年產10萬噸聚丙烯的工藝設計畢業(yè)論文.doc

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1、 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 年產10萬噸聚丙烯的工藝設計 摘 要 聚丙烯之所以是各種聚丙烯烴材料中發(fā)展最快的一種，關鍵在于其催化劑技術的飛速發(fā)展。本設計中就詳細介紹了聚丙烯隨催化劑的發(fā)展而發(fā)展的情況。 聚丙烯是丙烯單體聚合而形成的高分子聚合物，是一種通用合成樹脂。它作為一種高分子塑料，在現(xiàn)代化工生產中占有重要的地位，是五大工程塑料之一。 本設計是以中原石化的S-PP工藝為設計基礎，設定年產量為兩萬噸，然后進行物料衡算、熱量衡算、設備選型等過程，最終完成的一份比較完整的設計說明書。 另外聚丙烯來源豐富，價格便宜，易于加工成型，產品綜合性能優(yōu)良，因此被廣泛

2、地應用于化工、化纖、輕工、家電、建筑、包裝、農業(yè)、國防、交通運輸、民用塑料制品等各個領域，在聚烯烴樹脂中，是僅次于聚氯乙烯、聚乙烯之后的第三大通用塑料。 目 錄 前 言 1 第1章 工藝流程確定 13 1.1催化劑的配置和計量 13 1.2丙烯預精制和丙烯保安精制及氫氣壓縮 15 1.3 預聚合與液相本體聚合 17 1.4 聚合物閃蒸和脫氣 18 1.5 聚合物的汽蒸和干燥 19 1.6 生產原材料的規(guī)格 20 第2章 物料衡算 26 2.1計算基礎 26 2.1.1設計條件 26 2.1.2丙烯進料量 27 2.1.3催化劑用量 2

3、7 2.1.4氫氣用量 28 2.2原材料消耗定額 28 2.3主要設備物料衡算 29 2.3.1 CO汽提塔T701物料衡算 29 2.3.2預聚合反應器R200物料衡算 30 2.3.3聚合反應器R201物料衡算 31 2.3.4閃蒸罐D301物料衡算 32 2.3.5汽蒸罐D501物料衡算 34 2.3.6干燥器D502物料衡算 35 2.3.7擠壓造粒單元物料衡算 36 2.3.8總物料平衡表 37 第3章 熱量衡算 37 3.1主要設備熱量衡算 37 3.1.1預聚合反應器R200熱量衡算 37 3.1.2聚合反應器R201熱量衡算 41 3.1.3閃

4、蒸罐D301熱量衡算 43 3.1.4汽蒸罐D501熱量衡算 46 3.1.5干燥器D502熱量衡算 49 3.1.6總熱量平衡表 52 第4章 設備選型 52 4.1主要設備選型 52 4.1.1預聚合反應器R200 52 4.1.2聚合反應器R201 53 4.1.3汽蒸罐D501 54 4.1.4干燥器D502 60 第5章 聚丙烯裝置的安全生產 63 5.1靜電的危害與防范 63 5.1.1靜電的危害 63 5.1.2靜電的防范措施 64 5.2其他安全措施 64 第6章“三廢”處理與環(huán)境保護 65 6.1廢水 66 6.2廢氣 66 6.3廢渣 6

5、6 參考文獻 66 致　謝 68 前 言 聚丙烯（Polypropylene，?？s寫為PP）是丙烯（Proplylene，縮寫為PR）單體聚合而形成的高分子聚合物，是一種通用合成樹脂（或通用合成塑料）。 聚丙烯的有關性質如下： 1、聚丙烯的物理性質 1　 可塑性 PP是一種典型的熱塑性塑料，它受熱時易熔化，冷卻時固化成型，且這一過程可以多次重復進行。由于這一特性，使聚丙烯加工成型十分方便，可以很容易用擠出、注塑、吹塑等方法直接加工成型。 2　 耐熱性 PP熔點較高，為164～170℃（純等規(guī)物熔點達176℃），軟化點為150℃以

6、上，是通用樹脂中耐熱性能最好的一種。 3　 密度小 PP相對密度為0.90～0.91，是所有樹脂中最輕的。 4　 良好的物理機械性能 PP拉伸屈服強度一般可達30～38MPa，這也是通用合成樹脂中最高的品種之一，它表面強度大，彈性較好，耐磨性良好。 5　 介電性能優(yōu)良 6　 吸水性小 7　 抗沖擊強度較低 這是PP的最大缺點，特別是在低溫下其抗沖擊強度急劇下降。但是可以通過共聚或共混攻性來改善它的耐低溫沖擊性能。 2、聚丙烯的化學性質 PP具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，它與絕大多數(shù)化學品接觸幾乎不發(fā)生作用，其熱化學穩(wěn)定性也好，在100℃下，無

7、機酸、堿、鹽溶液除具有強氧化性者外，其余對PP幾乎都無破壞作用。 PP是非極性有機化合物，對極性有機溶劑都很穩(wěn)定，醇類、酚類、醛類、酮類和大多數(shù)羧酸都不易使其發(fā)生溶脹。只有芳烴和氯代烴（如苯、四氯化碳、氯仿等）在80℃以下時對聚丙烯有溶解作用。 由于聚丙烯結構中存在叔碳原子，因此易被氧化性介質侵蝕。PP在光、紫外線、熱、氧存在的條件下會發(fā)生老化現(xiàn)象，使其變質，失去原有的性質。要是PP不老化是不可能的，只有通過添加抗氧劑、紫外線吸收劑、防老劑等來減緩PP的老化速度，改善其抗老化性能。 下面簡要為大家介紹一下國內外聚丙烯的生產發(fā)展狀況。 1、國外聚丙烯生產工

8、藝發(fā)展史。 1953年，德國Zigle（齊格勒）發(fā)明用TiCl4金屬烷基化合物作催化劑，以乙烯為原料進行聚合得到聚乙烯。 1954年，意大利Natta (納塔)教授在Zigle發(fā)明的催化劑基礎上，發(fā)展了烯烴聚合催化劑，用具有定向能力的TiCl3為催化劑，以丙烯為原料進行聚合，成功制得了高結晶性高立構規(guī)整性（等規(guī)）的聚丙烯[2]，并創(chuàng)立了定向聚合理論。 1957年，根據 Natta 教授的研究成果，意大利Montecatini(蒙特卡蒂尼)公司在Frara首建世界上第一套間歇式PP工業(yè)生產裝置（6Kt/a）。同年，美國Hercules(大力神)公司也建成了一套9Kt

9、 /aPP裝置[3]。 1958～1962年，德、美、法、日等國先后都實現(xiàn)了PP工業(yè)化生產。 1964年，美國Dart（達特）公司的Rexall（雷克薩爾分公司）首用第一代催化劑及釜式反應器開創(chuàng)了液相本體法PP生產工藝。 1969年，Bsaf（巴斯夫公司）開發(fā)了立式攪拌床氣相聚合Novolen工藝。 1971年，以Solvay（索爾維）公司開發(fā)的TiCl3-R2O（異戊醚）-TiCl4-Al(C2H5)2Cl絡合型催化劑為典型代表的第二代催化劑（絡合Ⅰ型催化劑）使液相本體法PP有了很大發(fā)展。 70年代后，Phillips（菲利浦）石油公

10、司首用環(huán)管式反應器實現(xiàn)了液相本體法PP生產工業(yè)化。 1980年，美國Amoco（阿莫科）公司采用自己的高效催化劑，選用臥式攪拌床，開發(fā)了新的氣相聚合工藝，并建成世界上最大的氣相法PP生產裝置（135kt/a）。 1983年，美國UCC（聯(lián)合碳化物）公司借鑒流化床聚乙烯工程放大生產經驗，和成功開發(fā)超高活性PP催化劑(Shac)的Shell（殼牌）公司合作共同開發(fā)了“Unipol”PP氣相流化床聚合工藝，于1985年在Texas（德克薩斯）建立了80kt/a裝置，這是世界上第一個把高效催化劑與氣相流化床相結合的新工藝。同年，意大利的Montecatini公司（即現(xiàn)在的蒙埃公司）

11、也開發(fā)了“Spheripol”本體聚合新工藝，在意大利Brindise（希林迪西）建成投產80kt/aPP裝置。該公司于1983年11月與美國Hercules公司合營，改稱Himont（海蒙特）公司。Himont公司均聚反應采用液相法環(huán)管反應器，而嵌段共聚反應采用氣相法密相流化床反應器[8]。 2、國內聚丙烯生產發(fā)展狀況 六十年代末，蘭州化學工業(yè)公司石油化工廠從英國引進了采用Vickers-Zimmer（維克－吉瑪）工藝技術及常規(guī)催化劑體系的5kt/a溶劑法PP生產裝置。 1973年，北京燕山石化公司向陽化工廠利用國內研制的催化劑和溶劑法工藝，建成投產了一套5kt/a國產

12、溶劑法PP生產裝置。 1979年，北京化工研究院等單位在絡合Ⅰ型催化劑的基礎上研制成活性定向能力更好的絡合Ⅱ型催化劑即TiCl3-R2O(正丁醚)-Al(C2H5)2Cl催化劑。絡合Ⅱ型催化劑不但可以用于溶劑法聚丙烯工藝，而且由于它的高活性合高定向能力，也為用于液相本體法PP工藝打下了良好基礎。 1975年，遼寧瓦房店紡織廠與大連物化所協(xié)作，建立了一套300t/a(1.5m3)聚合釜間歇式液相本體PP中間試驗裝置。隨后，江蘇省丹陽化肥廠于1978年首先建成一套4m3聚合釜千噸液相本體法PP裝置，同年試車成功，在我國首先實現(xiàn)了液相本體法PP生產工業(yè)化。 國內液相本體

13、法（習慣稱之為小本體法）PP工藝是間歇式單釜操作工藝，該工藝以液相丙稀為原料，采用絡合Ⅱ型三氯化鈦為催化劑，以一氯二乙基鋁為活化劑，以H2為聚合物分子量調節(jié)劑。到1995年，全國已在約50個廠中建立近七十套國內液相本體法聚丙烯生產裝置。 80年代末，我國開始引進國外液相－氣相組合式本體法聚丙烯工藝，使我國的聚丙烯生產技術達到了比較先進的水平。1989年揚子石化公司引進日本三井油化Hypol工藝建成140kt/aPP裝置，1990年和1991年齊魯石化公司和上海石化總廠先后采用Himont公司S-PP工藝建成70kt/aPP裝置。其后，92－96年，撫順石化公司乙烯化工廠，洛陽石化總廠

14、，廣州石化總廠，獨山子乙烯工程，中原乙烯工程，茂名石化公司，大連西太平洋石化公司先后建成了這兩種工藝的大型裝置。與此同時，國內不斷消化吸收世界先進工藝、設備技術，加緊實現(xiàn)催化劑、工藝技術設計與設備制造的國產化。 隨著聚丙烯產品應用開發(fā)及PP后加工生產的迅速發(fā)展。國內市場對PP的需求量越來越大。94年我國PP產量接近86萬噸，進口81萬噸，95年國產和進口都超高100萬噸。在這種形勢下，原中國石化總公司決定在“九五”期間利用煉廠氣丙稀資源建設一批大型PP生產裝置，包括九江石化總廠、長嶺煉化總廠、武漢石化廠、福建煉化股份公司、濟南煉油廠及荊門石化總廠等6家企業(yè)的70kt/aPP裝置，這6

15、套裝置均由中國石化北京石油化工工程公司(簡稱BPEC)承擔設計采用國產化S-PP工藝建設而成[8]。 聚丙烯的合成工藝可以概括為以下幾種[9] ： 1、溶劑聚合法 工藝特點：①丙稀單體溶解在惰性液相溶劑中（如乙烷中），在催化劑的作用下進行溶劑聚合，聚合物以固體顆粒狀態(tài)懸浮在溶劑中，采用釜式攪拌反應器。 ②有脫灰，脫無規(guī)物和溶劑回收工序，流程長，較復雜，裝置投資大，能耗高，但生產易控制，產品質量好。 ③以離心過濾方法分離聚丙烯顆粒再經氣流沸騰干燥和擠壓造粒。 工藝條件：T=70～75℃ P=

16、1.0MPa 2、溶液聚合法 工藝特點：①使用高沸點直鏈烴作溶劑，在高于聚丙烯熔點的溫度下操作，所得聚合物全部溶解在溶劑中呈均相分布。 ②高溫氣提方法蒸發(fā)脫除溶劑得熔融聚丙烯，再擠壓造粒得粒料產品。 ③生產廠家只有美國Eastman Kodak公司一家。 工藝條件：T=160～250℃ 3、氣相本體法 工藝特點：①系統(tǒng)不引入溶劑，丙稀單體以氣相狀態(tài)在反應器中進行氣相本體聚合。 ②流程簡短，設備少，生產安全，生產成本低。 ③聚合

17、反應器有流化床（聯(lián)碳/殼牌Unipol工藝）、立式攪拌床（巴斯夫Novolen工藝）及臥式攪拌床（阿莫科/埃爾帕索工藝）。 工藝條件：T=40～70℃ P=2.0～3.5MPa 4、液相本體法（含液相氣相組合式） 工藝特點：①系統(tǒng)中不加溶劑，丙稀單體以液相狀態(tài)在釜式反應器中進行液相本體聚合，乙烯丙稀在流化床反應器中進行氣相共聚。 ②流程簡單，設備少，投資省，動力消耗及生產成本低。 ③均聚采用釜式攪拌器（Hypol工藝），活環(huán)管反應器（Spheripol工藝），無規(guī)共聚和嵌段共聚均攪拌式流化床中進行。

18、 工藝條件：T=65～75℃ P=3.0～4.0MPa 聚丙烯是合成樹脂中發(fā)展最快的一個品種，隨著丙稀聚合及催化劑技術的快速發(fā)展，聚丙烯的品種，牌號不斷增加，應用范圍不斷擴展，聚丙烯已經成為一種十分重要的合成材料。 近年來，世界聚丙烯生產能力不斷增加，聚丙烯催化劑經歷幾代的發(fā)展不僅活性呈幾百倍甚至上千倍的提高，其等規(guī)度也達98%以上；聚丙烯生產工藝更加簡單，無需脫灰和脫無規(guī)物等；聚丙烯產品的表征手段進一步提高，牌號開發(fā)中微觀設計已可達分子水平，聚丙烯產品品種不斷增加；隨著聚丙烯改性研究的深入，聚丙烯的應用范圍更加廣泛[1]。 目前，PP已被廣泛應用到化

19、工、化纖、輕工、家電、建筑、包裝、農業(yè)、國防、交通運輸、民用塑料制品等各個領域，在聚丙烯樹脂中，是僅次于聚氯乙稀、聚乙烯之后的第三大塑料。 由于PP良好的機械性能，可以用來制造各種機械設備的零附件，經改性后可制造工業(yè)管道、農用管道、電機風扇、基建模板等。 在汽車制造業(yè)方面，改性PP可以制造汽車上的許多內外部件，如汽車方向盤、儀表盤等。 在建筑業(yè)，PP用玻璃纖維增強改性或用橡膠、SBS改性后可制作建筑用模板，發(fā)泡后可用作裝飾材料。 在電氣用品方面，改性PP可用于制電視機、收錄機外殼及洗衣機內桶，還可用作電線、電纜和其他電器絕緣材料。 在包裝材料方

20、面，PP更顯示其獨特的作用。PP最適合于拉制扁絲織成編織袋，編織袋廣泛用于各種固體物體的包裝。PP制作的打包帶（捆扎帶）比鐵皮打包帶更好。PP還可以制各種薄膜，包括用于重包裝材料的雙向拉伸薄膜（BOPP)。 在日常生產方面,PP可以制作家具,如桌、椅、板凳、菜藍、衛(wèi)生間家用衛(wèi)生設備如箱、盆、桶、盛水器等，還可用作各種其他擠出或注塑塑料制品。 在紡織工業(yè)方面，PP是重要合成纖維——丙綸的原料。 聚丙烯之所以是各種聚丙烯烴材料中發(fā)展最快的一種，關鍵在于其催化劑技術的飛速發(fā)展。 從1954年Natta發(fā)明四氯化鈦，后來改用結晶三氯化鈦作主催化劑，用氯代二烷基鋁

21、為助催化劑制備立體規(guī)整結構的聚丙烯以來，開發(fā)研究活性更高、性能更好的聚丙烯催化劑的工作就一直在全世界進行。到目前為止，聚丙烯催化劑的發(fā)展已經經歷了好幾個不同的發(fā)展階段[7]。按照Montell公司的劃分方法，將目前為止聚丙烯催化劑的發(fā)展階段確定為六代。 1、第一代催化劑 聚丙烯最早是由Montecatini和Hercules實現(xiàn)工業(yè)化的，它們在1957年首先建成了工業(yè)生產裝置，所使用的催化劑是三氯化鈦和一氯二乙基鋁體系。該催化劑體系的產率和等規(guī)度都比較低，產品的等規(guī)指數(shù)大約只有90%。為了使所得到的聚丙烯樹脂能作為正式產品提供給下游塑料加工用戶使用，還需要從聚合物中脫除催化劑殘渣（

22、脫灰）和無規(guī)聚合物組分（脫無規(guī)），因此，此時的聚丙烯裝置工藝流程很長，工序多而復雜。 Natta的研究組和Esso公司等通過研究發(fā)現(xiàn)，如果將三氯化鈦與三氯化鋁的固體溶液來代替三氯化鈦作為主催化劑，那么所得到的催化劑的活性要比單純使用三氯化鈦高得多。研究還發(fā)現(xiàn)將鋁還原的三氯化鈦進行長時間的研磨，或者，將三氯化鈦與三氯化鋁的混合物進行研磨，可以在三氯化鈦中產生共結晶的三氯化鋁。這種含有1/3三氯化鋁的三氯化鈦稱為AA-三氯化鈦催化劑（AA表示經鋁還原和活化的）。1959年，Stauffer化學公司采用這類催化劑進行了工業(yè)化。這就是第一代聚丙烯Z-N催化劑。 2、第二代催化劑

23、關于減小催化劑微晶的尺寸，增加催化劑表面活性鈦原子比例方面的研究工作，最成功的例子是70年代初由Solvay公司開發(fā)成功的三氯化鈦催化劑。Solvay公司的研究人員為了增加可接觸的鈦原子中心，引入了路易斯堿，由此開發(fā)出了新的三氯化鈦催化劑，其比表面積由原來AA-三氯化鈦催化劑的30～40m2/g，提高到了150m2/g以上，活性增加了五倍，等規(guī)指數(shù)提高到約95%，采用一氯二乙基鋁（DEAC）為助催化劑于1975年投入工業(yè)生產。這種催化劑通常被稱作Solvay催化劑，它是第二代聚丙烯催化劑的代表。 雖然Solvay催化劑的活性得到了大幅度提高，但是此類催化劑中大部分的鈦鹽仍然是非活性的

24、，它們會以殘渣的形式殘留在聚合物中從而影響產品的質量，因此仍需要將其除去。故采用此類催化劑的聚合工藝仍需有后處理系統(tǒng)。 3、第三代催化劑 采用將鈦化合物載負在高比表面積的載體上以提高催化劑效率的方法，從60年代就開始了研究，并且經多長時間的研究后首先在乙烯聚合催化劑上獲得成功，但是類似的催化劑用于丙稀聚合時效果不理想。研究發(fā)現(xiàn)，載體氯化鎂的活化是一個關鍵，必須采用經過活化的活性氯化鎂作為載體才有可能獲得高活性的催化劑，但是僅此還不能解決聚丙烯的立構整規(guī)性問題。其后的研究又發(fā)現(xiàn)，加入適當?shù)慕o電子體化合物可以提高催化劑的丙稀聚合定向能力。通過將氯化鎂、四氯化鈦及一種給電子體共研磨就可以

25、得到活性高、立構規(guī)整性好的聚丙烯催化劑。聚合時，該催化劑與助催化劑三烷基鋁與第二種給電子體聯(lián)合使用。這個催化劑體系可以簡單的表示為[13]: MgCl2˙TiCl4˙PhCOOEt-AlEt3˙CH3PhCOOEt 70年代末，Montedision和三井油化分別將此體系的催化劑用于工業(yè)生產。該催化劑就是第三代催化劑，也是第一種載體催化劑。不過，盡管此催化劑活性很高，可以在聚合工藝中免去脫除催化劑殘渣的步驟，但是其聚合定向能力還不夠理想，還有6%～10%的無規(guī)聚合物需要脫除，另外催化劑的顆粒性能也有待改進。 4、第四代催化劑 在給電子體方面研究工作的進展，促使80年代初

26、超高活性第三代催化劑的開發(fā)成功。特別是發(fā)現(xiàn)了采用鄰苯二酸酯作為內給電子體，用烷氧基硅烷為外給電子體的催化體系后，可以得到很高活性和立構規(guī)整度的聚丙烯。Montell根據此催化體系使用的給電子體由單酯改變?yōu)殡p酯，并且聚合性能有顯著提高，因此將其定為第四代聚丙烯催化劑。此代催化劑可表示如下[14]： MgCl2˙TiCl4˙Ph(COOiBu)2－AlEt3˙Ph2Si(OMe)2 在第四代催化劑中，還有一種由Himont公司開發(fā)的球形載體催化劑，這類催化劑除了具有第四代催化劑相類似的聚合活性和立體定向能力外，特別突出的是它能直接生成1～5mm的聚丙烯樹脂顆粒，可以不經造粒而直接供后加

27、工使用，為開發(fā)無造粒工序的聚丙烯工藝創(chuàng)造了條件。 5、第五代催化劑 80年代初的后半期，Montell公司發(fā)現(xiàn)了一種新的給電子體1，3－二醚類化合物。在催化劑合成中采用這種給電子體化合物，不僅可以得到具有極高活性和立構規(guī)整度的催化劑，而且最特別的是此催化劑可以在不加入任何外給電子體化合物的情況下達到同樣的效果。由于此類給電子體化合物突破了前兩代催化劑必須有內、外給電子體協(xié)同作用的限制，僅僅用內給電子體即可保持催化劑的高活性和高定向能力，因此Montell公司將其列為第五代聚丙烯催化劑。 6、第六代催化劑——茂金屬催化劑 Kaminsky、Sinn兩位科學家發(fā)現(xiàn)，一定種類

28、的茂金屬化合物如果用甲基鋁氧烷(MAO)作主催化劑，此催化體系不但具有極高的聚合活性，而且可以合成出具有各種立構規(guī)整度的等規(guī)或間規(guī)聚丙烯。這一發(fā)現(xiàn)不僅具有很高的科學價值，而且還有可能合成出現(xiàn)有的聚丙烯所不具備的特性的新材料。因此，類似茂金屬催化劑類型的單活性中心催化體系可以被認為是第六代的聚丙烯催化劑。 除去上述各類催化劑外，人們還在研究如何能把幾類不同的催化劑進行復合，例如把Z-N鈦鎂催化劑和單活性中心催化劑結合起來，發(fā)揮幾種催化劑的優(yōu)勢，以求合成出新的、性能更好的復合催化劑。 表1展示了各代聚丙烯催化劑的性能。該表為上面所有各代催化劑在己烷漿液聚合或本體聚合條件下得到的

29、數(shù)據。 表1 各代催化劑的性能 各代催化劑的比較 活性/㎏PP/g cat (㎏PP/gTi) 等規(guī)度/% 形態(tài)控制 工藝要求 1 δ-TiCl30.33AlCl3+DEAC 0.8～1.2 (3～5) 90～94 不能 脫灰，脫無規(guī)物 2 δ-TiCl3/Ether+DEAC 3～5 (12～20) 94～97 可以 脫灰 3 TiCl4/Ester/MgCl2+AlR3/Ester 5～10 (～30) 90～95 可以 脫無規(guī)，不脫灰 4 TiCl4/Diester/MgCl2+TEA/Silane 10～25 (300～6

30、00) 95～99 可以 不脫灰，不脫無規(guī) 5 TiCl4/Diether/MgCl2+TEA/Silane 25～35 (700～1200) 95～99 可以 不脫灰，不脫無規(guī) 6 茂金屬+MAO 5103～9103 （以鋯計） 90～99 可能成功 不脫灰，不脫無規(guī) 第1章 工藝流程確定 1.1 催化劑的配置和計量 1.1.1三乙基鋁的儲存和計量單元 TEAL鋼瓶體積為1m3，在N2保護下送到裝置，用N2將TEAL壓送到三乙基鋁儲罐D111內，再用N2將TEAL壓送到計量罐D101中。在D111、D101加入TEAL過程中，罐內密封用N2經

31、過安全罐D103進入TEAL密封罐Z103后從罐頂放空，所攜帶的TEAL留在Z103中。TEAL從D101底部抽出，經過濾器F101，由計量罐P101A/B送到催化劑預接觸罐D201。沖洗油從油桶由P102將油打到要沖洗的管線和設備處，廢油匯集到廢油罐D102中，再由P102打到廢油處理罐D607進行處理。 1.1.2給電子體的配制和計量單元 純度為100%的Donor和烴油用200L的桶送到裝置，由容積式氣動泵P103送到給電子體儲罐D110A/B，加N2密封。這兩個罐加不同的給電子體，提高了操作的靈活性。Donor由D110底部抽出，經過F104A/B過濾掉大于10um的顆粒，由計量泵

32、P104A/B送到D201中。整個回路上應有蒸汽拌熱。 1.1.3主催化劑的配制和計量單元 在E102中用蒸汽加熱脂使之融化，然后和油一起先后用齒輪泵P105打入到油脂混合罐D105中，油脂比例為2：1，加料至D105液位的80%，開啟攪拌器A105，使油脂混合均勻。D105上設有N2密封，由現(xiàn)場表FIC131控制N2封流量。D105底部和油脂加料（或循環(huán)）管線上設有蒸汽夾套，由TIC131控制TV131閥開度，使D105溫度保持在70℃，油脂混合均勻后，用泵P105打循環(huán)，同時用Z110對D105鼓泡，以帶走氧氣和水分。鼓泡至少兩小時，直到從P105出口取樣分析含水量小于20ppm為止。

33、達到要求即可將油脂送往D106，若D105中液位低于30%，就要另行加料。 根據要配制的催化劑濃度，計量出要加入的油脂量，在FQS131上設定，讓油脂經F105過濾后，經FV131A閥由泵P105打入D106中。D106中油脂加料結束后，啟動螺帶式攪拌器A106攪拌。A106上帶有密封系統(tǒng)，包括密封油罐Z106和油脂循環(huán)線，Z106頂部與D106頂部氮封系統(tǒng)相連，用于油罐的密封，油罐Z106上的LAL131低報時，應及時補油。約80Kg的催化劑桶稱重后，用提升機Z104提升到一定高度，用N2吹掃催化劑進料管線，連接催化劑桶與D106的進料口，在N2封情況下，打開HV136，催化劑粉末在振蕩中

34、加到D106中。在該操作中，D106上的N2封閥HV314必須打開以平衡D106中的壓力，而加壓N2閥HV133、放空閥HV315和抽真空閥HV132必須關閉。加料時D106溫度應保持在70℃，這時催化劑分散效果最佳。催化劑加完后HV136閥關閉。攪拌分散好后，用D106的夾套水冷卻，冷卻至30℃時，催化劑體系已凍成膏。然后關閉N2封HV314，開D106中的催化劑冷至10℃，打開HV133破壞真空。這樣催化劑膏就配制好了，由于D106的夾套既用于加熱，又用于冷卻，就設置了加熱器E101，當D106溫度要維持70℃時，用蒸汽將由泵P106打循環(huán)的夾套水加熱；當需要冷卻時，就關低壓蒸汽，向循環(huán)中

35、加入冷凍水實現(xiàn)降溫，加壓N2在HV133打開后可使D106中的壓力達到10Kg/cm3，該壓力也是下游D108中充填需要的壓力。催化劑膏在注入到D108之前先取樣分析，確定催化劑濃度。催化劑經加壓N2壓出后，被送到催化劑計量系統(tǒng)PK101，在該管線和D108A/B上始終有夾套水冷卻，以確保催化劑膏的溫度為10℃，而不受環(huán)境溫度的影響，防止催化劑沉降影響催化劑加料濃度的準確性 1.2 丙烯預精制和丙烯保安精制 1.2.1 丙烯預精制 從氣分來到丙烯含有水及硫化物、CO、CO2、O2、ASH3等雜質，其中大部分水及硫化物、CO2在預精制工段脫除，其雜質在保安精制工段脫

36、除。 氣分來的丙烯進入固堿塔（T001A/B），正常操作時，一臺使用，一臺備用。丙烯從塔的底部側面進，塔頂出。固堿吸附丙烯中的水而形成堿液，堿液在塔底沉降與丙烯分離，每隔8小時手動放入堿液收集器（D003A）中，塔頂裝有采樣閥，當T001A出口丙烯水含量>500PPm時使用T001B，并沖洗T001A中由于吸附硫而變黃的固堿，同時補充由于吸附水而溶解的固堿。 D003A靜止24小時后，丙烯與堿分離，打開放空閥泄壓，通氣氮氣吹掃，然后關閉放空閥，加入一定量工業(yè)水稀釋，用堿液回收泵P002送出界外。D003B備用。 固堿塔頂出來的丙烯進入裝填3Ao分子篩的丙烯脫水塔T

37、002A/B，正常時，一臺使用，一臺備用，丙烯從塔底進，塔頂出。塔頂裝有采樣閥，當T002A出口丙烯水含量>10PPm時，使用T002B同時對T002A進行再生操作。 精制合格的丙烯送入丙烯罐區(qū)。 經預精制后的丙烯，其規(guī)格為： 丙烯 99.5%(min) 丙烷 平衡 不凝組分(H2，N2，CH4) 100PPM(max) 乙烷 200PPM(max) 氧 10PPM(max) CO 5PPM(max) CO2 10

38、PPM(max) COS 0.2PPM(max) 總硫 10PPM(wt)(max) 水 10PPM(wt)(max) 1.2.2 丙烯保安精制 經過預精制后的丙烯，雜志含量仍然較高，不能滿足聚合級丙烯的規(guī)格要求，主要是因為丙烯中的H2O、COS、CO及砷等雜質對催化劑產生中毒作用，降低催化劑活性。因此必須經過保安精制。 聚合級丙烯要求： 丙烯 99.5%(min) 丙烷 平衡 不凝組分(H2，N2，CH4) 100PPM(max

39、) 乙烷 200PPM(max) 氧 2PPM(max) CO 0.05PPM(max) CO2 5PPM(max) COS 0.02PPM(max) 總硫 1PPM(wt)(max) 水 2PPM(wt)(max) 砷 0.03PPM(max) 1.3 預聚合與液相本體聚合 1.3.1 預接觸罐（D201） 在催化劑配劑和計量單元送來的主

40、催化劑以及給電子體和三乙基鋁按一定的比例送至催化劑預接觸罐D201。在D201中A201攪拌罐使催化劑體系充分摻合，混合均勻并使催化劑的反應中心活化。 D201操作壓力為3.4MPa,操作溫度10℃，其溫度控制是通過夾套循環(huán)水的補充冷凍水量來實現(xiàn)的，由泵P203給夾套水提供循環(huán)動力。 為了保證D201的密封性，引用了一股高壓沖洗填料密封沖洗油用量用一根毛細血管恒定，流量限定在200～300㎝3/hr,由于流量低不利于控制，故又引用冷凍水冷卻沖洗油以增大黏度，降低流速。 1.3.2 預聚合反應器（R200） 為了能使聚合物顆粒尺寸均勻，形狀達到要求，就需要催化劑顆粒形狀也均勻。

41、由于以MgCL2為載體的TICL4催化劑，在溫度升高時會爆裂，因此不能直接將其加入到R200中，要先在較低溫度下進行預聚合，這樣就可以在催化劑的表面包裹上一層薄薄的聚丙烯。而在溫度突然高升到反應所需的70℃時不會爆裂，保證了顆粒粒度，防止了大量細粉的生成。 R200的操作條件如下： 溫度：20℃，壓力：3.4MPa,停留時間：約四分鐘 1.3.2 聚合反應器（R201） 聚合反應條件 反應溫度：70℃ 反應壓力：3.3～3.4MPa 停留時間：1.5hr 淤漿濃度：50%（以重量計） 1.4 聚合物閃蒸和脫氣 1.4.1 高壓閃蒸

42、 從R201出來的漿液中含有大量的液體丙烯，為了使液相丙烯與聚丙烯粉末分離，本裝置采用了液相汽化并分離的方法將單體丙烯與聚丙烯粉末分離，并且回收丙烯。 1.4.2 低壓脫氣 為了將經高壓閃蒸后的物料中的丙烯進一步脫除，設置了低壓脫氣部分，經過這部分處理后，粉末中丙烯含量將大大降低。 1.4.3丙烯洗滌部分 丙烯洗滌是回收的一部分，其目的是將丙烯凈化，洗去所帶有的粉末和少量三乙基鋁。 1.4.4 丙烯進料罐系統(tǒng) 丙烯進料罐系統(tǒng)D302既能接收回收丙烯,既能接收來自精制單元的丙烯，然后向聚合系統(tǒng)供料。在開車時，D302還能為裝置提供置換用氣相丙烯和充料用液相

43、丙烯。 1.4.5 低壓丙烯洗滌系統(tǒng) 該系統(tǒng)的目的是洗去丙烯氣中所攜帶的三乙基鋁。 1.4.6 PK301系統(tǒng) 是丙烯氣壓縮系統(tǒng)，它可將0.05MPa的氣體加壓至2.0MPa，所以在壓縮機系統(tǒng)收集到的油再返回T302。 1.5聚合物的汽蒸和干燥 1.5.1 汽蒸部分 汽蒸器的主要作用是分解聚合物中的催化劑，殺死殘余活性。這對保證產品質量具有一定的意義。因為在催化劑活性沒有完全失去時，造粒產品可能發(fā)黃，同時也可利用蒸汽的較高溫度盡可能地除去催化劑和給電子體分解后產生的氯化氫、甲醇等，這也能有效提高產品質量。因此，對產品進行汽蒸處理是提高產品質量的必要手段。

44、 1.5.2 聚合物干燥部分 聚合物離開汽蒸罐D501后進入干燥器D502，其中含有約3%wt的冷凝水，這對于后面的造粒過程是不允許的，因此本裝置采用熱氮循環(huán)干燥法除去水分。加熱的氮氣飽和濕度很大，它可以與聚合物進行物質交換，帶走其中的水分。濕度增加的氮氣在干燥洗滌塔T502中進行冷卻洗滌，使氮氣在低溫下脫除水分，降低濕度后的氮氣再經加熱后循環(huán)使用，這樣處理過后的聚合物中的水分低于0.02%wt。 1.6 生產原材料的規(guī)格 表1-1 原材料規(guī)格總表 項目 單位 指標 一 原料 （一）界區(qū)丙烯原料 1 純度(mol) % ≥99.5 2 丙烷(

45、mol) ppm 平衡 3 乙炔(mol) ppm ≤5 4 丙二烯(mol) ppm ≤5 5 丙炔(mol) ppm ≤5 6 丁二烯(mol) ppm ≤50 7 氧氣(mol) ppm ≤10 8 砷(mol) ppm ≤0.5 9 含水量(wt) ppm ≤400 10 總硫(wt) ppm ≤5 11 CO含量(mol) ppm ≤10 12 CO2含量(mol) ppm ≤10 13 乙烷(mol) ppm ≤200 14 乙烯(mol) ppm ≤100 15 戊烯(mol) ppm ≤10 1

46、6 丁烯(mol) ppm ≤100 17丁烷+戊烷(mol) ppm ≤200 18 COS含量(mol) ppm ≤0.2 (二)精丙烯（進保安精制） 1 總硫（mol） ppm ≤3 2 含水量（mol） ppm ≤10 (三)聚合級丙烯（出保安精制） 1 CO含量（mol） ppm ≤0.03 2 CO2含量(mol) ppm ≤5 3 O2含量(mol) ppm ≤5 4 總硫(mol) ppm ≤1 5 含水量(mol) ppm ≤2 6 砷含量(mol) ppm 報告 (四)氫氣 1

47、純度(mol) % ≤99.9 2 含氧量(mol) ppm ≤5 3 含水量(mol) ppm ≤3.5 二 產品質量指標 1 熔融指數(shù) g/10min 2.0-4.0 2 等規(guī)指數(shù) % 94.5-99.0 3 總灰分 ppm ≤400 4 抗張拉伸屈服強度 MPa ≥29 5 撈曲模量 MPa ≥1421 6 洛氏硬度 R ≥90 7 熱變形溫度 ℃ ≥86 8維卡軟化點 ℃ ≥150 9 氯化物含量 ppm ≤50 10 黃色指數(shù) ≤4 三 工藝操作條件 1 預精制流量 T/H 8.

48、0-14.0 2 球1.2液位 M ≤9.5 3 電解槽溫度 ℃ 80-90 4 氫儲罐D993壓力 MPa 1.2-1.4 5 D201溫度TIC211 ℃ 9-22 6 P200沖洗丙烯流量 Kg/h 360-44- 7 R210沖洗丙烯流量 Kg/h 760-840 8 R200進料丙烯流量 Kg/h 2700-3300 9 R200溫度 ℃ 12-20 10 R200壓力 MPa 3.30-3.45 11 D202液位 % 35-45 12 D202壓力 MPa 3.30-3.45 13 R201壓力 MPa 3.

49、30-3.45 14 R201溫度 ℃ 69-71 15 D301料位 % 15-50 16 E201溫度 ℃ 9-11 17 R201密度 Kg/m3 560-585 18 D301頂部溫度 ℃ 68-75 19 F301料位 % 20-55 20 F301-D501壓差 MPa ≥0.03 21 T301頂部壓力 MPa 1.6-2.0 22 T301液位 % 40-60 23 D302液位 % 55-75 24 P301出口壓力 MPa 4.3-4.7 25 D301頂部丙烯流量 Kg/h 7000-10000 2

50、6 D501料位 % 20-60 27 D502料位 % 20-60 28 T701液位 % 40-60 29 T701頂部壓力 MPa 1.7-2.3 30 PK705出口壓力 MPa 4.8-5.2 31工藝熱氮溫度 ℃ 80-100 32 EX801負荷 T/h 6-13 33 EX801 ℃ 200-260 34 G/P入口壓力 MPa 0.5-2.0 35 S/C前后壓差 MPa ≤10 36 PCW溫度 ℃ 50-80 37 PCW溫度 M3/h ≥130 38 熱油溫度 ℃ 260-330 39 每袋產

51、品凈量 Kg 24.95-25.50 四 動力指標 1 循環(huán)水上水壓力 MPa ≥0.45 2 循環(huán)水上水溫度 ℃ ≤32 3 低壓蒸汽壓力 MPa ≥0.8 4 儀表風壓力 MPa ≥0.55 5 新鮮水壓力 MPa ≥0.4 6 脫鹽水壓力 MPa ≥0.4 7 氮氣純度 % ≥99.99 8 氮氣含水量 ppm ≤10 9 氮氣含氧量 ppm ≤10 10 氮氣壓力 MPa 0.6-0.8 五 環(huán)保指標 （一）裝置外派污水 1 CODCr mg/l ≤500 2 懸浮物 mg/l ≤

52、300 3含油量 mg/l ≤100 4 PH值 6.0-10 （二）裝置邊溝廢水 1 PH值 6.0-9.0 2 含油量 mg/l ≤10 （三）噪音 DB(A) ≤85 第2章 物料衡算 物料衡算的理論依據是質量守恒定律。對于沒有化學反應的生產過程來說，質量守恒定律為：進入一個裝置的全部物料質量等于離開這個裝置的全部物料質量再加上裝置內積累起來的物料質量。寫成公式為： 流入量=流出量+積累量+損失量 對于有化學反應的過程來說，要將化學反應的計量關系結合到質量守恒定律中，寫成公

53、式為： 流入量+反應生成量=流出量+反應消耗量+積累量+損失量[15] 2.1計算基礎 丙烯聚合生成聚丙烯的反應方程式為： n CH3—CH==CH2 → -[CH-CH2]n- + Q放 ∣ CH3 本次設計為連續(xù)生產，故計算基準為：Kg/h或t/h 2.1.1 設計條件 生產規(guī)模：年產10萬噸 生產時間：年工作時數(shù)7200小時 每噸聚丙烯消耗全額：1.02噸丙烯（100％） 全裝置總收率按98％計算

54、，損耗為2％，損耗分配如下： 精制工段丙烯損失 0.5％ 閃蒸工段丙烯損失 0.5％ 汽蒸工段丙烯損失 0.8％ 造粒工段PP損失 0.2％ 2.1.2丙烯進料量 PP每小時凈生產量：1000007200=13.8889t/h 由于造粒工段損失聚丙烯0.2％，則實際生產中PP的產量為： 13.8889（1-0.2％）=14.1723 t/h 需要100％丙烯：14.17231.02=14.4558 t/h 按轉化率56％，則需要100％丙烯進料量為：14.45585

55、6％=25.8139 t/h 原料純度為99.5％，則原料量為：25.813999.5％=25.9436t/h 2.1.3催化劑用量 ① 主催化劑 主催化劑活性：25～31KgPP/gcat ?。?0 KgPP/gcat 則主催化劑用量為：14.172310330=472.4100 g/h ②其他 按主催化劑∶助催化劑∶Donor∶油脂=0.06∶0.35∶0.015∶0.35得： Teal用量：472.41000.350.06=2834.4600 g/h Donor用量：472.41000.0150.06=118.1030

56、g/h 油脂用量：472.41000.350.06=2834.4600 g/h 則催化劑總量：472.4100+2834.4600+118.103+2834.4600=6259.4300 g/h 2.1.4氫氣用量 H2消耗定額為：0.009～0.31 Kg/tPP，此處取：0.15 Kg/tPP 則H2用量為：0.1514.1723=2.1258 Kg/h 2.2 原材料消耗定額 原料消耗定額表 名稱 單位 消耗定額 原料 丙烯 t/h 25.9436 氫氣 g/h 6259.4300 化學品 固催化劑 g/h 472

57、.4100 三乙基鋁 g/h 2834.4600 給電子體 g/h 118.1030 ATMER163 g/h 50.0000 烴油+脂 g/h 2834.4600 2.3主要設備物料衡算 2.3.1 CO汽提塔T701物料衡算 損失丙烯 T701 99.5％粗丙烯 雜質 精丙烯 圖2-1 T701物料平衡圖 進料：99.5％的丙烯25.9436t/h 損失丙烯：14.45580.5％=0.0723t/h 雜質：25.94360.5％=0.1297t/h 出料精

58、丙烯：25.9436-0.0723-0.1297=25.7416t/h 表2-1 T701物料平衡表 物料名稱 物料質量（t/h） 總量（t/h） 輸入 99.5％粗丙烯 25.9436 25.9436 輸出 損失丙烯 0.0723 25.9436 雜質 0.1279 精丙烯 25.7416 2.3.2 預聚合反應器R200物料衡算 此工段操作條件為[10]：溫度：20℃ 壓力：3.4MPa 停留時間：約4分鐘 預聚合R200 催化劑

59、 丙烯原料 催化劑 丙烯 聚丙烯 圖2-2 R200物料平衡圖 進料：丙烯原料進料流量 2700～3300Kg/h[8]，取3000Kg/h 主催化劑：472.4100g/h 總催化劑：6259.4300g/h 小環(huán)管聚合率為4～6％，取5％ 則預聚時生成PP：30005％=150Kg/h 未反應的丙烯為：3000-150=2850Kg/h 表2-2 R200物料平衡表 物料名稱 物料質量（Kg/h） 總量（Kg/h） 輸入 催化劑 6.2594 3006.2594 丙烯原

60、料 3000.0000 輸出 催化劑 6.2594 3006.2594 聚丙烯 150.0000 丙烯 2850.0000 20℃時丙烯的密度為：400～700Kg/m3,取600 Kg/m3 停留時間約4分鐘 則預聚反應器R200的體積為：V=（300060）4600＝0.3333m3 2.3.3 聚合反應器R201物料衡算 此工段操作條件為[11]：反應溫度：70℃ 反應壓力：3.3～3.4 MPa 停留時間：1.5h

61、 淤漿濃度：50％（以重量計） 聚合R201 來自R200丙烯 來自R200聚丙烯 丙烯原料 去D301丙烯 去D301聚丙烯 圖2-3 R201物料平衡圖 聚合轉化率為：56％ 進料：來自R200的丙烯：3000－150＝2850 Kg/h 來自D302的丙烯：25.7416－3＝22.7416t/h 丙烯總量：2.850＋22.7416＝25.5916 t/h 聚丙烯：150 Kg/h 聚合工段生成聚丙烯：25.591656％＝14.3313 t/h 出料：聚丙烯：14

62、.3313＋0.15＝14.4813t/h 丙烯：25.5916－14.3313＝11.2603t/h 表2-3 R201物料平衡表 物料名稱 物料質量（t/h） 總量（t/h） 輸入 聚丙烯 0.1500 25.7416 丙烯（自R200） 2.8500 丙烯（自D302） 22.7416 輸出 聚丙烯 14.4813 25.7416 丙烯 11.2603 在70℃的反應溫度下。反應器內的漿液密度應保持在560～565Kg/m3，取560Kg/m3 又停留時間為1.5h 則R201的體積為：V＝（14.48

63、13+11.2603）x1.5560＝68.9500m 2.3.4 閃蒸罐D301物料衡算 閃蒸罐D301 自R201來的丙烯和聚丙烯 去T301的丙烯 損失丙烯 聚丙烯 去D501丙烯 圖2-4 D301物料平衡圖 進料：聚丙烯：14.4813t/h 丙烯：11.2603t/h 損耗丙烯：14.45580.5％＝0.0723t/h 出料：聚丙烯：14.4813t/h 聚合反應器中沒有反應的丙烯進入閃蒸操作。在閃蒸操作中又98％的丙烯汽化后進入丙烯洗滌塔進行循環(huán)利用，2％的丙烯隨聚丙烯粉料一起進入汽蒸罐。

64、 因此，去汽蒸罐的丙烯為：（11.2603－0.0723）2％＝0.2273t/h 去洗滌塔的丙烯為：（11.2603－0.0723）98％＝10.9642t/h 表2-4 D301物料平衡表 物料名稱 物料質量（t/h） 總量（t/h） 輸入 聚丙烯 14.4813 25.7416 丙烯 11.2603 輸出 損耗丙烯 0.0723 25.7416 聚丙烯 14.4813 丙烯（去D501） 0.2273 丙烯（去T301） 10.9642 2.3.5 汽蒸罐D501物料衡算 汽蒸罐D501 聚丙烯

65、 丙烯 低壓蒸汽 損耗丙烯 水蒸氣 含3％水的聚丙烯 去T501丙烯 圖2-5 D501物料平衡圖 進料：聚丙烯：14.4813t/h 丙烯：0.2273t/h 低壓蒸汽：4.4464t/h 損耗丙烯：14.45580.8％＝0.1120t/h 出料：去D502聚丙烯粉料：14.4813t/h 聚丙烯粉料夾帶冷凝水：14.48133％＝0.4344t/h 水蒸氣：4.4464－0.4344＝4.0119t/h 去T501的丙烯：0.2273－0.1120＝0.

66、1153t/h 表2-5 D501物料平衡表 物料名稱 物料質量（t/h） 總量（t/h） 輸入 聚丙烯 14.4813 19.1550 丙烯 0.2273 低壓蒸汽 4.4464 輸出 損耗丙烯 0.1120 19.1550 絕干聚丙烯粉料 14.4813 聚丙烯夾帶冷凝水 0.4344 去T501丙烯 0.1153 水蒸氣 4.0119 2.3.6 干燥器D502物料衡算 干燥塔D502 濕聚丙烯 熱氮氣 干聚丙烯 濕氮氣 圖2-6 D502物料平衡圖 經過干燥處理后的聚合物中水分應低于0.02％wt，取0.01％wt 進料：濕聚丙烯：14.4813＋0.4344＝14.9156t/h 熱氮氣：3.0000t/h 出料：絕干聚丙烯粉料：14.4813t/h 夾帶少量水