年产3万吨聚丙烯车间工艺设计

#聚合反应原理该工艺采用Z-N型催化剂，PP等规的高低和所用的催化剂体系有关，现采用CS-1型催化体系，主催化剂的晶体对催化剂性能特别是定向性有显著的影响。其反应机理如下：丙烯聚合的过程包括链引发、链增长、链转移和链终止。⑴链引发[Cat]R+CH2=CHf[Cat]HCH2—CH—RIICH3CH3⑵链增长CH3[Cat]+-一CH2—CH—R+nCH2=CH—[Cat]+―CH2—CH(CH2—CH)nRTOC\o"1-5"\h\zIIIIch3ch3ch3ch3⑶链转移向单体转移■■[Cat]+—CH2—CH(CH2—CH)nR+CH2=CH—[Cat]+-—CH2—CH2+CH2=C(CH2—CH)nRIIIIIIch3ch3ch3ch3CH3CH3向氢气转移[Cat]+-一CH2—CH(CH2—CH)nR+H2—[Cat]+-一H+CH3—CH(CH2CH)nRIICH3CH3IICH3CH3CH3CH3向烷基铝转移[Cat]+-—CH2—CH(CH2—CH)nR+Al(C2H5)3f[Cat]+-—C2H5+CH3CH3(C2H5)2Al—CH3—CH(CH2—CH)nRII

链终止CH)－nRICH3CH3CH3[Cat]+——CH2-CH-(CH2-CH)-nRf[Cat]+——H+CH2=CCH)－nRICH3CH3CH3CH3丙烯聚合反应的机理相当复杂，一般来说，可以划分为4个基本反应步骤：活化反应，形成活性中心；链引发；链增长及链终止。对于活性中心，主要有两种理论：单金属活性中心模型理论和双金属活性中心模型理论。普遍接受的是单金属活性中心理论。该理论认为活性中心是呈八面配位并存在一个空位的过渡金属原子。以TiCl3作为催化剂为例子，首先单体与过渡金属配位，形成TI化合物，减弱了Ti-C键，然后单体插入过渡金属和碳原子之间，随后空位与增长链交换位置，下一个单体又在空位上继续插入。如此反复进行，丙烯分子上的甲基就依照一定方向在主链上有规则的排列，即发生阴离子配位定向聚合，形成等规或间规PP，间规单体插入的立构化学则由链终止端控制的。pheripol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，工艺采用高效催化剂（Spheripol工艺一开始使用GF-2A、FT-4S、UCD-104等高效催化剂，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，采用一组由两根管组成的环管反应器。均聚反应也是液相聚合，一般都采用两组串连的环管反应器，每组反应器由四根管子组成。目前改进的Spheripol工艺的环管反应器由一组环管组成，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，能耗低。Spheripol工艺经济性好，原料和公用工程消耗低，人工费和三废处理等费用也少，生产成本较低，因此Spheripol工艺成为当今世界最为先进和流行的PP生产工艺之一。（二）影响聚合反应的因素：（1）原料杂质高效催化剂中所含的钛化合物和MgC12及活化剂三乙基铝化学性质都非常活泼，遇到水或氧时，会发生反应，容易失去活性，活化剂能在空气中自燃，与水、醇、醛、酮、羧酸、酰氯等发生反应。因此，丙烯中含有少量杂质会破坏催化剂体系的活性。通常，使用高效催化剂时，丙烯中的含水量应控制在5X10-6以下。硫是丙烯中极具有害的杂质，特别是羰基硫（COS）、二硫化碳（CS2）能使聚合反应发生链终止。使用高效催化剂时，丙烯中的CO含量一般控制在1X10-6以下。微量的炔烃与二烯烃对釜内转化为聚丙烯的丙烯所占的比例（丙烯转化率）、产品的等规度也都有明显的影响，使它们下降。丙烯中的一氧化碳将影响催化剂的定向能力。CO、CO2能使聚合反应发生链终止，降低催化剂的活性，使用高效催化剂时，丙烯总的CO含量一般控制在1X10-6以下。在反应系统管线中的物质如醛、酮等，漏入聚合釜内，也对聚合反应起破坏作用，微量的醛、酮就会是活性大大降低。因此，要防止这些物质进入反应系统。高效催化剂与络合-II型催化剂相比，对丙烯原料要求更高：COS和CO要求均少于1ppm，同时输送活化剂和保护催化剂的精氮以及调节分子量的氢气杂质要求越少越好，水和氮气量均应少于10ppm。高效催化剂体系咼效催化剂体系由CS-1,三乙基铝和DDS(二甲氧基二苯基硅烷)三部分组成。CS-1：用量增加，反应速率增加，反应时间相应缩短，但催化剂得率和转化率降低，用量过高时由于CS-1初活性很高，聚合釜散热相当困难，易发生超温超压，产生暴聚，形成塑化块。用量过少时，反应时间长，甚至不反应。本装置规定12立方米聚合釜为40-100g。三乙基铝：其主要作用是将四氯化钛还原成三氯化钛，使三氯化钛烷基化，形成活性中心，同时破坏原料及系统有害杂质，保护催化剂的活性中心。活化剂用量过多，产品中灰分增高而影响产品质量。本装置规定12立方米加入量为600-1500ml。DDS：作为第三组分，主要作用是提高催化剂体系的定向能力。因为DDS可使催化剂活性中心选择性中毒，从而提高定向能力和产品等规度。其加入量少，产品等规度低，甚至产生粘料造成堵釜；但加入量越多，会降低催化剂的活性，抑制聚合反应。同时使灰分增加。本装置规定12立方米釜加入量为50-250ml。(3)反应温度液相丙烯临界温度为91.89。在此温度以上为气相。温度越接近临界点，蒸发潜热越小，不利于蒸发潜热散热。同时，温度愈高，液态丙烯的比重下降大，致使在温度低时正常投料系数变为高的投料系数而不安全，造成设备超压。因此，本体聚合中，聚合温度绝对不要高于80°C。另外，温度过高或升温过快，反应速度太快，在传热不好的情况下，容易引起局部暴聚，塑化结块，出不了料甚至出安全事故。温度低，又延长反应时间，一般控制在75C左右为宜，控温和升温都要平稳。(4)反应时间延长反应时间，催化剂得率和转化率会明显提高，但反应速率急剧下降。同时，一经“干锅”继续反应，则塑化结块明显增多，影响产品质量，并造成出料困难。反应过早结束，一则丙烯转化率低，催化剂得率低，造成原料消耗高；二则影响产品质量，使产品灰分，挥发过高。5）氢气氢气作为分子量调节剂，无氢气时，分子量很高，达150万以上，无法做成塑料制品，当氢量达到100-200ppm时，分子量在30万左右，氢量继续增加，对分子量影响变小，氢浓度可视产品的分子量高低要求而定，随着H2/丙烯比的增大，聚丙烯的分子量相应变小，熔体的流动速率增大，此时，催化剂和单釜产量会有所提高，聚合物的等规度会有所下降，但当氢气加入量较大时使用高效催化剂时，单聚合釜产量有时会降低。2.9后处理原理因反应副产物少，加入助剂少分解的残渣甚微，故只需闪蒸未聚合的丙烯，丙烯等挥发组分，接触空气使催化剂和活化剂失活就可得到产品。无溶剂的回收和精制，无脱灰脱无规物。工艺流程简单。2.10.尾气回收原理2.10.1生产原理本车间尾气含丙烯90%以上，含氮约5-10%，另含少量丙烷、氧等。该装置采用冷凝法回收丙烯丙烷，基本原理是利用丙烷丙烯比氧氮临界温度高的多，而临界压力低得多。当压缩至1.5-2.0MPa时，用循环水和-7°C盐水冷却丙烯丙烷足以冷凝成液体而回收。氧气氮气作为不凝气排至气分车间。2.10.2影响因素（1）氮气含量的影响由于在2.0MPa,40C以下的状态下，氮气呈气体状态，故聚丙烯尾气中氮气含量高，需要排放的氮气量也多，故带走的丙烯也越多，同时尾气中氮气含量影响压缩机的正常工作。本装置规定聚丙烯尾气中氮气含量W8%。（2）不凝气排放压力在排放点温度一定时，不凝气排放压力越高，排放的不凝气中丙烯含量越少；反之，丙烯含量越高。故不凝气排放压力越高，丙烯的排放量就越少。考虑到设备耐压等级，本装置规定不凝气的排放压力为1.95~2.0MPa。（3）冷凝温度在一定的排放压力下，冷凝温度越低，丙烯在不凝气中含量就越低。工艺操作流程1）精制过程：液相丙烯自液化器罐区送到预精制罐，由丙烯原料泵输送，经固碱塔、脱硫塔回循环精制，脱除大量的水、C02、无机硫。粗脱合格后的丙烯进入汽提塔、缓冲罐，汽提后丙烯经出口冷却器进入精制塔深度脱水、脱氧、脱砷后进入丙烯贮罐，为聚合投料作准备。（2）预聚过程精丙烯四次经聚合釜投料一步：氢气自氢气缓冲罐，采用压差法定量加入聚合釜，并投3m?丙烯。二步：将第三组分（DDS）定量加入催化剂料斗，用lm?丙烯冲入。三步：用精氮将活化剂计量罐中活化剂定量加入活化剂料斗，用3m?丙烯冲入聚合釜。四步：在精氮保护下将定量催化剂加入催化剂料斗，用lm?丙烯冲入聚合釜。投料完毕，自动通蒸汽进热水槽保证温度恒定在80°C，用热水泵将热水送至聚合釜夹套加热升温，热水回热水槽循环使用，釜温在30~50分钟内由平缓地常温升温到70C。当水温达到75C时，将热水（自动状态下逐渐关闭）切换成循环冷却水（自动调节循环冷却水阀开度），撤去聚合反应放出的热量，控制反应热，平稳的将聚合釜温升至（77±1）C，压力恒定在（3.6±0.1）MPa，反应结束（2h-3.5h）出现“干锅迹象”，开启回收系统，将未反应的气相丙烯经冷凝器冷凝成液相后回收，重复使用。回收结束后，釜内留有余压（1.2MPa-1.7MPa）,分三次将釜内物料喷入净化合格的闪蒸罐，闪蒸汽全进入气柜；闪蒸罐内的气体用氮气置换，置换气体也进入气柜，反复置换三至四次至闪蒸罐内丙烯含量V1.5%（体积）后出料。（3）尾气回收利用过程：排至气柜的丙烯尾气，经分液罐分液后进入压缩机一级入口，一级入口的气体经分液罐后进入压缩机二级入口，二级入口的丙烯气体经润滑油分离器分液，进入尾气冷凝器冷却成液相，送到回收丙烯贮罐，重复利用或退回罐区。工艺控制方案（1）反应器的温度控制液相搅拌釜式反应器的聚合热量通过采用反应器夹套的水冷及气体冷却冷凝循环系统而被撤除，主要通过气体冷却冷凝循环系统来控制该反应器的聚合温度。气相反应器的温度控制一循环气冷却器控制。有的地方采用带循环水泵的直接冷却水系统，有的地方采用的是使用间接冷却水的间接冷却系统。在正常操作时，用间接冷却水和冷却水来冷却循环气体。在开车时，则采用间接冷却水和蒸汽给气体加热，此时，间接冷却器被旁通。（2）压力控制恒定保持在其反应温度相对应的饱和蒸汽压力下，该压力主要由丙烯及氢气蒸汽压力之和来决定。（3）反应器液位控制采用压差式液位计，保持反应器低部与其气相之间的压差不变。（4）催化剂活性的控制因素反应温度对于液相反应器而言，聚合量呈指数，而且使浆料膨胀。单体分压单体分压决定于反应器的温度，是因变量。停留时间聚合量随催化剂停留时间的增加而增加，改变反应器内的反应体积，就很容易地改变催化剂的停留时间。4.2聚合终点的判定釜温不变而釜压下降或釜温上升而釜压不变搅拌电流明显增加，约5060A反应时间23.5小时2.11原料辅助材料性能、规格（1）丙烯无毒，有刺激性气味、易燃、易爆、常温常压下为无色透明气体，压力下为无色透明液体。分子量42.078沸点-47.7°C临界温度91.89°C临界压力4.54MPa①进装置丙烯丙烯±98%（体积）双烯烃WIOppm硫W3ppm水W1OOppm氧W3Oppm一氧化碳W5ppm二氧化碳W1Oppm②精制后丙烯水W2Oppm氧W1Oppm硫W3ppm其他同进装置丙烯，催化剂CS-2型催化剂外观：褐色细颗粒活性指标：±20000gPP/gTiC13(3)活性剂三乙基铝Al(C2H5)3该活化剂遇空气立即自燃，遇水将剧烈反应放出大量热，引起爆炸。外观无色透明液体含量>95%沸点186.6°C冰点-52C(4)第三组分二苯基二甲氧基硅烷DDS外观无色或微黄色透明液体含量>87%折光率1.535~1.545(25C)

密度（5）氢气氢气是一种无色①进装置氢气纯度氧水②精制后氢气纯度氧密度（5）氢气氢气是一种无色①进装置氢气纯度氧水②精制后氢气纯度氧水（6）氮气①粗氮氮氧水②精氮氮氧水（7）活性氧化铝粒度强度静态吸附容量相对湿度堆比重吸水率密度比重面无味、无毒、极易着火和爆炸的气体，可燃范围宽±99.5%<0.2%W1500ppm±99.9%<10ppm<10ppm±99.5%（体积）<0.2%（体积）<150ppm（体积）±99.99%（体积）<10ppm（体积）<10ppm（体积）①3〜5mm±2〜8Kg/粒16±1%60%0.89kg/l>100%（wt）2.3Kg/l300±20m3/g

孔容0.32~0.432/kg⑻分子筛（3A）球形、粒半径①4〜6mm吸水量±210g/kg堆比重0.7kg/l耐磨湿度0.5%（wt）（9）氧化锌脱硫剂外观淡黄色或灰白色柱状颗粒物规格①5X5〜10mm堆比重0.85〜1.1kg/l硫容^50N/cm3（侧压）氧化锌含量大于80%（重量）工艺条件温度常温压力1〜10MPa液空速2〜5/h-1入口含硫量1〜5ppm出口含硫量VO.lppm床高/直径>3使用寿命一年以上（10）产品规格外观白色、无结块的微球粉粒技术指标合格品等规度±92%灰分W500mg/kg氯含量W250mg/kg表观密度±0.40g/cm3熔融指数1.9〜4.2g/10min扩张屈服强度±27.0MPa（11）聚合温度：73〜79°C，聚合时间4〜6小时2.12异常情况处理2.12异常情况处理1事故预防与处理生产异常情况判断和处理1.1.1精制塔再生时升温慢（1）吸附剂含水量大（2）再生气含水高（3）再生气流量小（4）再生气温度低（5）塔放空筒阻力大1.1.2T--5压力超高（1）流程不通或阀门开度不够（2）塔系统阻力高，塔内片碱消耗大（3）塔内丙烯温度高1.1.3T--5液碱托不下（1）塔底结晶，结块堵塞（2）脱液碱阀故障容器超压（1）超过规定装料系数（2）热丙烯进入容器（3）冷却器冷却水中断T--8压力低（1）TRC305未开（2）PV301自动控制紊乱，开度太大1.1.6R--18液位控制不稳定（1）FV303和LV303串级控制失效无须处理加强脱水操作增大再生气流量提高电加热器温度提高再生气压力打通流程，开大阀门甩掉部分塔，考虑加片碱检查T--5蒸汽包脱碱前后均要开蒸汽吹扫5分钟更换阀门放低网降压，将超量丙烯倒走降低回收速度尽快恢复L-1、2、3、201、202、203、4、5的冷却水打开TRC给定值后投自动控制检查PV301设定是否符合操作要求重新设定改手动控制，重新设置各给定值，(2(2)P--8抽空，出口压力太低(3)R--18内不凝气量太多1.1.7T--8液位控制不稳定FV303和LV303串级控制失效T--8压力波动太大1.1.8丙烯投料异常(投不进去或缓慢)(1)投料流程不通(2)R--203液位不够(3)质量流量计给定值有误(4)三通故障(5)管线堵塞聚合自控效果差(1)反应不正常(2)设定值错误(3)调节过快或过慢，系统震荡自动粘料(1)反应过猛(2)系统太脏(3)DDS未加或跑损(4)回收不彻底(5)催化剂定向指标差注：粘料一般只在喷料过程中才能发现，系统稳定后在串级需灌泵，并适当提高R--18的压力打开PV302进行不凝气排放同上调整TRC开度，调整PIC301给定值检查并打通流程(包括开投料泵)待R--203有足够料在投重新调整给定值(SP)处理流量计控制三通查找并处理堵塞处手动控制重新给设定值手动控制平稳，调节P、I、D值整催化体系严格精心操作增大DDS量加强工艺操作更换催化剂述处理或为预防，或为后处理，粘料判断是在釜温下降后釜内结块(严重)，表现为喷料时搅拌电流越来越高，釜内有撞击声音，此时马上停止搅拌，加丙烯气继续喷料，尽可能多喷一些粘料至闪蒸罐。1.1.11结块或爆聚配比过高调整催化剂体系(2)撤热系统出现故障导致无法撤热检查回复水系统

（3）稀汤（极弱反应）回收后期出现严格按照稀汤操作程序控制剧烈反应（4）喷料延误注：爆聚结块的形成与配比及操作有很大的关系，不是特别严重的情况该现象都能通过适当的操作减免，首先是对其的判断一定要正确，并能提前作出正确的操作。1.1.12结杯1）喷料球阀内，外阀1）喷料球阀内，外阀提前回收，停釜处理2）反应差，恒温时间长2）反应差，恒温时间长稀汤反应不能长恒温超过3小时（3）催化剂高却无反应，回收釜温高严格控制釜温不超过65°C（4）空釜时间太长，轴封油大量进入空釜不超过10s,必要时停注油器釜内设备异常情况判断和处理丙烯泵不上量打开流程待进料后开泵1）入口流程不通打开流程待进料后开泵2）储罐内无料3）泵内丙烯汽化3）泵内丙烯汽化管网放气，灌泵重新启动1）系统漏气2）真空泵故障1）入口阀开度不够开大入口阀21）系统漏气2）真空泵故障1）入口阀开度不够开大入口阀2）叶轮转向不对联系电工，将电机转向3）叶轮配合间隙大联系维修队处理注：连续开泵不超过3次，而且每次间隔在5s以上。1.2.2真空泵真空度达不到寻找漏点并处理联系维修队处理1.2.3泵压力和流量不够4）容积损失大更换润滑油1.2.4泵转动过程中跳闸更换润滑油1）润滑油变质2）轴承烧坏抱轴联系维修队处理（3）泵流量过大降低泵流量（4）电机受潮绝缘不好联系电工处理1.2.5泵启动时电机跳闸（1）泵出口未关严关严泵出口阀（2）轴承抱轴联系维修队处理（3）同心度不符合要求（4）轴弯曲（5）电压低1.2.6泵震动及杂音大（1）地脚螺栓松动拧紧螺栓（2）轴弯曲联系维修队处理（3）同心度不符合要求（4）叶轮背帽松动（5）泵抽空1.2.7泵轴承箱发热（1）泵轴承箱润滑油过多或不足调整润滑油油位（2）润滑油变质更换润滑油（3）冷却水中断或不足调节冷却水量（4）泵与电机不同心联系维修队处理1.2.8聚合釜电机发热（1）超负荷降量生产（2）定子绕组短路联系电工处理（3）接触不良（4）电机进油1.2.9机械密封泄漏（1）冷却水中断调节冷却水用量（2）动、静环密封面有杂物联系维修队处理3）密封圈老化4）弹簧卡住断裂（5）动、静环破裂1.2.10压缩机排气量不足（1）入口阀开度不够（2）气阀泄漏1.2.11压缩机循环油上升或下降（1）油管线堵塞（2）油管线泄漏（3）油量不够1.2.12压缩机运动部分发生异常声音（1）连杆螺栓，轴承盖螺栓十字头处螺母松动或断裂（2）主轴瓦连杆太小、十字滑到间隙过大（3）曲轴与连轴和电机轴腱配合松动1.2.13压缩机气缸内发生异常声音（1）气阀有故障，弹簧或阀片有损坏（2）异物调入气缸（3）活塞螺母松动1.2.14压缩机气缸发热（1）冷却水量不足或油量不够（2）赃物带入气缸1.2.15聚合釜减速器发热（1）减速器断油或油量不够（2）减速器故障1.2.16聚合釜轴封泄漏（1）油环放置不当或油路断油（2）压盖未压紧（3）填料质量差，使用过久（4）填料箱腐蚀开大入口阀联系维修队处理联系维修队处理加油至规定油位正常停机处理联系维修队处理启动备用压缩机同上检查冷却水同上调整和控制油位正常停釜，联系维修队处理联系维修队紧压盖回收完后，尽快喷料正常停釜，联系维修队处理停釜达到进釜条件后，进釜清理回收完后，尽快喷料正常停釜，联系维修队处理停釜达到进釜条件后，进釜清理联系维修队处理出料完后，停釜达到进釜条件后，进釜清理联系维修队处理（5）搅拌轴在填料处磨损或腐蚀1.2.17聚合釜搅拌晃动过大（1）符合过大（2）料拌轴不直度过大（3）轴承间隙过大（4）填料箱磨损1.2.18聚合釜内声音异常（1）釜内有块（2）内冷管卡子掉（3）螺带碰到内冷管（4）搅拌轴弯曲，轴承损坏（5）螺带松动1.2.19闪蒸釜内声音异常（1）釜内有块（2）耙式搅拌松动（3）搅拌轴弯曲（4）搅拌固定卡松动，搅拌下落车间工艺布置车间工艺不值得原则和要求本节主要介绍车间工艺布置的原则和要求，车间工艺布置的人物是确定厂房布置和设备布置。㈠基本原则工艺流程流畅、简洁、紧凑、避免工序交叉往返；生产区域划分清晰，设备归类分明；尽量缩短物料的运输距离；充分考虑安装，操作和检修设备的方便；留足人员通道、运输通道、成品、半成品贮存面积、安装、检修通道等。㈡厂房布置的原则和要求：满足工艺要求；组织流水生产线符合防火、卫生标准；厂房符合建筑模数要求。㈢设备布置设备布置的原则设备之间、设备与墙、柱之间留有适当的距离；布置紧凑，避免物料运输交叉和倒流；保证生产的连续进行，满足生产工艺要求；安装、操作、维修方便。(2)设备布置的要求工艺流程顺直、简洁、紧凑；设备面积布置不宜过紧或过松；管线尽可能短而直；人流避免跨越地沟，地坑和其他设备；及时回收废料、废品，保持清洁卫生；注意安全，在相关的地方设置防护罩、保护栏杆、检修孔洞、台阶等4相关表格表2.2主要设备一览表工艺编号规格工作压力(MPa)工作温度(°C)301-1F2000X4253X303.6±0.575±3301-3F2000X4253X303.6±0.575±3301-5F2000X4253X303.6±0.575±3301-7F2000X4253X303.6±0.575±3301-9F2000X4253X303.6±0.575±3302F2800X6570X120.2~0.420~40表2.3聚丙烯泵规格表序号工艺标号设备名称型号轴功率(KW)流量(Nm3/h)扬程(m)1P-1/1离心式油泵65AY-100X2C20201252P-1/1离心式油泵65AY-100X2C20201253P-2/1离心式油泵65AY-100X2C20201254P-2/2离心式油泵65AY-100X2C20201255P-3/1离心式油泵65AYII-60A206P-3/2离心式油泵65AYII-60A207P-4/1水环真空泵SZ-3693-308P-5/1热水循环泵100R-3718.5100.836.59P-5/2热水循环泵100R-3718.5100.836.510P-5/3热水循环泵100R-3718.5100.836.511P-205/1热水循环泵100R-3718.5100.836.512P-205/1热水循环泵100R-3718.5100.836.513P-6/1热水循环泵10SH-613548665.114P-7/1离心式油泵ZS150-100-250A202012515P-7/2离心式油泵ZS150-100-250A202012516P-8/1离心式油泵65AYBI-100A2020125

表2.4聚丙烯冷凝器规格工艺编号名称规格型号介质壳程管程L-1固定管板冷凝器G800-2-25-225水丙烯气L-2浮头式冷凝器FAL900-325-25-4丙烯气水L-3浮头式冷凝器FH325-10-40-2丙烯气水L-201浮头式冷凝器BJS700、4.0、160、192丙烯气水L-202浮头式冷凝器BJS700、4.0、160、192丙烯气水L-203浮头式冷凝器BES500、40、35、19.2丙烯气水L-4浮头式冷凝器BJS800-20.5-160-6/25-4NL丙烯气水L-5浮头式冷凝器BSJ500-2.5-55-6/25-4I丙烯气水表2.5压缩机规格工艺编号名称规格型号排量(m3)出口压力(MPa)J-1石油气体压缩机42-3/2232.2J-2石油气体压缩机42-3/2232.2表2.6原料消耗定额表原材料消耗定额/TPP(kg)消耗量小时(kg)年(t)丙烯11202241792催化剂CS-10.0250.0050.04活化剂0.0490.0000980.00784DDS0.080.0160.128氢气0.1380.02760.2215劳动保护和安全技术环境保护环境，包括自然环境和社会环境，是人类及其他一切生物赖以生存的基础。因此，保护环境，保护环境的优美清新，对我们的生活有着非同寻常的意义。（一）劳动保护依据《中华人民共和国环境保护法》是我们制定劳动（环境）保护的依据，它提出我国环保的方针是：全面规划，合理布局，综合利用，化害为利，依靠群众，大家动手，保护环境，造福人民。建造此厂的劳动保护设计必须遵守《工业安全卫生规程》，《工业企业设计卫生标准》，《关于生产性建设项目职业安全卫生监察的暂行规定》，《建筑设计防火规范》等法规的相关规定。（二）三废及治理聚丙烯装置中的污染源主要有：汽蒸罐尾气、压缩机排放的含烃蒸汽、各贮罐排放的不密封氮气、事故状态及开停工期间排放的工艺物料、汽蒸罐洗涤塔排放的含油污水、废油处理罐排放的矿物油、切粒水罐排放的PP颗粒水、丙烯干燥塔排放3A分子筛及测量用仪表的放射源Csl37等。1．废水聚丙烯装置内由设备排出的废水有两种：①需要经过处理的含油污水；②不经过处理可以直接排放的无油废水。其他的废水如雨水、卫生用水和一般清洁用水等废水不经过处理即可直接排入车间外的排水管道。需要处理的含油污水和其他废水一道排入油水分离沉淀池进行除油处理。油水分离沉淀池的总停留时间为3.7小时。油水分离沉淀池出来的废水，还未达到污水排放的要求，必须经排水管线排入污水处理场，采用隔油、浮选、生物化学处理等方法进行最后的处理。2．废气①装置内各排放点的含氮废气，可就近排入大气中。含有粉尘的废气通过过滤器回收粉尘，使排放到大气的粉尘量降低到符合有关排放标准的要求。②装置区排放的含烃废气，其成分主要为丙烯、丙烷，可作为燃料直接送往瓦斯管网，达到回收利用资源。③开停工及事故状态时，含烃气体密封排入全厂火炬系统，通过火炬燃烧减少了有机物对大气的污染。3．废渣根据废渣的不同性质采用不同的处理方法，使之达到无害化。对可利用的聚丙烯降级出售。其他废渣如分子筛等送工业废渣填埋场作堆埋处理。废放射源Cs137块，按«放射环境管理办法»规定，送该单位所在地区省级环境保护行政主管部门指定的城市放射性废物库贮存。聚丙烯装置虽然是属于“清洁生产”装置，但仍不可避免排出“三废”。为了减少对环境的污染，通过采取所述设计措施，并严格生产过程中的管理，聚丙烯装置的环境保护可以满足国家、地方及主管部门的规定。这对改善工作环境，保护员工的身心健康，具有非常重要的意义。静电的危害与防范静电危害静电是由于物质表面所产生的电荷形成的。具有很高电阻的液体和固体颗粒在机械运动时都会产生静电，如聚合釜、闪蒸釜进料搅拌，闪蒸釜向接料斗喷料等都能产生静电。另外丙烯泄漏向外喷出时也会产生静电。在聚丙烯的生产过程中，最容易产生静电并造成火灾爆炸事故的是聚丙烯成品粉料的流动输送过程。由于输送时速度很快，摩擦激烈，因而产生大量的静电荷。聚丙烯在闪蒸釜喷料时，其速度约为12〜15m/s,加之在闪蒸釜内受到搅拌的摩擦，使聚丙烯粉料带有极高的静电荷，测其电压可达3.0〜3.5万伏。在干燥季节．包装粉料时员工有受到电击的感觉，此时如果闪蒸效果不好，有残留的丙烯释放或厂房周围有较高浓度的可燃性气体时，必将引起恶性火灾爆炸事故。静电的防范措施丙烯及聚丙烯粉料的输送管线都应有很好的接地，法兰、阀门之间要有符合安全要求的跨线连接。地上管网系统每隔一段距离(50—100m)应与接地干线或专设的接地体相连接，防爆区的设备、储罐及防爆区的关键设备都要有静电接地保护。增加空气湿度。有利于静电的导出。（3）加强安全操作技术培训，提高操作水平，尽量降低物料流动速度，降低静电的产生。（4）接出料系统安装防静电布袋，包装人员禁止穿戴易产生静电服装上封。5.2其他安全措施（1）定期检查原料系统是否有泄漏，对氢气系统进行试漏检查，每班均须对包装过程进行检查。（2）聚合釜丙烯进料量必须准确，严禁超量，如超量．升温时液相丙烯随温度上升而密度下降很快，体积增大较多造成满釜憋压事故。（3）闪蒸去活是可燃物与空气交替通入设备内进行的操作，置换效果不好容易形成爆炸性混合物。闪蒸收料完毕后，进行泄压抽真空（50mmHg以上），充氮气（0.2MPa）反复抽排3〜4次，分析釜内丙烯含量小于0.5%后，泄压通工业风反复2〜3次至常压方可出料。（4）液相本体法聚丙烯装置大多采用人工包装，难免有粉尘外泄。为防止聚丙烯粉尘爆炸，一方面尽量减少粉尘外泄.另一方面要杜绝火种。（5）强化员工安全技术培训，熟练掌握操作技术，严格执行各项规章制度。（6）进行有效的安全生产动态调查，及时消除各类隐患。（7）进行经常性的事故演练，提高员工安全意识.增强员工事故应变能力。1、总则根据国家颁布的《消防法》，为贯彻“以防为主，防消结合”的消防方针，保障公司的生产、财物和人身安全，制定本制度。本制度适用于公司安全。本制度由安环科归口管理。2、公司防火制度总则本公司院内内，全部列为禁烟区，任何个人不得带烟、火柴、打火机等火种入内，外来人员应将其存放在门卫室。车间、库区等确需动火时，需要办理《动火安全作业证》，并采取安全措施，杜绝事故发生。2.2配电室、操作室、会议室内禁止放置易燃易爆物品，配电室、电器设施开关。新产品投产时，技术人员应详细向操作人员讲清产品性能，学习操作过程，研发部门应提出安全措施，会同安环科作出安全评价并检查安全措施的落实，认定符合安全规定后，方能投产。车间应通风良好，电器设备要防爆、潮、防止静电。消防器材要专物专用，消防水龙头、消防带、灭火器周围三米内不准积垃圾或放置其他物品。保持公司院内及车间主要道路整洁畅通，不得堆积存放物品。3、电气焊防火制度电气焊是明火作业，操作人员必须严守操作规程，严禁违章作业，非电焊工人不得进行此项作业。动火地点应与氧气瓶、乙炔气瓶呈三角位置，保持十米以上距离。氧气瓶嘴禁止接触油污，防止氧化，引起气瓶爆炸。焊、割前应彻底清除附着可燃物，焊、割装过可燃液体的容器或废旧管内的材料必须排净，带电设备切断电源。气体管线不得漏气，如漏起立即关闭并修理。电焊时，禁止将地线搭在其他金属容器管线上。焊割完毕，及时清除散落焊割火花和铁屑，以防余火引起火灾。4、库房防火制度易燃、易爆、腐蚀、易氧化的化学物品要分类隔离，专类存放。箱板等存放要整并有一定间隔，不得乱堆放。各类物品之间要保持道路畅通不得妨碍门窗的开放。库内原料桶要摆放整齐，留有一定间隔，如有液体桶泄漏必须及时运离库区处理。搬运危险品桶时不得敲击碰撞，保持库内道路畅通。库区要保持清洁，对库房内及附近的可燃废物要及时清除。严格控制、管理和使用电源，对库内的用电设备必须经常检查，保持安全使用，各种原材物料不得紧靠电气设备，管理人员离开仓库时要切断电源。仓库内消防器械要保持完好，放置在醒目处，不得随意挪用。5、电气防火制度电工人员必须严格遵守二人监督，不得违章带电作业。电器设备的安装应按供电要求，不得超过负荷。禁止使用破皮电线，如有破皮现象，应用胶布包好或更换新线，应经常进行检查，随时发现，随时处理。电器设备的各种继电器，避雷针等安全附件，必须齐全完好，符合规定，避雷设施必须在雷雨季节前检查检修完好。每年检查一次接地线。易燃易爆场所更换灯泡等电器用具时，应先切断电源，再行更换。变电、配电室要保持干燥清洁，不准堆放易燃可燃等物品，应备好灭火器。6、消防器材管理制度6.1各部门要经常保持消防器材使用良好，任何部门、个人不准擅自将消防器材用在与消防工作无关的方面。6.2消防器材由安环科统一配备、安置，各部门范围内的消防器材要放在明显、干燥、取用方便处，任何人不得随便挪动位置。灭火器如使用后，应及时报给安环科，由安环科负责换新，不得空置。易燃易爆危险物品和场所防火防爆管理制度1、易燃易爆危险物品应有专用的库房，配备必要的消防器材设施，仓库人员必须由消防安全培训合格的人员担任。2、易燃易爆危险物品应分类、分区储存。化学性质相抵触或灭火方法不同的易燃易爆化学物品，应分隔存放。3、易燃易爆危险物品入库前应经检验部门检验，出入库应进行登记。4、库存物品应分类、分垛储存，每垛占地面积不宜大于一百平方米，垛与垛之间不小于一米，垛与墙间距不小于零点五米，垛与梁、柱的间距不小于零点三米，主要通道的宽度不小于二米。5、易燃易爆危险物品存取应按安全操作规程执行，仓库工作人员应坚守岗位，非工作人员严禁随意入内。6、易燃易爆场所应根据消防规范要求采取防火防爆措施并做好防火防爆设施的维护保养工作。理制度》（2）禁止用铁器敲打管线、设备：禁止用铁器在地面上拖拉及向空气中、地面投铁器。第三章工艺计算书1物料平衡计算1.1物料衡算的作用物料衡算是工艺设计的重要的组成部分，通过物料衡算可以解决以下的一些问题：计算从原料进厂至成品出厂各工序所需处理的物料量，作为确定车间生产任务、设备选型及工作人员编制的依据；计算各种原料、辅助材料及燃料需求量作为总图设计中确定运输量、运输设备和计算各种堆场、料仓面积的依据；计算水、电、蒸汽和劳动力的需求量，确定原材料、燃料等的单位指标，作为公用设计和计算成本等的依据。1.2具体计算方法画流程草图以简化的方框图表示略去了与计算无关的化工设备与过程，并将已知数和未知数标明。化学反应方程式：nCH2=CH-CH3f-[-CH2-CH(CH3)-]-n确定计算任务聚合和闪蒸属于间歇操作过程，需要建立时间平衡。由年产3万吨设计任务和生产现场可知生产规模、成长时间、消耗定额，各步损失及聚合配方等工艺操作条件，可以按流程展开计算，并按间歇过程确定基准依次计算。数据收集：4.1生产规模：年产3万吨4.2生产时间：年工作时间8000小时消耗定额：1.12吨丙烯（纯度98%）1.12X98%=1.098（t）全装置总收率按91%计算，损失（包括工艺损失和机械损失）为9%，其分配如下：（以1.099吨100%丙烯为基准计算和损耗）丙烯精制损失：1.6%聚合及丙烯回收等损失：3.5%气体：2.0%PP：1.5%闪蒸及丙烯回收等损失：2.1%气体：0.6%PP：1.5%包装及扫地料损失：1.8%聚合反应转化率〉70%,以70%进行计算。4.5聚合配方：装料系数范围为0.75-0.85，以装料系数为0.80的12m3的聚合釜计量TOC\o"1-5"\h\z丙烯8.0m3TiCl3100~240g催化剂CS-260~90gAl/Ti（mol比）10~15活化剂350molH2/丙烯（wt）50~250ppm100〜1000ppm二苯基二甲氧基硅烷（DDS）250ml操作周期时间平衡加料15min,升温35min,聚合2.5h，闪蒸回收25min,出料包装15min,整个周期4h。生产统计数据加料15min,升温35min,聚合2.5h，闪蒸回收25min,出料包装15min,整个周期4h,年工作量8000h。则一年一釜工作：8000/4=2000周一年一釜的产量为：2000X2606.51=0.521302wt故聚合釜的个数为：3wt/0.51302=5.8装料系数范围为0.75-0.85,取0.80设备的安全系数或备用系数,通常在1.05~1.3范围内,取安全系数为1.1,则聚合釜的个数为=5.8X1.1/0.80=7.975取8个聚合釜。分布计算一、聚合过程进料H2用量产品熔指数MI=1.9~4.2g/10min,取MI=4.0g/10min。根据公式lgMI=2.41g(H2)+2.3有：lg(H2)=(lg4.0-2.3)/2.4=-0.707475(H2)=0.1961%其中(H2)=n(H2)/n(C)+n(H2)即有：n(H2)/(3920/42+n(H2))=0.001920n=0.1843kmolV(H2)=0.1843X22.4=4.108m3即加氢量约为4.2m3o丙烯的质量：8X500X98%=3920kg催化剂CS-1用量：规格指标±20000gPP/gTiCl3取40kgPP/gTiCl3则TiCl3=3920X70%/40=68.6(g)(60~90g)活化剂用量：RA1/Ti=10〜15.取RAl/Ti=12,CAL=98%CTi=2%〜4%MAl=120.5Mcat=154.2WA1=68.6X114X0.04X12X154.2/(47.7X154.2X0.98)=80.302g活化剂释剂为25g/100ml，应加三乙基铝Val=80.302/0.25=321.21ml(300~350ml)5.第三组分DDS：密度：1.06〜1.10(25°C)取P=1.07分子量为：244.4取DDS200ml则DDS的质量：M=PV=214g表3.1聚合物料衡算表物料名称进料(Kg)出料(Kg)物料名称进料(Kg)出料(Kg)丙烯3920高压回收丙烯1118.71催化剂0.06860.0686低压回收丙烯活化剂0.0803020.080302聚合回收损失丙烯57.29DDS0.2140.214损失PP42.96氢气0.36960.3696去闪蒸釜丙烯2701.04聚丙烯2606.51釜内丙烯合计3920.7333920.733二．聚合过程丙烯及PP损失的量投入的丙烯量为3920Kg，则生成的PP的质量为2744Kg(理论值)，后面的计算应该按照实际值来计算。设PP的实际值为X,则2744/X=(91%+4.8%)/91%,由此可得X=2606.51Kg即最后包装出的产品质量为2606.51Kg则损失的PP为：2744/X=95.8%/1.5%,X=42.96Kg损失的丙烯气体为：2744/X=95.8%2%,X=57.29Kg进入闪蒸釜的PP为：2744-42.96=2701.04Kg回收的丙烯气体为：3920X（1-70%）-57.29=1118.71Kg等规PP的密度为：0.92-0.94取0.92g/cm3则聚合釜内PP的体积为：V1=2744/920=2.98m3V2=12-2.98=9.02m3采用高压回收：聚合釜中回收后，压力为1.2Mpa（表压），温度为50°C，进入闪蒸釜后残压为0.3Mpa,温度为40C，由公式PV=nRT有，通入闪蒸釜的丙烯量为：n=1.3X106X9.02/（8.314X323.15）-0.4X106X12/（8.314X313.15）=2520.47mol丙烯气的流量为：2520.47molX42X10-3kg/mol=105.597kg即进入闪蒸釜的丙烯为105.597kg则聚合回收的丙烯气体为1118.71-105.697=1012.85kg三.闪蒸釜采用14m'的闪蒸釜进料：PP：2744-42.96=2701.04Kg丙烯：105.597Kg损失的丙烯：2744/X=95.8%/0.6%X=17.19Kg损失的PP：2744/X=95.8%/1.5%X=42.96Kg充入N2的量的计算在没有通入N2的时候闪蒸釜内压力为-0.66Mpa（表压），则此刻闪蒸釜内丙烯为0.1-0.066=0.034Mpa（实压），后来充N2至表压为0.102Mpa，取0.1MPa（表压）则实际压力为0.2Mpa①第一次充N2，则聚合釜内N2压力为0.2-0.034=0.166MpaC3%=0.034/0.2X100%=17%>1.5%泄压至-0.066Mpa,内含丙烯气体压力为：0.034/0.2X(0.1-0.066)=0.00578MPaN2为：0.034-0.00578=0.02822Mpa回收的丙烯为：即N2气的压力即0.02822Mpa第二次充N2，,则釜内充N2压力为0.2-0.034=0.166MpaC3%=0.0578/0.2X100%=2.89%>1.5%泄压至-0.066Mpa,内含丙烯气体压力为：0.00578X0.00578/0.=0.000167MpaN2为0.00578-0.000167=0.00561MPa回收的丙烯为：0.00561Mpa第三次充N2，则聚合釜内N2压力为0.2-0.034=0.166MpaC3%=0.000167/0.2X100%=0.0835%<1.5%符合要求，完成置换此时闪蒸釜内温度为35°C。闪蒸釜内丙烯气体的体积为14-(2701.04kg/920)=11.0639m3其质量为0.000167X106X11.0639X28X103(8.314X308.15)=36.425kg闪蒸釜内回收的丙烯量为：105.597-17.19-0.0319=88.3751kg出闪蒸釜的PP：2701.04-42.96=2658.08kg充入闪蒸釜内的N2总量为：0.166X3=0.498MPa其质量为：0.498X106X11.0639X28X10-3/(8.314X308.15)=60.22kg回收的N2质量为：60.22-36.245=23.973kg表3.2闪蒸釜物料衡算表物料名称进料（Kg）出料（Kg）物料名称进料（Kg）出料（Kg）丙烯气105.597回收丙烯气105.597聚丙烯2701.042658.08损失PP42.96氮气36.24523.973合计2830.612830.612.能量平衡计算化工生产过程中，各工序都要求确定的温度、压力等工艺条件，并且都伴有能量的传递或转移以及保证生产，化学生产不仅兼具了“三传”（动量、热量、质量传递），而且自身还有化学反应和热效应。热量衡算的主要内容i确定传入或传出的能量，确定加热剂或冷却剂的消耗量,以及其他能量的消耗，计算传热面积以及决定换热设备的工艺尺寸。热量衡算以物料衡算为基础，而它又是设备计算的基准。热量衡算的应用可有两种情况：一种是对单元设备做热量衡算，当各个单元设备时间没有热量交换时，只需对个别设备做计算；另一种是整个过程的热量衡算，当各个工序或单元操作之间有热量交换时必须做全过程的衡算。该设计时采用间歇釜操作，所以各单元设备之间没有热交换，只需对个别设备做热量衡算即可。收集数据（1）加热水的温差（选5-15°C）进口70-80C出口60-70C（2）冷凝水的温差（选5-10C）入口20-30C出口30-40C（3）冷冻盐水（选7-17C）可用冷凝水

表3.3丙烯相对密度g/cm320C30C60C70C76C0.510.5050.430.400.38表3.4饱和水的比热容CpKcagO20C30C60C70C75C0.9990.9970.9981.0001.001表3.5丙烯液体比热容CPKcagO20C30C60C70C75C0.6080.600.5820.5780.575表3.6丙烯的气化潜热KcalgO20C30C60C70C76C38003600250018001700表3.7丙烯气的比热容Kcal/（kg.C）20C30C60C70C76C1516.217.017.2查自《化工工艺设计手册》第二版)12m3聚合釜参数：重量：14750kg夹套传热面积5.0m3搅拌器功率：55kw钢的比热容：0.11Kcal/(kg.°C)PP比热容1.93J/(g.a)(查自《聚丙烯-原理、工艺与技术》洪定一主编，中国石化出版社)热量衡算2.聚合釜的热量衡算(以每釜为计算单元)①升温阶段物料由(20C，2.0MPa)(60C，3.5MPa)加热水进口75C出口70C升温时间35minQ1丙烯喷入的热量即丙烯20C的显热Q1=cmt=0.608X4.2X3920X20=200.202X103KJQ2热水放热：Q2=cmAtQ2即为所求。Q3搅拌热：Q3=pt=55X35X3.6X103/60=115.5X103Q4物料在60°C时的显热：Q4=cmt=0.582X4.2X3920X60=574.923X103KJQ5釜升温消耗的热量：Q5=(2-5%)Q2。取Q3=3.5%Q2。Q6：丙烯从t1-t2汽化带走的热量：当t=60C时，汽化的量为nmol,则有：(3.5+0.1)=3.6MPa3.6X106X(12-8(nX42X10-3/430))=nX8.314X333.15n=5955.039mol=5.955X10X10-3Q6=cn=2500X4.2X5.955=62.528X103KJQ7：设备向外散热可以忽略。即Q7=0由Q7=0由热平衡式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5(=3.5%Q2)+Q6+Q7代入数据：(200.202+115.5)X103+Q2=(574.923+62.528)X103+3.5%Q2Q2=333.419X103KJ则Q5=11.670X103KJ由Q2=cmAt得c=1.000Kcal/(kg.C)333.419X103=4.2XmX(75-70)m=15.877X103kg表3.8升温阶段热量平衡表带入热量KJX103带出热量KJX103物料带入热量200.202物料在60C带走热量574.092热水带入热量333.419设备升温需热量11.670搅拌热量115.5丙烯汽化带走热量62.528合计649.121合计649.121②聚合阶段：物料从(60C，3.5MPa)(76C，3.6MPa)冷却水进：20C出：30C反应时间2.5hQi=2744X2172.95=5962.575X103KJQ2丙烯在60°C时的显热：Q2=cmt=0.582X4.2X3920X60=574.923X103KJQ3设备在60C的显热：Q3=cmt=0.11X4.2X14750X60=408.870X103KJQ4搅拌热：Q4=pt=55X2.5X3.6X103KJ=495X103KJQ5丙烯在76C时的显热：Q5=0.91X4.2X3920X76=1138.65X103KJQ6冷却水带走的热量，待求：Q6=cmAtQ7设备在76C时的显热：Q7=0.11X4.2X14750X76=517.902X103KJQ8：聚合反应由于体积缩小而导致丙烯汽化带走的热量V=3920/380-(2744/910)=7.3m3则汽化的C3的量为PV=NRT3.7X103X7.3=NX8.314X349.15N=9.305kmol故Q8=1700X4.2X9.305=66.439X103KJQ9设备外散热可忽略：由热量平衡方程：Q1+Q2+Q3+Q4=Q5+Q6+Q7+Q8+Q9代入数据：(5962.575+574.923+408.870+495)X103=(1138.65+517.902+22.506)X103+Q6Q6=5762.24X103KJ则冷却水用量：Q6=cmAtQ6=cm(t1-t2)即5762.24X103KJ=4.2XmX(30-20)M=137.196X103KJ表3.9聚合阶段热量平衡表带入热量KJX103带走热量KJX103聚合热5962.575丙烯在76C时的显热1138.65丙烯在60C时的显热574.923冷却时带走的热量5762.24设备在60C时的显热408.870丙烯汽化带走的热量66.439搅拌热475设备在76C时的显热517.902合计7463.805合计7463.805回收阶段：(温度60°C，时间25min,压力从3.6MPa变为1.2MPa)Qi.PP+P在76C显热Q1=1.93X2944X76+(0.91X1176X76)=744.085X103KJQ2设备在76C时的显热：Q2=517.902X103KJQ3搅拌热：Q3=1.93X2744X60+(0.582X1176X60)=358.821X103KJQ4假设同一热水带入热量Q5物料PP+P在60C时的显热：Q5=1.93X2744X60+(0.582X1176X60)=358.821X103KJQ6液态丙烯汽化(从76C60C)降温带走热量Q6=cn=2500X4.2X1176/42=294X103KJQ7设备在60C时的显热：Q7=0.11X4.2X14750X60=408.87X103KJQ8设备向外散热可忽略由能量衡算得：Q1+Q2+Q3+Q4=Q5+Q6+Q7+Q8(744.085+517.902+82.5)X103+Q4=(358.821+294+408.87)X103Q4=282.795X103KJ冷却水进：20C冷却水出：25C冷却水用量：Q4=cmAt即282.796X103KJ=4.2XmX5M=137.196X103KJ表3.10回收阶段热量平衡表带入热量KJX103带走热量KJX103PP+P在76C时显热744.085冷却水带走热量282.796设备在76C时的显热574.923PP+P在60C时显热358.821搅拌热82.5丙烯汽化带走的热量294设备在60C时的显热408.87合计1344.487合计1344.487．冷凝阶段60°C（气）一60°C（液）一25°C（液）Q]：丙烯状态变化的放热Q2：冷却水带走热Q]=2400X4.2X1124.178/42+[（0.69+0.810）/2]X1124.178X4.2=273.344X103KJQ1=Q2冷却水入口为20C，出口为30CQ2=cmAt即：273.344X103=[（1.00+1.03）/2.]XmX10X4.2得：m=6.412X103Kg3聚合釜的工艺设计计算3.1聚合釜的工艺计算一、聚合釜容积的确定聚合釜容积主要取决于装置单线设计生产能力和装料系数。1.设计依据：根据试验和工业生产实践，液相本体法PP装置聚合有关工艺参数。丙烯转化率：70%反应温度：76C76C时液相丙烯密度：0.380t/m3（化工工业设计手册，P132，国家医药管理局上海居院设计院编）反应时间：2.5h单釜操作周期（包括加料、出料）为4h年操作时间：8000h2.聚合釜容积的计算（单釜）设计容积为：V=EXP/(Tcdk)V聚合釜容积m3E装置单线生产能力t/aP单釜操作周期hrT年操作时数h/aC丙烯转化率%d最高操作温度（26°C）时液相丙烯密度k聚合釜最高操作温度条件，设计装料系数%以每年生产能力4000吨为例最高操作温度时装料系数70%则V=EXP/（Tcdk）其中：E=5213.02t/aP=4hT=8000h/ac=70%d=0.380t/m3k=70%V=5213.02X4/（8000X70%X0.38X90%）=10.89m3可取V=12m?，所以5213.02t/a装置聚合釜设计容积取12m3o二、聚合釜外形尺寸的设计：聚合釜高径比的选择聚合釜的容积确定后，还需确定高与直径的关系（高径比），才能确定釜的直径和其他外形尺寸。聚合釜高径比的选择主要考虑三个方面的需要：有利于聚合釜的散热；聚合反应热主要靠釜外夹套冷却水撤除，所以要保证有较大的高径比才能保证足够的传热面积。有利于氢调。为了改善氢调效果，应扩大气液界面，保证有足够的比界面。为此，高径比不能选取过大。考虑对搅拌功率的影响。根据后面叙述到的可知。搅拌功率与釜内物料的高度有密切关系。高径比选取越大，消耗的动力越大，因此高径比也不宜过大。根据对传热面积，搅拌功率的计算和氢调效果的试验以及有关设计和生产单位的经验，4m?和12m3聚合釜的高径比选取2.15（即H=2.15D）。在设计上，下椭圆封头时，一般可以取短轴直径d和釜直径D的比为0.6（即d=0.6D）釜直径的求取：聚合釜外形尺寸示意图如图3.11:因为H1=H-0.6DH=2.15D图3.11故V1=nD2(H-0.6D)/4V1=1.217D3两封头容积V2=(4n/3)Xd/2X(D/2)2V2=(4n/3)X(0.6D/2)X(D/2)2=0.314D3聚合釜容积V=V1+V2=1.217D3+0.314D3=1.531D3D=(V/1.531)1/3式中：V聚合釜容积m3D聚合釜直径mV1筒体部分容积m3V2椭圆封头容积m3H1筒体部分高度mH聚合釜高md椭圆封头短轴直径m聚合釜容积为12m3，则D=(12/1.531)1/3=1.956m取D=2.0m3.其它外形尺寸的确定：①根据高径比H=2.15D，可求得釜高，H=2.15D=2.15X2.0=4.30m圆筒体高H1为：H1=H-0.6D=(2.15-0.6)D=1.55X2.0=3.10m椭圆封头直径d的求取：根据d=0.6D,可求得13m3釜的椭圆封头直径为：d=1.2m椭圆封头的高为r=0.6m根据以上数据复算釜的实际容积V=1.531X2.03=12.25m3夹套比传热面积，则夹套比传热面=1.92m?/m3比界面：比界面：F截/V=0.26m?/m3三、聚合釜的传热设计反应热的计算已知聚合热2172.95KJ/KGPP查李英玉等编著的《液相本体法聚丙烯生产及应用》中石化出版社P201CS-II型催化剂体系的动力学特性可知反应高峰期每小时丙烯转化率为38.46%对于本设计中，没釜投料3900KG则高峰期的放热量Q=2172.95X3920X38.16%X70%/l=637KW故高峰期总放热量Q7=692KJ热量衡算中将设备向外散热忽略传热系数K的求取计算式K=a0*e(-0.8ac)式中K总传热系数W/Ka0丙烯转化率为零时即釜内悬液体丙烯时的传热系数W/KmC、丙烯转化率对于炭钢材质釜a0可取580〜648W/Km由上式可知当C=0时K=a0则有K=a0*e(-0.8ac=600X0.922=553.2W/Km2、传热方式选择及传热面积计算由热量衡算中置冷水进口温度20°C出口30°C平均温差计算如下反应温度76°C--恒温反应为依据有反应温度76C76C冷却水温度-30C——25C46C51CT=56-46/ln56/46=50C总传热面积Ft计算FT=QT/KtFT--总传热面积QT--需撤出总热量WK--传热系数Ct--平均温差CFt=692/50X553.2=25m四、夹套及内冷管的设计对于12m3聚合釜F内冷=F总-F夹=29.8-22.9=6.9m根据12釜筒体内径（2.0m）和螺带外径1.5m可知釜内壁与螺带的间隙为0.25可选用①133mm或①159mm的内冷却管选用①133mm的冷却管L=5.0/3.14X0.133=11.97m管长l=11.97/5=2.4m3.2聚合釜的工艺设计一、内构件及搅拌轴封头的设计：在聚合反应中,搅拌对物料起着混合和分散的作用,直接关系到产品颗粒形态、产品的质量、分散剂单耗、传热和经济效益。搅拌器性能和效果的体现,主要决定于搅拌转速、几何尺寸和形状;同时又受到釜的几何形状与釜内挡板的影响,所以搅拌器的设计是一个复杂的课题。搅拌的设计是多样化的,搅拌器的结构以及釜内结构所形成的搅拌流场是决定聚丙烯性能的主要因素。搅拌流场由循环流量和剪切强度构成。循环流量可以用轴向循环次数和径向循环次数来表征。循环流量的大小对传热和浆料的均匀混合起着至关重要的作用;剪切强度主要由搅拌器和釜内挡板的相互作用提供,为颗粒之间的传质和反