【《乙丙橡胶聚合工艺的物料衡算计算过程案例》7200字】

乙丙橡胶聚合工艺的物料衡算计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u5208第1章绪论 17926第2章设计的理论基础和方法 2137042.1聚合手段及其理论方法 269772.1.1乙丙橡胶的溶液聚合工艺 2183652.2车间开车注意事项 3234272.2.1开车前的注意事项 3322382.2.2工艺设计的准备 3166782.3生产过程的注意问题 327909第3章设计基础 4271393.1聚合工艺介绍 434923.1.1生产过程的物料衡算图 4157783.1.2聚合工艺的操作简述 423802第4章经济生产的评估 5125884.1原料的成本消耗及预算 57514按照每年的97637.5的利润计算，每年工厂的盈利情况非常的乐观，稳赚不赔的工厂，总的投资利润比为60%以上。 524626第5章物料方面的相关计算 5318615.1计算的相关事项 5185585.2相关的物料衡算 6215975.3反应搅拌釜（T0201）的相关材料计算 7106245.4搅拌反应釜（T0201）中出口的物料衡算 79670结论 11第1章绪论在19世纪50年代，纳塔与意大利的（Montecatini）公司[1]，经过一系列的聚合方法，用乙烯和丙烯为单体材料，第一次研发了二元乙丙橡胶。而且合成出来的二元乙丙橡胶具有很多优秀的性能、耐高温，高硬度、抗老化等，自此之后关于乙丙橡胶的产品陆续的问世，成为了历史上伟大的研究。之后在20世纪60年代，世界上第一个生产乙丙橡胶的溶液聚合装置问世[2]，它是由美国的Exxon公司[3]研发出来了，这对乙丙橡胶的发展产生了很大的促进作用。在20世纪70年代，美国同意大利合作共同研究出来了生产乙丙橡胶的一种全新的方法——悬浮法制备乙丙橡胶，大大扩展的乙丙橡胶的生产。不仅如此，美国对乙丙橡胶行业的贡献还不止这些，除了以上说的这些之外，它还在美国许多地方建造了生产乙丙橡胶的工厂，在里面有许多先进的生产仪器，年产量可高达3亿吨/年，可以说对乙丙橡胶产业，美国做出的贡献可以说是功不可没，美国的发展带动世界各地的乙丙橡胶的盛产。在之后世界各国同样的建造了生产乙丙橡胶的装置和工厂，乙丙橡胶的生产对世界的工业发展带来了巨大的变化，满足了许多商品的不足，从而得到了广大客户的喜欢。随之乙丙橡胶的发展进入了一个崭新的时代。虽然说我们国家近些年来乙丙橡胶的年产量成逐年的增加，但是中国吉林石化公司具有的乙丙橡胶生产装置不管从产能方面还是技术之上都不能符合中国国内外工业市场的需求。为此，我设计了年产量53500吨的乙丙橡胶的生产装置。第2章设计的理论基础和方法2.1聚合手段及其理论方法2.1.1乙丙橡胶的溶液聚合工艺在当今世界上，溶液聚合的方法是最好的的方法之一，也是目前生产乙丙橡胶的主要手段最重要的一部分，乙丙橡胶的时候生产最主要的的方法就是溶液聚合法了，因为他的生产过程最符合实际的生产要求。溶液聚合法反应物单体溶解在一定的溶剂中从而进行的聚合反应，反应得到的聚合物如果不溶于溶剂，属于古老的溶液聚合，相反则属于沉淀聚合或者是称为淤浆聚合这两种。这种方法因为有溶剂在里边，会使物料的粘稠度不会很高，这样对物料的流动和物料的传递热量的方面非常有利，所以，对于乙丙橡胶的的生产非常有利。溶液聚合法的最大优点就是在于它的投资成本低，风险小。而且在工业生产方面，就有跟打的竞争力，主要是因为他们按照顾客的要求随意进行调整，这也就导致了这种方法的产品种类多应用范围广等特点[15]。2.1.2乙丙橡胶的悬浮聚合法悬浮聚合法跟溶液聚合法最大的不同点就是悬浮聚合法没有溶剂，它是根据单体在搅拌还有催化剂的作用下实现的。依据制备的方法的不同，悬浮聚合法又分为传统聚合法和简化悬浮法，二者之分是因为其中催化剂的不同。传统悬浮聚合法的催化剂一般采用的是钒系化合物，在生产中在添加少量的稀释剂，在一定的条件下（特定的温度和压力）使乙烯、丙烯进行聚合反应。而传统悬浮聚合的不足的地方就是生产过程中会很容易产生一些复聚物，要想改进这方面的缺点就得在催化剂和稀释剂上做一些改良。在生产工业上使用这种方法的不多，到目前为止世界上也就意大利埃尼化学公司[16]和德国德拜尔公司[17]使用这一系列的装备生产乙丙橡胶。简易悬浮聚合法与传统悬浮聚合的不同正是因为催化剂的创造与换代，正是因为催化剂的不同才有了二者之分，也才有了之后的生产成品的不一样，都是因为它们两种方法的助化剂的不同才有了这样的结果。与传统聚合相比，它的优点是产品性能好，投资成本低，但是真因为简易悬浮法生产的产品性能好、结晶度高所以导致产品应用的范围收到一定约束，这也这种方法的缺点。但是一般的，用悬浮法制得的产品纯度都很高。2.2车间开车注意事项2.2.1开车前的注意事项对仪器进行全部检查、试调。对电力系统、线路管道一一进行排查试用。全面检查所有装备的稳定性。对所有的防火工具、消防栓进行全面检查、试用。2.2.2工艺设计的准备对所有仪器和线路都进行彻底的清洁干净，没有灰尘和污垢，保持正常的运行操作，确保使用过程种出现差错。保持坚信通讯设备的正确使用和正常操作，避免出现事故时出现联系中断的情况。保持防火防爆防电系统的正常运行操作，以免发生危险时不能及时的处理突发事故而造成的人员伤亡，给公司方面造成不必要的损失，确保人员安全必须放到首位，不能有任何的闪失，这是必要的。保证设计过程中所有仪表的安全运行，包括所有管道的调试和线路的正确操作，还有各种仪器的安全问题的完全的正确使用，没有一点点的偏差。2.3生产过程的注意问题乙丙橡胶的生产过程中，对各种药品的要求非常的严格，这样是为了得到的乙丙橡胶的产品性能方面非常的优异，挑不出来什么毛病，对产品的使用能够得心应手。需要的基本的操作标准：聚合过程中对ML的控制，还有产品中的ML的控制，他们相差不多，可控范围大约在45左右；对塔的温度的控制大约在170度左右；空气的质量的保证，其中空气中的湿度和大气温度尤其重要；其他的还有各种材料的的用量要求，乙烯大约占57%，碘的含量大约是22%左右，乙烯与丙烯的投入的物料比应为56%；己烷生产技术上生产出来的产品的颜色，最好保持无色的透明的，纯度大于99%等等；还有许多控制条件，必须完全按照实际的预算来配备物料。如果操作过程中不注意这些的话，会导致成产出来的乙丙橡胶不符合实际的生产要求，这就直接导致了公司经济的损失，而且相当之大。不但如此，生产出来的乙丙橡胶性能很差，也不能回收再利用，损失不可估量。在这里我没有一一列举出来各种表格，只是简答阐述了几点操作过程中容易发生错误的几项，但其他的问题也一样重要，必须注意。生产时，必须提前把用料、物料的配比等都用表格一一列举出来，这样就方便了生产，也保证了生产中发生错误。不仅如此，在生产过程中如果发现表格有错误还能及时的更正，保证生产过程的顺利进行，也避免了发生不必要的损失，给工厂带来不便。在实际生产中，应及时检查生产出来的第一批产品，看看出没出现差错。如果有，应立即停止机器的运行，及时处理，改正错误，继续生产，不要耽误生产进度。第3章设计基础3.1聚合工艺介绍3.1.1生产过程的物料衡算图3.1.2聚合工艺的操作简述上图所指的是溶液聚合工艺，聚合过程中的温度大约在32℃到35℃范围内，聚合的压力大约在0.6MPa左右，乙烯、丙烯经过管道输送装置，通过控制压力使乙烯进入乙烯气集管，再经过遇冷后，与助催化剂一起进入带搅拌的聚合反应釜R0201。经过了充分的搅拌之后，从R0201反应釜出来的反应物进入到T0201（闪蒸塔操作），还没参加反应的乙烯单体、丙烯单体从塔顶出来，再经过T0202（吸收塔）对单体的吸收和循环再使用；这样的目的是为了防止生产的聚合物会生成粘粘物。之后进行对生产过程中产生的热量的去除，生产中的热量通过塔顶设置的循环系统还有己烷蒸汽的湿热和散热排出。经过一系列单体回收、冷凝、去热最终生成乙丙橡胶成品。第4章经济生产的评估4.1原料的成本消耗及预算主要消耗的原料有：乙烯、丙烯、ENB、催化剂，单价分别为：7200、8500、11000、30000。乙烯的生产成本为3900元/吨，丙烯的生产是3400元/吨，ENB的生产成本是1350元/吨，催化剂的生产成本是1200元/吨，还有其他的生产原料的成本大约是600元/吨，总的生产成本=3900+3400+1350+1200+600=10450元/吨。以下是每年所需的成本的计算：4.2工厂的盈利情况按照每年的97637.5的利润计算，每年工厂的盈利情况非常的乐观，稳赚不赔的工厂，总的投资利润比为60%以上。第5章物料方面的相关计算5.1计算的相关事项1.总得投产量为5.35万吨/年2.生产中产生的废料的产率维持在1%。3.生产的复合要求的产品按每小时计算=4.各种单体和催化剂的转化比例分别为：5.合成乙丙橡胶的各个单体的比例为：6.8.生产过程中各种仪器设备的热损失率必须保证在5%以下。10.材料的安托因因子见下表：主要因子abc温度的控制范围/℃乙烯因子6.96311694344-247—87丙烯因子6.8667894.94336-100—-29丙烷因子6.8377914.72533.88-112—-30己烷因子6.884272357.53335.69-33—87氢气因子6.1327782.432310.229-198—-302氮气因子6.5284344.79322.44-187—-143ENB因子6.883232134.21314.875.2相关的物料衡算1.计算每小时工厂合格的乙丙橡胶的量知道了各个组分的进料的质量比，就能轻易地计算出需要的己烷的物料：需要的己烷的进料量分别有每个组分分别组要的量为各组分需要回收的物质的量：生产过程中乙烯在反应过程中去单体的回收的物料量=1473.1185kg生产过程中生产过程中生产过程中生产过程中从以上数据可以表明格组分的含量和百分数。5.3反应搅拌釜（T0201）的相关材料计算T0201反应搅拌釜中各种单体进料的物料分别有乙烯单体、丙烯单体、催化剂ENB、丙烷单体、己烷单体、氢气单体和氮气单体，经过计算得出它们各个的摩尔质量分别是20.2465kmol、264.7617kmol、2.789kmol、26.4123kmol、228.3499kmol、1.1874kmol、1.6411kmol，各组分的质量分别是372.56kg、8566.33k、189.44kg、961.23kg、41576.71kg、3.294kg、22.793kg。而此时，反应搅拌釜中的温度是700.3℃，由于出料口的温度大约在80℃左右，低于搅拌反应釜的温度，可以很容易的分辨出各种单体，而且单体会因为温度过高，变成气体从出料口飞出去，流进其他的反应釜中。5.4搅拌反应釜（T0201）中出口的物料衡算出料口中含有的物质分别有：ENB气体、己烷气体、乙烯气体、丙烯气体、丙烷气体、氮气和氢气。以下分别是对他们计算（单位：kmol）：出料口中乙烯组分=69411.770.0097=527.43kg=17.1940kmol出料口中丙烯组分=69411.770.2378=6599.33kg=203.665kmol出料口中丙烷组分=69411.770.0232=659.85kg=18.5875kmol出料口中己烷含量=23960.91kg=278.6150kmol出料口氢气的含量=58003.22kg=0.0715kmol出料口中氮气含量=11.601kg=1.368kmol5.5相关的物料的比例平衡在搅拌反应釜（塔T0201）中，各个单体成分分别为是：乙烯、丙烯、丙烷、己烷、胶量、ENB；每种单体所需要的进料量分别是：527.43kg、6599.33kg、689.85kg、23960.91kg、58003.22kg、11.601kg、7057.617kg、127.6100kg；各种单体需要的气体出料的量质量分别是：527.43kg、6599.33kg、689.85kg、23960.91kg、58003.22kg、11.601kg、7057.617kg、127.6100kg；各种组分的摩尔质量为：17.1940kmol、178.2910kmol、18.5875kmol、278.6150kmol、0、0；而出料口的液相出料量只有ENB它们的摩尔质量分别是：0.699kmol.、278.6150kmol、4910.2130kmol。5.6搅拌反应釜（塔T0201）中的热量的相关计算5.6.1计算的标准计算的标准是在为温度是在0℃（必须是0℃）时，反应成分的各个单体的焓值必须也同时为0是，才可以计算，这样足以保证计算的准确性，没有误差。温度在0℃到80.3℃之间时，各单体组分的平均的热熔（在一定的压力下）为（单位：kj/kmolk-1）：乙烯的平均定压热容为55.137、丙烯的平均定压热容为71.382、丙烷的平均定压热容为84.522、己烷的平均定压热容为223.987。温度在0℃到51℃之间时，乙烯的平均定压热容为75.272kj/kmolk-1、丙烯的平均定压热容为100.34kj/kmolk-1、丙烷的平均定压热容为98.254kj/kmolk-1、己烷的平均定压热容为200.467kj/kmolk-1。温度在0℃到80.3℃之间时，乙烯的平均定压热容为96.431kj/kmolk-1、丙烯的平均定压热容为993.157kj/kmolk-1、丙烷的平均定压热容为97.343kj/kmolk-1、己烷的平均定压热容为200.756kj/kmolk-1。5.6.2物料从进料口（F3）进入带进的热量计算计算物料从F3进料口进入带进去的热量是在温度为51℃是，乙烯单体组分、丙烯单体组分、丙烷单体组分、己烷单体组分的平均定压热容刚才咱们已经计算过了，可以很容易的得出它们的平均热容分别是：75.272kj/kmolk-1、100.34kj/kmolk-1、98.254kj/kmolk-1、200.467kj/kmolk-1。而带入进料口F3的热量还有其他组分的原因，包括H13组分、H31组分、H2组分，其中H2组分带入的热量实在温度为206℃，大气压为1.232Mpa的时候计算的，此时的热量为：己烷单体组分带入的热量是353154；而H13组分的带入的热量和H31组分带入的热量是在温度为51℃，空气大气压在0.58Mpa的情况下测定的，此时带入出料口的热量是4548143.6012KJ。5.6.3物料从出料口出来带出来的热量计算物料从出料口出来在D2塔和L3塔从中都带出了热量出来，在D2塔中带出的热量是温度在80.1℃，平均大气压在0.223Mpa时计算的。由上面可知，在温度在80.1℃，平均大气压在0.223Mpa时，乙烯单体组分带出的热量是96.43kj/kmolk-1、丙烯单体组分的带出的热量是993.157kj/kmolk-1、丙烷单体的组分的带出的热量是97.343kj/kmolk-1、己烷的单体的组分带出的热量是200.756kj/kmolk-1。所以从以上计算，从D2出料口带出的热量的总和就是这个四个单体的组分的带出的热量总和，数值为4853863.8853KJ。然后在计算物料单体从出料口L3出来后带出来的热量，测量从L3出来的热量温度保持在100.05℃，而此时的空气中平均大气的压力为1.345Mpa，从中带出来的热量记为A，计算过程如下：利用公式经过上述一系列的对热量的计算，各组分的单体从进料口的进入带入的热量，还有各组分的单体从出料口出来带出的热量，经过计算算出在生产乙丙橡胶的过程中反应釜中的热量损失在5%以下，算是可控范围之内，说明该设备满足生产的规格，没有造成成本的浪费，足够说明我们的产品设备仪器完全适合生产。5.7反应釜（T0202）的相关物料计算反应釜（T0202）中的相关物料包括乙烯单体组分、丙烯单体组分、丙烷的单体组分、催化剂ENB的单体组分、氮气的单体组分、氢气的单体组分，因为这些物料都是来自于搅拌反应釜（T0201），所以进入反应釜（T0202）中的物料的含量与从搅拌反应釜（T0201）中乙烯的单体组分、丙烯的单体组分、丙烷的单体组分等，它们的含量是一样的。所以，乙烯的单体的组分的含量是424.6762kg、22.3411kmol；丙烯的单体的组分的含量是235.4285kg、264.284kmol；丙烷的单体的组分的含量是817.8423kg、20.4264kmol；催化剂（ENB）的组分的含量是0kg、0kmol；己烷的单体的组分的含量是为44868.5kg、471.6267kmol、氮气单体的组分的含量是22.789kg、1.3811kmol；氢气的单体的组分的含量是2.187kg、1.648kmol。5.8生产反应釜（R0201）中的相关物料平衡如下图所示，就是反应釜（R0201）的材料的衡算图，所有的物料都是通过MF进入到反应釜当中的。从进料口MF进入，再经过反应从出料口RP输送出来的。其中，进料的各组分单体分别为乙烯单体的组分、丙烯单体的组分，催化剂ENB的单体的组分、丙烷单体的组分、己烷单体的组分、氢气单体的组分和氮气单体的组分。它们各组分的物料计算足：=，经计算，各组分的含量分别是：乙烯单体的组分的含量是=kmol/h丙烯单体的组分的含量是=kmol/h催化剂ENB的组分的含量是kg/h=kmol/h丙烷的单体组分含量是=5317.64kg/h=kmol/h己烷的单体的组分的含量是=kg/h=kmol/h氢气的单体的组分的含量是=kg/h=kmol/h氮气的单体的组分的含量是=kg/h=kmol/h同样的出料口中也是含有这些单体组分，计算它们的含量需要满足的是：各单体组分的含量=，接下来我们来计算出口（RP）的各个单体的组分的量：乙烯的单体的组分的含量==kg=kmol丙烯的单体的组分的含量是==kg=kmol催化剂ENB的组分的含量是==kg=kmol丙烷的单体的组分的含量是==kg=kmol己烷的单体的组分的含量是==kg=kmol氢气的单体的组分的含量是=58018==kmol氮气的单体的组分的含量是==kg=kmol在出料口（F2）中各个单体组分的含量计算如下：丙烯的单体的组分的含量是==kmol=5139kg己烷的单体的组分的含量是=2089.450.0512=100.8498kmol=3025.4930kg氢气的单体的组分的含量是==kmol=kg氮气的单体的组分的含量是==kmol=2495.09kg5.9对反应釜（R0201）中热量的计算反应釜（R0201）中的热量计算标准满足的条件是温度必须在0℃，而且在其同时的是各个单体组分的焓值必须也为0KJ，以下是各个单体组分的平均热容（一定大气压下）：在温度处于0℃到10℃（g）之间时，乙烯的单体的组分的平均的定压热量是42.869KJ/(kmolk)、丙烯的单体组分的平定的压热量是89.879KJ/(kmolk)、丙烷的单体的组分的平均的定压热量是89.451KJ/(kmolk)、己烷的单体的组分的平均的定压热量是128.564KJ/(kmolk)。在温度处于0℃到50℃（g）之间时，乙烯的单体的组分的平均的定压热量是50.216KJ/(kmolk)、丙烯的单体的组分的平均的热量是87.648KJ/(kmolk)、丙烷的单体的组分的平均的热量是80.486KJ/(kmolk)、己烷的单体的组分的平均的热量是151.544KJ/(kmolk)。在温度处于0℃到10℃（L）之间时，乙烯的单体的组分的平均的定压热量是79.244KJ/(kmolk)、丙烯的单体的组分的平均的热量是100.652KJ/(kmolk)、丙烷的单体的组分的平均的热量是114.952KJ/(kmolk)、己烷的单体的组分的平均的热量是200.597KJ/(kmolk)。在温度处于0℃到5℃（L）之间时，乙烯的单体的组分的平均的定压热量是79.134KJ/(kmolk)、丙烯的单体的组分的平均的热量是100.165KJ/(kmolk)、丙烷的单体的组分的平均的热量是114.697KJ/(kmolk)、己烷的单体的组分的平均的热量是200.906KJ/(kmolk)。在温度处于0℃到30℃（L）之间时，乙烯的单体的组分的平均的定压热量是80.963KJ/(kmolk)、丙烯的单体的组分的平均的热量是100.298KJ/(kmolk)、丙烷的单体的组分的平均的热量是114.798KJ/(kmolk)、己烷的单体的组分的平均的热量是201.827KJ/(kmolk)。在温度处于0℃到55℃（L）之间时，乙烯的单体的组分的平均的定压热量是90.103KJ/(kmolk)、丙烯的单体的组分的平均的热量是110.678KJ/(kmolk)、丙烷的单体的组分的平均的热量是120.684KJ/(kmolk)、己烷的单体的组分的平均的热量是220.709KJ/(kmolk)。经过一系列的计算之后，我们能够精确的计算出出料口的单体组分的热量与进料口单体组分的热量的之差，对比来看，足以满足我们的设计理念。结论该设计我简单阐述了生产乙丙橡胶的一系列操作，包括对一些物料的配比，物料的选择。也详细的介绍了生产过程中各种单体组分的消耗量，以及在生产乙丙橡胶过程中产生的浪费和热量的计算，在经过了实际的计算分析证明，我们所设计的这套装置不存在浪费物料或者产生热量过高等问题。我还特意为本次设计绘制了相关的设计图纸，通过对此次设计的成本、利润分析计算，得出的结果为每年的利润大约为3.78亿/年，而且该项目投资风险小，经营效率高，属于科投产设计。参考文献[1]邝生鲁，化学工程师技术全书(上、下)[M]，化学工业出版社，2002(3)[2]国家医药管理局上海医药设计院，化学工艺设计手册[M]，化学工