聚合熱帶走。經(jīng)過(guò)凈化達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求的樹(shù)脂進(jìn)入造粒系統(tǒng)。添加劑加入、遣粒、包裝、碼垛等工藝和設(shè)備與其他工藝基本相似。Unipol聚丙烯工藝采用現(xiàn)代比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。主要采用常規(guī)變量閉路對(duì)流量、溫度和壓力進(jìn)行控制，有些控制和監(jiān)測(cè)靠計(jì)算機(jī)完成。由于該工藝具有一系列獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)，因此是一種很有發(fā)展前途的1.4.5Amoco/Chiaso氣相法工藝該工藝是美國(guó)Amoco公司開(kāi)發(fā)的，1975年開(kāi)始的中型試驗(yàn)。1979年Amoco公司在美國(guó)得克薩斯州建成丁一座采用氣相法工藝的工業(yè)化聚丙烯工廠。由于既不脫灰，也不脫無(wú)規(guī)物，因而在低建設(shè)投資和低制造成本方面得到好處。該工藝是將超高活性催化劑和Awuoco公司的氣相工藝相結(jié)合開(kāi)發(fā)的丙烯共聚物工藝。采用這種工藝時(shí)，丙烯在高活性催化劑的作用下以氣相狀態(tài)不斷進(jìn)行反應(yīng)，形分離和催化劑脫活之后，將粉料造粒并攪勻以各運(yùn)輸。該工藝是由催化劑設(shè)備、聚合和成品處理三個(gè)工序組成。工藝采用臥式反應(yīng)釜，主要特點(diǎn)是投資費(fèi)用低，產(chǎn)品品種多，質(zhì)量高，操作穩(wěn)定，工藝安全而且能耗低。但由于設(shè)備較其他幾種工藝復(fù)雜和使由于聚丙烯合成對(duì)催化劑的要求很高，好的催化劑可以使聚丙烯的產(chǎn)率和純度提高，使用雙醚類(lèi)新型催化劑體系，其優(yōu)勢(shì)可體現(xiàn)在PP生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的提高兩個(gè)4)無(wú)需外給電子，催化劑本身可設(shè)計(jì)成使產(chǎn)品具有6)由于新型催化劑對(duì)氫氣反應(yīng)更為有利，因此，均聚、無(wú)規(guī)共聚、嵌段共聚的MFR的控制范圍擴(kuò)大，特別是因?yàn)樗哂蟹肿恿糠植颊奶攸c(diǎn)，使得以往用過(guò)氧化物進(jìn)行流變控制的操作方法可以被取代，這可以降低成本，并避免由于過(guò)氧化物降解所新工藝技術(shù)與新的催化劑體系相結(jié)合，使聚丙烯的分子量分布、撓曲模量、等規(guī)度，抗沖擊等性能指標(biāo)有了較明顯的改善。這類(lèi)樹(shù)脂具有很高的結(jié)晶度和剛性，光澤度好，較大幅度地提高了均金山油化纖聚物、無(wú)規(guī)共聚物和抗沖共聚物產(chǎn)品的各項(xiàng)指應(yīng)用新型催化劑并結(jié)合新雙峰技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品具有更寬的分子量分布和高的等規(guī)度，可將產(chǎn)品撓曲模量提高了45,而單獨(dú)使用新催化劑和新雙峰技術(shù)則可提高I3和應(yīng)用新型催化劑并結(jié)合新雙峰技術(shù)7使產(chǎn)品的分子量變得更寬，生產(chǎn)的BOPP產(chǎn)品的拉伸性能得到了改善，使之更適應(yīng)新型BOPP高速生產(chǎn)線的高速拉伸要求。均聚PP產(chǎn)品進(jìn)一步改善了剛性，在用于芯層料時(shí)具有很大的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，耐熱性能、光學(xué)性能4)高流動(dòng)性，適用于生產(chǎn)高速紡絲和細(xì)旦紡絲產(chǎn)品(速度>4500m/rain);同時(shí)也改善了抗沖擊性能。在吹膜、注膜、拉膜和熱定型生產(chǎn)中，產(chǎn)品在透明度、光澤度、沖擊性能、化學(xué)穩(wěn)定性、水氣阻隔性等方面都有了不同程度的改進(jìn)，可部分替采用新催化劑體系改善了抗沖擊共聚產(chǎn)品的剛性/抗沖擊性的平衡，形成了又種抗沖擊共聚產(chǎn)品系列。由于新技術(shù)的采用給抗沖擊共聚產(chǎn)品帶來(lái)了以下幾個(gè)明顯的中國(guó)聚丙烯的工業(yè)W生產(chǎn)始于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過(guò)30多年發(fā)展，已經(jīng)基本上形成了溶劑法、液相本體-氣相法、間歇式液相本體法、氣相法等多種生產(chǎn)工藝并舉，大中小型生產(chǎn)規(guī)模共存的生產(chǎn)格局。現(xiàn)在中國(guó)的大型聚丙烯生產(chǎn)裝置以引進(jìn)技術(shù)為主，中型和小型聚丙烯生產(chǎn)裝置以國(guó)產(chǎn)化技術(shù)為主。中國(guó)聚丙烯在以后幾年里產(chǎn)量會(huì)有較大的增長(zhǎng)，但生產(chǎn)仍然供不足需，中國(guó)已經(jīng)成為全球最大的聚丙烯凈進(jìn)口國(guó)。但由于國(guó)內(nèi)產(chǎn)量很快增長(zhǎng)，進(jìn)口依存度總體上呈下降趨勢(shì)。中國(guó)聚丙烯未來(lái)幾年內(nèi)，表觀消費(fèi)量依然會(huì)保持較高增速，進(jìn)口量將會(huì)增大，聚丙烯產(chǎn)業(yè)在中國(guó)的前景廣闊。1.隨著科技發(fā)展，對(duì)聚丙烯的需求量及品種將會(huì)進(jìn)一步增加。因此，科研人員應(yīng)2.由于催化劑的性能和質(zhì)量是決定聚丙烯品種和質(zhì)量的最關(guān)鍵的因素，因此，目日本三井油化的HYHS-Ⅱ高效高立體定向催化劑的活性高達(dá)1t聚丙烯/s欽，皆高于其他幾家公司的催化劑。我國(guó)目前引進(jìn)的幾套大型聚丙烯裝置都使用進(jìn)1:1的催化劑。所以，加快研制國(guó)產(chǎn)的高活性催化劑是擺在我國(guó)科研人員面前的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。3.要增加聚丙烯品種，提高聚丙烯的質(zhì)量，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，必須注重開(kāi)發(fā)新型添加荊和改性劑。雖然在這方面已取得不少成果，但仍需繼續(xù)努力。并要開(kāi)發(fā)更多的新4.尋求不造粒新工藝。就造粒工序而言，耗電多，設(shè)備昂貴。若能開(kāi)發(fā)出使粉片狀聚丙烯存放期延長(zhǎng)而不變質(zhì)的新工藝，省掉造粒工序，則能大大降低成本，提高經(jīng)第二章工藝流程設(shè)計(jì)NaOH+nH?O=NaOH.nH?OT701為汽提塔，利用汽提塔的操作原理脫除丙烯中的輕組分，尤其是一氧化碳。①向單體轉(zhuǎn)移②向氫氣轉(zhuǎn)移③向烷基鋁轉(zhuǎn)移1I/OI④鏈終止2.2催化劑的選定該技術(shù)自1982年首次工業(yè)化以來(lái)，是迄今為止最成功、應(yīng)用最為廣泛的聚丙烯生產(chǎn)工藝。Spheripol工藝是一種液相預(yù)聚合同液相均聚和氣相共聚相結(jié)合的聚合工藝催化劑活性達(dá)到40kgPP/gcat,產(chǎn)品等規(guī)度為90%-99%,可不脫灰、不脫無(wú)規(guī)物),生成的PP粉料粒度呈圓球形，顆粒大而均勻，分布可以調(diào)節(jié)，既可寬又可窄，可以生產(chǎn)全范圍、多用途的各種產(chǎn)品。預(yù)聚合反應(yīng)是在均聚反應(yīng)之前先將催化劑組分同少量丙烯預(yù)先進(jìn)行聚合反應(yīng)，以保護(hù)催化劑和聚合產(chǎn)品的顆粒度。預(yù)聚合是液相聚合，采用管反應(yīng)器，每組反應(yīng)器由四根管子組成。目前改進(jìn)的Spheripol工藝的環(huán)管反組環(huán)管組成，通過(guò)對(duì)立管根數(shù)及其直徑的不同設(shè)計(jì)來(lái)適應(yīng)不同的處理能力，反應(yīng)熱通過(guò)環(huán)管外壁夾套內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的水來(lái)撤除。嵌段共聚反應(yīng)則采用氣相法，反應(yīng)器是一個(gè)或兩個(gè)串聯(lián)的密相流化床反應(yīng)器。該工藝采用獨(dú)特的環(huán)管式反應(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(huì)在聚合區(qū)形成塑化塊、產(chǎn)品切換牌號(hào)的時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材質(zhì)采用低溫碳鋼即可。環(huán)管反應(yīng)器則是利用軸流泵使?jié){液高速循環(huán)，通過(guò)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，能耗工程消耗低，人工費(fèi)和三廢處理等費(fèi)用也少，生產(chǎn)成本較低，因此S表2-1幾種聚丙烯工藝對(duì)比工藝名稱淤漿法工藝溶液法工藝氣相法工藝特點(diǎn)1.丙烯單體溶解在惰性液相溶劑中(如己烷中),在催化劑作用下進(jìn)行溶劑聚合，聚合物以固體顆粒狀態(tài)懸浮在溶劑中，采用釜式攪拌反應(yīng)器；2.有脫灰、脫無(wú)規(guī)物和溶劑回收工序，流程長(zhǎng)，較復(fù)雜，裝置投資大，能耗高，但生產(chǎn)易控制，產(chǎn)品質(zhì)量好；3.以離心過(guò)濾方法分離聚丙烯顆粒，再經(jīng)氣流沸騰干燥和擠壓造粒；1.使用高沸點(diǎn)自鏈烴作溶劑，在高于聚丙烯熔點(diǎn)的溫度下操作，所得聚合物全部融解在溶劑中呈均相分布；2.高溫氣提方法蒸發(fā)脫除溶劑得熔融聚丙烯，再擠出造粒得粒料產(chǎn)品；3.方法工藝流程復(fù)雜，且成本較高，聚合溫度高，采用特殊的高溫催化劑使產(chǎn)品應(yīng)用范圍有限；1.系統(tǒng)不引入溶劑，丙烯單體以氣相狀態(tài)在反應(yīng)器中進(jìn)行氣相本體聚合；液相本1.系統(tǒng)中不加溶劑，丙烯在反應(yīng)器中進(jìn)行液相本體聚合，乙烯丙烯在流體法(含液相氣相3.均聚采用釜式攪拌反應(yīng)器，或環(huán)管反應(yīng)器，無(wú)規(guī)共聚和嵌段共聚在攪組合式)2.4工藝流程草圖區(qū)氣進(jìn)入尼區(qū)氣進(jìn)入尼添加丙端單體小環(huán)谷反應(yīng)器中預(yù)柴大環(huán)營(yíng)反應(yīng)器氣因分幽自同化廢料和區(qū)氣進(jìn)入問(wèn)監(jiān)丙烯粉料送去造粒物料進(jìn)入十燥罐十燥罐丙烯氣體體精制來(lái)，罐k2.5工藝流程概述聚合區(qū)分為000#、100#、200#、300#、500#、600#、700#、制氫站等工段。本裝置使用的催化劑分為主催化劑和助催化劑三乙基鋁(TEAL)、給電子體(DONOR)。TEAL密封在鋼瓶?jī)?nèi)貯存和運(yùn)輸。首先利用N?將TEAL從鋼瓶壓送到TEAL貯罐D(zhuǎn)111,再分批壓送到TEAL計(jì)量罐D(zhuǎn)101。D101中的TEAL按照一定的流量控制通過(guò)計(jì)量泵P101精確地輸送到催化劑混合罐D(zhuǎn)201。DONOR對(duì)產(chǎn)品的等規(guī)度調(diào)節(jié)具有重要的作用。使用時(shí)先將100%DONOR溶液通過(guò)氣動(dòng)泵P103送至給電子體貯罐D(zhuǎn)110A/B。為了方便計(jì)量，并根據(jù)產(chǎn)品性能的不同要求，再向D110A/B中加入一定量的白油，配成不同濃度的DONOR溶液。本裝置一般使用10%和30%兩種，配制好的DONOR溶液按照一定的流量控制通過(guò)P104精確地輸送到D201。DONOR系統(tǒng)必須在N?封狀態(tài)下使用和保存。配制主催化劑膏體所需要的脂先在E102中進(jìn)行加熱，熔化后通過(guò)齒輪泵P105送至油脂混合罐D(zhuǎn)105,再按照油：脂為2:1的比例向D105中加入白油。通過(guò)Z110鼓泡排氣后待用。使用時(shí)需將D105升溫至70℃,按需要量通過(guò)P105將加熱好的油脂混合物送到催化劑分散罐D(zhuǎn)106中，主催化劑從D106上部的HV136振動(dòng)加入。通過(guò)嚴(yán)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P108打出的油進(jìn)入D108頂部，通過(guò)對(duì)活塞的壓力，將D108中的催化劑送出至D201,通過(guò)對(duì)油的計(jì)量可以精確地計(jì)量催化劑的加入量。主催化劑、TEAL、DONOR在D201中被混合均勻，溫度控制在10℃。主催化劑在D201中被活化。催化劑混合物通過(guò)D2Z203中，同時(shí)由FV204控制的、流量為3300kg/h的一股丙烯也同時(shí)加入，并一起進(jìn)化劑進(jìn)入環(huán)管反應(yīng)器時(shí)，這個(gè)薄層起保護(hù)催化劑的作用，防止催化劑在突遇高溫時(shí)發(fā)生爆裂，生成大量細(xì)粉。經(jīng)過(guò)預(yù)聚的催化劑再進(jìn)入到環(huán)管反應(yīng)器R201中。氫氣在本裝置的作用是分子量調(diào)節(jié)劑。裝置內(nèi)使用的氫氣由制氫站供給，制氫站包括水電解制氫裝置和氫氣純化裝置兩部分。由水電解產(chǎn)生的氫氣經(jīng)過(guò)催化脫氧、吸附干燥后得到高純度的氫氣，進(jìn)入到氫氣貯罐D(zhuǎn)993中。D993的壓力控制在1.2-本裝置使用的丙烯由中轉(zhuǎn)罐區(qū)送來(lái)。丙烯先進(jìn)入固堿塔T001和分子篩塔T002,除去其中大量的水分，精制合格后的丙烯進(jìn)入丙烯球罐Q-1/2,兩個(gè)球罐可以切換使用。球罐中的丙烯通過(guò)P-1送往保安精制。從T701系統(tǒng)中的E701排出的輕組分，進(jìn)入尾R201需要嚴(yán)格控制其反應(yīng)條件：溫度70℃,壓力3.4MPa,密度560-580kg/m3。R201帶有一臺(tái)軸流泵P201,用來(lái)維持物料在反應(yīng)器內(nèi)的循環(huán)。聚合反應(yīng)放出的熱量由反應(yīng)器夾套水帶走，夾套水通過(guò)E202與循環(huán)冷卻水進(jìn)行熱交換來(lái)實(shí)現(xiàn)夾套水溫度主要是通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入E203蒸發(fā)的液相丙烯流量來(lái)實(shí)現(xiàn)，另外從D202頂部出來(lái)的氣相障時(shí)，可以從D301前的三通閥HV301,將物料排向排放系統(tǒng)。物料在D301中進(jìn)行氣、固分離，粉料從D301底部進(jìn)入袋濾器F301,氣相丙烯由D301頂部進(jìn)入丙烯洗滌塔T301。D301頂部的動(dòng)力分離器A301可以使粉料盡可能不烯從T301底部排出，在小閃蒸線內(nèi)汽化后，與D301底部流出的物料一起進(jìn)入F301,F302過(guò)濾后，進(jìn)入低壓丙烯洗滌塔T302。T302內(nèi)的循環(huán)液由白油和添加劑Atmer163按2:1混合而成。氣相丙烯中夾帶的粉料和TEAL被洗滌下來(lái)。當(dāng)油中的TEAL含量超過(guò)8%時(shí)，T302需換油，每次更換一半。廢油由齒輪泵P303送往D607,進(jìn)行廢油當(dāng)?shù)蛪洪W蒸系統(tǒng)故障時(shí)，可由F301前的三通閥HV311將物料排放至排放系統(tǒng)。中的殘余催化劑分解后，由D501頂部出來(lái)進(jìn)入水洗塔T501。蒸汽中帶烯和油被T5O1頂部的E501冷卻后進(jìn)入尾氣壓縮機(jī)PK501。PK501將殘余丙烯壓縮至T501的操作溫度為90-100℃,它的熱水同時(shí)還作為T(mén)301底再沸器E303的熱源循D501中的物料依靠重力進(jìn)入干燥罐D(zhuǎn)50生混流。熱氮?dú)鈴腄502底部進(jìn)入，對(duì)物料進(jìn)行干燥后，由頂部出來(lái)進(jìn)入水洗塔T502,N?在T502中被冷卻，并降低濕度后，進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)C502。從C502出來(lái)的N?在E503中加熱至80-100℃,又從D502底部進(jìn)入。T502的循環(huán)液在E502中進(jìn)行冷卻，從D502底部排出的合格粉料，由粉料輸送系統(tǒng)PK80D802,等待造粒。切粒機(jī)，顆粒水(PCW)系統(tǒng)，顆粒干燥器、分級(jí)器組成。通過(guò)混合器M801A/B配制好的添加劑，經(jīng)W802計(jì)量后，再與經(jīng)W801計(jì)量后的PP粉料混合之后進(jìn)入預(yù)混器M802,混合后加到混煉機(jī)腔，混煉樹(shù)脂和添加劑，并通過(guò)排氣口放出富余氮?dú)饧皳]發(fā)物，由齒輪泵加壓，樹(shù)脂通過(guò)換網(wǎng)器，清除樹(shù)脂中的雜質(zhì)，送到模板。在水室中，擠壓成條的樹(shù)脂被切粒機(jī)旋轉(zhuǎn)的切刀切成顆粒。這些顆粒由PCW系統(tǒng)送到脫水干燥器D805,干燥后由分級(jí)器S803進(jìn)行分類(lèi)，分離出不合格尺寸的顆粒。尺寸合格的顆粒送到D807,D807底部出來(lái)的正常生產(chǎn)時(shí)，每一滿罐(D901A/B/C/D)PP粒料為一批料，批料均化時(shí)間為6-10小時(shí)。均化操作是從同一料倉(cāng)通過(guò)均化管線自料倉(cāng)的不同高度取料，再通過(guò)PK901送往同一料倉(cāng)頂部的操作。均化結(jié)束后，可根據(jù)生產(chǎn)安排停PK901或?qū)K901目標(biāo)料倉(cāng)成品包裝工段共有A、B兩條CZQ型全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線由包裝單第三章物料衡算物料衡算是對(duì)進(jìn)出生產(chǎn)裝置、生產(chǎn)工序或單臺(tái)設(shè)備的物料進(jìn)行平衡計(jì)算。物料衡算的主要內(nèi)容是根據(jù)各種物料之間的定量轉(zhuǎn)化關(guān)系，計(jì)算進(jìn)出整個(gè)生產(chǎn)裝置、生產(chǎn)工物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。對(duì)于沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)的生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，質(zhì)量守恒定律為：進(jìn)入一個(gè)裝置的全部物料質(zhì)量等于離開(kāi)這個(gè)裝置的全部物料質(zhì)量再加上流入量=流出量+積累量+損失量對(duì)于有化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程來(lái)說(shuō)，要將化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系結(jié)合到質(zhì)量守恒定律中，流入量+反應(yīng)生成量=流出量+反應(yīng)消耗量+積累量+損失量年產(chǎn)15萬(wàn)噸環(huán)管法聚丙烯合成車(chē)間工藝設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)15萬(wàn)噸生產(chǎn)時(shí)間：年工作時(shí)數(shù)8000小時(shí)每噸聚丙烯消耗丙烯理論量：1.02噸丙烯(100%)全裝置總收率按98%計(jì)算，提耗為2%(以1.02噸100%丙烯為基準(zhǔn)計(jì)算收率和損耗),損耗分配如下：閃蒸工段丙烯損失0.5%PP粉料損失汽蒸工段0.1%,造粒工段0.1%按轉(zhuǎn)化率55%,則需要100%丙烯進(jìn)料量為：19.476/0.55=35.41t原料純度為99.5%,則原料量為：35.41/0.995=35.59t主催活性：25~31kgPP/gcat,取30kgPP/gcat。②其它按主催：助催TEAL:給電子體DONOR:烴油十脂=0.06:0.35:0.015:0.35烴油十脂：3787g催化劑圖3.2R200物料平衡圖表3-2R200物料平衡表物料名稱物料質(zhì)量輸入丙烯催化劑輸出丙烯催化劑進(jìn)料：丙烯進(jìn)料流量2700~3300kg/h,取3000kg/h主催化劑：100~150gPP/gcat,取100gPP/gcat則預(yù)聚合生成PP:649.2*100=64920g=64.92kg丙烯2935.08kg催化劑8.385kg內(nèi)烯2935.08Kg催化劑8.385Kg丙烯32590Kg丙烯15986.286Kg氫氣3.3R201物料平衡圖轉(zhuǎn)化率55%生成PP:35525.08*55%=19538.794kg表3-3R201物料平衡表物料名稱物料質(zhì)量總量(kg)輸入輸入丙烯(D302)丙烯丙烯15986.286kgPP+丙烯丙烯+PPPP+丙烯圖3.4D301物料平衡圖D301頂部丙烯帶走粉塵為10%,底部粉塵帶走丙烯10%丙烯：15986.286*90%=14387.丙烯：15986.286*10%=1598.6物料名稱D301物料平衡表物料質(zhì)量總量(kg) 輸入丙烯輸出丙烯(D301PP(D301頂)丙烯(D301圖3.5圖3.5PP(D301底)3.8F301布袋過(guò)濾器的物料衡算回收回收丙烯F301物料平衡圖D501損失丙烯0.8%:19.125*1000*0.8%=153kgF301底部(D501):PP19603.71kg丙烯153kg物料名稱F301物料平衡表物料質(zhì)量總量(kg) 輸入輸入丙烯(T301)D301丙烯D301丙烯輸出丙烯(F301底部)頂部)T301的液位50%,體積11m3丙烯密度0.52g/cm3則回流的液相丙烯：11*0.5*0.52*103=2860kg損失丙烯0.5%,損失19.125*1000*0.5%=95.625kg/h則回收至D302的丙烯14387.66+1914.402-2860-95.625=13346.437kg小閃線內(nèi)隨回流丙烯到F301的PP1960.37kg表3-6T301物料衡算表物料名稱物料質(zhì)量總量(kg)輸入輸出丙烯(D301)丙烯(F301)損失丙烯回收丙烯回流丙烯自F301來(lái)的聚合物低壓蒸氣D501P粉末D502含3%wt的冷凝水表3-7D501物料平衡表物料名稱物料質(zhì)量輸入輸出丙烯水蒸氣損失PP損失丙烯水蒸氣水蒸汽26301.6kg少量HCl塔頂：丙烯153kg進(jìn)入尾氣回收系統(tǒng)3.12D502干燥塔的物料衡算熱氮?dú)?78.42kg塔底：干PP粉末19584.585kg自D501來(lái)的濕氮?dú)飧稍锵礈?C502A/B→E503PP粉末D507→PK801→D802氮?dú)饬系谒恼聼崃亢馑?.1計(jì)算依據(jù)表4-1水的比熱℃表4-2液相丙烯比熱℃表4-3氣相丙烯比熱℃表4-4聚丙烯比熱℃℃表4-5丙烯汽化潛熱20℃的丙烯帶入熱量Q?=Cp*m*△t=3000*0.685*4.2*20=172620kJ通過(guò)通冷卻水移走聚合反應(yīng)生成熱，設(shè)備向外界環(huán)境散熱的熱量可忽略不計(jì)，則冷卻水帶走的熱量為Qs:夾套水進(jìn)口溫度范圍是9.5～10.5℃,本設(shè)計(jì)取10℃,出口溫度取15℃對(duì)于碳鋼材質(zhì)的聚合釜δ可取560～698o/m2k,取δ=600傳熱方式：夾套式換熱為主反應(yīng)溫度：20℃→20℃冷卻水:10℃→15℃表4-6R200熱量衡算表熱量名稱熱量總量輸入熱量20℃的丙烯帶入熱量QPR的反應(yīng)熱Q?輸出熱量預(yù)聚物帶走熱量Q?未反應(yīng)丙烯帶走熱量Q?冷卻水帶走的熱量為Qs冷卻水用量(kg)夾套傳熱面積(m2)氫氣的進(jìn)料溫度為20℃,量為3.8952kg預(yù)聚物帶入熱量Q?=CP*m*△t=64.92*2.23*70=10134.012kJ通過(guò)通冷卻水移走聚合反應(yīng)生成熱設(shè)備向外界環(huán)境散熱的熱量可忽略不計(jì)，則冷卻水帶走的熱量為Q:冷卻水進(jìn)口溫度為10℃,出口溫度為30℃對(duì)于碳鋼材質(zhì)的聚合釜δ可取560～698o/m2k,取δ=600o/m2k表4-8R201熱量衡算表熱量名稱熱量(kJ)總量(kJ)預(yù)聚物帶入熱量Q1輸入熱量丙烯帶入的熱量Q2氫氣帶入熱量Q3反應(yīng)生成熱Q4聚合物帶走熱量Q5輸出熱量?jī)?nèi)烯帶走熱量Q6冷卻水帶走熱量Q7夾套傳熱面積(m2)℃水蒸汽進(jìn)口溫度為120℃,出口溫度為105℃4.5D501氣蒸罐的熱量衡算表4-4聚丙烯比熱℃PP進(jìn)出料溫度為80℃,出口溫度為100℃4.6D502干燥罐的熱量衡算PP進(jìn)料溫度為100℃,出口溫度為80℃進(jìn)入N?溫度為110℃,出口溫度為80℃熱量名稱熱量(kJ)總量(kJ)輸入熱量輸出熱量濕PP粉帶入熱量Q1熱N2帶入熱量Q2PP粉帶走熱量Q3濕N2帶走熱量Q4N2用量(kg)第五章設(shè)備選型本次設(shè)計(jì)的設(shè)備工藝計(jì)算是在確定了設(shè)備的操作工藝參數(shù)及進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的[13]。其內(nèi)容主要是確定設(shè)備的類(lèi)型、規(guī)格、主要工藝尺寸、設(shè)備臺(tái)數(shù)等，其目的是為設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)、車(chē)間平面布置、配管設(shè)計(jì)等提供設(shè)計(jì)依據(jù)。操作/設(shè)計(jì)溫度：20℃/-45℃~150℃(夾套170℃)介質(zhì)：丙烯、催化劑、聚丙烯漿液濃度：420~430kg(pp)/m3(SL)為丙烯和活化后的催化劑提供預(yù)聚合的場(chǎng)所，并使之在3.4Mpa,20℃的環(huán)境下停留一定時(shí)間。R200容積為0.44m3,反應(yīng)停留時(shí)間為4min,由能量衡算知需要的換熱面積為R200與R201基本類(lèi)似，采用S.S材料，有2根直管，通過(guò)一個(gè)180°的彎管連接起來(lái)。環(huán)管內(nèi)徑152.44mm,設(shè)備高11.4m,壁厚7.1mm,容積0.44m3,每根直管長(zhǎng)度10m,反應(yīng)器的直管部分帶有夾套，夾套材質(zhì)為C.S直徑10”,為防止介質(zhì)粘壁，內(nèi)表操作/設(shè)計(jì)溫度：70℃/-45℃~150℃(夾套150℃)b)聚合速率高，單體體積產(chǎn)率高(>400kgPP/h.m3);e)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地少，在地面支撐容易，布置緊湊，操作平臺(tái)由環(huán)管本身支撐，不反應(yīng)停留時(shí)間為1.5h,則累積量為65*1.5=97.5m3故選擇R201的總?cè)莘e為97.5m3選取環(huán)管直徑25",即635mm選擇六根直管，選用10個(gè)大環(huán)管，則每根直管高度：5.2m每個(gè)環(huán)管容積為9.75m3,約10m3R201采用獨(dú)特的環(huán)管結(jié)構(gòu)形式，它有6根直管，通過(guò)5個(gè)1800的彎管把他們連接起來(lái)，環(huán)管直徑635mm,每跟直管高5.2m,外部夾套直徑720mm;環(huán)管總?cè)莘e145m3,環(huán)管采用低溫碳鋼。為了防止粘壁，內(nèi)表面需拋光處理，表面粗糙度環(huán)管反應(yīng)器的直管部分裝有夾套，夾套材質(zhì)為C.S。在夾套的上下兩處有夾套水出入口，根據(jù)配管要求，這兩部分的直徑被加大。由于環(huán)管與夾套溫差較大，因此在夾在R201下部裝有軸流泵P201,它的作用就是使物料高速循環(huán)起來(lái)。使加入的催化劑分布均勻，并提高傳熱系數(shù)，反應(yīng)熱通過(guò)夾套中的循環(huán)冷卻水撤序號(hào)容器名稱容器編號(hào)容器規(guī)格操作條件設(shè)備溫度℃1小環(huán)管12大環(huán)管3閃蒸罐14循環(huán)丙烯洗滌塔5袋式過(guò)濾器16油洗塔7氣蒸罐8干燥器9水洗塔冷凝器CO氣提塔預(yù)聚反應(yīng)加料冷卻器3R201夾套水加熱器8T301再沸器8T302再沸器8T501再沸器8第6章經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析下圖為2006年到2009年10月丙烯價(jià)格平均價(jià)格趨勢(shì)情況，2006年平均價(jià)格每噸為7800元，2007年大幅度漲到了每噸12000元，2008年受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響，化工行業(yè)不景氣，價(jià)格下降到每噸11000元，截至2009年10月平均價(jià)格為每噸10500元。下圖是2006年到2009年10月份聚丙烯的平均價(jià)格。2006年為每噸12400元，2007年為每噸12200元，2008年為每噸11600元，2009年截止到10月為每噸9200元。以上數(shù)據(jù)出現(xiàn)下滑趨勢(shì)主要由于經(jīng)濟(jì)危機(jī)引起的，隨著全球經(jīng)濟(jì)的回暖，宏觀經(jīng)濟(jì)良好的發(fā)展的背景下，預(yù)計(jì)到2012年丙烯的價(jià)格在每噸11500元，而聚丙烯的價(jià)格每噸在11100元。下表為我國(guó)聚丙烯行業(yè)供給情況，由表中可以看出雖然近幾年我國(guó)聚丙烯行業(yè)高生產(chǎn)能力1(萬(wàn)tm)(萬(wàn)t)(萬(wàn)t)量(萬(wàn)t)中石化新增產(chǎn)能絕大多數(shù)分布在珠三角和長(zhǎng)三角及環(huán)渤海地區(qū)，在東北和西北地區(qū)。而華南地區(qū)是聚丙