聚丙烯生产工艺计算

聚丙烯生产工艺计算第一节主催化剂和助催化剂的配比计算一、主催化剂配比的计算主催化剂（FT4S或GF2A）的配制一般用加热至70℃的油脂混合物来配制（油脂比例为2：1），此时油脂混合物的比重为0.85，常温下油脂混合物的比重为0.89（10℃），假设主催化剂一桶为85kg，比重为1.8，在生产上一般要求配制成200g主催化剂解：由题意得：∵85kg主催化剂配制成浓度为200g主催化剂/l催化剂膏的总体积为：85/0.2=425（l）（10℃其中85kg主催化剂所占体积为85/1.8=47.22（l）∴主催化剂膏中油脂体积为：425－47.22=377.8（l）（10℃∴10℃377.8×0.89=336.242（kg）∵油：脂=2：1∴需要脂为：336.242×1/3=112.08（kg）需要油为：336.242－112.08=224.16（kg）另外，加入的油脂体积为：V70℃·d70℃=V10℃·d10℃V70℃·0.85=377.8×0.89V70℃=395.6（l）∴要将85kg主催化剂配制成200g主催化剂/l催化剂膏所需加入70℃的油脂混合物为395.6（l），每kg主催化剂所需加入的油脂为：395.6/85=4.65（l在实际配制过程中，可根据上述计算方法进行。例如：要将一桶主催化剂配制成200g主催化剂/l催化剂膏，只要将主催化剂净重乘以4.65l即是所加入的油脂量。再从仪表上设定即可。二、低浓度给电子体（DONOR）的配制不同的产品在生产中要求加入的给电子体量也不同，为了提高操作的灵活性，一般要准备100%和25%两种浓度的给电子体。低浓度DONOR用已烷配制。已知：Donor的比重d420=0.947，已烷的比重d420=0.82，设需要配制500kg浓度为25%（wt）的Donor溶液，计算所需加入的已烷量？解：由题意得：∵500kg浓度为25%（wt）的Donor净重：W=500×25%=125（kg）∴所需要加入的已烷体积：V=（500－W）/0.82=（500－125）/0.82=457.3（l）∴需配制500kg浓度为25%（wt）的Donor，要加入Donor为125kg，已烷为457.3（l）。第二节工艺操作计算一、物料衡算知识简介1.质量守恒定律在物理变化过程中，变化前后各物质的总量及各单元组分的量都保持不变。在化学变化过程中，改变的是物质的性质，但变化前后，物质的总量不变，即参加反应的物质的总量等于反应后生成的物质总量。质量守恒定律又叫物质不灭定律，即参加反应的总量等于反应后生成的物质总量，是物料衡算的理论基础。2.物料衡算物料衡算是质量守恒定律的一种表现形式。依此定律：凡引入某一设备进行操作的物料质量，必须等于操作后所得产品的质量，但在实际操作中物料不可避免有损失，所以输出的量较输入的量少，其差值为物料损失量,即：输入量=输出量+损失量上式适用于整个过程，也适用于任何一个步骤。在物料衡算中，可以做总的物料衡算，也可以对混合物中某一组分做部分的物料衡算。在实际操作中，物料衡算可以揭示原料的浪费和操作运行的好坏及生产过程的完善程度。物料衡算愈细，则表示对操作的了解愈深入，愈全面。物料衡算又是能量衡算和设备计算的基础。在算时要注意两点：一是计算范围，二是计算标准。计算范围是指从哪里开始计算进料点，又从哪里计算出料点，这要根据需要设定。如计算一台设备，一般把这台设备作为计算范围。为了更加明确，可用方框注出，如图5-1。S1S3S4S2S5图5-1物料衡算框图由上图可得：S1+S2=S3+S4+S5计算基准是指在计算过程中的标准，如单位等，它必须统一、明确。比如：采用计算每小时产品的产量为基准来计算每小时的原料量和中间产品产量。二、关于三乙基铝（TEAL）和给电子体(DONOR)实际比率设定在实际生产中，TEAL和DONOR的比率是根据产品牌号确定的，只要设定适当的丙烯量，则TEAL和DONOR的量自然就确定。但在实际生产中，由于两台仪表量程不同，精确度不同，因此TEAL和DONOR的比率设定必须经过校对才能准确设定。1.设某种聚丙烯产品要求TEAL（kg/h）/PR（t/h）=0.2，进料PR流控表范围为0～25t/h，TEAL流控表范围是0～5kg/h，问TEAL流控表的实际比率是多少？解：TEAL流控表的实际比率=TEAL流控表输出值（PV）/TEAL流控表量程PR流控表输出值（PV）进料PR流控表量程=0.2×（25/5）=1.0TEAL流控表的实际比率为1.02.设某种产品要求TEAL（kg/h）/Donor（kg/h）=22，且Donor浓度=50%（wt），Donor流控表范围为0～2.5kg/h，问Donor流控表的实际比率是多少？解：Donor流控表的实际比率=Donor流控表输出值（PV）/Donor流控表量程PR流控表输出值（PV）PR流控表量程∵TEAL/Donor=22∴Donor流控表的实际比率=TEAL流控表输出值（PV）/PR流控表量程22×50%×PR流控表输出值（PV）Donor流控表量程=0.2/2522×50%2.5=0.1818∴Donor流控表的实际比率为0.1818三、氢气加入量的计算设丙烯流量为18.5t/h，在线分析仪测得H2在丙烯中的浓度为400ppm，问H2的加入量为多少？解：由题意得H2的加入量=丙烯流量/MPR·（H2在丙烯中的浓度）×2=18.5×106÷42×400×10-6×2=352.38（g/h）=0.3524（kg/h）即H2的加入量为0.3524kg/h四、催化剂（cat）活性（收率）的计算根据聚合物的产量、主催化剂的浓度和用量可计算催化剂的活性。设聚合物产量为10t/h，主催化剂的浓度为200g主催化剂/l催化剂油膏，注射器D108A/B中主催化剂油膏下降量为h=63.7mm/h，D108A/B的直径为Φ200mm解：主催化剂的加料量=3.14×1×0.637×200=400主Cat/h催化剂的活性=聚合物产量/主催化剂用量=10×103（kg/h）/400（g/h）=25kg聚丙烯/g主催化剂∵Ti占主催化剂的2.3%Ti的活性=25/2.3%=1087.0（kgPP/gTi）五、聚合物产量的计算和估算聚合物产量的计算和估算，是判断装置负荷，运行状态的一个主要方面。1.从界区流量的参数来判断聚合物的产量。设进装置丙烯为10.245t/h，尾气排放为243kg/h，问聚合物的产量是多少？解：设聚丙烯装置生产稳定，各工艺参数控制良好，保持不变，则聚丙烯产量=10.245－0.243=10.002（t/h）2.由主催化剂用量来计算聚丙烯产量，设h为注射器D108的下降量（单位为dm/h），假定为60mm/h，D108的直径为200mm，主催化剂膏的浓度为200g主催化剂/l油膏，GF2A的活性按28kg聚丙烯/g主催化剂计，问聚合物的产量？解：据题意：聚合物产量W=πR2h·200·28/1000=3.14×1×h×200×28/1000=17.548h（t聚丙烯/h）∵h=60mm/h=0.6dm/h，∴W=0.6×1.7548=10.53（t聚丙烯/h）即聚合物的产量为10.53t/h3.设丙烯进环管量为18.5t/h，回收量为7.02t/h，排放气为243kg/h。求聚合物产量？解：聚合物产量=丙烯进环管量－丙烯回收量－排放气=18.5－7.02－0.243=11.2t/h即聚合物产量为11.2t/h。4.设环管进料为18.5t/h，环管出料淤浆浓度为560～570kg/m3，排出浆液中聚丙烯含量为50～55%（wt），求聚合物最大产量？解：由题意得W=进料量×排出物含量=18.5×55%=10.2t/h即聚合物最大产量为10.2t/h。六、对环管各参数的计算：1.对大环管R201的计算（单环管）设进料丙烯流量为18.5t/h，环管内浆料密度D=560kg/m3，环管温度为70℃（1）环管中聚合物的重量百分比浓度Q（2）环管中单位体积丙烯中聚合物浓度A（3）丙烯的单程转化率Y（4）环管反应器中聚丙烯的产量（5）每m3浆液中有多少立方米丙烯VPR和聚丙烯V解：（1）查表：70℃时，dPR=400kg/m3，d聚丙烯=900kg/m由题意得，每1m3D·Q/900+（D－D·Q）/400=1代入D=560kg/m3，得Q=51.43%（wt）（2）环管中单位体积丙烯中聚合物浓度AA=D·Q（D－D·Q）/400=400Q（1－Q）=423.5（kgPP/m3PR）（3）丙烯的单程转化率Y（也就是说每吨丙烯进入环管后，经过反应，从LV231出来生成聚丙烯的重量百分比例）。Y=Q=A/（A+400）×100%=51.43%（4）环管反应器中聚丙烯的产量均聚物产量=丙烯流量·Y=18.5×Y=9.51（t/h）（5）每m3浆液中的聚丙烯和丙烯量分别为V聚丙烯、VPR则V聚丙烯=D·Q/900=560×51.43%/900=0.32（m3聚丙烯/m3浆液）∴VPR=1－0.32=0.68（m3PR/m3浆液）2.设小环管R200夹套补充水量为2000kg/h，夹套水往返温度差为11.2℃解：R200产量=R200换热总量/丙烯聚合热=[（冷冻水的补水量）×（进水与回水的温度差）×1kcal/kg·℃]/丙烯聚合热=（2000×11.2×1）/500=44.8（kg/h）∴预聚合产量为44.8kg/h。3.已知温度为70℃时，C3=密度为400kg/m3，聚丙烯密度为900kg/m3，DIC241（PV）=560kg/m3。求R201的装填量（V=50m解：（1）求R201中浆液的浓度Q：由题意得，每1m3D·Q/900+（D－D·Q）/400=1代入D=560kg/m3，得Q=0.5143（kgPP/kg浆液）（2）环管中每1m3A=D·Q=560×0.5143=288（kg/m3）（3）R201的装填量为：W=A·V=288×50=14400（kg）4.已知70℃时，C3=密度为400kg/m3，聚丙烯密度为900kg/m3，浆液浓度为50%，试求70解：设70℃0.5·x/400+0.5·x/900=1x=400×900×2/（400+900）=553.8（kg/m3）七、聚合物在不管反应器中平均停留时间的计算：1.设环管浆液密度D为570kg/m3，进料丙烯流量为18.4t/h，小环管丙烯进料为3000kg/h，大环管R201的体积为50m3，小环管R200的体积为0.46m3，大环管中聚合物浓度Q为0.5143kg解：查表：20℃时丙烯的密度d20=510kg/m大环管的平均停留时间：τ201=大环管容积大环管进料体积流量=50×57018.4×103=1.55（h）小环管的平均停留时间（因为在小环管中聚丙烯含量仅为浆液的2%wt很小，所以小环管浆液密度按丙烯密度计）τ200=小环管容积小环管进料体积流量=0.46×510×603000=4.6（min）2.设环管密度为570kg/m3，环管中聚合物浓度Q为0.5143kg聚丙烯/kg浆液，若聚合物产量为9.45t/h，求平均停留时间？解：∵D=570kg/m3，Q=0.5143kg聚丙烯/kg浆液∴环管中每立方米浆液的聚合物产量为：W=D·Q=570×0.5143=293.15（kgPP/m3）∴环管中聚丙烯量=（环管体积）×（每立方米浆液中聚合物量）=50×293.15=14657.5（kg）=14.6575（t）当聚合物产量为9.45t/h时，停留时间为：τ=环管中聚合物量聚合物产量=14.6575/9.45=1.55（h）当环管密度一定时，不同的产量对应于不同的停留时间。八、单体转化率及产品物耗的计算1.设装置的新鲜丙烯进料量为5.8t/h，装置的废气放空量为215kg/h，求丙烯的单体转化率和物耗？解：丙烯的单体转化率=（5800－215）/5800×100%=96.3%物耗（单耗）=单体转化率-1=（96.3%）-1=1.04（kgPR/kgPP）第三节风送系统的计算固体颗粒的风送计算有多种方法，现将比较常用的一种方法作一介绍，虽然有许多内容是有关工艺设计计算的，但对于风送系统的学习认识以及生产操作仍有很好的指导意义。一、输送管当量长度的计算在输送管布置确定的情况下可以求出当量长度。一般取900长半径弯管的当量长度为8m，450长半径弯管的当量长度为5m，直管长加上各弯头的当量长度，即为全程当量长度。二、输送气耗量的计算输送气耗量均定于物料的表观密度，由图5-2选择风速，然后按选定的管径查图5-3求出输送气的量。图5-2物料表观密度与风速关系三、输送物料量与耗气量的重量比在风送计算图5-3上由耗气量和输送物料量两根标线找出两者的重量比，若比值小于15则原定管径合适，若比值大于15则原定管径偏小，应选择较大管径。四、设计因数的求解在风送计算图6-4上由选定的风量、风管直径，便可求出设计因数。五、压力降的计算在风送计算图6-5上由设计因数标线与当量长度标线与中线相交，再由中线和送料量/耗气量比值标线找出风送系统的压力降，如求得的压力降大于0.07MPa，则另选择较大的直径，直到压力降低于0.07MPa，则选取的管径合适。六、风送所需功率的计算在图6-6中，由系统压降和风送耗气量即卯求出风送所需的功率。例：已知聚丙烯的堆积密度为470kg/m3，用氮气输送，距离为100m，其中900长半径弯管5个，450长半径弯管2个，输送量为6t/h，求：输送气耗量、压力降、风机功率。解：1.求全程当量管长100+8×5+5×2=150m2.求输送气耗量由堆积密度为470kg/m3查图5-2得风速27m/s，选择输送管内径为d=150mm，查图5-3得耗气量14.16m3/min（500ft3．求固、气重量比查图6-2得物料—风量重量比为4.5，说明管径合适。4．求设计因数查图6-4得设计因数为605．求压力降查图6-5的压力降为0.0155Mpa（2.21b/in2），小于0.07Mpa故管径合适。6．求风机功率按系统压降2.21b/in2,风量500ft3/min查图6-6得风机功率为6.5Btu。计为735×6.5×图5-3风送算图（1）图5-3风送算图（2）（1ft=0.3048m,1in=0.0254m,1ft3=0.028316m3）(1ft=图5-4风送算图（1in=0.0254m,1ft3=0.028316m图5-5风送计算图（4）(1ft=0.3048m,1b/in2=6.8948Kpa)图5-6风送算图（1b/in2=6.8948Kpa,1Btu=735W,1ft3=0.02832m第四节其它计算一、催化剂Al/Ti比的计算、Si/Ti的计算设均聚物生产中，Donor的流量为0.15kg/h，TEAL的流量为1.87kg/h，D108中主催化剂膏的下降量h=35.4mm/h，求Al/Ti及Si/Ti？解：∵TEAL分子量为114，Ti的原子量为47.9，Donor分子量为188，D108内径为200mm，主催化剂膏浓度为250g/h，Donor浓度为50%，固体主催化剂中Ti含量为2.3%∴Al的摩尔数=TEAL的流量/分子量=1.87×1000/114=16.465（mol/h）Ti（mol）=（催化剂膏下降量）·πR2·（主催化剂膏浓度）·（Ti含量）/47.9=0.354×3.14×12×250×2.3%/47.9=0.1335（mol/h）Si（mol）=（Donor的流量）×50%/188=0.15×1000×50%/188=0.3988（mol/h）∴Al/Ti=16.465/0.1335=123.3Si/Ti=0.3988/0.1335=2.988实际生产中，一般要求Al/Ti=50～150,为了保证催化剂(Ti)的最低活性，一般采用Al/Ti=100～130。二、聚合物的放大倍数和聚合物的放大尺寸与催化剂（Cat）.克里尺寸的计算。1.设催化剂GF2A的活性（Mileage）为25000g聚丙烯/g催化剂,GF2A催化剂平均颗粒尺寸为φ10～φ15μm（FT4S催化剂平均尺寸为φ60μm），求：聚合物的放大倍数及尺寸。解： 聚丙烯产量活性=（宏观）cat.用量一个聚合物的颗粒重（微观）=一个cat.的颗粒重===∴聚合物的放大倍数Rf==(Mileage×2)1/3=(25000×2)1/3=36.84即聚合物尺寸φ聚丙烯=Rf·φcat.=36.84×(10～15μm)=0.368～0.553μm2.从聚合物粉料的中间分析（颗粒尺寸大小），反算出催化剂的活性。设FT4S颗粒平均直径60μm，经尺寸分析聚合物粉料颗粒平均尺寸在2.5～2.8mm，求活性（Mileage）。解：2500～2800μmRf==41.67～46.47