【年产2万吨聚乙烯颗粒的生产工艺分析及厂房布置和物料衡算13000字（论文）】

年产2万吨聚乙烯颗粒的生产工艺分析及厂房布置和物料衡算摘要聚乙烯颗粒(简称PE)是乙烯经聚合制得的一种热塑性物质。聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀。常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性优良。由于聚苯乙烯良好的化学性能，使其在人们的生产生活等领域得到了广泛的应用。本设计为年产2万吨聚乙烯颗粒的生产工艺设计，首先对聚乙烯的结构、性能及聚乙烯颗粒的发展情况进行了简要的介绍；然后通过对聚乙烯生产工艺的文献综述，分析总结，结合实际生产设备，确定了聚乙烯生产的技术路线。本次设计选用是高压气密相法生产工艺，根据生产工艺对其进行物料衡算和能量衡算，并且对此次工艺的设备选型进行说明。最后，对年产2万吨聚乙烯生产工艺车间布置进行环境方案与安全生产流程设计。关键词：聚乙烯颗粒；物料衡算；生产工艺目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 III1绪论 11.1引言 11.1.1聚乙烯的结构与性能 11.1.2聚乙烯的性质 21.1.3聚乙烯成型工艺 21.2研究目的与意义 31.3国内外研究现状 31.3.1国外发展现状 31.3.2国内发展现状 41.4研究内容和研究方法 41.5聚乙烯树脂的主要应用 41.6设计范围 52生产工艺 62.1LDPE生产工艺的概述 62.2主要工艺流程 72.3LDPE工艺选择 72.4过氧化物的选择 82.4.1过氧化物种类 82.4.2过氧化物和氧气引发的不同点 92.4.3过氧化物的安全与防护 93厂房布置 113.1工厂选择和布局基本原则 113.2全厂总平面设计 113.3拟选厂址 123.4厂址的确定 124物料衡算 144.1基础数据概述 144.1.1乙烯规格 144.1.2催化剂进料对产品MFR的影响 144.2物料衡算 144.2.1聚合反应机理 144.2.2反应釜物料衡算 155能量衡算 195.1能量衡算总述 195.2基础数据 205.3各设备能量衡算 205.3.1加料段热量衡算 205.3.2进行反应段能量衡算 216设备选型 236.1选型原则 236.1.1满足工艺要求 236.1.2设备成熟可靠 236.2反应器选型 236.2.1反应器容积和生产能力的确定 236.2.2主要尺寸的计算 246.2.3反应釜技术特性表 246.3进出口管径 256.3.1聚合釜进料口管径 256.3.2聚合釜出料口管径 256.4闪蒸罐的计算 256.5其他设备的选型 267三废治理 277.1废水治理 277.2废渣治理 277.3废气治理 278参考文献 28附录 1绪论1.1引言随着经济的不断发展，人民生活水平有了很大提高，其中，物质革命的作用尤为突出。聚合物合成技术的进步极大地促进了合成树脂工业的发展，各种合成树脂都是合成树脂工业的新生力量。性能良好的塑料制品得到了广泛的应用。比如，在农业、包装、建筑、汽车、航空航天、国防等很多领域都可以看到塑料制品，积极推动了工农业的快速可持续发展和现代高科技的兴起。21世纪，随着信息科学等高新技术的不断渗透，合成树脂的产量、性能、用途不断提高，其应用范围日益扩大，对经济社会发展和人民生活水平的影响也越来越大。聚乙烯是最简单的聚合物,用途最广泛的聚合物之一。界面由-CH2-重复单元组成，性能好，无毒，无味，耐低温，塑性佳，化学稳定性好，一般不与其它试剂发生反应等优点，使聚乙烯的使用范围极为广泛，几乎在所有领域都有一席之地，尤其是在生产生活的的各个方面发挥着不可或缺的作用。聚乙烯颗粒的产品是农业上用于提高作物产量和缩短收获时间的标准做法，可以缓解极端天气变化对农作物带来的伤害，更好地保护粮食产品。1.1.1聚乙烯的结构与性能通常将聚乙烯树脂分为三大类，高密度聚乙烯(highdensitypolyethylene，简称HDPE)，线性低密度聚乙烯(linearlowdensitypolyethylene，简称LLDPE)，低密度聚乙烯(lowdensitypolyethylene，简称LDPE)。不同的链结构和分子量使得其在各自的性能和应用中有很大不同（如图1.1所示）。HDPE主链上几乎不含支链，结晶度高，分子量比较高，因此HDPE相对于其他乙烯树脂来说强度较高，但韧性比较差，被广泛用于吹塑成型。LDPE是质量最轻的一类聚乙烯产品，得到的LDPE产物分子链上含有较多的长支链，分子结构不规整，相较于HDPE和LLDPE，LDPE结晶度是最低，同时也使其性能柔软，韧性好。LLDPE是乙烯与少量高级α-烯烃（己烯、辛烯等）通过溶液法和气相法聚合而成的一类产品，LLDPE主链上只有很少的短支链或者没有长链，其机械性能介于上述两种聚乙烯树脂之间，熔点比普通LDPE高15°C左右，具有强度高、硬度好、抗环境应力开裂能力强等优点和耐酸碱等优良性能，是普通LDPE的几十倍。图1.1聚乙烯的支链结构示意图1.1.2聚乙烯的性质（1）物理性质不同种类的聚乙烯根据其性质的不同生产方法也有很大的不同，如LDPE采用高压法生产；HDPE采用低压法生产，同时不同的生产方法导致生产出的聚乙烯在结构和密度上存在较大的不同，从而导致性质不同。LDPE是高度支化的聚合物，无味、无毒。其分子量分布广，支链多，与HDPE相比，具有优异的柔软、延展、透明、不怕低温、低渗、加工性好等特点。更多的是用来吹膜成型。因为HDPE与LDPE两个的性质有很大的不同，HDPE其分子中短支链比较少，因此HDPE具有较好的耐热、耐寒、介电、加工、透水等性能，而且其力学性能和耐热性都优于LDPE。高密度聚乙烯的第一个用途是空心吹瓶。一般而言，LLDPE比HDPE有更短的支链长，但也比LDPE更短，LLDPE具有优秀的抗应力裂纹性能和电气特性，在高温下几乎没有影响，耐冲击、耐抗弯强度高。LLDPE中使用最多的是薄膜，其次是薄膜材料，塑料。（2）化学性质聚乙烯没有臭味，无毒有良好的耐低温性质，化学稳定性好。1.1.3聚乙烯成型工艺聚乙烯是一类热塑性树脂，吸湿性较弱，流动性能较强。其主要加工产品有管材、片材、薄膜类以及容器类等。根据种类的不同可通过注塑成型、吹塑成型、模压成型、滚塑成型等成型工艺进行一系列加工。吹塑成型对薄膜类产品可以应用；而大型容器类产品可通过滚塑成型；对于形状比较复杂的工艺制品可通过设计模具进行批量注塑成型；对于中空容器类产品我们可以可通过挤吹成型，就是将挤出，吹塑两种方法结合。1.2研究目的与意义通过对本课题的研究和分析，不仅让作为大学生的我对于聚乙烯的生产和设计工艺有了更进一步的认识和了解，同时对于相关的课程知识和内容的回顾也有着一定的意义。同时在分析和计算聚乙烯的生产工艺中所涉及到的物料衡算和能量衡算的相关知识，对于自己今后在学习和工作中也有着一定的帮助。目前，地球资源紧张，能源危机迫在眉睫。随着人类状况的改善，人类对环境资源的要求也变得越来越复杂。废塑料反复利用是为了节省能源，保护生态环境，是缓解能源危机的有效措施之一，也是缓解能源危机的有效手段，是有效利用资源和再循环利用的重要途径。最大输出的聚乙烯产品，使用最广泛的通用塑料、在聚乙烯产品不断生产的同时，我们应把更多的注意放在聚乙烯废物处理技术研究。并且加强持续塑料的回收，逼迫我们开发具有更高使用价值的不同类型的产品。1.3国内外研究现状当前国内外的制造商都向两个方向努力，其中一个方向是加大生产规模使产品的量很大，用低于市场的一般价格来占领市场；另一个方向是研制性能更好的产品，生产高质量的树脂产品，占据市场主导。近年来，大庆石化年产30万吨EM产品，为树脂产品开发提供了优质原料供应保障。优质电缆料等方面均有较大差距。因此，用己烯单体取代1-丁烯单体已成为市场发展的必然趋势。1.3.1国外发展现状国外非常重视产品性能的研究和开发，埃克森美孚化工公司、雪佛龙菲利普斯化工公司等，德国赫斯特公司用成功的crp100聚乙烯设计，它具有高密度等级。通过对设计数据的分析，该产品的硬度和韧性达到了平衡，为反应容器和长链支链混纺制品PE100的研制奠定了基础。采用抗蠕变材料制备而成，采用he3490-ls-ls-己烯单体制备而成，具有较高的耐快裂和慢裂性能，也具有较好的耐环境应力开裂性能。1.3.2国内发展现状中国石油化工股份有限公司于2012年研制出一种耐高温聚乙烯管树脂QHM22F，并进行了大规模工业化生产。尽管我国已经独立生产了。但仍存在着两个主要问题：一是我国1-己烯单体的产量远远不能满足国内需求；二是我国1-己烯单体共聚合的生产工艺还不够成熟，导致产品性能仍与国外先进技术及生产规模相较。国内产品，例如其中的产品质量是很不稳定，因为生产过程中原材料不断变化，这就导致了生产过程中因素的不稳定和多变，我国建筑管道中的树脂和天然气树脂大多是为满足国内需求而进口的，为了缩小国内外特种聚乙烯树脂生产工艺的差距，改进和开发具有新功能的优质聚乙烯专用原料，首先理论研究必须从材料结构和功能两个方面进行，以找出根本的、具体的问题，摆脱对国外进口产品的依赖，使我国乙烯行业拥有独立的生产装置和工艺。1.4研究内容和研究方法本文主要研究内容：本设计为年产2万吨聚乙烯颗粒的生产工艺设计，首先是对聚乙烯的结构、性能、性质及聚乙烯颗粒的发展情况进行了简要的介绍，接着对生产工艺进行阐述，本次设计选用是高压气密相法生产工艺，然后对其进行物料衡算和能量衡算，并且在此基础上对工艺的设备选型进行了说明，最后详细说明了三废的治理情况，并对此次的成果特点进行总结。本文主要研究方法：本论文拟通过学校图书馆及网络学术资源库收集、汇总聚乙烯相关理论研究的相关内容资料、对文献、书籍等进行归纳整理，解决对本文研究有用的重要理论和参考资料，以便理清思路，为论文写作提供理论依据。1.5聚乙烯树脂的主要应用低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LLDPE）等。LDPE和LLDPE是聚乙烯的主要产品，约有76.7%用于薄膜制品，而48.7%用于农用薄膜。制造塑料袋和塑料地膜是聚乙烯的主要加工产品。当今，国内外塑料薄膜覆盖栽培技术被许多国家采取，并取得了显著效果，是近现代农业中不可缺少的重要技术，经济效益是非常明显的。聚乙烯颗粒技术被我国引入多，并取得了长足的发展，从1995年到2005年，微粒的应用规模从1995年的650万公顷和47万吨增加到2005年的1350万公顷和94万吨，增幅均翻了一番，年均增长20%左右，成为地膜开发的一个高速时期。实践表明，在我国环境限制比较严重的地区，有效提高地温和抗旱能力都需要塑料。南方是高温多雨地区，能抵御早春低温，防止水土流失，寒冷地区能抵御春寒夏燥，保持肥力。保持苗期根系生长的作用。聚乙烯颗粒塑性团聚体的培养可使有效积温提高200～300℃；在中国的发展时期，也就是相当于向北推进500km左右，因此，中国的农作物分布发生了变化。应用聚乙烯颗粒塑料覆盖栽培技术在不断地被推广，大力增产，促进农业发展，解决城市菜篮子和米袋问题，被称为农业“白色革命”。1.6设计范围（1）对年产2万吨聚乙烯颗粒的生产工艺流程进行分析；（2）进行生产物料及热量衡算；（3）对主设备进行选型计算；（4）提出“三废”治理措施。

2生产工艺2.1LDPE生产工艺的概述通过调研目前使用聚乙烯技术的情况，我们发现有7家LDPE技术公司，10家LLDPE技术公司，12家HDPE技术公司。由工艺发展来看，高压LDPE生产PE树脂的方法是最成熟的工艺。目前，我国高压消毒器和管道式消毒器技术比较成熟。国外常用的制造管道的工艺方法。此外，国外公司普遍采用低温高活性催化剂促进聚合，降低聚合温度和压力。高压力LDPE的生产方法将向大规模、管型方向发展。所以本设计使用高压低密度聚乙烯(LDPE)气密地结合生产工艺。通过调整PA(丙醛)，通过新开发的高压聚合工艺气密，控制产物MI(熔体指数)的方法，使得生产控制体系非常稳定。简单的控制聚合操作，简单的PA，产品的商标容易开关，短周期，开关不符合产品规格过程是由高纯度乙烯聚乙烯，这是一种溶剂，这是一种有机过氧化物溶剂，这是一种有机过氧化物的解决方案，这是一个混合的压力分离坦克、低压分离罐，它必须被割断的挤出机，有各种各样的低密度聚乙烯产品。产品MI0.1546g/10min，由窄到宽分子量分布，密度为0.926g/cm3。主要产品有:塑料注射袋-运输袋-复合膜层压机、包装膜、高透明膜。二次压缩一次压缩乙烯聚合反应换热二次压缩一次压缩乙烯聚合反应换热 高压分离低压分离造粒混合加工高压分离低压分离造粒混合加工 聚乙烯成品 聚乙烯成品图2.1主要工艺流程图2.2主要工艺流程现将主要的工艺流程相关内容概述如下：（1）乙烯压缩以有机过氧化物为催化剂，经一次压缩机和二次压缩机两次压缩到反应所需要的压力130至250Mpa，于260℃左右高温进入聚合反应釜中在引发剂的作用下合成低密度聚乙烯。（2）引发剂和注射制剂生产的低密度聚乙烯与未反应的乙烯经反应器减压阀，进入产品冷却器，冷却到一定温度后，进入高压分离器，降压分离出大部分未反应的乙烯，返回二次压缩机进口。从高压分离器底部出来的聚乙烯经低压分离器，降压乙烯受压到反应，然后注入到相应反应的容器。（3）聚合预热乙烯分岔进入预热器，预热器加热到一个反应堆。这种聚合是在过氧化氢引发剂中进行的。聚合和未反应气体脉冲放电阀，冷却器进入高压分离器。（4）高压和低压循环气体处理高压分离器的乙烯顶部被分离，低聚物，然后返回到两个机器入口乙烯聚合物被释放到低压分离器。从低压分离器的顶部排出乙烯，冷却后，分离后，分离出的残余的蜡流出进入挤出机的助剂乙烯聚合物。（5）挤出造粒在挤压过程中，添加添加剂直接添加到挤出机(防粘结剂和滑移剂)中。在挤出机离开挤压机后，粒子在水下被切割而这些颗粒则会被空气供给系统脱水并干燥到除气器中。（6）除气、贮存、包装这些粒子被送进了除气器，空气被添加到底部以降低乙烷的浓度，从而降低了安全值。将被压缩的粒子送到储存箱，并将合格的产品送到包装上。2.3LDPE工艺选择本设计采用的是高压密度聚乙烯气密结合的生产工艺，生产中展示了该工艺的流程图。这种选择在一次压缩中加入调节剂有利于与乙烯进行更充分的混合，能更好的调节分子量的作用。产品的范围广，生产弹性更大，市场适应性强。这种方法更加高效更加有实用性操作简单容易控制。2.4引发剂的选择2.4.1过氧化物种类本装置所用过氧化物有四种引发剂TBPPI、TBPEH、TBPIN和DTBP：表2.1过氧化物种类过氧化物——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-乙基己酸酯状态液态状态液态过氧化物含量74~76%过氧化物含量约99%活性氧6.4~7.0%活性氧约7.32%分子量174.2分子量216.2密度（20）约850kg/密度（20）约900kg/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℃）约890kg/密度（20℃）约790kg/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<+30℃2.4.2过氧化物和氧气引发的不同点使用过氧化物作为引发剂，初始自由基引发作为热引发的结果，反应速率几乎完全依赖于温度，但几乎不受压力的影响。当使用氧气引发剂时，氧气和乙烯会产生自由基，反应速度会受到压力的极大影响。过氧化物作为引发剂的好处:（1）过氧化物引发剂更温和，并且工艺变得更加稳定。氧气是在一定的条件下会失效。（2）快速的过氧化物复合可以进一步提高反应堆输出。2.4.3过氧化物的安全与防护（1）过氧化物的SADT性质在特定的包装材料中，过氧化氢在特定的温度下加热速率是特别快的，以至于无法控制其分解导致爆炸等。这就是通常所说的过氧化氢的自加速分解性质。分解率取决于温度，纯度和产品加工工艺。尤其在温度过高的情况下，分解速度加快。若货品储藏区较小，或者温度环境过高，无法将热量传递到外界，会加速分解，导致严重燃烧爆炸，许多有机过氧化物必须有制冷设施，所有仓库必须有防火设施等一定灭火器材。因为蒸汽是在分解过程中产生的，所以填料中的压力将增加。为了防止仓库的压力过大以及由于长期分解造成的包裹破裂，仓库应该有压力释放装置。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.摩擦或撞击像过氧化氢一样，它是易燃的，应该远离火源和热源储存在寒冷的地方，并与促进剂等易燃物质分离，严格遵守产品标签上标明的储存温度。甚至稀释过的过氧化物仍然是腐蚀性的。因此，在处理过氧化物时，必须佩戴手套和防护眼镜。（2）过氧化物的储存条件表2.2过氧化物的储存条件产品SADT(℃)Tc(℃)Tmax(℃)Tmin(℃)TBPPI200-5-15TBPEH352010-30TBPIN35-25-20DTBP80-40-30TC=控制温度：不同地区安全运输的最高建议温度。过氧化物的贮存温度不宜过低，低结晶温度的Po，形成纯品，纯品的爆炸危险性很高。（3）叔丁基过氧化氢含量（TBHP）要求过氧化氢不能净化（除去杂质），高温和氧气作用都能产生TBHP。当体系中TBHP含量达到一定浓度时，会导致聚合反应失控分解。通常情况下，TBHP相对稳定，在聚合的初始阶段没有反应。只有当温度上升到一定程度时(通常在250摄氏度以上)，它就会迅速分解并产生大量的自由基，通过这种方式，系统的聚合会由链状增长转变为链状连锁反应和链状增长，反应热会在很长一段时间内积累，为了防止不受控制的分解，通常要求TBHP含量低于1000ppm。（4）过氧化物的毒性一般认为，有机过氧化物具有中等毒性，对中枢神经系统有刺激性和损伤的危害。

3厂房布置3.1工厂选择和布局基本原则选址就是根据当地经济政策和国民经济建设技术，结合当地产业布局和资源状况的要求，选择合适的建厂地点。选址应考虑以下几个方面：根据城市规划或工业区规划；拟建项目必须有适当发展的空间；尽量不占用好的农用地和耕地，节约用地面积；施工难度小，地质条件好；它不影响旅游业。文化的发展，不破坏文物古迹，不污染环境；原材料和原材料的供应应当合理、经济；水电资源必须充足；交通要方便、经济；项目建成投产后，应具有一定的经济效益。于此同时，还应关注技术经济、土地节约、投资节约和发展机会，并结合工厂的自然条件和适合当地情况的措施。满足生产要求，工艺合理；全厂生产计划必须与生产一致，遵循流程，减少物料的流动。符合厂内厂外运输要求，厂房布置应符合厂内运输方式。在核电站的设计中，首先要充分考虑到安全起火、爆炸、振动、噪声等因素，有些危险区域必须与起火、爆炸保持一定距离。精加工车间的振动对生产有一定的影响，要远离振动源，采取必要的隔振措施。噪音不仅影响工作，而且对人的健康有害。因此工厂的整体布局必须考虑噪声的防治。第一，采取隔音措施，减少噪声源产生的噪声；第二，可以用来保护部门噪声源和人声。3.2全厂总平面设计厂址总体布局采用整体布局形式。生产厂集中建在厂区西南面，气流向下，配电室位于厂区中心，便于各部门之间的能源输送、分配和供热，热电厂、锅炉房建在厂区西侧，职工宿舍离厂房较远，厂房内通风良好，花草丛生。1.原料库与成品库：解决好运输问题，合理规划原料输送、产品输入路线，做到全厂物料、工艺供热外管、地下网管、电缆等的布置有序、经济合理[8]。2.冷却工艺：应接近聚乙烯工艺的外部冷却，以减少冷却损失。3.维修车间：靠近主生产车间，便于维修。4.厂前区：应沿主风垂直方向组织，并与厂前区分开，使环境条件较舒适。5.绿化区：分布在厂前区和厂房周围，减少噪声、美化环境、净化空气。3.3拟选厂址根据上述要求拟订兰州新区、宁夏经济开发区、西安经济开发区作为拟选厂址对象，并进行如下对比：地理位置兰州新区位于中国西北部秦王川盆地，位于甘肃省兰州市境内。它是我国西北地区第一个民族新区和第五个民族新区。它是国务院向西开放、建设西北地区重要经济增长极的重要战略平台，距兰州市60公里范围内，毗邻中川机场的兰州国际机场新区。（2）土地资源和工业地价兰州的地貌多为黄土高原丘陵，面积大，土壤多为黄土，土地集中连片；查阅相关资料，兰州地区工业地价逐年降低，2019年大概为18万元/亩。宁夏地区无岩溶、滑坡、土洞等不良地质现象，大部分为软丘，工业土价格16万元/亩。西安地区工业地价为20-40万元/亩。（3）交通运输兰州新区对外交通运输方式主要有航空、高速公路和铁路。中川机场客运航线有218条，T3航站楼建成后，将有300条铁路线，其中兰新铁路、包兰铁路等10条铁路线，2020年将增至19条。同样，西安的运输方式有铁路、公路和航空，国内航线155条，9条国家高速贯穿全省。除铁路、公路和航空运输外，宁夏还通过河流和港口运输，国内航线70多条，国际航线有新加坡、吉隆坡、香港、澳门、仰光、大阪、首尔等8条。3.4厂址的确定宁夏自治区，简称宁夏，是银川的省会，位于中国西北部，东与陕西毗邻，西、北与内蒙古接壤，南与甘肃接壤，位于宁夏回族自治区，总面积66400平方米。宁夏地面由西南向东北逐渐倾斜，有柯林斯和海鸥。宁夏地处黄河水系，地势南高北低，呈阶梯状下降。全区属干旱半干旱温带大陆性气候，只适宜建厂，根据以上比较，最终选址为宁夏经济开发区。

4物料衡算4.1基础数据概述4.1.1乙烯规格在这个设计中，乙烯是在乙烯破裂的气体油原料中使用的。在净化了乙烯供给系统后，质量规格达到了乙烯的要求。4.1.2进料对RDF产品的催化作用熔融流量（MFR）是聚合过程中的一个重要参数，为了控制MFI的浓度，要求生产过程的环境值，而这个值和PA的总和是相关的。在正常生产设备中，控制MFR的方法是控制总PA注入量，以控制熔融指数和切换不同的品牌。4.2物料衡算4.2.1聚合反应机理（1）链引发a.引发剂分解此时形成初级自由基，即吸热反应，活化能在105-150KJ/mol之间。ROOR→RO·+·OR(初级自由基)b.初始自由基与单体结合，然后形成单体自由基，放热作用，20-34KJ/molRO+C2H4→RO-CS2-H2・（单体自由基）诱发时，一部分副作用可能不参加自由基单体的自由基形成。无法继续链条。因此该步骤应该被认为是链的触发器内。（2）链增长R·+CH2=CH2→RCH2-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·+R1CH2-CH2-R2→R-CH-CH3+R1-CH2-˙˙CH2-R2c、分子内部转移：R-CH2-CH2--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8-21KJ/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：.(3-1)4.2.2反应釜物料衡算有质量保存：ΣM进给费ΣM出料=ΣM积累材料没有积累的情况：ΣM进制费=ΣM出料用本设计计算时，出货量=供给量计算。考虑到实际生产所需设备的翻新和导致停机的因素，计算在每年的8520个工作小时计算，并且在此计算带有2420H的品牌名称的聚乙烯地膜产品，原因在于不同等级的聚乙烯。聚合釜进料衡算：先确定2万吨PVC的生产标准。该设计采用连续生产技术，根据各釜体的产量计算数据，各釜的需用时间设计为6小时，设计为26小时。20000÷8520×6÷26=0.54t/釜由于需要更换进料中的高级气体，释放后，装置保持力为0.1MPa，加0.1MPa氢气至0.2MPa的总压，置换后，己烷通过己烷进料管加入聚合反应器，此时约4.5t己烷，聚合物中的液位可达到35%。当己烷添加设计时间为1.5h时，己烷添加速率如下：Vm=4.5t÷1.5h=3t/h其摩尔速率为：Vn=3×106g/h÷86(g/mol)=34883.7mol/h核反应堆内的压力为0.4mpa时，与水的相对密度为（水=1）。ρ=0.66，体积率如下：Vv=Vm/ρ=3000kg/h÷0.66×l0-3kg/m3=4.55m3/h置换时的氢分压为0.1MPa，氢的添加量为：根据PV=NRT式计算，该围巾V=25m3，P=0.1MPa，T=298T，R=8.315Pa·m-3·mol-1·K-1得：N(H2)=0.1×106Pa×25m3÷298T÷8.315Pa·m3·mol-1·K-1=1009mol加氢质量：M(H2)=N(H2)·Mmol=1009mol×2g/mol=2018g氢气的加入速率为：Vm=2018g/h=2.018kg/h由生产经验得乙烯的转化率为：1000÷1020=98%预计产品吨所需乙烯为：0.54t÷98%=0.5t已知乙烯相对密度（水=1）：ρ=0.61所需乙烯（液体）体积为：V(C2H4)=m/ρ=3400kg÷0.61×l0-3kg/m3=5.57m3计算乙烯的转化率。(3-2)式中，V—反应器体积25m3—加入反应器的组分A的摩尔数—-组分A的转化率t—反应时问装置里的乙烯含量可以通过公式(3-2)增加，换算率也增加了。所需的标准已经达到，装载系数为0.7是乙烯的用量为：M(C2H4)=3.4t÷0.7t=4.86t乙烯的体积为：V(C2H4)=m/ρ=4860kg÷0.61×10-3kg/m3=7.97m3乙烯的摩尔数为：N(C2H4)=M(C2H4)/Mmol=4.86×106÷28(g/mol)=173571mol乙烯反应时问为2.22h，乙烯进料时间设计为：6h-1.5h-2.22h=2.28h乙烯的进料速率：Vm=M(C2H4)/ρ=4.86t÷2.28h=2.13t/h乙烯的体积进料速率：Vv=V(C2H4)/ρ=7.97m3÷2.28h=3.5m3/h乙烯的摩尔进料速率为：Vn=N(C2H4)/t=173571mol÷2.28h=76127.6mol/h催化剂的加量约为反应物总质量的0.1~0.01%，得到的催化剂加料质量为：M催=M(C2H4)×0.0l%=4.86t×0.01%=0.486kg聚合釜总进料量：∑M进料=M(C2H4)+M催+M(H2)+M(C6H14)∑M进料=0.486kg+4.86t+2018g+4.5t=9362.66kg聚合釜出料衡算由反应产生的聚乙烯的质量是由饲料时间的0.54t计算出来的。这个时候聚乙烯的分子质量是由1000倍的分子质量计算的。乙烯回收过程：N(HDPE)=0.54t÷100000g/mol=0.0054mol乙烯未反应部分总质量：M剩余=4.86t-0.54t=4.32t进入回收罐的部分质量为：M罐=1.4t进入闪蒸罐的质量为：M闪=0.11t放空的质量为：M放空=M剩余-M罐-M闪=4.32t-1.4t-0.11t=2.81t放空的物质的量:N放空=M放空/Mmol=2.81t÷28g/mol=1003.25mol物料衡算表如下表3.1所示：表3.1物料衡算表名称进料己烷4.5t氢气2018g乙烯4.86t

5能量衡算5.1能量衡算总述当一个系统经过一定的过程时，其内部能量的变化等于系统从环境中吸收的热量与其外部功的差值，即其的总质量：△E=Q-W(4-1)式中，△E—系统内部物料能量的变化Q—物料从外界吸收的热量W—物料对外界所作的功系统内能量的变化△E系统能量变化=（生产系统总物料能量）（输入系统总物料能量）+（系统累计物料能量）热量衡算方程：∑HP-∑HF+Eq=q(4-2)式中，∑HP—单位时间生产系统的物料集，即物料带来的总能量∑HF—单位时间内输入系统的材料的总价值，即材料带来的总能量Eq—单位时问系统内能量的积累q—单位时间内进入系统的热量是系统的吸热量开放系统-与环境交换物质和能量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：当只有一种材料通过系统流入或流出热量时，由于材料进入系统而进入的能量为：∑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—离开系统时焓的单位质量物质(kJ/kg)若恒压比热量不随温度变化，或取物料在恒压比热量下的平均温度为:∑HP－∑HF=qm(H2-H1)=qmcp△T(4-6)5.2基础数据材料通过核反应堆输送，其温度接近室温，计算过程需要25℃，材料加热至85℃，热水入口95℃，出口88℃。乙烯聚合热是3392.9kJ・kg-1。在85℃反应，在55℃输出物质。冷却水口温度：38℃，出口温度为：45℃。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己烯Cp2.68kJ·kg-1·℃-1己烷的蒸发潜热316.38kJ·kg-1水的比热(C(H2O))4.20kJ·kg-1·℃-1氢气的比热(C(H2))28.12kJ·kg-1·℃-15.3各设备能量衡算5.3.1加料段热量衡算乙烯的质量流量为：m=M(C2H4)=4.86t乙烯的焓值变量：△E=mcp△T=4.86×103kg×3.19kJ·kg·℃-1×(85-25)℃=930204kJ己烷的质量流量为：m=M(C6H14)=4.5t己烯的内能变量为：△E=mCp△T=4.5×103kg×2.68kJ·kg·℃-1×(85-25)℃=723600kJ氢气的质量流量为：m=M(H2)=2.018kg氢气的内能变量为：△E=mCp△T=2.018kg×28.12kJ·kg·℃-1×(85-25)℃=3404.8kJ总进料的内能变量：△E=930204kJ+723600kJ+3404.8kJ=1657208.8kJ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=1657208.8kJ÷3.79h=437258.3kJ/h当反应器的热损失为10%时：Qt=Q平均×(1+10%)=680413.79kJ/mol物料加热通过热水则所需水流速为：Qt=∑HP－∑HF=680413.79kj/h÷4.20kJ/kg·℃-1÷(95-85)℃=16200.33kJ/h5.3.2反应段能量平衡衡算在反应过程中，聚合器中的压力为0.48mpa，通过85度的催化反应可以合成聚乙烯。一般而言，0℃的反应热大于25℃，25℃的反应热用作反应热处理。冷却水的开始温度是25℃，从水中35℃。参与反应乙烯质量：M(C2H4)=4.86t生成聚乙烯的反应热为：Q反=3392.9kJ·kg-1×4.86×103kg=16489494kJ己烷的蒸发潜热为：Q潜=316.38kJ·kg-1×0.3×103kg=94914kJ反应釜的热损失是10%，冷却水带行走的热量是:Q冷=(Q反-Q潜)×1.1=(16489494kJ-94914kJ)×1.1=1709438.5kJ所需冷水质量为：M水=Q冷/(C(H2O)·△T)=1709438.5kJ÷4.20kJ·kg-1·℃÷(35-25)℃=40700.9kg反应时间为：t=2.22h通过冷水物料冷却，则所需水流速为：qm=M水/t=40700.9kg÷2.22h=18334kg/h6设备选型6.1选型原则6.1.1满足工艺要求设备的选型、选型要充分考虑技术要求，力求技术先进、经济合理，根据各种产品的需要，可以保证产品的质量。可以降低劳动强度，提高劳动强度。动态效率它可以减少与原材料消耗相应的公共工程（水、电力、天然气）。可以提高环境保护，设备制作容易，材料易于获得。当设备选型时很难完全满足上述条件，但必须根据以上方面对设备进行详细的比较，并拿出最佳方案。6.1.2设备成熟可靠由于是工业化生产，所以不能设计不成熟的、非生产的测试设备。选型不仅要设计出可靠的技术性能、设备、材料等；引进设备，特别是生产关键设备所用设备和材料的可靠性，必须在选型科学的基础上充分研究和比较。6.2反应器选型反应器按结构可分为管式、茶壶式、塔式、固定式和流态化四种，本项目采用的聚合工艺为日本三井石化公司的CX工艺，该工艺为间歇式EM反应器，因此选择该反应器作为反应器。6.2.1确定反应器容积和生产能力由物料衡算得：每釜填料为：Vm=V(C2H4)+V(C6H14)=5.57m3+4.55÷(2/3)m3=12.07m3填料的系数是70%。反应釜的体积是：V=V物/70%=12.07m3÷70%=17.2m3所以反应器容积选用18m3罐选用数量由物料衡算设计得出为26个。按每釜每6h生产3.3t计算年产量：3.3t×26/6h×8520=121836t富余量：(121836t/120000t-1)×100%=0.15%能满足生产要求。6.2.2主要尺寸的计算长径比为1.8，体积为18m3时，聚合釜筒的体内按如下计算： m 式中，D—反应釜直径(m)V—反应釜体积(m3)α—反应釜长径比筒的高度为：H=2.6×1.8=4.68式中，H反应釜高度(m)6.2.3反应釜技术特性表表5.1反应釜技术特性表项目指标釜体釜体夹套设计压力MPa0.480.6工作压力MPa0.480.6设计温度℃100110工作温度℃8525~95全容积m32525加热面积m24242保温层厚度mm5050主体材料Q235-B/16MnRQ235-B/16MnR腐蚀裕量mm01.5焊缝系数11传动传动方式下传动下传动轴封形式双端面机械密封双端面机械密封6.3进出口管径6.3.1聚合釜进料口管径供给口被聚合釜封锁着。聚合釜中各釜反应混合物的体积为20.66m3，供应时间为τ1=90min的话，每秒供给流动率：V进=V物/τ1=20.66÷(9060)=0.0038m3/s供给流速为0.0029m/s时，供给口管道的直径为：m所以进料口内径d=1.2m6.3.2聚合釜出料口管径在聚合容器直径最低的位置打开排气口。因为几乎都是丙烯和聚丙烯的密度，所以完成后的聚合混合物的体积是11.15m3。出货时间是τ2=90min的话，每秒的出率：V出=V物/τ2=11.15/(9060)=0.0021m3/s出料流速也为0.0029m/s，则出料口管道直径为：m出料口管径取DN200，出料口内径0.96m。但是，考虑到材料的出口，为了增加粘度和减少电阻而设置调整阀，材料出口管径取DN250。也就是说，材料出口管径d2为0.96m。6.4闪蒸罐的计算闪蒸罐的设计压力为20~25MPa。为了达到最佳的闪蒸效果，闪蒸罐的材料系数要比普通设备的材料系数小，以保证更大的空间，在闪蒸罐的设计中，负荷系数取0.6闪蒸罐的容积V可按下式求取：V=W/(d×f)式中：V—闪蒸罐所需容积W—聚合釜聚乙烯产量d—聚乙烯密度f—装料系数设聚合釜的产量是3.3t，聚乙烯密度为0.946t/m³，装料系数为0.6.则V=3.3÷(0.946×0.6)=5.8m³所以闪蒸罐体积V=5.8m³6.5其他设备的选型其它的设备主要是泵的选择。在工业化生产中，有供应泵、回流泵、底泵、循环泵、产品泵等多种泵。石化泵的选择满足流、压头等工艺参数的要求。压力、温度、空化残留等要求和现场安装要求都需要符合其应有的要求和设计。（1）泵流量应该考虑在内。一方面，泵的容量的相关设计应该要根据具体的设计要求来确定。而泵容量的平衡应该是平衡的。另一方面，泵的流量应该根据生产需求决定。在确定泵流量时，应综合考虑设备的能力和设备的设备能力平衡。（2）根据生产要求决定泵的升力。选择泵的话，管道系统的压降计算在工艺设计中会变得更复杂，所以请适当地允许泵头。通常为正常升程的1.05到1.1倍。（3）在