【年产2万吨聚乙烯地膜的生产工艺设计（论文）12000字】

年产2万吨聚乙烯地膜的生产工艺设计摘要：聚乙烯地膜(简称PE)是由聚乙烯制成的热塑性树脂。在工业化生产中，乙烯也可以与少量的α烯烃共聚。聚乙烯中大部分酸碱腐蚀，耐腐蚀。由于这些良好的化学性能使得其在人们的生活领域中得到了广泛的应用。本设计为年产年产2万吨聚乙烯地膜的生产工艺设计，首先是对聚乙烯的结构、性能、性质及聚乙烯地膜的发展情况进行了简要的介绍，接着对生产工艺进行阐述，本次设计选用是高压气密相法生产工艺，然后对其进行物料衡算和能量衡算，并且对此次工艺的设备选型进行说明，最后对三废的治理进行说明，并对此次的成果特点进行总结。关键词：聚乙烯地膜；物料衡算；生产工艺目录TOC\o"1-3"\h\u1绪论 11.1引言 11.1.1聚乙烯的结构与性能 11.1.2聚乙烯的性质 11.1.3聚乙烯树脂成型工艺 21.2研究目的与意义 21.3国内外研究现状 31.3.1国外发展现状 31.3.2国内发展现状 31.4研究内容和研究方法 31.5聚乙烯树脂的主要应用 41.6设计范围 42生产工艺 52.1LDPE生产工艺的概述 52.2主要工艺流程 52.3LDPE工艺选择 52.4过氧化物的选择 62.4.1过氧化物种类 62.4.2过氧化物和氧气引发的不同点 72.4.3过氧化物的安全与防护 73物料衡算 93.1基础数据概述 93.1.1乙烯规格 93.1.2催化剂进料对产品MFR的影响 93.2物料衡算 93.2.1聚合反应机理 93.2.2反应釜物料衡算 104能量衡算 134.1能量衡算总述 134.2基础数据 134.3各设备能量衡算 144.3.1加料段热量衡算 144.3.2进行反应段能量衡算 155设备选型 165.1选型原则 165.1.1满足工艺要求 165.1.2设备成熟可靠 165.2反应器选型 165.2.1反应器容积和生产能力的确定 165.2.2主要尺寸的计算 165.2.3反应釜技术特性表 175.3进出口管径 175.3.1聚合釜进料口管径 175.3.2聚合釜出料口管径 175.4闪蒸罐的计算 185.5其他设备的选型 186三废治理 196.1废水治理 196.2废渣治理 196.3废气治理 197厂房布置 207.1工厂布局基本原则 207.2全厂总平面设计 20参考文献 21致谢 231绪论1.1引言随着时代经济的不断发展，人们的生活水平从很大程度提高，其中，物质革命的作用尤为突出。高分子合成技术的进步，对合成树脂工业的发展起到了很大的推动作用，各种合成树脂都是合成树脂工业的新生力量。塑料制品得到了广泛的应用，性能良好。在农业、包装、建筑、汽车、航空航天、国防等很多领域得到广泛应用，积极推动了工农业的快速可持续发展和现代高科技的兴起。21世纪，随着信息科学等高新技术的不断渗透，合成树脂的产量、性能、用途不断提高，其应用范围日益扩大，对国民经济和社会发展以及人民生活水平的影响也越来越大。聚乙烯是聚合物中结构最简单、用途最广泛的聚合物之一。界面由-CH2-重复单元连接组成。聚乙烯具有良好的性能，它无毒，无味，耐低温，塑性佳，化学稳定性好，一般不与其它试剂发生反应等优点，使聚乙烯的使用范围极为广泛，几乎在所有领域都有一席之地，尤其是在地膜覆盖方面，发挥着不可或缺的作用。地膜覆盖是农业上用于控制杂草、提高作物产量和缩短收获时间的标准做法，可以缓解极端天气变化对农作物带来的伤害，更好地保护粮食产品。1.1.1聚乙烯的结构与性能通常将聚乙烯树脂分为三大类，高密度聚乙烯(highdensitypolyethylene，简称HDPE)，线性低密度聚乙烯(linearlowdensitypolyethylene，简称LLDPE)，低密度聚乙烯(lowdensitypolyethylene，简称LDPE)。不同的链结构和分子量使得其在各自的性能和应用中有很大不同（如图1.1所示）。HDPE主链上几乎不含支链，结晶度高，分子量比较高，因此HDPE相对于其他乙烯树脂来说强度较高，但韧性比较差，被广泛用于吹塑成型。LDPE是质量最轻的一类聚乙烯产品，得到的LDPE产物分子链上含有较多的长支链，分子结构不规整，相较于HDPE和LLDPE，LDPE结晶度是最低，同时也使其性能柔软，韧性好。LLDPE是乙烯与少量高级α-烯烃（己烯、辛烯等）通过溶液法和气相法聚合而成的一类产品，LLDPE主链上只有很少的短支链或者没有长链，其机械性能介于上述两种聚乙烯树脂之间，熔点比普通LDPE高15°C左右，具有强度高、韧性好、等优点，且耐环境应力开裂、耐酸碱等优良性能，是普通LDPE的几十倍。图1.1聚乙烯的支链结构示意图1.1.2聚乙烯的性质（1）物理性质不同种类的聚乙烯根据其性质的不同生产方法也有很大的不同，如LDPE采用高压法生产；HDPE采用低压法生产，不同的生产方法导致生产出的聚乙烯在结构和密度上存在较大的不同，从而导致性质不同。LDPE是高度支化的聚合物，无味、无毒。其分子量分布广，支链多，与HDPE相比，具有优异的柔软、延展、透明、不怕低温、低渗、加工性好等特点。更多的是用来吹膜成型。因为HDPE与LDPE两个的性质有很大的不同，HDPE其分子中短支链比较少，因此HDPE具有较好的耐热、耐寒、介电、加工、透水等性能，而且其力学性能和耐热性都优于LDPE。高密度聚乙烯的第一个用途是空心吹瓶。一般而言，LLDPE比HDPE有更短的支链长，但也比LLDPE更短，LLDPE具有优异的抗应力开裂性能和电气性能，在高温下几乎没有影响，耐冲击、耐张抗弯强度高。LLDPE中使用最多的是薄膜，其次是薄膜材料，塑料。UHMWPE与HDPE相比，具有一些普通PE所不能比拟的特性，总体来说就是分子量的不同导致其性质也有很大的不同。由于UHMWPE的相对分子质量可达将近三百万到六百万个之间，所以UHMWPE具有普通PE没有拥有的一些独特特性，如不怕冲击性、不怕磨损性、自润滑性、不怕低温性、耐应力开裂性等，而且还具有不怕耐腐蚀、耐冲击、卫生、等特性，UHMWPE现已广泛应用于矿业、农业、食品、化工、机械等领，在宇航、原子能、军工等很多重要领域。（2）化学性质聚乙烯没有臭味，无毒有良好的耐低温性质，化学稳定性好。1.1.3聚乙烯树脂成型工艺聚乙烯是一类热塑性树脂，吸湿性较弱，流动性能较强。其主要加工产品有管材、片材、薄膜类以及容器类等。根据种类的不同可通过注塑成型、吹塑成型、模压成型、滚塑成型等成型工艺进行一系列加工。吹塑成型对薄膜类产品可以应用；而大型容器类产品可通过滚塑成型；对于形状比较复杂的工艺制品可通过设计模具进行批量注塑成型；对于中空容器类产品我们可以可通过挤吹成型，就是将挤出，吹塑两种方法结合。1.2研究目的与意义通过对本课题的研究和分析，不仅让作为大学生的我对于聚乙烯的生产和设计工艺有了更进一步的认识和了解，同时对于相关的课程知识和内容的回顾也有着一定的意义。同时在分析和计算聚乙烯的生产工艺中所涉及到的物料衡算和能量衡算的相关知识，对于自己今后在学习和工作中也有着一定的帮助。目前，地球资源紧张，能源危机迫在眉睫。随着人类状况的改善，人类对环境资源的要求也变得越来越复杂。废塑料反复利用是为了节省能源，保护生态环境，是缓解能源危机的有效措施之一，也是缓解能源危机的有效手段，是有效利用资源和再循环利用的重要途径。最大输出的聚乙烯产品，使用最广泛的通用塑料、在聚乙烯产品不断生产生产的同时，我们应把更多的注意放在聚乙烯废物处理技术研究。并且加强持续塑料的回收，逼迫我们开发具有更高使用价值的不同类型的产品。1.3国内外研究现状当前国无论国外国内的制造商都向两个方向努力，其中一个方向是加大生产规模使产品的量很大，用低于市场的一般价格来占领市场；另一个方向是研制性能更好的产品，生产高端树脂产品，占据市场主导。近几年来，随着大庆石化年产量30万吨的投产，为开发树脂产品高端原料的供应提供了保证。国内吹塑专用料，滚塑专用料，优质电缆料等方面均有较大差距。所以用己烯单体取代1-丁烯单体已成为必然的市场趋势。1.3.1国外发展现状外国非常重视对产品性能的研究和开发。主要生产商埃克森美孚化工公司、雪佛龙菲利普斯化工等公司。一个名叫赫斯特的德国公司成功地设计出CRP100聚乙烯，它具有高密度等级。通过对设计数据的分析，该产品的硬度和韧性达到了平衡，为反应容器和长链支链混纺制品PE100的研制奠定了基础。采用抗蠕变材料制备而成，采用he3490-ls-ls-己烯单体制备而成，具有较高的耐快裂和慢裂性能，也具有较好的耐环境应力开裂性能。1.3.2国内发展现状中国石油化工股份有限公司于2012年研制出一种耐高温聚乙烯管树脂QHM22F，并进行了大规模工业化生产。尽管我们的国家已经独立生产了。但仍存在着两个主要问题：一是我国1-己烯单体的产量远远不能满足国内需求；二是我国1-己烯单体共聚合的生产工艺还不够成熟，导致产品性能仍与国外先进技术及生产规模相较。国内产品，列如其中的产品质量是很不稳定的，是因为在生产过程中原料是不断变化的，导致了生产过程具有不稳定变化多样的因素。我国大多数建筑管道专用树脂和燃气管道专用树脂都要通过进口以保证国内需求。国内外聚乙烯专用树脂生产工艺之间的差距为了使其不断缩小，进一步提高和开发具有新功能的聚乙烯高端专用原料，首先理论研究必须从材料结构和功能两个方面进行，以找出根本的、具体的问题，摆脱对国外进口产品的依赖，使我国乙烯行业拥有独立的生产装置和工艺。1.4研究内容和研究方法本文主要研究内容：本设计为年产年产2万吨聚乙烯地膜的生产工艺设计，首先是对聚乙烯的结构、性能、性质及聚乙烯地膜的发展情况进行了简要的介绍，接着对生产工艺进行阐述，本次设计选用是高压气密相法生产工艺，然后对其进行物料衡算和能量衡算，并且对此次工艺的设备选型进行说明，最后对三废的治理进行说明，并对此次的成果特点进行总结。本文主要研究方法：本论文拟通过学校图书馆及网络学术资源库收集、汇总聚乙烯相关理论研究的相关内容资料、文献、书籍等，并进行归纳整理，梳理出对本论文研究有帮助的重要理论和参考资料，以便理清思路，为论文写作提供理论依据。1.5聚乙烯树脂的主要应用低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和线形低密度聚乙烯(LLDPE)等。LDPE和LLDPE是聚乙烯的主要产品，约有76.7%用于薄膜制品，而48.7%用于农用薄膜。制造塑料袋和塑料地膜是聚乙烯的主要加工产品。当今，国内外塑料薄膜覆盖栽培技术被许多国家采取，并取得了显著效果，近现代农业中不可缺少的重要技术是薄膜覆盖栽培技术，经济效益是非常明显的。地膜覆盖技术被我国引入多，并取得了长足的发展，在1995-2005这十年中，地膜应用规模显著增加，使用规模从1995年的650万公顷、47万吨增加到2005年的1350万公顷、94万吨，增幅均翻了一番，年均增长20%左右，成为地膜开发的一个高速时期。实践表明，在我国环境限制比较严重的地区，有效提高地温和抗旱能力都需要塑料地膜。南方高温多雨，可耐早春低温，防止土壤流失。高寒区可抗春寒，夏旱，保持肥力。保持苗期根系生长的作用。塑料薄膜覆盖栽培在我国每个生长期提高有效积温200-300℃，也就是相当于向北推进500km左右，从而改变了我国的作物布局。应用塑料薄膜覆盖栽培技术被不断的推，大幅度提高产量促进我国农业发展，解决城市菜篮子和米袋问题，被誉为农业上的“白色革命”。1.6设计范围（1）对年产2万吨聚乙烯地膜的生产工艺流程进行分析；（2）进行生产物料及热量衡算；（3）对主设备进行选型计算；（4）提出“三废”治理措施。

2生产工艺2.1LDPE生产工艺的概述现在，很多公司采用聚乙烯技术。拥有7家LDPE技术公司，10家LLDPE技术公司，12家HDPE技术公司。由工艺发展来看，高压LDPE生产PE树脂的方法是最成熟的工艺。目前，我国高压消毒器和管道式消毒器技术比较成熟。国外常用的制造管道的工艺方法。此外，国外企业普遍采用低温、高活性的催化剂，以促进聚合反应，从而降低聚合温度和压力。高压力LDPE的生产方法将向大规模、管型方向发展。采用低压法生产HDPE和LLDPE。其中以钛铬催化剂为主。图2.1主要工艺流程图2.2主要工艺流程现将主要的工艺流程相关内容概述如下：（1）乙烯压缩乙烯压缩后进入装置，经a/升压压缩机压缩至270-280bar，高压循环回路进入副单元，乙烯受压到反应压力，然后送到反应器聚合。（2）引发剂和注射制剂聚乙烯受压装过氧置，经a/升压压缩机压缩至270-280b，混合高压循环回入罐内副单元，乙烯受压到反应，然后注入到相应反应的容器。（3）聚合预热乙烯分岔进入预热器，预热器加热到一个反应堆。这种聚合是在过氧化氢引发剂中进行的。聚合和未反应气体脉冲放电阀，冷却器进入高压分离器。（4）高压和低压循环气体处理高压分离器的乙烯顶部被分离，低聚物，然后返回到两个机器入口乙烯聚合物被释放到低压分离器。从低压分离器的顶部排出乙烯，冷却后，分离后，分离出的残余的蜡流出进入挤出机的助剂乙烯聚合物。（5）挤出造粒在挤压过程中，添加添加剂直接添加到挤出机(防粘结剂和滑移剂)中。在挤出机离开挤压机后，粒子在水下被切割而这些颗粒则会被空气供给系统脱水并干燥到除气器中。（6）除气、贮存、包装这些粒子被送进了除气器，空气被添加到底部以降低乙烷的浓度，从而降低了安全值。将被压缩的粒子送到储存箱，并将合格的产品送到包装上。2.3LDPE工艺选择这种设计使用高压低密度聚乙烯(LDPE)气密地结合生产工艺。通过调整PA(丙醛)，通过新开发的高压聚合工艺气密，控制产物MI(熔体指数)的方法，使得生产控制体系非常稳定。简单的控制聚合操作，简单的PA，产品的商标容易开关，短周期，开关不符合产品规格过程是由高纯度乙烯聚乙烯，这是一种溶剂，这是一种有机过氧化物溶剂，这是一种有机过氧化物的解决方案，这是一个混合的压力分离坦克、低压分离罐，它必须被割断的挤出机，有各种各样的好低密度聚乙烯产品。产品MI0.154.6g/10min，由窄到宽分子量分布，密度为0.9210.926g/cm3。主要产品有:塑料注射袋-运输袋-复合膜层压机、包装膜、高透明膜。2.4过氧化物的选择2.4.1过氧化物种类本装置中使用的过氧化物分别为四种引发剂TBPPI、TBPEH、TBPIN和DTBP：表2.1过氧化物种类过氧化物——TBPPI规格过氧化物——TBPEH规格性质指标性质指标名称过氧化特戊酸叔丁酯名称过氧化-2-乙基己酸酯状态液态状态液态过氧化物含量74~76%过氧化物含量约99%活性氧6.4~7.0%活性氧约7.32%分子量174.2分子量216.2密度（20）约850kg/密度（20）约900kg/闪点（）51闪点（）70反应性（半衰期，）在74下约1小时反应性（半衰期，）在92下约1小时最高的储存温度大于-15，小于-5最高的储存温度最高+10过氧化物——TBPIN规格过氧化物——DTBP规格性质指标性质指标名称过氧化-3，5，5-三甲基己酸叔丁酯名称二叔丁基过氧化物状态液态状态液态过氧化物含量约99%过氧化物含量约99%活性氧约6.88%活性氧约10.8%分子量230.3分子量146.2密度（20℃）约890kg/密度（20℃）约790kg/闪点（℃）高于SATD闪点（℃）6反应性（半衰期，）在119℃下约1小时反应性（半衰期，）在146℃下约1小时最高的储存温度大于-20℃，小于25℃推荐的储存温度<+30℃2.4.2过氧化物和氧气引发的不同点使用过氧化物作为引发剂，初始自由基引发作为热引发的结果，反应速率几乎完全依赖于温度，但几乎不受压力的影响。当使用氧气引发剂时，氧气和乙烯会产生自由基，反应速度会受到压力的极大影响。过氧化物作为引发剂的好处:（1）过氧化物引发剂更温和，并且工艺变得更加稳定。氧气是在一定的条件下会失效。（2）快速的过氧化物复合可以进一步提高反应堆输出。2.4.3过氧化物的安全与防护（1）过氧化物的自加速分解（SADT）性质在特定的包装材料中，过氧化氢在特定的温度下加热速率是特别快的，以至于无法控制其分解导致爆炸等。这就是通常所说的过氧化氢的自加速分解性质。分解率取决于温度，纯度和产品加工工艺。尤其在温度过高的情况下，分解速度加快。若货品储藏区较小，或环境温度较高，无法向外传热，则会加快分解速度，导致严重燃烧和爆炸。很多有机过氧化物必须都要有冷藏设施，所有的仓库都要有防火设施，等一定灭火器材。因为蒸汽是在分解过程中产生的，所以填料中的压力将增加。为了防止仓库的压力过大以及由于长期分解造成的包裹破裂，仓库应该有压力释放装置。这种分解反应可由下述因素引发：a.热（过高的温度）b.杂质(一般为强酸，强碱，重金属等)c.摩擦或撞击作为过氧化物是易燃品，应远离火源、热源，储存在阴凉处，并与促进剂等易燃物质分离，严格遵守产品标签上标明的储存温度。甚至稀释过的过氧化物仍然是腐蚀性的。因此，在处理过氧化物时，必须佩戴手套和防护眼镜。（2）过氧化物的储存条件表2.2过氧化物的储存条件产品SADT(℃)Tc(℃)Tmax(℃)Tmin(℃)TBPPI200-5-15TBPEH352010-30TBPIN35-25-20DTBP80-40-30Tc=控制温度：针对不同地区所推荐的允许安全运输的最高温度。过氧化物贮存温度不能太低，低温PO结晶，形成纯产物，纯易爆危险很高。（3）叔丁基过氧化氢（TBHP）的含量要求过氧化氢不能净化（除去杂质），高温和氧气作用都能产生TBHP。当体系中TBHP含量达到一定浓度时，会导致聚合反应失控分解。通常情况下，TBHP相对稳定，在聚合的初始阶段没有反应。只有当温度上升到一定程度时(通常在250摄氏度以上)，它就会迅速分解并产生大量的自由基，通过这种方式，系统的聚合会由链状增长转变为链状连锁反应和链状增长，而反应热会在很长时间内累积。TBHP含量要求一般在1000ppm以下，以免导致分解失控。（4）过氧化物的毒性一般认为，有机过氧化物具有中等毒性，对中枢神经系统有刺激性和损伤的危害。一

3物料衡算3.1基础数据概述3.1.1乙烯规格在这个设计中，乙烯是在乙烯破裂的气体油原料中使用的。在净化了乙烯供给系统后，质量规格达到了乙烯的要求。3.1.2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。为了控制MFR的浓度，生产过程环境的价值是必须的，而这个值和PA的总和是相关的。在正常生产设备中，控制MFR的方法是控制总PA注入量，以控制熔融指数和切换不同的品牌。3.2物料衡算3.2.1聚合反应机理（1）链引发a.引发剂分解，此时会形成初级自由基，即吸热反应，活化能在105—150KJ/mol之间ROOR→RO·+·OR(初级自由基)b.初始自由基与单体结合，然后形成单体自由基，放热作用，20—34KJ/molRO+C2H4→RO-CH2-CH2·(单体自由基)引发时，一些副作用可能不参与自由基单体的自由基形成，没有方式继续链，因此该步骤应该被认为是链的触发器内。（2）链增长R·+CH2=CH2→RCH2-CH2·R-CH2-CH2·+CH2=CH2→R-CH2-CH2-CH2-CH2（3）链转移a、向单体转移：R-CH2-CH2·+CH2=CH2→R-CH-CH3+·CH=CH2b、向大分子转移：R-CH2-CH2·+R1CH2-CH2-R2→R-CH-CH3+R1-CH2-˙˙CH2-R2c、分子内部转移：R-CH2-CH2--CH2-CH2·→R-CH2-˙CH2-CH2-CH2-CH2d、向杂质转移：R-CH2-CH2·+HS→R-CH-CH3+S（4）链终止链终止活化能只有8—21KJ/molR1-CH2-CH2·+·CH2-CH2-R2→R1-CH2-CH2-CH2-CH2-R2(偶合)R1-CH2-CH2·+·CH2-CH2-R2→R1-CH=CH2+CH3-CH2-R2(歧化)R1-CH2-CH2·+I(杂质)→R1-CH2-CH2I(惰性物质)化学主反应式：.(3-1)3.2.2反应釜物料衡算由质量守恒有：∑M进料-∑M出料=∑M积累当物料没有累积时：∑M进料=∑M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设备的翻新和导致停机的因素，计算在每年的8520个工作小时计算，并且在此计算带有2420H的品牌名称的聚乙烯地膜产品，原因在于不同等级的聚乙烯。3.2.2.1聚合釜进料衡算先确定2万吨PVC的生产标准。该设计采用连续生产技术，根据各釜体的产量计算数据，各釜的需用时间设计为6小时，设计为26小时。20000÷8520×6÷26=0.54t/釜由于需要更换进料中的高级气体，释放后装置的抓持力为0.1mpa，将0.1mpa的氢气加到0.2mpa的总压力。在置换之后，将聚合反应釜通过己烷进料管加入己烷。此时，约4.5t己烷，聚合器中的液位可达35%。加己烷需要的设计时问为1.5h，则加己烷速率为：Vm=4.5t÷1.5h=3t/h其摩尔速率为：Vn=3×106g/h÷86(g/mol)=34883.7mol/h当反应堆内的压力是0.4mpa的时候，和水的相对密度是(水=1)ρ=0.66，体积速率为：Vv=Vm/ρ=3000kg/h÷0.66xl0-3kg/m3=4.55m3/h置换时氢气分压为0.1MPa，氢气的加料量为：由PV=NRT公式计算，其巾V=25m3，P=0.1MPa，T=298T，R=8.315Pa·m-3·mol-1·K-1得：N(H2)=0.1×106Pa×25m3÷298T÷8.315Pa·m3·mol-1·K-1=1009mol加入的氢气质量：M(H2)=N(H2)·Mmol=1009mol×2g/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：0.54t÷98%=0.55t已知乙烯相对密度（水=1）：ρ=0.61所需乙烯（液体）体积为：V(C2H4)=m/ρ=3400kg÷0.61×l0-3kg/m3=5.57m3计算加乙烯的转化率，根据(3-2)式中，V—反应器体积25m3—加入反应器的组分A的摩尔数—-组分A的转化率t—反应时问装置里的乙烯含量可以通过公式(3-2)增加，换算率也增加了。所需的标准已经达到，装载系数为0.7是乙烯的用量为：M(C2H4)=3.4t÷0.7t=4.86t乙烯的体积为：V(C2H4)=m/ρ=4860kg÷0.61x10-3kg/m3=7.97m3乙烯的摩尔数为：N(C2H4)=M(C2H4)/Mmol=4.86x106÷28(g/mol)=173571mol乙烯反应时问为2.22h，乙烯进料时间设计为：6h-1.5h-2.22h=2.28h乙烯的进料速率：Vm=M(C2H4)/ρ=4.86t÷2.28h=2.13t/h乙烯的体积进料速率：VV=V(C2H4)/ρ=7.97m3÷2.28h=3.5m3/h乙烯的摩尔进料速率为：Vn=N(C2H4)/t=173571mol÷2.28h=76127.6mol/h催化剂的加量约为反应物总质量的0.1~0.01%，得到的催化剂加料质量为：M催=M(C2H4)×0.0l%=4.86tx0.01%=0.486kg聚合釜总进料量：∑M进料=M(C2H4)+M催+M(H2)+M(C6H14)∑M进料=0.486kg+4.86t+2018g+4.5t=9362.66kg3.2.2.2聚合釜出料衡算由反应产生的聚乙烯的质量是由饲料时间的0.54t计算出来的。这个时候聚乙烯的分子质量是由1000倍的分子质量计算的。乙烯回收过程：N(HDPE)=0.54t÷100000g/mol=0.0054mol乙烯未反应部分总质量：M剩余=4.86t-0.54t=4.32t进入回收罐的部分质量为：M罐=1.4t进入闪蒸罐的质量为：M闪=0.11t放空的质量为：M放空=M剩余-M罐-M闪=4.32t-1.4t-0.11t=2.81t放空的物质的量:N放空=M放空/Mmol=2.81t÷28g/mol=1003.25mol物料衡算表如下表3.1所示：表3.1物料衡算表名称进料己烷4.5t氢气2018g乙烯4.86t4能量衡算4.1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，△E—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△E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：∑HP-∑HF+Eq=q(4-2)式中，∑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∑HF—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：∑HP-∑HF=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：∑HF=qmH1(4-4)因物料离开系统所输出的能量为：∑HP=qmH2(4-5)在(4-4)、(4-5)式中，qm为通过系统的物料的质量流量(kg/h或kg/s)H1为单位质量物料进入系统时的焓(kJ/kg)H2—离开系统时焓的单位质量物质(kJ/kg)若恒压比热量不随温度变化，或取物料在恒压比热量下的平均温度为:∑HP—∑HF=qm(H2-H1)=qmcp△T(4-6)4.2基础数据物料输送通过反应堆，它的温度接近室温，计算过程需要25℃，物料加热到85℃，热水入口95℃，出口88℃。乙烯聚合热为3392.9kJ-kg-1。在85℃条件下反应，55℃条件下输出物质。冷却水口温度：38℃，出口温度为：45℃。基准温度为：0℃比热：kJ·kg-1·℃-1蒸发潜热：kJ·kg-1热流量：kJ·h-1表4.1各物质热容数据表物质名称热容乙烯Cp3.19kJ·kg-1·℃-1己烯Cp2.68kJ·kg-1·℃-1己烷的蒸发潜热316.38kJ·kg-1水的比热(C(H2O))4.20kJ·kg-1·℃-1氢气的比热(C(H2))28.12kJ·kg-1·℃-14.3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)=4.86t乙烯的焓值变量：△E=mcp△T=4.86x103kgx3.19kJ.kg-1·℃×(85-25)℃=930204kJ已烷的质量流量为：m=M(C6H14)=4.5t己烷的内能变量为：△E=mCp△T=4.5x103kg×2.68kJ·kg-1·℃×(85-25)℃=723600kJ氢气的质量流量为：m=M(H2)=2.018kg氢气的内能变量为：△E=mCp△T=2.018kg×28.12kJ·kg·℃-1×(85-25)℃=3404.8kJ总进料的内能变量：△E=930204kJ+723600kJ+3404.8kJ=1657208.8kJ加料总时间为：t=6h-2.22h=3.79h物料平均每小时升温所需的能量为：Q平均=△E总/t=1657208.8kJ÷3.79h=437258.3kJ/h反应釜热量损失为10%，则：Qt=Q平均X(1+10%)=680413.79kJ/mol物料加热通过热水则所需水流速为：Qt=∑Hp一∑HF=680413.79kj/h÷4.20kJ·kg-1·℃÷(95-85)℃=16200.33kJ/h4.3.2进行反应段能量衡算在反应过程中，聚合器中的压力为0.48mpa，通过85度的催化反应可以合成聚乙烯。一般而言，0℃的反应热大于25℃，25℃的反应热作为反应热处理。冷却水中起始温度为25℃，而出水中为35℃。参与反应乙烯质量：M(C2H4)=4.86t生成聚乙烯的反应热为：Q反=3392.9kJ·kg-1x4.86x103kg=16489494kJ己烷的蒸发潜热为：Q潜=316.38kJ·kg-1x0.3x103kg=94914kJ反应釜的热损失为10%，冷却水带走的热量为:Q冷=(Q反-Q潜)×1.1=(16489494kJ-94914kJ)×1.1=1709438.5kJ所需冷水质量为：M水=Q冷/(C(H2O)·△T)=1709438.5kJ÷4.20kJ·kg-1·℃÷(35-25)℃=40700.9kg反应时间为：t=2.22h通过冷水物料冷却，则所需水流速为：qm=M水/t=40700.9kg÷2.22h=18334kg/h

5设备选型5.1选型原则5.1.1满足工艺要求设备的选型、选型要充分考虑技术要求，力求技术先进、经济合理，能适应各种产品的需要，保证产品质量；能降低劳动强度，提高劳动强度。动态效率；它可以减少原材料的消耗和相应的公共工程(水，电力，天然气)；它能提高环保，设备制作容易，材料易于获得，操作和维护方便。当选择设备时，完全满足上述条件是非常困难的，但必须根据以上方面对设备进行详细的比较，并拿出最佳方案。5.1.2设备成熟可靠由于是工业化生产，所以不能设计不成熟的、非生产的测试设备。选型不仅要设计出可靠的技术性能、设备、材料等；引进设备，特别是生产关键设备所用设备和材料的可靠性，必须在选型科学的基础上充分研究和比较。5.2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5.2.1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(C6H14)=5.57m3+4.55÷(2/3)m3=12.07m3填料系数为70%，则所用反应釜体积为：V=V物/70%=12.07m3÷70%=17.2m3所以反应器容积选用18m3罐选用数量由物料衡算设计得出为26个。按每釜每6h生产3.3t计算年产量：3.3t×26/6h×8520=121836t富余量：(121836t/120000t-1)×100%=0.15%能满足生产要求。5.2.2主要尺寸的计算取长径比为1.8，体积为18m3则聚合釜筒体内经计算如下： m 式中，D—反应釜直径(m)V—反应釜体积(m3)α—反应釜长径比筒的高度为：H=2.6×1.8=4.68式中，H反应釜高度(m)5.2.3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MPa0.480.6工作压力MPa0.480.6设计温度℃100110工作温度℃8525~95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mm01.5焊缝系数1传动传动方式下传动轴封形式双端面机械密封5.3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τ1=90min，则每秒进料流率：V进=V物/τ1=20.66÷(9060)=0.0038m3/s进料流速为0.0029m/s，则进料口管道直径为：m所以进料口内径d=1.2m5.3.2聚合釜出料口管径在聚合容器的直径最低的位置打开排气口。由于几乎是丙烯腈和聚丙烯腈的密度，所以在完成后聚合混合物的体积为11.15m3。出料时间为τ2=90min，则每秒出料流率：V出=V物/τ2=11.15/(9060)=0.0021m3/s出料流速也为0.0029m/s，则出料口管道直径为：m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。5.4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0.6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3.3t，聚乙烯密度为0.946t/m³，装料系数为0.6.则V=3.3÷(0.946x0.6)=5.8m³所以闪蒸罐体积V=5.8m³5.5其他设备的选型其它的设备主要是泵的选择。工业化生产中，有供料泵，回油泵，底泵，循环泵，产品泵等多种泵，石化泵的选用要满足工艺参数要求，如流量、压头、压力、温度、空化残留等要求和现场安装要求都需要符合其应有的要求和设计。（1）泵流量应该考虑在内。一方面，泵的容量的相关设计应该要根据具体的设计要求来确定。而泵容量的平衡应该是平衡的。另一方面，泵的流量应该根据生产需求决定。在确定泵流量时，应综合考虑设备的能力和设备的设备能力平衡。（2）根据生产要求决定泵的升力。当选择泵时，管道系统压降的计算在工艺设计中更加复杂，因此泵的头部应有适当的允许，通常为正常升程的1.05到1.1倍。（3）在确定泵夹紧方式的选择时，根据流体输送装置的特性曲线，决定在生产流量和所需水头之后应该选择什么设备。

6三废治理6.1废水治理聚乙烯地膜生产废水主要排放自锅炉水、水射流真空介质、地表水冲洗、水测试等。使用厌氧潜水泵将水通过运河输送到塔塔。经过8小时的厌氧发酵，废水可以转化成低分子有机物质。厌氧型接触氧化塔将在塔身中停留6小时。6.2废渣治理多少数量的浪费和生产状况有很大的关系。当生产正常的时候，所有的过滤器都被洗得很少，而加工管道不需要拆卸。因此，这个过程排放最小。根据生产情况，主要有三个废渣的来源。固体废料：主要夹杂于洗涤水中的低聚物，地板清洗水中的TiO2粉末、片状粉末等，可在静、分层后进行加工。固体废物，每天生产过程中会有更多的加工过程。例如淤浆管线冲洗、聚合滤清器清洗等。在用水清洗之前，必须排出处理材料，大部分是低聚物。排放物在洗涤水中混合并沉淀，变成较好的浆液。6.3废气治理聚乙烯膜产生的主要废气是空气，它适合于用活性碳纤维进行浓缩。可回收利用。7厂房布置7.1工厂布局基本原则于此同时，还应关注技术经济、土地节