年产29万吨LDPE生产工艺毕业设计论文

1、湖南石油化工职业技术学院29万吨/年高压低密度聚乙烯生产工艺湖南石油化工职业技术学院毕业设计成果报告书专业名称： 系部名称：班级名称：学生姓名：学号：指导老师：石化技术工程系石油化工生产技术石化3139班杨红斌张雄飞201311109341二零一六年二月目录1.绪论41.1聚乙烯（PE）的概述41.1.1 聚乙烯的主要用途41.2设计规模及原料规格51.2.1设计规模51.2.2主要原料规格51.3 国内外的现状及发展前景61.3.1国外的现状61.3.2 国内的现状61.3.3 发展前景71.4课题的目的及意义71.4.1目的71.4.2意义82.生产工艺82.1 LDPE生产工艺的概述82

2、.2主要工艺流程如下：92.3 LDPE工艺选择102.4过氧化物的选择102.4.1过氧化物种类10本装置所用过氧化物为引发剂共四种,分别为TBPPI TBPEH TBPIN DTBP其性能见下表 ：102.4.2过氧化物和氧气引发的不同点122.4.3过氧化物的安全与防护123.物料衡算143.1基础数据143.1.1乙烯规格143.1.2 催化剂进料对产品MFR的影响153.2 物料衡算153.2.1聚合反应机理153.2.2反应器物料衡算164.能量衡算174.1能量衡算总述174.2 基础数据184.3各设备能量衡算184.3.1加料段热量衡算184.3.2 进行反应段能量衡算195

3、.设备选型205.1选型原则205.1.1 满足工艺要求205.1.2设备成熟可靠205.2反应器选型205.2.1 反应器容积和生产能力的确定205.2.3 反应器技术特性表215.3其他设备的选型216.成果特点227.收获与体会22参考文献241.绪论1.1聚乙烯（PE）的概述聚乙烯结构: CH2 =CH2+CH2=CH2+.CH2CH2CH2CH2.简称PE，是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。聚乙烯是最结构简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的CH2单元连接而成的。聚乙烯是通过乙烯(CH2=CH2)的加成聚合而成的。在工业上，也包括乙烯与少量 烯烃的共聚物。聚乙烯无臭，

4、无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70-100),化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸),常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差。聚乙烯（PE）是通用合成树脂中产量最大的品种，主要包括低密度聚乙烯（LDPE）、线型低密度聚乙烯（LLDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）及一些具有特殊性能的产品。用途十分广泛，主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。也适用于各种浆点、粉点、撒粉、涂布机及喷胶机产品；广泛用于服装、服装面料复合、制鞋、包装

5、、书籍、无线装订、儿童玩具、家电等行业。1.1.1 聚乙烯的主要用途 （1）加工应用聚乙烯可用吹塑、挤出、注射成型等方法加工，广泛应用于制造薄膜、中空制品、纤维和日用杂品等。 （2）薄膜应用低密度聚乙烯广泛用作各种食品、衣物、医药、化肥、工业品的包装材料以及农用薄膜。也可用挤出法加工成复合薄膜用于包装重物。1975年以来，高压低密度聚乙烯薄膜也得到发展，它的强度高、耐低温、防潮，并有良好的印刷性和可加工性。此外，还可以在纸、铝箔或其他塑料薄膜上挤出涂布聚乙烯涂层，制成高分子复合材料。 （3）中空制品高压低密度聚乙烯强度较高，适宜作中空制品。如牛奶瓶、去污剂瓶； （4）管板材挤出法可生产聚乙烯管

6、材，高压低密度聚乙烯管强度较高，适于地下铺设；挤出的板材可进行二次加工；也可用发泡挤出和发泡注射法将高压低密度聚乙烯制成低泡沫塑料，作台板和建筑材料；防护套（例如缆索护套）。 （5）纤维中国称为乙纶，一般采用低压聚乙烯作原料，纺制成合成纤维。乙纶主要用于生产渔网和绳索，或纺成短纤维后用作絮片，也可用于工业耐酸碱织物。超高强度聚乙烯纤维（强度可达34GPa），可用作防弹背心，汽车和海上作业用的复合材料。 （6）杂品用注射成型法生产的杂品包括日用杂品、人造花卉、周转箱、小型容器、自行车和拖拉机的零件等；电冰箱容器、存储容器、家用厨具、密封盖等；制造结构件时要用高密度聚乙烯。1.2设计规模及原料规格

7、1.2.1设计规模本工艺设计规模为年产29万吨聚乙烯，年实际工作日为355天，每小时产能为35吨。1.2.2主要原料规格表1-1 乙烯原料规格序号名称含量1乙烯99.8%2乙炔5ppm3水分10ppm4硫5ppm5氧5ppm6一氧化碳10ppm7二氧化碳10ppm8氢10ppm1.3 国内外的现状及发展前景1.3.1国外的现状2008年，全球PE生产能力约为3580万t。其中北美、西欧、中东和中国的生产能力占到了全球总能力的67.5%。从2008年9月开始，世界PE产能开始明显增长，预计到2014年,全球PE的生产能力将达到5013万t。在产能增长地区，中东地区产能增长较快。到2011年，中东

8、PE在全球产能中的比例从之前的7%增至14%，中国成为了目标市场，而欧洲则成为了一个备选市场。在2008年到2011年间，亚太地区的PE产能年增7%，新项目主要位于中国、印度和韩国，未来中国将继续成为动力源泉。目前，全球PE的消费量已达到了1971.0万t/a。PE的主要消费地区仍然集中在中东、美国、西欧及中国。预计到2014年，中东和加拿大将成为PE最大的出口国，主要进口国家为西欧和中国。1.3.2 国内的现状近几年，我国PE市场高速增长，产销量不断提高。2009年，我国PE的消费量达到了约470万t。到2010年消费量达到524.6万t，2014年将达到713.6万t。预计未来5年，PE在

9、各地区消费的增长速度有快有慢。相对而言，华南地区及华东地区发展较快。目前，我国PE主要用于生产薄膜、日用塑料制品、塑料包装箱及容器等制品。预计未来几年，我国薄膜、塑料零件及管材的需求仍将旺盛，电线电缆的需求也将保持较快增长，PE总体消费结构不会有太大变化，塑料薄膜的比例将略有增加，日用塑料制品的比例会略有下降。目前我国PE用量已列于五大通用塑料原料之首，中国已成为世界PE的最大进口国和第二大消费国。目前沙特阿拉伯、美国、新加坡、韩国及加拿大已成为中国进口PE五大前沿产地，占中国进口总量的近68.23%。与此同时，中国台湾省、马来西亚及日本等周边国家及地区近年也在大规模扩建装置，这部分装置除了满

10、足他们自身需求外，主要是为了向中国及内地出口。由于这些国家及地区与中国地域接近，产品生产成本低、性能良好等，对中国的PE产品构成了比西方发达国家更大的威胁。1.3.3 发展前景预计未来几年，中东将逐步成为石化产品出口的新霸主。近年来，中东国家利用得天独厚的油气资源大力发展石化工业, 在全球所占市场份额快速增长。据海湾地区的业内专家预计，到2020年，海湾地区乙烯产能占全球总产能的比例将增长到15%，在全球石化工业中处于领先位置。中东国家在地理位置、海运和基础设施建设三方面占有一定的优势，因而在国际乙烯市场上将有较强的竞争力。到2010年，中东地区出口到中国的PE达到了200万t，补充了国内近5

11、0%的缺口。这对国内相关PE企业造成较大冲击。一般贸易和进料加工贸易方式仍是我国PE进出口最主要的贸易方式。尽管近几年国内PE产能增长很快，但产能仍然满足不了需求。由于国产能力的扩容，PE的进口量增长速度开始放缓，但进料加工在进口原料中的主导地位反映出我国国产PE在外贸加工中的竞争弱势，证明国外制品企业对国产原料的质量尚存疑问。虽然全球聚烯烃产能增长很快，但全球新增产能仍将主要集中在中东地区，该地区虽然拥有最低的原料成本，但在中国市场的价格却不一定是最低。目前中国国内市场已全面对外开放，成为世界PE供应商角逐的主战场，中国PE进口量占世界贸易总量的30%。因此，中国PE需求的增长对全球PE市场

12、影响重大。另一方面，我国PE的发展前景却不宜过于乐观。因为中国面临中东及周边地区和国家的竞争压力愈来愈大。相比之下，我国PE产能、产量、产品质量和工艺技术与国外存有较大差距,主要表现在：通用料多，专用料少；中低档产品多,高档产品少；技术含量低、附加值低的产品多，利润高、附加值高的产品少；生产技术相对落后，企业建设重点滞留在扩大规模上，高强度PE棚膜和管材80%还依靠进口，PE品种仍单一。未来几年是我国PE工业发展的机遇期, 同时也是产品结构调整的重要时期，提高我国PE整体竞争力显得十分重要。我们要加强产品与市场的有机结合，在进一步提高PE产量规模的同时，提高PE生产技术水平。1.4课题的目的及

13、意义1.4.1目的我们作为大学准毕业生于毕业设计时选取高压低密度聚乙烯生产工艺设计，具有非同一般的意义。其内容包括：回顾大学所学知识；查阅先进的资料文献；熟悉化工生产的特点；了解先进的聚乙烯生产技术。对生产聚乙烯的工艺流程能够驾轻就熟，能够对工艺设计完成物料衡算、能量衡算，以及设备和管道尺寸选型与设计。1.4.2意义聚乙烯作为化工产业，有着较长的产业链：原油-石脑油-乙烯-聚乙烯-塑料制品，影响价格的因素从原油到塑料制品，纷繁复杂。既要考虑到原油价格波动对聚乙烯成本的影响，又要考虑到下游制品对聚乙烯的需求，同时还要兼顾产业链中间环节的供需状况。供求关系是决定价格的根本，但市场对终端产品价格的承

14、受能力是上下游成本顺利传导的关键。从2008年固定资产投资来看，聚乙烯产业目前面临着投资过剩、需求大幅萎缩的困境。但是供应过剩的根源还在于需求的锐减。由于美国次代危机已经开始影响全球的实体经济，国内外市场的经济发展开始放缓，塑料制品的需求大大减弱，出口增速逐月递减，2008年下半年以来，塑料制品出口每月累计同比增速已经降至了2001年以来的低点，供过于求的矛盾在需求层面开始显现。2009年，随着世界经验的复苏，聚乙烯产业有所恢复，新技术，新产品的开发与应用迫在眉睫。2.生产工艺2.1 LDPE生产工艺的概述目前世界上拥有聚乙烯技术的公司很多，拥有LDPE技术的有7家，LLDPE和全密度技术的企

15、业有10家，HDPE技术的企业有12家。从技术发展情况看，高压法生产LDPE是PE树脂生产中技术最成熟的方法，釜式法和管式法工艺技术均已成熟，目前这两种生产工艺技术并存。发达国家普遍采用管式法生产工艺。此外，国外各公司普遍采用低温高活性催化剂引发聚合体系，可降低反应温度和压力。高压法生产LDPE将向大型化、管式化方向发展。低压法生产HDPE和LLDPE，主要采用钛系和铬系催化剂，欧洲和日本多采用齐格勒型钛系催化剂，而美国多采用铬系催化剂。目前世界上主要应用的聚乙烯生产技术现简单介绍。2.2主要工艺流程如下：（1）乙烯压缩乙烯在一定的压力下进入装置，经过一次/增压压缩机的压缩到270-280ba

16、r，与高压回路的高压循环气一起进入二次机，二次机将乙烯升压至反应压力，然后送入反应器进行聚合反应。 （2）引发剂配制和注入桶装的过氧化物用溶剂（异十二烷）将过氧化物溶解、稀释，然后由泵送入混合罐中，再放到相应的注入罐中。用注入泵注入到反应的不同区域。（3）聚合经预热的乙烯分成两股物流进入预热器，被加热后汇成一股进入反应器，聚合反应在过氧化物的引发下进行，聚合反应的聚合物和未反应的气体经过脉冲阀排出，经过冷却器的冷却后，进入高压分离器。（4）高压和低压循环气体处理高压分离器顶部排出的乙烯经过高循系统，将低聚物蜡分离出来，乙烯返回二次机入口，聚合物排入低压分离器。乙烯从低压分离器的顶部排出，经过冷

17、却、分离后，将残余的蜡分离出来，乙烯进入增压机，聚合物排入挤压机。（5）挤压造粒添加剂（抗结块剂和爽滑剂）在挤压过程中直接加入挤压机，聚合物在离开挤压机后，经水下切粒，颗粒经过脱水和干燥，由风送系统送入脱气仓。（6）脱气、储存、和包装颗粒被送入脱气仓，空气由底部加入，使乙烯的浓度降到安全值，脱气后的颗粒被送入储存料仓中，合格的产品被送入包装。2.3 LDPE工艺选择本设计采用高压气密相法生产LDPE工艺。此工艺通过调节PA(丙醛)来控制产品的MI(熔融指数)，采用新开发的高压气密相先进的聚合工艺和控制系统使生产十分稳定。简单的聚合操作和控制调节PA，使产品牌号切换容易，周期短，切换时不符合规格

18、的产品少。该工艺以高纯度乙烯为主要原料，丙醛为调聚剂，十二烷烃为溶剂，有机过氧化物为溶剂，聚合的淤浆经过高压分离罐，低压分离罐，经过挤压机水中切粒得到各种性能优良的LDPE产品。该工艺生产的产品MI为0.15-4.6g/10min,分子量分布可从窄到很宽，密度为0.9210.926g/cm3。主要产品有：注塑料 包覆膜 运输包装袋 复合膜 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 本装置所用过氧化物为引发剂共四种,分别为TBPPI TBPEH TBPIN DTBP其性能见下表 ：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

19、-乙基己酸酯状态液态状态液态过氧化物含量7476%过氧化物含量约99%活性氧6.47.0%活性氧约7.32%分子量174.2分子量216.2密度（20）约850 kg/密度（20）约900 kg/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）

20、约890 kg/密度（20）约790 kg/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<+302.4.2过氧化物和氧气引发的不同点采用过氧化物为引发剂,最初作为引发的游离基由受热引发产生,其反应速度几乎完全取决于温度,而受压力影响甚微.采用氧气引发剂时,氧气与乙烯作用产生游离基,其反应速度显著受到压力影响。过氧化物作为引发剂的好处：1.过氧化物引发较温和，过程将变得更加稳定. 氧在 200°C 引发，而在300°C以上就会失效。 2.用快速过氧化物复合配方，可进

21、一步增加反应器产量。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）性质对于一定的包装，在某一温度以上，过氧化物会被迅速加热，以至于其分解完全失控，结果会造成爆炸、着火、汽化和沸腾等现象。该温度通常称为此过氧化物的SADT。有机过氧化物由于其分子结构中相对较弱的-键呈现不稳定性，所以对热敏感，过氧化物总会分解（分解产物一般为二氧化碳 异丁烷 丙酮 异丁烯 新癸酸 甲烷等），分解速度取决于温度、纯度和产品的生产过程。分解加速后会变得愈来愈快，特别是在温度过高的情况下。 如果货物堆积散热面积小或环境温度高热量不能传至界外，分解速度就会加速并引起剧烈燃烧和爆炸，许多有机过氧化物要

22、求必须具备冷藏设施，且所有仓库房间内都应备有消防设备。因为分解时产生蒸汽，故包装中的压力会增大，为防止长时间分解造成的仓库内压力过大和包装爆裂，仓库应具备压力释放装置。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.摩擦或撞击时间不稳定质量损失稳定SADT热爆炸温度报警温度储存温度失控控诱导期时间不稳定质量损失稳定SADT热爆炸温度报警温度储存温度失控控诱导期时间不稳定质量损失稳定SADT热爆炸温度报警温度储存温度失控控诱导期时间不稳定质量损失稳定SADT热爆炸温度报警温度储存温度失控控诱导期时间不稳定质量损失稳定SADT热爆炸温度报警温度储

23、存温度失控控诱导期时间不稳定质量损失稳定SADT热爆炸温度报警温度储存温度失控控诱导期时间不稳定质量损失稳定SADT热爆炸温度报警温度储存温度失控控诱导期 时间不稳定质量损失稳定SADT热爆炸温度报警温度储存温度失控控诱导期时间不稳定质量损失稳定SADT热爆炸温度报警温度储存温度失控控诱导期时间不稳定质量损失稳定SADT热爆炸温度报警温度储存温度失控控诱导期时间不稳定质量损失稳定SADT热爆炸温度报警温度储存温度失控控诱导期有机过氧化物的稳定性时间不稳定质量损失稳定SADT热爆炸温度报警温度储存温度失控控制诱导期因过氧化物是易燃品，所以应远离火种和热源，存放在阴凉处，并与促进剂及其它易燃物隔绝

24、，严格遵守产品标签上所示的贮存温度。即使是稀释后的过氧化物，仍有腐蚀作用，因此处理过氧化物必须带上手套和防护镜。-3040-80DTBP-2025-55TBPIN-30102035TBPEH-15-5020TBPPITmin()Tmax()Tc()SADT()产品2.)过氧化物的储存条件Tc = 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。过氧化物的储存温度也不可以过低,温度低PO结晶,形成纯品,纯品的爆炸危险性很高.3.) 叔丁基过氧化氢 (TBHP)的含量要求 过氧化物没有纯化（去除杂质）,高的温度,和氧气作用都可以产生TBHP.聚合体系中的TBHP含量达到一定浓度时，可引起聚合

25、过程的失控分解。TBHP一般比较稳定，在聚合初期是不反应的，只有当温度升高到一定程度（通常是高于250°C）时，才会快速分解并产生大量自由基，使体系中的聚合由只有链增长反应变为链引发和链增长同时存在，反应热会在瞬间大量聚集，从而导致失控分解.TBHP的含量要求一般在1000ppm以下4.)过氧化物的毒性通常，有机过氧化物被认为具有中等毒性，具有刺激作用，损害中枢神经。有些会引起头昏恶心等症状。接触有机过氧化物或吸入挥发性过氧化物蒸气会导致皮肤及眼睛与呼吸道粘膜的局部刺激与灼伤。3.物料衡算3.1基础数据3.1.1乙烯规格本设计中，乙烯采用的是石油裂解气生产的乙烯原料。乙烯原料经过精制

26、系统后，乙烯的质量规格达到要求.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，为控制MFR的浓度要达到该产品牌号生产工艺条件规定的值，而这一数值与PA的总量有关。在正常生产装置中，控制MFR的方法是控制PA注入的总量来控制熔融指数进行切换不同牌号。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，形成初级自由基，是吸热反应，活化能高105150KJ/molROOR RO·+·OR (初级自由基) b.初级自由基与单体加成，形成单体自由基，放热，2034KJ/mol RO·+C2H4 RO-CH2-CH2

27、 · (单体自由基)引发时，一些副反应可能使自由基不参与单体自由基形成，也没有办法继续链增长，所以这一步要算在链引发内。 (2) 链增长 R·+CH2=CH2 R-CH2-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·+R1-CH2-CH2 -R2 R-CH-CH3+R1-CH2-CH2 -R2c、分子内部转移 R-CH2-CH2-C

28、H2-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821 KJ/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： . (3-12)3.2.2反应器物料衡算由质量

29、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的设备整修，以及事故等会造成停产的因素，计算时按每年8520工作小时计算，并且由于不同牌号的聚乙烯计算不同，这里只计算了牌号为2420H的聚乙烯产品。3.2.3 反应器进料衡算首先确定生产29万吨聚乙烯的衡算基准。本设计采用的是连续生产工艺。300000t÷355d÷24h=35.2t/h由于加料时需先进性气体(N2)置换，放空后装置内压力为0.1MPa保持微正压以防腔体内混入氧气。3.2.4 重要设备的一些衡算 M进料=M出料即低循下料段成品量M1=进料量

30、M2=35Tt/h一次压缩机处理量50t/h，二次压缩机处理量120t/h.M1+M低循=M一次压缩机M一次压缩机+M高循+M二次压缩机 C2的转化率为35%所以 M二次压缩机=M反应器 M高=M反-M反×35% - 夹气量=120 - 120×35% - 8=70t 高压分离罐压力为300bar，进入低压分离罐会有一部分转化为气体循环至一次机，最终 M低下料= M进4.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

31、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，

32、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单位质量物料离开系统时的焓(kJ/kg)若定压比热容不随温度变化，或取物料平均温度下的定压比热容时： HPHF=qm(H2- H1)= qmcpT (4-6)4.2 基础数据物料经过压缩机输送至反应器，其温度接近室温，工艺计算中取25，物料被加热到140，热水进口温度为160，出口温度为130。乙烯的聚合反应热为3392.9kJ·kg-

33、1。反应温度为160，输出物质的温度为140。冷却水进口温度为：130， 出口温度为： 160。 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·-1十二烷的蒸发潜热316.38kJ·kg-1水的比热(C(H2O)4.20kJ·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)=35t乙烯的焓值变量：E=mcpT=35x103kgx3.19

34、kJ. kg-1·×(160-25)=487572kJ十二烷的质量流量为：m=M(C12H26) =4.5t十二烷的内能变量为：E=mCpT=4.5x316.38kg×2.68kJ·kg-1·×(160- 25)=618117kJ总进料的内能变量：E=487572kJ+ 618117kJ = 1105689kJ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=2344334.8kJ÷3.79h=618558.0kJ/h反应釜热量损失为10%，则：Qt=Q平均X (1+10%)

35、=680413.79 kJ/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反应时，反应器内压力为270MPa，温度为185，经引发剂反应生成聚乙烯。在此忽略副反应，一般来说，0时与25时的反应热相差下大，热量衡算时就拿25时的反应热当作0时的反应热。冷却水的初始温度为25，流出温度为85。参与反应乙烯质量： M(C2H4)= 35t生成聚乙烯的反应热为：Q反= 3392 .9kJ·kg-1 x35x103kg

36、 = 20081824kJ反应釜的热损失为10%，因此冷却水需带走的热量为：Q冷=(Q反-Q潜)×1.1=(20081824kJ-94914kJ)×1.1=21985601 kJ所需冷水质量为：M水=Q冷/(C(H2O)·T)=21985601kJ÷4.20kJ·kg-1·÷(160- 25)=523466.1kg通过冷水物料冷却，则所需水流速为：qm=M水/t=523466.1kg÷2.22h=235795kg/h5.设备选型5.1选型原则5.1.1 满足工艺要求设备的选择和计算必须充分考虑工艺上的要求，力求做到

37、技术上先进，经济上合理，亦即选用的设备能与生产规模相适应，并应获得最大的单位产量；能适应产品品种变化的要求，并确保产品的质量；能改善环境保护，设备制造较易，材料易得，操作及维修保养方便。设备选择时，要能完全满足上述方面的条件是相当困难的，5.1.2设备成熟可靠作为工业生产，不允许把不成熟或未经生产考验的设备用于设计。设计中所选用的设备不但技术性能要可靠，设备材质也要可靠。对从国外引进的设备，同样必须强调设备及其所采用材质的可靠性，特别对生产中的关键设备，一定要在充分调查研究和对比的基础上，作出科学的选定。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。此工艺为E

38、型管式式反应，故选择反应器为管式反应器5.2.1 反应器容积和生产能力的确定由物料衡算得：每次填料为：Vm=V(C2H4)+V(C12H26)=13.85m3+4.55÷(2/3)m3=20.675m3填料系数为70%，则所用反应釜器体积为：V=V物/70%=20.675m3÷70%=24.9m3所以反应器容积选用25m3管5.2.2 主要尺寸的计算取长径比为，体积为25m3则反应器筒体内经计算如下：式中，D反应釜直径(m) V反应釜体积(m3) 反应釜长径比5.2.3 反应器技术特性表表5-1 反应器技术特性表项 目指 标管 体管 体夹 套设计压力 MPa5003工作压力

39、 MPa3102.5设计温度 11001100工作温度 18090135全容积m325加热面积 m230保温层厚度 mm510主体材料Q235-B/16MnRQ235-B/16MnR腐蚀裕量 mm01.5焊缝系数15.3其他设备的选型其它的设备主要是泵的选择。工业生产中有进料泵、回流泵、塔底泵、循环泵、产品泵等，石油化工泵的选择应该满足流量，扬程、压力、温度、气蚀余量等工艺参数的要求，满足介质特性的要求和现场安装的要求。在选泵时 （1）要综合考虑泵的流量。一方面，应按设计要求达到的能力确定泵的流量，并使之与其他设备能力协调平衡；另一方面，也要根据生产需要确定泵的流量。在确定泵的流量时应综合考虑装置的富裕能力及装置内各设备能力的协调平衡。 （2）根据生产要求确定泵的扬程。选泵时，由于工艺过程设计中管道系统压力降计算比较复杂，因此泵的扬程要留有适当的余量，一般为正常需要扬程的1.051.1倍。 （3）根据流体输送设备的特性曲线确定泵型选泵时，确定哪一种设备，应在生产上所需要的流量和扬程后进行。6.成果特点 由于LDPE工艺的设计受多个因素的影响，且各因素之间既互相联系又互相制约，因此，对工艺的设计方案进行多种因素考虑。本