年产2.0万吨乙丙橡胶装置聚合工段工艺设计毕业设计.doc

吉林化工学院毕业设计(论文) i 摘 要 乙丙橡胶( epr) 是以乙烯、丙烯为基本单体的弹性体共聚物，具 有优良的物理性能和良好的加工性能，是天然橡胶的最好代用品之一。 目前年产量已跃居合成橡胶的第三位，成为世界合成橡胶的重要组成部 分。根据聚合反应时是否加入第三单体（非共轭二烯烃）分为二元乙丙 橡胶( epm) 和三元乙丙橡胶( epdm) 两大类。乙丙橡胶的聚合方法有 钒系溶液法、钒系悬浮法、气相法等三种方法。 本设计为年产2.0万吨乙丙橡胶装置聚合工段工艺设计，反应机理 是配位阴离子聚合，采用溶液聚合工艺，乙叉降冰片烯（enb）作为第 三单体；采用齐格勒-纳塔催化剂；在此基础上对聚合工段进行物料衡 算、热量衡算、设备选型计算，绘制了带控制点的流程图、平面布置图 及配管图，并编制了设计说明书和计算书。 关键词关键词: : 乙丙橡胶 溶液聚合 物料衡算 工艺设计 吉林化工学院毕业设计(论文) ii abstract ethylene propylene rubber (epr) is elastic copolymer with ethylene, propylene as basic monomer，possess of excellent physical property and favorable processability，and is one of the best substitutes of india rubber. now it has occupied the third place in rubber word, and becoming more and more important. according to whether non-conjugated diene is added or not during the polyreaction, ethylene-propylene rubber is divided into terpolymer of ethylene, propylene and a non-conjugated diene (epdm) and ethylene propylene copolymer (epm).the ethylene propylene rubber copolymerization has three main processes, vanadium solution process, vanadium suspension process, vapour phase process and so on. the thesis expound craft design about epr installation with 20.000 tons per year, with polymerization section as processing main subject. the design adopts solution polymerization craft，with ethylene, propylene for basic monomer and 5-ethylidene-2-norbornene (enb) as third monomer；normal hexane as solvent；trichloromethyl vanadyl-times semi- halogenations aluminium alkyl as catalyzer；and adopts hydrogen gas as relative molecular weight correctives. at the same time enumerate of material balance and heat balance, equipment lectotype estimate of polymerization section,and draw a . flowchart and make design specification. keykey words:words: ethylene-propylene rubber liquor technique craft calculation technological design 吉林化工学院毕业设计(论文) i 独 创 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权 争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文） 不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二一年九月二十日 毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文） 的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意 学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它 复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下， 建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内 容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名: 二一年九月二十日 吉林化工学院毕业设计(论文) ii 目 录 摘摘 要要.i abstractabstract.ii 第第 1 1 篇篇 设计说明书设计说明书1 第第 1 1 章章 绪论绪论.1 1.1 设计依据、指导思想 .1 1.1.1 设计依据 1 1.1.2 指导思想.1 1.2 设计地区的自然条件 .2 1.3 厂址的选择 .2 1.4 车间布置、岗位人员配制 2 1.4.1 车间布置.2 1.4.2 岗位人员配制.3 1.5 节能与环境保护 .3 1.5.1 节能.3 1.5.2 环境保护.4 1.6 安全防火 .4 1.6.1 消防设施.4 1.6.2 灭火程序.4 第第 2 2 章章 工艺论证工艺论证.5 2.1 工艺原理 .5 2.2 工艺流程简图 .5 2.3 乙丙橡胶合成路线的比较 .5 2.3.1 溶液聚合路线.5 2.3.2 悬浮聚合路线.5 2.3.3 气相聚合路线.6 吉林化工学院毕业设计(论文) iii 2.4 乙丙橡胶的基本性能 .7 第第 3 3 章章 橡胶聚合车间工艺流程橡胶聚合车间工艺流程8 3.1 本岗位管理范围及任务 .8 3.2 生产原理和工艺流程 .8 3.2.1 生产原理.8 3.2.2 工艺流程叙述.9 3.3 产品规格、原料及公用工程条件 .12 3.3.1 产品规格 .12 3.3.2 生产方式及规模 .12 3.3.3 原料 .13 3.3.4 公用工程 .15 3.3.5 工艺控制条件 .15 3.4工艺设备选择17 第第 4 4 章章 技术经济分析技术经济分析.21 4.1 原料消耗定额 .21 4.2 生产成本 .21 4.3 盈亏平衡 .21 第第 2 2 篇篇 工艺设计计算工艺设计计算.23 第第 5 5 章章 设计基础设计基础.23 5.1 聚合工艺介绍 .23 5.1.1 聚合过程衡算计算流程简图 .23 第第 6 6 章章 物料衡算物料衡算.24 6.1 计算依据 .24 6.2 基础物料计算 .25 6.3 塔 t0201 的物料衡算 .26 6.4 塔 t0202 物料衡算 .27 6.5 v0201 物料衡算29 吉林化工学院毕业设计(论文) iv 6.6 反应器 r0201 物料衡算 .32 第第 7 7 章章 热热量衡算量衡算.34 7.1 计算依据 .34 7.2 t0201 热量衡算34 7.3 t0202 的物料及热量衡算 .35 7.4 r0201 热量衡算 .36 第第 8 8 章章 设备设计设备设计.38 8.1 r0201 聚合反应釜设计.38 8.2 ag0201 搅拌器设计38 8.3 v0202 溢流罐设计.39 8.4 e0206 己烷加热器设计.40 8.5 聚合液加料泵设计 43 8.6 管道设计计算 .43 致 谢.43 参考文献.48 附 录 50 吉林化工学院毕业设计(论文) 1 第 1 篇 设计说明书 第 1 章 绪论 1.1 设计依据、指导思想 1.1.1 设计依据 设计所参考和依据: (1)吉林化工学院毕业设计（论文）任务书（2.0kt/a 乙丙橡胶装置聚合工段 工艺设计） (2)吉化公司 104 厂乙丙橡胶车间实习而获悉的乙丙橡胶装置的操作法 (3)化学工业部发布的化工工艺设计施工图内容和深度的统一规定 (4)化工工艺手册 (5)化工设计 (6)石油化工数据手册 。 1.1.2 指导思想 本设计的指导思想是： (1)采用溶液聚合工艺，确保产品质量高，生产过程安全； (2)生产过程采用自动化控制，机械化操作； (3)对于易燃易爆的地方，采用了可靠的控制，并设置了报警消防设施； (4)采用技术成熟的溶液聚合方法，达到了环保要求，对生产过程中的排放 物要经过处理，以达到环保要求； (5)厂房、车间、设备布置严格按照土建标准，以保证生产正常的运行和操 作方便以及操作人员的安全为主。 吉林化工学院毕业设计(论文) 2 1.2 设计地区的自然条件 本设计的乙丙橡胶车间建在吉林市江北区原吉化有机合成厂旧址。该地区 的自然条件如表 1-1 所示： 表 1-1 吉林地区的自然条件 土壤最大冻土深度：1.8 米土壤设计冻土深度：1.7 米 全年主导风向：西南风夏季主导风向：东南风 年平均风速：3.4 米/秒地震裂度：7 度 年平均降雨量：668.4 毫米日最大降雨量：119.3 毫米 平均气压：745.66mmh最高气温：36.6 最低气温：-38平均相对温度：71% 最大降雪量：420 毫米水温：15 1.3 厂址的选择 本车间建于吉林市江北化工区，这里是全国最大的化工基地，地处松花江 畔，水源充足，水质优良，且原料充足，便利。同时有铁路与全国各地相连， 交通便利。附近有动力厂、电厂，所需动力，蒸汽供应方便，经济合理，特别 是化工区地处吉林市的东北部，而该地区的主导风向为西南、西北风，对市区 居民的生活及附近的工农业生产均无影响。该处的下游还有污水处理厂，能将 工业、生活污水进行有效的处理。综合考虑，于该处建厂，地址最为理想。 1.4 车间布置、岗位人员配制 1.4.1 车间布置 本设计的设备布置，既满足了生产实际需要，又考虑了设备的安装，检修 方便，节约空地。布置设备时，注意远近相结合既紧凑又要符合生产工艺和安 全要求，生产装置街区根据工艺流程和安全的需要，尽可能缩短装卸物料线。 本着满足工艺条件的原则，首先确定关键设备的位置，其它设备则尽可能 在主要设备的四周，以利于操作，检修和配管。在厂房内，从一楼到三楼配有 吉林化工学院毕业设计(论文) 3 走梯。阀门、仪表等部件距地面较近，以利于手工操作和检修。界区明确，工 艺流程通畅，安全合理。 1.4.2 岗位人员配制 岗位人员配制：单体贮存工序每班 1 人，溶液配制工序每班 1 人，聚合工 序每班 2 人，单体回收工序每班 1 人，后处理工序每班 1 人。每工序分四班倒， 总计 24 人。 1.5 节能与环境保护 1.5.1 节能 本设计采用的节能方法： （1）本设计采用溶液聚合法合成乙丙橡胶，副反应少，收率高。 （2）合理进行设备布置，尽力按物料流向布置，减少物料往返输送次数。 （3）适当利用位差，物料靠重力输送，而减少输送设备，节约部分动力。 （4）选择设备时，凭着高效节能的原则。 （5）设计中加强了对进入装置的水、电、蒸气的计算，为加强能源管理， 合理用电、水、气打下良好基础。 1.5.2 环境保护 该厂建于吉林市东北部的江北化工区，该地区的主导风向为西南、西北风， 对市区居民的生活及附近的工农业生产均无影响。该厂的下还有污水处理厂， 能将工业，生活污水进行有效的处理，生产过程中产生的污染物及废气、废渣、 废水都得以解除，达到国家环保要求。 同时应有步骤地进行植树，种草，增加绿化面积。美化环境的同时也起到 了降低噪声的作用。 吉林化工学院毕业设计(论文) 4 1.6 安全防火 1.6.1 消防设施 地下消火栓 4 个，8 公斤干粉 27 个，30 公斤干粉车一个，1211 灭火器 32 个。 火灾发生后报警程序和内容： （1）发现火险后进行起初火灾补救。 （2）判断火势即刻报警，火警：119 （3）首先讲清起火单位名称，详细地址。 （4）燃烧物质简介。 （5）火势大小及着火部位、相关部位。 （6）报警人姓名及报警电话号码。 （7）报警后派人到路口接车。 （8）介绍燃烧物性质及火场内部与外围情况。 （9）向调度室和车间领导汇报。 1.6.2 灭火程序 第一套方案是起初火灾补救 第二套方案是报警。 吉林化工学院毕业设计(论文) 5 第 2 章 工艺论证 2.1 工艺原理 乙丙橡胶聚合反应采用溶液聚合工艺。该法传统上是以 ziegler-natta 系催 化剂三氯氧钒及倍半卤化烷基铝为催化剂，以正己烷为溶剂，以氢气或其他化 合物作分子量调节剂，在一定温度和压力下进行乙烯、丙烯共聚反应。其中三 氯氧钒为主催化剂，烷基铝为辅助催化剂。三氯氧钒与烷基铝首先进行反应生 成活性中心，由活性中心引发单体进行聚合反应，该活性中心是由钒、铝化合 物组成的络合物，可溶于己烷中。 2.2 工艺流程简图 2.3 乙丙橡胶合成路线的比较 2.3.1 溶液聚合路线 溶液聚合路线是目前乙丙橡胶生产的主要方法，占世界乙丙橡胶生产的 80%90%。该法是在既可以溶解产品、又可以溶解单体和催化剂体系的溶剂中 进行的均相反应，传统上是以 ziegler-natta 系催化剂三氯氧钒及倍半卤化烷基 铝为催化剂，以正己烷为溶剂，以氢气或其他化合物作分子量调节剂，在一定 温度和压力下进行乙烯、丙烯共聚反应。工艺过程由原料与催化剂制备、聚合、 失活与洗涤、造粒、压块、包装、甲醇回收、己烷回收、enb 回收和公用工程。 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 丙烯未反应单体 产品 吉林化工学院毕业设计(论文) 6 溶液聚合路线的优点是技术成熟，工艺灵活性大，可生产的品种多，产品 硫化速度快，综合性能好，用途广泛。 溶液聚合路线的缺点是后处理存在脱催工序，设备投资及生产成本高。 2.3.2 悬浮聚合路线 1.传统悬浮聚合法 目前世界上使用悬浮法生产乙丙胶装置仅占 10%20%。传统悬浮聚合法 一般是以 ziegler-natta 钒系化合物为催化剂，同时需加入少量催化剂稀释剂 （甲苯等） ，在一定温度和压力条件下在过量液体丙烯中进行乙烯、丙烯共聚反 应。其缺点是易产生附聚物，所以其改进技术主要集中在更新催化剂及消除附 聚物及稀释剂的改变上。 2.简化悬浮法 该技术中催化剂的主要成分是高活性卤化镁载体上的卤化钛和三烷基铝助 催化剂。简化悬浮法优势是钛系催化剂效率高，可省去脱催工艺，投资低，有 一定的潜在竞争力，缺点是目前只适合生产二元乙丙橡胶，产品含乙烯-丙烯嵌 段结构及丙烯有规立构链段，产品结晶度法高，因此应用范围受到一定限制。 2.3.3 气相聚合路线 气相聚合路线的成功工业化应用是乙丙橡胶生产技术的重要进展之一。在 此气相法中，来自反应器的未反应单体经循环气压机压缩后进入循环气冷却器 除去反应热，与新鲜原料气一起循环回反应器。从反应器排出的乙丙橡胶粉末 经脱气降压后进入净化塔，用氮气脱除残留烃类。来自净化塔顶部的气体经冷 凝回收 enb 后用泵送回流化床反应器。生成的微粒状产品进入包装工序。 气相法的优点是工艺流程简单，仅三道工序；不需要溶剂或稀释剂，无需 溶剂回收和精制工序；几乎无三废排放，有利于生态环境保护；投资最低。 气相聚合的缺点是其产品通用性差，所有的产品皆为黑色，这是由于为避 免聚合物过粘，采用碳黑作为流态化助剂之故；存在着广泛推广的局限性。 吉林化工学院毕业设计(论文) 7 2.4 乙丙橡胶的基本性能 1.低密度高填充性能 乙丙橡胶的密度是较低的一种橡胶，其密度为 0.87。加之可大量充油和加 入填充剂，因而可降低橡胶制品的成本， ，并且对高门尼值得乙丙橡胶来说，高 填充后物理机械性能降低幅度不大。 2.耐老化性 乙丙橡胶有优异的耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱、耐水蒸气、颜色稳定 性、电性能、充油性急常温流动性。乙丙橡胶制品在 120下可长期使用，在 150200下可短暂或间歇使用。加入适宜防老剂可提高其使用温度。 3.耐腐蚀性 由于乙丙橡胶缺乏极性，不饱和度低，因而对各种极性化学品如醇、酸、 碱、盐化剂、制冷剂、洗涤剂、动植物油、酮和脂等均有较好的抗耐性；但在 脂属和芳属溶剂及矿物油中稳定性较差在浓酸长期作用下性能也要下降。 4.耐水蒸气性能 乙丙橡胶有优异的耐水蒸气性能并优于其耐热性。在 230过热蒸气中， 近 100h 后外观无变化。而氟橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、 天然橡胶在同样条件下，经历较短时间外观发生明显劣化现象。 5.耐过热水性能 乙丙橡胶耐过热水性能亦较好，但与所用刘华系统密切相关。以二硫代二 吗啡啉、tmtd 为硫化系统得乙丙橡胶，在 125过热水中浸泡 15 个月后，力 学性能变化甚小，体积膨胀率仅 0.3%。 6.电性能 乙丙橡胶具有优异的电绝缘性能和耐电晕性，电性能优于或接近丁苯橡胶、 氯磺化聚乙烯、聚乙烯和交联聚乙烯。 7.弹性 由于乙丙橡胶分子结构中无极性取代基，分子内聚能低，分子链可在较宽 范围内保持柔顺性，仅次于天然橡胶和顺丁橡胶，并在低温下仍能保持。 吉林化工学院毕业设计(论文) 8 第 3 章 橡胶聚合车间工艺流程 3.1 本岗位管理范围及任务 本岗位的管理范围及任务是： (1) 接收由原料与催化剂制备工段送来的原料、催化剂及第三单体 enb。 (2) 从界区外接收原料并进行流量控制。 (3) 将反应条件控制在工艺指标以内，实现聚合反应，生产出合格的聚合 物溶液。 (4) 将未反应的单体进行闪蒸、吸收和压缩后重新使用。 (5) 利用单体和溶剂的显热和潜热去除聚合反应热。 (6) 将合格的聚合溶液送到失活与洗涤工段进行催化剂的失活和洗涤。 3.2 生产原理和工艺流程 3.2.1 生产原理 乙丙橡胶聚合反应采用溶液聚合工艺，溶剂为正己烷。 乙烯、丙烯和二烯烃在齐格勒纳塔型催化剂的作用下，按配位聚合机理 进行共聚合反应。 氢作为链转移剂、调节分子量并使反应终止。 生成大分子是由乙烯、丙烯和二烯烃组成的无规共聚物，即三元乙丙橡胶， 如不加入二烯烃，生成物即为二元乙丙橡胶。 使用的主催化剂为三氯氧钒，辅助催化剂为倍半卤化烷基铝。 三氯氧钒与烷基铝首先进行反应生成活性中心，由活性中心引发单体进行 聚合反应，该活性中心是由钒、铝化合物组成的络合物，可溶于己烷中。 和催化剂反应时，乙烯的活性最高，接下来依次是丙烯和二烯烃。乙烯、 丙烯、双环戊二烯的单体竞取率接近 48:8:1。 链增长反应完成后，加入分子量调节剂氢气，使聚合反应终止。 聚合反应温度 3555 吉林化工学院毕业设计(论文) 9 聚合反应压力 0.586mpa 聚合反应完成后，将聚合物溶液送往下一工段进行残留催化剂的失活和脱 除，未反应的单体，经闪蒸和己烷吸收后重又开始使用。 3.2.2 工艺流程叙述 本聚合反应为己烷作溶剂的溶液法聚合。 下表列出了典型牌号的聚合条件： 表 3-1 典型牌号聚合条件表 项目eptepr c”2，c”3 enb dcpd vx aq v aq+am 单体 第三组分（二烯烃） 主催化剂 助催化剂 压力（mpa） 温度（） 聚合物浓度（g/l-s） 0.45-0.7 35-50 40-100 c”2，c”3 vx am 5.5 55 45-60 1.原料、催化剂和溶剂 乙烯由界区外通过管道送入装置，由 prc0201 控制压力为 1200kpa，用 frc0203 控制流量后送入乙烯气集管。丙烯由界区外由管道送入装置，用 frc0202 控制流量后送入乙烯气集管。氢气由界区外由管道送入装置，用 c0201（氢气压缩机）进行压缩，用 prc0202 控制 c0201 的出口压力为 1200kpa，并用 frc0201 控制流量后送入乙烯气集管。 通过调节计量泵 p0102，p0103，p0104 的冲程，将所需的助催化剂和第三 单体按规定的比例送入反应釜 r0201 中。聚合使用正己烷做溶剂，开车时，通 过 fi0201 将 lphx 送入 r0201 中。当生产 epr 时，根据二烯烃单体的种类， 用 p0111 或 p0112 将之送入 r0201。 2.聚合反应 当原料、催化剂、溶剂在 r0201 中经充分搅拌后，由 p0101 将主催化剂 v-（vx-）cat 送入 r0201 中，并用 fi0201 的 hphx 以 1.0t/h 的流量对 v- （vx-）cat 进行稀释，用 e0205 来的 rhx 提供聚合反应发生所需要的热量， 吉林化工学院毕业设计(论文) 10 聚合反应开始连续进行。 当 r0201 釜中的聚合物溶液符合控制指标时，将聚合液由溢流管线送入 v0202（溢流釜）中。通常将 v0202 的液位 lrc0202 设定在 40%。 v0202 中的聚合物溶液由聚合流加料泵 p0202 送到 t0201（单体回收塔） 中部，为便于 p0202 泵的输送，防止聚合物的粘附，通过 fi0202，以 500kg/h 的流量用 hphx 对 p0202 泵进行冲洗。r0201 的操作压力是 0.586mpa；操作温 度是 3555。 3.未反应单体的回收 根据 v0202 的液位 lrc0202 控制进入 t0201 种的聚合溶液的量，在 t- 201 塔中，未反应的单体经闪蒸而从塔的顶部进入 t0202（单体吸收塔）中， 为防止闪蒸气体中夹带有聚合物胶粒，在 t0201 塔的顶部通过 frc0209 以 2t/h 流量的 lphx 进行喷淋，使夹带的胶粒重又回到塔底。t0201 塔的操作条件是： 顶部温度 63.585.1，底部温度 93.796.4，操作压力 0.116mpa。 来自 e0706 的 hx 经 prc0205 控制压力为 500kpa 后，进入 e0205a（己 烷加热器） ，用 prc0205 控制 7s 的压力为 600kpa、e0203b（己烷蒸发器）使 己烷汽化，通过 trc0202 控制蒸汽流量以使己烷蒸汽的温度为 105（epr） 和 160（epr）汽化后的己烷进入 t0201 底部，作为单体闪蒸的热源。 t0201 塔底的聚合物溶液，进入 z0201（过滤器） ，使凝胶等杂志得以过滤， 过滤后的聚合物溶液，根据 t0201 的液位（lrc0203 设定为 50%）控制 p0203（聚合物进料泵）出口阀 lrc0203 的开度，将聚合物溶液送入 v0301（失活器）中， （当 lrc0203 两侧的压差 pdr0203 被启动，说明使用的 z0201 过滤器堵塞，需要重新更换） 。 从 t0201 顶部闪蒸出来的未反应单体进入 t0202（单体吸收塔）顶部， 在 t0202 塔的顶部同样加入了 lphx，以 frc0209 控制其流量，对反应得单体 进行吸收，为了提高 lphx 中吸收的未反应单体数量使用 250t/h 流量的 ccw，对经过 t0202 塔上部的闪蒸气体进行冷却，之后在 t0202 塔的下部再用 abr（流量通过 trc0204 控制）对闪蒸气体冷凝。在 t0202 塔的底部，吸收 了大量未反应单体的己烷，用泵 p0204（己烷循环泵） ，经 e0206（循环己烷加 热器，仅开车时用，且出口温度 trc0203 不宜超过 60） ，送往 r0201 的底部， 吉林化工学院毕业设计(论文) 11 其流量由 t0202 的液位控制，通常 t0202 的液位 lrc0204 设定为 30%，另有 一部分循环己烷则与由 p0206 来的含有微量水的己烷一起从 r0201 顶部流入， 其作用有两个：一个作用是消泡；另一个作用是利用己烷中含有的微量水分杀 死 r0201 挥发出来气体中含有的催化剂，避免可能发生的对反应热去除系统的 影响。 在 t0202 塔底部未被 hx 吸收的未反应单体进入 v0204（入口缓冲罐） ， 经 c0202（循环气体压缩机）的两端压缩后进入 v0206（出口缓冲罐） ，压缩气 体经 prc0206 调节压力为 700kpa 左右后送 e0202（顶部冷凝器） ，循环进入 r0201 中。 通过 t0202 顶部的压力表 prc0204 来检测 t0202 塔的压力，当 prc0204 的压力超过 200kpa 时，通过阀 prcsv0201b 向 fla 泄压，当 prc0204 的压 力低于 125kpa 时，通过阀 prcsv0201a 向 t0202 塔补压以保证未被吸收的气 体能够进入 v0203 罐中。 4.反应热的去除 聚合反应热通过循环气体和己烷蒸汽的显热和潜热得以去除。来自 v0204 和 r0201 的循环气体，经 e0201（高位冷却器、冷却介质 ccw）和 e0202（高 位冷凝器、冷凝介质 abr）的冷却和冷凝后，进入 v0201（顶部累积器） ，经 冷却和冷凝后的循环气体温度大大下降，而有一部分液化，在 v0201 中的冷凝 液体经过滤后进入 p0201（冷凝液循环泵） ，通过 frc0206 将流量控制在 3t/h 把冷凝液送入反应釜 r0201 中。v0201 的液位 lrc0201 通常设定在 30%，一 旦超高，就启动阀门，加大送往 r0201 的冷凝液体量。 v0201 中的不凝气体，使用 c0202（循环气体鼓风机）循环送入 r0201 种， 其流量通过 frc0201 来控制。如果 r0201 的聚合压力超高，就启动 prcsv0202 阀将不凝气体送往火炬系统烧掉以维持聚合压力的稳定。通过将气 体冷却，冷凝又循环送入反应釜的方法去除了聚合反应热。聚合温度 trc0201 就是通过控制循环气体的流量阀 trcv0203b 和冷冻盐水阀 trcv0203a 的开 度来实现的。 吉林化工学院毕业设计(论文) 12 3.3 产品规格、原料及公用工程条件 3.3.1 产品规格 本设计的项目产品为乙丙橡胶，牌号为 j-4045，属于 enb 型非充油性三元 乙丙橡胶，年产量为 20000 吨。鉴于国家规定的产品规格，考虑到用户的要求 和经济衡算，其产品指标如表 1-1 所示： 表 3-2 产品指标一览表 牌 号 指标名称 外 观白色 门尼黏度（） 100 c 1+4 ml 4050 乙烯结合量（质量分数）/%56 碘 值22 二烯烃（enb）结合量（质量分数）/%9.511.5 相 对 密 度0.87 挥发份（质量分数）/%0.75 钒含量/10-615 灰分（质量分数）/%0.1 特 性硫化极快，挤出性良好 3.3.2 生产方式及规模 根据实际经济分析，对工厂的实际生产作如下选择： 操作方式：连续操作 产品名称：乙丙橡胶 年生产量：20000 吨/年 年工作日：7200 小时 生产量：2805.84 吨/时 年生产天数：300 天 吉林化工学院毕业设计(论文) 13 3.3.3 原料 本设计所生产的产品-4050乙丙橡胶聚合工段所需要的主物料和所需要的 其它原料及其规格如下： 1.乙烯 表 3-3 乙烯规格一览表 项 目规 格项 目规 格 乙烯含量 99.9vol% 杂质 甲烷乙烷丙烷丙 烯等 0.01vol% 乙炔 5volppm co 0.5volppm co2 5volppm h2 10volppm o2 5volppm 水 5volppm 总羰基物（以 甲乙酮计） 1volppm 总硫（以 s 计） 1ppm cos 0.1volppm 2丙烯 表 3-4 丙烯规格一览表 项 目规 格项 目规 格 丙烯含量 99.6vol% 杂质 甲烷乙烷丙烷 n2等 0.42vol% 乙烯 100volppm 1，3-丁二烯 5volppm 乙烷和丁烯 10volppm 乙炔 5volppm 丙二烯 10volppm 甲基乙炔 5volppm co 1volppm 吉林化工学院毕业设计(论文) 14 co2 5volppm o2 5volppm h2 10volppm 水 5volppm 总硫 10volppm cos 0.1volppm 3氢气 表 3-5 氢气规格一览表 项 目规 格项 目规 格 h2 98wt% 杂质 n2和甲烷 1.5wt% co 5volppm co2 20volppm s 0.2mg/m3 露点 -40 4.己烷 表 3-6 己烷规格一览表 项 目规 格项 目规 格 外观无色透明 比重（15/4）0.660.68g/cm3游离水 100ppm 正己烷含量 83wt% 初馏点 65 終馏点 70 硫 5ppm 溴值700 时，cf=1，也即 浆叶直径不许校正，仍取 1.74m. 5.搅拌功率 p 初选搅拌浆为六叶圆盘直叶透平，叶径 1.74m，b=0.2d=3.48m，釜内有 4 块 0.1t 挡板，由 rushton 图得功率函数 -nr 图中查得：当 nr=3776.7 时的功率 函数 =3.8 则 np=3.8 得： kwwdnnp p 9 . 1123.1185274 . 1 60 40 6608 . 3 5 3 3 故得到搅拌功率为 11.9kw。 8.3 v0202 溢流罐设计 1.计算依据 吉林化工学院毕业设计(论文) 41 (1)因为操作压力 0.450.7mpa，温度 3055，所以选定设计压力 0.99mpa=10kgf/cm2，温度为：-2095。 (2)聚合液的密度：660kg/cm3 (3)装载系数定为：0.6 2.设备计算 v0202 贮备可以提供聚合液加料泵正常工作 15 分钟的聚合液，即聚合液体 积流量为： hmq/10.87 660 75.57488 3 装载系数取 0.6，所以贮罐的总体积为 3 37 3 . 366 . 0/10.8725 . 0 mv 8.4 e0206 己烷加热器设计 1.计算依据 (1)己烷在管内加热，压力 0.122mpa，进口温度 t1=78，出口温度 t2=105；流量为 20000kg/h，则平均温度下的物性为： 10.232mpas=0.213103kg/(m2).s，1650kg/m3 10.117w/(m)=0.119j/(mks)，cp1=2.21kj/(kgk) (2)管外用 7s 加热给己烷逆流加热，进料温度 t1=181，出口温度为 t2 .7s 流量 24000kg/h，则平均温度下查的物性如下： 20.1628mpas=0.1628103kg/(m2).s，2897.3kg/m3 20.117w/(m)=0.119j/(mks)，cp2=2.21kj/(kgk) (3)初步采用逆流给热的方式。 2.初选换热器 q=qm2cp2(t2-t1)=200002.21(105-78)=1193400w 蒸汽出口温度： t2=t1-1193400/（240004.379）=169.64170 逆流温差为： ctm 75.83 ) 78-170 105-181 ln( 78)-(170-)105181( 吉林化工学院毕业设计(论文) 42 8 . 0 78105 170181 -tt t-t 12 21 r3 . 0 78170 78105 -tt t-t 21 12 p 查化工原理书图 6-57a 得：初步估计传热系数 k估= 600 ， =0.9 则：23.24 75.839 . 0600 1193400 逆估 tk q a 由换热器标准出选 bes600-1.6-34-2/25-4i 型。 外表直径 d/mm:600 管子尺寸 mm：252.5 公称压强 p/mpa：1.6管子长 l/m：2 公称面积 m2：34管数 nj：222 管程数 np：4管中心距 t/mm：32 管子排列方式：正方形排列管程流通面积：0.0174 3.计算管程压降及给热系数 i 为充分利用热量，己烷走管程，7s 走壳程，利于清洗 管程流动面积：m/s0349 . 0 2 222 02 . 0 785 . 0 4 22 1 p t n n da 内己烷的流速68 . 0 0349. 03600233 200001 11 ap qm ui 4 3 1 1 1 1037 . 1 10232 . 0 68 . 0 02 . 0 232 re i du 取管壁粗糙度0.15mm， ，查图得：0075 . 0 /d035 . 0 管程压降： kpp u nf i ptd l 296 . 1 23368 . 0 44 . 13) 02 . 0 2 035 . 0 ( 2 )3( 2 2 允许值 30kpa，换热器可行，可继续计算。 管程给热系数 1 3 . 0 3 43 . 08 . 01 1 )117 . 0 10232 . 0 2210 ()1075 . 2 ( 02 . 0 117 . 0 023 . 0 prre023 . 0 8 . 0 i d 吉林化工学院毕业设计(论文) 43 =746.21w/（m2oc） 4.计算壳程压降及给热系数 0 取折流档板间距 b=0.2m，因系正方形排列，管束中心的管数 ntc=1.19（nt）0.5=1.192220.5=17.73 管程流动面积： a2=b（d-ntcd0）=0.2(0.5-17.70.025)=0.0115m2 smu/65 . 0 0155 . 0 3600 3 . 897 24000 0 4 3 00 0 1096 . 8 101628 . 0 3 . 89765 . 0 025 . 0 re pud 因 re500，故用下面的公式计算管外流动摩擦系数 f0 f0=5re-0.228=5（8.96104）-0.228=0.37 管子呈正方形，写转安装，取校正系数 f=0.4，去垢层校正系数 fs=1.5 则： 挡板数 nb=l/b-1=2/0.2-1=9 壳程压强： 4 2 2 0 1044 . 1 3 . 897 2 65 . 0 5 . 1 6 . 0 2 . 02 5 . 3919 7 . 1737 . 0 4 . 0 2 )/25 . 3() 1( u fsdbnnfns bbtc 计算得壳程压强小于 30kpa，换热器可行，可继续计算。 管程给热系数的计算： a2=bd(1-d0/t)=0.20.6(1-0.025/0.032)=0.0263 u0=24000/(36000.0263897.3)=0.283m/s m d dt de027 . 0 101628. 0 025 . 0 785. 0032. 04 ) 4 (4 3 22 0 2 0 2 4 3 2 200 0 102 . 4 101628 . 0 3 . 897283 . 0 027 . 0 re pud 05. 1 6786 . 0 1628 . 0 37 . 4 pr p c 管程 7s 被加热，取（u/uw）0.14=1.05，由式子得： 吉林化工学院毕业设计(论文) 44 cmw de w 02 3/155 . 0 414 . 0 3/155 . 0 1 /3369 05 . 1 )05. 1 ()102 . 4( 027 . 0 6786 . 0 36 . 0 )(prre36 . 0 5.计算换热面积 由公式， 0 0 1 1111 r rik 查表取 ri=0.00017/w，r0=0.00018/w 得： cmwk 02 /89.567 45 0025 . 0 00018 . 0 00017 . 0 3369 1 21.746 1 1 计 60.25 75.839 . 089.567 1193400 k q a tm 计 所选换热器的实际传热面积约为： a=ntd0l=2223.140.0252=34.85 36 . 1 60.25 85.34a 计 a 换热器的比值在 1.251.5 之间，符合化工设计要求。 故所选换热器完全可以满足所需要的要求。 8.5 聚合液加料泵设计 1.计算依据 (1)采用普通钢管进料。 (2)进料质量流量 21683.45kg/h，聚合液的密度 660kg/m3，因此聚合液的 体积流量为： hmq/85.32 660 45.21683 3 (3)a，b 两段管内径 d=100mm，c，d 两段管内经径 d=60mm 且 c，d 流量相 同，见下图 8-1： 吉林化工学院毕业设计(论文) 45 r0201 v0201 lrc 0201 trc 0201 lrca 0201 lg 0201 pi 0201 m a b c d 图 8-1 泵的计算示意图 2.确定泵的扬程 (1)计算直管压头损失 a 管和 b 管内液体的流速 sm d q u/16 . 1 2/10 . 0 14 . 3 3600/85.32 2/ 22 c 管和 d 管内液体的流速 sm d q u/23 . 3 2/06 . 0 14 . 3 3600/85.32 2/ 22 a 管和 b 管内液体搅拌雷诺数： 10000218742 1035 . 0 66016 . 1 1 . 0 3 du re c 管和 d 管内液体搅拌雷诺数： 10000365451 1035 . 0 66023 . 3 06 . 0 3 du re 即都为湍流形态 直管损失：查化工原理上册 p41 页取绝对粗糙度 =0.15mm a 管和 b 管相对粗糙度 3 3 105 . 1 1 . 0 1015 . 0 d e c 管和 d 管相对粗糙度 吉林化工学院毕业设计(论文) 46 3 3 105 . 2 06 . 0 1015 . 0 d e 根据 re=3654514.0105查化工原理p40 页，查得 =0.025 kgj d llll h dcba f /59.39 306 . 0 23 . 3 25 21 . 0 16 . 1 20 025 . 0 2 22 1 局部损失：有 18 个 90弯头（查化工原理上册 p42）得有局部阻力系数分 别是：进口突然收缩 90标准弯头 ，180回弯头 ,0.50.751.5 球心阀6.4 kgj uu hf/34.36 2 23 . 3 8 2 16 . 1 1075 . 0 2 8 2 10 222 2 2 1 2 总压头 kgjhhh fff /93.7534.3659.39 21 m g hh h ff f 75 . 7 8 . 9 93.75 21 (2）确定泵的扬程 )0, 6(21.1475 . 7 8 . 92 16 . 1 23 . 3 6 2 22 2 1 2 2 pzmh g uu g p zh f 3.确定泵轴功率 泵的有效功率 wgqhnh88515 3600 85.32 8 . 9660 对于小流量的离心泵 neph 10.6取取 泵轴功率: kw n n neph h 475 . 1 4.泵的选型 选型号为 is100-80-160 泵两台，正常使用一台，备用一台。is100-80-160 泵的流量 60m3/h，扬程 6.8m。转速 1450r/min，效率 71%；轴功率 1.57kw，电 动机功率 2.2kw；质量（泵/底座）=69/64；必须汽蚀余量 3.5m. 吉林化工学院毕业设计(论文) 47 8.6 管道设计计算 由计算 d，如下表： 2 4 v q u d 表 8-1 管道一览表 管道号密度 kg/m3 体积流量 m3/h 流速 m/s单位 m工程 mm b1 11.34298.9587.21750 a 60075.3931332.25250 c 61220.0210332.74300 g 66032.85647153.64400 h 11.947.14818103.82400 i 5.12457.28681.31150 b2 10.4278.541433.91400 j1 66213.6264430.8100 b3 6579.2143232.53.67400 l1 24528.57143100.96100 l2 24581.63265102.81300 l3 2456.938776100.4650 吉林化工学院毕业设计(论文) 48 致 谢 经过一个多学期的查阅文献、计算数据和绘图，毕业设计的基本工作已经 完成，并得出了可行的设计方案，全部计算过程已在前面的章节中给以体现。 此次毕业设计不但培养了我独立思考的能力，还让我掌握了很多查阅资料 和文献的技能，并极大的丰富了我的专业知识。通过自学及老师的指导，不仅 巩固了所学的知识，极大的拓宽了我的知识面，让我认识了实际化工生产过程 和理论的联系和区别，这对将来的毕业设计及工作无疑将起到重要的作用。 本设计是在宋岩、刘长玲两位老师的精心指导下完成的。两位老师