【年產(chǎn)2萬噸聚乙烯地膜的生產(chǎn)工藝設(shè)計（論文）12000字】

年產(chǎn)2萬噸聚乙烯地膜的生產(chǎn)工藝設(shè)計摘要：聚乙烯地膜(簡稱PE)是由聚乙烯制成的熱塑性樹脂。在工業(yè)化生產(chǎn)中，乙烯也可以與少量的α烯烴共聚。聚乙烯中大部分酸堿腐蝕，耐腐蝕。由于這些良好的化學(xué)性能使得其在人們的生活領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計為年產(chǎn)年產(chǎn)2萬噸聚乙烯地膜的生產(chǎn)工藝設(shè)計，首先是對聚乙烯的結(jié)構(gòu)、性能、性質(zhì)及聚乙烯地膜的發(fā)展情況進行了簡要的介紹，接著對生產(chǎn)工藝進行闡述，本次設(shè)計選用是高壓氣密相法生產(chǎn)工藝，然后對其進行物料衡算和能量衡算，并且對此次工藝的設(shè)備選型進行說明，最后對三廢的治理進行說明，并對此次的成果特點進行總結(jié)。關(guān)鍵詞：聚乙烯地膜；物料衡算；生產(chǎn)工藝目錄TOC\o"1-3"\h\u1緒論 11.1引言 11.1.1聚乙烯的結(jié)構(gòu)與性能 11.1.2聚乙烯的性質(zhì) 11.1.3聚乙烯樹脂成型工藝 21.2研究目的與意義 21.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31.3.1國外發(fā)展現(xiàn)狀 31.3.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 31.4研究內(nèi)容和研究方法 31.5聚乙烯樹脂的主要應(yīng)用 41.6設(shè)計范圍 42生產(chǎn)工藝 52.1LDPE生產(chǎn)工藝的概述 52.2主要工藝流程 52.3LDPE工藝選擇 52.4過氧化物的選擇 62.4.1過氧化物種類 62.4.2過氧化物和氧氣引發(fā)的不同點 72.4.3過氧化物的安全與防護 73物料衡算 93.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)概述 93.1.1乙烯規(guī)格 93.1.2催化劑進料對產(chǎn)品MFR的影響 93.2物料衡算 93.2.1聚合反應(yīng)機理 93.2.2反應(yīng)釜物料衡算 104能量衡算 134.1能量衡算總述 134.2基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 134.3各設(shè)備能量衡算 144.3.1加料段熱量衡算 144.3.2進行反應(yīng)段能量衡算 155設(shè)備選型 165.1選型原則 165.1.1滿足工藝要求 165.1.2設(shè)備成熟可靠 165.2反應(yīng)器選型 165.2.1反應(yīng)器容積和生產(chǎn)能力的確定 165.2.2主要尺寸的計算 165.2.3反應(yīng)釜技術(shù)特性表 175.3進出口管徑 175.3.1聚合釜進料口管徑 175.3.2聚合釜出料口管徑 175.4閃蒸罐的計算 185.5其他設(shè)備的選型 186三廢治理 196.1廢水治理 196.2廢渣治理 196.3廢氣治理 197廠房布置 207.1工廠布局基本原則 207.2全廠總平面設(shè)計 20參考文獻 21致謝 231緒論1.1引言隨著時代經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的生活水平從很大程度提高，其中，物質(zhì)革命的作用尤為突出。高分子合成技術(shù)的進步，對合成樹脂工業(yè)的發(fā)展起到了很大的推動作用，各種合成樹脂都是合成樹脂工業(yè)的新生力量。塑料制品得到了廣泛的應(yīng)用，性能良好。在農(nóng)業(yè)、包裝、建筑、汽車、航空航天、國防等很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，積極推動了工農(nóng)業(yè)的快速可持續(xù)發(fā)展和現(xiàn)代高科技的興起。21世紀(jì)，隨著信息科學(xué)等高新技術(shù)的不斷滲透，合成樹脂的產(chǎn)量、性能、用途不斷提高，其應(yīng)用范圍日益擴大，對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展以及人民生活水平的影響也越來越大。聚乙烯是聚合物中結(jié)構(gòu)最簡單、用途最廣泛的聚合物之一。界面由-CH2-重復(fù)單元連接組成。聚乙烯具有良好的性能，它無毒，無味，耐低溫，塑性佳，化學(xué)穩(wěn)定性好，一般不與其它試劑發(fā)生反應(yīng)等優(yōu)點，使聚乙烯的使用范圍極為廣泛，幾乎在所有領(lǐng)域都有一席之地，尤其是在地膜覆蓋方面，發(fā)揮著不可或缺的作用。地膜覆蓋是農(nóng)業(yè)上用于控制雜草、提高作物產(chǎn)量和縮短收獲時間的標(biāo)準(zhǔn)做法，可以緩解極端天氣變化對農(nóng)作物帶來的傷害，更好地保護糧食產(chǎn)品。1.1.1聚乙烯的結(jié)構(gòu)與性能通常將聚乙烯樹脂分為三大類，高密度聚乙烯(highdensitypolyethylene，簡稱HDPE)，線性低密度聚乙烯(linearlowdensitypolyethylene，簡稱LLDPE)，低密度聚乙烯(lowdensitypolyethylene，簡稱LDPE)。不同的鏈結(jié)構(gòu)和分子量使得其在各自的性能和應(yīng)用中有很大不同（如圖1.1所示）。HDPE主鏈上幾乎不含支鏈，結(jié)晶度高，分子量比較高，因此HDPE相對于其他乙烯樹脂來說強度較高，但韌性比較差，被廣泛用于吹塑成型。LDPE是質(zhì)量最輕的一類聚乙烯產(chǎn)品，得到的LDPE產(chǎn)物分子鏈上含有較多的長支鏈，分子結(jié)構(gòu)不規(guī)整，相較于HDPE和LLDPE，LDPE結(jié)晶度是最低，同時也使其性能柔軟，韌性好。LLDPE是乙烯與少量高級α-烯烴（己烯、辛烯等）通過溶液法和氣相法聚合而成的一類產(chǎn)品，LLDPE主鏈上只有很少的短支鏈或者沒有長鏈，其機械性能介于上述兩種聚乙烯樹脂之間，熔點比普通LDPE高15°C左右，具有強度高、韌性好、等優(yōu)點，且耐環(huán)境應(yīng)力開裂、耐酸堿等優(yōu)良性能，是普通LDPE的幾十倍。圖1.1聚乙烯的支鏈結(jié)構(gòu)示意圖1.1.2聚乙烯的性質(zhì)（1）物理性質(zhì)不同種類的聚乙烯根據(jù)其性質(zhì)的不同生產(chǎn)方法也有很大的不同，如LDPE采用高壓法生產(chǎn)；HDPE采用低壓法生產(chǎn)，不同的生產(chǎn)方法導(dǎo)致生產(chǎn)出的聚乙烯在結(jié)構(gòu)和密度上存在較大的不同，從而導(dǎo)致性質(zhì)不同。LDPE是高度支化的聚合物，無味、無毒。其分子量分布廣，支鏈多，與HDPE相比，具有優(yōu)異的柔軟、延展、透明、不怕低溫、低滲、加工性好等特點。更多的是用來吹膜成型。因為HDPE與LDPE兩個的性質(zhì)有很大的不同，HDPE其分子中短支鏈比較少，因此HDPE具有較好的耐熱、耐寒、介電、加工、透水等性能，而且其力學(xué)性能和耐熱性都優(yōu)于LDPE。高密度聚乙烯的第一個用途是空心吹瓶。一般而言，LLDPE比HDPE有更短的支鏈長，但也比LLDPE更短，LLDPE具有優(yōu)異的抗應(yīng)力開裂性能和電氣性能，在高溫下幾乎沒有影響，耐沖擊、耐張抗彎強度高。LLDPE中使用最多的是薄膜，其次是薄膜材料，塑料。UHMWPE與HDPE相比，具有一些普通PE所不能比擬的特性，總體來說就是分子量的不同導(dǎo)致其性質(zhì)也有很大的不同。由于UHMWPE的相對分子質(zhì)量可達將近三百萬到六百萬個之間，所以UHMWPE具有普通PE沒有擁有的一些獨特特性，如不怕沖擊性、不怕磨損性、自潤滑性、不怕低溫性、耐應(yīng)力開裂性等，而且還具有不怕耐腐蝕、耐沖擊、衛(wèi)生、等特性，UHMWPE現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、化工、機械等領(lǐng)，在宇航、原子能、軍工等很多重要領(lǐng)域。（2）化學(xué)性質(zhì)聚乙烯沒有臭味，無毒有良好的耐低溫性質(zhì)，化學(xué)穩(wěn)定性好。1.1.3聚乙烯樹脂成型工藝聚乙烯是一類熱塑性樹脂，吸濕性較弱，流動性能較強。其主要加工產(chǎn)品有管材、片材、薄膜類以及容器類等。根據(jù)種類的不同可通過注塑成型、吹塑成型、模壓成型、滾塑成型等成型工藝進行一系列加工。吹塑成型對薄膜類產(chǎn)品可以應(yīng)用；而大型容器類產(chǎn)品可通過滾塑成型；對于形狀比較復(fù)雜的工藝制品可通過設(shè)計模具進行批量注塑成型；對于中空容器類產(chǎn)品我們可以可通過擠吹成型，就是將擠出，吹塑兩種方法結(jié)合。1.2研究目的與意義通過對本課題的研究和分析，不僅讓作為大學(xué)生的我對于聚乙烯的生產(chǎn)和設(shè)計工藝有了更進一步的認(rèn)識和了解，同時對于相關(guān)的課程知識和內(nèi)容的回顧也有著一定的意義。同時在分析和計算聚乙烯的生產(chǎn)工藝中所涉及到的物料衡算和能量衡算的相關(guān)知識，對于自己今后在學(xué)習(xí)和工作中也有著一定的幫助。目前，地球資源緊張，能源危機迫在眉睫。隨著人類狀況的改善，人類對環(huán)境資源的要求也變得越來越復(fù)雜。廢塑料反復(fù)利用是為了節(jié)省能源，保護生態(tài)環(huán)境，是緩解能源危機的有效措施之一，也是緩解能源危機的有效手段，是有效利用資源和再循環(huán)利用的重要途徑。最大輸出的聚乙烯產(chǎn)品，使用最廣泛的通用塑料、在聚乙烯產(chǎn)品不斷生產(chǎn)生產(chǎn)的同時，我們應(yīng)把更多的注意放在聚乙烯廢物處理技術(shù)研究。并且加強持續(xù)塑料的回收，逼迫我們開發(fā)具有更高使用價值的不同類型的產(chǎn)品。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀當(dāng)前國無論國外國內(nèi)的制造商都向兩個方向努力，其中一個方向是加大生產(chǎn)規(guī)模使產(chǎn)品的量很大，用低于市場的一般價格來占領(lǐng)市場；另一個方向是研制性能更好的產(chǎn)品，生產(chǎn)高端樹脂產(chǎn)品，占據(jù)市場主導(dǎo)。近幾年來，隨著大慶石化年產(chǎn)量30萬噸的投產(chǎn)，為開發(fā)樹脂產(chǎn)品高端原料的供應(yīng)提供了保證。國內(nèi)吹塑專用料，滾塑專用料，優(yōu)質(zhì)電纜料等方面均有較大差距。所以用己烯單體取代1-丁烯單體已成為必然的市場趨勢。1.3.1國外發(fā)展現(xiàn)狀外國非常重視對產(chǎn)品性能的研究和開發(fā)。主要生產(chǎn)商埃克森美孚化工公司、雪佛龍菲利普斯化工等公司。一個名叫赫斯特的德國公司成功地設(shè)計出CRP100聚乙烯，它具有高密度等級。通過對設(shè)計數(shù)據(jù)的分析，該產(chǎn)品的硬度和韌性達到了平衡，為反應(yīng)容器和長鏈支鏈混紡制品PE100的研制奠定了基礎(chǔ)。采用抗蠕變材料制備而成，采用he3490-ls-ls-己烯單體制備而成，具有較高的耐快裂和慢裂性能，也具有較好的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能。1.3.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀中國石油化工股份有限公司于2012年研制出一種耐高溫聚乙烯管樹脂QHM22F，并進行了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。盡管我們的國家已經(jīng)獨立生產(chǎn)了。但仍存在著兩個主要問題：一是我國1-己烯單體的產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)需求；二是我國1-己烯單體共聚合的生產(chǎn)工藝還不夠成熟，導(dǎo)致產(chǎn)品性能仍與國外先進技術(shù)及生產(chǎn)規(guī)模相較。國內(nèi)產(chǎn)品，列如其中的產(chǎn)品質(zhì)量是很不穩(wěn)定的，是因為在生產(chǎn)過程中原料是不斷變化的，導(dǎo)致了生產(chǎn)過程具有不穩(wěn)定變化多樣的因素。我國大多數(shù)建筑管道專用樹脂和燃?xì)夤艿缹Ｓ脴渲家ㄟ^進口以保證國內(nèi)需求。國內(nèi)外聚乙烯專用樹脂生產(chǎn)工藝之間的差距為了使其不斷縮小，進一步提高和開發(fā)具有新功能的聚乙烯高端專用原料，首先理論研究必須從材料結(jié)構(gòu)和功能兩個方面進行，以找出根本的、具體的問題，擺脫對國外進口產(chǎn)品的依賴，使我國乙烯行業(yè)擁有獨立的生產(chǎn)裝置和工藝。1.4研究內(nèi)容和研究方法本文主要研究內(nèi)容：本設(shè)計為年產(chǎn)年產(chǎn)2萬噸聚乙烯地膜的生產(chǎn)工藝設(shè)計，首先是對聚乙烯的結(jié)構(gòu)、性能、性質(zhì)及聚乙烯地膜的發(fā)展情況進行了簡要的介紹，接著對生產(chǎn)工藝進行闡述，本次設(shè)計選用是高壓氣密相法生產(chǎn)工藝，然后對其進行物料衡算和能量衡算，并且對此次工藝的設(shè)備選型進行說明，最后對三廢的治理進行說明，并對此次的成果特點進行總結(jié)。本文主要研究方法：本論文擬通過學(xué)校圖書館及網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)資源庫收集、匯總聚乙烯相關(guān)理論研究的相關(guān)內(nèi)容資料、文獻、書籍等，并進行歸納整理，梳理出對本論文研究有幫助的重要理論和參考資料，以便理清思路，為論文寫作提供理論依據(jù)。1.5聚乙烯樹脂的主要應(yīng)用低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和線形低密度聚乙烯(LLDPE)等。LDPE和LLDPE是聚乙烯的主要產(chǎn)品，約有76.7%用于薄膜制品，而48.7%用于農(nóng)用薄膜。制造塑料袋和塑料地膜是聚乙烯的主要加工產(chǎn)品。當(dāng)今，國內(nèi)外塑料薄膜覆蓋栽培技術(shù)被許多國家采取，并取得了顯著效果，近現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中不可缺少的重要技術(shù)是薄膜覆蓋栽培技術(shù)，經(jīng)濟效益是非常明顯的。地膜覆蓋技術(shù)被我國引入多，并取得了長足的發(fā)展，在1995-2005這十年中，地膜應(yīng)用規(guī)模顯著增加，使用規(guī)模從1995年的650萬公頃、47萬噸增加到2005年的1350萬公頃、94萬噸，增幅均翻了一番，年均增長20%左右，成為地膜開發(fā)的一個高速時期。實踐表明，在我國環(huán)境限制比較嚴(yán)重的地區(qū)，有效提高地溫和抗旱能力都需要塑料地膜。南方高溫多雨，可耐早春低溫，防止土壤流失。高寒區(qū)可抗春寒，夏旱，保持肥力。保持苗期根系生長的作用。塑料薄膜覆蓋栽培在我國每個生長期提高有效積溫200-300℃，也就是相當(dāng)于向北推進500km左右，從而改變了我國的作物布局。應(yīng)用塑料薄膜覆蓋栽培技術(shù)被不斷的推，大幅度提高產(chǎn)量促進我國農(nóng)業(yè)發(fā)展，解決城市菜籃子和米袋問題，被譽為農(nóng)業(yè)上的“白色革命”。1.6設(shè)計范圍（1）對年產(chǎn)2萬噸聚乙烯地膜的生產(chǎn)工藝流程進行分析；（2）進行生產(chǎn)物料及熱量衡算；（3）對主設(shè)備進行選型計算；（4）提出“三廢”治理措施。

2生產(chǎn)工藝2.1LDPE生產(chǎn)工藝的概述現(xiàn)在，很多公司采用聚乙烯技術(shù)。擁有7家LDPE技術(shù)公司，10家LLDPE技術(shù)公司，12家HDPE技術(shù)公司。由工藝發(fā)展來看，高壓LDPE生產(chǎn)PE樹脂的方法是最成熟的工藝。目前，我國高壓消毒器和管道式消毒器技術(shù)比較成熟。國外常用的制造管道的工藝方法。此外，國外企業(yè)普遍采用低溫、高活性的催化劑，以促進聚合反應(yīng)，從而降低聚合溫度和壓力。高壓力LDPE的生產(chǎn)方法將向大規(guī)模、管型方向發(fā)展。采用低壓法生產(chǎn)HDPE和LLDPE。其中以鈦鉻催化劑為主。圖2.1主要工藝流程圖2.2主要工藝流程現(xiàn)將主要的工藝流程相關(guān)內(nèi)容概述如下：（1）乙烯壓縮乙烯壓縮后進入裝置，經(jīng)a/升壓壓縮機壓縮至270-280bar，高壓循環(huán)回路進入副單元，乙烯受壓到反應(yīng)壓力，然后送到反應(yīng)器聚合。（2）引發(fā)劑和注射制劑聚乙烯受壓裝過氧置，經(jīng)a/升壓壓縮機壓縮至270-280b，混合高壓循環(huán)回入罐內(nèi)副單元，乙烯受壓到反應(yīng)，然后注入到相應(yīng)反應(yīng)的容器。（3）聚合預(yù)熱乙烯分岔進入預(yù)熱器，預(yù)熱器加熱到一個反應(yīng)堆。這種聚合是在過氧化氫引發(fā)劑中進行的。聚合和未反應(yīng)氣體脈沖放電閥，冷卻器進入高壓分離器。（4）高壓和低壓循環(huán)氣體處理高壓分離器的乙烯頂部被分離，低聚物，然后返回到兩個機器入口乙烯聚合物被釋放到低壓分離器。從低壓分離器的頂部排出乙烯，冷卻后，分離后，分離出的殘余的蠟流出進入擠出機的助劑乙烯聚合物。（5）擠出造粒在擠壓過程中，添加添加劑直接添加到擠出機(防粘結(jié)劑和滑移劑)中。在擠出機離開擠壓機后，粒子在水下被切割而這些顆粒則會被空氣供給系統(tǒng)脫水并干燥到除氣器中。（6）除氣、貯存、包裝這些粒子被送進了除氣器，空氣被添加到底部以降低乙烷的濃度，從而降低了安全值。將被壓縮的粒子送到儲存箱，并將合格的產(chǎn)品送到包裝上。2.3LDPE工藝選擇這種設(shè)計使用高壓低密度聚乙烯(LDPE)氣密地結(jié)合生產(chǎn)工藝。通過調(diào)整PA(丙醛)，通過新開發(fā)的高壓聚合工藝氣密，控制產(chǎn)物MI(熔體指數(shù))的方法，使得生產(chǎn)控制體系非常穩(wěn)定。簡單的控制聚合操作，簡單的PA，產(chǎn)品的商標(biāo)容易開關(guān)，短周期，開關(guān)不符合產(chǎn)品規(guī)格過程是由高純度乙烯聚乙烯，這是一種溶劑，這是一種有機過氧化物溶劑，這是一種有機過氧化物的解決方案，這是一個混合的壓力分離坦克、低壓分離罐，它必須被割斷的擠出機，有各種各樣的好低密度聚乙烯產(chǎn)品。產(chǎn)品MI0.154.6g/10min，由窄到寬分子量分布，密度為0.9210.926g/cm3。主要產(chǎn)品有:塑料注射袋-運輸袋-復(fù)合膜層壓機、包裝膜、高透明膜。2.4過氧化物的選擇2.4.1過氧化物種類本裝置中使用的過氧化物分別為四種引發(fā)劑TBPPI、TBPEH、TBPIN和DTBP：表2.1過氧化物種類過氧化物——TBPPI規(guī)格過氧化物——TBPEH規(guī)格性質(zhì)指標(biāo)性質(zhì)指標(biāo)名稱過氧化特戊酸叔丁酯名稱過氧化-2-乙基己酸酯狀態(tài)液態(tài)狀態(tài)液態(tài)過氧化物含量74~76%過氧化物含量約99%活性氧6.4~7.0%活性氧約7.32%分子量174.2分子量216.2密度（20）約850kg/密度（20）約900kg/閃點（）51閃點（）70反應(yīng)性（半衰期，）在74下約1小時反應(yīng)性（半衰期，）在92下約1小時最高的儲存溫度大于-15，小于-5最高的儲存溫度最高+10過氧化物——TBPIN規(guī)格過氧化物——DTBP規(guī)格性質(zhì)指標(biāo)性質(zhì)指標(biāo)名稱過氧化-3，5，5-三甲基己酸叔丁酯名稱二叔丁基過氧化物狀態(tài)液態(tài)狀態(tài)液態(tài)過氧化物含量約99%過氧化物含量約99%活性氧約6.88%活性氧約10.8%分子量230.3分子量146.2密度（20℃）約890kg/密度（20℃）約790kg/閃點（℃）高于SATD閃點（℃）6反應(yīng)性（半衰期，）在119℃下約1小時反應(yīng)性（半衰期，）在146℃下約1小時最高的儲存溫度大于-20℃，小于25℃推薦的儲存溫度<+30℃2.4.2過氧化物和氧氣引發(fā)的不同點使用過氧化物作為引發(fā)劑，初始自由基引發(fā)作為熱引發(fā)的結(jié)果，反應(yīng)速率幾乎完全依賴于溫度，但幾乎不受壓力的影響。當(dāng)使用氧氣引發(fā)劑時，氧氣和乙烯會產(chǎn)生自由基，反應(yīng)速度會受到壓力的極大影響。過氧化物作為引發(fā)劑的好處:（1）過氧化物引發(fā)劑更溫和，并且工藝變得更加穩(wěn)定。氧氣是在一定的條件下會失效。（2）快速的過氧化物復(fù)合可以進一步提高反應(yīng)堆輸出。2.4.3過氧化物的安全與防護（1）過氧化物的自加速分解（SADT）性質(zhì)在特定的包裝材料中，過氧化氫在特定的溫度下加熱速率是特別快的，以至于無法控制其分解導(dǎo)致爆炸等。這就是通常所說的過氧化氫的自加速分解性質(zhì)。分解率取決于溫度，純度和產(chǎn)品加工工藝。尤其在溫度過高的情況下，分解速度加快。若貨品儲藏區(qū)較小，或環(huán)境溫度較高，無法向外傳熱，則會加快分解速度，導(dǎo)致嚴(yán)重燃燒和爆炸。很多有機過氧化物必須都要有冷藏設(shè)施，所有的倉庫都要有防火設(shè)施，等一定滅火器材。因為蒸汽是在分解過程中產(chǎn)生的，所以填料中的壓力將增加。為了防止倉庫的壓力過大以及由于長期分解造成的包裹破裂，倉庫應(yīng)該有壓力釋放裝置。這種分解反應(yīng)可由下述因素引發(fā)：a.熱（過高的溫度）b.雜質(zhì)(一般為強酸，強堿，重金屬等)c.摩擦或撞擊作為過氧化物是易燃品，應(yīng)遠(yuǎn)離火源、熱源，儲存在陰涼處，并與促進劑等易燃物質(zhì)分離，嚴(yán)格遵守產(chǎn)品標(biāo)簽上標(biāo)明的儲存溫度。甚至稀釋過的過氧化物仍然是腐蝕性的。因此，在處理過氧化物時，必須佩戴手套和防護眼鏡。（2）過氧化物的儲存條件表2.2過氧化物的儲存條件產(chǎn)品SADT(℃)Tc(℃)Tmax(℃)Tmin(℃)TBPPI200-5-15TBPEH352010-30TBPIN35-25-20DTBP80-40-30Tc=控制溫度：針對不同地區(qū)所推薦的允許安全運輸?shù)淖罡邷囟?。過氧化物貯存溫度不能太低，低溫PO結(jié)晶，形成純產(chǎn)物，純易爆危險很高。（3）叔丁基過氧化氫（TBHP）的含量要求過氧化氫不能凈化（除去雜質(zhì)），高溫和氧氣作用都能產(chǎn)生TBHP。當(dāng)體系中TBHP含量達到一定濃度時，會導(dǎo)致聚合反應(yīng)失控分解。通常情況下，TBHP相對穩(wěn)定，在聚合的初始階段沒有反應(yīng)。只有當(dāng)溫度上升到一定程度時(通常在250攝氏度以上)，它就會迅速分解并產(chǎn)生大量的自由基，通過這種方式，系統(tǒng)的聚合會由鏈狀增長轉(zhuǎn)變?yōu)殒湢钸B鎖反應(yīng)和鏈狀增長，而反應(yīng)熱會在很長時間內(nèi)累積。TBHP含量要求一般在1000ppm以下，以免導(dǎo)致分解失控。（4）過氧化物的毒性一般認(rèn)為，有機過氧化物具有中等毒性，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有刺激性和損傷的危害。一

3物料衡算3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)概述3.1.1乙烯規(guī)格在這個設(shè)計中，乙烯是在乙烯破裂的氣體油原料中使用的。在凈化了乙烯供給系統(tǒng)后，質(zhì)量規(guī)格達到了乙烯的要求。3.1.2催化劑進料對產(chǎn)品MFR的影響熔體流動速率（MFR）是聚合過程中的一個重要參數(shù)。為了控制MFR的濃度，生產(chǎn)過程環(huán)境的價值是必須的，而這個值和PA的總和是相關(guān)的。在正常生產(chǎn)設(shè)備中，控制MFR的方法是控制總PA注入量，以控制熔融指數(shù)和切換不同的品牌。3.2物料衡算3.2.1聚合反應(yīng)機理（1）鏈引發(fā)a.引發(fā)劑分解，此時會形成初級自由基，即吸熱反應(yīng)，活化能在105—150KJ/mol之間ROOR→RO·+·OR(初級自由基)b.初始自由基與單體結(jié)合，然后形成單體自由基，放熱作用，20—34KJ/molRO+C2H4→RO-CH2-CH2·(單體自由基)引發(fā)時，一些副作用可能不參與自由基單體的自由基形成，沒有方式繼續(xù)鏈，因此該步驟應(yīng)該被認(rèn)為是鏈的觸發(fā)器內(nèi)。（2）鏈增長R·+CH2=CH2→RCH2-CH2·R-CH2-CH2·+CH2=CH2→R-CH2-CH2-CH2-CH2（3）鏈轉(zhuǎn)移a、向單體轉(zhuǎn)移：R-CH2-CH2·+CH2=CH2→R-CH-CH3+·CH=CH2b、向大分子轉(zhuǎn)移：R-CH2-CH2·+R1CH2-CH2-R2→R-CH-CH3+R1-CH2-˙˙CH2-R2c、分子內(nèi)部轉(zhuǎn)移：R-CH2-CH2--CH2-CH2·→R-CH2-˙CH2-CH2-CH2-CH2d、向雜質(zhì)轉(zhuǎn)移：R-CH2-CH2·+HS→R-CH-CH3+S（4）鏈終止鏈終止活化能只有8—21KJ/molR1-CH2-CH2·+·CH2-CH2-R2→R1-CH2-CH2-CH2-CH2-R2(偶合)R1-CH2-CH2·+·CH2-CH2-R2→R1-CH=CH2+CH3-CH2-R2(歧化)R1-CH2-CH2·+I(雜質(zhì))→R1-CH2-CH2I(惰性物質(zhì))化學(xué)主反應(yīng)式：.(3-1)3.2.2反應(yīng)釜物料衡算由質(zhì)量守恒有：∑M進料-∑M出料=∑M積累當(dāng)物料沒有累積時：∑M進料=∑M出料本設(shè)計計算時按，出料量=入料量來計算。考慮到實際生產(chǎn)所需設(shè)備的翻新和導(dǎo)致停機的因素，計算在每年的8520個工作小時計算，并且在此計算帶有2420H的品牌名稱的聚乙烯地膜產(chǎn)品，原因在于不同等級的聚乙烯。3.2.2.1聚合釜進料衡算先確定2萬噸PVC的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。該設(shè)計采用連續(xù)生產(chǎn)技術(shù)，根據(jù)各釜體的產(chǎn)量計算數(shù)據(jù)，各釜的需用時間設(shè)計為6小時，設(shè)計為26小時。20000÷8520×6÷26=0.54t/釜由于需要更換進料中的高級氣體，釋放后裝置的抓持力為0.1mpa，將0.1mpa的氫氣加到0.2mpa的總壓力。在置換之后，將聚合反應(yīng)釜通過己烷進料管加入己烷。此時，約4.5t己烷，聚合器中的液位可達35%。加己烷需要的設(shè)計時問為1.5h，則加己烷速率為：Vm=4.5t÷1.5h=3t/h其摩爾速率為：Vn=3×106g/h÷86(g/mol)=34883.7mol/h當(dāng)反應(yīng)堆內(nèi)的壓力是0.4mpa的時候，和水的相對密度是(水=1)ρ=0.66，體積速率為：Vv=Vm/ρ=3000kg/h÷0.66xl0-3kg/m3=4.55m3/h置換時氫氣分壓為0.1MPa，氫氣的加料量為：由PV=NRT公式計算，其巾V=25m3，P=0.1MPa，T=298T，R=8.315Pa·m-3·mol-1·K-1得：N(H2)=0.1×106Pa×25m3÷298T÷8.315Pa·m3·mol-1·K-1=1009mol加入的氫氣質(zhì)量：M(H2)=N(H2)·Mmol=1009mol×2g/mol=2018g氫氣的加入速率為：Vm=2018g/h=2.018kg/h由生產(chǎn)經(jīng)驗得乙烯的轉(zhuǎn)化率為：1000÷1020=98%預(yù)得所生產(chǎn)的產(chǎn)品噸數(shù)所需乙烯為：0.54t÷98%=0.55t已知乙烯相對密度（水=1）：ρ=0.61所需乙烯（液體）體積為：V(C2H4)=m/ρ=3400kg÷0.61×l0-3kg/m3=5.57m3計算加乙烯的轉(zhuǎn)化率，根據(jù)(3-2)式中，V—反應(yīng)器體積25m3—加入反應(yīng)器的組分A的摩爾數(shù)—-組分A的轉(zhuǎn)化率t—反應(yīng)時問裝置里的乙烯含量可以通過公式(3-2)增加，換算率也增加了。所需的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)達到，裝載系數(shù)為0.7是乙烯的用量為：M(C2H4)=3.4t÷0.7t=4.86t乙烯的體積為：V(C2H4)=m/ρ=4860kg÷0.61x10-3kg/m3=7.97m3乙烯的摩爾數(shù)為：N(C2H4)=M(C2H4)/Mmol=4.86x106÷28(g/mol)=173571mol乙烯反應(yīng)時問為2.22h，乙烯進料時間設(shè)計為：6h-1.5h-2.22h=2.28h乙烯的進料速率：Vm=M(C2H4)/ρ=4.86t÷2.28h=2.13t/h乙烯的體積進料速率：VV=V(C2H4)/ρ=7.97m3÷2.28h=3.5m3/h乙烯的摩爾進料速率為：Vn=N(C2H4)/t=173571mol÷2.28h=76127.6mol/h催化劑的加量約為反應(yīng)物總質(zhì)量的0.1~0.01%，得到的催化劑加料質(zhì)量為：M催=M(C2H4)×0.0l%=4.86tx0.01%=0.486kg聚合釜總進料量：∑M進料=M(C2H4)+M催+M(H2)+M(C6H14)∑M進料=0.486kg+4.86t+2018g+4.5t=9362.66kg3.2.2.2聚合釜出料衡算由反應(yīng)產(chǎn)生的聚乙烯的質(zhì)量是由飼料時間的0.54t計算出來的。這個時候聚乙烯的分子質(zhì)量是由1000倍的分子質(zhì)量計算的。乙烯回收過程：N(HDPE)=0.54t÷100000g/mol=0.0054mol乙烯未反應(yīng)部分總質(zhì)量：M剩余=4.86t-0.54t=4.32t進入回收罐的部分質(zhì)量為：M罐=1.4t進入閃蒸罐的質(zhì)量為：M閃=0.11t放空的質(zhì)量為：M放空=M剩余-M罐-M閃=4.32t-1.4t-0.11t=2.81t放空的物質(zhì)的量:N放空=M放空/Mmol=2.81t÷28g/mol=1003.25mol物料衡算表如下表3.1所示：表3.1物料衡算表名稱進料己烷4.5t氫氣2018g乙烯4.86t4能量衡算4.1能量衡算總述任何系統(tǒng)經(jīng)過某一過程時，其內(nèi)部能量的變化等于該系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱量與它對外所作的功之差，即對于物料總質(zhì)量：△E=Q-W(4-1)式中，△E—系統(tǒng)內(nèi)部物料能量的變化Q—物料從外界吸收的熱量W—物料對外界所作的功系統(tǒng)內(nèi)能量的變化△E系統(tǒng)內(nèi)能量的變化=（輸出系統(tǒng)的物料的總能量）—（輸入系統(tǒng)的物料的總能量）+（系統(tǒng)內(nèi)物料能量的秋累）熱量衡算方程：∑HP-∑HF+Eq=q(4-2)式中，∑HP—單位時間輸出系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶出的能量總和∑HF—單位時間輸入系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和Eq—單位時問系統(tǒng)內(nèi)能量的積累q—單位時間環(huán)境輸入系統(tǒng)的熱量，即系統(tǒng)的吸熱量開放系統(tǒng)—與環(huán)境既有物質(zhì)交換又有能量交換的系統(tǒng)對于單位時間物料進行衡算：開放系統(tǒng)中：式(4-2)中Eq為零，對于穩(wěn)態(tài)過程有：∑HP-∑HF=q(4-3)開放系統(tǒng)中能量變化率的計算：當(dāng)只有一種物料流經(jīng)系統(tǒng)輸入或輸出熱量時，因物料進入系統(tǒng)而輸入的能量為：∑HF=qmH1(4-4)因物料離開系統(tǒng)所輸出的能量為：∑HP=qmH2(4-5)在(4-4)、(4-5)式中，qm為通過系統(tǒng)的物料的質(zhì)量流量(kg/h或kg/s)H1為單位質(zhì)量物料進入系統(tǒng)時的焓(kJ/kg)H2—離開系統(tǒng)時焓的單位質(zhì)量物質(zhì)(kJ/kg)若恒壓比熱量不隨溫度變化，或取物料在恒壓比熱量下的平均溫度為:∑HP—∑HF=qm(H2-H1)=qmcp△T(4-6)4.2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)物料輸送通過反應(yīng)堆，它的溫度接近室溫，計算過程需要25℃，物料加熱到85℃，熱水入口95℃，出口88℃。乙烯聚合熱為3392.9kJ-kg-1。在85℃條件下反應(yīng)，55℃條件下輸出物質(zhì)。冷卻水口溫度：38℃，出口溫度為：45℃?；鶞?zhǔn)溫度為：0℃比熱：kJ·kg-1·℃-1蒸發(fā)潛熱：kJ·kg-1熱流量：kJ·h-1表4.1各物質(zhì)熱容數(shù)據(jù)表物質(zhì)名稱熱容乙烯Cp3.19kJ·kg-1·℃-1己烯Cp2.68kJ·kg-1·℃-1己烷的蒸發(fā)潛熱316.38kJ·kg-1水的比熱(C(H2O))4.20kJ·kg-1·℃-1氫氣的比熱(C(H2))28.12kJ·kg-1·℃-14.3各設(shè)備能量衡算4.3.1加料段熱量衡算乙烯的質(zhì)量流量為：m=M(C2H4)=4.86t乙烯的焓值變量：△E=mcp△T=4.86x103kgx3.19kJ.kg-1·℃×(85-25)℃=930204kJ已烷的質(zhì)量流量為：m=M(C6H14)=4.5t己烷的內(nèi)能變量為：△E=mCp△T=4.5x103kg×2.68kJ·kg-1·℃×(85-25)℃=723600kJ氫氣的質(zhì)量流量為：m=M(H2)=2.018kg氫氣的內(nèi)能變量為：△E=mCp△T=2.018kg×28.12kJ·kg·℃-1×(85-25)℃=3404.8kJ總進料的內(nèi)能變量：△E=930204kJ+723600kJ+3404.8kJ=1657208.8kJ加料總時間為：t=6h-2.22h=3.79h物料平均每小時升溫所需的能量為：Q平均=△E總/t=1657208.8kJ÷3.79h=437258.3kJ/h反應(yīng)釜熱量損失為10%，則：Qt=Q平均X(1+10%)=680413.79kJ/mol物料加熱通過熱水則所需水流速為：Qt=∑Hp一∑HF=680413.79kj/h÷4.20kJ·kg-1·℃÷(95-85)℃=16200.33kJ/h4.3.2進行反應(yīng)段能量衡算在反應(yīng)過程中，聚合器中的壓力為0.48mpa，通過85度的催化反應(yīng)可以合成聚乙烯。一般而言，0℃的反應(yīng)熱大于25℃，25℃的反應(yīng)熱作為反應(yīng)熱處理。冷卻水中起始溫度為25℃，而出水中為35℃。參與反應(yīng)乙烯質(zhì)量：M(C2H4)=4.86t生成聚乙烯的反應(yīng)熱為：Q反=3392.9kJ·kg-1x4.86x103kg=16489494kJ己烷的蒸發(fā)潛熱為：Q潛=316.38kJ·kg-1x0.3x103kg=94914kJ反應(yīng)釜的熱損失為10%，冷卻水帶走的熱量為:Q冷=(Q反-Q潛)×1.1=(16489494kJ-94914kJ)×1.1=1709438.5kJ所需冷水質(zhì)量為：M水=Q冷/(C(H2O)·△T)=1709438.5kJ÷4.20kJ·kg-1·℃÷(35-25)℃=40700.9kg反應(yīng)時間為：t=2.22h通過冷水物料冷卻，則所需水流速為：qm=M水/t=40700.9kg÷2.22h=18334kg/h

5設(shè)備選型5.1選型原則5.1.1滿足工藝要求設(shè)備的選型、選型要充分考慮技術(shù)要求，力求技術(shù)先進、經(jīng)濟合理，能適應(yīng)各種產(chǎn)品的需要，保證產(chǎn)品質(zhì)量；能降低勞動強度，提高勞動強度。動態(tài)效率；它可以減少原材料的消耗和相應(yīng)的公共工程(水，電力，天然氣)；它能提高環(huán)保，設(shè)備制作容易，材料易于獲得，操作和維護方便。當(dāng)選擇設(shè)備時，完全滿足上述條件是非常困難的，但必須根據(jù)以上方面對設(shè)備進行詳細(xì)的比較，并拿出最佳方案。5.1.2設(shè)備成熟可靠由于是工業(yè)化生產(chǎn)，所以不能設(shè)計不成熟的、非生產(chǎn)的測試設(shè)備。選型不僅要設(shè)計出可靠的技術(shù)性能、設(shè)備、材料等；引進設(shè)備，特別是生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備所用設(shè)備和材料的可靠性，必須在選型科學(xué)的基礎(chǔ)上充分研究和比較。5.2反應(yīng)器選型反應(yīng)器按結(jié)構(gòu)大致可分為：管式、釜式、塔式、固定床和流化床等類型。本設(shè)計采用的聚合工藝為日本三井石化公司的CX工藝。此工藝為間歇式釜式反應(yīng)，故選擇反應(yīng)釜為反應(yīng)器5.2.1反應(yīng)器容積和生產(chǎn)能力的確定由物料衡算得：每釜填料為：Vm=V(C2H4)+V(C6H14)=5.57m3+4.55÷(2/3)m3=12.07m3填料系數(shù)為70%，則所用反應(yīng)釜體積為：V=V物/70%=12.07m3÷70%=17.2m3所以反應(yīng)器容積選用18m3罐選用數(shù)量由物料衡算設(shè)計得出為26個。按每釜每6h生產(chǎn)3.3t計算年產(chǎn)量：3.3t×26/6h×8520=121836t富余量：(121836t/120000t-1)×100%=0.15%能滿足生產(chǎn)要求。5.2.2主要尺寸的計算取長徑比為1.8，體積為18m3則聚合釜筒體內(nèi)經(jīng)計算如下： m 式中，D—反應(yīng)釜直徑(m)V—反應(yīng)釜體積(m3)α—反應(yīng)釜長徑比筒的高度為：H=2.6×1.8=4.68式中，H反應(yīng)釜高度(m)5.2.3反應(yīng)釜技術(shù)特性表表5.1反應(yīng)釜技術(shù)特性表項目指標(biāo)釜體釜體夾套設(shè)計壓力MPa0.480.6工作壓力MPa0.480.6設(shè)計溫度℃100110工作溫度℃8525~95全容積m325加熱面積m242保溫層厚度mm5050主體材料Q235-B/16MnRQ235-B/16MnR腐蝕裕量mm01.5焊縫系數(shù)1傳動傳動方式下傳動軸封形式雙端面機械密封5.3進出口管徑5.3.1聚合釜進料口管徑進料口開在聚合釜上封頭上。聚合釜中每釜反應(yīng)混合物的體積為20.66m3，進料時間τ1=90min，則每秒進料流率：V進=V物/τ1=20.66÷(9060)=0.0038m3/s進料流速為0.0029m/s，則進料口管道直徑為：m所以進料口內(nèi)徑d=1.2m5.3.2聚合釜出料口管徑在聚合容器的直徑最低的位置打開排氣口。由于幾乎是丙烯腈和聚丙烯腈的密度，所以在完成后聚合混合物的體積為11.15m3。出料時間為τ2=90min，則每秒出料流率：V出=V物/τ2=11.15/(9060)=0.0021m3/s出料流速也為0.0029m/s，則出料口管道直徑為：m出料口管徑取DN200，出料口內(nèi)徑為0.96m。但考慮到物料出口時粘度有所增加，為減小阻力并為安裝調(diào)節(jié)閥，出料口管管徑取DN250，即出料口管徑d2為0.96m。5.4閃蒸罐的計算閃蒸罐的設(shè)計壓力為20~25MPa，為了使閃蒸達到最好的效果，閃蒸罐的物料系數(shù)要比一般的設(shè)備選的小一些，以保證有較大的空間。在閃蒸罐設(shè)計中，裝料系數(shù)取0.6閃蒸罐的容積V可按下式求?。篤=W/(dxf)式中：V—閃蒸罐所需容積W—聚合釜聚乙烯產(chǎn)量d—聚乙烯密度f—裝料系數(shù)設(shè)聚合釜的產(chǎn)量是3.3t，聚乙烯密度為0.946t/m3，裝料系數(shù)為0.6.則V=3.3÷(0.946x0.6)=5.8m3所以閃蒸罐體積V=5.8m35.5其他設(shè)備的選型其它的設(shè)備主要是泵的選擇。工業(yè)化生產(chǎn)中，有供料泵，回油泵，底泵，循環(huán)泵，產(chǎn)品泵等多種泵，石化泵的選用要滿足工藝參數(shù)要求，如流量、壓頭、壓力、溫度、空化殘留等要求和現(xiàn)場安裝要求都需要符合其應(yīng)有的要求和設(shè)計。（1）泵流量應(yīng)該考慮在內(nèi)。一方面，泵的容量的相關(guān)設(shè)計應(yīng)該要根據(jù)具體的設(shè)計要求來確定。而泵容量的平衡應(yīng)該是平衡的。另一方面，泵的流量應(yīng)該根據(jù)生產(chǎn)需求決定。在確定泵流量時，應(yīng)綜合考慮設(shè)備的能力和設(shè)備的設(shè)備能力平衡。（2）根據(jù)生產(chǎn)要求決定泵的升力。當(dāng)選擇泵時，管道系統(tǒng)壓降的計算在工藝設(shè)計中更加復(fù)雜，因此泵的頭部應(yīng)有適當(dāng)?shù)脑试S，通常為正常升程的1.05到1.1倍。（3）在確定泵夾緊方式的選擇時，根據(jù)流體輸送裝置的特性曲線，決定在生產(chǎn)流量和所需水頭之后應(yīng)該選擇什么設(shè)備。

6三廢治理6.1廢水治理聚乙烯地膜生產(chǎn)廢水主要排放自鍋爐水、水射流真空介質(zhì)、地表水沖洗、水測試等。使用厭氧潛水泵將水通過運河輸送到塔塔。經(jīng)過8小時的厭氧發(fā)酵，廢水可以轉(zhuǎn)化成低分子有機物質(zhì)。厭氧型接觸氧化塔將在塔身中停留6小時。6.2廢渣治理多少數(shù)量的浪費和生產(chǎn)狀況有很大的關(guān)系。當(dāng)生產(chǎn)正常的時候，所有的過濾器都被洗得很少，而加工管道不需要拆卸。因此，這個過程排放最小。根據(jù)生產(chǎn)情況，主要有三個廢渣的來源。固體廢料：主要夾雜于洗滌水中的低聚物，地板清洗水中的TiO2粉末、片狀粉末等，可在靜、分層后進行加工。固體廢物，每天生產(chǎn)過程中會有更多的加工過程。例如淤漿管線沖洗、聚合濾清器清洗等。在用水清洗之前，必須排出處理材料，大部分是低聚物。排放物在洗滌水中混合并沉淀，變成較好的漿液。6.3廢氣治理聚乙烯膜產(chǎn)生的主要廢氣是空氣，它適合于用活性碳纖維進行濃縮?？苫厥绽?。7廠房布置7.1工廠布局基本原則于此同時，還應(yīng)關(guān)注技術(shù)經(jīng)濟、土地節(jié)