【32500吨每年的乙丙橡胶生产工艺设计8700字（论文）】

32500吨每年的乙丙橡胶生产工艺设计摘要乙丙橡胶是现代橡胶制品工业中一项特别重要的原材料。它是由乙烯与丙烯两种单体共聚而成的一种弹性橡胶共聚物,具有优异的低密度、高填充性、耐老化、抗热、耐寒、易受腐蚀(非极性溶剂除外)性能、低温性能、弹性、粘结性以及电绝缘性能,是合成橡胶中发展最快的橡胶种类之一。乙丙橡胶按照聚合方法可分为溶液乙丙橡胶和悬浮乙丙橡胶两类。本设计为年产量32500吨溶液聚合工段工艺设计。关键词:乙丙橡胶;聚合工段;工艺设计目录24203摘要 第1章绪论1.1工厂选址由于32500万吨/年的乙丙橡胶生产量较大，所需的生产设备和反应釜较大，所以本厂应建在相对宽阔的地区，,经过长一段时间的考察后最终决定我们公司的厂址位置应该是建在吉林市江北的石油化工园区,地处松花江边,靠近水源。同时拥有铁路连接到全国各个地方,并且交通便捷。而该地区的主要风向分别是西南和东北两种风,并且不会直接影响城市社区内人们的日常生活和附近工农业的生产。由于污水处理厂位于该企业的下游,能够对工业、生活中的污水等资源进行有效的排放和处理。并且经济合理。因此,在吉林市江北化工园区建厂位于地址优越,无可替代。1.2车间布置车间的设计布置，要考虑设备的设置和维护的便利性，还要符合生产的实际需要，要合理利用各个区域。在安装设备时，主要是彼此的距离要结合还要紧凑。车间的布置必须遵循生产流程设计的基本原则,一方面要明确主体设备的布置和区域;其他的辅助设备应与主要的设备相邻,便于操作、维护和管理。另一方面,在公司周围建造台阶。设备阀门及仪表等应接近地面,便于人员的手动运行操作及维护。只有在各部门之间分布明确,才能保证生产过程的顺利和安全。各岗位的生产人员配置为溶液调制区3人/班，单体储存区3人/班，集约区5人/班，回收区3人/班，再处理区5人/班，产品包装、运输工序依旧。地区交替是3次，需要57名人员。1.3安全防火1.3.1消防设施本厂的安全防火为重中之重，所以为了应对突发状况应做好防火工作，所以必须配置至少18个地下消火栓，30辆8公斤干粉车，10辆50公斤干粉车，若干个手提式干粉灭火器。1.3.2火灾预防1．落实消防责任，加强消防管理。2．定期进行消防教育和消防演习。3．定期安排专业人员检查消防报警系统，检测自动灭火系统是否正常工作。4．着重对对明火火源的监管。5．对火情进行判断，如若失控立即报火警6．向车间调度室负责人报告，并且拉响全厂防火警报并马上疏散周围人员，报警后必须派人到路口接消防车。1.4选题必要性中国对三元乙丙橡胶的需求量远远多于产量,虽然中国三元乙丙橡胶的产量逐年增长,但仍供不应求,需求的缺口主要是来自于进口,预测几年之后我国和全球对三元乙丙橡胶的需求量会有所增加,其中对需求量增长最快的国家是亚太地区但不仅仅包括日本,其需求量的年均增长率大约是其他国家的两倍,其中每年平均增长率会达15%的需求额。虽然国内的橡胶制品行业市场趋于完整,但是需求量却有了较大幅度的上升,目前国内现有的乙丙橡胶聚合工段的产品和品类并不满足市场需求,所以在境内急需新增1套32500t/a的乙丙橡胶设备来填补其空缺。1.5指导思想1．在生产过程中大部分采用计算机自动控制，实现机械化自动操作。2．在对于一些容易引起燃烧并严重时还会爆炸的设施，必须采用可靠的控制和安全消防设施。根据我国消防规定严格部署消防器材与应急设施，要求每周定期都安排专业的人员进行维护保养。3．设计中要达到我国对工厂企业环保的标准要求，对生产过程中所避免不了而所产生的的化学废水，所产生的污染的气体要进行处理，保证环保要求在排放。4．要根据国内对土地建设执行标准，严格建设厂房、车间和规划设备方案。主要保证人员的安全，其次要保证设备的安全生产。第2章工艺设计2.1生产方法的选择溶液聚合法、悬浮气体聚合法、简化悬浮聚合法以及气相聚合法是全球内最主要的现代橡胶化学材料工业当中制备乙丙橡胶的聚合方法。其中水水溶液聚合物在制备中的工艺技术应用是现阶段生产乙丙橡胶最广泛并被使用的一种生产方式。2.2生产方法的介绍及优缺点溶液聚合法:该方式是一种溶剂间的均相反应,可以将产物和单体及其催化剂结合在一起溶液-聚合物生产路线的主要优点之一就是技术成熟,工艺灵活性强,可以直接生产出的品类繁多,硫化速度快,综合利用性能好,应用范围广。溶液聚合法生产路线的优势和缺点是后处理时具有脱催化过程,设备的投资和制造成本较高悬浮聚合法:目前,在全球范围内,仅使用这种悬浮方式的乙丙橡胶制品生产设备装置的实际使用率大约为10%〜20%。传统的悬浮聚合通常基于齐格勒-纳塔钒的化合物作为主要的催化剂,并且在聚合过程中需要在其中添加少量的催化剂作为稀释反应剂(如甲苯等)。简化悬浮聚合法:此项悬浮技术中使用催化剂主要是其组成的元部件为活性卤化钛和具有高活性性的卤化镁及其载体上的三烷基铝并以助剂为催化剂。简化钛基悬浮过滤方法的主要特点之一是由于简化钛基复合催化剂泵的工作效率相对较高,可以大幅度地节省和洗脱钛基催化剂的过程,投资少,具有一定的潜在市场竞争力。其主要缺点之一是它仅仅只能广泛地被应用于加工生产二元丙烯乙丙橡胶,并且这种橡胶产品中还包括了乙烯烯丙嵌段橡胶结构和二元丙烯。立体结晶连接链段,产物的立体结晶催化程度很高,且其适用的催化范围也可能会同时受到某些酶的限制。气相聚合法:气相法的主要优点之一就是生产工艺流程简单,仅需三个步骤。无溶剂或非可稀释性有机溶剂,无利于有机溶剂的合理回收和加工提纯利用过程;几乎不一定可能同时排放三种化学废物,有利于有效保护当地生态和改善环境;而创业投资则最低。2.3工艺流程简图压缩单体预吸收混合聚合脱气压缩单体预吸收混合聚合脱气洗涤凝聚溶剂回收与精制挤压干燥乙烯丙烯ENBEE未反应单体产品2.4开车注意事项2.4.1开车前的检查对各种仪表，仪表，调节阀和电动阀门进行全面试运行。针对电气设备，照明等特定的输电条件，进行输电试运行和检查。检查所有设备的气密性。配备消防设备并进行消防设备的抽查检验。2.4.2生产准备在开始生产之前落实以下有关事项：确认设备和管道的吹扫和清洁。确认通讯系统：调度电话，火警报警电话和对讲电话。确认机器生产系统，设备，机械，管道等满足操作要求。确认密封油系统已开始运行并处于可用状态。2.5工艺操作控制条件本工段工艺的主要催化剂为V-Cat，其主要的催化剂生产率约为340，其中聚合ML控制标准大约为ML1±4000℃左右，生产机器的聚合负荷为3283kg/h，产出的产品负荷为3411kg/h，其中HA-STB混合率为20，还有AE-STB混合率为10，包括AH-STB混合率为10，但是AM-STB混合率无要求。产品ML控制范围ML1±4110℃左右，Al/V比率为6.0，AM/AQ比率为2.0，丙烯的容量大约为3.3T，筛孔数的数目为150目，乙烯原料的最大容量为2600kg，工艺蒸汽得生产效率为1.0t/h，聚合液用量为40m3/h，冲洗水进料量为5.0t/h，T-601回流与甲醇量比率为1.8，T-702回流与进料比率为0.25-0.3，D-401温度为10℃左右，C3/C为23.00。2.6原料的技术条件2.6.1乙烯甲烷、乙烷和丙烷以及丙烯等原料的占比均不得高于0.01vol%，乙炔占比不得高于5volppm，总硫占比（以S计）不得高于1ppm，COS占比不得高于0.1volppm，乙烯含量占比不得低于99.9vol%，乙烯含量占比不能低于99.9vol%，一氧化碳占比不能高于0.5volppm，二氧化碳占比不能高于5volppm，氢气占比不能高于10volppm，氧气占比不能高于5volppm，水占比不能高于5volppm，总羰基物（以甲乙酮计）占比不能高于1volppm。 2.6.2丙烯丙烯原料含量不低于99.6vol%，其中1，3-丁二烯杂质的含量不高于5volppm，乙烷和丁烯的含量不高于10volppm，甲烷、乙烷和丙以及烷氮气的含量等不高于0.42vol%，乙烯的含量不高于100volppm，氢气杂质的含量不高于10volppm，丙二烯杂质的含量不高于10volppm，乙炔的含量不高于5volppm ，丙二烯含量不高于10volppm，甲基乙炔含量不高于5volppm，一氧化碳杂质的含量不高于1volppm，还有二氧化碳杂质的含量不高于5volppm，氧气杂质的含量不高于5volppm，总硫含量不高于10volppm，COS含量不高于0.1volppm。2.6.3ENB(乙叉降冰片烯)表2-4ENB技术条件项目规格项目规格外观无色透明色度（APHA）<100重组分≤1.0wt%水≤50ppm纯度≥98.5wt%轻组分≤1.0wt%阻聚剂80~150ppm2.6.4己烷己烷的外观是无色透明的，所占比重（15至4℃时）为0.66~0.68g/cm3，其中正己烷杂质的含量不低于83wt%，己烷的蒸馏点不能高于70℃，2-甲基戊烷占比不得高于0.29wt%，甲基环己烷占比不高于8.52wt%，游离水杂质的占比不高于100ppm，整体的初馏点不低于65℃，硫杂质的含量不高于5ppm。2.6.5氢气氢气含量不低于整体的98wt% ，二氧化碳杂质的含量不高于20volppm，硫杂质的含量不高于0.2mg/m3，氮气和甲烷杂质的含量不高于1.5wt%，一氧化碳杂质的含量不高于5volppm，露点杂质的含量不高于-40℃ 2.6.6循环冷却水的规格上水压力为0.45±0.05MPa，下水压力为0.25±0.05MPa，上水时的温度不高于31℃下水时的温度不高于41℃，Fe2++Fe3+杂质的含量为0.9mg/L，Cl-杂质的含量为40mg/L，氧耗量为12mg/L，其中可溶固体杂质的含量在300mg/L，可溶性SiO2的含量为36mg/L，总碱度为(CaCO3)3mg/L－N/L，总碱度(CaCO3)为2.7mg/L－N/L，浊度恒定在在10度，PH7－8.5污垢热阻的含量在0.0000956m2hOC/kJ第3章技术经济评价3.1原材料单价及消耗定1.主要原材料消耗定额和成本估算条件见表3-1。表3-1主要原料消耗定额及成本估算序号原料规格消耗定额（t/tEPR）单价（元/吨）生产成本（元/吨）1乙烯99.90.525720037802丙烯99.60．37985003221．53ENB98.50．0921100010124催化剂0．00430000012005其它0．0757900592．5合计9806原材料年消耗定额=3.25万×9806元=31869.5万元/年。3.2生产成本1.原料总成本约为3.318895亿元/年。2.水，电和煤气的成本大约是原材料成本的15％。水，电，煤气总成本为31869.5×15％=47,804,250元/年。3.车间费用为车间折旧费+大，中，小型修理费+车间管理费=1.2亿元/年。4.职工工资40,000×57=228万元/年。5.总生产成本为31869.5+4780.425+12000+228=48877.93万元/年。3.3盈亏平衡据了解，目前市场上销售的4045级乙丙橡胶单价为22000元/吨。1.年销售收入为32500t×2.2万元/t=71500万元/年。2.税金：销售收入×17%=71500×17%=12155万元3.利润：销售收入-税金-生产成本=71500-12155-48877.925=10467.85万元4.投资利润率：年利润总额/总投资=10467.85/48877.93=21.42%3.4投资及效益分析据有关资料显示，年产4万吨乙丙橡胶装置的总投资为123.76万元（其中建设投资为9亿元）。根据化工设备投资成本与生产能力之间的函数关系C1，C2——分别代表其他条件相同但尺寸不同的两台设备或两套设备的生产能力；I1，I2——分别是其相应的投资n——能力指数，一般取0.6。则：3.25万吨乙丙橡胶装置的设备投资为 所以3.25万吨乙丙橡胶装置的建设总投资为90000+26817.9=116817.9万元所以有静态投资回收期Pt=总投资额/年净收益=116817.910467.85=11.2年1.主要技术经济指标条件见表3-2表3-2主要技术经济指标装置规模/kt·a-135装置建设总投资/万元116817.9建设投资/万元90000年均销售收入/万元71500年均利润/万元10467.85年均税后利润/万元123805.07投资利润率％21.42%总成本/万元48877.93根据表3-2，该项目的税后投资收益率为21.42％，远高于传统石化联合企业的基准收益率12％和平均投资收益率6％。说明该项目运行风险低，运行安全率较高。第4章聚合工段设计4.1聚合工段工艺介绍4.1.1聚合过程流程简图4.1.2聚合工段工艺过程叙述该过程为溶液聚合过程，聚合温度为35-55℃，聚合压力为0.4-0.7MPa。使用正己烷作为溶剂，V-Al催化剂体系，氢气作为分子量调节剂，将原料和溶剂与其他反应所回收的乙烯，丙烯等原料和溶剂混合，然后与催化剂R0201一起预冷到搅拌的聚合反应器中。来自聚合容器的所有反应物被送入到闪蒸塔T0201，并通过闪蒸程序回收。未反应的所剩余的乙烯和丙烯单体从塔顶排出，然后单体被吸收并通过吸收塔T0202再循环。将聚合出来的产物和第三单体从T0201塔式反应器中流出，并将得到的产物送至催化剂失去活性和洗涤段及其他段，最后得到乙烯丙烯橡胶产物。第五章物料衡算5.1重要物料的衡算根据我国生产劳动规定，可以计算出每年生产时间可以约为7200个小时，在工厂中每年不得不损失掉的废料算出约为整体的0.9%。每年生产3.25万吨，因此就可以计算出每小时生产出可以达到标准的合格产品为，这就是工厂1小时至少生产出的合格产品。根据合格产品的产量计算出一系列原料的转化率，乙烯的转化几率可以达到15.99%，而丙烯的转化率则是低一点可以达到3.01%，最高的还是ENB的转化率，这个是不可避免的所以达到了81.31%，工厂中最初的设定是在不损伤设备的情况下，对于各种设备的维护与损伤最高不得以超过9%。经过各个部分转化的结果了得出这三者的质量比，也就是乙烯、丙烯、ENB分别是60.11、40.33、9.2。5.1.1原料进料计算计算依据：根据上述公式计算得到了一小时工厂可以生产4559.4837kg的合格乙丙橡胶原料，然后就可以计算出各个组分加入的新鲜的料的量。然后就可以根据上述的公式算出以下的各个组分的投料结果：，这个为乙烯的进料计算结果；，这个为氢气的进料计算结果；，这个为丙烯的进料计算结果；，这个为丙烷的进料计算结果； ，这个为ENB的进料计算结果。5.1.2己烷进料量己烷的进料量通过了各个原料的投料比例以及他们的质量比例，那根据它们的比例就可以轻松地计算出各种型号的己烷的投料数量。H2号为537kg/h、H13号为589kg/h、H14为79.6kg/h、H15为293kg/h、H12为382kg/h、H31为236kg/h、H32为341.25kg/h，这些就是计算得出的各个型号己烷的新鲜投料的量。5.2反应釜R0201物料衡算上图为R0201反应釜中进料与出料处于平衡状态下的简易图示，进料等于W1加上F5加上R2再加上F1最后减去单体回收中所被回收的那一部分就是进料的总量了，出料的总量等于37326Kg/h。然后用下面的公式就可以着手于求出各组分的总进料量，出口处原料的总量乘以每一个组分中的质量组成就等于每一个组分进料量，代入公式中就可以求出每个组分的投料量。乙烯为26903.8264kg/h、丙烯为50845.4154kg/h、ENB为408.7039kg/h、丙烷为5607.1501kg/h、氢气为72.1370kg/h、己烷为26281.06kg/h、氢气为72.1370kg/h、氮气为2689.0076kg/h，这些就是进料的速率。然后就是进一步求出料口处各个组分的质量：乙烯含量=35235.58kg×0.83%=121.4815kg=4.3391kmol丙烯含量=35235.58kg×12.91%=1888.01kg=44.9527kmolENB的组分含量=35235.58kg×0.22%=32.1987kg=0.2696kmol丙烷的组分含量=35235.58kg×1.41%=206.3643kg=4.6900kmol己烷的组分含量=35235.58kg×0.7168=87630.9209kg=121.9875kmol氢气的组分含量＝35235.58×3.77×10-6＝0.0552kg=0.02758kmol氮气的组分含量＝35235.58×2×10-4＝2.9273kg=0.1045kmol5.3塔T0201中的投料计算工厂每小时里生产的合格乙丙橡胶产品量=4559.4837Kg。根据相关工艺数据中得到了一些T0201塔中的各种物料的质量分数分别如下：W1=0.0081、W2=0.128、W3=0.0023、W4=0.0151、W5=0.7158、W6=3.67×10-6|、W7=2×10-4、W8=0.1274。L2的总进料量等于胶料量比上胶料的质量分数也就是等于4559.4837Kg/12.94%得出的结果就是L2的总进料量为35235.58Kg。然后就可以计算各个组分中每个组分的进料量了，根据公式：某一组分流量=总流量（L2）该组分的质量分数，于是就可以轻松算出各个组分的组分数。乙烯组分的投料=35235.58kg×0.81%=122.8312kg=4.3875kmol丙烯组分的投料=35235.58kg×12.8%=19.90.632kg=45.4539kmolENB组分的投料=35235.58kg×0.23%=32.6980kg=0.2726kmol丙烷组分的投料=35235.58kg×1.51%=208.6650kg=4.7424kmol己烷组分的投料=RP×W5=35235.58kg×0.7158=10607.6100kg=123.3474kmol氢气组分的投料＝35235.58×3.67×10-6=0.0558kg=0.2789kmol氮气组分的投料＝35235.58×2×10-4＝2.9597kg=0.1053kmol氢气组分的投料=830.31kg=9.6560kmol这些数据就是T0201出口L3各个组分的投料量，从工艺中的可以得知进入聚合阶段的中里面所有的己烷已经全部从容器里流出了，所以乙烷的投料量可以用H1+H2+H3-H14=1243.8453Kg=14.4632kmol，胶料总量＝4559.4837kg。5.4塔T0202中的投料计算在T0202的进料比例中可以看出乙烯，丙稀，丙烷这三者投料的数量加起来就是这个给T0201的总的出料的的含量，然后就计算这三者和己烷加上氢气氮气的含量就是这个塔T0201的投料总量：乙烯组分的投料量=35235.58kg×0.83%=121.4815kg=4.3875kmol丙烯组分的投料量=35235.58kg×12.91%=1889.5489kg=45.4539kmol丙烷组分的投料量=35235.58kg×1.41%=206.3721kg=4.7424kmol己烷组分的投料量=D2己烷的投料量+H32=9344.4+3412.5=12756.9kg=148.3402kmol氢气组分的投料量＝35235.58×3.77×10-6＝0.05518kg=0.02789kmol氮气组分的投料量＝35235.58×2×10-4＝2.9272kg=0.1065kmol5.5V0203中原料的计算F4中的原料流量可以视为L4的流量家上H15流量的混合在一起的流量，其中F4里的原料有需要分成R2和R3这两个单独的组分。根据工厂的数据表可以得到这俩个单独组分的质量流率的比例大约为1.5：1，而他们两个有需要细分六个部分的分别是乙烯、丙烯、丙烷、己烷、氢气以及氮气，R2的组分为23.21kg、1079.59kg、249.76kg、12885.22kg、0.00250kg、0.1321kg；R3的组分为17.32kg、714.81kg、167.32kg、8499.24kg、0.001597kg、0.07394kg，这些事这两组的原料分配数据，然后就可以着手于计算各个组分的详细进料量：乙烯组分的投料量＝12375.0798+17.32+251.969=12643.7093kg/h＝459.4181kmol/h丙烯组分的投料量=57776.61+714.81+714.81+2434.2348=63368.8396kg=1507.3510kmol丙烷组分的投料量＝5775.8+167.32+243.831=6188.8012kg/h＝140.3411kmol/h己烷组分的投料量＝9727.44+8499.24+1130.1991=19444.7892kg/h＝226.0912kmol/h氢气组分的投料量＝102.74+0.00164+0.1369=102.8785kg/h＝46.4393kmol/h氮气组分的投料量＝3577.31+0.07394+7.2693=3584.654kg/h＝127.2376kmol/h第6章设计总结我这次的毕业设计题目是32500t/a乙丙橡胶聚合工段工艺设计，在这次设计的课题中我获得了许多的宝贵经验，更重要的是学会了很多以前不了解的知识。我在完成这次设计时运用了大量的化工原料计算，这个过程弥补了我的不足之处，同时也是对所学的知识是一种实践，使我更加深入了解了计算在生产过程中的具体应用，这将大大的巩固了我的专业成果，使我的知识变得更加敦实。通过本次设计，为了更好的完成设计，我查阅了许多资料，请教了许多老师，有些知识网上没有讲到，就到图书馆慢慢的翻阅，这使我对待学术更加有耐心，同时通过多种途径获得所需要的知识也增强了我获取信息的手段，这对于以后的工作与学习来说都有极大的帮助。同时通过本次32500t/a乙丙橡胶聚合工段工艺设计，也让我了解了它的生产工艺、装配结构、反应过程以及生产流程。这并不仅仅是一个简单单一的设计过程，这更是完整的一套生产系统的设计流程。我学会了在工业设计中一切以安全第一实际生产为准，产量与节能就是最重要的，考虑的问题一定要全面，因为工业生产并不是儿戏，在操作时不仅要统筹生产，更是要处理好生产中的每一个细节。设计的目的就是要我们将理论与实践结合到一起。在经过这次课程设计后我的知识也更加精进了，对于书上的知识点也理解的更加透彻，这些能力与经验对我以后的工作生活来说至关重要。结论本设计简要介绍了乙丙橡胶溶液聚合工艺的实际生产设计过程，也简要说明了国内外乙丙橡胶的发展、乙丙橡胶的应用以及乙丙橡胶的需求。根据我个人的数据，我还进行了物料平衡计算，热平衡计算以及设备计算和选择。同时，绘制了工艺流程图，管道布局和地板布局。本设计为了未来更多市场选择性，也可为一些中小企业提供原料中添加了一项选择。后期对于工厂的收入与输出也进行了对比并且对该设计的经济分析表明，该设计的利润为10467.85万元/年，是可以投入生产的设计。参考文献[1]殷敬华,莫志深,纪锋,黄葆同,刘晋强,&李茂欣.(1987).乙丙橡胶/聚丙烯共混体系的界面相互渗透.高分子学报,1(4),276-280.[2]陈敏恒，丛德滋，方图南，齐明斋.化工原理(上、下)[M].化学工业出版社.1999(11)[3]赵泉林,李晓刚,高瑾,&叶正芳.(2010).三元乙丙橡胶老化研究进展.绝缘材料,43(001),37-41.[4]马沛生.石油化工基础收据手册续编[M].化学工业出版社.1993(3)[5]国家医药管理局上海医药设计院.化学工艺设计手册[M].化学工业出版社.1993(6)[6]娄诚玉.乙丙橡胶的合成与加工工艺[M].化学工业出版社,1982.[7]王露.一种三元乙丙橡胶材料:,CN101638494A[P].2010.[8]WenHuang,WenbinYang,QuanMaetal.

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