年产量三万吨LDPE的工艺设计毕业设计论文

目录TOC\o"1-3"\h\u18899摘要 I27899Abstract II27211第一章绪论 386911.1LDPE简介 3991.2LDPE的性能 4225971.3LDPE的应用 4114501.4最新技术展望 4148421.5供需状况 421902第二章LDPE生产的工艺流程 5202972.1高压低密度聚乙烯（LDPE） 5310732.2工艺流程 6325572.2.1乙烯高压聚合生产流程 6173432.2.2原料准备 634742.2.3催化剂配制 8238542.2.4聚合过程 9194692.2.5单体回收与聚乙烯后处理 10306002.3高压聚乙烯生产工艺条件分析 1164622.3.1温度和压力的控制 11251772.3.2转化率的控制 1127719第三章LDPE的物料衡算 1238263.1物料平衡关系示意图 12217613.2物料发生的化学变化 12272173.3收集数据资料 13242803.4选择物料衡算基准及计算单位 13253613.5确定计算顺序 14295493.6计算主要原料乙烯投料流量 14255903.7顺流程展开计算 148843.8整理计算结果 1640593.8.1编写物料平衡表 16121443.8.2主要符号说明 1712808第四章低密度聚乙烯的热量衡算 18141214.1热量恒算概述 18118344.2热平衡方程 18281904.3各种热量计算方法 19219834.4单台设备的热量衡算 2192804.4.1收集数据 21297914.4.2聚合釜热量衡算 2211696第五章设备工艺计算 23128935.1设备选型及设计原理 23187885.2技术经济指标 23123785.3设备结构上的要求 23260615.4定型(或标准)设备的选择 24315225.5非定型设备的选型和设计计算 24317505.6聚合反应器 25207115.7聚合釜几何体积的设计 25156255.8物料进出口管径 2692145.9传热装置的设计

26271355.10搅拌装置设计

27288115.11物料挡板设计

28142525.12入孔及支座设计

28257725.13法兰的选用

2824183第六章车间布局 3058566.1概述 30173326.2设计总则 3094056.3厂房的整体布置 31199746.4厂房的平面形式 3192616.5厂房的柱网和跨度 32179496.6厂房的空间布置 32255546.7设备露天化问题 33281866.8车间设备布置的基本内容与要求 3369706.10典型设备的布置 3534236.11车间平面图 3629198第七章三废处理 37234497.1三废来源 37157157.2排放物指标 3719769结论 393275参考文献 405319附图一带控制点的工艺流程图 4111498附图二车间布置图 42

第一章绪论聚乙烯(PE)塑料一种，我们常常提的方便袋就是聚乙烯(PE)。聚乙烯是结构最简单的高分子，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。聚乙烯工业化已经有60多年的历史，聚乙烯现在是世界上产量最大、品种繁多的最重要的合成树脂之一。其应用已深入到国民经济的各个部门和人民的生活当中。聚乙烯的性能取决于它的聚合方式。在中等压力(15-30大气压)有机化合物催化条件下进行Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE)。这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的，且分子链很长，分子量高达几十万。如果是在高压力(100-300MPa)，高温(190–210C)，过氧化物催化条件下自由基聚合，生产出的则是低密度聚乙烯(LDPE)，它是支化结构的。低密度聚乙烯度聚乙烯（LDPE）是一种塑料材料，它适合热塑性成型加工的各种成型工艺，成型加工性好。LDPE主要用途是作薄膜产品，还用于注塑制品，医疗器具，药品和食品包装材料，吹塑中空成型制品等。低密度聚乙烯（LDPE）是高压下乙烯自由基聚合而获得的热塑性塑料。LDPE是树脂中的聚乙烯家族中最老的成员，二十世纪四十年代早期就作为电线包皮第一次商业生产。LDPE综合了一些良好的性能：透明、化学惰性、密封能力好，易于成型加工。这决定了LDPE是当今高分子工业中最广泛使用的材料之一。1.1LDPE简介高压低密度聚乙烯（LDPE）是一种塑料材料，它适合热塑性成型加工的各种成型工艺，成型加工性好。LDPE主要用途是作薄膜产品，还用于注塑制品，医疗器具，药品和食品包装材料，吹塑中空成型制品等。结构式CH2=CH2+CH2=CH2+…………—CH2—CH2—CH2—CH2—…………简写：nCH2=CH2→—[CH2—CH2]n—高压法生产的聚乙烯分子链中含有较多的长短支链(每1000个碳链原子中含有的支链平均数21)，所以结晶度较低(45%-65%)，密度较小(0.910-0.925)，质轻，柔性，耐低温性、耐冲击性较好。LDPE广泛用于生产薄膜、管材(软)、电缆绝缘层和护套、人造革等。1.2LDPE的性能LDPE综合了一些良好的性能：透明、化学惰性、密封能力好，易于成型加工。这决定了LDPE是当今高分子工业中最广泛使用的材料之一特点：产品纯净，电性能好，可直接进行浇铸成型；生产设备利用率高，操作简单，不需要复杂的分离、提纯操作。优点：生产工艺简单，流程短，使用生产设备少，投资较少；反应器有效反应容积大，生产能力大，易于连续化，生产成本低。缺点：热效应相对较大，自动加速效应造成产品有气泡，变色，严重时则温度失控，引起爆聚，使产品达标难度加大．由于体系粘度随聚合不断增加，混合和传热困难；在自由基聚合情况下，有时还会出现聚合速率自动加速现象，如果控制不当，将引起爆聚；产物分子量分布宽，未反应的单体难以除尽，制品机械性能变差等。1.3LDPE的应用LDPE的应用领域：主要用途是作薄膜产品，如农业用薄膜、地面覆盖薄膜、农膜、蔬菜大棚膜等；包装用膜如糖果、蔬菜、冷冻食品等包装；液体（牛奶、酱油、果汁、豆腐、豆奶）包装用吹塑薄膜；重包装袋，收缩包装薄膜，弹性薄膜，内衬薄膜；建筑用薄膜，一般工业包装薄膜和食品袋等。LDPE还用于注塑制品，如小型容器、盖子、日用制品、塑料花；医疗器具，药品和食品包装材料；挤塑的管材、板材，电线电缆包覆，异型材、热成型等制品；吹塑中空成型制品，如食品容器有奶制品和果酱类，药物、化妆品、化工产品容器、槽罐等1.4最新技术展望对于高压乙烯均聚物的生产，目前的研究重点是开发新的自由基引发剂，以改进生产的经济性以及控制聚合物的分子结构。而对于共聚物来说，则主要是发现能改进物理和化学性能的新产品，供已有和新的应用采用。近年来新建的LDPE装置大都采用管式法工艺。与先前的管式反应器的转化率20%~30%相比，目前管式法工艺的平均单程转化率已可提高到40%.此外，据报道，目前正在开发一种采用高压釜的新LDPE工艺，它可使反应器的转化率至少达到35%，产量提高50%，可是成本降低25%，此工艺可有效的用以改造已有工厂。1.5供需状况2013年我国LDPE产能仅增长20万吨/年,达229.3万吨/年,净进口量167.8万吨,自给率降至55.3%,呈现供不应求的局面。未来五年,我国LDPE产能将快速增长,市场缺口逐渐缩小,但相对高端的管材料、电缆料仍需进口。从长远看,LDPE消费市场仍有很大潜力,我国乙烯下游产品市场多元化竞争将更加激烈,国内LDPE市场将呈现石脑油化工产品、MTO化工产品、进口产品三分天下的局面。第二章LDPE生产的工艺流程2.1高压低密度聚乙烯（LDPE）乙烯在高压条件下由过氧化物或微量氧引发经自由基聚合反应生成密度为0.910-0.930g/cm3左右的低密度聚乙烯，工业生产中应当用最经济的反应条件获得适当性能的产品。工业生产的低密度聚乙烯树脂数均分子量约在2.5X104-5X104范围内，重均分子量则达105以上。工业上为了简化测定聚乙烯分子量的方法，而采用熔融指数(MI)来相对地表示相应的分子量（见表1）及流动性。目前我国生产的低密度聚乙烯树脂的熔融指数分别为0.3、0.4.、0.5、0.7、2.0、2.5、5.0、7.0、20等表1.低密度聚乙烯熔融指数与数均分子量对照表熔融指数数均分子量熔融指数数均分子量熔融指数数均分子量20.9240001.8320000.005530006.4280000.25480000.00176000原料新鲜乙烯来自乙烯精制车间，其压力通常为3.0-3.3MPa，此时可进入一次压缩机的中段压缩至25MPa。来自低压分离器的循环乙烯，压力＜0.1MPa，与分子量调节剂混合后进入二次压缩机。二次压缩机的最高压力因设备的要求不同而不同。管式反应器要求最高压力达300MPa或者更高些经二次压缩达到反应压力的乙烯冷却后进入聚合反应器：釜式和管式反应器，引发剂则用高压泵送入乙烯进料口，或直接注入聚合设备。反应物料经适当冷却后进入高压分离器，减压至25MPa。未反应的乙烯和聚乙烯分离并冷却脱去蜡状低聚物后，回到二次压缩机的入口经加压后循环使用。聚乙烯则进入低压分离器减压到0.1MPa以下，是残存的乙烯进一步分离。乙烯循环使用。聚乙烯树脂在低压分离器中与抗氧化剂等添加剂混合后经挤出切粒，得到粒状聚乙烯，被水流送往脱水振动筛，与大部分水分离后，进入离心干燥器，以脱除表面附着的水分，然后经振动筛分去不合格的粒料后，成品用气流输送至计量设备计量，混合后为一次成品。然后再次进行挤出、切粒、离心干燥，得到二次成品。二次成批经包装出厂为商品聚乙烯2.2工艺流程2.2.1乙烯高压聚合生产流程乙烯高压聚合是以微量氧或有机过氧化物为引发剂，将乙烯压缩至147.1~245.2MPa高压下，在150~290℃的条件下，乙烯经自由基聚合反应转变成为聚乙烯的聚合方法。也是工业上采用自由基型气相本体聚合的最典型方法，海事工业上生产聚乙烯的第一种方法，至今仍然是生产低密度聚乙烯的主要生产方法。下图为工艺流程草图图1工艺流程草图详细的带控制点的工艺流程图见附图一2.2.2原料准备（1）乙烯乙烯高压聚合过程中单程转化率仅为15%-30%，所以大量的单体乙烯（70%-85%）要循环使用。因此所用原料以西一部分是新鲜乙烯，一部分是循环回收的乙烯。对于乙烯的纯度要求应超过99.95%。新鲜乙烯的杂质含量应低于下列数值：表2.原料所含杂质含量标准甲烷、乙烷＜500X10-6(体积)CO2＜5x10-6(体积)C3以上重馏分＜10x10-6(体积)H2＜5x10-6(体积)乙炔＜5x10-6(体积)S(按H2S计)＜1x10-6(体积)氧＜1x10-6(体积)H2O＜1x10-6(体积)CO＜5x10-6(体积)乙烯常压下为气体，临界压力为5.12MPa；临界温度9.90℃；爆炸极限为2.75%-28.6%，纯乙烯在350℃以下稳定，更高的温度则分解为C、CH4、H2。CH2=CH2→CH4+C+127.36kj/molCH2=CH2→2C+2H2+47.69kj/mol回收的循环乙烯，由于有些杂质在聚合过程中可能已消耗，所以杂质中主要是不易参加聚合反应的惰性气体，如氮、甲烷、乙烷等。多次循环使用时，惰性杂质的含量可能积累，此时应采取一部分气体放空或送回乙烯精制车间精制。（2）分子量调节剂在工业生产中为了控制产品聚乙烯的熔融指数，必须加适当量的分子量调节剂，可用的调节剂包括烷烃（乙烷、丙烷、丁烷、己烷和环己烷）、烯烃（丙烯、异丁烯）、氢、丙酮和丙醛等。而以丙烯、丙烷乙烷等最常应用。在链转移过程中，叔碳原子上的氢最活泼，其次为仲碳原子相结合的氢，伯碳原子上相结合的氢原子最不活泼，但是当与伯碳原子相结合的碳原子含双键时（例如丙烯的甲基）则活性大为增加，因此链转移活性表现为：丙烯＞＞丙烷＞乙烷规格要求：表3.分子量调节剂规格要求丙烯纯度＞99.0%（体积）丙烷纯度＞97.0%（体积）乙烷纯度＞95.0%（体积）炔烃杂质的含量＜400x10-6（体积）S含量＜30x10-6（体积）O2含量＜20x10-6（体积）用于乙烯聚合的分子量调节剂的转移常数见下表表4.乙烯聚合用分子量调节剂的链转移常数分子量调节剂温度，°C链转移常数分子量调节剂温度链转移常数丙烯130150氢130160丙烷13027丙酮130165乙烷1306丙醛1303300调节剂的种类和用量根据乙烯牌号的不同而不同，一般是乙烯体积的1%-6.5%折合为质量百分数时，应根据调节剂的分子量进行计算。调节剂是在一次压缩机的进口进入反应系统的。（3）添加剂聚乙烯树脂在隔绝氧的条件下受热时是稳定的，但在空气中受热则易被氧化。聚乙烯在长期使用过程中，由于日光紫外线照射而易老化，性能逐渐变坏。为了防止聚乙烯在成型过程中受热时被氧化，防止使用过程中老化，所以聚乙烯树脂中应添加防老剂（抗氧剂）、防紫外线剂等，此外为了防止成型过程中粘结模具而需要加入润滑剂。聚乙烯主要用来生产薄膜，为了使吹塑支撑的聚乙烯塑料袋易于开口而需要添加开口剂。为了防止表面积累静电，有时需要添加防静电剂。业上应用的聚乙烯添加剂主要有以下几种。表5.老化剂种类抗氧剂4-甲基2,6-二叔丁基苯酚润滑剂油酸酰胺或硬脂酸铵、油酸铵、亚麻仁油酸铵或者三者的混合物开口剂高分散性的硅胶（SiO2）、铝胶（AL2O3）或其两者混合物抗静电剂用含有氨基或羟基等极性几团而又可溶于乙烯中，不会发的聚合物为抗静电剂以上添加剂的种类和用量根据生产的聚乙烯牌号和用途加于聚乙烯树脂低压分离器中，为了便于计量和易与聚乙烯充分混合起见，通常是将添加剂配制成浓度约为10%左右的白油（脂肪族烷烃）溶液或分散液，用泵计量送入低压分离器或者于二次选粒时加入。2.2.3催化剂配制乙烯高压聚合需加入自由基引发剂，工业上常称为催化剂，所用的引发剂主要是氧和过氧化物，早期工业生产中主要用氧作为引发剂。其优点在于价格低，可直接加于乙烯进料中。而且在200℃以下是，氧是乙烯聚合阻聚剂，不会在压缩机系统中或者乙烯回收系统中引发聚合。其缺点是氧的引发温度在230℃以上，而低于200℃时反而阻聚，因此反应温度必须高于200℃。由于氧在一次压缩机进口处加入，所以不能迅速的用改变引发剂用量的办法控制反应温度。而且氧的反应活性受温度的影响很大。因此目前除了管式反应器中还可以用氧作引发剂以外，釜式反应器已全部改为过氧化物引发剂。工业上常用的过氧化物引发剂为：过氧化二叔丁基，过氧化十二烷酰，过氧化苯甲酸叔丁酯，过氧化3，5,5-三甲基乙酰等。此外尚有过氧化碳酸二丁酯，过氧化辛酰等。乙烯高压聚合引发剂，应配制成白油溶液或直接用计量泵注入聚合釜的乙烯进料管中，或注入聚合釜中，在釜式聚合反应器造作中依靠引发剂的注入量控制反应温度。2.2.4聚合过程乙烯在高压条件下虽然仍是气体状态，但其密度达0.5g/cm3，已接近液态烃的密度，近似于不能在被压缩的液体，称气密相状态。此时乙烯分子间的距离显著缩短，从而增加了自由基与乙烯分子的碰撞几率，故易于发生聚合反应。由于每千克乙烯聚合时可产生3350-3765kj热量，而在140MPa压力下，150-300℃范围，乙烯的比热为2.51-2.85J/g，所以乙烯聚合转化率升高1%则反应物料将升高12-13℃，如果热量不能及时移去，温度上升到350℃以上则发生爆炸性分解。因此在乙烯高压聚合过程中应防止局部过热，防止聚合反应器内产生过热点。聚合反应条件反应温度一般在130-350℃范围；反应压力一般为122-303MPa、或更高些。较短的聚合停留时间（15s-2min）取决于反应器的类型。因产品牌号的不同而采用不同的反应条件在聚合反应器内未反应的乙烯和聚合生成的聚乙烯熔融物保持均相状态时，反应进行顺利，两者是否分相与聚乙烯的含量、反应压力、反应温度有关反应条件的变化不仅影响聚合反应速度，而且对于产品聚乙烯的分子量也发生影响。当反应压力提高时，聚合反应速度加大，但聚乙烯的分子量降低，而且支链较多，所以其密度稍有降低。（2）聚合反应设备目前工业生产采用的乙烯高压聚合反应器可分两种类型：A.管式反应器这类反应器一般用于处理黏度较低的均相反应物料。其特点是，物料在管内呈柱塞状流动，没有什么返混现象；反应温度沿反应管的长度而有变化，因此反应温度有最高峰，所以所得聚乙烯的分子量分布较宽。管式反应器是内径为2.5-7.5cm的细长形高压合金钢管。直径与长度之比为1/250-1/40000，目前最长的管式反应器长1500m或以上。管式反反应器一般分为二段，第一段为聚合引发段，需加热达到引发剂或氧发生引发聚合作用的温度。第二段为冷却段，但温度不应低于130℃，以防止聚乙烯凝固。管式反应器约占聚合反应器的10%~20%，如乙烯高压聚合、苯乙烯本体聚合、己内酰胺开环聚合、尼龙66的预缩聚等。B.釜式反应器这类反应器通常设有搅拌装置，所以又称为搅拌釜式反应器。其特点是，强制物料流动，强化传热与传质效果；使物料充分接触，均匀混合；强化表面更新作用，有利于分子组分气化；使非均相物料分散。搅拌釜式反应器对各种反应体系适应性强，操作弹性大，更换品种方便，适应市场需求能力强，因此，搅拌釜式反应器在聚合物合成中广泛使用。据统计，搅拌釜式反应器在聚合反应器中占80%~90%，如乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯、丙烯腈以及丁苯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶等。表6釜式法与管式法比较项目釜式法管式法压力大约110~253MPa，可保持稳定大约达333MPa，管内产生压力降温度可以控制在130~280°C某一范围可高达330°C，管内温度差较大反应器冷却带走的热量<10%<30%平均停留时间10~120s之内与反应管的尺寸有关。约60~300s生产能力可在较大范围之内变化取决于反应管的参数物料流动状况与每一反应区内充分混合接近柱塞式流动，中心至管壁表面为层流反应器表面的清洗方法不需要特别清洗用压力脉冲法清洗管壁表面共聚条件可能在广泛范围内共聚只可与少量第二单体共聚能否防止乙烯分解反应易于控制，从而可防止乙烯分解难以防止偶然的分解产品聚乙烯分子量分布窄宽长链分枝多少微粒凝胶少多2.2.5单体回收与聚乙烯后处理自聚合反应器中流出的物料经减压装置进入高压分离器，高压分离器内的压力为20-25MPa，大部分为反应的乙烯和聚乙烯分离，经冷却，脱除蜡状的低聚物后回收循环使用。同时将防老剂等添加剂，根据生产牌号的要求注入低压分离器，与熔融的聚乙烯树脂充分混合后进行造粒。后处理过程已在生产流程中叙述。值得提出的是，聚乙烯与其他品种的塑料不同，经过二次造粒，其目的是增加聚乙烯塑料的透明性，并且减少塑料中的凝胶微粒。为了使产品规格符合生产要求，合格产品应当在大型料仓库中进行混批，以保证大批量生产某一熔融指数的合格品。乙烯于高压条件下进行自由基聚合时，产品密度较低的原因是由于聚合反应中发生本分子链转移，从而产生支链所致。2.3高压聚乙烯生产工艺条件分析2.3.1温度和压力的控制乙烯气相自由基本体聚合在高温130°C~280°C、高压110MPa~250MPa甚至300MPa的压力的苛刻条件下进行。这时因为乙烯的结构对称，没有任何取代基，偶极矩为0，反应活性很低。提高反应温度，可提高乙烯的反应活性，易发生聚合反应，但纯乙烯再350°C一下是稳定的，更高的温度则分解为C、H2和CH4。为了安全生产，使生成的PE呈熔融状态，不发生凝聚，聚合温度一般控制在130°C~280°C。乙烯常温、常压下为气体，即使在100MPa~250MPa甚至300MPa的压力下仍为气体，但其密度已达到0.5g/cm，接近液态烃的密度，近似不能被压缩的液体，称为气密相状态。此时乙烯分子间的距离显著缩小，从而增加了自由基与乙烯分子的碰撞概率，故易发生聚合反应。2.3.2转化率的控制乙烯高压气相自由基本体聚合过程中转化率仅为15%~30%，大量的乙烯需要循环使用。因此，所用的原料一小部分是新鲜的乙烯，大部分是循环回收的乙烯。这时因为乙烯的聚合热△H=-95KJ/mol，高于一般的烯类单体的聚合热。由于每千克乙烯聚合时可产生聚合热3344kj~3762kj，在140MPa，150°C~300°C温度范围内乙烯的比热容2500J/(KG*K)~2800J/(KG*K)，所以乙烯聚合时其转化率每升高1%，分应物料的温度要升高12°C~13°C。如果聚合热不能及时排出，温度将迅速升高。由于乙烯再350°C以上时不稳定，将发生爆炸性分解。因此，乙烯聚合时应防止局部过热，防止反应器仲产生过热点。为了安全生产，保证产品质量，聚合转化率不能超过30%。同时，聚合釜中采用高速搅拌，保证釜内物料与引发剂充分混合，不产生局部过热现象。

第三章LDPE的物料衡算用氧或过氧化物等作引发剂，使乙烯聚合为低密度聚乙烯的方法。乙烯经二级压缩后进入反应器，在压力100～300MPa、温度200～300℃及引发剂作用下聚合为聚乙烯，反应物经减压分离，使未反应的乙烯回收后循环使用，熔融状的聚乙烯在加入塑料助剂后挤出造粒。3.1物料平衡关系示意图完整LDPE连续操作工序的物料衡算过程比较复杂，为了说明问题，只对流经反应器和分离器的物流进行物料衡算，流经反应器和分离器物料平衡关系简图,如图所示。3.2物料发生的化学变化生产聚乙烯的反应属于加聚类型的反应，其反应大致分为下列三个阶段：链引发，链增长，链终止。（1）链引发利用引发剂产生带未配对单电子的原子团，也称为自由基。这个阶段相当于“播种”，这些自由基就相当于“种子”。常用的引发剂以过氧化苯甲酰为例，产生自由基的过程如下：C6H5－COO－OOC－C6H5——＞2C6H5·＋2CO2这里的C6H5·就是带一个未配对单电子的“苯基自由基”。为了简便起见，下面用R·表示这些由引发剂产生的自由基，“·”表示一个未配对电子。（2）链增长自由基所带的未配对电子不断打开单体的双键，使单体一个个加上去。R·＋CH2＝CH2——＞R－CH2－CH2·R－CH2－CH2·＋CH2＝CH2——＞R－CH2－CH2－CH2－CH2·……R－（CH2－CH2）n·＋CH2＝CH2——＞R－（CH2－CH2）（n＋1）……（3）链终止当链端自由基的未配对电子因某种原因获得配对时，链的增长即告终止。一种典型的情况是两个增长着的链互相碰撞：R－（CH2－CH2）n·＋·（CH2－CH2）m－R——＞R－（CH2－CH2）n－（CH2－CH2）m－R此外，增长中的链与其它分子碰撞时，也有可能夺取电子而配对。3.3收集数据资料①生产规模。设计任务书中规定的年产量为3万吨②生产时间。年工作日：300d/a（24h/d）共7200h③相关技术指标工艺配方：引发剂（微量氧或过氧化物）用量：（10-6—10-4）可忽略分子量调节剂用量：c=5％=0.05聚合度=400乙烯高压聚合过程中单程转化率仅为15％—30％，在此以30%为例进行计算。④化学变化及物理化学变化的变化关系表3-3各物料的相对分子质量化合物名称乙烯PE链节聚合物相对分子质量符号相对分子质量2828130003.4选择物料衡算基准及计算单位连续操作过程，可选择时间为计算基准，计算单位为kg/h。3.5确定计算顺序可得到产品产量与主要原料乙烯投料量之间的比例关系，宜采用顺流程的计算顺序。3.6计算主要原料乙烯投料流量PE熔体流量与乙烯理论投料的关系为:该生产装置年产量为3万吨,年开工300d,连续生产,切粒、包装工序物料损失率为0.5%,因此PE熔体流量为:乙烯实际投料质量流量为:乙烯实际投料摩尔流量为:3.7顺流程展开计算R101物料衡算如上图为R101物料平衡示意图101.0——乙烯进料乙烯:201.2——高压分离器回收的乙烯(设其分离率为X)R201回收的乙烯：301.2——低压分离器回收的乙烯由于经聚合后剩余的乙烯在低压分离器要完全进行回收再利用，故其分离率为100%R301回收的乙烯：分子量调节剂：合计：101.1——聚合产物原料乙烯聚合生成的产物原料乙烯经聚合后剩余的乙烯回收的乙烯聚合生成的产物回收的乙烯经聚合后剩余的乙烯分子量调节剂：合计：R101物料平衡验算：总进料量=总出料量X取30%，所以带入数据计算结果得总进料量=总出料量=5994.91kg/h总出料量等于总进料量，符合物料守恒定律，说明整个聚合工序的物料衡算过程是正确的3.8整理计算结果编写物料平衡表。3.8.1编写物料平衡表表3.8.1LDPE气象自由基本体聚合连续操作物料平衡表物流代号R101101.0101.1301.2201.2乙烯3475.724137.80（2434.00-2434.00X）2434X分子量调节剂聚合物1771.92合计3475.722434X3.8.2主要符号说明c——分子量调节剂用量——乙烯的相对分子质量——PE链节的相对分子质量——聚乙烯的相对分子质量——PE熔体流量——乙烯理论投料质量流量——乙烯实际投料质量流量——乙烯实际投料摩尔流量——高压分离器分离的乙烯量——原料乙烯投料量——低压分离器分离的乙烯量——分子量调节剂进入量——分子量调节剂流出量X——高压分离器分离率第四章低密度聚乙烯的热量衡算4.1热量恒算概述热量恒算的内容及作用为后续工艺设计提供依据A,计算高峰热负荷(最大传热速率).由于间歇操作过程为非定态操作过程,物料状态,化学变化,物理变化速率随时间变化而变化,因此必须用高峰热符合计算设备传热面积,传热介质流量,工艺管径等,以满足最大操作负荷时的工艺要求.B,计算热符合变化规律(传热速率随时间变化曲线),为控制方案的选择停工依据,如何选用何种传热介质,传热介质的温度及范围,流量及范围等.(2)热量消耗的计算及能源的综合利用热量消耗的计算主要是为经济核算等提供依据,硬扯需要按单位操作时间(批)或处理单位物质治疗所需消耗热量进行计算.另外还需根据热量恒算的结果,解决能源合理利用的问题.(3)为其他专业的设计提供依据提出传热戒指的种类,相态,使用温度范围,使用压力范围,传热介质流量及用量,设备是否需要保温等设计条件,为公用工程,自控仪表等设计提供依据.4.2热平衡方程在化工过程中,各种热量之间的转换关系可以用热平衡方程表示:其中:--设备或系统与外界环境交换热量之和,通常包括热损失,kJ.--离开设备或系统各股物料的焓之和,kJ.--进入设备或系统各股物料的焓之和,kJ.而在实际生产过程中,热平衡方程通常写成以下形式便于计算:其中:--设备或系统内物料与外界交换热量之和(传入热量为正,传出热量为负),kJ.--由于物料温度变化,系统与外界交换的热量(当有相变时,应分段计算,升温为正,降温为负),kJ.--由于物料发生各种变化(化学反应,相变,溶解,混合等),系统与外界交换的热量(吸热为正,放热为负).kJ.--由于设备温度改变,系统与外界交换的热量.(设备升温为正,设备降温为负),kJ.--设备向外界散失的热量(操作温度高于环境温度为正,低于环境温度为负),kJ.4.3各种热量计算方法(1)的计算(显热)恒容变化过程:其中:--恒容热容,kJ·kg·℃;,--物料进,出口温度,℃;--物料质量,kg;--恒容变化过程中,系统与环境交换的热量,kJ.③液体或固体:④混合物物料体系:其中:--各组分质量分数--各组分恒压热容⑤连续操作过程q1=WCV(T2-T1)(2)的计算(化学反应热,相变热,溶解热,混合热)①当物料发生化学反应时:其中:W--反应物质量,kg;M—反应物相对分子质量,kg·kmol,--反应物转化率的变化-由于物料发生化学反应,系统与外界交换热量,kJ.吸热反应为正.②当物料发生其他物理变化时:其中:--发生某种变化的物质的量质量流量,kg.h,--单位物质发生该变化吸收或放出的热量,kJ· kg变化过程为吸热过程时,＞0.(3)的计算(设备温度变化)因为该工艺为连续操作，所以无热损失。=0(4)的计算(热损失)其中:--设备各部分表面积,m²;--设备各部分表面对环境的传热系数,W·m·℃;--设备各部分表面温度,℃;-环境温度,℃;t-操作时间,h.为简化计算，常取热损失速率为总传热速率的10%4.4单台设备的热量衡算4.4.1收集数据聚乙烯比热容：2.3kj/kg·℃-1反应物转化率变化：Δx=15.38%乙烯的聚合热取93.00kj/mol反应温度：170℃进料温度：125℃冷却水入口温度：10℃冷却水出口温度：45℃125℃时CP=2.01kj/（kg·℃）=0.48kcal/（kg·k）170℃时CP=2.18kj/（kg·℃）=0.52kcal/（kg·k）总出料量由物料衡算得W=5994.91kg/h进料温度为125℃，采用换热器在进入釜前操作，加热介质选用硅油反应釜温度为170℃，采用电加热。4.4.2聚合釜热量衡算Q1=5994.91×0.48x125=3.60×105kcal/hQ3=3475.72×810=2.82×105kcal/hQ4=5994.91×0.52×170=5.30×105kcal/h搅拌热H=P总=4.46×0.23885×3600kcal/h=0.04×105kcal/h5)制冷剂带出的热量Q2=Q1+Q3+H-Q4=(3.60+2.82+0.04-5.30)×105=1.08×105kcal/h设备负荷与冷却水消耗量聚合釜是连续操作，以kcal/h为计算基准，设备负荷等于Q2冷却水t入口=10℃，t出口=45℃，CP=1kcal/（kg·k）冷却水消耗W=Q/CPΔt=1.08×105/1×(313.15-283.15)=3.6×103kg/h第五章设备工艺计算5.1设备选型及设计原理化工设备是化工生产的重要物质基础，对工程项目投产后的生产能力、操作稳定性、可靠性、以及产品质量等等都将起着重要的作用。因此，对于设备的设计和选择首先要考虑的是工艺上的要求；要运行可靠，操作安全；便于连续化和自动化生产；要能够创造良好的工作环境和无污染，以及便于购置和容易制造等，总之，要全面贯彻先进、适用高效、安全、可靠、省材和节资等原则。5.2技术经济指标化工设备的主要经济技术指标有以下五项：单位生产能力；消耗系数；设备价格；管理费用和产品总成本。现分述如下：⑴单位生产能力单位生产能力是指设备的单位体积、单位重量或单位面积在单位时间内完成的任务。因此，设备的生产能力要与流程设计的生产能力相适应，而且效率要高。通常，设备的生产能力愈高愈好，但其效率却与设备的大小和结构有关，因此要分析比较，权衡利弊，合理选择。⑵消耗系数化工设备的消耗系数是指生产单位重量或单位体积的产品消耗的原料和能量，其中包括原材料、燃料、蒸汽、水和电等。化工产品的单耗不但与采用的工艺路线有关，而且也与采用设备有关，例如：合成氨厂中，氨产品的烟煤单耗就与锅炉设备的消耗系数有着密切的关系，一般说来，消耗系数越低越好。⑶设备价格设备价格直接影响建设工程投资。显然，一般要选择价格便宜，制造容易，结构简单，用材不多的设备，但要注意设备质量和生产效率。⑷管理费用设备的管理费用包括劳动工资、维护和栓修费用等。要尽量选用管理费用低的设备，以降低产品的成本。⑸产品总成本产品总成本是化工企业效益的综合反应，一般要求产品的总成本越低越好，实际上，这项指标是上述各项指标的综合反应。5.3设备结构上的要求化工设备除了要满足上述技术经济指标外，还要满足下述各项结构要求。⑴强度：化工设备无论是主体部分还是零部件都要有合理的强度，否则就不能保证生产的正常运行和工人的安全。所谓强度要求是指合理的或符合化工设备规范的要求。例如：为预防生产中突然超压，要采用保安部件(如防爆膜等)处理，这就是控制设备合理强度的实例。⑵刚度：指设备及其构件在外压作用下能保持原状的能力。有时候化工设备构件的设计主要取决于刚度，而不是强度。例如，塔设备的塔盘板，其厚度常常由材料的刚度来决定。⑶耐久性：指设备能使用的年限。一般化工设备的使用年限为十至十二年，而高压设备则为二十至二十五年，但在实际生产中设备的使用年限则于设备的被腐蚀情况。因此在考虑设备的耐久性时要充分考虑设备使用的腐蚀条件。⑷密封性：化工设备的密封性是一个很重要的问题，特别是在处理易燃、易爆、有毒介质时成为重要，在设备中应根据有毒物质在车间内的允许浓度来确定设备的密封性。⑸用材和制造：在设计化工设备时，要尽是减少材料的用量，特别是一些贵重材料，同时还要考虑制造方便，避免复杂的加工工序，减少加工量，力求降低设备的制造成本和材料用量。⑹操作和检修：化工设备的构件还要顾及操作、安装、日常维修的方便，例如人孔太小就会影响日常的检修，延长检修时间，从而减少化工生产的有效时间，影响设备能力的发挥。⑺运输方便：化工设备的尺寸和形状应注意到运输方便与否问题，当设备制造厂与使用厂相距较远时成为突出。采用水运时，尺寸限制不严，采用陆运时，则设备的直径、长度和重量要符合公路、铁路的运输规定。5.4定型(或标准)设备的选择定型设备的选择除了要符合上述基本条件外，还要注意以下几个问题：⑴首先根据设计项目的规定生产能力和生产周期考虑设备的台数，如采用单台或多台；台数确定后，凡是运转设备要按其负荷和规定的工艺条件进行选型；静止设备则要计算其主要参数，如传热面积、蒸发面积等，再结合有关工艺条件进行选型。设备的选型可参考国家的标准图集或有关手册和生产厂家的产品目录、说明书等。⑵在选择定型设备时要注意其备品备件的供应情况，以避免在使用中因缺少备品备件而耽误修理时间，影响生产。⑶对定型设备选型时，考虑设备生产能力时还应注意两点：一是如果不能选到与生产能力对口的定型设备则可按生产能力偏高的选用；二是如果工厂近期内要发展，可按工厂的发展要求选配，以免使用不久又要更换或增加设备。⑷设备工艺条件的考虑。有些设备也应从偏高一个等级选用，例如：工艺上要求使用10公斤/厘米2压力的蒸气，则应选用工作压力为16公斤/厘米2的锅炉比较适宜。5.5非定型设备的选型和设计计算非定型设备需要专门设计和制造，由于化工产品门类多，品种杂，因此非定型设备应用也非常广泛。5.6聚合反应器聚合物的生产中聚合反应中关键工序，聚合物合成的设备则是关键设备。聚合反应设备的种类很多，按其结构分，有釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、流化床反应器以及其它类型的特殊形式的反应器(如板框式、表面更新型反应器等)。本设计的聚合工艺为连续式釜式反应，故选择反应釜为反应器5.7聚合釜几何体积的设计

1、

聚合釜实际体积计算

反应混合液体积:V=M/ρ这里，M=5994.91kg/h，ρ=516.26/m3（170℃时，乙烯的密度）则VR=5994.91/516.26=11.616m3聚合釜的装料系数一般在0.6～0.85之间，本课程设计选取0.8作装料系数，则聚合釜实际体积V2计算VT=11.616/0.8=14.089m3≈14.09m³m聚合釜的尺寸以及上下封头尺寸设计

对直立反应釜来说，釜体容积通常是指圆柱形筒体及上下封头所包含的容积之和，根据釜体容积VT和物料性质选定釜体的长径比H∕D值(其比值一般在1～1.5之间)，估计釜体总高度H、内径D。该设计任务使用标准椭圆封头，标准椭圆封头的体积为0.131D³，

封头高度h封＝D∕4。

令：h为釜体直边高度、H为聚合釜釜体总高度，则：虽然聚合釜属于非标准设备，但用于制造聚合釜的上下封头仍应选用标准封头，此处按公称尺寸选定釜体内径，D应选定为2.50m。直边高h=(VT-2V封）/0.785D2=(14.09-2×0.131×2.53)/(0.785×2.52)=2.04m实际高H=h+2×h封=2.04+3/2=3.53m聚合釜实际容积VT=π/4×D2h+0.262D3=3.14/4×2.52×2.04+0.262×2.53=14.09m3聚合釜实际长泾比：H/D=3.53/2.5=1.412上下封头均为标准椭圆封头，其直径D封=2.50m根据标准封头的设计参数封头的高度(封头曲面高度)

h封＝D∕4＝0.625m＝625mm，

封头直边高度h直为20mm。封头的壁厚在20～36mm。5.8物料进出口管径1、进料口管径

本工艺设计进料口开在上封头上，聚合釜中的反应混合液体积VR＝11.616m³进料时间T1=20min，则每秒进料流率V进=VR/T1=11.616÷20÷60=0.00968m3/s

进料流速为1m∕s，则进料管直径为：d1=2=2=0.111m

进料口管径取DN150，进料口管内径d1＝0.15m。

出料口管径

出料口开在聚合釜的最低位置上。由于丙烯腈和聚丙烯腈的密度相差不多，所以令聚合完成后混合液的体积仍为11.616m³，出料时间T2＝30min，则每秒出料流率：V出=VR/T2=11.616÷30÷60=0.00645m3/s出料流速也为1m∕s，

则出料口管径为：d2=2=2=0.091m

出料口管径取DN100，出料口管内径0.1m，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DN150，即出料口管径d2为0.15m。

5.9传热装置的设计

传热装置的形式

由于丙烯腈聚合釜的直径比较大，反应混合液有一定黏度，聚合温度不算高，用夹套式传热装置就可满足需求了，并采用U形夹套。夹套直边高度计算

聚合釜并不是筒体整个都需夹套加热，只是部分筒体需要加热。

夹套内径D1一般按公称尺寸系列选择，以利于按标准选择夹套封头，取得夹套直径为3.2m,夹套与筒体间隙为0.2m。

夹套直边高度H1主要由传热面积确定，一般应不低于料液高度，以保证充分传热。根据装料系数、操作容积VT，夹套直边高度可H1由下式计算：

并且夹套顶边满足聚合釜筒体与上封头法兰下方150～200mm处。3、传热面积计算

聚合釜内的传热面积一般由筒体面积和下封头面积两部分构成，。聚合釜是传热面积一般是由圆形筒体和下封头两部分构成，即S传＝S封＋S筒。

下封头面积S封可由标准封头设计参数表中计算公式计算得到，其式为：

筒体加热部分面积S筒计算式为：

夹套工作温度

夹套内的工作温度、设计温度应与聚合度的工作温度、设计温度想匹配，所以夹套内的工作温度、设计温度选为55℃、120℃。

冷却剂

由于聚合反应为放热反应，为了控制聚合反应在最佳温度条件下进行，可通过夹套的内却介质将多余热量传递出去。该工艺采取的是-9℃冷盐水作为冷却剂。

5.10搅拌装置设计

搅拌器形式的选用

搅拌器的选型既要考虑搅拌效果、物料黏度和釜体的容积大小，也应考虑动力消耗、操作费用等因素。目前国内现有同类聚合釜均采用折叶平桨式搅拌器，每组四片叶片，安装三组搅拌桨，搅拌级别为9级。

搅拌器数量及尺寸选用

搅拌器的桨叶直径d与聚合釜直径D有d∕D＝1/3，而桨叶宽度∕桨叶直径＝1/6，则搅拌器桨叶直径d：

搅拌器桨叶宽度d：

d＝1/6d

＝1/6×1≈0.166m

搅拌器转速计算

搅拌器搅拌级别为9级，桨叶端速应小于240m／min，有关参考文献中的搅拌端速为190m∕min

，本课程设计选择200m∕min。由u＝πnd，搅拌器转速

搅拌器功率计算

釜内流体的雷诺准数：否认

Re＝2Dnρ/μ式中d为桨叶直径，n为搅拌器转速，ρ为物料密度，μ为物料粘度，代入数据得

据Re＝67.26查功率因数曲线中运动特征在过渡区并且Np＝3.1，则所需搅拌功率：

传动效率按0.8计算，则实际功率P实为：

P实＝3.57÷0.8＝4.46kW5.11物料挡板设计

搅拌器在搅拌黏度不高的液体时，只要搅拌器转速足够高，都会产生切向流，严重时可使全部物料在聚合釜中央围绕着搅拌器的圆形轨道旋转，形成“圆柱状回转区”。在这一区域，液体没有相对运动，所以混合效果差。为了消除这些不良现象，可在聚合釜中装设挡板，通常侧向垂直安装4块宽度为釜体内径的1∕12～1∕10的挡板，当釜体很大时，可以酌量增加挡料板的数量。

挡板的宽度采用永田经验式计算,挡板宽度N为挡板块数，D为聚合釜直径。代入数据得，

当考虑到反应液的影响，取计算值的75%作为实际挡板宽度。则实际挡板宽度

B实＝0.75×B＝0.75×0.394＝0.295m

安装挡板时，挡板一般紧贴于釜体壁，挡板上端与静液线相齐，下端略低于下封头与筒体的焊缝线即可。

5.12入孔及支座设计

人孔的选用

选用圆形人孔，圆形人孔直径一般在400～600mm，因为容器压力不太大，所以人孔可取大些更方便人进入清理等。

本课程设计选择直径600mm的人孔，开在聚合釜的上封头上。人孔主要由筒节、法兰、手柄组成。

支座的选用

本课程设计的聚合釜尺寸较大，而对于高大的釜设备最常用的支座就是裙式支座。裙座的形式分为圆筒形和圆锥形，由于圆筒形裙座制造方便、节省材料，所以广泛使用，本课程设计也选用圆筒形裙座。

裙座与塔体的焊接形式选择对接焊缝，此种焊接形式可承受较高的轴向载荷，适用于大型设备。对接焊缝要求裙座与釜体直径相等，所以裙座的直径也为3.0m。

裙座斜边与垂直方向的夹角应控制在15°内。

5.13法兰的选用

法兰标准有两类：一类是压力容器法兰；一类是管法兰。压力容器法兰是用来连接封头与设备筒体的而管法兰是连接管道与设备的。

1、压力容器法兰

本课程设计筒体与封头选取最为常用的平焊甲型法兰，公称压力PN为0.6MPa，公称直径DN为4000mm。其标准号：HG20593；法兰类型及密封面形式：PL4000-0.6

RF。

管法兰

本课程设计的进出料口与筒体的连接均采用板式平焊法兰，公称直径DN为250mm，公称压力PN为0.6MPa。其标准号：HG20592；法兰类型及密封面形式：PL250-0.6RF。

5.1.15设计结果

综合上述的设计计算得到以下数据：表5.1设备设计数据聚合釜实际容积VR14.09m3聚合釜公称直径D2.5m聚合釜实际长径比H∕D1.412釜体直边高度h2.04m釜体实际高度H3.53m封头直径D封2.5m封头高度h封625mm封头直边高度h直20mm进料口管径d0.15m出料口管径d20.15m夹套直径Dj3.20m夹套直边高度Hj0.962m传热面积S传18.8m2搅拌器桨叶直径d1.00m搅拌器桨叶宽度a0.394m搅拌器转速n1.062r∕s

搅拌器实际功率P实4.46kW挡板实际宽度B实0.295m人孔直径600mm

第六章车间布局6.1概述化工设计经由工艺路线选择、工艺流程设计、物料衡算和热量衡算，并完成设备选型和工艺计算以后，进一步的工作就是将各工段和各工艺设备按生产流程在空间(水平和垂直方向)上进行组合、布置，交用管线将它们连接起来，这一设计工作前者称为车间布置，后者称为配管设计，统称布置设计。车间布置设计跨越初步设计和施工图设计两个设计阶段，而配管设计则属于施工图设计阶段。从布置设计开始，设计即进入各专业共同协作的工作阶段。工艺专业人员在进行车间布置时要充分考虑土建、仪表、电气、暖通等专业与机修、安装、操作等各方面的需要，上述各专业也同时提出各自对车间布置的要求。在这一过程中，工艺人员主要要和土建设计人员研究车间的建筑形式，如层数、层高及柱网间距离等。初步设计文件批准后，各专业还需进一步对初步设计的车间布置进行研究和空间布置的配合，最后得到一个满足各专业需要的车间布置，即施工图阶段的车间布置，这一研究、协商的过程称为布置研究。车间布置图是工艺专业提供给其它专业的基本设计文件，有了它，其它各专业就能独立地进行各自的施工图设计。补充说明：化工工艺设计分为五个阶段：流程设计、工艺计算；工艺设备的化工计算与设备选型、车间布置、管道布置；这五个部分根据我国化工工艺设计的方法均由工艺人员完成，但按专业基础来分，前三个部分的基础是化学工程的分析与计算，而后二者，尤其是管道设计的基础则更偏向于力学及机械工程，因而由专业分工角度来看，这两个部分的设计工作更应该由机械工程专业的设计人员完成。即便如此，作为化工工艺设计人员，也应该明确布置设计的基本观点和知识，否则就不能得到一个完整、经济合理的工程设计。6.2设计总则⒈化工车间的组成a.生产设施：生产工段、原料和产品仓库、控制室、贮罐等b.生产辅助设施：通讯室、配电室、机修车间、车间化验室等c.生活行政设施：车间办公室、更衣室、浴室、休息室、厕所等d.车间通道：人流、货流、安全通道等e.其它特殊用室：劳动保护室、保健室等f.近期发展用地⒉考虑问题①本车间与其它车间、公用工程系统等的关系以及车间在总平面上的位置；②满足生产的工艺要求；③了解其它各专业的要求；④经济上节省，基建投资省；⑤有效利用车间建筑面积和土地；⑥考虑车间发展的可能性，厂房扩建问题；⑦车间中的劳动保护，安全技术、防火、防爆、防腐措施等；⑧建厂地区的气象、地质、水文资料；⒊基本资料车间外资料：设计任务书、设计基础资料、本车间与其它车间及辅助车间的关系、工厂总平面图以及厂内交通运输等；车间内资料：工艺流程图、物料计算资料(原料、动力等的数量和性质)、设备设计资料(设备简图及尺寸)及操作条件、设备一览表、动力消耗、土建资料（厂房技术设计图、地耐力、地下水位等）、劳保及安全生产与防护资料等。5设计方法与步骤设计方法视车间的复杂程度和设计人员的熟练程度不同而不同。一般地，车间布置从平面布置着手，分布置草图和布置图两个阶段。在设计布置草图阶段，设计可以用小方格纸，初步画上车间建筑的轮廓线，然后把所有的设备按比例(一般1:100，特殊用1:200或1:50)用硬纸或其它材料制成平面模型，在方格纸上进行安排和调整，此时也应有一定的立体概念；当设备布置图和辅助设施布置就绪后，厂房建筑轮廓线再作适当的修正或肯定。还应注意多方案选优以及模型设计。⒌车间布置成果——车间布置图①各层平面布置图(1:100)；②立面图(剖面图)6.3厂房的整体布置根据生产规模和生产特点以及厂区面积、厂区地形、地质条件，考虑厂房的整体布置形式：集中式或分离式，也即将车间各工段及辅助车间分散在单独的厂房内或集中合并在一个厂房内。一般地说，凡生产规模较大，各工段生产特点有显著差异(如防火等级)，厂区面积较大，或者地处山区，则采用分离式布置；反之，生产规模小，车间各工段联系频繁，生产特点无显著差异，厂区面积较小，厂区地势平坦，则可采用集中式布置。车间整体布置的另一个问题就是设备露天化的问题。设备的露天布置，对建筑来说有许多好处：⑴可以节约大量的建筑面积，可以节省基建投资；⑵节约基建工程量，这样可提前基建进度；⑶将具有火灾、爆炸危险的设备露天化，就可以降低车间的防爆等级，从而降低厂房的造价；⑷有毒物质的设备露天化，可以减少厂房通风次数，节约通风设备和动力消耗系数；⑸对厂房的改建或扩建，其灵活性较大。6.4厂房的平面形式按照生产的要求，先确定车间的构成或组成部分(前面讲述的六个部分)，然后按生产工艺流程的顺序，将一些主要的设备在平面上进行试排，通过综合考虑，反复推敲，尽最大可能排成各得其所的合理布局。厂房的组成确定后，厂房的平面布置原则是：在满足生产工艺要求前提下，尽可能地简单布置。在化工厂的平面布置中，厂房形式一般有长方形、Ｌ形、Ｔ形、山形和□□形等。长方形：一般适用于中小型车间，其优点是便于建筑厂房的定型化和施工方便，其次在设备布置上有较大的弹性，也利于日后的发展安排；有利于自然采光和通风。注意：⑴工艺设备布置的管廊的两侧与布置在一侧可比，管廊长度缩短一半；⑵控制室应放在工艺设备中间，此时虽然管廊长度加长，但电缆、仪表控制线缩短；⑶平行分离的管廊应合并布置；⑷将预留放在管廊两侧比放在一侧更有用，这样可以减少初期投资；⑸设备应顺管廊布置，而不要与管廊垂直布置；Ｔ型、Ｌ型：也较常用，常用于较复杂的车间，其优点是：外部管道可以由两个或三个方向进出车间。山型、□□型：更为复杂的车间形式，一般不常采用。厂房形式越复杂，造价越大，同时也不利于自然采光、通风和散热。6.5厂房的柱网和跨度厂房的跨度主要根据工艺、设备、自然采光和通风以及建筑造价来选择。化工厂厂房跨度一般有6、9、12、15、18和24米，可根据实际情况选用。在化工厂中，单层厂房的跨度最好不要超过18米，这样可以简化结构，节省投资；单层的原料或成品仓库，如果有火车直接进入，则长度宜控制在24至30米；多层厂房的跨度一般为12或15米，由于受自然采光和通风的限制，最好不要超过24米。生产厂房的柱网布置也必须与工艺生产设备布置相协调，同时应考虑建筑结构上的合理性、安全性和坚固性，以及节约用材，降低造价；柱网布置还要合乎建筑模数要求，一般单层、多层厂房都宜采用6×6的柱网，如因生产和设备的要求，也不要超过12米。有些化工厂，由于设备的特殊需要，柱网布置不能符合建筑模数的，则可作单独考虑。最后，一个化工厂中，各个生产厂房的跨度和柱网采用的类型应尽量少一些，以便有利于建筑预制件的制造和有利于施工机械化，有利于节约材料和投资，并加快建筑施工进度。6.6厂房的空间布置化工厂厂房有单、多层之分，也可采用单、多层相结合的建筑方式。厂房的立面布置与平面布置一样应力求简单，要充分利用建筑物的空间，遵守经济合理和便于施工的原则。厂房每层的高度取决于设备的高低、安装位置、安全条件等。一般生产厂房每层高度采用4～6米，最低层高不宜低于3.2米，由地面到顶棚凸出物底面(净空高度)不得低于2.6米。在有高温或有毒气体的厂房中，要适当加高建筑物的层高，以利于通风和散热。在设计厂房高度时，应仔细研究一下所有的生产设备，一是应尽量将高大设备改在室外布置，二是将高大设备尽量集中布置，三是如果有个别较高设备则尽量单独处理，如利用天窗的空间，或将设备穿过屋顶，采用部分露天化等措施。6.7设备露天化问题在前面已经谈到，设备的露天化在经济上和技术都有很多优点，但该工作也比较复杂，应根据生产工艺的可能性和具体的地区条件慎重考虑。几属于下列情形者，应考虑设备的露天布置：⑴生产中不需要经常看管的设备，辅助设备，气候对之影响较小的设备，如吸附器、吸收器，不冻液体贮槽、大型贮罐、废热锅炉、气柜等；⑵需要大气来调节温度、湿度的设备，如凉水塔、冷却塔等；⑶不需要人工操作，高度自动化的设备；⑷气候温暖，没有酷寒和少雪的地区；不允许露天化的设备：⑴不能受大气影响，不允许有较大的温度变化；如若干反应器，特别是间歇操作的反应器和液相过程的反应器；使用冷冻剂的设备等⑵各种机械传动的设备和机器，如压缩机、冷冻机、往复泵等；⑶生产控制和操作台；6.8车间设备布置的基本内容与要求车间设备布置就是确定各设备在车间平面与立面上的位置；确定场地与建=构筑物的尺寸；确定管道、电气仪表管线、采暖通风管道的走向和位置。车间设备布置应作到：经济合理、节约投资；操作维修方便与安全；设备排列简洁、紧凑、整齐美观。露天车间：以主管廊为中心，对称分布工艺设备，两边设备外是换热器的抽管空间，再靠外是通道即道路。在中心管廊下安排两列泵，两列泵间是通道。大多数设备直接布置在地面基础上，要抬高的设备用加长的支脚、裙座或安装在支架上；往复泵与压缩机常设顶棚和布置在室内，它们的基础与通称物分开，防止震动传递给建筑物或其它设备。室内车间：室内车间设备布置基本原则与露天车间相同，注意几点：在整天车间中常用永久性操作平台，而室内常用活动操作平台；室外常用可移动的起重和维修设备；室外布置时预留抽管空间，而室内则倾向于将整台换热器运走修理。以下为车间设备布置的基本内容：通道车间设备布置的实质就是车间空间的分配设计，通道布置与工艺设备布置同样重要，在布置设计的各阶段，通道布置都是重点考虑点。车间中设备通常成列布置，每列设备至少一侧有通道，大的室内设备在底层要留有移出通道，并接近大门。主管架常布置在通道上，供工艺、公用工程、仪表管线、电缆、通风管道共同使用。下水道、地下管道等也沿通道布置，所以，通道要长而直形成方格。在操作通道上能看到所有的操作点和观测点，而且要方便操作。通道用于安装、维修、安全疏散等，所以不能一端封闭。通道净空高：人行道、狭通道、楼梯、人孔周围的操作台宽0.75m；走道、楼梯、操作台下工作场所、管架下净空高2.2~2.6m；主要检修通道、车间厂房间通道宽6~7m，净空高4.2~4.8m；次要道路宽4.8m，净空高3.3m；室内主要通道宽2.4m，净空2.7m；室内主要通道3m；泵列中泵墙/泵间1.2/1.8m等。安装与维修检修空间大。地面设备易于满足条件，塔的人孔、换热器的管箱对着道路，可以方便利用汽车吊和抽管设备；布置在框架上中的设备可利用设在框架上的起重梁、吊钩起吊，预留空间将设备移出至地面。室内设备要特别注意搬运通路和出口。从建筑物内搬运大型设备如反应釜是代价很大的，通常不仅要在上方预留吊装空间，在底层也要预留通行道路。也可以利用墙洞。设备的吊装方式对建筑物结构会有较大影响。中央吊装要加宽厂房，结构载荷及建筑造价都要加大。设备主要讲共性设备问题。在多层厂房中，计量设备在最高层，主要设备如反应器等在中层，贮槽和重型设备布置在底层；另外，对于重型设备或易震动设备，如压缩机、大型通风机、离心机等要尽量布置在厂房的地面层，设备基础重量应等于设备毛重的三倍，以减少厂房的震动和荷重，当必须布置在二或三层时，应安置在梁的上侧。某些辅助和公用工程系统的设备，在流程图及设计说明书中往往不予表达，但在设备布置时不能遗漏，如凝水收集罐、冷冻盐水换热器和泵、仪表空气干燥器等；流程式布置与成组布置相结合，以前者为主，尽量保持工艺流程在水平和垂直方向的持续性，同时对一些结构上和操作上本似的设备如几套相同的设备，同类设备或性质相似及操作有关的设备采用集中布置，如塔、反应器、泵、压缩机等；几套相同的设备，或同类型设备，或性质相似及操作有关的设备，应尽可能布置在一起，这样可以集中管理，统一操作，节约劳动力；在布置时，还应考虑相同设备或相似设备相互调换使用的可能性，这样可充分发挥设备的潜在力量。当遇到更换生产品种的车间布置时，考虑当设备进行类似性质的其它反应操作时，可无须重新安排。当设备布置时，应考虑到设备间的管线尽可能短，管线和物料的输送应尽量避免交错，同时，管道一般只能沿墙布置。设备与设备之间、设备与建筑物之间应有一定的安全距离。设备穿过楼面必须避开主梁。操作台应尽量统一安排，避免平台支柱零乱众多，以减少厂房内构筑物占用面积。厂房进出口、通行过道、楼梯的位置要安排恰当，主运设备的大门要比通过设备的宽度宽0.2米以上，要比满载的运输设备宽度宽0.6～1.0米。要尽量安排良好的采光条件，设备布置时应尽量让操作人员背光操作，高大设备应尽量避免靠窗布置,以免影响采光条件。有毒气逸出的设备,即使有排风设备也应布置在下风向的位置,对有剧毒的岗位,要设置隔离室单独排风。其它还有许多