年產5萬噸乙丙橡膠裝置聚合工段的工藝設計畢業(yè)設計

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1、 化工與材料工程學院畢業(yè)設計 5萬噸/年乙丙橡膠裝置聚合工段工藝設計 50,000 tons/year ethylene-propylene rubber polymer devices section process design 吉林化工學院 Jilin Institute of Chemical Technology 化工與材料工程學院畢業(yè)設計 摘　　要 乙丙橡膠，統(tǒng)稱乙丙彈性體，是僅次于丁苯橡膠和順丁橡膠的第三大合成橡膠，是以乙烯、丙烯及乙叉降冰片烯(ENB)為單體共聚而成。目前占世界合成橡膠

2、生產能力總量的10%左右。乙丙橡膠以其優(yōu)異的性能具有廣闊的應用領域。除了傳統(tǒng)的汽車工業(yè)、防水建材、聚合物改性、油品添加劑、電線電纜、運動場地及各類機械部件等應用領域外，乙丙橡膠還可涉獵于食品包裝、抗微生物、絕熱阻燃等彈性體制品領域。本次設計年產5萬噸乙丙橡膠裝置聚合工段的工藝設計,乙丙橡膠聚合反應采用溶液聚合工藝，使用的主催化劑為三氯氧釩，輔助催化劑為烷基鋁，溶劑為己烷。在掌握生產原理、聚合方法、工藝流程等工作的基礎上，進行了物料衡算、熱量衡算、反應器等設備的相關計算；其中算得E0203己烷加熱器的面積為40.27m2，換熱器管長為6m，計算反應器R0201的公稱直徑為5658mm,高度為90

3、53mm，確定了聚合加料泵的揚程為30.12m,以及該泵的軸功率7.5kw,V0201貯罐的總體積37 m3。并且繪制了反應器的管道布置圖、帶控制點的流程圖、編制了設計說明書等。 關鍵詞：乙丙橡膠 ；溶液聚合 ；工藝設計 Abstract EPDM, generally called ethylene-propylene elastomer, and norbornene (ENB) as the monomer copolymerized with ethylene, propylene is the third major SR after SBR and BR. At

4、present the production capacity of EPDM accounts for about 10% of the total production capacity of SR in the world. EPDM has wide range of application fields because of its excellent performance. Besides the traditional application fields such as auto industry, water-proof building materials, polyme

5、r modification, oil additives, electric wire and cable, athletic field and various mechanical parts, EPDM can also be used in food packaging, antimicrobial, heat insulation and inflaming retarding, and other elastomer products. It is annual output of 50,000tons of ethylene-propylene rubber device po

6、lymerization Section process design, the polymerization of ethylene-propylene rubber by solution polymerization process, the catalyst used for the vanadium oxytrichloride, vanadium, auxiliary catalyst is alkyl aluminum, solvent hexane. material balance, heat balance, reaction of a device such as the

7、 calculation finished based on the production principle of aggregation methods, process and other work ;including area of the hexane heater named E0203 is ??40.27 square meters, length of heat exchangers tube is 6 meters, the diameter of the reactor R0201 is 5.658meters, height is 9.053meters, deter

8、mined the head of the polymer feed pump is 30.12meters, and the power of the pump is 7.5kw, he total volume of the V0201 is 37 stere. And draw a piping layout of the reactor, flow chart with control points, edit the design instruction and so on. Key Words：Ethylene-propylene rubber；solution polyme

9、rization; process design - II - 目　　錄 摘　　要 I Abstract II 第 1 章 設計說明書 1 1.1 緒 論 1 1.1.1 設計依據 1 1.1.2 指導思想 1 1.1.3 設計必要性 1 1.1.4 車間布置 2 1.1.5 廠址的選擇 2 1.2 生產方法及工藝設計 2 1.2.1 生產方法的論證 2 1.2.2 工藝流程 4 1.2.3 開車注意事項 5 1.2.4 工藝設備選擇 6 本設計主要工藝設備如下表1-1所示： 6 1.2.5 工藝控制條件 7 1.2

10、.6 生產控制條件 7 1.2.7 公用工程規(guī)格 8 1.3 技術經濟評價 11 第 2 章 聚合工段工藝介紹 12 2.1 聚合工段生產工藝示意圖 12 2.2 聚合工段工藝過程敘述 12 第 3 章 物料及熱量衡算 13 3.1 計算基礎 13 3.2 物料衡算及熱量衡算 14 3.2.1 加料量及去單體回收工段的量 14 3.2.2 T0201物料及熱量衡算 15 3.2.3 T0202物料和熱量衡算 18 3.2.4 V0202物料衡算 21 3.2.5 R0201物料及熱量衡算 23 第 4 章 設備衡算 27 4.1 R0201反應器 27 4.1.

11、1 計算依據 27 4.1.2 計算反應器的公稱直徑及高度 27 4.1.3 攪拌功率的計算 27 4.2 E0205己烷加熱器 28 4.2.1 計算依據 28 4.2.2 初選換熱器 28 4.3 聚合加料泵計算 31 4.3.1 計算依據 31 4.3.2 確定泵的揚程 32 4.3.3 計算泵軸功率 33 4.3.4 泵的選型 33 4.4 V0201貯罐 33 4.4.1 計算依據 33 4.4.2 設計計算與選型 33 結 論 34 參 考 文 獻 35 附 錄 36 致　謝 39 - 45 - 第 1 章 設計說明書

12、1.1 緒 論 1.1.1 設計依據 本設計的依據主要包括： （1） 吉林化工學院畢業(yè)設計任務書。 （2） 《化工工藝手冊》等。 （3） 化學工業(yè)部發(fā)布的《化工工藝設計施工圖內容和深度的統(tǒng)一規(guī)定》。 （4） 吉化公司104廠乙丙橡膠車間乙丙橡膠裝置的操作法。 1.1.2 指導思想 本設計的指導思想主要包括： （1） 為了確保產品的質量，生產過程的安全，采用溶液聚合生產技術。 （2） 生產過程采用機械化操作，自動控制。 （3） 危險易燃易爆的場所，設計采用可靠的控制，報警消防設施。 （4） 生產過程中產生的三廢要經過處理之后再排放，以保證環(huán)保的要求。 （5）

13、為了保證生產正常進行和操作人員的安全，廠房、車間、設備布置要嚴格按土建標準。 1.1.3 設計必要性 乙丙橡膠是橡膠制品工業(yè)中一種極為重要的原材料。它是由乙烯、丙烯共聚而得的二元聚合物或由乙烯、丙烯和非共軛二烯烴單體共聚而得的三元共聚物的總稱。由于EPR分子主鏈中不含雙鍵，所以呈現出高度的化學穩(wěn)定性。與天然橡膠、丁苯橡膠等其它通用橡膠相比，乙丙橡膠具有卓越的耐候性、耐臭氧性和耐熱老化性,耐化學品性和電絕緣性，因而乙丙橡膠被譽為“無裂紋橡膠”；與硅橡膠、氟橡膠等特種橡膠相比，乙丙橡膠具有較好的物理機械性能和綜合性能；此外，乙丙橡膠還具有相對密度小、高充油、高填充性及與多種高聚物有良好的相容

14、性等優(yōu)點。由于乙丙橡膠具有許多其它通用合成橡膠所不具備的優(yōu)異性能，而且單體價廉、易得，用途廣泛，因此成為20世紀80年代以來世界幾大合成橡膠品種中發(fā)展最快的一種，目前其產能和消費量僅次于丁苯橡膠和順丁橡膠而居世界第3位。 乙丙橡膠主要品種牌號有百余種。根據共聚單體來分，有二元乙丙橡膠( EPM) 和三元乙丙橡膠(EPDM)，其中EPDM 第三單體多為乙叉降冰片烯(ENB)、雙環(huán)戊二烯(DCPD) 和1,4-2己二烯(1,4-2HD)；按生產工藝可分溶液法、懸浮法(簡化懸浮法)和氣相法。從采用的催化體系可分釩系、鈦系、鋁系和茂系,目前乙丙橡膠工業(yè)化產品仍以釩系、鋁系和鈦系為主。茂金屬乙丙橡膠雖

15、然研究進展較快,已進入工業(yè)化，但產品仍處在應用開發(fā)階段。 目前，世界乙丙橡膠的生產能力總體過剩，但我國的生產能力和產量卻不能滿足國內實際生產的需求，每年都得大量進口，開發(fā)利用前景廣闊。 中國唯一乙丙橡膠生產廠商是中國石油吉林石化公司。2010年吉林石化新建成的2.5萬噸/年的乙丙橡膠B線裝置投入試生產，使中國乙丙橡膠產能增至4.5萬噸/年，但市場供應量僅為1.93萬噸，表觀消費量23.4萬噸，供需矛盾不斷加劇。在巨大的市場缺口以及相應的潛在市場驅動下，中國乙丙橡膠投資熱潮始終不減，一直是中國化工招商的熱點項目之一。所以，現在新增1套50kt/a的乙丙橡膠裝置已是當務之急。 1.1.4

16、車間布置 本設計車間設備布置，不但能夠滿足實際生產的需要，同時也考慮了設備的安裝以及檢修方便，設備布置整齊有序，而且節(jié)約空地。設備的布置既要緊湊，又要滿足生產工藝和安裝要求。生產裝置界區(qū)，在滿足生產工藝和安全生產的基礎之上，要盡可能的縮短裝卸物料線。 依照滿足工藝條件的原則，首先確定主設備的位置，其他設備要盡可能圍繞在主設備的四周，以便于操作、檢修和配管。在廠房的四面，一樓到二樓都應該有樓梯和安全通道，車間內配有必要的放火防爆設施，同時還應該配有簡單急救的設施。閥門、儀表等部件離地面的距離應該較近，以便于手工操作和檢修。設備區(qū)和人行區(qū)等應該界區(qū)明確，工藝流程安全通暢。 1.1.5 廠址

17、的選擇 該車間應該建在吉林市江北的化工工業(yè)區(qū)。江北的化工工業(yè)區(qū)地處松花江畔，位于松花江的下游，水源充足，而且水質優(yōu)良。這里是中國最早也是最大的化工生產基地，原料充足、便利。同時，緊鄰鐵路和公路，交通運輸方便。該區(qū)附近有動力廠、電廠，所需動力供應方便，經濟合理。該區(qū)附近有大量的空地，日后有擴建的空間。而且，該化工區(qū)地處吉林市的東北部，該地區(qū)的主導風向為西南風和西北風，所以對市區(qū)居民的生活以及附近的工農業(yè)的生產均無影響。下游的污水處理廠能將工業(yè)污水和生活污水有效的處理，不會對松花江造成污染。所以，在該處建廠，為最佳的位置。 1.2 生產方法及工藝設計 1.2.1 生產方法的論證 目前，

18、乙丙橡膠的工業(yè)化生產工藝主要有三種：溶液聚合法、懸浮聚合法和氣相聚合法。其中溶液聚合工藝是當今世界上乙丙橡膠生產的主導工藝，采用此工藝的裝置能力約占世界乙丙橡膠總生產能力的77.2%，懸浮聚合法約占11.4%，氣相法約占11.4%。 （1）溶液聚合工藝 溶液聚合工藝的主要優(yōu)點有:投資低，工藝最佳化。反應器的優(yōu)化設計可滿足反應物料混合的要求，能準確控制聚合反應工藝參數和產品質量，聚合物膠液濃度高而循環(huán)溶劑量少，聚合釜體積小但生產強度高，原料和循環(huán)單體不需要精制，催化劑效率高，三廢中釩含量低，生產彈性大；生產操作費用低，裝置年操作時間長，原料和催化劑的消耗低，采用先進控制系統(tǒng)對生產進行控制，

19、技術比較成熟，操作穩(wěn)定，是工業(yè)生產的主要方法；產品質量具有極強的競爭力。工藝靈活性大，產品牌號切換靈活，切換廢品量少，產品特性能夠按照用戶要求進行調整，產品牌號多，門尼值可在20~160寬范圍內調節(jié)，應用范圍廣泛，產品中催化劑殘渣含量低，灰分含量較少，生產中次品少，質量穩(wěn)定，重復性好，綜合性能好，產品規(guī)格指標變化幅度窄和產品加工性能優(yōu)異。不足之處是由于聚合在溶劑中進行，傳質傳熱受到一定的限制，聚合物質量分數一般控制在6%~9%，最高僅達11%~14%，聚合效率低；由于使用溶劑，需要將其回收精制；后處理時需要從產品中脫出催化劑殘渣；生產流程長，設備多，裝置固定投資及操作成本較高。 （2）懸浮聚

20、合工藝 懸浮聚合法生產工藝的特點是生成的聚合物不溶于反應介質丙烯，體系黏度較低，轉化率比較高，聚合物的質量分數高達30% ~35%，因而同樣的設備生產能力卻是溶液法的4~5倍；無溶劑回收精制和凝聚等工序，工藝流程簡化，基建投資少；可生產相對分子質量較高的產品品種，產品成本比溶液法低。不足之處是由于不用溶劑，殘留催化劑分離比較困難，產品品種牌號少，質量均勻性較差，灰分含量較高，其用途有一定的局限性，主要用于聚烯烴改性；聚合物為不溶于液態(tài)丙烯的懸浮粒子，使其保持懸浮狀態(tài)較困難，尤其當聚合物濃度較高和出現少量凝膠時，反應釜易于掛膠，甚至發(fā)生設備管道堵塞現象，產品的電絕緣性能較差。 （3）氣相聚合

21、工藝 與溶液聚合法和懸浮聚合法技術相比，氣相聚合法具有工藝流程短、不需要溶劑或稀釋劑、幾乎無三廢排放，有利于生態(tài)環(huán)境保護，并且可以大幅度降低裝置總投資和總生產成本等優(yōu)點。不足之處是產品中含有大量的炭黑，產品通用性較差，橡膠性能不適應某些用途需要，限制了它的使用范圍。目前世界上雖然只有美國聯碳公司一家企業(yè)采用該方法進行生產，但從長遠觀點來看，隨著其技術的不斷完善和優(yōu)化，該工藝技術發(fā)展前景將十分廣闊。 本設計采用的生產方法是溶液聚合工藝，該生產工藝以Ziegler-Natta釩-鋁催化體系為催化劑，正己烷為溶劑，乙叉降冰片烯(ENB為第三單體，氫氣為分子量調節(jié)劑。為了提高催化劑的聚合活性及降低

22、其用量，在催化體系中還可以加入促進劑。乙烯、丙稀和二烯烴在齊格勒－納塔型催化劑作用下，按配位聚合機理進行共聚合反應。 1.2.2 工藝流程 本設計的主要工藝流程為： （1）原料、催化劑和溶劑 乙烯由界區(qū)外通過管道送入裝置，由PRC0201控制壓力為1200KPa，用FRCQ0203控制流量后送入乙烯氣集管。 丙烯由界區(qū)外由管道送入裝置，用FRCQ0202控制流量后送入乙烯氣集管。 氫氣由界區(qū)外由管道送入裝置用C0201（氫氣壓縮機）進行壓縮，用PRC0202控制C0203的出口壓力為1200KPa，并用FRCQ0201控制流量后送入乙烯氣集管。 通過調節(jié)計量泵P0102，P01

23、03，P0104的沖程，將所需的助催化劑按規(guī)定的比例送入R0201中。 當生產EPT時，根據二烯烴單體的種類，用P0111或P0112將之送入R0201。 （2）聚合反應 當原料、催化劑、溶劑在R0201中經充分攪拌后，由P0101將主催化劑V-（VX-）Cat送入R0201中，并用HPHX以1.0t/h的流量對V-（VX-）Cat進行稀釋，用E0205來的RHX提供聚合反應發(fā)生所需要的熱量，聚合反應開始連續(xù)進行。 當R0201釜中的聚合物溶液符合控制指標時，將聚合液由溢流管線送入R0202（溢流釜）中。通常將R0202的液位LRCS-202設定在40％。 R0202種的地方聚合物溶

24、液由聚合流加料泵P0202送到T0201（單體回收塔）中部，為便于P0202泵的輸送，防止聚合物的粘附，通過FI2001，以150L/h的流量用HPHX對P0202泵進行沖洗。 R0201的操作壓力是0.40～0.70MPa， 操作溫度是35～55℃。 （3）未反應單體的回收 根據R0202的液位LRC0202控制進入T0201中的聚合溶液的量，在T0201塔中，未反應的單體經閃蒸而從塔的頂部進入T0202（單體吸收塔）中，為防止閃蒸氣體中夾帶有聚合物膠粒，在T0201塔的頂部以2t/h流量的LPHX進行噴淋，使夾帶的膠粒重又回到塔底。T0201塔的操作條件是：頂部溫度63.5℃

25、～85.1℃，底部溫度93.7℃～96.4℃，操作壓力0.116Mpa。 來自E0706的HX經PRCA0204控制壓力為500KPa后，進入E0204B（己烷加熱器），用PRC0203控制7S的壓力為600KPa、E0204A（己烷蒸發(fā)器）使己烷汽化，通過TRC0202控制蒸汽流量以使己烷蒸汽的溫度為105℃（EPT）和160℃（EPR）汽化后的己烷進入T0201底部，作為單體閃蒸的熱源。 T0201塔底的聚合物溶液，進入Z0201（過濾器），使凝膠等雜志得以過濾，過濾后的聚合物溶液，根據T0201的液位（LRCA0201設定為50％）控制P0203（聚合物進料泵）出口閥LRCV0203

26、的開度，將聚合物溶液送入R0301（失活器）中,（當LRCV0221兩側的壓差PDRS0223被啟動，說明使用的Z0201過濾器堵塞，需要重新更換）。 從T0201頂部閃蒸出來的未反應單體進入T0202（單體吸收塔）頂部，在T0202塔的頂部同樣加入了LPHX，以FRC0205控制其流量，對反應得單體進行吸收，為了提高LPHX中吸收的未反應單體數量使用250t/h流量的CCW，對經過T0202塔上部的閃蒸氣體進行冷卻，之后在T0202塔的下部再用ABR（流量通過TRC0223控制）對閃蒸氣體冷凝。在T0202塔的底部，吸收了大量未反應單體的己烷，用泵P0204（己烷循環(huán)泵），經E0205（循

27、環(huán)己烷加熱器，僅開車時用，且出口溫度TRC0202不宜超過60℃），送往R0201的底部，其流量由T0202的液位控制，通常T0202的液位LRC0202設定為30％，另有一部分循環(huán)己烷則與由P0206來的含有微量水的己烷一起從R0201頂部流入，其作用有兩個： 一是消泡；二是利用己烷中含有的微量水分殺死R0201揮發(fā)出來氣體中含有的催化劑，避免可能發(fā)生的對反應熱去除系統(tǒng)的影響。 （4）反應熱的去除 聚合反應熱通過循環(huán)氣體和己烷蒸汽的顯熱和潛熱得以去除。 來自R0201的循環(huán)氣體，經E0201（高位冷卻器、冷卻介質CCW）和E0202（高位冷凝器、冷凝介質ABR）的冷卻和冷凝后，進入V

28、0201（頂部累積器），經冷卻和冷凝后的循環(huán)氣體溫度大大下降，而有一部分液化，在V0201中的冷凝液體經過濾后進入P0201（冷凝液循環(huán)泵），通過FRC0203將流量控制在3t/h把冷凝液送入反應釜R0201種。V0201的液位LRC0201通常設定在30％，一旦超高，就啟動閥門，加大送往R0201的冷凝液體量。 V0201中的不凝氣體，使用C0202（循環(huán)氣體鼓風機）循環(huán)送入R0201種，其流量通過FRC0201來控制。如果R0201的聚合壓力超高，就將不凝氣體送往火炬系統(tǒng)燒掉以維持聚合壓力的穩(wěn)定。 1.2.3 開車注意事項 1.檢查 （1）對所有設備、管道、閥門、管件等進行全面檢

29、查、核對。 （2）對各種儀表、儀器、調節(jié)閥、電動閥進行全面檢查、調校、試用。 （3）對電器設備、照明等具體送電條件的，送電試運行并進行檢查。 （4）配備消防器材，并對消防設備進行試用檢查。 （5）檢查所有設備的氣密性。 2.生產準備情況，落實有關事項 （1）確認已完成對設備和管線的吹掃和清洗。 （2）確認通信聯絡系統(tǒng)：調度電話、對講電話、火警電話及行政電話靈活好用。 （3）確認安全設施：泄漏報警系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)及消防系統(tǒng)、電器防爆系統(tǒng)、靜電接地系統(tǒng)等狀況良好，處于可操作和可使用狀態(tài)。 （4）確認工藝系統(tǒng)、設備、機器、管路等符合運轉要求 。 （5）確認密封油系統(tǒng)已開始運轉

30、處于可使用狀態(tài)。 1.2.4 工藝設備選擇 本設計主要工藝設備如下表1-1所示： 表1-1 設備一覽表 序號 工藝位號 設備名稱 臺數 型 式 材 質 備注 1 R0201 反應器 1 立式圓筒型 SA516-70+SB162襯 2 V0202 溢流罐 1 立式圓筒型 A-516-60+A240-316L 3 V0203 頂部累積器 1 立式圓筒型 A-516-60+A240-316L 4 E0201 頂部冷凝器 1 BFM（臥式）865 - 5 E0202 頂部冷卻器 1 BFM（臥式）8

31、65 - 6 E0204 己烷加熱器 1 BEM（臥式）69.8 - 7 E0203 排放氣冷凝器 1 BFM（臥式）865 - 8 P0201AB 己烷循環(huán)泵 2 離心式3HFN-374 殼體：SCPH2轉子：SCS13A 9 P0202AB 聚合液加料泵 2 離心式175/100-400ID 殼體：SCS16 轉子：SCS16 10 P0203AB 聚合溶液加料泵 2 離心式150/80-600PD 殼體：SCS16轉子：SCS16 11 T0201 單體回收塔 1 蒸餾篩板式 里：SA

32、516-60-316LS 內件：AISI304 12 T0202AB 單體吸收塔 2 立式熱交換器 殼程：A-516-60 管程：A-516-60 13 C0201 循環(huán)氣鼓風機 1 透平200TC SCS13 1.2.5 工藝控制條件 本設計主要工藝控制條件如下表1-2所示： 表1-2 4045牌號的標準操作條件一覽表 項 目 操作條件 項 目 操作條件 聚合ML控制范ML1+4100OC 47-55 乙烯、丙烯進料比（wt％） 56 產品ML控制范圍ML1+4100OC 45+5 H2/C〞2 0.11

33、1 乙烯含量（+2.5）wt％ 56 C〞3/C〞2 3.00 碘值（+2） 22 乙烯濃度（％） 18 充油量（PHR） － 丙烯濃度（％） 54 揮發(fā)份（wt％） L.t0.75 氫氣濃度（％） 2.0 釩含量（ppm） L.t15 乙烯容量（T） 0.26 主催化劑 V-Cat 丙烯容量（T） 3.3 二烯烴 ENB CH3OH進了量（t/h） 1.5 HA-STB混合率 20 沖洗水進料量（t/h） 5.0 聚合負荷（kg/h） 3480 工藝蒸汽（t/h） 1.0 聚合溫度（OC） 45 E-402蒸汽壓（

34、kPa） 1200 聚合壓力（kPa） 600 樹脂溫度（OC） ≤300 主催化劑生產率 340 篩孔數 150 二烯烴轉化率（％） 105 PTW溫度（OC） 60 T0201頂（t/h） 2.0 空氣溫度（OC） － T0201底（t/h） 22.1 TK-502空氣進料量（m3/h） － T0202頂（t/h） 7.4 Z-530-1受壓壓力（MPa） 10 R0201聚合物濃度（g/L-s） 87 壓塊溫度（OC） 60-65 C0201循環(huán)氣（m3/h） 4000 Z-530-1受壓時間（秒） 6 E0203B溫度

35、（OC） 105 HA-STB混合比率 － 1.2.6 生產控制條件 本設計主要生產條件及原料如下表1-3、表1-4所示： 表1-3 分析項目一覽表 序號 樣品名稱 取樣地點 分析項目 控制目標 分析頻率 1 干聚合物 T0201底 MFR 1/4h 1/2h 2 壓縮機潤滑油 C0202 粘度 新油粘度15% 1/月 1/周 表1-4 原料一覽表 樣品名稱 取樣地點 分析項目 控制指標 分析頻率 1 乙烯 界區(qū) 乙烯 1/月 1/周 甲烷、乙烷、丙烷、丙烯 乙炔 氫氣 氧化有機

36、物（甲醇） 氧氣 水 2 丙烯 界區(qū) 總硫 1/月 1/周 丙烷 甲烷、乙烷、丙烷 乙烯 丁烷和丁烯 甲基乙炔 丙二烯 1,3-丁二烯 3 氫氣 界區(qū) 氫氣 1/月 1/周 甲醇 — 氧氣 水 總硫 氫氣 甲烷 4 反應氣 氧氣 按需要 1/月 氫氣 氮氣 甲烷 乙烷 乙烯 丙烯 1.2.7 公用工程規(guī)格 主要公用工程規(guī)格如下列表所示： 表1-5 工藝水(過濾水)表 壓 力 0.5+0.1MPa

37、 溫 度 1－22 OC Fe2++Fe3+ 0.3mg/L Cl- 13mg/L 氧耗量 4mg/L 溶氧量 ≥5mg/L 可溶固體 100mg/L 可溶SiO2 12mg/L 總硬度(CaCO3) 1mg/L－N/L 總堿度(CaCO3) 0.9mg/L－N/L 濁度 3度 PH 6.5-8.0 表1-6 脫鹽水表 壓 力 溫 度 DEW 0.45+0.05MPa 20+10 OC HPDEW 1.0 MPa 20+10 OC 表1-7 循環(huán)冷卻水表 壓 力 上水0.45+0.05MPa 下水0.25+0

38、.05MPa 溫 度 上水≤31 OC 下水≤41 OC Fe2++Fe3+ 0.9mg/L Cl- 40mg/L 氧耗量 12mg/L 可溶固體 300mg/L 可溶SiO2 36mg/L 總堿度(CaCO3) 3mg/L－N/L 總堿度(CaCO3) 2.7mg/L－N/L 濁度 10度 PH 7－8.5 污垢熱阻 0.0000956m2h OC/KJ 表1-8 電力表 電 壓 型 式 頻 率 高壓 6KV+7％ 三相三線中性點不接地 50+0.5Hz－1.5 Hz 低壓 380/220V+7％ 三相五

39、線中性點接地 50+0.5Hz－1.5 Hz 表1-9 氮氣表 壓 力 溫 度 水含量 油含量 氧含量 13N 1.2 MPa 環(huán)境溫度 ≤5 volppm 無 ≤20 volppm 5N 0.5 Mpa 環(huán)境溫度 ≤5 volppm 無 ≤20 volppm 2N 0.15 MPa 環(huán)境溫度 ≤5 volppm 無 ≤20 volppm 表1-10 儀表空氣（無油）表 壓力 0.5－0.8MPa 溫度 環(huán)境溫度 露點 ≤-40 OC（0.6 MPa） 油含量 無 表1-11 裝置空氣表 壓力 0.5－0

40、.8MPa 溫度 環(huán)境溫度 表1-12 蒸汽凝液表 壓力 0.65+0.05MPa 溫度 100 OC 油含量 無 硬度 <2.5mmol/L 鐵 <100 mg/L － － 表1-13 蒸汽表 壓 力 溫 度 中壓蒸汽（25S） 2.5+0.2MPa 250+10 OC 低壓蒸汽 (7S) 0.7+0.1MPa 200+10 OC 表1-14 消防水表 壓 力 溫 度 低壓消防水 0.5+0.1MPa 1－22 OC 高壓消防水 0.8 MPa 1－22 OC 1.3 技術經濟評價 （1

41、）原料、輔助材料的費用的計算 乙烯：369772004200/1000=11180萬元/年 丙稀：270972005000/1000=9752萬元/年 ENB： 76572008000/1000=4406萬元/年 催化劑：12.572001000=9000萬元/年 其他費用：250001000=2500萬元/年 總費用：11180+9752+4406+9000+2500=36838萬元/年 （2）車間經費：總費用10％=368380.1=3683.8萬元/年 （3）工人工資：30000100=300萬元/年 （4）水、電、汽費用：總費用10％=368380.1=3683.8

42、萬元/年 （5）總成本：總費用+車間經費+工人工資+水、電、汽費用 =36838+3683.8+300+3683.8=44205.6萬元/年 （6）銷售收入：500002.2=110000萬元/年 （7）稅金：1100000.17=18700萬元/年 （8）利潤：110000-18700-44205.6=47094萬元/年 （9）回收期期：110000/（18700+0.0791918700）=5.45年 第 2 章 聚合工段工藝介紹 2.1 聚合工段生產工藝示意圖 圖2-1聚合工段生產工藝示意圖

43、 2.2 聚合工段工藝過程敘述 該工藝是在既可以溶解產品,又可溶解單體和催化體系的溶劑中進行的均相反應。通常以正己烷為溶劑。采用V-Al催化劑體系,聚合溫度為30-60℃,聚合壓力為0.4-0.8MPa 。用氫氣作分子量調節(jié)劑，聚合反應熱量由丙烯的蒸發(fā)而除去。首先，新鮮的單體和溶劑與回收的乙烯、丙烯及溶劑混合經預冷后，與催化劑一起進入帶攪拌的聚合反應釜R0201。從聚合釜出來的反應物打入閃蒸塔T0201，經閃蒸回收，未反應的單體乙烯、丙烯從塔頂出料，再經吸收塔T0202對單體吸收循環(huán)使用；聚合物和第三單體從T0201塔釜出料并送至催化劑失活與洗滌工段。 第

44、3 章 物料及熱量衡算 3.1 計算基礎 本設計的基礎依據為： （1） 年產量： 5萬噸。 （2） 年工作日：300天,7200小時。 （3） 廢膠損失率：1％。 （4） 乙烯、丙烯、ENB的單程轉化率分別為：17.35％、3.02％、83.29％。 （5） 乙烯、丙烯、ENB的總轉化率分別為：99.9％，98.9％，84.3％。 （6） 每小時生產合格膠料量： （7） 主要原料指標見下表： 表3-1 主要原料一覽表 原料 指標 乙烯純度 99.9% 丙烯純度（含丙烷） 99.9% （8） 乙丙橡膠質量組成：乙烯：丙烯：ENB=52.6:38

45、.2:9.2。 （9） 進料中氫氣和乙烯的比值：1：10450。 （10） 各股物料計算中乙烯、丙烯、乙叉降冰片烯、丙烷、己烷、氫氣、氮氣、膠料組分數下標分別為1、2、3、4、5、6、7、8。 （11） 安托因公式：LogPv=A–B/(t+C) 主要原料的安托因子如表3-2所示： 表3-2 安托因子一覽表 安托因子 A B C 使用溫度范圍℃ 乙烯 5.87246 585 255 -153—91 丙烯 5.9445 785.85 247 -112—-32 丙烷 5.9288 803.81 246.99 -108—-25 己烷 5.9

46、9519 1168.72 224.21 -25—92 氫氣 5.04577 71.615 276.337 -260—-248 氮氣 5.6193 255.68 266.55 -219—-183 3.2 物料衡算及熱量衡算 3.2.1 加料量及去單體回收工段的量 （1）新鮮進料量 乙烯的進料量= 丙烯的進料量= 丙烷的進料量= ENB的進料量= 己烷及氮氣進料量如表3-3 所示： 表3-3 己烷及氮氣進料量表 序號 H11 H12 H13 H14 H15 H2 H31 H32 己烷kg/h 500 175

47、0 500 500 1000 46500 5000 12500 氮氣kg/h - - - - - 1.25 0.24 0.39 （2）去單體回收工段物料量： 各組分回收物料量=新鮮進料量-反應的物料量 乙烯回收物料量= 丙烯回收物料量= 丙烷回收物料量=13.61 kg/h 氫氣回收物料量=0.354 kg/h 氮氣回收物料量= （3）聚合工段出料量 膠料的量=7014.60kg/h ENB出料量=ENB進料量（1-總轉化率）= （4）過程物料平衡表 表3-4 過程物料平衡表（kg/h） 組分 乙烯 丙烯 丙烷 ENB 己

48、烷 氫氣 氮氣 膠料 總計 進料 3697.07 2709.38 13.61 765.31 68250 0.35 1.88 - 75437.6 回收 7.39 26.30 13.61 - - 0.35 1.88 - 49.15 出料 - - - 120.20 68250 - - 7014.60 75384.8 3.2.2 T0201物料及熱量衡算 1．計算依據 （1）乙丙橡膠的年產量50000噸/年，即7014.60kg/h （2）T0201進口原料的組成為： （3）進料總量L2= 2．物料衡算

49、（1）進料中各組分的量及組分數 某組分流量=總流量L2該組分質量分數 乙烯含量= 丙烯含量= ENB含量= 丙烷含量= 己烷含量= 氫氣含量= 氮氣含量= HX總含量= 膠料含量=7014.60kg/h 塔釜的溫度為942℃,塔頂出料溫度為754℃,按清析分割法乙烯、丙烯、丙烷、氫氣、氮氣等清組分全部以氣體狀態(tài)從塔頂出料，塔釜流出液中僅包括部分己烷、膠料和ENB。 （2）T0201塔釜出口物料中各組分的量 ENB含量=ENB進料量= 己烷含量 膠料出料量7014.60kg/h 根據過程物料衡算,進入聚合工段的己烷全部從T-0201塔釜流出。 （3）T0

50、201塔頂出口中各組分的量及組分數 乙烯含量=乙烯進料量= 丙烯含量=丙烯進料量= 丙烷含量=丙烷進料量= 己烷含量=總進料量-塔釜出料量= 氫氣含量= 氮氣含量= 表3-5 T0201物料平衡表 D2 F3 L3 組分 質量/kg 摩爾量/kmol 質量/kg 摩爾量/kmol 質量/kg 摩爾量/kmol 乙烯 449.96 16.07 449.96 16.07 0 0 丙烯 7000 166.67 7000 166.67 0 0 ENB 119.26 0.98 0 0 119.26 0.98 丙

51、烷 764.28 17.37 764.28 17.37 0 0 己烷 90856.9 1056.48 23106.9 268.68 67750 787.80 氫氣 0.20 0.10 0.20 0.10 0 0 氮氣 10.92 0.39 10.92 0.39 0 0 膠料 7014.60 - 0 0 7014.60 - 總量 1258.06 469.28 788.78 總量 106216.12 31332.26 74883.86 總計 106216.12 106216

52、.12 3．熱量衡算 a.計算依據 （1）選擇溫度為0℃時各組分的焓值為0kJ （2）各物質0-t℃的平均定壓熱容如表3-6 所示： 表3-6 物質0—t℃的平均定壓熱容表 物質 乙烯 丙稀 丙烷 己烷 Cp/ [kJ/(kmolK)] 0～75.4℃(g) 44.876 65.926 76.170 148.06 0～105℃(g) - - - 153.927 0～45℃(l) 84.859 100.239 106.335 194.735 0～94.5℃(l) 89.916 103.873 110.127 203.255

53、 b．進料及液化帶進熱量 （1）F3進料的條件T=45℃，壓力P=0.586MPa；帶進的熱量 = = （2）H2進料條件T=105℃，P=0.122MPa；帶進的熱量: （3）己烷105℃時的蒸發(fā)焓26269kJ/kmol，液化放出的熱量: （4）H13，H31進料條件T=40℃，P=0.66MPa；帶進的熱量: c.出料及汽化帶出熱量 （1）D2出料溫度T=75.4℃,P=0.116MPa；帶出的熱量： = （2）L3出料條件T=94.5℃,P=0.126MPa；從塔釜流出的物料中己烷質量百分含量達90％，帶出大部分的熱量。膠料和ENB質

54、量百分含量約10％，取帶的熱量為溶劑帶出熱量5％。塔釜出料帶走的熱量Q6: （3）T-0201塔內平均溫度=85℃。丙烯，丙烷，己烷在各自的正常沸點的摩爾汽化焓值 (kJ/kmol)： 18410，18774。根據下式： ，， （TC表示臨界溫度） 得時的摩爾蒸發(fā)焓 (kJ/kmol)6036，7159。則汽化帶出的熱量： （4）進料熱量與出料及汽化帶出熱量之差值： 進出料帶入和帶出熱量的差值可以作為熱量損失，它的熱量損失率小于5%，符合設計要求。 3.2.3 T0202物料和熱量衡算 1.物料衡算 （1）T0202進口中各組分的量 乙烯、丙烯、丙烷的

55、進料量等于T0201塔頂的出料量，即： 乙烯含量= 丙烯含量= 丙烷含量= 己烷含量= 氫氣含量= 氮氣含量= （2）進料各組分的摩爾分數： 公式：（i=1,2,3……7） 由閃蒸程序(見附錄)，求得 T=70.2℃，P=586kPa時，汽液分離系數Ψ=0.2449, 液相摩爾總量＝464.11kmol/h,汽相摩爾總量=150.52kmol/h。 T0202塔釜液相各組分的摩爾組成： T2020塔釜汽相各組分的摩爾組成： （3）液相出料中各組分的含量: 某組分流量 乙烯含量= 丙烯含量= 丙烷含量= 己烷含量= 氫氣含量= 氮氣

56、含量= （4）氣相中各組分的含量: 某組分流量 乙烯含量= 丙烯含量= 丙烷含量= 己烷含量= 氫氣含量= T0202的物料平衡表如表3-7所示： 表3-7 T0202物料平衡表 項目 D2 R4 L4 組分 質量/kg 摩爾量/kmol 質量/kg 摩爾量/kmol 質量/kg 摩爾量/kmol C2H4 449.93 16.07 390.60 13.95 59.36 2.12 C3H6 7000.14 166.67 4329.834 103.09 2670.32 63.54 C3H8 764.28

57、17.37 442.20 10.05 322.08 7.32 HX 35606.588 414.03 1972.37 22.95 33634.1 391.16 氫氣 0.2 0.1 0.195 0.0974 0.005 0.0025 氮氣 10.92 0.39 10.64 0.38 0.26 0.0094 總量 614.63 150.50 164.13 總量 43831.97 7145.835 36686.125 合計 43831.97 43831.96 2.熱量衡算 （1）計算依據 選擇溫度為0

58、℃時各組分的焓值為0kJ。 （2）各物料的平均定壓熱容如下表3-8 所示: 表3-8 T0202各物料平均定壓熱容表 物質 乙烯 丙稀 丙烷 己烷 Cp/ [KJ/(KmolK)] 0～70.2℃(g) 44.594 65.496 75.611 147.014 0～40℃(l) 84.383 99.894 105.976 193.954 0～70.2℃(l) 87.356 102.038 108.212 198.894 （3）進料及組分溶解、液化帶入的熱量 D2進料溫度T=75.4℃,P=0.116MPa；帶入的熱量：

59、 = H32進料溫度T=40℃,P=0.66MPa；帶進的熱量為： 丙稀、丙烷、己烷在T=73℃的蒸發(fā)焓△H5(kJ/kmol)：9061,9995,28756時放出的熱量： （4）出料帶出熱量 R4出料溫度T=70.2℃，P=0.586MPa；則帶出的熱量： L4出料溫度T=70.2℃,P=0.586MPa；則帶出的熱量： = （5）進料帶出的熱量與出料熱量之差 這些熱量通過換熱冷卻循環(huán)水帶走。 3.2.4 V0202物料衡算 1.物料衡算 F4的流量等于L4和H15的混合流，F4又分為R2和R3兩股流量，R2:R3=1.5:1

60、；求得 表3-9 物料分配 項目 乙烯 丙稀 丙烷 己烷 氫氣 氮氣 R2 R3 35.62 23.74 1602.19 1068.13 199.25 128.83 19780.46 13853.64 0.003 0.002 0.156 0.104 2.各組分進料量 進料量R=R1+R3+R4 乙烯含量= 丙烯含量= 丙烷含量= 己烷含量= 氫氣含量= 氮氣含量= 進料各組分的摩爾分數： 由程序求得 T=9.5℃，P=586kPa時，汽液分離系數Ψ=0.7852, 液相摩爾總量726.64kmol,汽相摩爾總量

61、＝2656.24kmol。 液相各組分的摩爾組成： 汽相各組分的摩爾組成： 3.液相中各組分流量 乙烯含量= 丙烯含量= 丙烷含量= 己烷含量= 氫氣含量= 氮氣含量= 4.氣相中各組分流量 乙烯含量=kmol/h=16947.84kg/h 丙烯含量=kmol/h=69224.4kg/h 丙烷含量=kmol/h=6684.04kg/h 己烷含量=kmol/h=1685.6kg/h 氫氣含量= 氮氣含量= 5.V0202的物料平衡如表3-10 所示： 表3-10 V0202物料平衡表 項目 R L1 D1 組分 質量/kg 摩爾

62、量/kmol 質量/kg 摩爾量/kmol 質量/kg 摩爾/kmol 乙烯 17541.15 626.47 593.31 21.19 16947.84 605.28 丙烯 83829.65 1995.94 14604.66 347.73 69224.4 1648.20 丙烷 8402.15 190.96 1718.11 39.05 6684.04 151.91 己烷 29033.89 337.60 27348 318 1685.6 19.60 氫氣 117.74 58.87 0.3 0.15 117.4 58.70

63、 氮氣 4845.22 173.04 15.69 0.56 4829.15 172.47 總量/kmol 3382.88 726.68 2656.16 總量/kg 143769.8 44280.07 99488.43 合計 143769.8 143768.5 3.2.5 R0201物料及熱量衡算 1.物料衡算 （1）計算依據 （2）各組分液體出料量 （3）各組分液相出料量 求液相各組分出料量 45℃時586KPa下查得相平衡常數分別為:

64、 汽相各組分的摩爾分數 氫氣的含量= 氮氣的含量= （4）各組分進料量 進料MF＝R＋R2＋H11+H12+新鮮進料F1-去單體回收單元 乙烯含量= 丙烯含量= = ENB含量= 丙烷含量= 己烷含量= 氫氣含量= 氮氣含量= R0201的物料平衡如表3-11所示： 表3-11 R0201物料平衡表 項目 MF Rp R1 組分 質量/kg 摩爾量/kmol 質量/kg 摩爾量/kmol 質量/kg 摩爾量/kmol 乙烯 21266.45 759.52 449.93 16.07 17126

65、.76 611.67 丙烯 88114.92 2097.97 7000.14 166.67 78431.69 1867.42 ENB 765.61 6.26 119.85 0.98 0 0 丙烷 8601.4 195.49 764.28 17.37 7831.12 177.98 己烷 41651.80 484.32 38856.52 451.82 13207.88 153.58 氫氣 117.74 58.87 0.2 0.1 117.54 58.77 氮氣 4845.38 173.05 10.92 0.39 4

66、834.48 172.66 膠料 - 7014.60 - 總量 3775.48 653.4 3042.08 總量 16536.33 47201.84 121549.47 總計 16536.33 168751.31 2.熱量衡算 （1）計算依據 選擇溫度為0℃時各組分的焓值為0 kJ。 （2）各物料的平均定壓熱容如表3-12所示： 表3-12 物料平均定壓熱容表 物質 乙烯 丙稀 丙烷 己烷 Cp/ [kJ/(kmolK)] 0～9.5℃(g) 41.219 60.357 68.906 134.473 0～42℃(g) 43.155 63.294 72.720 141.622 0～9.5℃(l) 81.614 97.884 103.876 189.506 0～4.4℃(l) 81.174 97.563 103.541 188.815 0～20℃(l) 82.541 98.559 104.59