年产20万吨聚丙烯聚合工段初步设计

1、目 录总论5第一章 概述61.1 工程设计背景61.2 全球聚丙烯消费状况及产量预测61.3 聚丙烯介绍71.4 聚丙烯特性71.5 国外聚丙烯工业发展概况81.6 国内聚丙烯产业存在的问题及建议91.7 设计的可行性10第二章 工程设计初步条件102.1 设计原则102.2 设计任务102.3 环境保护10第三章 工艺的选择113.1 聚丙烯生产工艺介绍113.2 聚丙烯工艺路线的选择133.2.1气相法聚丙烯工艺介绍133.2.2工艺路线的选择153.3 bp-amoco聚丙烯工艺流程15第四章 物料衡算184.1 物料规格184.1.1丙烯规格184.1.2丙烯进料条件194.1.3乙烯

2、规格194.1.4乙烯进料条件204.1.5氢气规格204.1.6氢气进料条件214.2物料每小时进料量214.3聚合工段物料衡算234.3.1 物料衡算的原理方法步骤234.3.2 确定衡算范围，并进行深入计算24第五章 热量衡算265.1热量衡算原则265.2第一聚合反应器265.3第二聚合反应器29第六章 聚合工段设备计算326.1 概述326.2 反应器的选型与设计336.3反应釜体积计算336.4 反应釜外形尺寸的设计346.4.1确定封头型式346.5搅拌器的设计366.5.1选型366.5.2确定搅拌器尺寸及转速376.6反应器壁厚的设计386.7旋风分离器的选型与设计386.7

3、.1旋风分离器的选型386.7.2影响旋风分离器性能的因素386.7.3旋风分离器的结构型式与选用396.8主要设备型号一览表40第七章 聚合工段开车程序及步骤41第八章 劳动安全与工业卫生418.1 设计依据418.2 生产危险性分析428.2.1 火灾爆炸危险性428.2.2 设备超温超压危险性438.2.3 静电的危险性438.2.4 生产过程中物料中毒、窒息性危害438.2.5 腐蚀性438.2.6 噪声危害438.2.7 烧、烫伤、冻伤危害44第九章 总厂布置449.1设计依据449.2总平面布置方案449.3车间布置说明459.3.1布置原则459.3.2车间布置的内容和要求46参

4、 考 文 献49总论本设计是根据南京扬子石油化工股份有限公司的有关资料，中华人民共和国环境保护法、中华人民共和国劳动安全法等相关的国家法律、法规，化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定等进行的。该项目的主要设计内容有：市场分析，原料的精制，催化剂配制，聚丙烯合成工艺路线的比较论证、合成工艺的选择。由郑佩佩、王德有二人分工完成。分工为：郑佩佩：市场分析，原料的精制，催化剂的选择与配制。王德有：聚丙烯合成工艺的比较论证、合成工艺的选择。第一章 概述1.1 工程设计背景聚丙烯(pp)是一种性能优良的热塑性合成树脂，具有相对密度小、来源广泛、质量轻、易回收、机械性能优越的特点，且耐高温、耐腐蚀，有

5、优异的电性能和化学稳定性，因而被广泛的应用于工业制品、口用品、包装薄膜、纤维、涂料等领域。在五大通用塑料中产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯，国内消费量也仅次于聚乙烯位居第二位。近年来随着我国包装、电子、汽车等工业的快速发展，极大地促进了我国pp工业的发展，产能和消费量不断增长，其发展前景广阔1。本文针对目前的供需情况进行聚丙烯聚合工段的初步设计。1.2 全球聚丙烯消费状况及产量预测2008年全球聚丙烯消费量为4486.7万吨2， 同比2007年增幅仅为0.76%；而2009年全球聚丙烯消费开始出现回暖趋势，消费量达到了4626.9吨，同比2008年增幅为3.12%。目前亚太地区是世界最大的pp市场，

6、其次是欧洲和美国，这3个地区约占全球pp消费总量的3/4，亚洲已经成为全球聚丙烯主要的生产和消费地区，聚丙烯需求量年均增长率平均约为6.9%，其占世界聚丙烯总消费量的比例已达到约52%。近几年，全球聚丙烯市场的重心正在东移，中东新增加的丙烯和聚丙烯正在改变全球的供需平衡，中国的近邻印度与中国一起成为了全球聚丙烯消费增长的原动力。近年来，我国聚丙烯市场的需求量增长很快，尽管中国大量扩增聚丙烯生产能力，并且石化产品和塑料生产方面正在提高自给率，但我国将继续是聚丙烯进口国。我国聚丙烯的应用与欧美国家有所不同，主要用于生产编织制品、薄膜制品、注塑制品、纺织制品等，广泛应用于包装、电子与家用电器、汽车、

7、纤维、建筑管材等领域。中国聚丙烯最大的消费领域是编织袋、打包袋和捆扎绳等编织制品，这部分产品约占到聚丙烯使用量的一半多。预计聚丙烯在纤维制品中的消费量占其总消费量的比例将由2005年的10%增至2011年的16%；注塑制品是我国聚丙烯的第二大消费领域，是今后聚丙烯需求潜力最大的领域之一；中国聚丙烯的另外一个主要消费领域是薄膜，其中以bopp薄膜（双向拉伸型薄膜）为主；聚丙烯在其它方面的应用还包括聚丙烯涂覆专用树脂、土工材料、餐具、饮料杯等食品包装、文件夹等文化用品等。1.3 聚丙烯介绍聚丙烯（简称pp，俗称百折胶）是由丙烯单体经自由基聚合而成的聚合物。聚丙烯按结构可分为等规、间规及无规三类。目

8、前应用的主要为等规聚丙烯，用量占90以上。聚丙烯的优点为电绝缘性和耐化学腐蚀性优良、力学性能和耐热性在通用热塑性塑料中最高、耐疲劳性好。缺点为低温脆性大和耐老化性不好。聚丙烯采用齐格勒-纳塔催化剂使丙烯催化聚合而得，它是分子链节排列得很规整的结晶型等规聚合物。聚丙烯按其结晶度可以分为等规聚丙烯和无规，等规聚丙烯为高度结晶的热塑性树脂，结晶度高达95%以上，分子量在815万之间，以下介绍的聚丙烯主要为等规聚丙烯。而无规聚丙烯在室温下是一种非结晶的、微带粘性的白色蜡状物，分子量低（300010000），结构不规整缺乏内聚力，应用较少。聚丙烯可通过填充、增强、共混、共聚、交联来改性。如添加碳酸钙、滑

9、石粉、无机矿物质等填料，可提高刚性、硬度、耐热性和尺寸稳定性；添加玻璃纤维、韵母、玻璃微珠等可提高拉伸强度，并可改善抗蠕变性、低温抗冲性；添加弹性体和橡胶等可提高抗冲击性能、透明性等。1.4 聚丙烯特性（1）物理性能：聚丙烯是结晶性高聚物，具有质轻、无毒、无味等特点，而且机械强度高3。聚丙烯的密度一般为0.90-0.91g/cm3左右。聚丙烯熔点温度为164-170。聚丙烯的熔融流动性好。聚丙烯是聚烯烃中耐热最高的一种，但熔体弹性大，冷却凝固速度快，易产生内应力，同时成型收缩率比较大（1%2.5%），并且具有各向异性。由于聚丙烯分子量高，结构等规度高而易结晶，比聚乙烯等拉伸强度都大，在100时

10、保留常温拉伸强度的一半，并且有较高的强度和抗饶曲性和高耐磨性，较好的耐应力开裂性和低蠕变性。聚丙烯屈服强度高，有较高的弯曲疲劳寿命。聚丙烯可处于三种物理状态，晶态、高弹态和粘流态。聚丙烯具有优良的电绝缘性能，不吸水，不受周围环境温度的影响，具有优良的高频特性。（2）化学性质：聚丙烯具有良好的化学稳定性和耐热性，它们的化学稳定性随着结晶度增加而增大。聚丙烯是非极性有机物，因此它很容易在非极性有机溶剂中被溶胀或溶解，温度越高，溶解或溶胀的越厉害；对于极性溶剂却很稳定。聚丙烯热稳定性好。聚丙烯易燃烧，燃着后离开火源仍会继续燃烧。由于熔体的滴落飞溅，更容易使火势蔓延，扑救困难。聚丙烯受紫外线照射易老化

11、。为了防止光降解，必须添加光稳定剂。（3）力学性能：等规聚丙烯是刚性的结晶物质，它的等规度越高，结晶度越大，因而软化点、刚性、拉伸强度、杨氏模量和硬度等也越大。冲击强度也随着等规度和熔体流动速率（190、10kg）而变化，大多数工业聚丙烯的等规度大于90%，制品的结晶度为50%60%。（4）应力开裂：聚丙烯较聚乙烯和聚苯乙烯有更好的耐应力开裂性。聚丙烯的耐应力开裂性随分子量的增大而提高，共聚物的耐应力开裂性较均聚物为好。1.5 国外聚丙烯工业发展概况聚丙烯是目前五大塑料中发展最快的品种之一。德国化学家ziegler于1953年用三氯化钛-三乙基铝为催化剂，在低压下使乙烯聚合得到高密度聚乙烯（h

12、dpe）树脂。稍后，ziegler将该技术转让给意大利蒙埃公司，公司兼职顾问natta教授在此基础上，于1954年首次用三氯化钛和一氯二乙基铝组成络合催化剂，并用其成功合成了高结晶性、立构等规的聚丙烯，并创立了定向聚合理论。1957年意大利蒙特卡蒂尼公司（montecatini）率先实现了聚丙烯的工业化生产，年产聚丙烯5000吨，同年美国赫格尔斯公司（hercules）也建成了一套年产9000吨聚丙烯的生产装置。1958-1962年期间，原联邦德国、英国、日本、法国等也相继建成了聚丙烯装置，这个时期的聚丙烯生产均采用最原始的浆液法工艺。美国菲利普斯公司（phillips）于1963年首先实现了

13、液相本体法聚丙烯的工业化生产，1969年德国巴斯夫公司（basf）首先采用立式搅拌床气相聚合技术，实现了聚丙烯的气相本体法的工业化生产。1979年美国阿莫科公司（amoco）开发了卧式搅拌床气相本体聚合工艺，并实现了工业化生产。1983年，意大利蒙特爱迪生公司（montedison）开发成功了商业名称为“spheripol”的液相本体法聚合新工艺，并实现了工业化生产。1983年，美国联合碳化物公司（ucc）借鉴其生产聚乙烯的unipol工艺技术，开发了“unipol”聚丙烯工艺技术，并实现了工业化生产。此后，世界上一些大的化工公司相继成功地开发出自己的聚丙烯生产技术。1.6 国内聚丙烯产业存在

14、的问题及建议 (1) 装置平均规模偏小，竞争力偏低。由于我国还存在大量间歇式本体法pp装置，使得目前我国pp企业平均能力低于10万吨/年，单装置平均能力也不超过7万吨/年，远低于美国、西欧、中东及东南亚周边石化产业发达国家和地区的水平。装置规模偏小也使得我国聚丙烯生产行业整体能耗、物耗水平较高，产品成本对国外进口产品缺乏竞争力。所以在建和扩建聚丙烯项目的实施应扩大产量才能满足国内需求4。(2) 布局分散，运输成本高。我国聚丙烯装置多与炼厂及乙烯生产企业配套建设，在大型炼化一体化成为发展主流以前已形成了大量分散布局的中小型装置。而我国聚丙烯主要消费市场集中在华东和中南地区，东北、西北地区生产的大

15、量pp产品需通过铁路往南、往东调运。在世界大宗石化产品利润变薄的趋势下，过高的运输成本进一步削弱了国内聚丙烯产品的竞力。(3) 产品结构不合理， 产品档次和附加值低。目前国内聚丙烯装置多以生产通用牌号为主， 高端市场和部分中端市场基本由国外生产商垄断。应增加高档次品种牌号的生产比例，加快注塑级和纤维级聚丙烯产品的开发，特别是高结晶、高流动性、刚韧性能平衡好的新型抗冲共聚物和高乙烯含量无规共聚聚丙烯牌号等的开发，加强高透明聚丙烯产品的研究、生产和应用。1.7 设计的可行性由以上资料我们可以看到，聚丙烯在世界范围内的应用前景是非常广阔的，又因其低廉的价格和优越的性能，已经成为近十几年的明星产品，世

16、界聚丙烯与我国聚丙烯的供需并不平衡呈现需大于求。因为我国有着丰富的冶炼石油资源人才、可观的市场需求，故在国内建厂生产pp，此方案可行。第二章 工程设计初步条件2.1 设计原则（1）遵守法则，法规，贯彻党的基本建设方针，实事求是，因地制宜5；（2）合理利用国家资源和财产，最大限度的发挥硬件设施的内在潜力，节约土地，减少投资，降低成本；（3）采用成熟的、先进的工艺流程，设备，学习先进的生产技术，努力实现自动化、现代化提高产品的科技含量；（4）尽可能使生产设备大型化和集中化，采用耐腐蚀材料，保证设备可靠运转；（5）尽可能创造良好的劳动条件，以利于劳动工人的身心健康。2.2 设计任务聚丙烯聚合工段工艺

17、流程选择设计，物料衡算、热量衡算、主要设备的计算和选择，画出工艺流程图，车间平面图等。2.3 环境保护化工设计必须在全面规划、合理布局、综合利用、保护环境、防止污染反面全面考虑。根据国家经委、国家计委颁发的建设项目环境保护管理办法，从事对环境有影响的项目都必须执行环境影响报告的审批制度，执行防治污染及其它公害的设施与主体工程同时设计、同时施工、同时使用的“三同时”制度。第三章 工艺的选择3.1 聚丙烯生产工艺介绍聚丙烯生产工艺主要分为4大类，即淤浆法、溶液法、液相本体法和气相本体法。溶液法是最古老的方法，成本较高，设备落后，无归物含量高，目前已经被淘汰，另外3种工艺技术都随着催化剂体系的不断改

18、进而提高。（1）淤浆法淤浆法又称溶剂法或悬浮聚合法，该工艺是将丙烯溶于惰性烃类稀释剂中进行。浆液法技术流程较长，操作与投资费用较高，也属落后工艺。但由于该工艺技术比较成熟，可靠性好，操作条件温和，易于操控，已形成相当规模的生产能力，因此在20世纪80年代初仍占主导地位。（2）液相本体法液相本体法聚丙烯工艺也称第二代工艺。该工艺是在反应器中不加其他溶剂，将催化剂直接分散在液相丙烯中，进行丙烯液相本体聚合反应。以催化剂为中心的聚丙烯微粒在液相丙烯中不断生长，悬浮在液相丙烯中。作为连续生产工艺，催化剂连续计量并加入反应器，聚丙烯颗粒随液相丙烯（浆液）从反应器不断流出，经闪蒸回收未聚合丙烯单体后，即得

19、到聚丙烯产品。（3）气相本体法气相本体法工艺由basf公司在1969年首先投入生产，自20世纪70年代后期发展很快，被认为是最有发展前景的工艺技术，称为第三代工艺。该工艺丙烯直接气相聚合生成颗粒聚丙烯产品。表3-1 各种工艺比较工艺方法工艺特点工艺条件溶剂聚合法1.丙烯单体溶解在惰性溶剂中，在催化剂作用下进行溶剂聚合，聚合物以固体颗粒状态悬浮在溶剂中，采用釜式搅拌反应器2.存在脱灰，脱无规共聚物和溶剂回收工序，流程长，工艺复杂，装置投资大，能耗高。但生产易控制，产品质量好。3.以离心过滤方法分离聚丙烯颗粒，在经气流沸腾干燥和挤压造粒。p=1.0mp，t=7075 c溶液聚合法1.使用高沸点直链

20、烃作溶剂，在高于聚丙烯熔点的温度下操作，所得聚合物全部溶解在溶剂中呈均相分布。2.高温汽提法蒸发脱除溶剂得熔融聚丙烯，在经挤压造粒。3.只有美国eastman kodak公司一家使用。t=160250c气相本体法1.不采用溶剂，丙烯单体以气相状态在发应器中进行气相本体聚合。2.流程简单，设备少，生产安全，生产成本低。t=4070cp=2.03.5mp液相本体法1.不加溶剂，丙烯单体以液相状态在釜式反应器中进行液相本体聚合，乙烯、丙烯在流化床反应器中进行气相共聚合。2.流程简单，设备少，投资省，动力消耗低，生产成本低3.均聚采用釜式搅拌器（工艺）或环管式反应器（工艺），无规共聚和嵌段共聚在搅拌流

21、化床中进行。t=6575cp=3.04.5mp目前，世界上大规模新建扩建和改造的工厂，基本上采用液相本体法和气相本体法两种工艺，液相本体法以sheripol工艺为代表，气相本体法以bp amoco工艺为代表，两种工艺对比详见表3-2。表3-2 液相工艺与气相工艺对比工艺特点sheripol工艺bp amoco工艺聚合反应型式在环管反应器内进行液相本体聚合反应，在气相流化床反应器进行密相流化式共聚反应。在卧式搅拌床反应器进行气相反应反应器结构环管反应器和立式搅拌床反应器卧式搅拌床反应器反应器数量环管反应器2个，气相反应器1个。卧式搅拌床反应器2个反应条件均聚：70，3.4mpa（环反）共聚：75

22、，2.2mpa(气反)均聚：65，2.2mpa（一反）共聚：65，2.2mpa（二反）催化剂和助催化剂主催化剂：ti系高效 活性2.03.0kg/g助催化剂：三乙基铝，给电子体主催化剂：高活性cd催化剂助催化剂：三乙基铝工艺流程较长较短产品市场覆盖纤维、bopp薄膜、高抗冲料纤维、bopp薄膜、高抗冲料气相本体法技术的优点：（1） 由于传统工艺中溶剂在反应过程中要抽提无归物，因而反应器溶剂粘度增加，以致无法搅拌、混合，特别是生产嵌段共聚物。（2） 可在宽范围内调节产品品种，聚合反应没有液相存在，易于控制丙烯产物的分子量和共聚单体含量，这样就易于生产分子量和共聚单体含量范围比传统工艺宽的产品6。

23、（3） 安全性好。当出现突然事故（如供电故障）时，只需把气体安全排出反应体系，反应就可在短时间停止，不会引起任何异常反应。（4） 气相反应器出口即可得到干燥的聚丙烯是所有聚丙烯生产工艺路线中最简短的，流程简单，投资费用小，能耗低。（5） 从反应器出口可直接得到干燥的产品，而不需要干燥工序。因而本设计采用气相法工艺。3.2 聚丙烯工艺路线的选择3.2.1气相法聚丙烯工艺介绍目前，世界上气相法pp生产工艺主要有bp amoco工艺、novolen工艺、三井油化公司的hypol工艺。（1）bp -amoco工艺innovene工艺又名bp-amoco工艺。工艺的主要特点是采用两个带搅拌的卧式搅拌床反

24、应器，此反应器设计可采用其近似活塞流反应器，从而可以提高产品性能和减少产品过渡时间。当有乙烯存在时，可以生成大颗粒共聚物，而不是在均聚物颗粒内生成细粉，这些细粉将降低共聚物的低温冲击强度，并形成不必要的胶状体。因此，该工艺很窄的反应停留时间分布可以实现用多个全混反应釜均聚反应器才能生产的高抗冲共聚物的要求。气锁系统是该工艺的另一特色。当物料从第一反应器输送到第二反应器时，气锁系统可避免两反应器互相串流。尤其是生产共聚物时，两反应器的气相组成不同，第一反应器中含有大量氢气，同时第二反应器中含有乙烯和少量氢气，如果第一反应器中的氢气进入第二反应器或第二反应器中的乙烯进人第一反应器，都将严重影响产品

25、质量，因此将两反应器隔离是关键。本工艺所用的cd催化剂具有很好的形态控制，高的活性和选择性，能控制无规聚丙烯的生成，产品有很高的等规指数。聚合产品粒度分布窄，粉料流动性好，灰分含量低，色泽好等。采用该催化剂，可以使工艺流程得到简化。只使用一种催化剂就可生产所有牌号的产品，不需要切换催化剂。cd催化剂的活性在20000-40000gpp/gcat范围内，cd催化剂的另外一个特点是不需要预处理或预聚合，可以直接加入反应器，并且该催化剂可以生产所有聚丙烯产品。该工艺均聚产品的mfr可以从0.5g/10min到100g/10min，产品韧性高于其他气相聚合工艺所得产品；无规共聚产品的mfr为2-35g

26、/10min，其乙烯含量可以达到7%-8%（质量分数）；抗冲共聚产品的mfr为1-35g/10min，乙烯含量为5%-17%（质量分数）。由于活塞流式的反应器设计，使得催化剂的停留时间分布较窄。抗冲共聚物的橡胶相分布更加均匀，性能更加优异，尤其是抗冲击性和刚性的平衡性能更好。（2）novolen工艺novolen工艺由basf公司开发成功。novolen气相工艺采用带双螺带搅拌立式反应器，该反应器能够使催化剂在气相聚合的单体中分布均匀，尽可能使每个聚合物颗粒保持一定的钛/铝/给电子体的比例，以此解决气相聚合中气固两相之间不易均匀分布的问题。聚合反应器的撤热方式是靠丙烯气的循环。液态丙烯用泵打入

27、反应器，通过丙烯的汽化吸收一部分聚合反应热，未反应的气态丙烯用水冷凝后使其液化，再用泵打回反应器使用。novolen工艺可生产范围广泛的各种聚丙烯产品，产品熔体指数范围为0.1-100g/10min，产品的等规指数为90%-99%，拉伸模量最高可以达到2400mpa。但由于该工艺采用搅拌混合形式，物料在聚合釜中的停留时间难以控制均匀，使产品分子量变宽，产品中ti、cl离子和灰分增高，催化剂活性较低，用量相对较大，聚合物中残留的挥发性成分严重影响产品质量，因而得到的pp产品可能需要经过脱臭处理。（3）hypol工艺此工艺能够生产出用途比较广而质量较好的各种牌号的产品，三井油化公司采用的催化剂为第

28、二代高效率、高立体定向性的催化剂，称为hy-hs-，这种催化剂具有以下特点：产品范围广，能生产出各类聚丙烯产品.可以控制聚合物的性质。使用hy-hs-型催化剂能够生产出质量好的微球型聚合物，利于工厂的稳定生产，而且有可能做到不经造粒直接出厂。高活性和高等归度。催化剂的火星寿命长。活性对等归度的影响小，所以才用这种催化剂不需要脱除无归物。活性很高，不需要脱除催化剂残灰渣。对co及cos很敏感，影响活性大。hypol工艺不需要脱灰，也不用溶剂，没有溶剂回收问题，排出的废气均送火炬烧掉，因此没有毒害，也没有污水，生产过程是安全的、清洁的7。3.2.2 工艺路线的选择bp-amoco工艺流程简短，聚合

29、压力比较低，没有大型的转动设备，电能消耗在各种pp工艺中处于最低之列。由于是气相聚合系统，不必象液相法那样用蒸汽加热反应器随聚合物排出的液体丙烯，因而蒸汽消耗量很少，生产均聚产品的能耗在各种工艺中是最低的，并且均聚物市场需求较大。bp-amoco气相法工艺与其他气相法工艺一样，聚合系统内没有大量的液态烃，本质上比本体法要安全一些。bp-amoco气相法工艺反应器的操作压力，在各种工艺技术中是最低的。聚合系统没有废水排放，是一种清洁的生产工艺。所以本设计选择按照bp-amoco工艺进行设计。3.3 bp-amoco聚丙烯工艺流程本工艺流程分10个工艺单元8100单元：催化剂进料单元200单元：第

30、一聚合反应单元240单元：反应器粉料输送单元250单元：第二聚合反应单元300单元：粉料脱活及干燥单元350单元：尾气压缩单元400单元：挤压造粒单元500单元：粒料掺合与贮存单元600单元：原料精制单元900单元：公用工程单元图3-1 气相法聚丙烯装置流程简图 本聚丙烯聚合工段设计主要涉及200单元、240单元及250单元，该工艺采用的是两个带搅拌的卧式反应器，此种反应器设计可使其近似活塞流反应器，从而提高产品性能和减少产品过渡时间。两个反应器可以串联生产，也可以在生产均聚物时将第二反应器旁路。本设计以高纯度丙烯，乙烯和氢气为主要原料，在一定温度和压力下，借助bp-amoco专有的高活性及c

31、d催化剂的作用，生产聚合物粉料，在经脱活，干燥，混炼，挤压，造粒，筛分和均化，最终产品是聚丙烯粒料。第一聚合单元反应器（200单元）：采用卧式搅拌反应釜，在催化剂的作用下，丙烯在里边进行连续气相反应。反应热由喷洒到粉料床层表面的液态丙烯液化撤走。生成的聚丙烯粉末通过气锁系统排出反应器。蒸发的气体由顶部的第一反应器旋风分离器将气体和粉末分离，粉末由喷射器送回反应器内，气体则到第一反应器顶部冷凝器处冷凝。第一反应器的反应条件是65和2.2mpa，反应器中含50%粉料，搅拌器速度维持在15rpm。反应器的进料包括主催化剂、助催化剂、改性剂、急冷液及循环气。正常生产中主要有以下几个控制点：反应速率靠催

32、化剂进料速率控制；反应器料位靠排料阀的顺控操作实现；温度由循环的急冷液亮控制；压力靠调节冷凝器的冷却水量来控制；分子量由h2加入量来控制。反应器粉料输送单元（240单元）：200单元与250单元之间由气锁系统来隔离和输送粉料。生产均聚物和无规共聚物时两反应器组分几乎相同，没必要隔离，而生产抗冲共聚物时，则通过其隔离避免循环气体的相互串流。第二反聚合应器（250单元）：同第一反应器大体一样，生产的条件和控制也较相近，不同的是，生产抗冲共聚物时，第一反应器生产均聚物，第二反应器中加乙烯生产共聚物。在生产抗冲共聚物时，第一反应器生产的均聚物出料到第二反应器，在第二反应器生产无规乙丙共聚物。于第一反应

33、器相比，由于乙烯的存在使循环气体的露点显著降低，为了在循环水温度下冷凝，第二反应器的压力必须提高以提高露点。第四章 物料衡算4.1 物料规格4.1.1丙烯规格表4-1 丙烯原料规格组分单位指标值丙烯mol%99.6丙烷mol%0.4乙烷总惰性气体总非c3=不饱和ppm mol18乙炔ppm mol1乙烯ppm mol10甲基乙炔ppm mol5丙二烯ppm mol5丁二烯ppm mol1丁烯ppm mol1己烷加壬稀氢ppm mol5甲醇ppm mol1氧ppm mol1水ppm mol2.5一氧化碳ppm mol0.3二氧化碳ppm mol3硫硫化氢ppm mol1clppm mol14.1

34、.2丙烯进料条件表4-2 丙烯进料条件进料可利用条件丙烯进料状态液体正常操作压力（mpag）3.0正常操作温度（）环境温度机械设计压力（mpag）3.6机械设计温度（）60正常流量（kg/hr）30000峰值流量（kg/hr）360004.1.3乙烯规格表4-3 乙烯原料规格组分单位指标值乙烯mol%99.95甲烷ppm mol500乙烷ppm mol500丙烷丙烯氮总链烷烃，丙烯氮乙炔及衍生物ppm mol5c3及更重组分ppm mol10氧ppm mol1一氧化氮ppm mol1二氧化氮ppm mol5水ppm mol1甲醇ppm mol5氢ppm mol5氨总结合硫ppm mol1cl(

35、以hcl计)ppm mol14.1.4乙烯进料条件表4-4 乙烯进料条件进料可利用条件乙烯进料状态气相正常操作压力（mpag）3.0正常操作温度（）环境温度机械设计压力（mpag）4机械设计温度（）60正常流量（kg/hr）3548峰值流量（kg/hr）46124.1.5氢气规格表4-5 氢气原料规格组分单位指标值氢%（mol）95甲烷%(v)氧ppm(v)一氧化氮+二氧化氮ppm(v)10c2及更重组分%(v)0.1硫化氢ppm(v)5水ppm(v)5氯化氢14.1.6氢气进料条件表4-6 氢气进料条件进料可利用条件氢气进料状态气相正常操作压力（mpag）3.0正常操作温度（）环境温度机械设

36、计压力（mpag）3.6机械设计温度（）60正常流量（kg/hr）2峰值流量（kg/hr）204.2 物料每小时进料量丙烯，乙烯，氢流量由表4-2、表4-4、表4-6已知teal（助催化剂三乙基铝）流量控制： 控制目标：正常操作中teal流量应控制在上述范围内，根据生产过程中催化剂反应活性以及产品中灰份含量进行相应调整。teal/丙烯比率在0.120.22g/kg来控制流量。teal/丙烯比率取中间值0.16来计算 0.16=teal30000teal流量=4.8kg/h主催化剂流量控制：teal流量=（主催化剂流量主催化剂浓度al/mg主催化剂mgwt%teal摩尔质量）（mg摩尔质量tea

37、l浓度）其中：主催化剂mgwt%在上述计算中得出 主催化剂浓度一般是30wt% teal浓度100wt%（未稀释） teal摩尔质量：114.2g/mol mg的摩尔质量：24.3g/mol 主催化剂mgwt%：17.5-19.5 wt% al/mg比一般为4.0，根据生产产品不同而改变4.8=（主催化剂流量30%4.018.5%114.2）（24.3100%）因而 主催化剂流量=4.6kg/h改性剂（硅烷）流量控制：根据三乙基铝（teal）实际流量而定。硅烷流量=(teal浆液流量teal浓度所用硅烷的摩尔质量)（teal摩尔质量al/si比硅烷浓度）其中：teal和硅烷浓度一般为100wt

38、% teal摩尔质量：114.2g/mol 抗冲共聚物(icp)的al/si比一般是6.0 均聚物(hp)的al/si比一般是9.0 拉伸聚丙烯(opp)一般在45左右 无规共聚物(rcp)al/si比一般是39 硅烷的摩尔质量（mw）为205.4g/mol(用于生产hp和rcp)或176.4g/mol(用于生产icp)因为主要生产均聚物，所以al/si比取9.0改性剂流量=（4.8100%205.4）（114.29.0100%） =1kg/h表4-7 物料每小时消耗定额组分流量值丙烯30000kg/h乙烯3548kg/h氢10kg/h主催化剂（cd催化剂）4.6kg/hteal助催化剂4.8

39、kg/h改性剂1kg/h4.3聚合工段物料衡算4.3.1 物料衡算的原理方法步骤（1）:原理对于连续稳定过程，物料衡算的方程是:m=m出 即:初始输入量=最终输出量 对不连续过程，物料衡算的方程为: m=m出+m累积 即:初始输入量+生成输入量=最终输出量+消耗量9（2）：方法本设计属于连续反应，采用第一种计算方法（3）：步骤:a:收集数据:原理，产品规格 :过程单位时间的物流量:有关消耗定额b:画物料流程图，确定衡算对象，根据题目要求它可以是总物料某个组分某个元素等；c:确定衡算范围:根据题目要求它可以是一个系统一个车间某个设备等;某个设备的局部等； d:确定衡算基准: 根据题目要求它可以是

40、单位质量单位时间等；e:列出输入输出物料平衡表；4.3.2 确定衡算范围，并进行深入计算三乙基铝-硅烷100单元催化剂进料系统240单元反应器粉料输送单元200单元第一聚合反应单元250单元第二聚合反应单元主催化剂图4-8聚合工段进料流程第一聚合反应器:每小时进料量为:丙烯： 30000 kg/h氢气： 10kg/h主催化剂：4.6 kg/h助催化剂：4.8kg/h改性剂：1kg/h每小时出料量为:聚丙烯： 18000kg/h丙烯： 12000 kg/h氢气：10kg/h主催化剂：4.6kg/h助催化剂：4.8kg/h改性剂：1kg/h合计: 每小时进料量为: 30020.4 kg/h每小时出

41、料量为: 30020.4kg/h第二聚合反应器: 每小时进料量为:聚丙烯: 18000kg/h丙烯：12000 kg/h乙烯：3548 kg/h主催化剂: 4.6kg/h助催化剂： 4.8kg/h改性剂： 1 kg/h每小时出料量为:聚丙烯: 29106kg/h丙烯: 1021kg/h乙烯: 3421kg/h主催化剂: 4.6 kg/h助催化剂： 4.8kg/h改性剂： 1kg/h合计: 每小时进料量为: 33558.4kg/h每小时出料量为: 33558.4kg/h列出输入-输出物料衡算平衡表表4-8 第一聚合反应器物料衡算表名称进料出料单位kg/hmpakg/hmpa聚丙烯01800065

42、2.2丙烯3000020212000652.2氢气10203.310652.2主催化剂4.6204.665助催化剂4.8204.865改性剂120165表4-9 第二聚合反应器物料衡算表名称进料出料单位kg/hmpakg/hmpa聚丙烯180005529106652.0丙烯12000552.21021652.0乙烯3548203.03421652.0主催化剂4.6504.665助催化剂4.8504.865改性剂150165第五章 热量衡算5.1热量衡算原则在化工过程中，各种热量之间的转换关系可以用热平衡方程表示： 10其中 为设备或系统与外界环境交换热量之和，通常包括热损失，kj; 为离开设备

43、或系统各股物料的焓之和，kj; 为进入设备或系统各股物料的焓之和，kj。5.2第一聚合反应器 进料温度: 丙烯: 20 氢气: 20 出料温度: 聚丙烯: 65 丙烯: 65 氢气: 65 反应温度是65 操作压力：进口 2.2mpa，出口 2.0mpa假设以下热力学途径：20 物料65 反应后物料25 物料25 反应后物料h1hh2h3，平均热容：根据气体热容公式： c3h6的平均热容：查化工手册得c3h6的a=8.256，b=2.17410-1，c=-9.69210-5，d= 1.54810-8。将t1=298.15k，t2=293.15k代入：2cp0=16.512+2.17410-1(

44、298.15+293.15)-9.69210-5(298.152 +293.152)+1.58410-8(298.153+293.153)=128.935cp0 =64.468j/（molk）h2的平均热容：查化工手册得h2的a=28.36、b=4.49310-3、c=-9.20110-6，d=6.14210-9。将t1=298.15k，t2=293.15k代入：2cp0=56.720+4.49310-3(298.15+293.15)-9.20110-6(298.152 +293.152)+6.14210-9(298.153+293.153)=58.09 j/（molk）cp0 =29.045

45、j/（molk）根据公式： h1=(30000/4264.468)(298.15-293.15)+(10/229.045)(298.15-293.15) =460485+145.2255=2.309105由反应式：得出结论；每个单元是一个双键的断裂和两个单键的合成，双键的断裂键能是611，每个单键的合成的键能是332。由此可得出h2h2 =(611-332-332)30106 /420.6=-2.271107计算查化工手册得聚丙烯的平均热熔是19000丙烯的平均热熔计算：根据公式t2=298.15k、t3=338.15k查化工手册得c3h6的a=8.256，b=2.17410-1，c=-9.6

46、9210-5，d= 1.54810-8将t2=298.15k，t3=333.15k代入：2cp0=16.512+2.17410-1(298.15+338.15)-9.69210-5(298.152+338.152)+1.58410-8 (298.153+338.153)=136.178cp0=68.09 j/（molk）h2的平均热容：查化工手册得h2的a=28.36、b=4.49310-3、c=-9.20110-6，d=6.14210-9。将t1=298.15k，t2=338.15k代入：2cp0=56.720+4.49310-3（298.15+338.15）-9.20110- 6（298.

47、152 +338.152）+6.14210-9（298.153+338.153）=58.111 j/（molk）cp0=29.056 j/（molk）=n cp0 (333.15-298.15)= (18000/(1.0105) 19000+12000/4268.09+10/229.056)(338.15-298.15)=(3420+1.95104 +145.3)40=9.226105h=h1+h2+h3=2.309105-2.271107+9.226105=-2.156107 kj/h5.3第二聚合反应器 进料温度: 聚丙烯： 55丙烯: 55 乙烯: 20 出料温度: 聚丙烯: 65 丙烯

48、: 65 氢气: 65 反应温度是：65 操作压力：进口 2.2mpa，出口 2.0mpa其反应式为：假设以下热力学途径： t1物料65 反应后物料25 物料25 反应后物料h1hh2h3c3h6的平均热容：查化工手册得c3h6的a=8.256、b=2.17410-1、c=-9.69210-5，d= 1.54810-8。将t1=328.15k，t2=298.15k代入：2cp0=16.512+2.17410-1(328.15+298.15)-9.69210-5(328.152+298.152)+1.58410-8 (328.153+298.153)=130.88j/（molk）cp0=65.4

49、4 j/（molk） 查化工手册得c2h4的a=1.410、b=19.05710-3、c=-24.50110-6，d= 16.39110-9将t1=293.15k，t2=298.15k代入：2cp0=2.82+19.05710-3(293.15+298.15)-24.05110-6(293.152+298.152)+16.39110-9(293.153+298.153)=10.731 j/（molk）cp0=5.366 j/（molk）根据公式： h1= ( 12000/4265.44 )(298.15-328.15)+(3548/285.366)(298.15-293.15)=-5.6091

50、05+0.034105 =-5.575105 kj/h由反应式：得出结论；每个单元是一个双键的断裂和两个单键的合成，双键的断裂键能是611，每个单键的合成的键能是332。由此可得出h2h2 =(611-332-332)12106 /42=-1.514107 kj/h计算查化工手册得聚丙烯的平均热熔是19000丙烯的平均热熔计算：根据公式11因为 t1=298.15k、t2=338.15k查化工手册得c3h6的a=8.256、b=2.17410-1、c=-9.69210-5，d= 1.54810-8将t1=298.15k，t2=338.15k代入：2cp0=16.512+2.17410-1(298.15+338.15)-9.69210-5(298.152+338.152)+1.58410-8 (298.153+338.153)=136.178所以 cp0=68.09 j/（molk）查化工手册得c2h4的a=1.410、b=19.05710-3、c=-24.50110-6，d= 16.3911