年产10万吨聚丙烯聚合工段工艺设计

材料科学与工程学院

毕业设计开题报告学生姓名班级/学号专业设计题目年产10万吨聚丙烯聚合工段工艺设计指导教师职称2008年3月6日1文献综述1.1聚丙烯的概述聚丙烯（Polypropylene，简称PP）是丙烯单体聚合而形成的高分子聚合物，是一种通用合成树脂（或通用合成塑料）。聚丙烯无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化，故熔点高达167°C左右。聚丙烯制品耐热性好，制品可用蒸汽消毒是其突出优点。结晶度高达95%以上，分子量在8〜15万之间，密度0.909g/cm3时，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，其制品的耐弯曲疲劳性优异，能经受几十万次弯折而不损坏，加工性能好，加工成型时收缩率低。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。因为聚丙烯是弱极性高聚物，所以热黏合性和印刷也较差。聚丙烯可通过填充、增强、共混、共聚、交联来改性。如添加碳酸钙、滑石粉、无机矿物质等填料，可提高刚性、硬度、耐热性和尺寸稳定性；添加玻璃纤维、韵母、玻璃微珠等可提高拉伸强度，并可改善抗蠕变性、低温抗冲性；添加弹性体和橡胶等可提高抗冲击性能、透明性等。1.2聚丙烯的结构CH—CH2"Evi聚丙烯的的结构式是，是由丙烯单体经自由基聚合而成的聚合物。根据支链原子的位置，聚丙烯可以分为无规立构，等规立构，间规立构。目前应用的主要为等规聚丙烯，用量占90%以上。等规立构的聚丙烯支链原子分布在主链的同一侧。见图一聚丙烯分类图片一间规立构的聚丙烯支链原子间隔对称分布在主链两侧。见图二聚丙烯分类图二无规立构的聚丙烯的支链原子无规则分布于主链的两侧。见图三聚丙烯分类图三1.3聚丙烯的性质1.3.1物理性质可塑性好。PP是一种典型的热塑性塑料，它受热时易熔化，冷却时固化成型，且这一过程可以多次重复进行。由于这一特性，使聚丙烯加工成型十分方便，可以很容易用挤出、注塑、吹塑等方法直接加工成型。耐热性好。PP熔点较高，为164〜170°C（纯等归物熔点达176°C），软化点为150°C以上，是通用树脂中耐热性能最好的一种。密度小。PP相对密度为0.90〜0.91，是所有树脂中最轻的。良好的物理机械性能。PP拉伸屈服强度一般可达30〜38MPa，这也是通用合成树脂中最高的品种之一，它表面强度大，弹性较好，耐磨性良好。介电性能优良。吸水性小。抗冲击强度较低。这是PP的最大缺点，特别是在低温下其抗冲击强度急剧下降。但是可以通过共聚或共混功性来改善它的耐低温冲击性能。1.3.2化学性能聚丙烯具有优良的化学稳定性，它与绝大多数化学品接触几乎不发生作用，其热化学稳定性也好，在100°C下，无机酸、碱、盐溶液除具有强氧化性者外，其余对聚丙烯几乎都无破坏作用。聚丙烯是非极性有机化合物，对极性有机溶剂都很稳定，醇类、酚类、醛类、酮类和大多数羧酸都不哟使其发生溶胀。只有芳烃和氯代烃（苯、四氯化碳、氯仿等）在80C以下时对聚丙烯有溶解作用。由于聚丙烯结构中存在叔碳原子，因此易被氧化性介质侵蚀。聚丙烯在光、紫外线、热、氧存在的条件下会发生老化现象，使其变质，失去原有的性质。要使聚丙烯不老化是不可能的，只有通过添加抗氧剂、防老剂等来减缓聚丙烯的老化速度，改善其抗老化性能。1.4国内聚丙烯工业发展概况六十年代末，兰州化学工业公司石油化工厂从英国引进了采用Vickers-Zimmer（维克-吉玛）工业技术及常规催化剂体系的5kt/a溶剂法聚丙烯装置。1973年，北京燕山石化公司向阳化工厂利用国内研制的催化剂和溶剂法工艺，建成投产了一套5kt/a国产溶剂法聚丙烯生产装置。1975年，北京化工研究院等单位在络合I型催化剂的基础上研制成活性定向能力更好的络合II型催化剂即Ticl3-R2o（正丁醚）-Al（C2H5）Cl催化剂。络合II型催化剂不但可以用于溶剂法聚丙烯工艺，而且由于它的高活性和高定向能力，也为用于液相本体法聚丙烯工艺打下了良好基础。1979年，辽宁瓦房店纺织厂与大连物化所协作，建立了一套300t/a（1.5m3）聚合釜间歇式液相本体聚丙烯中间试验装置。随后，江苏省丹阳化肥厂于1978年首先建成一套4m3聚合釜千吨液相本体法聚丙烯装置，同年试车成功，在我国首先实现了液相本体法聚丙烯生产工业化。国内液相本体法（习惯称之为小本体法）聚丙烯工艺间歇式单釜操作工艺，该工艺以液相丙烯为原料，采用络合II型三氯化钛为催化剂，以一氯二乙基铝为活化剂，以H2为聚合物分子量调节剂。到1995年，全国已在约50个厂中建立近七十套国内液相本体法聚丙烯生产装置。80年代末，我国开始引进国外液相-气相组合式本体法聚丙烯工艺，使我国的聚丙烯生产技术达到了比较先进的水平。1989年扬子石化公司引进日本三井油化Hypol工艺建成140kt/aPP装置，1990年和1991年齐鲁石化公司和上海石化总厂先后采用Himont公司S-PP工艺建成70kt/aPP装置。其后，1992-1996年，抚顺石化公司乙烯化工厂，洛阳石化总厂，广州石化总厂，独山子乙烯工程，中原乙烯工程，茂名石化公司，大连西太平洋石化公司先后建成了这两种工艺的大型装置。与此同时，国内不断消化吸收世界先进工艺、设备技术，加紧实现催化剂、工艺技术设计与设备制造的国产化。自从20世纪90年代中期以来，我国聚丙烯生产和消费进入快速发展期，产能快速增长。生产所用原料逐渐采用多元化，生产规模逐渐扩大，产品自给率不断提高。随着聚丙烯产品应用开发及聚丙烯后加工生产的迅速发展，国内市场对聚丙烯的需求量越来越大。1994年我国聚丙烯产量接近86万吨，进口81万吨，1995年国产和进口都超过100万吨。在这种形势下，原中国石化总公司决定“九五”期间利用炼厂气丙烯资源建设一批大型聚丙烯生产装置，包括九江石化总厂、长岭炼化总厂、武汉石化厂、福建炼化股份公司、济南炼油厂、荆门石化总厂等六家企业的70kt/aPP，这六套装置均由中国石化北京石油化工工程公司（简称BPEC）承担设计采用国产化S-PP工艺建设而成。2002年初，上海石化公司采用中国石化自行开发的第二代环管工艺技术，建成20万吨/年PP装置。通过引进技术和吸收改造，国内聚丙烯生产技术目前已达到比较先进的水平。而且我国还在加快聚丙烯大型化建设，兰州、大庆、茂名石化在建20-30万吨/年PP装置，2004年底-2006年投产；中国石化、上海石化与BP公司合资组建的上海赛科石化公司在建25万吨/年PP装置，2005年上半年投产；中海油与壳牌公司合资的惠州南海石化项目在建24万吨/年聚丙烯装置，2005年底投产；福建炼化与埃克森美孚和沙特阿美合资的福建石化项目将建30万吨/年聚丙烯装置，2006-2007年投产。这些项目建成后可新增聚丙烯产能近150万吨/年。至2010年前这些项目建成投产，大大缓解了我国PP供需不平衡的状况。近几年，我国聚丙烯市场的需求量也是稳步增长的。2006年我国聚丙烯的表观消费量为870.00万吨，超过美国成为世界上最大的聚丙烯消费国家。2011年的表观消费量为1341.72万吨，同比增长3.59%。2选题依据随着我国聚丙烯生产技术的不断成熟，在武汉、济南、福建、长岭及九江等地陆续建成并投人运营的年生产能力为7万吨的聚丙烯生产装置就是采用国产化的环管式液相本体-气相本体组合法工艺。由于新建生产装置的设备的国产化率达到即80%以上，全套生产装置的总投资比进口同类型的生产装置节约40%~50%。后来，年产10万吨国产化的聚丙烯生产装置投入运行，这再次表明我国聚丙烯树脂的生产、设计技术的发展已迈进新的发展时期。但是与国际聚丙烯生产技术发展水平相比，目前国内聚丙烯生产中存在突出的问题依旧是单套生产能力太小，如：即使是在目前国内大型聚丙烯生产装置中，年生产能力超过10万吨的生产装置也少：燕山石化公司化工二厂、茂名石化公司乙烯工业公司、以及尚未竣工的大庆石化总厂；台塑聚丙烯有限公司等。而采用间歇式本体法生产工艺的聚丙烯生产装置，单套生产能力则更小。由于聚丙烯树脂的优异的性能价格比，使得国内聚丙烯树脂的市场需求量一直呈直线上升。这也刺激了国内聚丙烯的生产能力的扩建。3研究目标、研究内容和研究结果本设计以聚丙烯（pp）为原料，探索聚丙烯聚合的工艺流程，对其进行工艺过程的选择，恰当设备型号的选择，对聚合工段进行物料衡算和能量衡算，为进一步深入研究奠定基础。主要研究内容如下：聚丙烯的生产工艺流程设计。生产设备的选型。聚合工段的物料衡算和热量衡算。车间布置绘制相关的图纸。撰写较为完整的设计说明书。4方案可行性本设计在参考聚丙烯工业生产的基础上，根据有关的化工数据手册、化工工艺手册和化工设备机械基础，进行聚丙烯的设计的；本人有比较充分的高分子科学专业基础知识，进行过化工设计课程学习训练，因此，能够保障本课题设计任务的顺利完成。5工作进度4周：相关文献检索，撰写开题报告、调研报告，进行外文翻译5-7周：生产工艺设计，物料、热量衡算8-10:聚合工段设备计算13:车间布置14-16周：设计说明书的撰写，修改，答辩参考文献杨国建.聚丙烯技术现状[J].化学工业与工程.2010(05):36-40.⑵张华,于涛等.国内外聚丙烯生产及市场情况分析[J].弹性体.2010(03):81-84.崔小明.聚丙烯的供需现状及发展前景[J].化学工业.2008(05):27-35.安芳成.聚丙烯行业发展现状市场分析[J].化工进展.2012(01):257-262荆门石化.年产七万吨聚丙烯生产技术资料[M].荆门石化出版社.1989:22-50.徐艳.赵成才等.透明聚丙烯制备工艺技术研发进展[J].高分子通报.2010(04):32-40.张