18.5万吨年乙丙橡胶生产工艺设计

I18.5万吨/年乙丙橡胶生产工艺设计摘要乙丙橡胶（EPR）是一种应用于汽车配件业、建筑工程业、电子电气行业的重要弹性体，是一种单体组成为乙烯、丙烯为主的天然橡胶替代品，2020年全球EPDM市场将达到72亿美金，以聚合过程是否包括第三单体区分为二元乙丙橡胶（EPM）及三元乙丙橡胶（EPDM），主要聚合方法有溶液法、悬浮聚合法及气相法三种。该设计为年产18.5万吨三元乙丙橡胶生产工艺设计，采用溶液聚合工艺，阴离子配位聚合机理，第三单体为乙叉降冰片烯（ENB），催化体系为Zieg1er-Natta催化体系，该设计进行了厂址选择、经济分析、物料衡算、热量衡算、设备选型的详细阐述，并且对工厂建造及三废处理给出相应建议。关键词：乙丙橡胶；生产工艺；设备计算；三废处理

ABSTRACTEthylenepropylenerubberisanimportantelastomerusedinautoparts,constructionengineering,electronicsandelectricalindustries.Itisanaturalrubbersubstituteconsistingmainlyofethyleneandpropylene,theglobalEPDMmarketisexpectedtoreach$7.2billionby2020.EPMandEPDMareclassifiedaccordingtowhetherthepolymerizationprocessincludesthethirdmonomer.Themainpolymerizationmethodsaresolutionpolymerization,suspensionpolymerizationandEPDMrubberpolymerization.Thedesignisfortheproductionprocessof185,000tonsEPDMrubberperyear.Thesolutionpolymerizationprocessisadopted,themechanismofanioniccoordinationpolymerizationisadopted,thethirdmonomerisENB,andthecatalystsystemisZieg1er-natta,thesiteselection,economicanalysis,materialbalance,heatbalanceandequipmentselectionaredescribedindetail,andcorrespondingsuggestionsforplantconstructionandwastetreatmentaregiven.Keywords:Ethylenepropylenerubber；productionprocess；equipmentcalculation；wastetreatment

目录第1章绪论 21.1设计依据、指导思想及设计原则 21.1.1设计依据 21.1.2指导思想 21.1.3设计原则 21.2厂址的选择 31.2.1地理环境 31.2.2选址 31.3车间布置及生产制度 41.3.1车间布置 41.3.2生产制度 4第2章工艺论证 52.1工艺原理 52.2原料规格、产品规格 62.3产品的性质、用途 72.3.1产品性质 72.3.2用途 82.4产品的合成工艺路线 82.5“三废”及其处理 82.5.1废水处理 82.5.2废渣处理 92.5.3废气处理 92.6安全生产 92.6.1消防安全 92.6.2生产安全 10第3章工艺流程设计 113.1工作任务及管理范围 113.2工艺流程简图 123.3工艺流程 13 13 13 13 14第4章物料衡算 154.1计算基础 154.2物料衡算 164.2.1新鲜进料量 164.2.2去单体回收工段物料量 164.2.3聚合工段出料量 174.2.4过程物料平衡表 174.3T0201物料衡算 174.4T0202的物料衡算 194.4.3液相出料中各组分的含量 204.4.4气相中各组分的含量 204.5V0201物料衡算 214.6V0202物料衡算 234.7R0201物料衡算 254.7.1计算依据 264.7.3各组分气相出料量 264.7.4各组分进料量 274.7.5R0201的物料平衡表 28 29 295.1.1计算依据 295.1.2进料及液化带进热量 295.1.3出料及汽化带出热量 29 305.2.1计算依据 305.2.2各物料的平均定压热容表 305.2.3进料及组分溶解、液化带入的热量 305.2.4出料带出热量 315.3R0201热量衡算 315.3.1计算依据 315.3.2各物料的平均定压热容表 315.3.3各组分进料带入的热量 325.3.4各组分出料及汽化带出的热量 32第6章设备选型 34 346.1.1计算反应器的公称直径及高度 346.1.2搅拌功率的计算 34 35 386.3.3计算泵轴功率 406.3.4泵的选型 40 40 416.5.1计算依据 416.5.2设计计算与选型 41第7章经济技术分析 42结论 43参考文献 44致谢 46附录 47前言乙丙橡胶（EPR）是一种应用于汽车配件业、建筑工程业、电子电气行业的重要弹性体，是一种单体组成为乙烯、丙烯为主的橡胶，随着工业进程的不断发展，发展到现在逐渐形成了两类组成成分不同的乙丙橡胶，分别为组成单体为两种和三种的乙丙橡胶。第一类组成单体为两种的乙丙橡胶（乙烯、丙烯），主要改性方法为物理改性（如添加填充物质增强弹性体某方面性能，弥补其不足性能），其性能不如三元乙丙橡胶。三元乙丙橡胶除主要单体为乙烯、丙烯外，还在聚合过程中加入少量第三单体（少量非共轭二烯烃，如乙叉降冰片烯等），综合性能更优与二元乙丙橡胶，使其在行业各个领域更与有丰富性，“三元乙丙橡胶改性方法除物理改性外还可以更换不同的第三单体和进行硫化来进行改性，使其应用面更广。在生活中各个行业各个领域已经成为了不可缺少的、少有替代的一种重要弹性体。”[1,2]乙丙橡胶在分子链化学结构上，各单体单元成无规分布，有着较低的规整度，从而显现出弹性特性。“三元乙丙橡胶由于第三单体非共轭二烯烃的加入，侧链呈不饱和状态，加入硫磺等硫化剂可进行硫化，在保留二元乙丙橡胶的基础上，有着更加优异的性能，从而有着更加广阔的分支种类。”[3,4]1950年Zieg1er-Natta催化剂被合成之后，乙丙橡胶的工业生产工艺得到快速发展，“至今乙丙橡胶的生产工艺主要分为三种，分别为溶液聚合工艺、悬浮聚合工艺及气相聚合工艺，溶液聚合因其操作稳定性被成熟发展，已成为乙丙橡胶工业生产的主要方法。”[5,6,7]“全球乙丙橡胶的出售市场稳步增长，其中三元乙丙橡胶增长最为迅速，2020年预计可达72亿美元，我国及亚洲所占比例较大，乙丙橡胶进口国家包括中国、日本、马来西亚、印度、中国台湾和韩国。”[8,9,10]2014年亚太地区乙丙橡胶需求量大约占全球EPDM需求量的40％。“并且结合有关数据预计我国及亚洲地区EPDM需求量稳健增长。需求及增长将达到前所未有的高度，我国汽车配件业、建筑工程业、电子电气行业等行业的飞速发展必然导致这种结果。”[11,12]第1章绪论1.1设计依据、指导思想及设计原则1.1.1设计依据该毕业设计主要依据：（1）燕京理工学院毕业设计相关标准。（2）相关国家化学生产部门的相关规定及相关行业生产标准。（3）乙丙橡胶车间生产工艺操作（4）参考相关书籍：=1\*GB3①《化工工艺手册》。[13]=2\*GB3②《聚合物反应工程》。[14]=3\*GB3③《化工制图》第四版（化学工业出版社）。=4\*GB3④《化工设备机械基础》第三版（化学工业出版社）。=5\*GB3⑤《化工仪表及自动化》第六版。=6\*GB3⑥《化工原理》第二版。1.1.2指导思想该设计的指导思想主要包括：（1）采用溶液聚合法，保证生产安全及产品质量。（2）遵守国家相关环境保护及劳动安全等法律法规，发展环境友好型生产。（3）生产线自动化程度高，降低人工操作风险。（4）危险品储存及生产完善相关消防报警系统（5）为保证在生产中设备的正常运行及人员安全，厂区的相关建设、建筑的建造需按照专业建筑建设标准建造。1.1.3设计原则(1)生产过程中，严格执行我国相关法律法规，保证生产按规定进行(2)发展环境友好型、绿色可持续发展，做好三废处理。(3)易燃易爆区完善相关消防报警系统，保证操作人员生命安全1.2厂址的选择1.2.1地理环境营口市，是辽宁省境内的一个风景秀丽的沿海城市，温暖舒适四季分明。西邻渤海海湾，海洋资源丰富。大辽河通过营口市进入渤海海湾，有一定的水利优势，地理位置上属于辽东半岛西北部。所占面积5402平方公里，约占辽东半岛总面积的18.37%。如今，营口市的行政区域划分为四区两县，当地常驻人口现有231.4万人。营口市政府机构位于西市区。“营口市地名由来，清朝康熙年间蒙古巴尔虎人在此地放牧，巴尔虎人的住所相连，远远望去像是军营，故人们将这一带称为“营子”，1867年，此地第一次以营口命名，从夏商周时起，便分属各地管辖。秦朝建立后，仍属辽东。汉朝建立该地区最早的县制。”[15,16]营口市位于辽河入海口旁，处环渤海湾，中石化在建乙烯项目三大区域之一，西邻渤海湾，东与大连、鞍山市接壤。营口市地形东为山地，中部丘陵，西为平原分别为营口市总面积的27%、31.6%、41.4%，从东南到西北依次倾斜。该市气候属大陆型季风气候，冬季较长且寒冷，夏季多雨温热，秋季温度适宜凉爽舒适，春季多风干燥，四季分明，光照条件及热量较为充足。营口水源丰富，有河流150多条，大中型河流有大辽河、大清河碧流河等。营口市临海，海岸线长122公里风能丰富，电力水源可以得到保障。由于有着优越的地理位置，所以交通便利，营口市有着港口，铁路，公路管道运输等多种运输方式，被国家确立为全国性交通枢纽，是港口型交通承载城市之一。营口市经济呈向好向快发展，总体经济水平逐渐增长，截至到2018年，据相关数据显示本市当年经济生产价值为1346.7亿元，人均生产经济价值也有所提高，达到5.5295万元，相比较2017年经济生产价值总量增长6.8%。营口市第一、第二、第三产业经济结构齐全，化工企业属第二产业，故在此重点介绍第二产业。营口市第二产业经济生产价值总量约占总产业的44.4%，总量达597.7亿元，相较于2017年来说增长6.21%。营口市工业生产产品主要包括金属及有色金属类、塑料及防火材料、粮食加工产品、建筑及工业用料等，各类产品产量相较于2017年都有着10%左右的增长，第二产业发展趋势较快增长呈良好趋势，产业所包括的企业制造价值收入达到2055.5亿元，向国家缴纳税款225.2亿元。营口市化学原料产量相较于2017年增长12.4%，化学原料的产量提高，极大的有利于发展化学制品的发展。中石化在渤海海湾在建项目中乙烯生产设备的建造为乙丙橡胶行业提供了主要原料之一。营口市2018年发电量达146.7亿千瓦小时，其中风能发电占较多比例，风能发电为为工厂提供了持续的电力。1.2.2选址该车间建于营口市高新技术产业开发区，于1992年被营口市市政府机构规划为高新区，取得较好成果。2010年取得国家许可，成为营口市重点发展区域，致力于打造技术研发及产业化于一体的新型产业集聚地，成为提升改造传统产业，带动新兴产业的示范区。高新区三面环水，水源丰富，风能充足，临近港口,辽河大桥贯通南北，紧邻滨海大道贯穿全市，交通便利，工业园区面积20.47平方千米，是省政府重点扶植的综合性工业园区。1.3车间布置及生产制度1.3.1车间布置该车间生产设备的布置，需要满足生产中产能及正常运行等实际问题，同时也需要满足生产中的突发问题，方便设备的安装与检修，在满足上述要求的情况下，要尽可能的整齐、有序、紧凑，节约占地，满足生产安装及生产安全。生产装置需满足生产工艺要求，物料装卸线不易过长，保证产品出料操作有充足的空间。在满足生产工艺及安全的条件下，首先确定反应装置的安放位置，其余设备要整齐有序的围绕反应装置安装，便于装置的安装、操作及安全检修工作的进行，厂房建造多层平台，平台四周每层需要配置安全通道，便于危险逃生。车间内必须配置符合规定数量、规格的消防防火防爆装置及人员发生危险便于抢救的急救设施。厂房内需要有明显的禁止标识，划分人员通道及设备区。反应装置管道、仪表、阀门等操作单元尽可能贴近地面，便于操作人员手工操作及设备仪表的检修，保证工艺生产的顺利进行。1.3.2生产制度人员分配：生产原料的管理1人/班，溶液比例控制1人/班，反应装置操作2人/班，回收工序1人/班，产品出料及后处理2人/班，四班三倒，共计28人。第2章工艺论证2.1工艺原理2.1.1生产方法自从Ziegler-Natta催化体系被开发出来之后，乙丙橡胶生产工艺被不断完善，“如今乙丙橡胶的生产方式逐渐发展主要形成了三种不同的聚合路线。其中溶液聚合是在被溶剂稀释的均相体系下进行的，可以有效防止体系粘度过大等问题，但反应热易聚集。悬浮聚合是在分散介质的包围中进行的，生产中反应热不易聚集流程简单，但容易阻塞装置管道。气相聚合实在气态下进行反应，所得产品后处理流程少，但产品通常比较单一，没有适用性。”[17,18]20世纪中叶，溶液聚合就被应用于乙丙橡胶的规模化生产当中，经过多年的不断发展，溶液聚合早已成熟完善，成为世界生产乙丙橡胶最为广泛的一种方法，每年生产乙丙橡胶的数量占到很高比例，约8%。20世纪90年代末气相聚合才被应用于乙丙橡胶规模化生产中，因各种原因，现已停产。悬浮聚合法现有两家公司使用。2.1.2溶液聚合法溶液聚合工艺路线在乙丙橡胶的生产中有这两种不同的催化体系。其中更早开发出来的同时也是发展较为成熟的一种体系是齐格勒-纳塔催化体系，属于复合型有机金属催化剂，应用于离子配位聚合当中，在较低压力下可有效进行聚合反应，不需要很高的聚合温度，一般在30至50摄氏度左右，对装置性能要求不高、工艺灵活性较大。聚合反应效率在8%-10%可达到乙丙橡胶生产要求，因此此类催化体系在乙丙橡胶生产中应用更为广泛。另一种乙丙橡胶催化体系是开发时间较短、技术还不够成熟、应用还未普及的茂金属催化体系。该化学结构为上下夹层配位结构（上层、下层为环戊二烯及衍生物，中层为IVB族过渡金属）。在该体系催化下，采用较高温度可发生所需反应，用量更少，活性更高，反应效率相较于前一种体系高出6.4%左右且生产出的产品不需要进行脱除，产品质量及可加工性优于前一种催化体系，总体来说，此类催化体系的发展为乙丙橡胶的溶液聚合奠定了基础，是今后发展的前进方向。溶液聚合后得到产物需进行脱溶剂、脱催化剂等工序后，得到橡胶产品。“溶液聚合的产品含有少量灰分，在制备过程中因其在溶剂中进行故传质传热效果不好。其聚合产物质量分数介于8%-10%,聚合效率不高，产品的后处理以及溶剂回收过程很长，设备复杂，故生产成本较高。”[19,20,21]2.2原料规格、产品规格2.2.1原料规格表2.1乙烯规格表规格名称规格规格名称规格乙烯含量（体积分数）%99.90二氧化碳含量/（mL/m3）10甲烷和乙烷含量/（mL/m3）1000氢气含量/（mL/m3）10C3及C3以上/（mL/m3）50乙炔含量/（mL/m3）10一氧化碳含量/（mL/m3）5水含量/（mL/m3）10硫含量/（mL/m3）2表2.2丙烯规格表规格名称规格规格名称规格丙烯含量%99.6CO含量/（mL/m3）2乙烯含量/（mL/m3）20CO2含量/（mL/m3）5乙炔含量/（mL/m3）2丁烯、丁二烯/（mL/m3）5甲基乙炔、丁二烯/（mL/m3）5水含量/（mg/kg）104硫含量/（mg/kg）1氧含量/（mL/m3）5表2.3ENB规格规格名称规格规格名称规格ENB含量（质量分数）98.5%水含量（质量分数）50PPm轻组分（质量分数）1.0%阻聚剂（质量分数）80-150PPm重组分（质量分数）1.0%表2.4己烷规格规格名称规格规格名称规格密度（g/cm3）0.66-0.68溴值（不饱和组分）0.05g/L水含量100PPm2-甲基戊烷（质量分数）0.29%己烷含量（质量分数）83%3-甲基戊烷（质量分数）7.98%续表2.4己烷规格规格名称规格规格名称规格蒸馏温度65-70℃甲基环丙烷（质量分数）8.52%硫含量5PPm表2.5氢气规格规格名称规格规格名称规格氢气含量（体积分数）98%CO2含量（体积分数）20PPmCO含量（体积分数）5PPm硫含量0.2mg/m32.2.2产品规格表2.6产品规格项目规格项目规格乙烯成分含量52.6%（wt）密度0.87丙烯成分含量38.2%（wt）挥发度0.75（wt）ENB含量9.2%（wt）钒含量/10-615门尼粘度ML100℃41-50灰分0.1（wt）碘值222.3产品的性质、用途2.3.1产品性质乙丙橡胶（EPR）被合成以来，因其有着优良的性能被作为一种优良的天然橡胶的替代品，应用及其广泛。随着现代聚合工艺及聚合催化体系的发展乙丙橡胶逐渐形成了两种不同单体成分的两种类别，其中组成单体为两种的乙丙橡胶（乙烯、丙烯二元共聚物）（EPM）总体性能上不如加入了第三单体（非共轭二烯烃）的乙丙橡胶（三元共聚物）（EPDM），其改性方法比较单一（通常为物理改性）。乙丙橡胶的两种类别是橡胶生产中极为重要的弹性体材料，在各行业应用范围的广泛性说明了这一点。“乙丙橡胶的低密度、高饱和度、低极性使其拥有充分的填充空间、良好的抗老化抗化学品腐蚀性能，在使用中材料疲劳过程很慢。除此之外乙丙橡胶的使用温度范围也很广，高温及低温对其力学性能影响较小，同时也有着优异的绝缘性能。”[22,23,24]乙丙橡胶不同于单纯的PE材质或PP材质没有弹性，反而具有良好的弹性。其原因是单体共聚的无规杂乱排列，破环了分子链的规整度，失去了塑料的性质，从而形成了弹性体。二元乙丙橡胶高度饱和，不能进行硫化反应。三元乙丙橡胶由于加入了含两个以上不饱和基团的第三单体，故分子链呈不饱和性，可进行橡胶的硫化，使其性能更加优异。“在三元乙丙橡胶中的第三种单体的中类及含量对产品的硫化速度和性能有着直接的影响，其中第三单体含量用碘值表示，一般为6-30，碘值越高硫化速度越快。”[25]乙丙橡胶于其他类可硫化橡胶混合进行硫化时，应选择饱和度相种类橡胶，否则不利于硫化进行，影响产品质量。2.3.2用途乙丙橡胶因其优异的性能被应用于生活中的各个领域，其中包括汽车工业（汽车配件）、建筑行业、电气电子行业等领域。其中汽车配件生产的应用最多，主要用于制作各部分橡胶制品，包括密封条、汽车软管、橡胶垫、散热器橡胶管、火塞花保护套等，因为乙丙橡胶有着良好的柔韧性、耐候性等，使其成为汽车密封垫的主要材料。现如今在国外，乙丙橡胶成为了制造汽车仪表外壳及保险杠的主要材料。在建筑领域，乙丙橡胶主要作为防水密封材料进行使用，如塑胶跑道、房屋防水材料、玻璃及门窗边框密封、管道防漏水材料等。在电子电气领域，乙丙橡胶不易老化可在较恶劣环境使用，作为生产海底电缆绝缘层、高压变压器绝缘垫片、绝缘防护器具的主要材料之一。2.4产品的合成工艺路线该产品生产采用的工艺路线是溶液聚合工艺，在溶剂正己烷溶解下，溶解单体、催化剂和产品生成物形成的均相体系下进行反应，降低反应粘度，利于散热，不易发生暴聚。该单体使用过渡金属配合物催化，与单体结合使其具有活性，开始于其他单体进行断键加成形成分子链。聚合温度及压力分别为30-60℃、0.45-0.8MPa，分子量由分子量调节剂（链转移剂）氢气进行调节，反应产生的聚合热由均相体系中丙烷蒸发吸热带走。该工艺将溶剂正己烷及新鲜单体和冷却后的回收单体一起输入至反应釜R0201，经搅拌混合均匀配置成均相溶液，充分反应后，反应剩余气化单体从气相出口回收，液相聚合物与未反应单体混合液进入储罐V0202后，输入下级回收装置，进行产品与未反应单体的分离及吸收，回收单体输回R0201与新鲜单体F1混合循环使用；经气液分离后的产品及第三单体出料，洗去杂质加入阻聚剂后进行分装。2.5“三废”及其处理2.5.1废水处理该工艺生成的废水主要有以下几个来源；生产产品经过汽提塔排放废水、冷却回收废水、真空压缩喷射水、锅炉循环排放水、清洁废水、化验污水等，这些污水集中回收，送入废水池中，进行进一步处理，将废水池内的废水抽入处理有机物的厌氧塔进行发酵，待发酵完全后，废水中所含的有机大分子等降解成较低分子量有机物，加入脱钒剂，脱去废水中含有的微量钒，将出水抽入微生物氧化塔，将小分子量有机物进一步氧化为有机酸，氧化完全后进入沉淀池进行沉淀，抽取清澈水进入生物活性碳塔，在微生物催化下水质达到国家排放标准，进行排放。2.5.2废渣处理该工艺生成的废渣极少，反应体系粘度低，不易产生废料废渣，正常情况下不需清理管道及过滤装置，废渣浆料等排放物少，随生产不断进行，废渣不断积累，待废渣累积量上限值，影响聚合工艺正常进行后，进行批量处理。废渣经工厂后处理进行降解及重金属回收后，交专业回收处理公司。2.5.3废气处理该工艺生成的废气主要成分为丙烷、丙烯、乙烯等小分子量的有机物，主要来源是回收处理中经汽提塔过程会生成大量废气及反应工艺经行热量释放时也会产生大量废气，将废气通入燃烧炉进行充分燃烧后，在将气体排入大气。此过程需加强工作人员安全培训及专业知识培训，减少不正常燃烧，降低事故发生率及保重废气排放标准。2.6安全生产2.6.1消防安全（1）在厂房两层四周设置8个高压水枪消防栓，在安全出口及楼梯转角防止大剂量干粉灭火器50个，装载量30公斤移动干粉灭火车2台、大剂量灭火器10个用于灭火备用。（2）火灾发生后应急灭火方案：火灾发生初期，发现起火人员应立即发起火灾警报，判断起火位置及简单的安全性评估，确认环境较为安全后，进行初期灭火行为，并立即拨打119报警，及时通知车间领导及控制室，此过程建议5分钟内完成。拨打报警电话时，要说清起火详细地址及单位名称，介绍火势情况、厂房起火部位、火源主要燃烧物质的情况，留下接车人员姓名及电话，以便消防车的顺利到达。（3）在厂房内设置易燃易爆气体浓度检测仪器，实时监测厂房内的易燃易爆气体浓度，设置好浓度安全上限，气体浓度达到危险上线自动发出警报，即使开启通风装置，降低厂房气体浓度，保证厂区安全。2.6.2生产安全（1）生产所用原料储存需遵守国家化学品安全储存的规定分别储存，生产原料放置地点与生产厂房应适当分离，保证原料储存地点环境安全通风，设置安全警示牌及禁火标志。（2）在生产过程中，要自觉遵守国家关于生产安全的法律法规，根据相关规定对其制定详细的生产计划及规范，作为实际生产中的生产安全依据，在生产过程中进行生产安全规章进行普及，厂区工作人员需全员参与，每时每刻贯彻落实制度，将安全生产加入到公司奖惩考核当中，保证生产健康持续发展。（3）在生产中，做好设备运行状况登记、仪表记录及轮班日志，发现生产中的不安全现象时要及时通知有关部门进行设备检修，保证生产安全。（4）定期进行设备维护维修检查，设立设备维护日志。第3章工艺流程设计3.1工作任务及管理范围工厂总负责人：1、贯彻落实国家的安全政策、方针及法律法规，建立起一个“重视生产安全，规范生产，不断进步”思想为主的安全生产模范团队2、按国家规定建设一个负责生产安全的部门，部门员工专职监管生产安全。3、安排生产每阶段由专人负责，未按规章生产，按照公司规定处罚4、制定并执行公司生产制度、奖惩制度及具体细节。5、保证工厂正常运转，及防止事故发生。6、在保证生产进度的同时，建立明确的进步、前进方向，紧跟时代潮流。7、关心职工的基本生活，定期开展各类活动的宣讲。8、合理安排生产经费，经费着重于员工安全教育及新产品开发。9、保护员工权益，维护员工生命财产安全，组织定期体检，关心员工健康。10、每年需组织灾害预防演习及事故发生后逃生和处理事故演习。11、日常生产中要严格执行生产状况的各类登记，定期组织技术人员进行安全评估。质检部门：1、严格执行公司制定的生产操作步骤、准则、规定，规范的进行安全生产，保证公司完成生产目标。2、严格执行公司安排，服从公司生产的合理调动，保证乙丙橡胶产品质量符合预期标准。3、依照检验规范标准进行检验工作，要确保检测报告的针对性、准确性，产品的质量问题要有效率的进行上报，避免公司损失。4、要维护好检测设备的正常运行，保护好设备避免失去检测准确性，及时对生产所需原料、聚合液抽样、乙丙橡胶产品进行检测。5、积极配合其他部门完成生产任务，做好本岗位的职责。6、除公司内的生产知识培训外，部门内要定期组织员工开展专业的生产讲座，提升员工的工作水平。生产部门：1、操作生产设备进行产品生产，监测设备运行状况，保正原料进料及产品输出，记录设备运行状态及工作日志，高效的完成生产任务，安全规范的进行生产工作。2、配合质检部门完成原料、聚合液、乙丙橡胶产品的监测采集工作，记录采集时间及分析设备运行状态。3、通过生产工艺操作系统及在生产设备仪表记录，配合质检部门进行设备的日常监测及修理，确保生产的安全进行。4、阶段性向领导及相关部门报告近期生产状况及遇到的生产问题，以便发现问题及时处理。5、熟练掌握设备的各种操作，通过实际生产提高自己的专业技能，为公司进行设备改进优化方案献计献策。检修部门：检修部门的工作主要包括各类承载反应化学品设备的管道维护、消防设施维护、各类用电机械进行日常修理，修理办法需遵守公司制定的维修规范进行，提高维修效率、维修质量。修理中遇到的实际问题及时及维修经验应书面汇报，经技术人员研究合理后加入公司维修规范并对提出者进行相应的奖励。要建立安全管理制度，确保租赁设备完好、安全可靠。公司进行设备换新及设备生产厂家上门维修时，维修部门需对换新的设备和维修后的设备进行审查调试后，方可加入工艺生产当中。检验换新设备是否符合使用标准，符合标准后进行收货。定期进行关于化工设备维修的教育工作，不断提高自身能力，使员工能够安全、高效的参加到工作当中。3.2工艺流程简图3.3工艺流程该工艺是在以正己烷为溶剂溶解产品及反应所需单体和催化体系的均相体系下进行的，以齐格勒-纳塔催化体系进行反应催化，反应机理为离子配位聚合，反应器正常工作温度为30-60℃,正常压力为0.4-0.8MPa。氢气作为链转移剂调节产品分子量，聚合反应为放热反应，热量由丙烯的蒸发及夹套冷却水带走。工艺过程为，将新鲜进料F1、回收单体及催化剂等与溶剂正己烷混合均匀形成均相体系，输入反应釜R0201，充分反应后，反应剩余气化单体从气相出口回收，液相聚合物与未反应单体混合液进入储罐V0202后，输入下级回收装置，进行产品与未反应单体的分离及吸收，回收单体输回R0201与新鲜单体F1混合循环使用；经气液分离后的产品及第三单体出料，洗去杂质加入阻聚剂后进行分装。由进料管道输送乙烯进入反应装置，PRC0201进行压力调节，调节至1200KPa，流量由FRC0203控制。由进料管道输送丙烯进入反应装置，流量由FRC0202控制。由进料管道输送氢气进入反应装置，使用C0201将收集H2进行压缩，PRC0202进行压力调节，调节至出口压力1200KPa，流量由FRC0201控制，反应容器内条件满足后进行混合。经过计量泵P0104，P0103，P0102的调节，CAT及反应所需的第三单体可按照合理计量输入反应装置中，反应所需溶剂为正己烷。待聚合所用单体及溶剂形成均相体系后，由P0101输送催化剂进入反应装置中，用FI0201输入流量为1t/h的己烷进行催化剂稀释，加热器E0205输入己烷进行加热，开始连续聚合反应。当反应装置R0201中聚合反应进行到一定程度后，将反应装置中液体流入V0202（溢流罐）。控制V0202液位，将罐中液位维持在40%。将V0202中液体使用P0202泵输入闪蒸塔T0201进行单体回收，为防止液体粘稠导致P0202堵塞，由FI0202调节输入己烷进行冲洗，聚合过程中压力维持0.587MPa；操温度维持35～56℃进行反应。进入闪蒸塔聚合液的流量由LRC0202控制，闪蒸塔T0201中聚合液进行闪蒸操作，未反应单体气化由塔顶出料，未反应气体中夹带的固体颗粒由FRC0209控制己烷流量淋喷去除，闪蒸塔顶部出料温度为63.5℃～85.1℃，底部出料温度为93.7℃～96.4，整塔压力为0.116MPa。己烷输入E0204（己烷加热器）经系统调节输入压力为500KPa。进入E0204后，输入E0204A经系统调节7S输入压力为600KPa，成为己烷蒸汽，此时己烷蒸汽温度为105℃和160℃。经系统调节蒸汽流量使己烷蒸汽进入闪蒸塔T0201，此时己烷蒸汽为闪蒸提供热量。闪蒸后T0201塔底剩余聚合液液位达到50%时输入过滤器，经过Z0201的过滤后，调节出料泵出口阀门开度，将经过闪蒸后的聚合液送入洗涤及催化剂失活工段，分离第三单体，得到乙丙橡胶产品。未反应单体蒸汽从闪蒸塔塔顶出料后，输入吸收塔T0202，经T0202塔顶输入的己烷进行淋喷吸收，FRC0209控制己烷淋喷流量，同时降低吸收塔温度，对未反应单体进行冷凝，进一步加强了己烷淋喷对单体的吸收。未反应单体气体被淋喷后，随己烷到达塔底，由塔底输出进入加热器，部分液体经循环泵的输送进入反应釜装置的底部。剩余部分液体经循环泵输送进入反应釜顶部进入，由于混入少量水，在进行顶部输入时可以有效防止单体气体中夹带的催化剂颗粒，影响单体回收，还可以消泡。己烷淋喷为被吸收的单体气体经C0202（循环气体压缩机）和E0202（顶部冷凝器）压缩冷凝后输入V0202，调节温度压力后，进入R0201进行循环利用。反应中生成的热量由冷却回收气体、丙烷及己烷蒸发带走，回收单体气体经冷却后，存入储罐之中，这时储罐中的回收单体所带热量已经大大减少，达不到气化条件一部分已经成为液态，这时将储罐中液化部分通过聚合液输送泵从罐底输入反应装置当中，系统设定输入流量。储罐V0201的没有气化部分，输入反应装置R0201中，FRC0201调节输入流量。反应装置R0201内的压力过高，则PRCSV0202阀自动启动将未凝结气体送去点燃进行燃烧分解，以维持反应装置的压力稳定。将反应装置蒸发气体进行冷却，冷却后的气体送回反应装置可以有效带走原料反应中生成的反应热。反应装置内温度由冷却装置开度来进行调节第4章物料衡算4.1计算基础乙丙橡胶溶液聚合计算参数：1、2、3、4、5、6、每小时生产合格胶料量7、主要原料指标见下表表4.1主要原料一览表原料指标乙烯纯度99.9%丙烯纯度（含丙烷）99.9%8、。9、。10、11、表4.2安托因子一览表安托因子ABC使用温度范围℃乙烯5.87246585255-153—91丙烯5.9445785.85247-112—-32丙烷5.9288803.81246.99-108—-25己烷5.995191168.72224.21-25—92氢气5.0457771.615276.337-260—-248氮气5.6193255.68266.55-219—-1834.2物料衡算4.2.1新鲜进料量表4.3氮气、己烷进料表序号H11H12H13H14H15H2H31H32己烷kg/h185064751850185037001720501850046250氮气kg/h3.010.610.8914.2.2去单体回收工段物料量4.2.3聚合工段出料量4.2.4过程物料平衡表表4.4过程物料平衡表（kg/h）组分乙烯丙烯丙烷ENB己烷氢气氮气胶料总计进料13679.149954.2050.022832.752525251.314.51-279046.93回收27.3439.7850.02--1.314.51-122.96出料444.74252525--25953.99278923.734.3T0201物料衡算图4.1T0201物料进出简图4.3.1计算依据（1）（2）T0201进口原料的组成为：4.3.2物料衡算（1）进料中各组分的量及组分数塔釜的温度为942℃,塔顶出料温度为754℃,除反应生成物、部分溶剂及第三单体从塔底液相出料外，其余未反应物质从塔顶进入下一装置。（2）T0201塔釜出口物料中各组分的量。（3）T0201塔顶出口中各组分的量及组分表4.5T0201物料平衡表F3D1D2组分质量（kg/h）摩尔量（kmol/h）质量（kg/h）摩尔量（kmol/h）质量（kg/h）摩尔量（kmol/h）乙烯1644.6958.741644.6958.7400丙烯25893.82616.5225893.82616.5200续表4.5T0201物料衡算表F3D1D2组分质量（kg/h）摩尔量（kmol/h）质量（kg/h）摩尔量（kmol/h）质量（kg/h）摩尔量（kmol/h）ENB441.263.6100441.263.61丙烷2828.0664.272828.0664.2700己烷336169.863908.9585494.86994.132506752914.83氢气0.760.380.760.3800氮气40.111.4340.111.4300胶料25953.99-0025953.99-摩尔总量-4653.9-1735.47-2918.44质量总量392972.55-115902.3-277070.25-质量总计392972.55392972.554.4T0202的物料衡算图4.2T0202物料进出简图4.4.1T0202进口中各组分的量乙烯含量=1644.69kg/h=58.74kmol/h丙烯含量=25893.82kg/h=616.52kmol/h丙烷含量=2828.06kg/h=64.27kmol/h氢气含量=0.76kg/h=0.38kmol/h氮气含量=40.11kg/h=1.43kmol/h4.4.2进料各组分的摩尔分数公式：（i=1,2,3……7）T0202塔釜液相各组分的摩尔组成：T2020塔釜汽相各组分的摩尔组成：4.4.3液相出料中各组分的含量乙烯含量=丙烯含量=丙烷含量=己烷含量=氢气含量=氮气含量=4.4.4气相中各组分的含量乙烯含量=丙烯含量=丙烷含量=己烷含量=氢气含量=氮气含量=项目E11（D1）E1E2组分质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔量/kmolC2H41644.6958.741444.3251.58220.527.876C3H625893.82616.5215999.22380.939872.35235.056C3H82828.0664.271635.2337.161192.1427.09HX131744.861531.927295.4884.83124434.041446.907氢气0.760.380.00720.00360.018890.00944氮气40.111.4339.131.400.9860.0352摩尔总量-2324.74-555.9036-1716.97364质量总量162152.3-26413.3872-135720.055-质量合计162150.3162152.3表4.6T0202物料平衡表4.5V0201物料衡算图4.3V0201物料进出简图4.5.1各组分进料量4.5.2进料各组分的摩尔组成液相各组分的摩尔组成：汽相各组分的摩尔组成：4.5.3液相各组分的流量4.5.4气相各组分的流量表4.7V0201物料平衡表项目B1A2A1续表4.7V0201物料衡算表项目B1A2A1组分质量/（kg/h）摩尔量/(kmol/h)质量/（kg/h）摩尔量/(kmol/h)质量/（kg/h）摩尔量/(kmol/h)乙烯64921.2782318.6172216.0879.1563295.52260.55丙烯314082.0897478.14554565.931299.19258560.636156.21丙烷31470.566715.246420.08145.9124974.96567.61己烷108083.831256.79102272.091189.216232.0372.47氢气452.79476226.401.1300.565439.56219.78氮气18120.4444647.1659.162.11318192.35649.73总量537131.00212642.352165534.472716.138371695.039926.35质量总量537131.002537131.002摩尔总量12642.35212642.3524.6V0202物料衡算图4.4V0202物料进出简图4.6.1计算基础表4.8物料分配表项目kg/h乙烯丙烯丙烷己烷氢气氮气E32132.3125923.41715.28476880.420.011330.5916E3188.2083948.94476.85651253.620.007560.39444.6.2各组分进料量1进料各组分的摩尔分数：液相各组分的摩尔组成：汽相各组分的摩尔组成：4.6.3液相中各组分流量4.6.4气相中各组分流量4.6.5V0202的物料平衡表表4.9V0202物料平衡表项目RpL1D1组分质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔/kmol乙烯64921.2782318.622217.9879.2163344.702262.31丙烯314082.0897478.1454575.011299.41258701.556159.56丙烷31470.566715.246421.15145.9424979.33567.71己烷108083.831256.79102197.051188.346294.3573.19氢气452.79476226.397381.12970.5648438.76219.38氮气18120.444647.1658.622.09418047.26644.55摩尔总量12642.332715.569926.70质量总量537131.00165470.94371805.95质量合计537131.00537131.004.7R0201物料衡算图4.5R0201物料进出简图4.7.1计算依据4.7.2各组分液相出料量4.7.3各组分气相出料量45℃时586KPa下查得相平衡常数分别为:汽相各组分的摩尔分数4.7.4各组分进料量表4.10物料分配表项目kg/h乙烯丙烯丙烷己烷氢气氮气E32132.3125923.41715.28476880.420.011330.5916E3188.2083948.94476.85651253.620.007560.3944氢气含量=452.8kg/h=226.4kmol/h4.7.5R0201的物料平衡表表4.11R0201物料平衡表项目MFRpR1组分质量kg/h摩尔量kmol/h质量kg/h摩尔量kmol/h质量kg/h摩尔量kmol/h乙烯77405.392764.4781644.6958.7463388.752263.884项目MFRpR1组分质量kg/h摩尔量kmol/h质量kg/h摩尔量kmol/h质量kg/h摩尔量kmol/h丙烯329919.9197855.2425893.82616.52294133.9297003.19ENB2832.7523.16441.263.6100丙烷4471.05101.622828.0664.2729358.48667.24己烷193289.252247.55143769.861671.7449534.73575.99氢气452.8226.40.760.38452.78226.39氮气18121.036647.1840.111.4318080.92645.75胶料-25953.99-摩尔总量-13865.62-2416.69-11382.44质量总量626492.20-200572.55-454949.59-总计626492.20626492.205.1.1计算依据（1）（2）表5.1物质0—t℃的平均定压热容表物质乙烯丙稀丙烷己烷Cp/kJ/kmol·K0～75.4℃(g)44.87665.92676.170148.060～105℃(g)153.9270～45℃(l)84.859100.239106.335194.7350～94.5℃(l)89.916103.873110.127203.2555.1.2进料及液化带进热量（1）F3进料的温度T=45℃，压力P=0.586MPa；带进的热量（2）H2进料条件T=105℃，P=0.122MPa；带进的热量（3）己烷105℃时的蒸发焓26269kJ/kmol，液化放出的热量（4）H13，H31进料条件T=40℃，P=0.66MPa；带进的热量:5.1.3出料及汽化带出热量（1）D1出料温度T=75.4℃,P=0.116MPa；带出的热量（2）（3），，（TC表示临界温度）得时的摩尔蒸发焓(kJ/kmol)6036，7159。则汽化带出的热量（4）进料热量与出料及汽化带出热量之差值：5.2.1计算依据5.2.2各物料的平均定压热容表表5.2T0202各物料平均定压热容表物质乙烯丙稀丙烷己烷Cp/[KJ/(Kmol·K)]0～70.2℃(g)44.87665.92676.170148.060～40℃(l)84.38399.894105.976193.9540～70.2℃(l)87.356102.038108.212198.8945.2.3进料及组分溶解、液化带入的热量D1进料温度T=75.4℃,P=0.116MPa；带入的热量H32进料温度T=40℃,P=0.66MPa；带进的热量为：：5.2.4出料带出热量E1出料温度T=70.2℃，P=0.586MPa；则带出的热量：E2出料温度T=70.2℃,P=0.586MPa；则带出的热量：进料带出的热量与出料热量之差热量差值将被冷却水带走。5.3R0201热量衡算5.3.1计算依据。5.3.2各物料的平均定压热容表表5.3物料平均定压热容表物质乙烯丙稀丙烷己烷Cp/[kJ/(kmol·K)]0～9.5℃(g)41.21960.35768.906134.4730～42℃(g)43.15563.29472.720141.6220～9.5℃(l)81.61497.884103.876189.5060～4.4℃(l)81.17497.563103.541188.815续表5.3物料平均定压热容物质乙烯丙稀丙烷己烷Cp/[kJ/(kmol·K)]0～20℃(l)82.54198.559104.591190.9760～45℃(l)84.859100.239106.335194.7355.3.3各组分进料带入的热量A11进料温度T=9.5℃,P=0.586MPa；带入的热量：H11、H12、进料温度T=40℃,P=0.66MPa；带进的热量为：A2进料温度T=9.5℃，P=0.586Mpa,带进的热量5.3.4各组分出料及汽化带出的热量R1出料温度T=42.1℃，P=0.586MPa；则带出的热量：Rp出料温度T=45℃,P=0.586MPa；则带出的热量：乙烯、丙烯、ENB的聚合热分别为kJ/kmol:95，86，73，出料热量与进料热量之差△Q：热量损失能够满足作为设计的富裕量。表5.4能量进出衡算表名称带入热量/kJ带出热量/kJ热量差值Q/kJT020178472396.277698324.5热损失小于5%T020255894509.925125305.9冷却水带走热量30769204R020184070825.673746481.3冷水带走热量10324344.3第6章设备选型6.1.1计算反应器的公称直径及高度由相关数据可知年产2万吨反应装置的公称容积91m3、高径比为1.6。聚合液密度为612kg/m3，可以得到年产18.5万吨乙丙橡胶反应装置总容积842m3。选择6个反应器，故单个反应器公称容积为842m3/6=140.3m3设公称直径为D，解得D=4800mmH=7706mm取整D=4800mm,H=7800mm6.1.2搅拌功率的计算(1)聚合釜的容积140.3m3，釜直径D为4800mm。(3)确定聚合釜的搅拌等级为8级，搅拌总体流速=14.6m/min(4)搅拌桨叶的排出流量(5)查《聚合反应工程》的排出流量数Nqd0.75,据,求出聚合液的黏度为0.35mPa.s再次查得N0.74,重算转速得：再查0.74，N=72.63故总功率6.2.1计算依据(1)己烷在管内加热，压力0.122MPa，进口温度℃，出口温度℃；流量为46500kg/h，则平均温度下的物性为：，(2)管外用7S加热给己烷逆流加热，进料温度，出口温度为，7S流量32550kg/h，则平均温度下查的物性如下：6.2.2初选换热器（1）蒸汽出口温度：℃逆流平均温差为：℃初定采用单壳程，偶数管程的浮头式换热器。由陈敏恒《华东理工出版社》的《化工原理》（上册）（第二版）查得修正系数为Ψ=0.98初步估计传热系数换热器面积为：换热器的标准初选BEM400-1.6-43-6/25-2.5Ⅰ型换热器主要参数如表6.1表6.1换热器参数表外壳直径：500P/mm管子尺寸：公称压强：1.6mPa管长：3m公称面积：44.3m2管数：256管程数：2管心距：25mm管子排列方式：正三角形（2）计算管程压降及给热系数为充分利用水蒸气的热量，取己烷走管程，水蒸气走壳程。管程流通面积：管内己烷流速为： 取管壁粗糙度ε=0.15mm,ε/d=0.01λ=0.05管程压降：管程给热系数：（3）计算壳程压降及给热系数取折流挡板间距B=0.2m因系正三角形排列，管束中心线的管数壳程流动面积A1为Re>500故可以用下式计算管外流动摩擦系数管子排列为正三角形，取校正系数F=0.5，取垢层校正系数挡板数壳层压强为，可行壳层给热系数计算：取壳程中蒸汽被冷却，取所以（4）计算传热面积,所选换热器的实际面积为：。6.3.1计算依据（1）采用普通钢管进料。 （2）进料质量流量165534.47kg/h,聚合液的密度612kg/m3,因此聚合液的体积流量为:六个管道进料故一个管道进料体积流量为Q=45.1（3）a,b两段管内径D=80mm,c,d两段管内经径D=65mm且c,d流量相同（见图6.1）。6.3.2确定泵的扬程（1）计算直管压头损失a管和b管内液体的流速c管和d管内液体的流速a管和b管内液体搅拌雷诺数c管和d管内液体搅拌雷诺数即都为湍流形态直管损失：查化工原理上册P41页取ε=0.15mm（绝对粗糙度）a管和b管相对粗糙度c管和d管相对粗糙度:总压头（2）确定泵的扬程:6.3.3计算泵轴功率泵的有效功率:对于小流量的离心泵,取和泵轴功率:6.3.4泵的选型参照《化工原理》(上册)(第二版)附录部分，选型号为ISW-80-160B的泵两台，正常使用一台，备用一台。ISW-80-160B泵的流量56.3m3/h,扬程21m。转速2900r/min,效率69％；轴功kW,电动机功率2.76kW；质量（泵/底座）=98/160Kg；必须汽蚀余量(NPSH)r:3.0m。由计算d，如表6.2表6.2管道一览表管道号密度kg/m3体积流量m3/h流速m/s单位m工程mmB111.34298.9587.21750A60075.3931332.25250C61220.0210332.74300G66032.85647153.64400H11.947.14818103.82400I5.12457.28681.31150B210.4278.541433.91400J166213.6264430.8100B36579.2143232.53.67400L124528.57143100.96100L224581.63265102.81300L32456.938776100.46506.5.1计算依据因为操作压力0.45-0.7MPa，温度30-55℃，所以选定设计压力0.99MPa=10Kgf/cm2,温度95℃。6.5.2设计计算与选型第7章经济技术分析（1）原料、辅助材料的费用的计算乙烯：13679.14×7200×4000/1000=39396万元/年丙烯：9954.2×7200×6100/1000=43719万元/年ENB：2832.75×7200×8000/1000=16316.64万元/年催化剂：59.9×7200×1000=43128万元/年 其他费用：30000×1000=3000万元/年原料总费用：39396+43719+16316.64+43128+3000=145560万元/年（2）生产经费：原料总费用×10％=145560×10%=14556万元/年（3）人工费用：6000×12×150=1080万元/年（4）能源费用：原料总费用×10％=145560×10%=14556万元/年（5）总成本：原料总费用+生产经费+人工费用+能源费用=145560+14556+1080+14556=175752万元/年（6）销售收入：185000×1.7=314500万元/年（7）税金：314500×0.17=53465万元/年（8）利润：314500-175752-53465=85283万元/年（9）利润率：85283÷314500≈27.2%结论该设计主要任务为18.5万吨/年的乙丙橡胶生产工艺设计说明书的书写、绘制管道及仪表流程图（PID图)、绘制设备布置图及车间布置图，本文中详细介绍了乙丙橡胶的分类、优良性能及用途，分析了乙丙橡胶三种生产工艺优点及不足，包括溶液聚合工艺、悬浮聚合工艺及气相聚合工艺。书写了该设计的设计依据、设计指导思想、“三废”处理办法等，进行了建厂厂址的选择及经济分析。设计工厂厂址建于辽宁省营口市高新技术开发区内，营口市位于渤海海湾，中石化在建乙烯生产设备项目建成后，将形成乙丙橡胶生产原料供给链，解决乙丙橡胶生产原料运输成本问题，有利于乙丙橡胶生产的的发展。海洋资源丰富，有着较为充裕的风能资源，为工厂的生产提供了持续的电力。大辽河通过营口市进入渤海海湾，有一定的水利优势。最后由于营口市有着优越的地理位置，所以交通便利，营口市有着港口，铁路，公路管道运输等多种运输方式，为原料及产品运输提供了便利。18.5万吨/年乙丙橡胶生产中，反应器正常运行时装载聚合液体积较大，选取6个相同体积的反应器同时装载聚合液，以减小反应器个体体积，利于生产中反应热的去除，单个反应器体积为140.3m3，反应器公称直径D为4800mm，高度H为7800mm，高径比1.6，此反应器为定制反应器。反应器搅拌桨桨叶直径为1700mm，叶宽为340mm，选取六叶三层搅拌桨，搅拌功率为58.878千瓦，经计算满足反应需求。聚合液输送所需泵，选型号为ISW-80-160B的泵两台，正常使用一台，备用一台。ISW-80-160B泵的流量56.3m3/h,扬程21m。转速2900r/min,效率69％；,电