15万吨聚丙烯生产工艺设计

---计算部分、用户手册 1.1聚丙烯概述 7-1.2聚丙烯的性质 1.3聚丙烯工艺发展过程 7-1.4几种主要聚丙烯工艺 9- 1.4.4Unipol气相工艺 1.4.5Amoco/Chiaso气相 1.5新型催化剂体系的优势 1.5.1PP生产工艺的优化和改善 1.5.2PP产品性能的改进和提高 1.5.3高刚性、高结晶度的产品 1.5.4薄膜产品性能的改善 1.5.5纺粘纤维和熔喷纤维 2.1工艺原理 2.2催化剂的选定 2.3生产工艺的选定 2.4工艺流程草图 2.5工艺流程概述 2.5.1聚合区工艺 2.5.2造粒区 2.5.3包装区 2.5.4循环水场 3.1设计名称 3.2设计条件 3.2.1全套装置工艺参数 3.2.2丙烯进料量(按小时计算) 3.3催化剂用量 3.4R200小环管的物料衡算 23-3.5氢气用量 3.6R201大环管反应器的物料衡算 3.7D301闪蒸罐的物料衡算 25-3.8F301布袋过滤器的物料衡算 3.9T301循环丙烯洗涤塔的物料衡算 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计算依据 4.2R200小环管的热量衡算 4.3R201大环管反应器的热量衡算 4.4D301闪蒸罐的热量衡算 4.5D501气蒸罐的热量衡算 4.6D502干燥罐的热量衡算 第五章设备选型 5.1R200小环管的选型 5.1.1R200小环管的工艺参数 35-5.1.2主要作用 5.1.3选型 5.2R201大环管反应器的选型 5.2.1R201大环管反应器的工艺参数 5.2.2特点 5.2.3选型及结构 5.3设备一览表 38-6.1市场分析和建设规模 6.2工艺技术 前言此次设计的题目：年产15万吨环管法聚丙烯合成车间工艺及聚合工段设计，共分为五个部分：文献综述、工艺流程设计、物料衡算、能量衡算以及设备框算。文献综述介绍了聚丙烯的性能、生产工艺、晶型、产业发展现状、用途以及催化工艺流程设计详细介绍了工艺原理、生产工艺的选择及催化剂的选用，着重叙述了聚合的工艺流程，使我们对整个生产过程有了充分的认识，还对装置及一些化学介在物料衡算中，根据生产流程对主要设备的进出料情况做了衡算，确定进出设备在设备框算中，则包括了车间内各主要单元的化工计算过程，确定各设备的有效容积、结构尺寸、传热面积等。同时，根据设计的需要绘制了聚合工段的工艺流程图、循环丙烯洗涤塔的装配图、车间的平面布置总图、设备平面布置图和设备立面布置图。本次设计虽然经过多次修改，但难免存在不妥之处，望各位老师在检查过程中给予纠第一章文献综述聚丙烯由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。有等规物、无规物和间规物三种构型，工业产品以等规物为主要成分。聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯共聚物在内。通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化,故熔点高达167℃左右，耐热，制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密度0.90g/cm³,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。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。聚丙烯无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可在100度左右使用.具有良好电性能和高频绝缘性不受湿度影响，但低温时变脆、不耐磨、易老化。适于制作一般的机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用，且可用于食具。由于聚丙烯制品具有重量轻，抗冲击强度高、耐环境(耐高低温、耐污染、耐潮湿、耐老化)性能好，长寿命等优点。应用范围不断的扩大，逐渐取代金属和其他塑料、木材、化学纤维等，用于包装、运输、纺织、建材、家具、家电、日用品等诸多领域。因此今后10年聚丙烯的需求将继续保持高速增长的态势，并且在纺织纤维、薄创了聚丙烯技术的新时代。聚丙烯生产最初采用的是淤浆工艺，催化剂活性很低，生产规模很小，工艺冗长落后，设备复杂。由于采用己烷等溶剂作稀释剂，不仅需要脱催化剂残渣和脱无规物工序，而且还需设置溶剂回收工序和设备。因而使设备投资费用高，工厂占地的面积大，操作和维修人员多等一系列问题。随着科学技术的进步和生产的发展，出现了溶剂工艺，即以某种溶剂作稀释剂将丙烯稀释，反应过程在液态下进行。但此方法也存在缺点，如需要脱灰和脱无规物，需因而又研究出本体工艺。这种工艺不需要专门的溶剂作为稀释剂，而是甩液态丙烯本本体工艺进一步演变为液相本体和气相率体两种工艺。到现在为止，气相工艺是最先聚丙烯是世界五大通用合成树脂(聚乙烯、聚丙脂)之一，近年来我国的产量增长很快，200年又突破5000kt增长到5229.5kt,2006年增长到5841.5kt,比上年增长11.7,创历史产量最高纪录。2002年至2006年连续5年增长幅度保持两位数。2007年1～7月全国规模以上企业聚丙烯产量已到达4041.6kt,同比增长18.6,为历史同期最高的水平，也有石油裂解气分离的丙烯，虽然以炼厂丙烯为原料时，气体乙烯、丙烷、炔烃和二烯烃等杂质含量符合高效催化剂聚合时的要求，但由于其分离聚丙烯催化剂中毒而活性下降，影响装置的正常生产，同时也导致聚丙烯产品·些主因此，原料丙烯的净化显得十分重要。聚合催化剂对原料丙烯的要求和某些聚丙烯装得了很大的进步，这使得聚丙烯技术进一步向前推进，各种工Montell公司是当今世界上最大的聚丙烯生产商和技术转让厂商。它的Spheripol工艺是其前身Himont公司于1982年创立的，目前全世界采用Spheripol工艺的生产线已多达84条，产量达到12.8Mt/a,约占全世界PP总产能的50%,1997年Monte|1公司[9对Spheripol聚丙烯工艺进行了重大改进，进一步扩展了装置的生产操作弹性，优化各生产工序的运转条件，提高了聚丙烯产品的质量和加工性能。拓宽了新产品的应用领域。使采用该工艺生产的产品具有更为广泛的应用范围和更加优越的加工性能。新一代工艺技术的改进和优化的核心内容是新型催化剂体系的开发和运用，其工艺流程的新设计和优化主要是围绕上述核心技术而开展的。目的是扩大产品工艺、日本三井油化公司的Hypol工艺、德国BASF公司的Novolen工艺、联合碳化物公该工艺包括助催化剂和催化剂的制备、顶聚合和聚合反应、聚合物脱气干燥、添加剂进料和造粒以及包装运输。聚合反应在环管式反应器中进行，所有原料都以稳定的速率和适当配比输入环状反应器中反应压力为2.9～3.0MPa(表),温度为60～70℃,对压力、温度和淤浆密度可以进行监测和自动控制。聚丙烯颗粒进入装袋系统，自动将产品称重、装袋和缝合，再送入传送带用金属探测器用于检测产品是否含有金属粒，能把混有金属粒的袋子自动别出。合格产品袋子被送入码垛机，最后进入仓库。这种工艺稳定可靠，产品范围宽、品种多、质量好，在世界上转让的厂家很Hypol工艺采用日本三井油化公司的专利技术，它是一种液相和气相结合的本体工艺，采用HYHS-Ⅱ第二代高效高立体定向催化剂。全套生产线由原料提纯、催化剂进斟、聚合、干燥、造粒、包装和码垛诸工序组成。改进后的Hypol新工艺，聚合反应分为65～75℃,依靠蒸发冷凝回流系统带走反应热。聚合形成的浆液进入第二段气相反应釜，操作压力为1.67～1.92MPa(表),温度为80℃。进入反应器的液态丙烯靠聚合反应热加热并蒸发。聚合物流化所用气体从气相反应器的下部吹进，并进行循环。聚合物干燥后送入挤压造粒工序，聚合物通过筛板筛选后被挤压，经模板进入水下切割机，把挤出的聚合物切成小颗粒。一条包装生产线的能力为17.5t/h,用自动称重检查器对装袋的粒料进行称量、检测，将合格产品袋子送入打印机，再送入码垛机码公用工程发生故障等情况提供保护措施。主要有全线紧急停车系统、局帮停车系统、手控启动系统、易燃气体报警系统等。同时该工艺还设置有工艺联锁系统，在紧急情Hypol工艺的最大优点是丙烯聚合采用了最好的催化剂即HYHS一Ⅱ,这种催化剂的活性相当高，其效率高达It聚丙烯/g钛。由于采用了高活性的催化剂，可不脱灰不Novolen工艺是最早发展起来的气相聚丙烯工艺之一，早在1969年第一套工业化不断革新和完善，同时把催化剂技术和新产品开发作为自己工作的重心。BASF的催化规共聚物只需…个反应器，因而很经济。同时，产品完全可以满足链塑、双向拉膜、纤维、单丝、热望成形、吹塑成形和挤压成形的要求。工艺流程主要由丙烯提纯进料、催化剂制备、添加剂制备及加入、聚台、挤压成形、装袋和码垛等部分组成。控制系统采取以微处理机为基础的集散式控制系统。该工艺的主要缺点是工艺流程长，如催化剂加工工序和设备既多又复杂，因而后处理和回收系统流程很长。同时，建厂投资Unipol聚丙烯工艺是把美国联合碳化物公司的气相流化床技术与壳牌公司的SHAC超高活性催化剂融为一体。这种工艺简单、灵活、安全和经济。采用这种工艺可省掉催化剂钝化、脱灰、脱无规物和后处理工序。联合生产线稳定可靠，切换产品有很大灵活性，能生产多种用途产品。由于工艺和设备简单，可靠性高，因而大大减少了维修工作量，节省操作和维护人员。该工艺能耗低，效率高，工程建设投资少，建设工期短。谤工艺主要由原料供应和净化，催化剂制备、聚合、树脂脱气和回收、加添加剂和造粒等部分组成。丙烯经过净化和干燥后送入反应系统。反应系统由1台反应器、1台循环气体冷却器和1台循环气体风机组成。反应在压力约3.5MPa、温度60～70℃的条件下进行。提纯后的丙烯、氢、SHAC催化粒状树脂。含有气体反应物和惰性气体的循环气物流在风机作用下连续通过循环气路进行循环。循环气的作用是让反应器里自由流动的粒状树脂流化起来，同时把聚合热带走。经过净化达到产品质量要求的树脂进入造粒系统。添加剂加入、遣粒、包装、码垛等工艺和设备与其他工艺基本相似。Unipol聚丙烯工艺采用现代比较简单的控制系统进行监测控制。主要采用常规变量闭路对流量、温度和压力进行控制，有些控制和监测靠计算机完成。由于该工艺具有一系列独有的优点，因此是一种很有发展前途的1.4.5Amoco/Chiaso气相法工艺该工艺是美国Amoco公司开发的，1975年开始的中型试验。1979年Amoco公司在美国得克萨斯州建成丁一座采用气相法工艺的工业化聚丙烯工厂。由于既不脱灰，也不脱无规物，因而在低建设投资和低制造成本方面得到好处。该工艺是将超高活性催化剂和Awuoco公司的气相工艺相结合开发的丙烯共聚物工艺。采用这种工艺时，丙烯在高活性催化剂的作用下以气相状态不断进行反应，形分离和催化剂脱活之后，将粉料造粒并搅匀以各运输。该工艺是由催化剂设备、聚合和成品处理三个工序组成。工艺采用卧式反应釜，主要特点是投资费用低，产品品种多，质量高，操作稳定，工艺安全而且能耗低。但由于设备较其他几种工艺复杂和使由于聚丙烯合成对催化剂的要求很高，好的催化剂可以使聚丙烯的产率和纯度提高，使用双醚类新型催化剂体系，其优势可体现在PP生产工艺和产品质量的提高两个4)无需外给电子，催化剂本身可设计成使产品具有6)由于新型催化剂对氢气反应更为有利，因此，均聚、无规共聚、嵌段共聚的MFR的控制范围扩大，特别是因为它具有分子量分布窄的特点，使得以往用过氧化物进行流变控制的操作方法可以被取代，这可以降低成本，并避免由于过氧化物降解所新工艺技术与新的催化剂体系相结合，使聚丙烯的分子量分布、挠曲模量、等规度，抗冲击等性能指标有了较明显的改善。这类树脂具有很高的结晶度和刚性，光泽度好，较大幅度地提高了均金山油化纤聚物、无规共聚物和抗冲共聚物产品的各项指应用新型催化剂并结合新双峰技术生产的产品具有更宽的分子量分布和高的等规度，可将产品挠曲模量提高了45,而单独使用新催化剂和新双峰技术则可提高I3和应用新型催化剂并结合新双峰技术7使产品的分子量变得更宽，生产的BOPP产品的拉伸性能得到了改善，使之更适应新型BOPP高速生产线的高速拉伸要求。均聚PP产品进一步改善了刚性，在用于芯层料时具有很大的优点，同时，耐热性能、光学性能4)高流动性，适用于生产高速纺丝和细旦纺丝产品(速度>4500m/rain);同时也改善了抗冲击性能。在吹膜、注膜、拉膜和热定型生产中，产品在透明度、光泽度、冲击性能、化学稳定性、水气阻隔性等方面都有了不同程度的改进，可部分替采用新催化剂体系改善了抗冲击共聚产品的刚性/抗冲击性的平衡，形成了又种抗冲击共聚产品系列。由于新技术的采用给抗冲击共聚产品带来了以下几个明显的中国聚丙烯的工业W生产始于20世纪70年代，经过30多年发展，已经基本上形成了溶剂法、液相本体-气相法、间歇式液相本体法、气相法等多种生产工艺并举，大中小型生产规模共存的生产格局。现在中国的大型聚丙烯生产装置以引进技术为主，中型和小型聚丙烯生产装置以国产化技术为主。中国聚丙烯在以后几年里产量会有较大的增长，但生产仍然供不足需，中国已经成为全球最大的聚丙烯净进口国。但由于国内产量很快增长，进口依存度总体上呈下降趋势。中国聚丙烯未来几年内，表观消费量依然会保持较高增速，进口量将会增大，聚丙烯产业在中国的前景广阔。1.随着科技发展，对聚丙烯的需求量及品种将会进一步增加。因此，科研人员应2.由于催化剂的性能和质量是决定聚丙烯品种和质量的最关键的因素，因此，目日本三井油化的HYHS-Ⅱ高效高立体定向催化剂的活性高达1t聚丙烯/s钦，皆高于其他几家公司的催化剂。我国目前引进的几套大型聚丙烯装置都使用进1:1的催化剂。所以，加快研制国产的高活性催化剂是摆在我国科研人员面前的一项紧迫任务。3.要增加聚丙烯品种，提高聚丙烯的质量，扩大应用范围，必须注重开发新型添加荆和改性剂。虽然在这方面已取得不少成果，但仍需继续努力。并要开发更多的新4.寻求不造粒新工艺。就造粒工序而言，耗电多，设备昂贵。若能开发出使粉片状聚丙烯存放期延长而不变质的新工艺，省掉造粒工序，则能大大降低成本，提高经第二章工艺流程设计NaOH+nH₂O=NaOH.nH₂OT701为汽提塔，利用汽提塔的操作原理脱除丙烯中的轻组分，尤其是一氧化碳。①向单体转移②向氢气转移③向烷基铝转移1I/OI④链终止2.2催化剂的选定该技术自1982年首次工业化以来，是迄今为止最成功、应用最为广泛的聚丙烯生产工艺。Spheripol工艺是一种液相预聚合同液相均聚和气相共聚相结合的聚合工艺催化剂活性达到40kgPP/gcat,产品等规度为90%-99%,可不脱灰、不脱无规物),生成的PP粉料粒度呈圆球形，颗粒大而均匀，分布可以调节，既可宽又可窄，可以生产全范围、多用途的各种产品。预聚合反应是在均聚反应之前先将催化剂组分同少量丙烯预先进行聚合反应，以保护催化剂和聚合产品的颗粒度。预聚合是液相聚合，采用管反应器，每组反应器由四根管子组成。目前改进的Spheripol工艺的环管反组环管组成，通过对立管根数及其直径的不同设计来适应不同的处理能力，反应热通过环管外壁夹套内循环流动的水来撤除。嵌段共聚反应则采用气相法，反应器是一个或两个串联的密相流化床反应器。该工艺采用独特的环管式反应器，具有单位体积传热面积大，总传热系数高，单程转化率高、流速快、混合好、不会在聚合区形成塑化块、产品切换牌号的时间短等优点，而且结构简单，材质采用低温碳钢即可。环管反应器则是利用轴流泵使浆液高速循环，通过夹套冷却撤热，由于传热面积大，撤热效果好，因此其单位反应器体积产率高，能耗工程消耗低，人工费和三废处理等费用也少，生产成本较低，因此S表2-1几种聚丙烯工艺对比工艺名称淤浆法工艺溶液法工艺气相法工艺特点1.丙烯单体溶解在惰性液相溶剂中(如己烷中),在催化剂作用下进行溶剂聚合，聚合物以固体颗粒状态悬浮在溶剂中，采用釜式搅拌反应器；2.有脱灰、脱无规物和溶剂回收工序，流程长，较复杂，装置投资大，能耗高，但生产易控制，产品质量好；3.以离心过滤方法分离聚丙烯颗粒，再经气流沸腾干燥和挤压造粒；1.使用高沸点自链烃作溶剂，在高于聚丙烯熔点的温度下操作，所得聚合物全部融解在溶剂中呈均相分布；2.高温气提方法蒸发脱除溶剂得熔融聚丙烯，再挤出造粒得粒料产品；3.方法工艺流程复杂，且成本较高，聚合温度高，采用特殊的高温催化剂使产品应用范围有限；1.系统不引入溶剂，丙烯单体以气相状态在反应器中进行气相本体聚合；液相本1.系统中不加溶剂，丙烯在反应器中进行液相本体聚合，乙烯丙烯在流体法(含液相气相3.均聚采用釜式搅拌反应器，或环管反应器，无规共聚和嵌段共聚在搅组合式)2.4工艺流程草图区气进入尼区气进入尼添加丙端单体小环谷反应器中预柴大环营反应器气因分幽自同化废料和区气进入问监丙烯粉料送去造粒物料进入十燥罐十燥罐丙烯气体体精制来，罐k2.5工艺流程概述聚合区分为000#、100#、200#、300#、500#、600#、700#、制氢站等工段。本装置使用的催化剂分为主催化剂和助催化剂三乙基铝(TEAL)、给电子体(DONOR)。TEAL密封在钢瓶内贮存和运输。首先利用N₂将TEAL从钢瓶压送到TEAL贮罐D111,再分批压送到TEAL计量罐D101。D101中的TEAL按照一定的流量控制通过计量泵P101精确地输送到催化剂混合罐D201。DONOR对产品的等规度调节具有重要的作用。使用时先将100%DONOR溶液通过气动泵P103送至给电子体贮罐D110A/B。为了方便计量，并根据产品性能的不同要求，再向D110A/B中加入一定量的白油，配成不同浓度的DONOR溶液。本装置一般使用10%和30%两种，配制好的DONOR溶液按照一定的流量控制通过P104精确地输送到D201。DONOR系统必须在N₂封状态下使用和保存。配制主催化剂膏体所需要的脂先在E102中进行加热，熔化后通过齿轮泵P105送至油脂混合罐D105,再按照油：脂为2:1的比例向D105中加入白油。通过Z110鼓泡排气后待用。使用时需将D105升温至70℃,按需要量通过P105将加热好的油脂混合物送到催化剂分散罐D106中，主催化剂从D106上部的HV136振动加入。通过严格的配制程序，最后将主催化剂混合在10℃的油膏中，以保证主催化剂能均匀地加入P108打出的油进入D108顶部，通过对活塞的压力，将D108中的催化剂送出至D201,通过对油的计量可以精确地计量催化剂的加入量。主催化剂、TEAL、DONOR在D201中被混合均匀，温度控制在10℃。主催化剂在D201中被活化。催化剂混合物通过D2Z203中，同时由FV204控制的、流量为3300kg/h的一股丙烯也同时加入，并一起进化剂进入环管反应器时，这个薄层起保护催化剂的作用，防止催化剂在突遇高温时发生爆裂，生成大量细粉。经过预聚的催化剂再进入到环管反应器R201中。氢气在本装置的作用是分子量调节剂。装置内使用的氢气由制氢站供给，制氢站包括水电解制氢装置和氢气纯化装置两部分。由水电解产生的氢气经过催化脱氧、吸附干燥后得到高纯度的氢气，进入到氢气贮罐D993中。D993的压力控制在1.2-本装置使用的丙烯由中转罐区送来。丙烯先进入固碱塔T001和分子筛塔T002,除去其中大量的水分，精制合格后的丙烯进入丙烯球罐Q-1/2,两个球罐可以切换使用。球罐中的丙烯通过P-1送往保安精制。从T701系统中的E701排出的轻组分，进入尾R201需要严格控制其反应条件：温度70℃,压力3.4MPa,密度560-580kg/m³。R201带有一台轴流泵P201,用来维持物料在反应器内的循环。聚合反应放出的热量由反应器夹套水带走，夹套水通过E202与循环冷却水进行热交换来实现夹套水温度主要是通过调节进入E203蒸发的液相丙烯流量来实现，另外从D202顶部出来的气相障时，可以从D301前的三通阀HV301,将物料排向排放系统。物料在D301中进行气、固分离，粉料从D301底部进入袋滤器F301,气相丙烯由D301顶部进入丙烯洗涤塔T301。D301顶部的动力分离器A301可以使粉料尽可能不烯从T301底部排出，在小闪蒸线内汽化后，与D301底部流出的物料一起进入F301,F302过滤后，进入低压丙烯洗涤塔T302。T302内的循环液由白油和添加剂Atmer163按2:1混合而成。气相丙烯中夹带的粉料和TEAL被洗涤下来。当油中的TEAL含量超过8%时，T302需换油，每次更换一半。废油由齿轮泵P303送往D607,进行废油当低压闪蒸系统故障时，可由F301前的三通阀HV311将物料排放至排放系统。中的残余催化剂分解后，由D501顶部出来进入水洗塔T501。蒸汽中带烯和油被T5O1顶部的E501冷却后进入尾气压缩机PK501。PK501将残余丙烯压缩至T501的操作温度为90-100℃,它的热水同时还作为T301底再沸器E303的热源循D501中的物料依靠重力进入干燥罐D50生混流。热氮气从D502底部进入，对物料进行干燥后，由顶部出来进入水洗塔T502,N₂在T502中被冷却，并降低湿度后，进入鼓风机C502。从C502出来的N₂在E503中加热至80-100℃,又从D502底部进入。T502的循环液在E502中进行冷却，从D502底部排出的合格粉料，由粉料输送系统PK80D802,等待造粒。切粒机，颗粒水(PCW)系统，颗粒干燥器、分级器组成。通过混合器M801A/B配制好的添加剂，经W802计量后，再与经W801计量后的PP粉料混合之后进入预混器M802,混合后加到混炼机腔，混炼树脂和添加剂，并通过排气口放出富余氮气及挥发物，由齿轮泵加压，树脂通过换网器，清除树脂中的杂质，送到模板。在水室中，挤压成条的树脂被切粒机旋转的切刀切成颗粒。这些颗粒由PCW系统送到脱水干燥器D805,干燥后由分级器S803进行分类，分离出不合格尺寸的颗粒。尺寸合格的颗粒送到D807,D807底部出来的正常生产时，每一满罐(D901A/B/C/D)PP粒料为一批料，批料均化时间为6-10小时。均化操作是从同一料仓通过均化管线自料仓的不同高度取料，再通过PK901送往同一料仓顶部的操作。均化结束后，可根据生产安排停PK901或将PK901目标料仓成品包装工段共有A、B两条CZQ型全自动包装码垛生产线，该生产线由包装单第三章物料衡算物料衡算是对进出生产装置、生产工序或单台设备的物料进行平衡计算。物料衡算的主要内容是根据各种物料之间的定量转化关系，计算进出整个生产装置、生产工物料衡算的理论依据是质量守恒定律。对于没有化学反应的生产过程来说，质量守恒定律为：进入一个装置的全部物料质量等于离开这个装置的全部物料质量再加上流入量=流出量+积累量+损失量对于有化学反应的过程来说，要将化学反应的计量关系结合到质量守恒定律中，流入量+反应生成量=流出量+反应消耗量+积累量+损失量年产15万吨环管法聚丙烯合成车间工艺设计生产规模：年产15万吨生产时间：年工作时数8000小时每吨聚丙烯消耗丙烯理论量：1.02吨丙烯(100%)全装置总收率按98%计算，提耗为2%(以1.02吨100%丙烯为基准计算收率和损耗),损耗分配如下：闪蒸工段丙烯损失0.5%PP粉料损失汽蒸工段0.1%,造粒工段0.1%按转化率55%,则需要100%丙烯进料量为：19.476/0.55=35.41t原料纯度为99.5%,则原料量为：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:给电子体DONOR:烃油十脂=0.06:0.35:0.015:0.35烃油十脂：3787g催化剂图3.2R200物料平衡图表3-2R200物料平衡表物料名称物料质量输入丙烯催化剂输出丙烯催化剂进料：丙烯进料流量2700~3300kg/h,取3000kg/h主催化剂：100~150gPP/gcat,取100gPP/gcat则预聚合生成PP:649.2*100=64920g=64.92kg丙烯2935.08kg催化剂8.385kg内烯2935.08Kg催化剂8.385Kg丙烯32590Kg丙烯15986.286Kg氢气3.3R201物料平衡图转化率55%生成PP:35525.08*55%=19538.794kg表3-3R201物料平衡表物料名称物料质量总量(kg)输入输入丙烯(D302)丙烯丙烯15986.286kgPP+丙烯丙烯+PPPP+丙烯图3.4D301物料平衡图D301顶部丙烯带走粉尘为10%,底部粉尘带走丙烯10%丙烯：15986.286*90%=14387.丙烯：15986.286*10%=1598.6物料名称D301物料平衡表物料质量总量(kg) 输入丙烯输出丙烯(D301PP(D301顶)丙烯(D301图3.5图3.5PP(D301底)3.8F301布袋过滤器的物料衡算回收回收丙烯F301物料平衡图D501损失丙烯0.8%:19.125*1000*0.8%=153kgF301底部(D501):PP19603.71kg丙烯153kg物料名称F301物料平衡表物料质量总量(kg) 输入输入丙烯(T301)D301丙烯D301丙烯输出丙烯(F301底部)顶部)T301的液位50%,体积11m³丙烯密度0.52g/cm³则回流的液相丙烯：11*0.5*0.52*103=2860kg损失丙烯0.5%,损失19.125*1000*0.5%=95.625kg/h则回收至D302的丙烯14387.66+1914.402-2860-95.625=13346.437kg小闪线内随回流丙烯到F301的PP1960.37kg表3-6T301物料衡算表物料名称物料质量总量(kg)输入输出丙烯(D301)丙烯(F301)损失丙烯回收丙烯回流丙烯自F301来的聚合物低压蒸气D501P粉末D502含3%wt的冷凝水表3-7D501物料平衡表物料名称物料质量输入输出丙烯水蒸气损失PP损失丙烯水蒸气水蒸汽26301.6kg少量HCl塔顶：丙烯153kg进入尾气回收系统3.12D502干燥塔的物料衡算热氮气478.42kg塔底：干PP粉末19584.585kg自D501来的湿氮气干燥洗涤-C502A/B→E503PP粉末D507→PK801→D802氮气料第四章热量衡算4.1计算依据表4-1水的比热℃表4-2液相丙烯比热℃表4-3气相丙烯比热℃表4-4聚丙烯比热℃℃表4-5丙烯汽化潜热20℃的丙烯带入热量Q₁=Cp*m*△t=3000*0.685*4.2*20=172620kJ通过通冷却水移走聚合反应生成热，设备向外界环境散热的热量可忽略不计，则冷却水带走的热量为Qs:夹套水进口温度范围是9.5～10.5℃,本设计取10℃,出口温度取15℃对于碳钢材质的聚合釜δ可取560～698o/m²k,取δ=600传热方式：夹套式换热为主反应温度：20℃→20℃冷却水:10℃→15℃表4-6R200热量衡算表热量名称热量总量输入热量20℃的丙烯带入热量QPR的反应热Q₂输出热量预聚物带走热量Q₃未反应丙烯带走热量Q₄冷却水带走的热量为Qs冷却水用量(kg)夹套传热面积(m²)氢气的进料温度为20℃,量为3.8952kg预聚物带入热量Q₁=CP*m*△t=64.92*2.23*70=10134.012kJ通过通冷却水移走聚合反应生成热设备向外界环境散热的热量可忽略不计，则冷却水带走的热量为Q:冷却水进口温度为10℃,出口温度为30℃对于碳钢材质的聚合釜δ可取560～698o/m²k,取δ=600o/m²k表4-8R201热量衡算表热量名称热量(kJ)总量(kJ)预聚物带入热量Q1输入热量丙烯带入的热量Q2氢气带入热量Q3反应生成热Q4聚合物带走热量Q5输出热量内烯带走热量Q6冷却水带走热量Q7夹套传热面积(m²)℃水蒸汽进口温度为120℃,出口温度为105℃4.5D501气蒸罐的热量衡算表4-4聚丙烯比热℃PP进出料温度为80℃,出口温度为100℃4.6D502干燥罐的热量衡算PP进料温度为100℃,出口温度为80℃进入N₂温度为110℃,出口温度为80℃热量名称热量(kJ)总量(kJ)输入热量输出热量湿PP粉带入热量Q1热N2带入热量Q2PP粉带走热量Q3湿N2带走热量Q4N2用量(kg)第五章设备选型本次设计的设备工艺计算是在确定了设备的操作工艺参数及进行了物料衡算、热量衡算的基础上进行的[13]。其内容主要是确定设备的类型、规格、主要工艺尺寸、设备台数等，其目的是为设备机械设计、车间平面布置、配管设计等提供设计依据。操作/设计温度：20℃/-45℃~150℃(夹套170℃)介质：丙烯、催化剂、聚丙烯浆液浓度：420~430kg(pp)/m3(SL)为丙烯和活化后的催化剂提供预聚合的场所，并使之在3.4Mpa,20℃的环境下停留一定时间。R200容积为0.44m3,反应停留时间为4min,由能量衡算知需要的换热面积为R200与R201基本类似，采用S.S材料，有2根直管，通过一个180°的弯管连接起来。环管内径152.44mm,设备高11.4m,壁厚7.1mm,容积0.44m3,每根直管长度10m,反应器的直管部分带有夹套，夹套材质为C.S直径10”,为防止介质粘壁，内表操作/设计温度：70℃/-45℃~150℃(夹套150℃)b)聚合速率高，单体体积产率高(>400kgPP/h.m³);e)结构简单，占地少，在地面支撑容易，布置紧凑，操作平台由环管本身支撑，不反应停留时间为1.5h,则累积量为65*1.5=97.5m3故选择R201的总容积为97.5m3选取环管直径25",即635mm选择六根直管，选用10个大环管，则每根直管高度：5.2m每个环管容积为9.75m3,约10m3R201采用独特的环管结构形式，它有6根直管，通过5个1800的弯管把他们连接起来，环管直径635mm,每跟直管高5.2m,外部夹套直径720mm;环管总容积145m3,环管采用低温碳钢。为了防止粘壁，内表面需抛光处理，表面粗糙度环管反应器的直管部分装有夹套，夹套材质为C.S。在夹套的上下两处有夹套水出入口，根据配管要求，这两部分的直径被加大。由于环管与夹套温差较大，因此在夹在R201下部装有轴流泵P201,它的作用就是使物料高速循环起来。使加入的催化剂分布均匀，并提高传热系数，反应热通过夹套中的循环冷却水撤序号容器名称容器编号容器规格操作条件设备温度℃1小环管12大环管3闪蒸罐14循环丙烯洗涤塔5袋式过滤器16油洗塔7气蒸罐8干燥器9水洗塔冷凝器CO气提塔预聚反应加料冷却器3R201夹套水加热器8T301再沸器8T302再沸器8T501再沸器8第6章经济技术分析下图为2006年到2009年10月丙烯价格平均价格趋势情况，2006年平均价格每吨为7800元，2007年大幅度涨到了每吨12000元，2008年受经济危机影响，化工行业不景气，价格下降到每吨11000元，截至2009年10月平均价格为每吨10500元。下图是2006年到2009年10月份聚丙烯的平均价格。2006年为每吨12400元，2007年为每吨12200元，2008年为每吨11600元，2009年截止到10月为每吨9200元。以上数据出现下滑趋势主要由于经济危机引起的，随着全球经济的回暖，宏观经济良好的发展的背景下，预计到2012年丙烯的价格在每吨11500元，而聚丙烯的价格每吨在11100元。下表为我国聚丙烯行业供给情况，由表中可以看出虽然近几年我国聚丙烯行业高生产能力1(万tm)(万t)(万t)量(万t)中石化新增产能绝大多数分布在珠三角和长三角及环渤海地区，在东北和西北地区。而华南地区是聚丙