【《年产0万吨的聚丙烯树脂（PP）的生产工艺计算案例》2600字】

年产0万吨的聚丙烯树脂（PP）的生产工艺计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u26792年产0万吨的聚丙烯树脂（PP）的生产工艺计算案例 146941工艺计算 176891.1工艺基准 179771.2物料衡算 2132601.1.1催化剂用量 2245211.1.2R200小环管的物料衡算 2185171.1.3氢气用量 327161.1.4R201大环管反应器的物料衡算 3193791.1.5D301闪蒸罐的物料衡算 4157631.1.7D501汽蒸罐的物料衡算 586311.1.8造粒 5318601.2热量衡算 6310901.1.1计算依据[11] 6129991.1.2R200小环管的热量衡算 6117831.1.3大环管反应器的热量衡算 7240592工艺设备选型 8252712.1R200小环管的选型 8270512.1.1R200小环管的工艺参数 8236882.1.2主要作用 8223282.1.3选型 9281592.2R201大环管反应器的选型 9212702.2.1R201大环管反应器的工艺参数 9117102.2.2特点 9116332.2.3选型及结构 9140892.3设备一览表 101工艺计算1.1工艺基准本设计为10万吨/年聚丙烯树脂生产工艺设计，设聚丙烯树脂的收率为98%，剩余的2%为杂质或未反应的物料：原料精制时损失0.5%，闪蒸损失0.8%，汽蒸罐过程中分别损失0.5%原料、0.1%的粉料，物料在造粒过程损失0.1%，按每年工作日为250天算。反应：则每吨聚丙烯树脂消耗丙烯（100%）：1.02吨丙烯。聚丙烯树脂每小时的净生产量：100000/6000=16.667t需要丙烯：16.667×1.02=17.000t，将17.000t丙烯设为基准：扣除损耗，丙烯有：17.000t/(1-0.5%-0.5%-0.8%)=17.312t设转化率55%，进料量为：17.312/0.55=31.476t设原料纯度99.5%，则物料为：31.476/0.995=31.634t1.2物料衡算1.1.1催化剂用量（1）主催化剂（CS-II型和DQ-I型）主催活性：每1g催化剂可促进30kg丙烯反应[9]。则主催用量：17.312×1000/30=577.067g（2）设主催:助催:给电子体:烃油十脂=0.06:0.35:0.015:0.35，得：助催（TEAL）用量：(0.35×577.067)/0.06=3366.224g给电子体（DONOR）用量：(0.015×577.067)/0.06=144.267g烃油十脂：3366.224g则催化剂总量：577.067+3366.224+144.267+3366.224=7453.782g=7.454kg1.1.2R200小环管的物料衡算图2R200物料平衡图（1）进料：丙烯进料流量2700~3300kg/h，取3000kg/h由以上计算得主催577.067g；催化剂总量7.454kg；主催化剂活性：每1g催化剂可促进100g聚丙烯生成。生成PP：577.067×100=57706.7g=57.707kg丙烯剩余：3000-57.707=2941.293kg（2）出料：PP：57.707kg；丙烯：2941.293kg；催化剂：7.454kg表2R200物料衡算表物料名称物料质量（kg）总量（kg）输入丙烯30003007.454催化剂7.454输出丙烯2941.2933007.454PP57.707催化剂7.4541.1.3氢气用量每生成1吨聚丙烯树脂，H2将消耗0.009~0.31kg[10]，此处取值：0.20kg/t，H2用量：17.312×0.20=3.4624kg1.1.4R201大环管反应器的物料衡算设转化率为55%。图3R201物料平衡图（1）进料：丙烯：31.634×1000-57.707=31576.293kgPP：57.707kg生成PP：31576.293×55%=17366.9612kg（2）出料：PP：17366.961+57.707=17424.668kg丙烯：31.634×1000-17424.668=14209.332kg表3R201物料衡算表物料名称物料质量（kg）总量（kg）输入丙烯（R200）2941.29331691.707丙烯（D302）28749.414输出PP(R200)57.70731691.707丙烯14209.332PP17424.6681.1.5D301闪蒸罐的物料衡算图4D301物料平衡图设闪蒸罐顶部可损失PP粉料10%，而底部将损失10%的原料。则塔顶出料为：丙烯：14209.332×90%=12788.399kgPP：17424.668×10%=1741.467kg塔底出料为：PP：17424.668×90%=15681.201kg丙烯：14209.332×10%=1420.933kg1.1.6F301布袋过滤器的物料衡算图5F301物料平衡图D301→F301：PP粉15681.201kg；丙烯气1420.933kgT301→F301：丙烯2860.000kg；PP1741.467kg则进料：丙烯：1420.933+2860.000=4280.933kgPP：15681.201+1741.467=17424.668kg汽蒸罐损失0.8%丙烯：0.8%×17.000×1000=136kg；过滤器顶部回收原料量为：4280.933-136=4144.933kg出料：T301：丙烯气4144.933kgD501：PP17424.668kg；丙烯136kg1.1.7D501汽蒸罐的物料衡算进料：PP17424.668kg；丙烯136kg；水蒸汽24003.5kg损失PP粉：17.000×1000×0.1%=17.000kgD501→D502：PP粉17424.668-17=17407.668kg；PP粉夹带水份17407.668×3%=521.230kgD501→T501：PP粉17.000kg；丙烯136kg；水蒸汽24003.5-521.230=23481.27kg1.1.8造粒PP粉质量为17407.668kg，损失0.1%：17407.668×0.1%=17.408kg（催化剂、H2损失可忽略不计）。每小时成品产量：(17407.668+3.4624+7.454)-17.408=17401.176kg=17.401t，则年生产聚丙烯树脂：17.401×6000=104406t1.2热量衡算1.1.1计算依据[11]丙烯聚合热：-ΔH=2093kJ/kgPP[12]表4几种物质的比热物质名称温度(℃)20255070比热kJ/(kg·℃)水4.1824.19液相丙烯1.8673.3483.81气相丙烯6.8646.89聚丙烯1.231.1.2R200小环管的热量衡算预聚生成PP57.707kg；丙烯聚合热：2093kJ/kgPP输入热量：20℃的丙烯热量Q1=CpmΔt=1.867×3000×20=172020kJPP的反应热Q2=57.707×2093=120780.751kJ输出热量：预聚散失热量Q3=CpmΔt=1.93×57.707×20=2227.490kJ未反应丙烯带走热量Q4=CpmΔt=(3000-57.707)×1.867×20=168711.081kJ冷却水带走热量：Q5=Q1+Q2-Q3-Q4=172020+120780.751-2227.490-168711.08=121861.179kJ（忽略设备向外界环境散热量）夹套水进口温度9.5~10.5℃，此处取10℃，出口温度15℃由Q=C水mΔt，可得m水=Q5/(C水Δt)=121861.179/(4.2×5)=5801.961kg查资料得，聚合釜夹套中总传热系数为：K=δ℮-0.809C（K—总传热系数，ω/m2k；δ—丙烯零转化时的传热系数，ω/m2k；C—丙烯转化率）选用的碳钢材质聚合釜，δ取560~698ω/m2k，此处取δ=600ω/m2k则C=57.707/3000=0.01924，K=600×e-0.809×0.01924=590.734ω/m2k反应温度：20℃→20℃，冷却水:10℃→15℃平均温差：则Δt=[(20-10)-(20-15)]/ln[(20-10)-(20-15)]=7.214℃1ω=3.6kJ/h，传热面积A=Q/(KΔt)则A=Q5/(KΔt)=(121861.179/3.6)/(590.734×7.214)=7.943m2表5R200热量衡算表热量名称热量（kJ）总量（kJ）输入热量20℃丙烯带入热量Q1172020 292800.75 PP的反应热Q2120780.751输出热量预聚物带走热量Q32227.490292800.75未反应丙烯带走热量Q4168711.081冷却水带走热量Q5121861.179冷却水用量（kg）5801.961夹套传热面积(m2)7.9431.1.3大环管反应器的热量衡算生成PP：17366.9612kg；氢气进料温度20℃，量为3.4624kg。进料：PP57.707kg；丙烯31576.293kg出料：PP17424.668kg；丙烯14209.332kg输入热量：预聚带入的热量Q1=CPmΔt=57.707×1.23×70=9008.063kJ丙烯带入的热量Q2=CPmΔt=31576.293×3.81×70=8421397.343kJ氢气带入热量Q3=CPmΔt=3.4624×14.300×50=2475.616kJ反应生成热Q4=2093×17424.668=36469830.124kJ输出热量：聚合带走热量Q5=17424.668×1.23×70=2719990.675kJ丙烯带走的热量Q6=14209.332×3.81×70=3789628.844kJ冷却水带走热量Q7=Q1+Q2+Q3+Q4-Q5-Q6=38393091.627kJ冷却水温度：10℃→30℃冷却水用量m水=38393091.627/4.2×(30-10)=457060.615kg平均温差Δt=[(70-10)-(70-30)]/ln[(70-10)-(70-30)]=49.326℃总传热系数K=600×e-0.809×0.55=424.358ω/m2k换热面积A=Q/(KΔt)，则A=Q7/(KΔt)=(38393091.627/3.6)/(424.358×49.326)=509.498m2表6R201热量衡算表热量名称热量（kJ）总量（kJ）输入热量预聚物带入热量Q19008.06344902711.146丙烯带入的热量Q28421397.343氢气带入热量Q32475.616反应生成热Q436469830.124输出热量聚合物带走热量Q52719990.67544902711.146丙烯带走热量Q63789628.844冷却水带走热量Q738393091.627夹套传热面积(m2)509.4982工艺设备选型设备要符合国家标准要求和本部门的生产加工工艺以及质量规范，在满足生产需要的前提下，为了提高产品质量、延长其技术寿命，选用技术成熟的工艺设备。2.1R200小环管的选型2.1.1R200小环管的工艺参数温度：20℃/-45℃~150℃(夹套170℃)压力：2.4~4.7Mpa介质：丙烯、催化剂、聚丙烯浆液浓度：420~430kg(pp)/m32.1.2主要作用丙烯预聚合时，将其反应条件保持在2.4Mpa和20℃。2.1.3选型根据能量平衡计算，该环管体积0.44m3，反应停留4min，所需的换热面积7.943m2。不锈钢材质，有两根9m直管穿过管道连接。环管内径152.44mm，设备高11.4m，壁厚7.1mm，反应器的直管部分装有一个直径为254mm的碳钢夹套。环管表面积为h×π×d=2.14×0.1524×9×2=8.63m2，而所需换热面积为7.943m2，故设计合理。2.2R201大环管反应器的选型2.2.1R201大环管反应器的工艺参数温度：70℃/-45℃~150℃(夹套150℃)压力：2.4/4.7Mpa(夹套0.8Mpa)介质：丙烯、聚丙烯、催化剂浆液浓度：560kg(PP)/m32.2.2特点材料流速高，传热好，无大量滞留；聚合速率高，单体体积收率高；环管内催化剂分布均匀；循环能量少，设备简单、占地少；2.2.3选型及结构进料丙烯（31634kg）的体积：31634/(0.52×103)=60.835m3；进料聚丙烯（57.707kg）的体积：57.707/(0.9×103)=0.064m3；总体积：60.835+0.064=60.899m3，取65m3。反应停留时间为1.5h，则累积量65×1.5=97.5m3，故设备总容积为97.5m3。选取环管直径635mm，总高度为：97.5/(0.25×D2×π)=308.03m≈310m选择6根长5.2m直管，10个大环管。每个环管容积为9.75m3，约10m3，则直管表面积：h×π×d=52×2.14×0.635×6=622.1m3，而所需换热面积为509.498m2，则设计合理。设备采用环管结构，有六条直管，由五个弯管连接。