化学工程本科毕业论文-8kta聚丙烯工段设计.doc

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 (中文标题) (英文标题英文标题) 学院名称：继续教育学院 专业班级：化学工程与工艺 学生姓名： 学 号： 指导教师姓名： 指导教师职称： 2012 年 4 月 江苏大学本科毕业论文 2 江苏大学本科毕业论文 I 8kt/a 聚丙烯工段设计聚丙烯工段设计 摘要：摘要：本设计是年产 8 千吨的聚丙烯工段设计，设计中按照生产负荷和设计规范，对聚丙烯 生产的工艺流程进行了合理的设计和适当的调整；对反应釜、闪蒸釜生产流程的主要设备， 进行了工艺尺寸的设计计算，特别对结构较复杂的反应釜器内的搅拌装置、指形撤热管以及 夹套也进行了工艺尺寸的计算；选择旋风分离器进行工艺尺寸的设计计算，并对冷水泵进行 了选型。考虑到设备加工制造、安装、安全等多方面的因素，并依据任务所给的量，采用三 个反应釜并联和两个闪蒸釜并联的工艺过程，并进行了相应的物料衡算和热量衡算。 关键词：关键词：聚丙烯；聚合；闪蒸去活；丙烯 江苏大学本科毕业论文 II 目录目录 第一章第一章 液体本体法工艺技术说明液体本体法工艺技术说明.1 1.1 工艺流程.1 1.1.1 原料精制原料精制.1 1.1.2 丙烯聚合.1 1.1.3 闪蒸去活.1 1.1.4 造粒包装.2 1.2 工艺说明.2 1.3 原料精制.3 1.3.1 精制的目的与要求.3 1.3.2 丙烯干燥.3 1.3.3 吸附剂的活化再生.4 1.3.4 丙烯脱氧与脱硫.5 1.3.5 流程选择.5 1.3.6 氮气精制.6 1.4 丙烯聚合.7 1.4.1 生产方法和基本原理.7 1.4.2 聚合反应影响因素.8 第二章第二章 液相本体法聚丙烯装置设计计算液相本体法聚丙烯装置设计计算.14 2.1 聚合釜的工艺设计计算.14 2.1.1 聚合釜容积的确定.14 2.1.2 聚合釜外形尺寸的设计.15 2.1.3 其他外形尺寸的确定.17 2.2 内构件及搅拌轴封的设计.18 2.3 聚合釜的传热设计.22 2.3.1 反应放热计算.22 2.3.2 搅拌摩擦热 Qa计算.23 2.3.3 聚合高峰期总发热量 QT计算.23 2.3.4 撤热量 QT计算 .23 2.3.5 传热系数K的求取.23 2.3.6 传热方式选择及传热面积计算.24 2.4 夹套及内冷却管的设计.25 2.4.1 夹套的设计.25 2.4.2 指形内冷却管设计.26 江苏大学本科毕业论文 III 第三章第三章 聚丙烯工艺物料恒算聚丙烯工艺物料恒算.29 3.1 丙烯投料量的计算.29 3.2 催化剂用量的计算.30 3.3 活化剂用量的计算.31 3.4 氢气用量的计算.31 3.5 转化率的计算.32 3.6 催化效率的计算.33 3.7 平均活性.33 3.8 聚合釜的生产强度.34 3.9 产品中理论含钛量的计算.34 第四章第四章 旋风分离器及冷水泵的设计旋风分离器及冷水泵的设计.36 4.1 旋风分离器设计依据.36 4.2 旋风除尘器几何尺寸的确定及其对旋风除尘器性能的影响.37 4.2.1 进口面积 Fj.37 4.2.2 筒体直径 D .37 4.2.3 筒体长度 h.37 4.2.4 锥体尺寸.38 4.2.5 旋风除尘器的进口.38 4.2.6 排气管.39 4.3 冷水泵的设计.39 4.3.1 已知条件.39 4.3.2 选泵计算.39 4.3.3 最大允许安装高度的计算.40 致致 谢谢.41 参考文献参考文献.42 附附 录录.43 江苏大学本科毕业论文 1 第一章第一章 液体本体法工艺技术说明液体本体法工艺技术说明 1.1 工艺流程工艺流程 间歇式液相本体法工艺流程大体上可分为四个部分：原料精制、聚合反应、闪蒸去活、 造粒与包装。 1.1.1 原料精制原料精制 丙烯精制是将储槽中液态丙烯由丙烯泵送至氧化铝干燥塔初步脱水后，进固碱塔除去微 量的酸性物质，再经镍催化剂脱氧塔除去微量氧，最后经 4A 分子筛干燥塔进一步脱除水分 后，得到合格的精丙烯送至精丙烯计量罐，以备聚合釜投料用。 粗氮气精制时是将粗氮气经氧化铝干燥塔初步脱水后，再经镍催化剂脱氧塔脱除微量氧， 最后经分子筛干燥器进一步脱除水分而制得高纯度的精氮气，精氮气的用量较小，一般可不 必设置缓冲罐。 1.1.2 丙烯聚合丙烯聚合 利用精丙烯计量罐的蒸汽加热套管将计量罐升压后，丙烯分为三路，首先经活化剂料斗 向聚合釜中投入占总量约 50%的丙烯，然后将活化剂从活化剂计量罐压入活化剂料斗，用约 40%的丙烯冲入釜内，同时按规定要求加入促进剂，然后将催化剂迅速加入催化剂料斗，用 剩余丙烯（约 10%）冲入釜内，最后按要求数量投入氢气。釜内丙烯在催化剂与活化剂的作 用下，维持在 3.43.5MPa、7075反应 36 小时。接近“干锅”时，将未反应完的丙烯回 收，回收丙烯经旋风分离器气固分离，分离下来的粉末收集在粉料罐内定期回收。丙烯经回 收冷凝器冷凝为液体流入回收丙烯储槽，可回收利用，并入新鲜原料丙烯内。 聚丙烯的温度由夹套水温控制，热水槽内的水经热水泵输送至聚合釜夹套及内冷却管再 返回热水槽。水温由泵入口管上的蒸汽量来调节。补加的水经热水槽溢流进入循环回水系统。 1.1.3 闪蒸去活闪蒸去活 聚合釜内的聚丙烯粉料借泄压喷入闪蒸去活釜。夹带出来的气体（如丙烯，丙烷）经旋 江苏大学本科毕业论文 2 风分离器除去粉尘后排至气柜系统。置换闪蒸釜用的氮气及去活用的空气由高空排放。闪蒸 合格的聚丙烯粉料通空气去活，然后由下料口送造粒工序或直接包装以粉料出厂。 1.1.4 造粒包装造粒包装 闪蒸去活后的聚丙烯颗粒，直接通过计量称以每袋 25 公斤包装。 1.2 工艺说明工艺说明 为了维持生产连续性，原料精制系统线应为两条：一条使用，一条再生备用。再生时精 制塔内物料采取自身压力退料。当丙烯由 20升温到 40时，因膨胀而增加压力达 10MPa， 为此各塔间装有阀门时，均应设安全阀。其余各压力容器也均按规定装设安全阀。 丙烯计量采用计量罐和仪表相结合的办法，向聚合釜内加丙烯除利用位差外，还应适当 加热提高压力。 聚合时所用分子量调节剂氢气是一次加入釜内的，一般也用计量罐计量，即加氢前后计 量罐的压力降。因氢气比较接近理想气体，故在固定容积时，压力降的大小与所加氢气的摩 尔数成正比。由于压力表读数的主观误差较大，表的精度有限，为提高计量准确性，氢气计 量罐不宜太大。 一氯二乙基铝遇空气就自然，为防止其外溢，运输罐一般不装液面计，装料卸料一般靠 称重计量。 聚合反应釜配有润滑油系统。特别是采用填料密封的聚合釜，润滑油是防止轴封的泄露， 保证填料使用寿命的关键所在。当油中含水等有害物质时，因其沿轴封润滑油入釜而影响反 应，故润滑油系统采用封闭式供油和封闭式回油系统为宜。 聚合釜夹套冷却水必须合格，否则夹套内易结水垢，影响传热。一但结垢，只有采用酸 洗除垢。 采用每台聚合釜对一个闪蒸去活釜更有利于挖掘聚合釜的生产潜力。 从阀门的耐压等级来说：常温丙烯部分，如丙烯原料罐，丙烯泵，丙烯精制线至丙烯计 量罐处可采用 4MPa 的阀门或截止阀。对聚合釜的阀门，宜选用 46MPa 的阀门。注油器系 江苏大学本科毕业论文 3 统，氢气系统采用 16MPa 以上的阀门。蒸汽系统采用 1.62.5MPa 的阀门。 凡高温氮气通过的部位采用耐高温阀门。固体物料通过的阀门用球阀，如聚合釜底阀， 闪蒸釜进料阀及放料阀，催化剂加料阀。一些需要快开快关的阀门用球阀，如丙烯加料阀， 氢气加料阀。 为了消除死角便于吹扫清洗，与活化剂接触的阀门用球阀。 该装置除水管外，所有管线均用无缝钢管。氢气等压力较大的管线选用厚壁管。为减轻 腐蚀，聚丙烯粉料及活化剂输送管道选用不锈钢管。 1.3 原料精制原料精制 1.3.1 精制的目的与要求精制的目的与要求 纯度太低（95%）的丙烯不宜用于液相本体法聚合，虽然纯度低的丙烯中的杂质主要 是无害的丙烷，对反应无多大的影响，但随丙烷量的增高其它有害杂质也会相应增高，再则 浓度太低对单釜生产能力亦有一定的影响。当回收丙烯反复用预聚合时，由于丙烷的累积会 使丙烯纯度进一步降低。 对丙烯聚合而言，水、氧、硫、丙炔、丙二烯、丁烯、丁二烯、一氧化碳、二氧化碳等 均为有害杂质。丙烷-丙烯塔分离出来的丙烯其烃类杂质及一氧化碳、二氧化碳含量一般都较 低，可达到要求（10ppm） ，而含水量和含氧量往往达不到聚合的要求（水一般为 100300 ppm，氧气一般为 1050 ppm） 。故丙烯-丙烷塔产出的丙烯还不能直接用于聚合，必须除去 一些有害的微量杂质。原则上丙烯中的有害杂质越低越好，一般应达到 H2O10ppm，O210ppm ,S3ppm。 1.3.2 丙烯干燥丙烯干燥 丙烯中的微量水分一般采用吸附法脱除。这种方法有许多有点，主要以下几个方面： （1）干燥度高；（2）流程简单操作方便；（3）物耗和能耗低；（4）收率很高，浪费物料 极少；（5）吸附剂的使用寿命长。 吸附剂一般选用具有较大吸附表面、具有微孔或毛细孔的固体物质，每克这样的物质比 江苏大学本科毕业论文 4 表面积可达数百平方米。用于丙烯干燥的吸附剂通常为活性氧化铝和分子筛。 活性氧化铝使氧化铝的水合物（主要为三水合物）加热脱水而制得。它是多孔和具有吸 附性的物质，而且吸附具有一定的选择性。其选择性吸附不仅由其微孔直径的大小确定，同 时也由被吸附物质的极性所决定。因为水具有较强的极性，因此活性氧化铝对水有较强的亲 和力。活性氧化铝对微量水的干燥深度可达露点-70以下。分子筛又叫人工合成沸石，属硅 酸盐类，可用通式（M2+M+）OAl2O3mSiO2nH2O 来表示，M2+一般为 Ca2+, M+则一般为 Na+,K+。分子筛的特点是具有均匀的孔径，如 3A、4A、5A 型分子筛孔径分别为 3.23.310-10m、4.24.710-10 m、4. 95.510-10 m。分子筛的吸附有较强的选择性，其 选择性与分子直径有关，也与被吸附物质的分子极性有关，还与被吸附分子的不饱和程度或 沸点有关。分子筛进行干燥时，加热到一定温度脱出其中的水分后，其晶体结构仍保持不变， 同时形成一些与外部相通的微孔，小于微孔的分子可以被吸入孔的内部空穴，从而使分子大 小不同的物质分开，起到筛分分子的作用。水分子比丙烯分子小且具有极性，所以水分子能 进入分子筛的微孔被吸附而截留下来，达到分离效果。 1.3.3 吸附剂的活化再生吸附剂的活化再生 当干燥塔达到穿透点后，吸附剂就需要再生。再生是一个解吸或脱附的过程，再生过程 往往采用减压的办法或升温的办法。再生升温用的热载体是氮气或空气，再生气体有如下几 种： （1）具有比干燥作业时更低或相同压力的干气体； （2）具有比干燥作业时更高或相同温度的干气体； （3）升温后的湿气体； （4）减压后的湿气体。 用于丙烯干燥的氧化铝与分子筛的活化与再生一般采取升温的办法或升温、减压二者并用的 方法。由于丙烯的干燥度要求高，所以再生条件是很重要的。再生条件不会直接影响干燥作 业的吸附容量和干燥度。提高干燥度的方法有降低再生气湿度、提高再生气温度和降低压力 江苏大学本科毕业论文 5 三种手段。实验证明使再生气的湿度很低是没有意义的，一般可以适当提高再生气温度和减 压两方面来提高干燥度。 吸附剂经活化再生后，吸附容量下降，称为劣化。产生劣化的现象是：（1）吸附剂表面积 炭或为聚合物覆盖；（2）再生温度高使吸附剂变成半熔融状态导致部分细孔消失。硅铝类 吸附剂在 320时就有某些半熔融状态产生；（3）由于化学反应而使细孔的结晶受到破坏。 一般认为 3A 分子筛劣化的主要原因是由于细孔内钾离子的出入口被堵塞。随着再生次数的 增加，劣化度增加，但以初期最快，慢慢趋向定值。当劣化比较严重时，则需更换新吸附剂。 1.3.4 丙烯脱氧与脱硫丙烯脱氧与脱硫 常用脱氧剂有：镍催化剂 0501 或 BH 型催化剂。由镍和载体组成。镍催化剂除氧原理： 2Ni + O2 2NiO H = -36kg/mol 镍催化剂的再生是在高温下加氢还原： NiO + H2 Ni + H2O H = +3.5kg/mol 脱氧剂也能吸收部分硫化物或氯化物，使催化剂中毒。脱氧操作在固定床上进行，丙烯 下进上出，再生还原时，再生气的流向则相反，这样便于排出还原时产生的水。再生气体为 氮气和氢气。先用氮气升温，达到温度后用氢气还原或在热氮气中加部分氢气。 不宜让带水的丙烯通过脱氧剂，因为当带水的丙烯通过镍催化剂，会生成对聚合物有害 的杂质 CO、CO2等，对反应不利。 硫对丙烯聚合的影响很大，对于络合型 TiCl3催化剂，精丙烯中的硫含量应小于 5ppm。硫含量越低聚合反应效果越好。如使用高效催化剂，则要求硫含量更低，在 1ppm 以 下，而 COS 甚至要在 0.1ppm 以下，一些常用的方法很难达到这个要求。 适用于聚丙烯装置的应是常温下液相通过即能将硫脱除的脱硫催化剂。 TiCl3催化剂易受酸性物质的影响，丙烯中的 CO2、HCl 等对反应有不良影响，一般采 江苏大学本科毕业论文 6 用通过固碱塔的方法将其除去。 1.3.5 流程选择流程选择 丙烯的干燥一般采用固定床，常温液相丙烯下进上出通过吸附剂层。为了保证接触时间， 吸附剂层高度较大时，往往几个床串联起来。每个床的高度不宜太大，否则再生时进出口温 差太大，甚至进口温度超过干燥剂所能耐受的温度时，出口温度还达不到所要求的温度。 不同的吸附剂在用同样湿度的再生气以同样的温度再生时，得到的干燥度是相同的，但 由于各种吸附剂的耐热程度不同，故再生温度不同，因而达到的干燥度不同。分子筛比氧化 铝耐热，再生温度高，能达到的干燥度较高。 只用一种吸附剂也可以达到干燥效果，但因不同的吸附剂附带脱除的微量组分不同，故 考虑同时使用氧化铝和分子筛，这样效果较佳。 为减少固碱更换次数，而实际上 CO2等酸性组分含量微小，耗碱极少，所以固碱塔安排 在氧化铝之后，以防碱被水分溶解。由于带水的丙烯通过镍催化剂时会生成对聚合有害的 CO、CO2等杂质，否则水分会吸附在脱氧剂表面，使其产生可逆性中毒，而且微量的硫化合 物也会使脱氧剂中毒，降低脱氧效果，因此将脱氧剂塔安排在干燥塔和固碱塔之后，以减少 水、硫化合物、氯化物与其接触的机会。但是亦不宜放在最后，因为镍催化剂易磨损，容易 将粉末带入釜内，影响产品质量。 再生时，再生气的流程一般应与干燥作业时相反，而且每个塔宜上进下出。因为干燥作 业时大部分水分附着于床层进口部位的吸附剂上，并不通过全塔。 当干燥原料中带有污染性组分时，经再生加热会在吸附剂表面形成聚合物或结碳，而将 活性表面覆盖，使其寿命急速下降。这种情况下再生气的流向应与干燥作业的流向相同，这 样可以采用低温或中温气体清扫吸附剂表面，利用吸附剂对水分子的特殊亲和力来替换被吸 附的活性组分。甚至可以采用增湿的办法使水分子置换被吸附的污染性组分。 1.3.6 氮气精制氮气精制 为了提供分装催化剂和输送活化剂所需的高纯度的氮气，必须对普通氮气进一步精制。 江苏大学本科毕业论文 7 普通氮气的纯度大约 99.5%，含有氩、氧、水等杂质，露点 040，含氧 0.30.4%。氮 气精制采用与丙烯精制大致相同的方法、用活性氧化铝脱水，用镍催化剂脱氧。再经 4A 或 5A 分子筛脱水。经这样精制后的氮气，其水、氧含量均应在 10ppm 以下。采用干燥塔和脱 氧塔精制氮气，精制作业时，粗氮也是下进上出；再生时，再生气体上进下出。 由普通氮气制备高纯度氮气也可用定型设备，操作比较简便，精制效果也较好。对于生 产装置来说，精制的用量时大时小，用量大时远远超过此值。流量太大时进出的氮气中含氧 量基本一样，脱氧塔完全失去作用。因为其填充量毕竟太小，精制负荷小。 1.4 丙烯聚合丙烯聚合 1.4.1 生产方法和基本原理生产方法和基本原理 1.4.1.1 生产方法 采用丙烯液相本体聚合法，间歇生产，其工艺过程主要有聚合和闪蒸去活。 1.4.1.2 聚合反应基本原理和工艺流程 在带搅拌的釜式反应器中，在齐格勒纳塔催化剂（主要成分是三氯化钛、烷基铝）在 一定的温度和压力下，丙烯进行定向聚合，主要生成等规聚丙烯树脂。产品的分子量通过加 入 H2 的多少进行调节。化学反应式如下： 76.5（3.5MPa） 2 nCH =CH-CH TiCl3、Al（C2H5）2Cl、H2 丙烯由罐区由液烃泵输送到车间，首先进入固碱塔（T100A 或 E） ，然后进入水解塔 （T100B 或 F） ，在经过催化剂脱硫塔（T100C 或 T100D 或 G）进入分子筛干燥器（T101） 中脱水，然后进入丙烯原料计量罐（V102）中待用。 催化剂按照配比称量好后，贮于分装瓶中待用。 活化剂用精 N2从 V104 压入装置活化剂贮罐（V105） ，再由 V105 压入活化剂计量罐 （V106）中待用。H2由 H2钢瓶按规定数量冲入氢气缓冲罐中待用。 江苏大学本科毕业论文 8 首先经活化剂料斗向聚合釜（R201）中投入占总量约 50%的丙烯，然后将活化剂从活 化剂计量罐 V106 压入活化剂料斗，用约 40%的丙烯冲入釜内，同时按规定要求加入促进剂， 然后将催化剂迅速加入催化剂料斗，用剩余丙烯（约 10%）冲入釜内，最后按要求数量投入 氢气。 投料结束后，启动热水泵（P202）通蒸汽入热水槽，给 R201 升温，釜温升到 50以后， 注意调节夹套水温，控制升温速率，使聚合釜温度在 30 分钟左右升到规定温度（7082）， 反应 4 小时或至干锅后，回收未反应的丙烯。 气相丙烯进入丙烯冷凝器（E204） ，经凝液罐（V207）进入回收丙烯计量罐（V205）中 （注：小装置不经凝液罐，直接进入 V205 中） ，经计量后作原料使用。回收结束后，利用釜 内余压，向闪蒸釜（R301）放料，出料后，聚合釜内保留 0.5MPa 左右（表压） ，保压待用。 1.4.2 聚合反应影响因素聚合反应影响因素 影响丙烯聚合反应的因素较多，主要原料及辅助原料的质量、聚合用各种原料的配方、 反应控制和设备等都对反应有影响。 1、催化剂的影响 催化剂是影响聚合反应的主要因素，其质量，用量（反应物中的浓度）都对反应有影响。 新配置的催化剂批与批之间和定向能力也存在一定差异，加上贮存，运输过程中各种因 素的影响，其质量会有不同程度的下降，贮存时间越长，催化剂质量下降越明显，在 2530保存半年后活性下降 50%，而在 4时下降小于 10%，故催化剂低温保存。活性下 降的原因一般认为是络合催化剂中的醚转变为醇或氯代烷而引起，或者是络合催化剂在外界 能量的作用下晶粒增大导致比表面降低，活性下降。 质量好的催化剂用量少，聚合反应激烈，反应阶段夹套冷却水温度比较稳定（只用在反 应干锅时水温才上升）催化剂效率高。而质量差的催化剂反应不激烈，即使起初比较激烈， 随着反应的进行，冷却水温度逐渐向上升移。这可能是由于反应过程催化剂活性衰减较快所 江苏大学本科毕业论文 9 致。在同样催化剂质量的情况下，聚合反应的速率与催化剂的浓度（即催化剂/丙烯质量比） 成正比。当催化剂/丙烯过低时，催化剂全被杂质所消耗，反应速度趋向零。因此调整催化剂 /丙烯是控制反应速度的一个重要手段。适当提高催化剂/丙烯比，丙烯的转化率与产品的等 规度均有所提高，生产中为保证安全与质量，同时兼顾到聚丙烯的产量，把催化剂控制在一 个合适的量。 2、活化剂的影响 活化剂有三个作用：（1） 与三氯化钛配位络合形成活性中心；2）将催化剂中 TiCl4的 还原成具有活性的 TiCl3；（3）起消除原料丙烯中的杂质，保护活性中心的作用。 Al（C2H5）2Cl 的成分对催化剂效率及等规度有明显影响：当 Cl/Al1 时，等规度高，但活性下降。故从生产实践 综合考虑，Cl/Al 比一般在 1.051.1 之间。在保证得率和等规度的前提下尽量减少催化剂用 量，以降低产品氯含量和灰分。 3、原料丙烯中杂质的影响 （1）水的影响 铝/丙烯情况下，丙烯中水含量对聚合的影响情况也不相同，当 Al/Ti 比为 10 左右时， H2O20ppm 反应正常，水含量在 20ppm 以上时，反应受到明显影响。当 H2O20ppm 基本 不聚合，由于微量水只引起部分活性中心的失活而不改变活性中心的性质，甚至是抢先使低 定向能力的活性中心失活。 （2）氧对聚合的影响 氧对聚合反应的影响比水严重，特别是当氧含量在 20ppm 以上时，随着氧含量的增加， 产品等规度明显下降。 （3）硫的影响 硫是丙烯中极其有害的杂质，不管是有机硫还是无机硫对反应都是有害的。特别是 COS、CS2能使聚合反应链终止。采用络合 II 型 TiCl3时，硫含量在 5ppm 以下，反应正常； 江苏大学本科毕业论文 10 当硫含量大约在 7ppm 以上时，反应明显受影响。催化剂活性下降，单釜产量降低，粉料中 出现塑化块。硫含量超高越严重，甚至造成堵釜无法维持正常生产。 （4）不饱和烃类杂质的影响 烃类杂质中炔烃与烯烃如丙炔丙二烯能参与反应，影响催化剂的活性和定向能力，当有 害烃类杂质总量40ppm 时，丙烯的转化率和产品的等规度明显降低。 （5）其它含氧化合物的影响 通常丙烯中含有微量的 CO 和 CO2、CO 能进入聚合链中，影响催化剂的定向能力； CO、CO2 也能使聚合链终止，降低催化剂的活性，当 COCO220ppm 时对反应有明显的 影响；当 COCO230ppm 时有比较严重的影响。催化剂得率下降很多。 4、生产反应条件的影响 除各种原料的影响外，操作条件也是影响反应的一个重要因素。温度，反应时间均对聚 合反应有较大影响。还有辅助物料对反应的影响，虽在一般情况下并不是主要因素，但在一 定的条件下它也会转化为主要因素。 （1）聚合反应温度的影响 温度对丙烯聚合反应有较大影响，在 50以下时反应速度较慢，随着温度的升高反应加 速，催化剂得率和丙烯的转化率明显提高。综合考虑质量，安全和生产能力各方面的因素， 反应温度以 7078左右为宜，最高不应超过 80，除反应温度外，升温速度对反应控制也 有较大的影响，升温过快容易造成反应失控而超温，液相丙烯满釜、压力剧增、甚至产生聚 结块。 （2）反应时间的影响 由于 TiCl3 的活性寿命较长，一般控制至“干锅”即人为地停止反应，回收后降温泄压。 “干锅”是指反应物系中液相消失，但气相丙烯仍很多。还继续进行气相聚合，因此转化率、 得率明显地受反应时间的影响，催化剂得率随反应时间的延长而提高，比活性（每克催化剂 平均每小时所得聚丙烯克数）随反应时间的延长而明显下降，即使反应没有到“干锅”时间， 江苏大学本科毕业论文 11 这种影响也依然存在，这是由于反应过程中催化剂本身的活减所致。 反应时间对装置的生产能力有较大的影响。反应时间长则单釜操作周期长，由于催化剂 本身活性衰减而使后期反应比较弱，延长时间所增加的产量赶不上多役釜数所增加的产量， 但当反应比较弱时，还必须适当延长反应时间，以保证产品质量。 （3）投料顺序与辅助物料的影响 丙烯本体聚合投料顺序对反应在一定的影响，特别是当各种原料的杂质含量较高时，这 种影响则较大，氧和水都能破坏催化剂，为了保证催化剂的活性和定向能力，在操作上先投 丙烯、活化剂，让大部分杂质先被活化剂破坏，消耗部分活化剂，而保住催化剂少遭破坏， 保证三氯化钛的活性。 聚合釜轴封润滑油漏入釜中对反应有较大影响。它虽与 N2不同，并不直接与活化剂和 催化剂接触，但当它连续注入釜内轴封中，虽大部分随即排出，但还是有一部分要进入反应 物中，如其含有害杂质小较多，随着反应的进行，也会使催化剂活性衰减较快，因为注油时 连续不断地补充了有害物质，初期这一影响也许看不出，为此油质太差时也会引起不聚合。 5、分子量的调节 氢气在聚合反应中起链转移的作用：氢气被用作聚丙烯分子量的调节剂，随着氢气/丙 烯比例增大，聚丙烯分子时相应变小，熔融指数相应增大，此时催化活性和单釜产量会提高。 影响熔融指数的因素很多，一般有以下几个方面：（1）投氢量不准确；（2）催化剂表面氢 分压不相加氢时一定，不等于氢分压就一定，氢分压越高则液相丙烯中氢浓度超高，活性链 向氢转移的机会越多，熔融指数就越高；（3）反应过程中氢损失的影响；（4） “干锅”程度的 影响；（5）聚合釜结构参数的影响。 6原辅材料规格： （1）丙烯（C3H6） 丙烯 97% 氧 10ppm 双烯烃 ppm 硫 3ppm 江苏大学本科毕业论文 12 炔烃 5ppm 一氧化碳 5ppm 乙烷乙烯 1000ppm 二氧化碳 10ppm 水 10ppm （2）催化剂（TiCl3） 外观 紫色颗粒 氯 55% 粒度直经 2040m 三氯化钛含量 80% 钛 2528% 得率 1300015000 gPP/g TiCl3 铝 0.20.3% 全等规度 97% 正丁醚 37% （3）一氯二乙基铝（Al(C2H5)2Cl） 外观 无色透明液体 纯度 98% 沸点 208 氯/铝 1.051.10（原子比） 冰点 85 相对密度 0.982 （4）氢气（H2） 氢含量 98%（体积） 氧 0.1%（体积） 硫化氢 20ppm（体积） 水 10ppm(体积) （5）粗氮气（N2） 氮 99.8%（体积）无油 水 150ppm(体积) 氧 0.2（体积） （6）精氮（N2） 氮 99.99%（体积） 水 10ppm（体积） 氧 10ppm（体积） （7）分子筛（3A 分子筛用于丙烯脱水，5A 分子筛用于氮气脱水） 外形 球形 粒形 堆积密度 0.750.8kg/L 江苏大学本科毕业论文 13 直径 46mm 吸水量 0.21g/g 圆柱形、粒径 耐磨强度 95% 46810 （8）活性氧化铝 外形 白色粒球 35mm 破碎强度 13kg/个球 堆积密度 0.7g/m3 静态吸附容量 161（相对湿度 60%） 比表面积 30020m2/g 孔容 0.320.43ml/g 江苏大学本科毕业论文 14 第二章第二章 液相本体法聚丙烯装置设计计算液相本体法聚丙烯装置设计计算 液相本体法聚丙烯装置的设计内容很多，本章主要对聚合釜工艺设计计算、阀门管道的 选用、主要设备等几个方面进行讨论，并着重对装置最主要的设备聚合釜的工艺设计计算问 题进行讨论。 2.1 聚合釜的工艺设计计算聚合釜的工艺设计计算 聚合釜是液相本体法聚丙烯生产中最关键的设备，也可以说是液相本体法聚丙烯装置的 心脏。聚合釜的设计是否先进合理对聚丙烯的生产起决定作用，它不仅关系到装置能否正常 运行，而且影响装置的生产能力、传热传质和氢调效果，进而影响产品质量和各项技术经济 指标。 本节主要对间歇式液相本体法聚丙烯装置聚合釜的有关工艺设计进行讨论，如聚合釜的 容积、外型尺寸、高径比以及壁厚的确定，聚合釜的内部构件、搅拌型式、搅拌转速、搅拌 轴封的选定，并进行了热量恒算，计算了聚合釜的传热面积、搅拌功率等。 2.1.1 聚合釜容积的确定聚合釜容积的确定 聚合釜的容积