年产20万吨聚乙烯的生产工艺设计

年产20万吨聚乙烯的生产工艺设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN2013届毕业设计说明书年产20万吨聚乙烯的生产工艺设计院、部：材料与化学工程学院学生姓名：丘弘森指导教师：张春燕职称讲师专业：化学工程与工艺班级：09级03班完成时间：2013年6月1日目录摘要错误!未定义书签。1绪论错误!未定义书签。PE的概述错误!未定义书签产品性质与特点错误!未定义书签聚乙烯的主要用途错误!未定义书签设计规模及原料规格错误!未定义书签设计规模错误!未定义书签主要原料规格错误!未定义书签国内外的现状及发展前景错误!未定义书签国外的现状错误!未定义书签国内的现状错误!未定义书签发展前景错误!未定义书签课题的目的及意义错误!未定义书签目的错误!未定义书签意义错误!未定义书签2PE的生产工艺错误!未定义书签。PE生产工艺的概述错误!未定义书签。工艺选择错误!未定义书签。乙烯精制系统错误!未定义书签乙烯精制错误!未定义书签深冷法分离错误!未定义书签催化剂选择错误!未定义书签催化剂种类错误!未定义书签催化剂制备错误!未定义书签催化剂性能分析错误!未定义书签3物料衡算错误!未定义书签。基础数据错误!未定义书签乙烯规格错误!未定义书签催化剂进料对产品MFR的影响错误!未定义书签。各种牌号的聚乙烯H2浓度错误!未定义书签。物料衡算错误!未定义书签。聚合反应机理错误!未定义书签。反应釜物料衡算错误!未定义书签聚合釜进料衡算错误!未定义书签。聚合釜出料衡算错误!未定义书签闪蒸罐物料衡算错误!未定义书签闪蒸罐进料衡算错误!未定义书签。闪蒸罐出料衡算错误!未定义书签。4能量衡算错误!未定义书签。能量衡算总述错误!未定义书签。基础数据错误!未定义书签。各设备能量衡算错误!未定义书签加料段热量衡算错误!未定义书签进行反应段能量衡算错误!未定义书签5设备选型错误!未定义书签。选型原则错误!未定义书签满足工艺要求错误!未定义书签设备成熟可靠错误!未定义书签反应器选型错误!未定义书签反应器容积和生产能力的确定错误!未定义书签主要尺寸的计算错误!未定义书签反应釜技术特性表错误!未定义书签进出口管径错误!未定义书签聚合釜进料口管径错误!未定义书签聚合釜出料口管径错误!未定义书签闪蒸罐的计算错误!未定义书签。其他设备的选型错误!未定义书签。6车间设备布置设计错误!未定义书签。车间设备布置的原则错误!未定义书签。车间设备布置错误!未定义书签设备布置的安全距离错误!未定义书签车间内辅助室和生活室布置错误!未定义书签厂房布置错误!未定义书签厂房布置原则错误!未定义书签厂址选择的依据及原则：错误!未定义书签综合安全防护错误!未定义书签防火防爆错误!未定义书签防毒错误!未定义书签。安全防护:错误!未定义书签。7三废治理错误!未定义书签。废水治理错误!未定义书签。废渣治理错误!未定义书签。废气治理错误!未定义书签。8经济衡算错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。湖南工学院20届毕业设计（论文）课题任务书错误!未定义书签。湖南工学院本科生毕业论文开题报告错误!未定义书签。湖南工学院毕业设计（论文）工作进度检查表错误!未定义书签。湖南工学院20届毕业设计（论文）指导教师评阅表错误!未定义书签。湖南工学院毕业设计（论文）评阅评语表错误!未定义书签。湖南工学院毕业设计（论文）答辩资格审查表错误!未定义书签。湖南工学院20届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表.错误!未定义书签查重报告附件摘要本设计是年产20万吨聚乙烯（PE）生产工艺设计。本文对聚乙烯的研究，生产和应用进行了详细的概述，阐述了其在化学工业中的作用和地位。其次，确定了聚乙烯的生产工艺。选取的工艺为日本三井石化公司低压淤浆法生产HDPE的CX工艺，并在此生产工艺的基础上进行了物料衡算，热量衡算，设备选型和管道等。讨论了三废的处理方案，并结合设计做了一个简单的技术经济分析。在设计说明书的基础上，手绘制一张带控制点的工艺流程图和运用CAD绘制了一张设备布置图与一张反应器结构图。关键词：聚乙烯（PE）；物料衡算；热量衡算；聚合反应；经济分析AbstractTheprocessdesignofsynthesissectionoftwentythousandtonsPolyethyleneinworkshopwasdesigned.Inthispaper,firstly,synthesismethodofPolyethylene,productionandapplicationwereoutlined.Itseffectandstatuswasintroducedinchemicalindustry.Secondly,processofPolyethylenewasselectedinthedesign.Massbalanceandheatbalancecalculationwerefinished,andthesizeandtypeofkeyequipmentsandpipeswereselected.Discussingthemethodsoftreating“threewastes”andcombiningwiththedesigndoasimpletechnicaleconomicalanalysis.Accordingtothedesignspecification,wedrawprocessflowdiagramwithcontrolpointsandneedtouseCADtodrawadevicelayoutandonedevicecharts.Keywords:Polyethylene（PE）；Massbalance；heatbalance；condensationreaction；economicanalysis绪论PE的概述聚乙烯（Polyethylene）是五大合成树脂之一，是我国合成树脂中产能最大、进口量最多的品种。目前，我国已是世界上最大的聚乙烯进口国和第二大消费国。聚乙烯是有乙烯单体聚合而成的，聚乙烯塑料是以聚乙烯树脂为基材，添加少量抗氧化剂、滑爽剂等助剂后制成的塑料产品。聚乙烯主要分为线性低密度聚乙烯（LLDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）三大类。聚乙烯（PE）是通用合成树脂中应用最广泛的品种，薄膜是其主要加工产品，其次是片材和涂层、瓶、罐、桶等中空容器及其它各种注塑和吹塑制品、管材和电线、电缆的绝缘和护套等。主要用于包装、农业和交通等部门。随着石油化工业的发展，我国聚乙烯生产迅速发展，产量约占塑料产量的1/4。1.1.1产品性质与特点中文名称：聚乙烯英文名称：Polyethylene比重：-0.96克立方厘米成型收缩率：成型温度：140-220°C聚乙烯结构：CH=CH+CH=CH+•—CH—CH—CH—CH简称22222222PE，是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。聚乙烯是最结构简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的—CH—单元连接而成的。聚乙烯2是通过乙烯（CH=CH）的加成聚合而成的。22在工业上，也包括乙烯与少量a—烯烃的共聚物。聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能（最低使用温度可达-70〜-100C），化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀（不耐具有氧化性质的酸）,常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力（化学与机械作用）是很敏感的，耐热老化性差。聚乙烯（PE）是通用合成树脂中产量最大的品种，主要包括低密度聚乙烯（LDPE）、线型低密度聚乙烯（LLDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）及一些具有特殊性能的产品。用途十分广泛，主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。也适用于各种浆点、粉点、撒粉、涂布机及喷胶机产品；广泛用于服装、服装面料复合、制鞋、包装、书籍、无线装订、儿童玩具、家电等行业。1.1.2聚乙烯的主要用途（1）加工应用聚乙烯可用吹塑、挤出、注射成型等方法加工，广泛应用于制造薄膜、中空制品、纤维和日用杂品等。（2）薄膜应用低密度聚乙烯广泛用作各种食品、衣物、医药、化肥、工业品的包装材料以及农用薄膜。也可用挤出法加工成复合薄膜用于包装重物。1975年以来，高密度聚乙烯薄膜也得到发展，它的强度高、耐低温、防潮，并有良好的印刷性和可加工性。此外，还可以在纸、铝箔或其他塑料薄膜上挤出涂布聚乙烯涂层，制成高分子复合材料。（3）中空制品高密度聚乙烯强度较高，适宜作中空制品。如牛奶瓶、去污剂瓶；（4）管板材挤出法可生产聚乙烯管材，高密度聚乙烯管强度较高，适于地下铺设；挤出的板材可进行二次加工；也可用发泡挤出和发泡注射法将高密度聚乙烯制成低泡沫塑料，作台板和建筑材料；防护套（例如缆索护套）。（5）纤维中国称为乙纶，一般采用低压聚乙烯作原料，纺制成合成纤维。乙纶主要用于生产渔网和绳索，或纺成短纤维后用作絮片，也可用于工业耐酸碱织物。超高强度聚乙烯纤维（强度可达3〜4GPa），可用作防弹背心，汽车和海上作业用的复合材料。（6）杂品用注射成型法生产的杂品包括日用杂品、人造花卉、周转箱、小型容器、自行车和拖拉机的零件等；电冰箱容器、存储容器、家用厨具、密封盖等；制造结构件时要用高密度聚乙烯。设计规模及原料规格1.2.1设计规模本厂的设计规模为年产20万吨聚乙烯，年实际工作日为330天，日产能为606吨。主要原料规格表1-1乙烯原料规格序号名称含量1乙烯%2乙炔5ppm3水分10ppm4硫5ppm5氧5ppm6一氧化碳10ppm7二氧化碳10ppm8氢10ppm国内外的现状及发展前景国外的现状2008年，全球PE生产能力约为3580万t。其中北美、西欧、中东和中国的生产能力占到了全球总能力的％。从2008年9月开始，世界PE产能开始明显增长，预计到2013年，全球PE的生产能力将达到4910万t。在产能增长地区，中东地区产能增长较快。到2011年，中东PE在全球产能中的比例从之前的7%增至14%，中国成为了目标市场，而欧洲则成为了一个备选市场。在2008年到2011年间，亚太地区的PE产能年增7%,新项目主要位于中国、印度和韩国，未来中国将继续成为动力源泉。目前，全球PE的消费量已达到了万t/a。PE的主要消费地区仍然集中在中东、美国、西欧及中国。预计到2013年，中东和加拿大将成为PE最大的出口国，主要进口国家为西欧和中国。国内的现状近几年，我国PE市场高速增长，产销量不断提高。2009年，我国PE的消费量达到了约470万t。到2010年消费量达到万t，2013年将达到万t。预计未来5年，PE在各地区消费的增长速度有快有慢。相对而言，华南地区及华东地区发展较快。目前，我国PE主要用于生产薄膜、日用塑料制品、塑料包装箱及容器等制品。预计未来几年，我国薄膜、塑料零件及管材的需求仍将旺盛，电线电缆的需求也将保持较快增长，PE总体消费结构不会有太大变化，塑料薄膜的比例将略有增加，日用塑料制品的比例会略有下降。目前我国PE用量已列于五大通用塑料原料之首，中国已成为世界PE的最大进口国和第二大消费国。目前沙特阿拉伯、美国、新加坡、韩国及加拿大已成为中国进口PE五大前沿产地，占中国进口总量的近％。与此同时，中国台湾省、马来西亚及日本等周边国家及地区近年也在大规模扩建装置，这部分装置除了满足他们自身需求外，主要是为了向中国及内地出口。由于这些国家及地区与中国地域接近，产品生产成本低、性能良好等，对中国的PE产品构成了比西方发达国家更大的威胁。1.3.3发展前景预计未来几年，中东将逐步成为石化产品出口的新霸主。近年来，中东国家利用得天独厚的油气资源大力发展石化工业,在全球所占市场份额快速增长。据海湾地区的业内专家预计，到2020年，海湾地区乙烯产能占全球总产能的比例将增长到15%，在全球石化工业中处于领先位置。中东国家在地理位置、海运和基础设施建设三方面占有一定的优势，因而在国际乙烯市场上将有较强的竞争力。到2010年，中东地区出口到中国的PE达到了200万t,补充了国内近50%的缺口。这对国内相关PE企业造成较大冲击。一般贸易和进料加工贸易方式仍是我国PE进出口最主要的贸易方式。尽管近几年国内PE产能增长很快，但产能仍然满足不了需求。由于国产能力的扩容，PE的进口量增长速度开始放缓，但进料加工在进口原料中的主导地位反映出我国国产PE在外贸加工中的竞争弱势，证明国外制品企业对国产原料的质量尚存疑问。虽然全球聚烯烃产能增长很快，但全球新增产能仍将主要集中在中东地区，该地区虽然拥有最低的原料成本，但在中国市场的价格却不一定是最低。目前中国国内市场已全面对外开放，成为世界PE供应商角逐的主战场，中国PE进口量占世界贸易总量的30%。因此，中国PE需求的增长对全球PE市场影响重大。另一方面，我国PE的发展前景却不宜过于乐观。因为中国面临中东及周边地区和国家的竞争压力愈来愈大。相比之下，我国PE产能、产量、产品质量和工艺技术与国外存有较大差距,主要表现在：通用料多，专用料少；中低档产品多,高档产品少；技术含量低、附加值低的产品多，利润高、附加值高的产品少；生产技术相对落后，企业建设重点滞留在扩大规模上，高强度PE棚膜和管材80%还依靠进口，PE品种仍单一。未来几年是我国PE工业发展的机遇期,同时也是产品结构调整的重要时期，提高我国PE整体竞争力显得十分重要。我们要加强产品与市场的有机结合，在进一步提高PE产量规模的同时，提高PE生产技术水平。课题的目的及意义1.4.1目的在国内外聚乙烯的研究发展方兴未艾的大环境下，我们作为本科毕业生在全国人民为祖国伟大复兴而艰苦奋斗的时候，于毕业设计时选取线性低密度聚乙烯生产工艺设计，具有非同一般的意义。其内容包括：回顾大学所学知识；查阅先进的资料文献；熟悉化工生产的特点；了解先进的聚乙烯生产技术。对生产聚乙烯的工艺流程能够驾轻就熟，能够对工艺设计完成物料衡算、能量衡算，以及设备和管道尺寸选型与设计。对于确定尺寸的设备能够用AUTOCAD画出其剖视图以及主要部件的俯视图，还要能绘制出厂区平面布置图。1.4.2意义聚乙烯作为化工产业，有着较长的产业链：原油-石脑油-乙烯-聚乙烯-塑料制品，影响价格的因素从原油到塑料制品，纷繁复杂。既要考虑到原油价格波动对聚乙烯成本的影响，又要考虑到下游制品对聚乙烯的需求，同时还要兼顾产业链中间环节的供需状况。供求关系是决定价格的根本，但市场对终端产品价格的承受能力是上下游成本顺利传导的关键。从2008年固定资产投资来看，聚乙烯产业目前面临着投资过剩、需求大幅萎缩的困境。但是供应过剩的根源还在于需求的锐减。由于美国次代危机已经开始影响全球的实体经济，国内外市场的经济发展开始放缓，塑料制品的需求大大减弱，出口增速逐月递减，2008年下半年以来，塑料制品出口每月累计同比增速已经降至了2001年以来的低点，供过于求的矛盾在需求层面开始显现。2009年，随着世界经验的复苏，聚乙烯产业有所恢复，新技术，新产品的开发与应用迫在眉睫。PE的生产工艺PE生产工艺的概述目前世界上拥有聚乙烯技术的公司很多，拥有LDPE技术的有7家，LLDPE和全密度技术的企业有10家，HDPE技术的企业有12家。从技术发展情况看，高压法生产LDPE是PE树脂生产中技术最成熟的方法，釜式法和管式法工艺技术均已成熟，目前这两种生产工艺技术并存。发达国家普遍采用管式法生产工艺。此外，国外各公司普遍采用低温高活性催化剂引发聚合体系，可降低反应温度和压力。高压法生产LDPE将向大型化、管式化方向发展。低压法生产HDPE和LLDPE，主要采用钛系和络系催化剂，欧洲和日本多采用齐格勒型钛系催化剂,而美国多采用络系催化剂。目前世界上主要应用的聚乙烯生产技术现简单介绍［1］。PE的生产技术有3种，即淤浆法、气相法和溶液法。淤浆法根据反应器不同，分为釜式反应，与管式反应2种工艺路线。PE产品主要适用于中空吹塑、注塑和挤出各种制品，如各种容器、网、打包带，并可用作电缆覆层、管材、异型材、片材等。淤浆法是最早开发的生产技术，技术工艺比较成熟，产品性能好，反应压力较低，易于控制，但撤热问题一直制约着单线生产能力的提高。环管反应器的产生较好地解决了撤热问题，提高了单线生产能力。日前，采用釜式反应的生产厂家，为了提高单线生产能力，采用浆液外循环的措施。气相法是近几年发展起来的技术，有较好的共聚性及氢调敏感性，故可生产不同用途的产品。主要特点是工艺流程短，不使用溶剂，不需要溶剂回收工序，反应热靠循环乙烯带走，有3种催化剂体系，在一条生产线上可生产全密度PE。溶液法的最大特点是高压聚合反应后的产物是以熔融状态出现的，可以直接去造粒。该法生产时问短，只需几分钟，聚合釜容积小，时空产率高，但反应不易控制。在溶液法工艺中，聚合物也能溶解在反应溶剂中，此反应溶剂一般为环己烷。有3种类型的反应器，即中压反应器（加拿人DuPont企司）、低压冷却型反应器（美同道化学公司）和绝热反应器（荷兰DSM公司）。工艺选择本设计采用了日本三井石化公司低压淤浆法生产HDPE的CX工艺【2］。表2-1列出了该工艺的工艺流程简图。CX工艺通过调节反应器，而不改变催化剂体系可以生产双峰型树脂，分子量分布可以自由调节，且容易控制，生产树脂的Ml（聚合物熔融指数）范围也很宽。采用新开发的高效催化剂结合先进的聚合工艺和控制系统使生产十分稳定。单一催化剂体系和简单的聚合操作，使产品牌号切换容易，周期短，切换时不符合规格的产品少。该工艺以高纯度乙烯为主要原料，丙烯或1-丁烯为共聚单体，己烷为溶剂，采用高效催化剂，在72-85°C条件下进行低压聚合反应。聚合的淤浆经分离干燥，混炼造粒得到各种性能优良的HDPE产品。该工艺生产的产品MI%~50.00g/min,分子量分布可从窄到很宽，密度为~0.97g/cm3。主要产品有：高密度薄膜7000F、注塑产品2200J和吹塑中空产品5200B。表2-1工艺流程简图

►丙烯或1-丁烯►己烷►催化剂乙烯精制系统乙烯精制粗乙烯经过冷凝、碱洗等初步净化后，仍含有多种杂志，尚需经过净化系统予以进一步的精制分离，方能符合聚合的要求。京华系统包括压缩、冷冻、活性炭吸附、干燥（固碱、硅胶、分子筛）等过程。经过净化系统精制分离后，乙烯中的水、醇、醚、顺式丁烯-2、反式丁烯-2等杂质绝大部分被除去。此外。最好再增设除一氧化碳装置。工业上常用的分离方法，主要有深冷法和油吸收法。深冷法分离本设计采用了深冷分离法。裂解气中的各组分，其沸点不同而且大都较低，例如：甲烷的沸点-161°C，乙烯的沸点-103.8°C，丙烯的沸点-47.7°C。深冷分离法就是利用他们的沸点不同，将裂解气中的烃类混合物经冷却、压缩、液化，在低温下蒸馏而使各组分分开的。各种气态烯烃和烷烃的物理常数列于表2-2，其中也包括氢气、氮气和一氧化碳，因为它们是裂解气中常见的组分。表2-2气态烯烃与烷烃的重要物理参数组分名称分子量沸点表2-2气态烯烃与烷烃的重要物理参数组分名称分子量沸点（C）临界温度（C）临界压力（大气压）氢氮一氧化碳甲烷乙烯乙烷乙炔丙烯丙烷异丁烷异丁烯TOC\o"1-5"\h\z正丁烯-1+丁二烯-1,3+正丁烷+反式丁烯-2++顺式丁烯-2++深冷分离法按它采用的工作压力分为高压法与低压法。由于裂解气的组成不同，处理规模、设备条件不一样以及对最终产品不同的要求，因此深冷分离流程的组合安排也有较大的差异。本设计采用了高压深冷分离的一种流程，该流程的分离过程大致如下裂解气经淬冷、脱硫、干燥并压缩到35kg/cm2压力后，进入深冷分离部分的第一脱乙烷塔先将C3以上的重组份分离。第一脱乙烷塔：在塔压35kg/cm2、顶温-101、釜温102°C条件下操作。由塔顶分出甲烷、氢、乙烷、乙烯，塔釜分出丙烷、丙烯及C4以上的重组份。塔顶馏份进入干烯器，经分子筛干燥后去第一脱甲烷塔。第一脱甲烷塔：在塔压33kg/cm2、顶温-96C、釜温3C条件下操作。塔顶分凝器用乙烯蒸发制冷，蒸发温度-101C；塔底用20C丙烯蒸气加热。塔顶分出的甲烷、氢进入冷箱分离，甲烷作为燃料返回裂解炉，氢用于乙炔加氢。塔底分出的乙烷、乙烯馏份，和来自冷箱的氧气一同进入乙炔加氧反应器，除去乙炔后去第二脱甲烷塔。第一脱甲烷塔在整个分离流程中占有特别重要的地位，它的操作效果的好坏直接影响到生产成本和产品质量。第二脱甲烷塔：在塔压23kg/cm2、顶温-28C、釜温-9C条件下操作，以脱除加氢后的乙烷、乙烯馏份中的甲烷和氢。塔顶产品为粗乙烯(80%)，可供使用，或返同压缩机，重新精制。塔釜的乙烷、乙烯则去乙烯精馏塔。乙烯精馏塔：在塔压5.5kg/cm2、顶温-65C、釜温-45C条件下操作。塔顶得到聚合级精乙烯%)，塔底乙烷回裂解炉作原料。笫一脱乙烷塔的塔釜馏份丙烷、丙烯及C4以上组分依次经过脱丙烷塔、c3加氢反应器、第二脱乙烷塔和丙烯精馏塔，获得高纯度丙烯%)，分出的丙烷回裂解炉作原料，c4馏分则去C4分离装置。该流程的制冷工作是由乙烯、丙烯二元冷冻系统完成的。-40C以下的低温采用乙烯制冷，-40C以上的低温部分由丙烯制冷。考虑到冷量的允分利用，分离过程的每一单元操作都设有复杂的换热系统，因此使得整个流程比以上讲的复杂得多。催化剂选择催化剂种类目前在我国适用于聚乙烯生产的催化剂有很多种，传统的Ziegler-Natta催化剂以及在此基础上我国自行研发的牌号分别为BCH、BCE、YLH-1的催化剂，此外还有三井石化20世纪90年代又开发的高活性的RZ催化剂等，其中我国自行研发的催化剂通过对比在某些方而还优于国外进口的催化剂。本设计采用了由北京化工研究院研究开发的高效淤浆BCE催化剂，它是在BCH催化剂的基础上北京化工研究院研究开发的新一代高性能乙烯淤浆聚合催化剂［3］。催化剂制备在氮气保护下，将MgCl2溶于甲苯复合有机溶剂中，形成均匀溶液；在-20—0°C时加入给电子体和TiCl4进行反应，缓慢升温，有吲体催化剂析出。反应完成后，经过滤、洗涤、干燥，得到具有良好流动性能的粉状BCE-1催化剂［4］。催化剂性能分析BCE-I催化剂具有良好的装备实用性，而且具有更好的共聚性和氧调敏感性，与进口催化剂制备的双峰聚乙烯树脂的相对分子质量分布相比，BCE-I催化剂制备的双峰聚乙烯树脂的低相对分子质量部分的含量少，高相对分子质量部分的含量多，这有利于生产高性能的聚乙烯材料［5］。物料衡算基础数据乙烯规格本设计中，乙烯采用的是石油裂解气生产的乙烯原料。乙烯原料经过精制系统后，乙烯的质量规格达到要求催化剂进料对产品MFR的影响熔体流动速率(MFR)是聚合过程中的一个重要参数，为控制MFR聚合釜内催化剂的浓度要达到该产品牌号生产工艺条件规定的值，而这一数值与催化剂的活性成反比。在正常生产装置巾，控制MFR的方法是控制聚合釜气相中氢气与乙烯的摩尔比，其规律是MFR随聚合釜内气相中氢气与乙烯的摩尔比增高而上升［7］。它们之间的数学关系式为：lg(MFR)=ax|g(xH/XC2H4)+b(3-1)式中Xh/XC2H4为氧气与乙烯的摩尔比；a、b为常数。根据流程的改变及牌号的改变而变化。3.1.3各种牌号的聚乙烯H2浓度氢气置换是聚合系统正常开车的第一道工序。也是间歇聚合的一个重要条件，氢气是乙烯聚合物的分子量调节剂。在正常生产时，聚合物MFR不同，釜内氢气浓度的标准值也不相同。表3-1是HDPE装置并联一牌号MFR，H2/C2，H2浓度标准值［8］。表3-1是HDPE装置并联一牌号MFR,H/C2，氏浓度标准值。牌号5000S3300S1300J2200J2208J2100Jh2浓度(%)25~3025~3048~5348~5345~5345~50H2/C2(mol比)zzzzzzMFR(g/10min)zzzzz物料衡算聚合反应机理在前人的工作基础上【10］,根据我国工作者的研究成果【11］,淤浆法HDPE反应机理可概述如下［12］：催化剂的自活化反应TOC\o"1-5"\h\zC+C£>P(3-2)PTi0催化剂的助活化反应P+Ck>P(3-3)0Al1链的引发反应P+c(CH)k>P(3-4)0241链的增长反应P+c(CH)Kp>P(3-5)1242P+c(CH)Kp>P(3-6)n24n+1(5)链向单体的转移反应TOC\o"1-5"\h\zP+c(CH)KtrM>D+P.(3-7)n24n1(6)链向分子量调节剂转移反应P+c(CH)KtrH>D+P(3-8)n24n0链自发转移反应P—KtrS>D+P(3-9)nn0催化剂的失活反应PKd>C(3-10)0dPKd>C+D(3-11)ndnCTi一四氯化钛浓度cp—潜在的催化剂活性中心数pcd—失活的催化剂活性中心数Dn—链长为n的死聚体量Ka—催化剂活性中心自活化反应速率常数aKc一催化剂活性中心助活化反应速率常数K—链引发反应速率常数Kp—链增长反应速率常数KtrM一链向单体转移反麻速率常数KtrH一链向H转移反应速率常数KtrS一链自发转移反应速率常数Kd—催化剂失活反应速率常数P。一催化剂活性中心空穴量P]—链节长度等于1的活聚物量Pn—链节长度等于n的活聚物量化学主反应式：nCH=CHT(CH-CH).(3-12)2222n3.2.2反应釜物料衡算由质量守恒有：EM-EM=EM进料出料积累当物料没有累积时：EM=EM进料出料本设计计算时按，出料量=入料量来计算。考虑到实际生产所需的设备整修，以及事故等会造成停产的因素，计算时按每年8000工作小时计算，并且由于不同牌号的聚乙烯计算不同，这里只计算了牌号为5000S的聚乙烯产品。聚合釜进料衡算首先确定生产20万吨聚乙烯的衡算基准。由丁本设计采用的是间歇生产工艺，所以按每釜产量为计算基准，同时每釜生产所需时间设计为6小时，设计为二十六釜。2000004-8000x64-26=釜由于加料时需先进性气体置换，放空后装置内抓力为，加入氢气使总压为，置换完毕后聚合釜通过己烷进料管加入己烷。约己烷，此时聚合釜内的液位可达35%。加己烷需要的设计时问为，则加己烷速率为：Vm==3t/h其摩尔速率为：Vn=3x106g/hm86（g/mol）=h由于此时釜内压力为，己烷相对于水的密度为（水=1）P=得，此时其体积速率为：Vv=Vm/P=3000kg/hmxl0-3kg/m3=4.55m3/h置换时氢气分压为，氢气的加料量为：由PV=NRT公式计算，其巾V=25m3,P=,T=298T,R=・m-3・mol-jK-i得：N/s=x106Pax25m3m298Tim3・mol-jK-i=1009mol（H2）加入的氢气质量：M（H2）=N（H2）・Mmo|=1009molx2g/mol=2018g氢气的加入速率为：Vm=2018g/h=2.018kg/h由生产经验得乙烯的转化率为：1000-1020=98%预得所生产的产品吨数所需乙烯为：-98%=已知乙烯相对密度（水=1）：P=所需乙烯（液体）体积为：V（c2H4）=m/P=5920kg^xl0-3kg/m3=9.70m3计算加乙烯的转化率，根据t=nJ"Aa（3-13）Aoo（—r）VA式中，V—反应器体积25m3n—加入反应器的组分A的摩尔数Aox—-组分A的转化率At—反应时问由式(3-13)得提高装置中的乙烯含量可以使转化率提高，要达到所需的标准以装料系数为得所加的乙烯量为：M(C2H4)K=乙烯的体积为：V(C2H4)=m/p=8450kgm10-3kg/m3=13.85m3乙烯的摩尔数为：N(C2H4)=M(C2H4)/Mmoi=倔一2&g/mol)=301786mol乙烯反应时问为，乙烯进料时间设计为：乙烯的进料速率：Vm=叫C2H4)/P=Xh乙烯的体积进料速率：VV=V(C2H4)/P=13.85m3^=6m3/h乙烯的摩尔进料速率为：Vn=N(C2H4)/t=301786mO|-=h催化剂加量约为所加反应物总质量的〜％，由此得催化剂的加料质量为：M催=M(C2H4)X0.0|%==0.845kg聚合釜总进料量：刀M进料=M(C2H4)+M催+M(H2)+M(C6H14)EM=0.845kg++2018g+=12952.86kg进料聚合釜出料衡算反应生成的聚乙烯质量由进料时的衡算为，则此时的聚乙烯按分子量为100000g/mol计算的摩尔量为：(1)乙烯回收过程：N(hdpe)=f100000g/mol=58mol乙烯未反应部分总质量：M=进入回收罐的部分质量为：剩余M=罐进入闪蒸罐的质量为：M=1t闪放空的质量为：M=M-M-M=放空的物质的量:放空剩余罐闪

N放空=M放空/Mmoi=N放空=M放空/Mmoi=F28g/mol=（2）己烷回收过程：进入闪蒸罐的己烷质量叫闪）进入罐的己烷的质量：叫罐）进入膜分离装置的质量：叫膜）放空部分质量：M放空=M放空=叫余叫-M（闪）-M（闪）（膜）N放空=M放空/Mmol"86g/mOl=3.2.3闪蒸罐物料衡算闪蒸罐进料衡算进入闪蒸罐的物质为乙烯、己烷、聚乙烯，由聚合釜出料得其各自进入量为：（1）乙烯进料量：M=1t闪乙烯的物质的量为：N闪=M^Mmo|=1tF28g/mol=（2）己烷进料量：M=闪己烷的物质的量为：N=M/Mmol=F86g/mol=29069.8mol3）聚乙烯进料为，物质的量为：N（hdpe）="OOOO°g/mol=58mol闪蒸罐出料衡算进入造粒机的聚乙烯质量=进入闪蒸罐聚乙烯质量，则聚乙烯出料为，物质的量为：N（HDpE）=58mol（1）乙烯出料衡算：进入回收罐的乙烯质量为：M=罐进入罐物质的量为：N=M/M=F28g/mol=

罐罐mol进入膜分离的乙烯的质量：M=膜进入膜分离的乙烯的物质的量：N=M/M尸F28g/mol=13928.6mol膜膜mol放空的乙烯的质量：M=M-M-M=1t--=放空闪罐膜放空的乙烯的物质的量：N=M/M,=^28g/mol=

放空放空mol（2）己烷出料衡算：进入回收罐的己烯的质量为：M=罐进入回收罐的己烷的物质的量：N=M/M,=^86g/mol=罐罐mol进入膜分离的己烷的质量：M=膜进入膜分离的己烷的物质的量：N=M/M,=^86g/mol=膜膜mol放空的己烷的质量：M=M-M-M=-=放空闪罐膜放空的己烷的物质的量：N=M/M|=F86g/mol=232.6mol放空放空mol能量衡算能量衡算总述任何系统经过某一过程时，其内部能量的变化等于该系统从环境吸收的热量与它对外所作的功之差，即对于物料总质量：△E=Q-W（4-1）式中，△〔一系统内部物料能量的变化Q—物料从外界吸收的热量W—物料对外界所作的功系统内能量的变化系统内能量的变化=（输出系统的物料的总能量）—（输入系统的物料的总能量)+(系统内物料能量的秋累)热量衡算方程：刀Hp-刀HF+Eq=q(4-2)式中，刀Hp—单位时间输出系统的物料的焓值总和，即物料带出的能量总和ehf—单位时间输入系统的物料的焓值总和，即物料带入的能量总和Eq—单位时问系统内能量的积累q—单位时间环境输入系统的热量，即系统的吸热量开放系统—与环境既有物质交换又有能量交换的系统对于单位时间物料进行衡算：开放系统中：式(4-2)中Eq为零，对于稳态过程有：TOC\o"1-5"\h\zEHp-EHF=q(4-3)开放系统中能量变化率的计算：当只有一种物料流经系统输入或输出热量时，因物料进入系统而输入的能量为：刀片=4尬»(4-4)因物料离开系统所输出的能量为：刀Hp=qmH2件5)在(4-4)、(4-5)式中,qm%通过系统的物料的质量流量(kg/h或kg/s)»为单位质量物料进入系统时的焓(kJ/kg)H2—单位质量物料离开系统时的焓(kJ/kg)若定压比热容不随温度变化，或取物料平均温度下的定压比热容时：EHp—EHF=qm(H2-H1)=④6)基础数据物料经过较长的管路输送至反应釜，其温度接近室温，工艺计算中取25°C,物料被加热到85C，热水进口温度为95C，出口温度为88C。乙烯的聚合反应热为・kg-1。反应温度为85C，输出物质的温度为55C。冷却水进口温度为：38C，出口温度为：45C。基准温度为：0C比热：kJ・kg-i・°C-i蒸发潜热：kJ・kg-i热流量：kJ・h-i表4-1各物质热容数据表物质名称热容乙烯cp•kg-i・°C-i己烯cp•kg-i・°C-i己烷的蒸发潜热•kg-i水的比热(C(H2o))•kg-i・°C-i氢气的比热(C)•kg-i・°C-i各设备能量衡算4.3.1加料段热量衡算乙烯的质量流量为：m=M(C2H4)=乙烯的焓值变量：△E=mcp^T=kg-i・°Cx(85-25)°C=1617330kJ已烷的质量流量为：m=M(C6H14)=己烷的内能变量为：△E=mCpAT=103kgx・kg-i・°Cx(85-25)C=723600kJ氢气的质量流量为：m=M(H2)=2.018kg氢气的内能变量为：△E=mC△T=2.018kgx・kg・°C-ix(85-25)C=p总进料的内能变量：△E=1617330kJ+723600kJ+=加料总时间为：t==物料平均每小时升温所需的能量为：Q平均=△£/t=F=h总反应釜热量损失为10%，则：Qt=QX(1+10%)=kJ/mol物料加热通过热水则所需水流速为：Qt=EH一刀HftpF工H—工Hq=pf=hF・kg-i・°CF(95-85)°C=hm水C(H2O)・AT4.3.2进行反应段能量衡算反应时，聚合釜内压力为，温度为85C，经催化反应生成聚乙烯。在此忽略副反应，一般来说，0°C时与25C时的反应热相差下大，热量衡算时就拿25C时的反应热当作0°C时的反应热。冷却水的初始温度为25C，流出温度为35Co参与反应乙烯质量：M(C2H4)=生成聚乙烯的反应热为：Q=3392.9kJ•kg-i103kg=kJ反己烷蒸发量=己烷放空量，则：M=M+M=蒸膜放空己烷的蒸发潜热为：Q=・103kg=94914kJ潜反应釜的热损失为10%，因此冷却水需带走的热量为：Q=(Q-Q)X=(kJ-94914kJ)X=kJ冷反潜所需冷水质量为：M=Q/(Csc、・AT)=kJF・kg-1・°CF(35-25)°C=523466.1kg水冷(H2O)反应时间为：t=通过冷水物料冷却，则所需水流速为：qm=M/t=523466.1kgF=235795kg/h设备选型选型原则满足工艺要求设备的选择和计算必须充分考虑工艺上的要求，力求做到技术上先进，经济上合理，亦即选用的设备能与生产规模相适应，并应获得最大的单位产量；能适应产品品种变化的要求，并确保产品的质量；能降低劳动强度，提高劳动生产率；能降低原材料及相应的公用工程(水，电，气)的单耗；能改善环境保护，设备制造较易，材料易得，操作及维修保养方便。设备选择时，要能完全满足上述方面的条件是相当困难的，但一定要参照上述几个方面对拟采用个设

备进行详尽地比较，并拿出最佳的方案来［13］。设备成熟可靠作为工业生产，不允许把不成熟或未经生产考验的设备用于设计。设计中所选用的设备不但技术性能要可靠，设备材质也要可靠。对从国外引进的设备，同样必须强调设备及其所采用材质的可靠性，特别对生产中的关键设备，一定要在充分调查研究和对比的基础上，作出科学的选定。反应器选型反应器按结构大致可分为：管式、釜式、塔式、固定床和流化床等类型。本设计采用的聚合工艺为日本三井石化公司的CX工艺。此工艺为间歇式釜式反应，故选择反应釜为反应器反应器容积和生产能力的确定由物料衡算得：每釜填料为：Vm=V(c2H4)+V(c6Hi4)=13・85m3+=2/3)m3=20.675m3填料系数为70%，则所用反应釜体积为：V=V物/70%=20.675m3F70%=24.9m3所以反应器容积选用25m3罐选用数量由物料衡算设计得出为26个。按每釜每6h生产计算年产量：x26/6hx8000=富余量：200000t-1)x100%=%能满足生产要求。5.2.2主要尺寸的计算取长径比为，体积为25m3则聚合釜筒体内经计算如下::'4x25:'4x25

1'3.14x1.8=2.6m式中，D—反应釜直径(m)V—反应釜体积(m3)a一反应釜长径比筒的高度为：H=x式中，H反应釜高度(m)5.2.4反应釜技术特性表

表5-1反应釜技术特性表项目指标釜体釜体夹套设计压力MPa工作压力MPa设计温度°C100110工作温度C8525~95全容积m325加热面积m242保温层厚度mm5050主体材料Q235-B/16MnRQ235-B/16MnR腐蚀裕量mm0焊缝系数1动传传动方式下传动轴封形式双端面机械密封进出口管径5.3.1聚合釜进料口管径进料口开在聚合釜上封头上。聚合釜中每釜反应混合物的体积为20.66M3，进料时间i1=90min,则每秒进料流率：V进=V物/.=4-(90x60)=0.0038m3/s进料流速为0.0029m/s，则进料口管道直径为：=1.20m所以进料口内径d=1.2m5.3.2聚合釜出料口管径出料口管径开在聚合釜的最低位置上。由于丙烯腈和聚丙烯腈的密度差不多，所以令聚合完成后混合液的体积仍为11.15M3。出料时间为T2=90min,则每秒出料流率：V出=V』T2=(90x60)=0.0021m3/s出料流速也为0.0029m/s，则出料口管道直径为：d=d=气吕二2100029^=0.96m出料口管径取DN200，出料口内径为0.96m。但考虑到物料出口时粘度有所增加，为减小阻力并为安装调节阀，出料口管管径取DN250,即出料口管径d2为0.96m。闪蒸罐的计算闪蒸罐的设计压力为20~25MPa，为了使闪蒸达到最好的效果，闪蒸罐的物料系数要比一般的设备选的小一些，以保证有较大的空间。在闪蒸罐设计中，装料系数取闪蒸罐的容积V可按下式求取：V=W/（dxf）式中：V—闪蒸罐所需容积W—聚合釜聚乙烯产量d—聚乙烯密度f—装料系数设聚合釜的产量是，聚乙烯密度为m3,装料系数为.则V=F10.2m3所以闪蒸罐体积V=10.2m3其他设备的选型其它的设备主要是泵的选择。工业生产中有进料泵、回流泵、塔底泵、循环泵、产品泵等，石油化工泵的选择应该满足流量，扬程、压力、温度、气蚀余量等工艺参数的要求，满足介质特性的要求和现场安装的要求。在选泵时（1）要综合考虑泵的流量。一方面，应按设计要求达到的能力确定泵的流量，并使之与其他设备能力协调平衡；另一方面，也要根据生产需要确定泵的流量。在确定泵的流量时应综合考虑装置的富裕能力及装置内各设备能力的协调平衡。（2）根据生产要求确定泵的扬程。选泵时，由于工艺过程设计中管道系统压力降计算比较复杂，因此泵的扬程要留有适当的余量，一般为正常需要扬程的〜倍。（3）根据流体输送设备的特性曲线确定蚌型选泵时，确定哪一种设备，应在生产上所需要的流量和扬程后进行。车间设备布置设计车间布置设计是以工艺为主导，并在其他专业、流程图、土建、自控、设备、安装、电力、冷冻、暖风、外管等密切配合之下完成的。因此，在进行车间布置设计时，要集中各方面的意见，最后由工艺人员汇总完成。车间有大有小，但基本上由生产、辅助、生活设施三部分组成。精细化工及一般中小型化工生产布置在一栋厂房内，就是一个车间布置。车间设备布置的原则（一）车间设备布置的原则从经济和压降观点出发，设备布置应顺从工艺流程，但若与安全、维修和施工有矛盾时，允许有所调整。根据地形、主导风向等条件进行设备布置，有效的利用车间建筑面积（包括空间）和土地（尽量采用露天布置及建筑物能合并者尽量合并）。明火设备必须布置在处理可燃液体或气体设备的全年最小频率风向的下侧，并集中布置在装置（车间）边缘。控制室和配电室应布置在生产区域的中心部位，并在危险区外。充分考虑本装置（车间）与其他部门在总平面布置图上的位置，力求紧凑、联系方便，缩短输送管线，达到节省管材费用及运行费用的目的。留有发展的余地所采取的劳动保护、防火要求、防腐蚀措施要符合有关标准、规范的要求。有毒、有腐蚀性介质的设备应分别集中布置，并设围堰，以便集中处理。设备安全通道、人流、物流方向应错开。设备布置应整齐，尽量使主要管道走向一致。（二）车间设备平面布置的原则车间平面布置首先必须适合全厂总平面布置的要求，应尽可能使个车间的平面布置在总体上达到协调、整齐、紧凑、美观，相互融合，浑成一体。其次，必须从生产需要出发，最大限度的满足生产包括设备维修的要求。即要符合流程、满足生产、便于管理、便于运输、利于设备安装和维修。第三，生产要安全。即要全面妥善的解决防火、防爆、防毒、防腐、卫生等方面的问题，符合国家的各项有关规定。第四，要考虑将来扩建及增建的余地，为今后生产发展、品种改革、技术改造提供方便。但这些一定要最有效的利用车间的建筑面积（包括空间）和土地（设备装置能露天布置的尽量露天布置，建筑物能合并的应尽量合并）。三）车间设备立面布置的原则厂房的立面形式有单层、多层和单层与多层相结合的形式。多层厂房占地少但造价高，而单层厂房占地多但造价低。采用单层还是多层主要应根据工艺生产的需要。例如制碱车间的碳化塔，根据工艺要求须放在厂房内，但塔有比较高，且操作岗位安排在塔的中部以便观察塔内情况，这样就需要设计多层厂房；另一种情况是：设备大部分露天布置，厂房内只需要安置泵或风机，这种情况可设计成单层厂房。对于为新产品工业化生产而设计的厂房，由于生产过程中对工艺流程和设备需要不断改进和完善，一般都设计一个较高的单层厂房，利用便于移动、拆装、改建的钢制操作平台代替钢筋混凝土操作台，以适应工艺流程和设备变化的需要。车间设备布置车间平面布置按其外形一般分为长方形、L形、T形和口形等。长方形便于总平面图的布置，节约用地，有利于设备排列，缩短管线，易于安排交通出入口，有较多可供自然采光和通风的墙面；但有时由于厂房总长度较长，在总图布置有困难时，为了适应地形的要求或者生产的需要，也有采用L形、T形和口形的，此时应充分考虑采光、通风和立面等各方面的因素。车间布置要考虑的问题：（一）最大限度地满足工艺生产包括维修的要求。（二）有效地利用车间建筑面积（包括空间）和土地（设备能露天布置的尽量露天布置，建筑物能合并的尽量合并）。（三）要为车间的技术经济指标，先进合理以及节能等要求创造条件。（四）了解其他专业对本车间布置的要求。（五）要考虑车间的发展和厂房的扩建。（六）车间所采用的劳动保护、防腐蚀措施是否符合要求。（七）力求车间各设备之间输送管线最短，联系最方便。6.2.1设备布置的安全距离在设备安装中，设备间应留有余地，以便操作和维修。查《化工设计》得到表6-1表6-1设备的安全距离序号项目净安全序距离/m号序号项目净安全序距离/m号项目净安全距离/m泵与泵间的泵与泵间的距离2泵离墙的距离10反应罐盖上传动装置离天花板距离3泵列间的距离11反应罐底部与人行通道距离4计量槽间的距离~12反应罐卸料口至离心机的距离5换热器间的距离13通廊、操作台通行部分的最小净空>_..>.高度6离心机周围通道14不常通行的地方的最小净空高度7过滤机周围通道~15操作台梯子的斜度45°~60°8反应釜间距~16工艺设备与道路间距反应釜与墙间距91车间内辅助室和生活室布置（1）生活规模较小的车间，多数是将辅助室、生活室集中布置在车间的一个区域内。（2）考虑到通风和采光效果，一般将生产区集中放在北面，辅助室、生活室放在南面。（3）辅助室、生活室应尽量接近安全通道。（4）辅助室、生活室和生产区间应考虑用防火防爆墙隔离。（5）辅助室、生活室的门都应朝外开，以便人员的撤离。厂房布置厂房布置原则（1）厂房平面布置（2）为便于车间内设备布置和节约占地面积，厂房轮廓选定为矩形（3）柱网间距根据各设备的大小，设定为6-6型（4）厂房长度设定为28m（5）厂房宽度设定为12m（6）厂房高度设定为8（7）厂房设定为一层6.3.2厂址选择的依据及原则：生产能力：本设计为年产20万吨聚乙烯。交通运输：该厂属于聚乙烯生产的大型企业，需要有便利的交通运输条件，因而选择水陆运输比较方便的地方建厂，且原料供应充足。地形地貌：地势较平缓、地带平阔的丘陵地，保证建厂的土石运用量不大。厂区的面积、形式和其他流程合乎需要，厂区要留有发展的余地。气候条件：主导风向要求较稳定，场地应选择在城镇常年空气下风侧，河流下游，尽量远离居民区。水文地质：装置需水量大，故厂址应靠近水源充足和水质良好的地域，以满足装置生产和生活用水及排水，靠近河流但避开洪水地段。能源：保证电网供电充足，燃料油供应方便充足。综合安全防护6.4.1防火防爆（1）根据中华人民共和国国家标准（GBJ16—87）建筑设计防火规范，本厂属于甲级防火防爆单位，各工序岗位的管理均应符合规范要求。（2）在厂范围内，30米以内严禁烟火，严禁携带易燃、易爆品和穿钉鞋进入生产区域，生产所用的易燃品（棉纱、油类等）应放在指定地点，并妥善保管。（3）盛装和输送易燃易爆物料的设备，管道应该严密无泄露，发现泄露应及时检修，若开车无法检修，又严重威胁安全生产，应立即停车检修。（4）所有盛装易燃易爆物料的设备和运输管道，均应有良好的静电接地装置，接地总电阻不得大于4欧姆，厂房和装置的避雷装置应保持良好，不得损坏，每年要检测校验一次，接地线的测试由动力厂负责，检测记录应报生产单位和生产机动部、安环质检部各一份，以备待查。（5）所有的电动机和电器设备均应有良好的接地装置，机械传动设备应有完整的安全防护罩。（6）当班工人，不得任意脱离工作岗位，传动设备合闸前，要按操作法规定，严格细致检查，注意设备内外是否有人工作。（7）下釜、下槽和进入其他设备容器工作应做到：切断电源，拿下保险，并挂上严禁合闸的警示牌。物料管道等断开并堵盲板，切断物料等。容器内用n2或水置换，进行取样分析，易燃易爆或有毒物质含量小于规定范围，含氧量在18~21%，并保持良好通风，方可进行操作。如需动火处理，应按规定办理动火手续。进缸工作，应戴好安全带和安全帽等防护用具，并按规定办好票证。外面应留一人监护，监护人应高度负责，不得随意离开岗位。（8）登高作业2米以上，应带好安全带和安全帽，并携带好材料、工具、切勿落下伤人。（9）安全阀、防爆膜、压力表要经常保持灵活好用，均应按照受压容器管理规范要求，按期进行核验，并作好记录，打好铅封，记录上应有检验人签字存档备查，如遇特殊情况，例如安全阀误操作跳开，低改高型号树脂生产，要随时调校安全阀。（10）砂封、阻火器等安全装置每半年清理检查一次。（11）系统设备管道停车检修，必须将物料处理干净，排n2置换。经分析化验合格，办理动火证后，方可动火检查。（12）系统设备，管道开车，应用N2置换，分析含氧在3%以下，方可进行开车。（13）盛装和输送乙烯的管道，设备严禁用铁器敲打，以免发生火花。（14）盛装和输送乙烯的设备及其附件、管道和管件、阀门等，不得采用铜、银、汞等金属材质，防止产生爆炸物，如需采用铜材，其含量不得超过70%，如需采用汞做压力计时，要加甘油等做隔离液。（15）凡来厂的新工人或外来实习培训人员在进岗前必须进行三级安全教育并经考试合格，方能进岗工作。（16）凡本厂职工及外来实习参观人员都必须严格执行。（17）凡厂马路及消防通道上，不得堆放任何妨碍交通的物质，确保马路及消防通道畅通无阻。6.4.2防毒生产中所用的反应物品大多对人身有健康危害，化学物品经吸入、食入、经皮吸收等途径向人体侵入。防护措施：（1）皮肤防护严禁直接接触剧毒物品。在生产岗位工作的职工根据有毒物的性质穿戴工作帽、工作服、防护面具、防护镜、手套、工作鞋、口罩等劳动保护用品以及在外露的皮肤上涂抹皮肤防护剂。（2）呼吸防护进入有毒物料的设备内作业或有毒物质浓度超标区域，应戴防毒面具及防护用品。呼吸防护面具包括防毒面具、氧气呼吸器等。（3）个人卫生保健不准在被污染的环境中存放食品及就餐、饮水。饭前应洗手、漱口。正确穿戴防护用品，下班后应洗澡。工作服不应与非工作服混放。增加保健食品，增加营养，增强体质、增强身体抗毒害能力。定期检查身体健康情况。中毒后应采取急救措施，有以下四个要领：（1）安全进入毒物污染区（2）迅速抢救生命（3）彻底清除毒物污染，防止继续吸收（4）送医院治疗6.4.3安全防护:（1）聚合工序属于甲级防爆单位；闪蒸、冷冻岗位分别为乙级和丁级防火防爆岗位。（2）为了防止乙烯等气体、液体在设备管道中高速流动摩擦产生静电积蓄而起火爆炸的可能，一般液体的流速不超过4~5m/s，气体流速不超过10~15m/s，同时所有设备管道应设有消除静电装置，以使静电较快地导至地下。由于各工序都有可燃性气体向空气中排放，故在房顶均应设置防雷装置，各易燃气体放空管应装阻火器，以防雷击起火倒抽入设备内。（3）加强岗位操作的安全责任感，生产实践证明，操作不当，巡回检查不及时或误操作均会造成重大事故。（4）发生火警时，首先应力求镇静，看清火源及着火相关物质的性质，采用不同的灭火材料，并立即报告有关部门。三废治理废水治理聚乙烯生产中废水主要来源于锅炉排放水、热媒真空喷射水、地面冲洗水、化验污水等。废水经地沟进入废水池，然后经潜水泵提升至厌氧塔，经8小时厌氧发酵，把废水中有机物转化成低分子有机物，厌氧塔出水流到生物接触氧化塔，停留6小时，在有氧情况下氧化有机酸，出水至沉淀塔，经沉淀后上清液流至生物活性碳塔，经催化剂及微生物作用，进一步净化水质，达标排放。废渣治理废渣量的多少与生产状况有极大关系。生产正常时，各类过滤器清洗极少，工艺管道基本不用拆清，因而工艺排放极少。根据生产情况废渣主要有以下3个来源。废水中的固体废气物：主要是清洗水中夹带低聚物，地板清洗水中的TiO2粉、切片粉末等，可静置分层后处理。固体废弃物：日常生产中会有较多的工艺清洗。如浆料管线的冲洗，聚合过滤器的清洗等等。用水清洗之前，必须排放工艺物质，大都是低聚物。排放物混在清洗水中沉淀后成为较弄的浆料状物。废气治理聚乙烯生产的废气主要为空气,适于应用活性炭纤维浓缩。因此使用以活性碳纤维为介质,能够连续吸附、解吸废有机气体的设备，来回收可利用物质不失为最佳选择［14］。经济衡算根据化工产品市场报价列表6-1。产品利润二成品产量X成品价格一原料消耗表6-1主要原料及产品价格原料纯度价格（元/吨）己烷%9000乙烯%10000氢气%12000HDPE%12500原料的年耗量：m=Mx26/6x8000=++x26/6x8000=乙烯乙烯m=Mx26/6x8000=+x26/6x8000=t己烷己烷mH2=MH2x26/6x8000=x10-3x26/6x8000=70tH2H2每年原料消耗的费用=x1+x+70x=X1°5万元预计工厂员工总共200人，平均每人每月的工资为2000元，则人力资源费用为200x2000x12=480万元另外考虑电、水、热媒等资源的消耗，机器维修及损耗，设备购置、厂房建设等费用估计平均每吨耗用500元，则每年耗用500x90000=4500万元年利润=200000x万元据保守估计税前年利润约为40020万元左右。参考文献杨忠华，张洪涛，国内外聚乙烯生产工艺研究新进展J].炼化与化工，2009,20(1):12-15邓世强，房广信，何小龙.HDPE工艺技术进展J].合成树脂及塑料，2002,19(5):48-53⑶张勇，郭子方，周俊领.乙烯淤浆聚合BCE催化剂的工业应用J].石油化工，2008，37(3):281-285陈伟，郭子方，周俊领等．一种用于乙烯聚合或共聚合的催化剂其制备方法．中国，CN1552743.2003郭子方，张敬梅，陈伟，周俊领，杨红旭，新型高效淤浆工艺聚乙烯催化剂的制备及其催化性能[J].石油化工，2005，34(9):840-843⑹杨红旭，郭子方，周俊领.高性能淤浆法聚乙烯催化剂的研究J].石油化工，2007，36(11):1119-1122[7]李恩明，徐宝成.BCH催化剂在淤浆法HDPE装置上的应用J].合成树脂及塑料，1996，13(3):20-23⑻肖维泰，范吉权.淤浆法HDPE装置间歇聚合条件及程序的优化J].合成树脂及塑料，1995，12(1):27-30⑼童本进，际明华，丁素琴，扬子石化公司淤浆法HDPE生产技术的改进及国产化[J].合成树脂及塑料，1997，14(1):29-31GuptaRK.FundamentaIsofpoIymerengIneering[M].Secondedition.Newyork:MarceIDekkerInc,2003,233-242裴永昕，淤浆法高密度聚乙烯工业生产过程模拟[D].北京：北京化工大学，2003赵建同，王子镐，裴永昕，魏寿彭．淤浆法高密度聚乙烯链长分布矩的计算办法[J].北京化工大学学报，2005，32(2):34-37[13]中国石化上海有限公训.化工工艺设计手册[M].北京：化学工业出版社，2008.[14]杨索珍，王革，高密度聚乙烯装置粉料处理尾气的回收利用J].河北化工，2009，32(2)：35-38倪进芳.化工过程设计[M].北京：化学工业出版社，1999.熊洁羽.化工制图[M].北京：化学工业出版社，2007.方利国，董新法.化工制图AutoCAD实战教程与开发[M].北京：化学工业出版社，2005.刁玉玮，王立业主编.化工设备机械基础(第五版)[M].大连理工大学出版社,2004.贺匡国.化工容器及设备简明设计手册[M].北京：化学工业出版社，1995.郭鲁生.化工设备的选择与工艺设计[M].长沙：中南工业大学出版社，1994致谢本设计历时半年的时间,主要包含了必要的设计、工艺计算和图纸,在参考了诸多的参考文献和张春燕等老师的悉心指导下终于顺利地完成了。在设计过程中，我的指导老师张春燕老师循循善诱的教导和开拓创新的思路给了我无尽的启迪。她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的好榜样，在此对她表示诚挚的谢意。此外，在进行设计时，我也得到同组设计人员的很多帮助，在和她们互相探讨，互相学习的过程中，我感到集体团队的力量和同学之间的友谊的伟大，在此一并向他们表示感谢。最后对给我们毕业生带来诸多方便和照顾的学院、学校表示诚挚的谢意，并祝全校师生身体健康、工作顺利，也再次向老师们表示深深的敬意和感谢！致谢人：丘弘森2012年06月1日

湖南工学院2013届毕业设计（论文）课题任务书学院：材料与化学工程学院专业：化学工程与工艺指导教师张春燕学生姓名丘弘森课题名称年产20万吨聚乙烯的生产工艺设计内容及任务在国内外PE的研究发展方兴未艾的大环境下，我们作为本科毕业生在全国人民为祖国伟大复兴而艰苦奋斗的时候，于毕业设计时选取高密度聚乙烯生产工艺设计，具有非同一般的意义。其内容包括：回顾大学所学知识；杳阅先进的资料文献；熟悉化工生产的特点；了解先进的高密度聚乙烯生产技术。本设计选用三井石化公司的CX工艺。CX工艺以乙烯为原料，丙烯或丁烯-1为共聚单体，氢气为链转移剂，采用国产BCE-1催化剂，在低压间歇聚合反应釜中聚合，生产高密度聚乙烯树脂。其他设备还包括各种泵,储罐，管道，阀门等。起止日期起止日期工作内容备注起止日期起止日期工作内容备注拟达到的要求或技术指标对生产咼密度聚乙烯的CX工艺流程能够驾轻就熟，能够对工艺设计完成物料衡算、能量衡算，以及设备和管道尺寸选型与设计。对于确定尺寸的设备能够用AUTOCAD画出其剖视图以及主要部件的俯视图，还要能绘制出厂区总平面图。安排1、2012年11月-12月：2、2012年12月-2013年1月：3、2013年2月20日-3月9日：4、2013年4月初-4月底：5、2013年5月初-5月底：6、2013年6月初：确定课题题目，下达课题任务书，学生翻译外文资料；写出提纲，完成毕业设计开题报告；进行毕业实习，收集有关该课题内容资料；整理资料，写出毕业设计初稿；中期检杳（4月28日检杳）：在导师指导下修改完善毕业设计，定稿并装订成册：准备并完成毕业设计答辩。主要参考资料教研室意见年月曰学院主管领导意见年月日湖南工学院本科生毕业论文开题报告

设计（论文）题目年产20万吨聚乙烯的生产工艺设计设计（论文）题目来源老师拟定设计（论文）题目类型毕业设计设计（论文）题目年产20万吨聚乙烯的生产工艺设计设计（论文）题目来源老师拟定设计（论文）题目类型毕业设计起止时间2012年11月---2013年6月、设计（论文）依据及研究意义：高密度聚乙烯（HDPE）是聚乙烯（PE）树脂中产量最大的品种，由于其具有良好的机械性能和化学稳定性、加工性能好等优点，而广泛用于工业、农业、医药、卫生和日常生活用品等领域。目前HDPE几乎渗透到所有的传统PE市场，包括薄膜、模塑、管材和电线电缆。其中具有最大优势的领域是薄膜、包装。2008年，全球HDPE生产能力约为3580万t。其中北美、西欧、中东和中国的生产能力占到了全球总能力的％。从2008年9月开始，世界HDPE产能开始明显增长，预计到2013年，全球HDPE的生产能力将达到4910万t。在产能增长地区，中东地区产能增长较快。到2011年，中东PE在全球产能中的比例从之前的7%增至14%，中国成为了目标市场，而欧洲则成为了一个备选市场。在2008年到2011年间，亚太地区的PE产能年增7%，新项目主要位于中国、印度和韩国，未来中国将继续成为动力源泉。目前，全球HDPE的消费量已达到了万t/a。HDPE的主要消费地区仍然集中在中东、美国、西欧及中国。预计到2013年，中东和加拿大将成为HDPE最大的出口国，主要进口国家为西欧和中国。近几年，我国HDPE市场咼速增长，产销量不断提咼。2009年，我国HDPE的消费量达到了约470万t。到2010年消费量达到万t,2013年将达到万t。预计未来5年，HPE在各地区消费的增长速度有快有慢。相对而言，华南地区及华东地区发展较快。目前，我国HDPE主要用于生产薄膜、日用塑料制品、塑料包装箱及容器等制品。预计未来几年，我国薄膜、塑料零件及管材的需求仍将旺盛，电线电缆的需求也将保持较快增长，HDPE总体消费结构不会有太大变化，塑料薄膜的比例将略有增加，日用塑料制品的比例会略有下降。目前我国PE用量已列于五大通用塑料原料之首，中国已成为世界PE的最大进口国和第二大消费国。目前沙特阿拉伯、美国、新加坡、韩国及加拿大已成为中国进口LLDPE五大前沿产地，占中国进口总量的近％。与此同时，中国台湾省、马来西亚及日本等周边国家及地区近年也在大规模扩建装置，这部分装置除了满足他们自身需求外，主要是为了向中国及内地出口。由于这些国家及地区与中国地域接近，产品生产成本低、性能良好等，对中国的HDPE产品构成了比西方发达国家更大的威胁。预计未来几年，中东将逐步成为石化产品出口的新霸主。近年来，中东国家利用得天独厚的油气资源大力发展石化工业，在全球所占市场份额快速增长。据海湾地区的业内专家预计，到2020年，海湾地区乙烯产能占全球总产能的比例将增长到15%，在全球石化工业中处于领先位置。中东国家在地理位置、海运和基础设施建设三方面占有一定的优势，因而在国际乙烯市场上将有较强的竞争力。到2010年，中东地区出口到中国的PE达到了200万t,补充了国内近50%的缺口。这对国内相关PE企业造成较大冲击。一般贸易和进料加工贸易方式仍是我国HDPE进出口最主要的贸易方式。尽管近几年国内HDPE产能增长很快，但产能仍然满足不了需求。由于国产能力的扩容，HDPE的进口量增长速度开始放缓，但进料加工在进口原料中的主导地位反映出我国国产HDPE在外贸加工中的竞争弱势，证明国外制品企业对国产原料的质量尚存疑问。虽然全球聚烯烃产能增长很快，但全球新增产能仍将主要集中在中东地区，该地区虽然拥有最低的原料成本，但在中国市场的价格却不一定是最低。目前中国国内市场已全面对外开放，成为世界HDPE供应商角逐的主战场，中国HDPE进口量占世界贸易总量的30%。因此，中国HDPE需求的增长对全球HDPE市场影响重大。另一方面，我国HDP