22.5万吨年乙丙橡胶生产工艺设计

I22.5万吨/年乙丙橡胶生产工艺设计摘要乙丙橡胶是主要由乙烯和丙烯为主要单体合成的橡胶，该设计是用溶液聚合法通过应用乙烯、丙烯和乙叉降冰片烯为主要单体，根据配位聚合进行制备，在熟悉乙丙橡胶的性质，合成机理后，完成了物料核算和热量衡算的计算，并由此确定了每个反应釜R0201的公称容积为102.4m3，E0206乙烷加热器的面积是40.27m2，换热管长6m，储罐的体积是31.56m3，聚合液的流量为75.745m2/kg，泵的轴功率为4.703kw。关键词：乙丙橡胶；生产工艺；溶液聚合

ABSTRACTEthylenepropylenerubberisasyntheticrubbermainlycomposedofethyleneandpropyleneasthemainmonomers.Inthisdesign,solutionpolymerizationisappliedtoprepareethylene,propyleneandethylidenenorborneneasthemainmonomersaccordingtocoordinationpolymerization.Afterbeingfamiliarwiththepropertiesandsynthesismechanismofethylenepropylenerubber,thecalculationofmaterialaccountingandheatbalanceiscompleted,andthenominalvalueofeachreactorR0201isdeterminedThevolumeis102.4m3,theareaofE0206ethaneheateris40.27m2,thelengthofheatexchangetubeis6m,thevolumeofstoragetankis31.56m3,theflowofpolymerizationliquidis75.745m2/kg,andtheaxialpowerofpumpis4.703kw.Keywords:ethylenepropylenerubber；productionprocess；solutionpolymerization

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 21.3车间布置及生产制度 31.3.1车间布置 31.3.2生产制度 3第2章工艺论证 42.1工艺原理 42.2原料规格、产品规格 42.2.1产品规格 42.2.2原料 42.3产品的性质、用途 62.4产品的合成工艺路线 72.5“三废“及其处理 72.5.1产生的三废 72.5.2三废的处理 72.6安全生产 7第3章工艺流程设计 93.1工作任务及管理范围 93.1.1工作任务 93.1.2管理范围 93.2工艺流程简图 93.3工艺流程 9第4章物料衡算 114.1物料衡算方块图及设计基础 114.1.1物料衡算方块图 114.1.2基础条件依据 114.2加料量及去单体回收工段的量 124.2.1加料量 124.2.2去单体回收工段的回收物料量 134.2.3聚合工段出料量 134.2.4过程物料平衡表 134.3T0201单体闪蒸塔的物料衡算 134.3.1基础依据条件 134.3.2各组分的物料衡算 144.3.3T0201单体闪蒸塔的物料平衡表 144.4T0202单体吸收塔的物料衡算 154.4.1T0202塔进口处各组分的含量 154.4.2塔釜出料处各组分的摩尔分数 154.4.3T0202单体吸收塔塔釜液相中各组分的含量 154.4.4T0202单体吸收塔塔釜气相中各组分的含量 164.4.5T0202单体吸收塔物料平衡表 164.5R0201聚合反应釜的物料衡算 164.5.1计算依据 164.5.2R0201塔中气体出口物料量 174.5.3各组分进料量 174.6V0201物料衡算 194.6.1各组分进料量 194.6.2V0201塔进料处各组分的摩尔组成 194.6.3液相各组分的流量 194.6.4气相各组分的流量 19第5章能量衡算 215.1R0201反应釜的热量衡算 215.1.1计算依据条件 215.1.2各物料组分进料时带入的热量 215.1.3各组分出料及气化带出的热量 215.2T0201单体闪蒸塔的热量衡算 225.2.1计算条件依据 225.2.2T0201单体闪蒸塔中进料及液化带进热量 225.2.3T0201闪蒸塔中出料及汽化带出热量 235.3T0202单体吸收塔的热量衡算 235.3.1依据基础条件 235.3.2T0202吸收塔中进料及组分溶解、液化带入的热量 245.3.3出料带出热量 24第6章设备选型 256.1各设备计算 256.1.1R0201聚合反应釜的设计计算 256.1.2V0202溢流罐的设计计算 256.1.3E0206己烷加热器的设计计算 266.1.4聚合液加料泵设计计算 286.2设备一览表 306.2.1管道设计计算 306.2.2设备一览表 31第7章经济技术分析 33结论 34参考文献 35致谢 37附录 38 前言因为乙丙橡胶合成的材料便宜具有很多优异性能应用范围很广，在世界上生产它的非常多，所以产量非常多，但中国国内得产量却远远不够，需要借助世界上其他国家的生产力来满足国内市场的需求，这时候就需要设计出一套大产量的设备来增加乙丙橡胶的生产力度。所以其开发前景非常可观。溶液聚合法、悬浮聚合法和气相聚合法是它的主要三种生产方法[1]，其中溶液聚合工艺是最早应用于乙丙橡胶的生产的方法也是最为稳妥发展史最长的[2]，所以该设计选择溶液聚合法来生产乙丙橡胶，用此法生产要用到第三单体，第三单体种类及含量对乙丙橡胶中硫化速度、硫化橡胶的性能等均有直接影响{1-5}。而常用到的第三单体有乙叉降冰片烯（ENB）、双环戊二烯（DCPD）、1，4-己二烯（HD）等。其中经过对比确定用乙叉降冰片烯最为合适硫化速度最快，所以在该设计中应用乙叉降冰片作为第三单体。

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（1）燕京理工学院毕业设计乙丙橡胶生产工艺说明书（2）《化工原理》、《物理化学》、《高分子物理》、《聚合反应工程》等1.1.2指导思想（1）为了确保产品的成功率，生产过程的安全，选择溶液聚合法进行。（2）生产过程所产生的三废经过专业的处理后，确定对环境无污染再进行排放，确保环境的保护能到位。（3）生产过程机械完成，做到自动化，厂房，设备，车间等全部严格按照国家建设标准，确保生产过程的正常运行和工人的人身安全。（4）危险的易燃易爆的场所，确定其在可靠的控制中和最新的报警消防设施及其的全面性。1.1.3设计原则因为该工艺生成的有许多其它合成橡胶所没有的优异性能[1]，比其他的成本还低，因此在世界上应用的很广各个方面都应用得到[2]。但之前我国仅靠吉林石油化工公司的生产力还是不够的{3}，产量依旧无法满足国内市场的需求。进口买入成本过高，不如自己生产利于国家市场，在扩大生产的同时保质保量也很重要，因此，新增一套大产量的乙丙橡胶设备是非常必要的并确保成品的质量。1.2厂址的选择本设计建在燕郊，具体地址考察之后定，因为此地靠近潮白河水源充足，还有污水处理厂三废的处理非常方便安全，自然气候充足适合进行生产以及物料的储存，气温冬暖夏凉，湿度适中，空地平整且地方大适合建设车间等工厂。1.3车间布置及生产制度1.3.1车间布置本设计车间布置既要确定设备的安装和检修方便，还要确保满足生产的全部需求，设备布置有序，节约空间，在满足生产工艺和安全生产的基础上，尽量缩短物料运输的路线。在车间里，先确定主设备的位置，其它设备围绕主设备放置，并配有报警消防设施和防火防爆设施及急救设施，阀门仪表等安装在易于操作和检修的地方，并在车间四周设有安全通道和楼梯，设备区和人行区分区明确，生产过程安全流畅[16]。1.3.2生产制度（1）建立健全的生产制度，制定好安全的生产计划。（2）根据计划，分配好员工的工作，时刻关注生产进度，平衡调度设备材料。（3）保证生产质量、调控好生产成本、生产过程中安全措施等制度。（4）设备管理好，定期维修保养，提高设备的完好率和利用率。（5）根据需求制定物资采购计划，及时解决物资的生产缺口。（6）定期召开生产会，提出遇到的问题和解决措施。

第2章工艺论证2.1工艺原理乙烯、丙稀与乙叉降冰片烯通过催化剂的作用下配位聚合反应。以三氯氧钒和烷基铝作为催化剂在己烷溶剂中反应成活性中心引发乙烯丙烯等反应单体进行聚合反应[7、8、9}，总体来说就是单体在催化剂作用下在溶剂中进行聚合，聚合完成后经过其他工段达到提纯的目的得到最终产物。2.2原料规格、产品规格2.2.1产品规格该设计是年产量22.5万吨的非充油性ENB型乙丙橡胶，在要求符合国家规定的产品规格下，其指标数据如表2.1所示表2.1产品规格数据一览表指标名称牌号外观白色门尼黏度（）40～50乙烯结合量（质量分数）/%56碘值22二烯烃（ENB）结合量（质量分数）/%9.5～11.5相对密度0.87挥发份（质量分数）/%＜0.75钒含量/×10-6＜15灰分（质量分数）/%＜0.1特性硫化极快，挤出性良好2.2.2原料表2.2产品规格一览表样品名称分析项目规格分析频率乙烯乙烯甲烷、乙烷、丙烷、丙烯≥99.9vol%≤0.01vol%1/月1/周乙炔≤5volppmH2≤10volppm总羰基物（以甲乙酮计）≤1volppmO2≤5volppm水≤5volppmCO≤0.5volppmCO2≤5volppm总硫（以S计）≤1ppmCOS≤0.1volppm丙烯丙烯≥99.6vol%1/月1/周甲烷乙烷丙烷N2等≤0.42vol%乙烯≤100volppm1，3-丁二烯≤5volppm乙烷和丁烯≤10volppm乙炔≤5volppm丙二烯≤10volppm甲基乙炔≤5volppmCO≤1volppmCO2≤5volppmH2≤10volppmO2≤5volppm水≤5volppm总硫≤10volppmCOS≤0.1volppm乙叉降冰片烯（ENB）外观无色透明纯度≥98.5wt%重组分阻聚剂≤1.0wt%80~150ppm色度（APHA）<100轻组分≤1.0wt%水≤50ppm己烷（)外观无色透明比重（15/4℃）0.66～0.68g/cm3正己烷含量≥83wt%終馏点≤70℃溴值<0.05g/100g溶剂2—甲基戊烷≤0.29wt%甲基环己烷≤8.52wt%游离水≤100ppm初馏点≥65℃硫≤5ppm3—甲基戊烷≤7.98wt%氢气H2≥98wt%1/月1/周CO≤5volppmN2和甲烷≤1.5wt%CO2≤20volppm露点≤-40℃S≤0.2mg/m3反应气氢气按需要1/月氮气甲烷乙烷乙烯丙烷丙烯2.3产品的性质、用途主要由乙烯和丙烯为单体合成的乙丙橡胶的结构式：乙丙橡胶的基本物理化学性质：乙丙橡胶是没有味道或有轻微石蜡味的无色、奶白色到半透明琥珀色的常温下是固体；表面张力30mN/m前后；玻璃化转变温度是-55℃左右；热导率在0.3W/(m·k)前后；比热容在2.5KJ/(kg·k)左右；传热系数位1.7×106W/(m2·k)；线膨胀系数（2.3～2.5）×10-4℃-1；溶解度参数(25℃)16.2；PH值约为7。乙丙橡胶的优异性质：对天候的变化不敏感；臭氧、热、酸碱、水蒸汽等对它影响不大，不会轻易被腐蚀，，颜色变化不大比较稳定；常温下的流动性挺好；密度低仅有0.87；在电方面它对电绝缘，不容易被水蒸气或热水腐蚀。乙丙橡胶的用途主要在这几方面较为广泛：(1)用于制作汽车的各种软胶管、护套、胶垫、胶带等；(2)用于操场的跑道、房屋汽车等门窗密封条、防水材料、卫生设备等；(3)用于制作电线电缆外面的皮、润滑油添加剂等（1）。2.4产品的合成工艺路线该设计应用溶液聚合法进行合成，合成路线过程为由乙烯、丙烯、乙叉降冰片烯等进行冷却到V0201中，在这里分冷凝成液体进入到R0201内聚合，之后进入T0201中闪蒸其中完成的聚合物和单体送到催化剂失活再到洗涤工段之后进入其他工段，得到最终的成品。未反应的单体乙烯、丙烯从塔顶出料，再经吸收塔T0202回到E0201等冷凝塔处进行冷却冷凝再次送入R0201对单体吸收循环使用。2.5“三废“及其处理2.5.1产生的三废（1）单体反应过程中单体回收气（2）反应过程中产生的废水2.5.2三废的处理废气主要是在闪蒸和聚合中未反应的单体气体，添加回收装置进行回收利用，剩余无法再利用的送到焚烧炉将含有ENB废气的单体气体焚烧掉。含钒污水的废水送至污水脱钒单位，在脱钒剂的中和絮凝下生成钒渣，生成的钒渣送至堆埋场处理，脱钒的污水排到污水处理厂处理。2.6安全生产（1）设备装置在使用前要进行设备检查，确保设备的安全以及设备在定期维护时长内。（2）确定每一位员工的安全健康和培训技能，每一位员工配备配套设备，一切按照正规的规章制度确保正规操作，没有不当的行为。（3）要找专人制定规章制度和管理，如有违反有罚，确保安全管理。

第3章工艺流程设计3.1工作任务及管理范围3.1.1工作任务通过乙烯丙烯等单体在在反应釜中聚合再到单体闪蒸塔中闪蒸掉未反应单体回收利用到吸收塔回到溢流罐冷却再反应，而反应好的进行下一步，最终得到合格的乙丙橡胶。让合成反应完美进行并确保装置设计的合理性。3.1.2管理范围(1)接收保管好送来的原料，并将其按比例放入反应釜。(2)确保反应条件的控制在工艺指标内，反应能正常完美进行生产出合格的聚合液。(3)确保未反应的单体在闪蒸塔进入吸收塔经过压缩冷却冷凝后重新回到反应釜进行反应。(4)确保合格的聚合液完整的被送到下一工段进行失活和洗涤等工艺。3.2工艺流程简图图3.1合成工艺流程简图3.3工艺流程该设计的主要工艺流程为：首先，原料的进入，乙烯、丙烯、氢气由外界通过管道送入装置中，控制好压力为1200KPa，控制好流量后送入乙烯气集管[4]。还要控制好助催化剂的进入比例之后一起送入R0201中[5、12]。之后，当原料、催化剂等在R0201中搅拌好后，控制好主催化剂的密度后放进R0201中，用E0206提供的热量，开始进行聚合反应。（R0201的操作压力选择0.60MPa，操作温度设定在45℃[13]。）当R0201中的聚合物溶液合格后，将合格的聚合液送进V0202（溢流罐）中。再从V0202进入T0201中进行未反应单体的回收，回收来的未反应的单体则从T0201（单体回收塔）的顶部进入T0202（单体吸收塔）中，再从T0202的塔顶对未反应单体进行吸收并进行冷却后到在T0202的底部再对闪蒸气体冷凝。（在塔顶要用LPHX以低流量进行喷淋防止有胶粒被一起带出[6]）。到T0202的底部吸收了大量未反应单体的己烷后，用泵P0204经E0206等装置后（在这过程中不断冷却后）控制好流量送往R0201的底部进行反应，在塔顶有另一部分己烷进入进行消泡和杀死气体中的催化剂防止影响到反应热的去除[17]。到此回收完成。而在未反应单体的回收中产生的反应热需要通过气体的循环过程降温来去除。从T0202的循环过来的气体，经E0201和E0202的冷却和冷凝后，进入V0201时温度降低会液化，液化的过程使温度降到很低这时再由V0201把液化部分送入R0201中达到去除反应热的目的[8-15]。V0201中的非凝气体，控制好流量减低温度循环送往R0201。如果R0201反应釜中压力过高，就不将不冷凝气体送入R0201中，而是焚烧掉[9]。

第4章物料衡算4.1物料衡算方块图及设计基础4.1.1物料衡算方块图图4.1物料衡算方块图4.1.2基础条件依据该设计的基础依据为：（1）年产量：22.5万吨。（2）一年工作7200小时。（3）（4）（5）胶料损失率为1％，每小时生产的合格胶料量：（6）主要原料指标为：(7）乙丙橡胶质量组成：（8）氢气：乙烯=1：10450（9）各股物料计算中各组分数下标分别为：表4.1各组分下标号名称乙烯丙烯乙叉降冰片烯丙烷己烷氢气氮气胶料下标号12345678（10）安托因公式:主要原料的安托因子如表所示：表4.2物料的安托因子系数安托因子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加料量及去单体回收工段的量4.2.1加料量己烷与氮气的进料量如表所示：表4.3己烷与氮气进料量表序号H11H12H13H14H15H2H31H32己烷kg/h225078752250225045002092502250056250氮气kg/h-----3.660.741.0834.2.2去单体回收工段的回收物料量4.2.3聚合工段出料量胶料的量=31565.66kg/h4.2.4过程物料平衡表表4.4物料平衡表（kg/h）组分乙烯丙烯丙烷ENB己烷氢气氮气CAT胶料总计进料16636.7912106.4660.843440.173071251.595.48322.65_339398.983回收33.2548.3860.84__1.595.48322.65_172.193出料___533.23307125___31565.66339223.894.3T0201单体闪蒸塔的物料衡算4.3.1基础依据条件①乙丙橡胶的一年的产量22.5万吨，即一小时31565.66千克②T0201进口原料的组成为：W1=0.0083W2=0.129W3=0.0022W4=0.0141W5=0.7168W6=O.OOOOO37W7=0.0002W8=0.12944.3.2各组分的物料衡算①进料中各组分每小时的量及组分分数胶料含量=31565.66kg/h塔釜和塔顶的出料温度分别为94.2℃和75.4℃,从塔顶出料为乙烯、丙烷、丙烯、氢气、氮气等气体组分，从塔釜流出的仅有部分ENB、己烷和胶料。②闪蒸塔塔釜出口处各组分的物料量及组分分数胶料出料量31565.66kg/h根据计算得知,从T0201的塔釜流出的是聚合工段中全部的己烷量。③闪蒸塔塔顶出口处各组分的物料量及组分分数4.3.3T0201单体闪蒸塔的物料平衡表表4.5T0201单体闪蒸塔的物料平衡表项目C1D1D2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2024.6972.312024.6972.31--丙烯31468.08749.2431468.08749.24--ENB536.674.79--536.674.79丙烷3439.5378.173439.5378.17--己烷408855.224754.13103980.221209.073048753545.06氢气0.900.450.900.45--氮气48.791.7448.791.74--CAT22.6522.65-胶料31565.6631565.66-总量477962.195660.83140937.822110.11336999.983549.85总计477962.19140937.82336999.984.4T0202单体吸收塔的物料衡算4.4.1T0202塔进口处各组分的含量4.4.2塔釜出料处各组分的摩尔分数Z1=0.0262Z2=0.271Z3=0Z4=0.02827Z5=0.6738Z6=0.0001627Z7=0.0006293T0202单体吸收塔塔釜中液相各组分的摩尔组成：T202单体吸收塔塔釜中汽相各组分的摩尔组成：4.4.3T0202单体吸收塔塔釜液相中各组分的含量某组分流量=Nl×Xi乙烯含量=丙烷含量=丙烯含量=己烷含量=氮气含量=氢气含量=4.4.4T0202单体吸收塔塔釜气相中各组分的含量某组分流量=Ng×Yi乙烯含量=丙烷含量=丙烯含量=己烷含量=氮气含量=氢气含量=4.4.5T0202单体吸收塔物料平衡表表4.6T0202单体吸收塔物料平衡表项目D1E1E2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)C2H42024.6972.311756.76962.74268.239.5797C3H831468.08749.2419923.64463.3412008.12285.907C3H103439.5378.171988.9845.2041450.0232.955HX160230.221863.148873.70103.18151353.981759.93H20.900.450.008770.004380.02290.0114N248.791.7447.5891.6991.1980.0428总量197212.212765.0532590.69676.167165081.572088.43总计197212.2132590.69165081.574.5R0201聚合反应釜的物料衡算4.5.1计算依据W1=0.0083W2=0.129W3=0.0022W4=0.0141W5=0.7168W6=O.OOOOO37W7=0.0002W8=0.1294液体出口物料总量某组分流量=总流量B1×该组分质量分数乙烯含量=丙烯含量=丙烷含量=ENB含量=己烷含量=氮气含量=氢气含量=4.5.2R0201塔中气体出口物料量各组分摩尔分数如下：X1=00246X2=0.2549X3=0.01520X4=0.0266X5=0.6917X6=0.0001561X7=0.0005929查化工手册得45℃时568KPa下相平衡常数分别为K1=8.28K2=2.44K3=0K4=2.23K5=0.074K6=0.0196K7=0.05804由公式K=Y/X,Y1=0.196Y2=0.622Y3=0Y4=0.0593Y5=0.0512Y6=0.0196Y7=0.05804MF中的乙烯含量==95697.62kg/h=3417.77kmol/hENB含量=0丙烯含量=丙烷含量=己烷含量=氢气含量=氮气含量=4.5.3各组分进料量表4.7各组分的物料分配表项目乙烯丙烯丙烷己烷氢气氮气E32160.9387204.875870.01290812.3880.013740.7188E31107.2924803.248580.00860541.5920.009160.4792表4.8R0201物料平衡表项目MFB1B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)C2H495722.323418.652024.6972.3177093.78282753.35C3H8419807.949995.4331468.08749.24375818.108948.05C3H1038706.75879.693439.5378.1735267.75801.54HX30.72536.674.79--H2229869.372672.89174855.222033.259516.69692.05N2529.88264.940.900.45529.85264.92C2H422015.027786.2548.791.7421966.24784.51CAT22.65-22.65胶料--31565.66总量810114.107-243962.19-570192.412-总计810114.107-243962.19570192.412 -4.6V0201物料衡算4.6.1各组分进料量进料量E36=B+E3+E1乙烯含量=丙烷含量=丙烯含量=己烷含量=氮气含量=氢气含量=4.6.2V0201塔进料处各组分的摩尔组成V0201塔中液相各组分的摩尔组成：V0201塔中汽相各组分的摩尔组成：4.6.3液相各组分的流量乙烯含量＝丙稀含量＝丙烷含量＝己烷含量＝氮气含量＝氢气含量＝4.6.4气相各组分的流量乙烯含量＝丙烯含量＝丙烷含量＝己烷含量＝氮气含量＝氢气含量＝表4.9V0201物料平衡表项目E36A1A2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)C2H478957.842819.922763.7998.7178939.432819.26C3H8400544.9889536.7868052.131620.29322465.687677.75C3H1037836.738859.938006.83181.9731147.69707.90HX128931.9821499.20127549.091483.127772.3190.37H2529.867264.931.4080.704548.19274.09N222014.31786.2373.772.6322688.72810.31总量668815.72515766.99206447.1183387.424463562.0213087.43总计668815.725206447.118463562.02进料量/（kg/h）出料量/（kg/h）加料及去单体回收段339398.983339223.89T0201477962.19477962.19T0202197212.21197212.21R0201810114.107810114.107V0201668815.725668815.725表4.10物料平衡总表

第5章能量衡算5.1R0201反应釜的热量衡算5.1.1计算依据条件各物料组分的平均定压热容如表所示物质/温度范围0～9.5(g)0～42℃(g)0～9.5(l)0～4.4℃(l)0～20℃(l)0～45℃(l)乙烯41.21943.15581.61481.17482.54184.859丙烯60.35763.29497.88497.56398.559100.239丙烷68.90672.720103.876103.541104.591106.335己烷134.473141.622189.506188.815190.976194.735表5.1R0201各物料平均定压热容表Cp/[KJ/(kmol·k)]5.1.2各物料组分进料时带入的热量5.1.3各组分出料及气化带出的热量在温度43℃下丙烯的蒸发焓12156kJ/kmol，己烷蒸发焓30357kJ/kmol,丙烷蒸发焓12895kJ/kmol[23]。，带出热量Q5:设搅拌产生的热为聚合热的8﹪，则出料热量与进料热量之差△Q：5.2T0201单体闪蒸塔的热量衡算5.2.1计算条件依据选择各物质0—t℃的平均定压热容如表所示：物质/温度范围l0～75.4℃(g)0～105℃(g)0～45℃(l)0～94.5℃(l)乙烯44.876-84.85989.916丙烯65.926-100.239103.873丙烷76.170-106.335110.127己烷148.06153.927194.735203.255表5.2各物质在0—t℃中的平均定压热容Cp/[KJ/(kmol·k)]表5.2.2T0201单体闪蒸塔中进料及液化带进热量(1)，带进的热量Q1:(2)，带进的热量Q2:(3)，液化放出的热量Q3:(4)，带进的热量Q4:5.2.3T0201闪蒸塔中出料及汽化带出热量，带出的热量Q5:D2中在T=94.5℃,P=0.126MPa的条件下；从塔釜中流出的高达百分之九十含量己烷，其带出大部分的热量。百分之十的是胶料和ENB，设定其带出的热量为己烷的百分之五，则塔釜出料处带走的热量Q6：(3)根据下式：Tr1=T1/T2Tr2=T2/Tc求得T2时的摩尔蒸发焓(ΔHV)2(kJ/kmol)为6036、7159，则汽化带出的热量Q7:进料热量与出料及汽化带出热量之差值：△Q=Q1+Q2+Q3+Q4-Q5-Q6-Q7=24918225.91kJ/h△Q/Q进=20.8%5.3T0202单体吸收塔的热量衡算5.3.1依据基础条件各物料在一定温度范围的的平均定压热容如表所示表5.3T0202塔中各物料平均定压热容Cp/[KJ/(kmol·k)]表温度范围/物质乙烯丙烯丙烷己烷0～70.2℃(g）44.59465.49675.611147.0140～40℃(l)84.38399.894105.976193.9540～70.2℃(l)87.356102.038108.212198.8945.3.2T0202吸收塔中进料及组分溶解、液化带入的热量5.3.3出料带出热量冷凝液带走的热量：表5.4能量进出衡算表名称带入热量/KJ带出热量/KJT0201119412627.8194494401.90T020268216184.5630561389.94R020112516133.874215781847.90

第6章设备选型6.1各设备计算6.1.1R0201聚合反应釜的设计计算查资料得年产2万吨乙丙橡胶的反应器公称容积91m3。设定相同高径比（H/D）和相同的聚合液密度[24]，由根据ρ=m/v求得，这样反应器过大不利于存放和生产，由此选择用十个反应器，则每个反应器的公称容积为102.4m3。设公称直径为D，高径比为1.6,则求得公称直径（D)4336mm、取整D=4500mm，高度(H)6938mm、取整H=7000mm(1)搅拌功率该反应釜的容积为102.4m3，釜径D=4.5m;初选浆型为透平式，浆叶直径与釜径比为0.35，求得叶径D=1575mm,取整D=1600mm所以选择圆盘叶透平式搅拌桨三层桨叶，叶径比叶宽=5，求得叶宽=0.4m。取八级的搅拌等级，u=14.6m/min。(2)搅拌浆的排出流量Qd查数据手册的聚合液的黏度为0.35mPa.s

再次查得Nqd=0.74,求得N=76.57r/min因为NRe>103是湍流区,在不考虑重力的影响下,此时K为常数,所以故总共率6.1.2V0202溢流罐的设计计算（1）计算基础依据条件(2)设备计算V0202溢流罐中正常工作下每小时的聚合液总体积流量为：则每个溢流罐对应的聚合液加料泵的体积流量为：所以每个贮罐的总体积为6.1.3E0206己烷加热器的设计计算（1）(2)在管外用7S给己烷逆流加热，进料温度T1=200℃，流量32550kg/h，出口温度为T2条件下，则平均温度下查的物性如下：(3)初选换热器计算蒸汽出口温度：逆流温差为：表6.1换热器数据数据名称数据外表直径D/mm500公称面积M244.3公称压强P/Mpa1.6管子排列方式正三角形排列 管子尺寸mmφ19×2.5管子长L/m3管数Nj256管中心距t/mm25管程数Np2(4)计算管程压降及给热系数为充分利用热量，己烷走管程，7S走壳程，利于清洗管程流动面积：内己烷的流速：取管壁粗糙度0.15mm，，得：管程压降：允许值30Kpa，换热器可行，可继续计算。管程给热系数(5)计算壳程压降及给热系数取折流档板间距B=0.2M，因系正方形排列，管束中心的管数管程流动面积：计算管外流动摩擦系数f0管子呈三角形，查书取校正系数F=0.5，去垢层取校正系数fs=1.15则：挡板数：壳程压强：管程的给热系数计算：管程7S被加热，取（u/uw）0.14=0.95，得(5)计算换热面积公式：由《化工原理》得Ri=0.000176㎡℃/W，R0=0.0001860㎡℃/W得：所选换热器的实际传热面积约为：根据《化工原理》查得选用JB/T4714-92标准型换热器。6.1.4聚合液加料泵设计计算(1)基础条件依据①同V0202溢流罐的流量，因此加料泵聚合液的总体积流量为：每个泵的体积流量为：②选择a、b管内直径100mm，c、d管内直径80mm且c、d流量相同：图6.2泵的计算示意图（2）泵扬程的计算①直管压头损失计算：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：即为湍流形态，直管损失：查表得绝对粗糙度ε=0.15mmab管相对粗糙度cd管相对粗糙度根据Re=468617.14查《化工原理》查得λ1=0.046,Re=586121.14λ2=0.048:局部损失：有18个直角弯头，查《化工原理》书得其局部阻力系数分别是：进口突然收缩标准直角弯头，180°回弯头,球心阀总压头：②确定泵的扬程③确定泵轴功率泵的有效功率对于小流量的离心泵泵轴功率：④泵的选型由以上计算得出选型号为IS125-100-315的泵10台，并再有10台备用泵。IS125-100-315型号的泵的数据如表表6.3泵的型号数据表名称流量扬程转速效率轴功率电动机功率质量（泵/底座）必须汽蚀余量数据60m3/h33.5m1450r/min58%9.4kW15kW189/1602.5m6.2设备一览表6.2.1管道设计计算由计算d，如下表：表6.4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/mmA160075.3931332.25250A261219.3532.74300B11.36657.3287.21750D15.16626.458881.31150D211.947.14818103.82400E110.4498.1933.91400E3266213.6264430.8100E36579.2143232.53.67400F366049.28153.64400H12456.938776100.4650H224581.63265102.81300H324528.57143100.961006.2.2设备一览表表6.5设备一览表序号工艺位号设备名称台数型式材质备注1R0201反应器10立式圆筒型SA516-70+SB162衬AG0201R0201搅拌器10透平式PTEM—34叶轮：SUS304轴：SUS3162V0201顶部累积器10立式圆筒型A-516-60+A240-316L3V0202溢流罐10立式圆筒型A-516-60+A240-316L4E0201顶部冷凝器1BFM（卧式）5E0202顶部冷却器1BFM（卧式）6E0203放气冷凝器1BEM（卧式)7E0204己烷蒸发器2BEM（卧式)8E0206己烷加热器2BEM（卧式)9T0201单体回收塔1蒸馏筛板式里：SA516-60-316LS内件：AISI30410T0202单体吸收塔1立式热交换器壳程：A-516-60管程：A-516-6011P0201冷凝液循环泵2离心式3HFN-374壳体：SCPH2转子：SCS13A12P0202聚合溶液加料泵2离心式150/80-600PD壳体：SCS16转子：SCS1613P0203聚合溶液加料泵2离心式150/80-600PD壳体：SCS16转子：SCS1614P0204己烷循环泵2离心式175/100-400ID壳体：SCS16转子：SCS1615C0201循环气鼓风机1透平200TCSCS1316C0202氢气压缩机1立式往复式壳体：铸铁转子：不锈钢17C0203循环气压缩机1立式往复式FC300

第7章经济技术分析查资料得到年产4万吨乙丙橡胶的装置建设总投资分为建设投资9万万元和成本原料投资30376万元。在建设投资资金相同时，根据化工装置的投资费用与生产能力之间的函数关系式（16/25）：（C代表装置的生产能力，I代表投资费用，n取0.6）则22.5万吨乙丙橡胶装置的设备投资为由此得到年产22.5万吨乙丙橡胶的建设总投资为：在此基础上算得实际应用资金为：（1）原料，辅助原料的年费用：乙烯：丙烯：ENB：催化剂：其他物料费用：原料总费用：171980.12万元/年（2）车间经费：工人工资：平均每人每月工资4700元，500工人则：水电费：总成本：综上可知，22.5万吨乙丙橡胶需五到六年回收成本，经济效益一般。

结论该设计是在年产22.5万吨乙丙橡胶的基本条件下进行计算的，首先通过对乙丙橡胶物理化学性质性能及合成方式进行分析，选择了溶液共聚来制备乙丙橡胶，将原料放进反应釜中进行聚合。之后到闪蒸塔中进行闪蒸之后进入失活和洗涤等工段最终得到制成品，未反应的从闪蒸到吸收塔再回到溢流罐过程中确保温度的减低，再次送进反应釜进行循环利用。在确定好生产过程后，选择了燕郊作为工厂建设地，自然条件方面都符合，三废处理也方便安全。该设计中在每年连续生产7200小时条件下，每小时生产胶料31565.66kg/h，加料段的进料总量为339398.983kg/h。在此基础上分别计算了R0201的进出料量为810114.107kg/h，T0201的进出料量477962.19kg/h,T0202的进出料量197212.21kg/h，溢流罐的进出料量668815.725kg/h和其自身的能量衡算，R0201的带入热量是4215781847.90KJ，带出热量是12516133.87KJ；T0201的带入热量是119412627.81KJ，带出热量是94494401.90KJ；T0202的带入热量30561389.94KJ,带出热量是68216184.56KJ。热量方面的话，由于在冷却水和物料本身进出所带动的热量变化导致其不很平衡，除此之外还有仪器本身运作释放的热使其平衡出现小小的偏差。根据以上得到结果确定一个聚合釜容积为102.4m3，公称直径为4.5m，高度为7.00m；由此计算出搅拌桨叶的排出流量232.09m3/min,搅拌转速为75.55r/min，桨叶直径为1.6m，搅拌功率为152.85kw；并计算出储罐的总体积是31.56m3。根据以上选择了合适的换热器型号其公称体积44.3m2，换热面积为45.82m2根据聚合液的体积流量75.745kg/h，确定了泵的扬程22.36m，轴功率4.703kw，选择了泵的型号。在考虑其经济和实用性，定制仪器设备，并绘制工艺流程图、设备装配图及车间布置图。

参考文献[1]白东明.乙丙橡胶工艺进展[J].化学工程师,2010,(6):46-48[2]王鑫，张永波，李晓强.高乙烯含量乙丙