設(shè)計總說明聚丙烯是丙烯單體聚合而形成的高分子聚合物。它作為一種高分子塑料，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位，是五大通用合成樹脂(聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS樹脂)之一。聚丙烯性能優(yōu)異，用途廣泛，近年來國內(nèi)的產(chǎn)量增長也很快，是生產(chǎn)發(fā)展速度最快的塑料品種之一。本文主要概述了國內(nèi)聚丙烯工業(yè)的研究發(fā)展，包括聚丙烯市場的供求情況，聚丙烯的分類及其生產(chǎn)工藝的簡單介紹，從中選定Spheripol工藝作為年產(chǎn)10萬噸聚丙烯生產(chǎn)工藝設(shè)計項目的參考。介紹了Spheripol工藝的工藝流程，然后，用收集的工藝參數(shù)科學(xué)地進行工藝物料衡算、能量衡算、主要生產(chǎn)設(shè)備選型。此外，制定了生產(chǎn)安全和環(huán)境保護的規(guī)條，繪制了生產(chǎn)工藝流程圖。通過本設(shè)計，可以對環(huán)管法聚丙烯合成車間工藝及聚合工段設(shè)計有一個初步的認識和了解，了解到環(huán)管法聚丙烯合成的基本流程。關(guān)鍵詞：聚丙烯；Spheripol工藝；設(shè)計；衡算；選型目錄1綜述 1 1聚丙烯基本性能 1 2國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)業(yè)存在的主要問題 4國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展方向 52工程設(shè)計條件 6 6設(shè)計任務(wù) 63生產(chǎn)工藝的選擇 7 7 7 7 7 8 9工藝原理 10Spheripol工藝流程草圖 11 12聚合區(qū)工藝 12造粒區(qū) 14包裝區(qū) 14循環(huán)水場 14催化劑的選定 154物料衡算 16設(shè)計條件 16全套裝置工藝參數(shù) 16丙烯進料量 16催化劑用量 17氫氣用量 17 17小環(huán)管的物料衡算 18大環(huán)管反應(yīng)器的物料衡算 19閃蒸罐的物料衡算 205熱量衡算 21計算依據(jù) 21小環(huán)管的熱量衡算 22大環(huán)管反應(yīng)器的熱量衡算 246設(shè)備選型 25 25小環(huán)管的選型 26小環(huán)管的工藝參數(shù) 26主要作用 26選型 26大環(huán)管反應(yīng)器的選型 27 27特點 27選型及結(jié)構(gòu) 27 28 29 307工廠選址和總平面布置 32 32 33 34廠房布局 358生產(chǎn)安全與環(huán)境保護 35生產(chǎn)安全 35 36環(huán)境保護 37 37 37 38總結(jié) 39致謝 40參考文獻 41

1綜述聚丙烯俗稱PP料，是由丙烯在催化劑的作用下聚合而成的一種熱塑性塑料。它的分子結(jié)構(gòu)與聚乙烯相似，但是碳鏈上相間的碳原子帶有一個甲基(–CH3)。聚丙烯的分子結(jié)構(gòu)式為：-[-H2C—CHCH3-]-n，有等規(guī)、無規(guī)和間規(guī)三種構(gòu)型，工業(yè)產(chǎn)品以等規(guī)物為主。聚丙烯比聚乙烯稍微要脆一些，熔融溫度為160°C。聚丙烯也包括丙烯和少量乙烯共聚物在內(nèi)。聚丙烯通常為半透明無色固體，無臭無毒。由于結(jié)構(gòu)規(guī)整而高度結(jié)晶化，故熔點高達167℃，耐熱，制品可用蒸汽消毒是其突出優(yōu)點。密度，是最輕的通用塑料。耐腐蝕，抗張強度30MPa，強度、剛性和透明性都比聚乙烯好。聚丙烯可以用注塑、吹塑、擠出、模壓、真空成型等方法加工，注塑成型是最主要的加工方法。缺點是耐低溫沖擊性差，較易老化，但可分別通過改性和添加抗氧劑予以克服。聚丙烯最大的缺點是耐老化性能比聚乙烯差，但是可以在聚丙烯塑料中添加抗氧化劑和紫外線吸收劑來改善。由于聚丙烯制品具有重量輕，抗沖擊強度高、耐環(huán)境（耐高低溫、耐污染、耐潮濕、耐老化）性能好，長壽命等優(yōu)點。所以其應(yīng)用范圍不斷的擴大，逐漸取代金屬和其他塑料、木材、化學(xué)纖維等，用于包裝、運輸、紡織、建材、家具、家電、日用品等諸多領(lǐng)域。因此今后十年聚丙烯的需求將繼續(xù)保持高速增長的態(tài)勢，并且在紡織纖維、薄膜、注塑制品、管材等領(lǐng)域有很好的前景[1]。聚丙烯基本性能[2]物理性能聚丙烯為無毒、無臭、無味的乳白色高結(jié)晶的聚合物，~，是目前所有塑料中最輕的品牌之一。它對水特別穩(wěn)定，%，分子量約8~15萬。成型性好，但因收縮率大（為1%~%）。制品表面光澤好，易于著色。力學(xué)性能聚丙烯的結(jié)晶性高，結(jié)構(gòu)規(guī)整，因而具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其屈服、拉伸、壓縮強度和硬度、彈性等都比HDPE高，但在室溫及低溫下，由于本身的分子結(jié)構(gòu)規(guī)整度高，所以沖力強度較差，分子量增大時，沖擊強度也隨之增大。聚丙烯有突出的抗彎曲疲勞強度，如用聚丙烯注塑—體活動鉸鏈，能承受七千萬次開閉的折迭彎曲而無損壞痕跡，它的耐摩擦性能也較好，干摩擦系數(shù)與尼龍相似，聚丙烯只能用來制作PV值較低的以及不受沖擊載荷的齒輪和軸承。在表面效應(yīng)方面，如在其制品表面壓花、雕刻等，比任何其它熱塑性塑料都容易。熱性能聚丙烯具有良好的耐熱性。它熔點為164~170℃，制品能在100℃以上的溫度進行消毒滅菌。在不受外力作用時，150℃也不變形，在90℃的抗應(yīng)力松弛性能良好，它的脆化溫度為-35℃，在低于-35℃的溫度下會發(fā)生脆裂，耐寒性不如聚乙烯，若用石棉纖維和玻璃纖維增強后，有較高的熱變形溫度、尺寸穩(wěn)定性、低溫沖擊性能。化學(xué)穩(wěn)定性聚丙烯的化學(xué)穩(wěn)定性很好，除能被濃硫酸及濃硝酸侵蝕外，對其他各種化學(xué)試劑都比較穩(wěn)定，但是低分子量的脂肪烴、芳香烴和氯化烴等能使聚丙烯軟化和溶脹，同時它的化學(xué)穩(wěn)定性隨結(jié)晶度的增加還有所提高。所以，它適合于作各種化工管道和配件，防腐效果良好。電性能聚丙烯的高頻絕緣性能良好，由于它幾乎不吸水，絕緣性能不受濕度的影響。它有較高的介電系數(shù)，且隨溫度的上升，可以用來制作受熱的電氣絕緣制品，它的擊穿電壓也很高，適合用作電氣配件等。抗電壓、耐電弧性好。耐候性聚丙烯對紫外線很敏感，加入氧化鋅、硫代丙酸二月桂脂、碳黑或類似的乳白填料等則可改善其耐老化性能。聚丙烯鼻祖：Ziegler、Natta教授1953年，Ziegler發(fā)現(xiàn)了乙烯低壓聚合引發(fā)劑1954年，意大利Natta(納塔)教授在Ziegler發(fā)明的催化劑基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了丙烯聚合引發(fā)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(jié)晶性高立構(gòu)規(guī)整性（等規(guī)）的聚丙烯[3]，并創(chuàng)立了定向聚合理論。1957年，根據(jù)Natta教授的研究成果，意大利Montecatini(蒙特卡蒂尼)公司首建世界上第一套間歇式PP工業(yè)生產(chǎn)裝置（6kt/a）。同年，美國Hercules(大力神)公司也建成了一套9kt/aPP裝置[4]。六十年代末，蘭州化學(xué)工業(yè)公司石油化工廠從英國引進了采用Vickers-Zimmer（維克-吉瑪）工業(yè)技術(shù)及常規(guī)催化劑體系的5kt/a溶劑法聚丙烯裝置。1973年，北京燕山石化公司向陽化工廠利用國內(nèi)研制的催化劑和溶劑法工藝，建成投產(chǎn)了一套5kt/a國產(chǎn)溶劑法聚丙烯生產(chǎn)裝置。1975年，北京化工研究院等單位在絡(luò)合I型催化劑的基礎(chǔ)上研制成活性定向能力更好的絡(luò)合II型催化劑即TiCl3-R2O(正丁醚）-Al(C2H5)Cl催化劑。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(chǎn)技術(shù)達到了比較先進的水平。自從20世紀90年代中期以來，我國聚丙烯生產(chǎn)和消費進入快速發(fā)展期，產(chǎn)能快速增長。生產(chǎn)所用原料逐漸采用多元化，生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴大，產(chǎn)品自給率不斷提高。隨著聚丙烯產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)及聚丙烯后加工生產(chǎn)的迅速發(fā)展，國內(nèi)市場對聚丙烯的需求量越來越大。1994年我國聚丙烯產(chǎn)量接近86萬噸，進口81萬噸，1995年國產(chǎn)和進口都超過100萬噸。在這種形勢下，原中國石化總公司決定“九五”期間利用煉廠氣丙烯資源建設(shè)一批大型聚丙烯生產(chǎn)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、荊門石化總廠等六家企業(yè)的70kt/a聚丙烯裝置，這6套裝置均由中國石化北京石油化工工程公司(簡稱BPEC)承擔(dān)設(shè)計采用國產(chǎn)化S-PP工藝建設(shè)而成[5]。2002年初，上海石化公司采用中國石化自行開發(fā)的第二代環(huán)管工藝技術(shù)，建成20萬噸/年聚丙烯裝置。通過引進技術(shù)和吸收改造，國內(nèi)聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)目前已達到比較先進的水平。而且我國還在加快聚丙烯大型化建設(shè)。蘭州、大慶、茂名石化在建20-30萬噸/年聚丙烯裝置，2004年底-2006年投產(chǎn)；中國石化、上海石化與BP公司合資組建的上海賽科石化公司在建25萬噸/年聚丙烯裝置，2005年上半年投產(chǎn)；中海油與殼牌公司合資的惠州南海石化項目在建24萬噸/年聚丙烯裝置，2005年底投產(chǎn)；福建煉化與埃克森美孚和沙特阿美合資的福建石化項目將建30萬噸/年聚丙烯裝置，2006-2007年投產(chǎn)。這些項目建成后可新增聚丙烯產(chǎn)能近150萬噸/年。至2010年前這些項目建成投產(chǎn)，大大緩解了我國聚丙烯供需不平衡的狀況。2010年-2012年我國部分PP新建裝置情況統(tǒng)計[6]項目生產(chǎn)能力(萬t/a-1)采用的技術(shù)投產(chǎn)時間神華寧煤MTPNovolen氣相法2010年天津石化Spherizone氣相法2010年鎮(zhèn)海煉化國產(chǎn)化第二代環(huán)管技術(shù)2010年廣西石化Unipol氣相法2011年中化泉州煉油Unipol氣相法2012年武漢乙烯Horizone氣相法2012年慶陽石化Spheripol工藝2010年近幾年，我國聚丙烯市場的需求量也是穩(wěn)步增長的。2004-2012年中國聚丙烯需求和增長率[7]隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和各行業(yè)對聚丙烯樹脂的需求，聚丙烯產(chǎn)品近幾年在我國供不應(yīng)求的局面不會有太大改變，每年仍然需要大量進口。聚丙烯產(chǎn)業(yè)在我國發(fā)展前景廣闊。但是我國聚丙烯產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)裝置單套生產(chǎn)能力小，工藝技術(shù)開發(fā)能力落后，產(chǎn)品牌號較少，高檔次品種比例較少的問題還比較嚴重。在今后聚丙烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，積極引進國外先進技術(shù)，加快企業(yè)自主創(chuàng)新，提高我國聚丙烯產(chǎn)業(yè)的工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量，是我國聚丙烯生產(chǎn)企業(yè)必須面對和解決的。國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)業(yè)存在的主要問題[8]目前,國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)業(yè)存在的主要問題為:（1）產(chǎn)品牌號較少，高檔次品種比例小。我國的聚丙烯產(chǎn)品中抗沖擊共聚物產(chǎn)品和專用料等高檔次產(chǎn)品生產(chǎn)量較少，且產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，所需產(chǎn)品仍主要依靠進口。（2）生產(chǎn)裝置規(guī)模偏小，生產(chǎn)成本較高。我國聚丙烯生產(chǎn)裝置數(shù)量多，單套裝置生產(chǎn)能力小，其中連續(xù)法生產(chǎn)裝置的平均生產(chǎn)能力只有10萬噸/年左右，遠遠低于世界聚丙烯生產(chǎn)工藝的平均生產(chǎn)規(guī)模。由此導(dǎo)致國內(nèi)生產(chǎn)能力不足，市場供給率只有65％左右，每年仍需要大量進口。另外由于裝置規(guī)模過小，能耗、物耗普遍高于國外先進水平，使得一些企業(yè)市場競爭能力較差，在產(chǎn)品成本和質(zhì)量上難與國外產(chǎn)品相競爭。（3）工藝技術(shù)開發(fā)能力上存在較大差距。我國雖然成功開發(fā)聚丙烯成套生產(chǎn)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，又開發(fā)了第二代環(huán)管聚丙烯技術(shù)，但是對聚合工藝、產(chǎn)品牌號開發(fā)和工程放大等方面的研究力度不夠，在設(shè)備、自控方面的開發(fā)研究較少。在聚丙烯催化劑研究方面，有一定的優(yōu)勢，但開發(fā)周期較長，質(zhì)量不太穩(wěn)定。（4）加工應(yīng)用能力薄弱，技術(shù)服務(wù)需要進一步加強。我國對聚丙烯樹脂進行加工應(yīng)用研究的人力和物力相對顯得薄弱，大都分散于各個企業(yè)，并缺少進行系統(tǒng)加工應(yīng)用研究的手段，對產(chǎn)品添加劑的研究也很少。國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展方向[9]鑒于國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)業(yè)存在的主要問題，建議我國聚丙烯行業(yè)在“十二五”期間，應(yīng)重點加快催化劑、生產(chǎn)工藝、設(shè)備等技術(shù)開發(fā)；調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；淘汰或更新落后產(chǎn)能，提高行業(yè)整體規(guī)模等。具體如下：(1)淘汰落后產(chǎn)能，提高行業(yè)整體規(guī)模及技術(shù)水平。應(yīng)結(jié)合國家煉油及乙烯產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和布局優(yōu)化相關(guān)工作的開展，逐步淘汰規(guī)模偏小、物耗能耗高、競爭力偏低的小本體裝置。同時，應(yīng)加快在建大型聚丙烯項目的實施進度，提高行業(yè)整體水平，滿足市場需求。(2)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增加高檔牌號及專用料的生產(chǎn)。結(jié)合國內(nèi)汽車、建筑等產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人們生活水平不斷提高的需要，加快高結(jié)晶高剛性產(chǎn)品、高速拉伸BOPP膜、熱封膜、高透明包裝及吹塑成型、高抗沖產(chǎn)品、薄壁注塑專用料等的開發(fā)和生產(chǎn)，逐步改變國內(nèi)聚丙烯高端產(chǎn)品完全由進口產(chǎn)品壟斷的局面。(3)加快技術(shù)開發(fā)，增強自主創(chuàng)新和持續(xù)發(fā)展能力。一方面要繼續(xù)加快聚丙烯生產(chǎn)工藝特別是氣相法聚丙烯工藝的研究開發(fā)；另一方面要加快新型催化劑的研究開發(fā)。在實現(xiàn)催化劑工業(yè)化和系列化應(yīng)用的基礎(chǔ)上，加快第5代催化劑，即醚類高活性新型催化劑和氣相法聚丙烯催化劑的研發(fā)工作，爭取早日實現(xiàn)替代進口催化劑產(chǎn)品。同時,還應(yīng)密切關(guān)注聚丙烯催化劑技術(shù)最新動態(tài),繼續(xù)開展茂金屬催化劑和非茂金屬單活性中心催化劑的研究開發(fā)工作。此外，聚丙烯產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)充分結(jié)合下游用戶需求,開展有針對性的特性產(chǎn)品開發(fā)工作，提高產(chǎn)品附加值。(4)繼續(xù)進行原料來源多元化探索，降低生產(chǎn)成本和市場風(fēng)險。積極探索增產(chǎn)丙烯技術(shù)以及丙烷脫氫、甲醇制烯烴等丙烯生產(chǎn)技術(shù)在國內(nèi)實施的可行性和經(jīng)濟性，降低聚丙烯原料成本，以提高國內(nèi)產(chǎn)品在應(yīng)對中東等地區(qū)進口聚丙烯產(chǎn)品沖擊時的競爭力。2工程設(shè)計條件化工設(shè)計大體根據(jù)《化工工藝技術(shù)手冊》進行相關(guān)的專業(yè)設(shè)計，設(shè)計過程遵循以下設(shè)計原則：符合國家的經(jīng)濟政策和技術(shù)政策，合理運用國家的財富和資源；設(shè)定合理的產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量指標；選擇先進可靠的工藝技術(shù)，同時兼顧經(jīng)濟合理性；保證生產(chǎn)安全，堤防各種明顯或潛在的危險；符合國家和各級地方政府指定的環(huán)境保護法規(guī)，對排放的三廢進行處理。設(shè)計任務(wù)聚丙烯聚合工段工藝的選擇，流程的設(shè)計，物料衡算、熱量衡算、主要生產(chǎn)設(shè)備選型，制定生產(chǎn)安全和環(huán)境保護的規(guī)條，繪制出工藝流程圖。3生產(chǎn)工藝的選擇[10]聚丙烯（PP）系采用齊格勒-納塔催化劑使丙烯催化聚合而得，它是分子鏈節(jié)排列得很規(guī)整的結(jié)晶形等規(guī)聚合物。聚合工藝生產(chǎn)方法有：漿液法、液相本體法、本體-氣相組合法、氣相法4種。漿液法工藝（Slurryprocess）也稱淤漿法或溶劑法工藝，是最早的聚丙烯生產(chǎn)工藝，在長達近30年的時間里是最主要的聚丙烯生產(chǎn)工藝。早期的漿液法是采用常規(guī)催化劑。用溶劑作催化劑，將丙烯和催化劑加入到幾個串聯(lián)的反應(yīng)器中。在50～80℃、1～2Mpa下進行聚合，生成的聚合物成粉粒狀懸浮在稀釋劑中。反應(yīng)結(jié)束后的漿液，經(jīng)閃蒸脫除為反應(yīng)的單體、脫除催化劑殘渣和脫除無規(guī)物等工序，然后經(jīng)干燥造粒得到成品。漿液法因其生產(chǎn)過程復(fù)雜、經(jīng)濟效益差、產(chǎn)品用途不廣而不再發(fā)展。是將催化劑直接分散在液相丙烯中，進行丙烯液相本體聚合反應(yīng)。以催化劑為中心的聚丙烯末在液相丙烯中不斷生長，懸浮在液相丙烯中，隨催化劑停留時間增加，聚丙烯顆粒在液相丙烯中濃度增加。聚丙烯顆粒隨液相丙烯從反應(yīng)器中不斷流出，經(jīng)閃蒸回收未聚合的丙烯單體，得到聚丙烯粉末產(chǎn)品。該工藝聚合反應(yīng)熱由夾套冷卻水撤出。該工藝流程短，設(shè)備少，投資省，經(jīng)濟效益顯著，且基本消除三廢。本體法工藝有過多種工藝路線。主要的液相本體法聚合工藝有Rexall（Rexene，Dart，ElPaso「埃爾帕索」）、Philips（菲利浦公司）液相本體法工藝、Sumitomo/Exxon本體聚合工藝、三井東壓化學(xué)公司液相本體法工藝。這種方法是將催化劑直接分散在氣相丙烯中，進行丙烯氣相聚合反應(yīng)。該工藝聚合反應(yīng)熱由反應(yīng)器中丙烯的汽化而撤除。未反應(yīng)的氣相丙烯經(jīng)冷凝、壓縮后再回到反應(yīng)器中使用。氣相本體聚合法傳熱情況良好、反應(yīng)溫度均勻、設(shè)備生產(chǎn)能力高。但操作技術(shù)要求高，循環(huán)丙烯所消耗動力大。主要的本體法和氣相法組合工藝有：Spheripol工藝，是全球應(yīng)用最廣泛的聚丙烯工藝之一；Hypol工藝，～600MFR范圍的產(chǎn)品，單條生產(chǎn)線最大能力可達16萬噸/年；北歐化工的北星雙峰聚丙烯BOSTAR工藝，該工藝是由Borealis公司開發(fā)的雙峰聚丙烯工藝。Spheripol工藝：該工藝包括助催化劑和催化劑的制備、頂聚合和聚合反應(yīng)、聚合物脫氣干燥、添加劑進料和造粒以及包裝運輸。聚合反應(yīng)在環(huán)管式反應(yīng)器中進行，所有原料都以穩(wěn)定的速率和適當(dāng)配比輸入環(huán)狀反應(yīng)器中反應(yīng)壓力為2．9～(表)，溫度為60～70℃，對壓力、溫度和淤漿密度可以進行監(jiān)測和自動控制。聚丙烯顆粒進入裝袋系統(tǒng)，自動將產(chǎn)品稱重、裝袋和縫合，再送入傳送帶用金屬探測器用于檢測產(chǎn)品是否含有金屬粒，能把混有金屬粒的袋子自動剔出。合格產(chǎn)品袋子被送入碼垛機，最后進入倉庫。這種工藝穩(wěn)定可靠，產(chǎn)品范圍寬、品種多、質(zhì)量好，在世界上轉(zhuǎn)讓的廠家很多，占世界聚丙烯產(chǎn)量比例較大，有較高的信譽。Hypol工藝：Hypol工藝采用日本三井油化公司的專利技術(shù)，它是一種液相和氣相結(jié)合的本體工藝，采用HYHS-Ⅱ第二代高效高立體定向催化劑。全套生產(chǎn)線由原料提純、催化劑進斟、聚合、干燥、造粒、包裝和碼垛諸工序組成。改進后的Hypol新工藝，聚合反應(yīng)分兩段進行。第一段液相聚合在丙烯溶劑中進行，～MPa(表)，溫度為65～5℃，依靠蒸發(fā)冷凝回流系統(tǒng)帶走反應(yīng)熱。聚合形成的漿液進入第二段氣相反應(yīng)釜，～MPa(表)，溫度為80℃。進入反應(yīng)器的液態(tài)丙烯靠聚合反應(yīng)熱加熱并蒸發(fā)。聚合物流化所用氣體從氣相反應(yīng)器的下部吹進，并進行循環(huán)。聚合物干燥后送入擠壓造粒工序，聚合物通過篩板篩選后被擠壓，經(jīng)模板進入水下切割機，把擠出的聚合物切成小顆粒。t/h，用自動稱重檢查器對裝袋的粒料進行稱量、檢測，將合格產(chǎn)品袋子送入打印機，再送入碼垛機碼垛。整個工廠采用集散式控制系統(tǒng)(即DCS系統(tǒng))。同時還對異常反應(yīng)如工藝流體泄漏、公用工程發(fā)生故障等情況提供保護措施。主要有全線緊急停車系統(tǒng)、局幫停車系統(tǒng)、手控啟動系統(tǒng)、易燃氣體報警系統(tǒng)等。同時該工藝還設(shè)置有工藝聯(lián)鎖系統(tǒng)，在緊急情況下，可切斷工藝物流并隔離設(shè)備Hypol工藝的最大優(yōu)點是丙烯聚合采用了最好的催化劑即HYHS一Ⅱ，這種催化劑的活性相當(dāng)高，其效率高達lt聚丙烯/g鈦。由于采用了高活性的催化劑，可不脫灰不脫無規(guī)物，因而使不造粒工藝的實現(xiàn)成為可能。氣相法聚丙烯工藝的研究和開發(fā)開始于60年代早期。目前，氣相法聚丙烯工藝主要有采用立式攪拌床的Novolen工藝（BASF）、采用立式流化床的Unipol工藝（UCC）、BP和Chisso公司的臥式攪拌床工藝、住友化學(xué)（Sumitomo）的采用立式流化床的氣相法工藝。此外，其它公司，如三井化學(xué)、Basell、Borealis等公司的聚丙烯工藝技術(shù)也利用氣相流化床反應(yīng)器生產(chǎn)抗沖共聚物。Novolen工藝：Novolen工藝是最早發(fā)展起來的氣相聚丙烯工藝之一，早在1969年第一套工業(yè)化裝置就開始生產(chǎn)。為了適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，BASF對本身的丙烯聚合工藝和設(shè)備進行了不斷革新和完善，同時把催化劑技術(shù)和新產(chǎn)品開發(fā)作為自己工作的重心。BASF的催化劑體系是以改型的齊格勒——納塔體系為基礎(chǔ)。由于生產(chǎn)各種均聚物以及抗沖擊和無規(guī)共聚物只需一個反應(yīng)器，因而很經(jīng)濟。同時，產(chǎn)品完全可以滿足鏈塑、雙向拉膜、纖維、單絲、熱望成形、吹塑成形和擠壓成形的要求。工藝流程主要由丙烯提純進料、催化劑制備、添加劑制備及加入、聚臺、擠壓成形、裝袋和碼垛等部分組成。控制系統(tǒng)采取以微處理機為基礎(chǔ)的集散式控制系統(tǒng)。該工藝的主要缺點是工藝流程長，如催化劑加工工序和設(shè)備既多又復(fù)雜，因而后處理和回收系統(tǒng)流程很長。同時，建廠投資大，操作和維修人員比其他工藝要多。目前世界上采用這種工藝廠家較少。Unipol氣相工藝：Unipol聚丙烯工藝是把美國聯(lián)合碳化物公司的氣相流化床技術(shù)與殼牌公司的SHAC超高活性催化劑融為一體。這種工藝簡單、靈活、安全和經(jīng)濟。采用這種工藝可省掉催化劑鈍化、脫灰、脫無規(guī)物和后處理工序。聯(lián)合生產(chǎn)線穩(wěn)定可靠，切換產(chǎn)品有很大靈活性，能生產(chǎn)多種用途產(chǎn)品。由于工藝和設(shè)備簡單，可靠性高，因而大大減少了維修工作量，節(jié)省操作和維護人員。該工藝能耗低，效率高，工程建設(shè)投資少，建設(shè)工期短。謗工藝主要由原料供應(yīng)和凈化，催化劑制備、聚合、樹脂脫氣和回收、加添加劑和造粒等部分組成。丙烯經(jīng)過凈化和干燥后送入反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)系統(tǒng)由1臺反應(yīng)器、1臺循環(huán)氣體冷卻器和1臺循環(huán)氣體風(fēng)機組成。MPa、溫度60～70℃的條件下進行。提純后的丙烯、氫、SHAC催化劑連續(xù)進入反應(yīng)器，生產(chǎn)出自由流動的粒狀樹脂。含有氣體反應(yīng)物和惰性氣體的循環(huán)氣物流在風(fēng)機作用下連續(xù)通過循環(huán)氣路進行循環(huán)。循環(huán)氣的作用是讓反應(yīng)器里自由流動的粒狀樹脂流化起來，同時把聚合熱帶走。經(jīng)過凈化達到產(chǎn)品質(zhì)量要求的樹脂進入造粒系統(tǒng)。添加劑加入、遣粒、包裝、碼垛等工藝和設(shè)備與其他工藝基本相似。Unipol聚丙烯工藝采用現(xiàn)代比較簡單的控制系統(tǒng)進行監(jiān)測控制。主要采用常規(guī)變量閉路對流量、溫度和壓力進行控制，有些控制和監(jiān)測靠計算機完成。由于該工藝具有一系列獨有的優(yōu)點，因此是一種很有發(fā)展前途的工藝。在上一章中對主要的聚丙烯的生產(chǎn)工藝已經(jīng)做了詳細的比較，在這里選擇Spheripol工藝。該技術(shù)自1982年首次工業(yè)化以來，是迄今為止最成功、應(yīng)用最為廣泛的聚丙烯生產(chǎn)工藝。它采用高效、高選擇性催化劑，在聚合反應(yīng)過程中直接得到直徑為1~5mm的性能接近造粒料的球形聚丙烯顆粒，由于高效催化劑和Spheripol工藝的結(jié)合基本上實現(xiàn)了聚丙烯“三高、四五”，即：催化劑高效、高選擇性、產(chǎn)品高等規(guī)度；無脫灰、無脫無歸、無溶劑、無造粒。從而使Spheripol工藝在世界上具有很強的競爭力。Spheripol工藝是一種液相預(yù)聚合同液相均聚和氣相共聚相結(jié)合的聚合工藝，工藝采用高效催化劑，生成的聚丙烯粉料粒度呈圓球形，顆粒大而均勻，分布可以調(diào)節(jié)，既可寬又可窄，可以生產(chǎn)全范圍、多用途的各種產(chǎn)品。預(yù)聚合反應(yīng)是在均聚反應(yīng)之前先將催化劑組分同少量丙烯預(yù)先進行聚合反應(yīng)，以保護催化劑和聚合產(chǎn)品的顆粒度。預(yù)聚合是液相聚合，采用一組由兩根管組成的環(huán)管反應(yīng)器。均聚反應(yīng)也是液相聚合，一般都采用兩組串連的環(huán)管反應(yīng)器，每組反應(yīng)器由四根管子組成。目前改進的Spheripol工藝的環(huán)管反應(yīng)器由一組環(huán)管組成，通過對立管根數(shù)及其直徑的不同設(shè)計來適應(yīng)不同的處理能力，反應(yīng)熱通過環(huán)管外壁夾套內(nèi)循環(huán)流動的水來撤除。嵌段共聚反應(yīng)則采用氣相法，反應(yīng)器是一個或兩個串聯(lián)的密相流化床反應(yīng)器。該工藝采用獨特的環(huán)管式反應(yīng)器，具有單位體積傳熱面積大，總傳熱系數(shù)高，單程轉(zhuǎn)化率高、流速快、混合好、不會在聚合區(qū)形成塑化塊、產(chǎn)品切換牌號的時間短等優(yōu)點，而且結(jié)構(gòu)簡單，材質(zhì)采用低溫碳鋼即可。環(huán)管反應(yīng)器則是利用軸流泵使?jié){液高速循環(huán)，通過夾套冷卻撤熱，由于傳熱面積大，撤熱效果好，因此其單位反應(yīng)器體積產(chǎn)率高，能耗低。Spheripol工藝經(jīng)濟性好，原料和公用工程消耗低，人工費和三廢處理等費用也少，生產(chǎn)成本較低，因此Spheripol工藝成為當(dāng)今世界最為先進和流行的聚丙烯生產(chǎn)工藝之一[11]。所以此設(shè)計選擇Spheripol工藝。工藝原理從中轉(zhuǎn)罐區(qū)送來的丙烯需經(jīng)過預(yù)精制、保安精制后才能成為精丙烯進入反應(yīng)系統(tǒng)。其中固堿塔，脫除大量水和無機硫。2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O2NaOH+H2S=Na2S+2H2ONaOH+nH2O=分子篩塔，利用分子篩的吸附原理[12]，脫除微量的水，該塔可以再生。汽提塔，利用汽提塔的操作原理脫除丙烯中的輕組分，尤其是一氧化碳。脫硫塔，主要是脫除羰基硫。COS+H2O=H2S+CO2ZnO+H2S=ZnS+H2O分子篩塔，繼續(xù)脫除微量的水。該塔可以再生。脫砷塔，主要是脫除砷化氫。2AsH3+2CuO=2CuAs+2H2O+H22AsH3+Al2O3=2AlAs+3H2OSpheripol工藝流程草圖Spheripol工藝流程草圖

[14-15]全裝置的工藝流程分為聚合區(qū)、造粒區(qū)、包裝區(qū)和循環(huán)水場。聚合區(qū)工藝本裝置使用的催化劑分為主催化劑和助催化劑三乙基鋁（TEAL）、給電子體（DONOR）。TEAL密封在鋼瓶內(nèi)貯存和運輸。首先利用N2將TEAL從鋼瓶壓送到TEAL貯罐，再分批壓送到TEAL計量罐。TEAL計量罐中的TEAL按照一定的流量控制通過計量泵精確地輸送到催化劑混合罐。DONOR對產(chǎn)品的等規(guī)度調(diào)節(jié)具有重要的作用。使用時先將100%DONOR溶液通過氣動泵送至給電子體貯罐。為了方便計量，并根據(jù)產(chǎn)品性能的不同要求，再向電子體貯罐中加入一定量的白油，配成不同濃度的DONOR溶液。本裝置一般使用10%和30%兩種，配制好的DONOR溶液按照一定的流量控制輸送到催化劑混合罐。DONOR系統(tǒng)必須在N2封狀態(tài)下使用和保存。配制主催化劑膏體所需要的脂先加熱，熔化后通過齒輪泵送至油脂混合罐，再按照油：脂為2：1的比例向油脂混合罐中加入白油。通過鼓泡排氣后待用。使用時需將油脂混合罐升溫至70℃，按需要量通過齒輪泵將加熱好的油脂混合物送到催化劑分散罐中，主催化劑從催化劑分散罐上部振動加入。通過嚴格的配制程序，最后將主催化劑混合在10℃的油膏中，以保證主催化劑能均勻地加入反應(yīng)系統(tǒng)。使用時，先用N2將主催化劑油膏壓至催化劑計量罐。從催化劑計量泵打出的油進入計量罐頂部，通過對活塞的壓力，將計量罐中的催化劑送出至催化劑混合罐，通過對油的計量可以精確地計量催化劑的加入量。主催化劑、TEAL、DONOR在催化劑混合罐中被混合均勻，溫度控制在10℃。主催化劑在催化劑混合罐中被活化。催化劑混合物通過催化劑混合罐上部的溢流管進入到催化劑在線混合器中，同時流量為3000kg/h的一股丙烯也同時加入，并一起進入預(yù)聚合反應(yīng)器。預(yù)聚合的目的在于使催化劑表面包裹上一層聚丙烯薄層，當(dāng)催化劑進入環(huán)管反應(yīng)器時，這個薄層起保護催化劑的作用，防止催化劑在突遇高溫時發(fā)生爆裂，生成大量細粉。經(jīng)過預(yù)聚的催化劑再進入到環(huán)管反應(yīng)器中。氫氣在本裝置的作用是分子量調(diào)節(jié)劑。裝置內(nèi)使用的氫氣由制氫站供給，制氫站包括水電解制氫裝置和氫氣純化裝置兩部分。由水電解產(chǎn)生的氫氣經(jīng)過催化脫氧、吸附干燥后得到高純度的氫氣，進入到氫氣貯罐中。，當(dāng)它的壓力超高時，需要將氫氣放空。，經(jīng)過濾后進入到丙烯總管。本裝置使用的丙烯由中轉(zhuǎn)罐區(qū)送來。丙烯先進入固堿塔和分子篩塔，除去其中大量的水分，精制合格后的丙烯進入丙烯球罐，兩個球罐可以切換使用。球罐中的丙烯送往保安精制。保安精制主要包括汽提塔、脫硫塔、脫水塔、脫胂塔，它們分別可以脫除丙烯中的輕組分（乙烷、一氧化碳、氫氣）、硫、水、胂等主催化劑“毒素”。從汽提塔系統(tǒng)中排出的輕組分，進入尾氣回收系統(tǒng)。從保安精制出來的丙烯被稱為“精丙烯”，過濾后進入到丙烯進料罐中。丙烯進料罐中的丙烯通過丙烯進料泵送往環(huán)管反應(yīng)器。為保持丙烯進料泵出口壓力的穩(wěn)定，多余的丙烯通過閥返回丙烯進料罐。環(huán)管反應(yīng)器的丙烯主要有兩個來源，一個由丙烯進料泵直接送入，另一個由丙烯進料泵經(jīng)預(yù)聚反應(yīng)加料冷卻器、催化劑在線混合器和預(yù)聚反應(yīng)器后進入環(huán)管反應(yīng)器。環(huán)管反應(yīng)器需要嚴格控制其反應(yīng)條件：溫度70℃，，密度560-580kg/m3。環(huán)管反應(yīng)器帶有一臺軸流泵，用來維持物料在反應(yīng)器內(nèi)的循環(huán)。聚合反應(yīng)放出的熱量由反應(yīng)器夾套水帶走，夾套水與循環(huán)冷卻水進行熱交換來實現(xiàn)夾套水溫度的穩(wěn)定。從環(huán)管反應(yīng)器中流出的漿料在閃蒸線內(nèi)完全汽化后，進入閃蒸罐。當(dāng)后續(xù)系統(tǒng)故障時，可以從閃蒸罐前的三通閥，將物料排向排放系統(tǒng)。物料在閃蒸罐中進行氣、固分離，粉料從閃蒸罐底部進入袋濾器，氣相丙烯由閃蒸罐頂部進入丙烯洗滌塔。閃蒸罐頂部的動力分離器可以使粉料盡可能不被帶走。丙烯在洗滌塔內(nèi)經(jīng)冷卻和循環(huán)洗滌后，由丙烯泵送回丙烯進料罐。另有一股丙烯從洗滌塔底部排出，在小閃蒸線內(nèi)汽化后，與閃蒸罐底部流出的物料一起進入袋濾器，目的是將洗滌下來的粉料排出。洗滌塔系統(tǒng)中的夾套水加熱器可將不凝氣排放到尾氣回收系統(tǒng)。，閃蒸出來的丙烯氣經(jīng)濾袋和安全過濾器過濾后，進入低壓丙烯洗滌塔。低壓丙烯洗滌塔內(nèi)的循環(huán)液由白油和添加劑Atmer163按2：1混合而成。氣相丙烯中夾帶的粉料和TEAL被洗滌下來。當(dāng)油中的TEAL含量超過8%時，低壓丙烯洗滌塔需換油，每次更換一半。廢油由齒輪泵送往出，進行廢油處理。當(dāng)?shù)蛪洪W蒸系統(tǒng)故障時，可由袋濾器前的三通閥將物料排放至排放系統(tǒng)。從低壓丙烯洗滌塔頂部出來的丙烯，經(jīng)低壓丙烯洗滌塔再沸器冷卻，緩沖后，進入循環(huán)氣壓縮機，，返回到循環(huán)丙烯洗滌塔入口。袋濾器內(nèi)的粉料向下進入汽蒸罐。汽蒸的目的是為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低產(chǎn)品灰份和氯含量。汽蒸罐是一個帶攪拌器的流化床。蒸汽由底部進入，將粉料中的殘余催化劑分解后，由汽蒸罐頂部出來進入水洗塔。蒸汽中帶有少量的丙烯、油、HCl、粉料等。粉料、HCl和蒸汽在水洗塔中被洗滌下來，由塔底排出。少量的丙烯和油被水洗塔頂部的再沸器冷卻后進入尾氣壓縮機。。少量的油貯存在廢油罐中，最后排至油桶。水洗塔的操作溫度為90-100℃，它的熱水同時還作為循環(huán)丙烯洗滌塔底再沸器的熱源循環(huán)使用。汽蒸罐中的物料依靠重力進入干燥罐。干燥罐內(nèi)有螺旋篩板，可以使物料不發(fā)生混流。熱氮氣從干燥罐底部進入，對物料進行干燥后，由頂部出來進入水洗塔，N2在冷凝器中被冷卻，并降低濕度后，進入鼓風(fēng)機。從鼓風(fēng)機出來的N2加熱至80-100℃，又從干燥管底部進入。冷凝器的循環(huán)液要冷卻，以穩(wěn)定冷凝器的操作溫度。從干燥管底部排出的合格粉料，由粉料輸送系統(tǒng)送至聚丙烯粉料緩沖倉，等待造粒。造粒區(qū)造粒系統(tǒng)由添加劑配制單元，計量加料單元，CMP230X-12AW連續(xù)混煉機，水下切粒機，顆粒水（PCW）系統(tǒng)，顆粒干燥器、分級器組成。通過混合器配制好的添加劑，經(jīng)計量與計量過的聚丙烯粉料混合之后進入預(yù)混器，混合后加到混煉機腔，混煉樹脂和添加劑，并通過排氣口放出富余氮氣及揮發(fā)物，由齒輪泵加壓，樹脂通過換網(wǎng)器，清除樹脂中的雜質(zhì)，送到模板。在水室中，擠壓成條的樹脂被切粒機旋轉(zhuǎn)的切刀切成顆粒。這些顆粒由PCW系統(tǒng)送到脫水干燥器，干燥后由分級器進行分類，分離出不合格尺寸的顆粒。尺寸合格的顆粒經(jīng)處理通過顆粒輸送系統(tǒng)送至均化料倉。包裝區(qū)正常生產(chǎn)時，每一滿罐聚丙烯粒料為一批料，批料均化時間為6-10小時。均化操作是從同一料倉通過均化管線自料倉的不同高度取料，再送往同一料倉頂部的操作。均化結(jié)束后，可根據(jù)生產(chǎn)安排，將均化料倉中粒料送，進行包裝。成品包裝工段共有A、B兩條CZQ型全自動包裝碼垛生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線由包裝單元、碼垛單元、電氣控制及上位管理系統(tǒng)，輔助及公用工程系統(tǒng)組成。循環(huán)水場本裝置還包括有一個循環(huán)水場，負責(zé)向裝置內(nèi)提供循環(huán)冷卻水。催化劑的選定各代催化劑的性能各代催化劑的比較活性/kgPP/gcat(kgPP/gTi）等規(guī)度/%形態(tài)控制工藝要求1+DEAC～(3～5)90～94不能脫灰，脫無規(guī)物2δ-TiCl3/Ether+DEAC3～5(12～20)94～97可以脫灰3TiCl4/Ester/MgCl2+AlR3/Ester5～10(～30)90～95可以脫無規(guī)，不脫灰4TiCl4/Diester/MgCl2+TEA/Silane10～25(300～600）95～99可以不脫灰，不脫無規(guī)5TiCl4/Diether/MgCl2+TEA/Silane25～35(700～1200)95～99可以不脫灰，不脫無規(guī)6茂金屬+MAO5×103～9×103（以鋯計）90～99可能成功不脫灰，不脫無規(guī)配合Spheripol工藝，選擇第四代超高活性的CS-Ⅱ型和DQ-型球型催化劑[16]。球型催化劑可以控制聚丙烯粒子的形態(tài)，具有反應(yīng)器顆粒技術(shù)的特點，有利于生產(chǎn)高性能的聚丙烯。同時“反應(yīng)器顆粒技術(shù)”可以免除造粒過程，所以在提高了反應(yīng)效率的同時，又大大的降低了生產(chǎn)成本。4物料衡算物料衡算是對進出生產(chǎn)裝置、生產(chǎn)工序或單臺設(shè)備的物料進行平衡計算。物料衡算的主要內(nèi)容是根據(jù)各種物料之間的定量轉(zhuǎn)化關(guān)系，計算進出整個生產(chǎn)裝置、生產(chǎn)工序或單臺設(shè)備的各股物料的數(shù)量及組成[17]。物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。對于沒有化學(xué)反應(yīng)的生產(chǎn)過程來說，質(zhì)量守恒定律為：進入一個裝置的全部物料質(zhì)量等于離開這個裝置的全部物料質(zhì)量再加上裝置內(nèi)積累起來的物料質(zhì)量。寫成公式為：流入量=流出量+積累量+損失量對于有化學(xué)反應(yīng)的過程來說，要將化學(xué)反應(yīng)的計量關(guān)系結(jié)合到質(zhì)量守恒定律中，寫成公式為：流入量+反應(yīng)生成量=流出量+反應(yīng)消耗量+積累量+損失量設(shè)計條件全套裝置工藝參數(shù)生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)10萬噸生產(chǎn)時間：年工作時數(shù)8000小時每噸聚丙烯消耗丙烯理論量：（100%）全裝置總收率按98%計算，損耗為2%（%丙烯為基準計算收率和損耗），損耗分配如下：精制工段丙烯損失%閃蒸工段丙烯損失%汽蒸工段丙烯損失%聚丙烯粉料損失汽蒸工段%，造粒工段%丙烯進料量（按小時計算）聚丙烯每小時凈生產(chǎn)量：100000/8000=需要100%丙烯：*=扣除損耗，則參加反應(yīng)的丙烯：(%%%)=按轉(zhuǎn)化率55%，則需要100%丙烯進料量為：%，則原料量為：催化劑用量=1\*GB3①.主催化劑（CS-Ⅱ型和DQ-Ⅰ型）主催活性：25~31kgPP/gcat，取30kgPP/gcat。則主催用量：*1000/30=②其它按主催：助催TEAL：給電子體DONOR：烴油十脂=：：：助催TEAL用量:*給電子體DONOR用量：*烴油十脂：則催化劑總量：+++=,氫氣用量H2消耗定額：~,此處取值：則H2用量：*=原材料消耗定額表名稱單位消耗定額原料丙烯t氫氣kg化學(xué)品主催化劑g三乙基鋁g給電子體g烴油+脂g小環(huán)管的物料衡算小環(huán)管物料平衡圖進料：丙烯進料流量2700~3300kg/h，取3000kg/h主催化劑催化劑總量主催化劑：100~150gPP/gcat，取100gPP/gcat則預(yù)聚合生成聚丙烯：*100=43280g=未反應(yīng)的丙烯：=出料：PP丙烯催化劑小環(huán)管物料平衡表物料名稱物料質(zhì)量（kg）總量（kg）輸入丙烯3000催化劑輸出丙烯PP催化劑20℃時丙烯的密度為：400～700Kg/m3，取600Kg/m3停留時間約4分鐘則預(yù)聚反應(yīng)器小環(huán)管的體積為：V=(3000/60)*4/600＝大環(huán)管反應(yīng)器的物料衡算大環(huán)管小環(huán)管大環(huán)管小環(huán)管Kg丙烯進料管丙烯20730Kg閃蒸罐氫氣轉(zhuǎn)化率55%進料：丙烯*=PP生成PP：*55%=出料：PP+=丙烯*=大環(huán)管物料平衡表物料名稱物料質(zhì)量（kg）總量（kg）輸入丙烯（小環(huán)管）23730丙烯（丙烯進料管）20730PP（小環(huán)管）輸出丙烯23730PP在70℃的反應(yīng)溫度下，反應(yīng)器內(nèi)的漿液密度應(yīng)保持在560～565Kg/m3，取560Kg/m3，則大環(huán)管的體積為：V＝（+）*＝3閃蒸罐的物料衡算進料：PP丙烯閃蒸罐閃蒸罐PP+丙烯丙烯+PPPP+丙烯大環(huán)管循環(huán)丙烯洗滌塔袋式過濾器閃蒸罐物料平衡圖閃蒸罐頂部丙烯帶走粉塵為10%，底部粉塵帶走丙烯10%閃蒸罐塔頂出料為：丙烯：*90%=PP：*10%=閃蒸罐塔底出料為：PP：*90%=丙烯：*10%=閃蒸罐物料平衡表物料名稱物料質(zhì)量（kg）總量（kg）輸入丙烯23730PP輸出丙烯（閃蒸罐頂）23730PP(閃蒸罐頂)丙烯（閃蒸罐底）PP(閃蒸罐底）5熱量衡算熱量衡算是指根據(jù)能量守恒定律對設(shè)備在操作過程中傳入熱量或傳出熱量的平衡計算[18]。連續(xù)操作過程熱量衡算的內(nèi)容主要是計算正常操作時的傳熱速率，為設(shè)備傳熱面積、傳熱介質(zhì)流量、工藝管徑等的計算及控制方案的選擇提供依據(jù)。在化工過程中，各種熱量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可以用熱平衡方程表示：∑Q=∑H出-∑H進其中∑Q設(shè)備或系統(tǒng)與外界環(huán)境交換熱量之和，通常包括熱損失，kJ；∑H出離開設(shè)備或系統(tǒng)各股物料的焓之和，kJ；∑H進進入設(shè)備或系統(tǒng)各股物料的焓之和，kJ；計算依據(jù)丙烯聚合熱：水的比熱℃20307080Kcal/(kg*℃)液相丙烯比熱℃25506070Kcal/(kg*℃)0．6850．8000．8100．910氣相丙烯比熱℃50607620Kcal/(kg*℃)1．641．6431．6471．633聚丙烯比熱℃207080105Kcal/(kg*℃)1．932．232．2462．526丙烯汽化潛熱℃506076Kcal/kg275023501700小環(huán)管的熱量衡算預(yù)聚生成PP：丙烯聚合熱：輸入熱量：20℃的丙烯帶入熱量Q1=CP*m*△t=**3000*20=172620kJPR的反應(yīng)熱Q2=*=輸出熱量：預(yù)聚物帶走熱量Q3=CP*m*△t=**20= 未反應(yīng)丙烯帶走熱量Q4=CP*m*△t=**()*20=kJ通過通冷卻水移走聚合反應(yīng)生成熱，設(shè)備向外界環(huán)境散熱的熱量可忽略不計，則冷卻水帶走的熱量為Q5：Q5=Q1+Q2-Q3-Q4=172620+=～℃，本設(shè)計取10℃，出口溫度取15℃因為Q=C水*m水*△t得m水=Q5/（C水*△t）所以m水=(*5)=聚丙烯聚合釜夾套傳熱的總傳熱系數(shù)為：K=δ*K—總傳熱系數(shù)，ω/m2kδ—丙烯轉(zhuǎn)化率為零時的傳熱系數(shù)，ω/m2kC—丙烯轉(zhuǎn)化率（C=）對于碳鋼材質(zhì)的聚合釜δ可取560～698ω/m2k，取δ=600ω/m2k則K=600**=2k傳熱方式：夾套式換熱為主 反應(yīng)溫度：20℃→20℃冷卻水：10℃→15℃平均溫差△t=（△t1-△t2）/㏑（△t1/△t2）則△t=[(20-10)-(20-15)]/㏑[(20-10)-(20-15)]=℃1ω=傳熱面積[10]A=Q/（K.△t）則A=Q5/（K.△t）=()/(*)=2小環(huán)管熱量衡算表熱量名稱熱量（kJ）總量（kJ）輸入熱量20℃的丙烯帶入熱量Q1172620PR的反應(yīng)熱Q2輸出熱量預(yù)聚物帶走熱量Q3未反應(yīng)丙烯帶走熱量Q4冷卻水帶走的熱量為Q5冷卻水用量（kg）夾套傳熱面積（㎡）大環(huán)管反應(yīng)器的熱量衡算生成PP：氫氣的進料溫度為20℃，進料：PP丙烯：出料：PP丙烯：輸入熱量：預(yù)聚物帶入熱量Q1=CP*m*△t=**70=丙烯帶入的熱量Q2=CP*m*△t=***70=kJ氫氣帶入熱量Q3=CP*m*△t=***50=反應(yīng)生成熱Q4=*=輸出熱量：聚合物帶走熱量Q5=**70=丙烯帶走熱量Q6=**70*=通過通冷卻水移走聚合反應(yīng)生成熱設(shè)備向外界環(huán)境散熱的熱量可忽略不計，則冷卻水帶走的熱量為Q7：Q7=Q1+Q2+Q3+Q4-Q5-Q6=+++=反應(yīng)溫度：70℃→70℃冷卻水：10℃→30℃冷卻水用量m水=Q7/（C水*△t）=*(30-10)=平均溫差△t=[(70-10)-(70-30)]/In[(70-10)-(70-30)]=℃聚丙烯聚合釜夾套傳熱的總傳熱系數(shù)為：K=δ*K—總傳熱系數(shù)，ω/m2kδ—丙烯轉(zhuǎn)化率為零時的傳熱系數(shù)，ω/m2kC—丙烯轉(zhuǎn)化率C=（）/=對于碳鋼材質(zhì)的聚合釜δ可取560～698ω/m2k，取δ=600ω/m2k則K=δ*=600**=2k換熱面積；A=Q7/（K.△t）=()/(*)=2大環(huán)管熱量衡算表熱量名稱熱量（kJ）總量（kJ）輸入熱量預(yù)聚物帶入熱量Q1丙烯帶入的熱量Q2氫氣帶入熱量Q3反應(yīng)生成熱Q4輸出熱量聚合物帶走熱量Q5丙烯帶走熱量Q6冷卻水帶走熱量Q7夾套傳熱面積(㎡)6設(shè)備選型本次設(shè)計的設(shè)備工藝計算是在確定了設(shè)備的操作工藝參數(shù)及進行了物料衡算、熱量衡算的基礎(chǔ)上進行的[19]。其內(nèi)容主要是確定設(shè)備的類型、規(guī)格、主要工藝尺寸、設(shè)備臺數(shù)等，其目的是為設(shè)備機械設(shè)計、車間平面布置、配管設(shè)計等提供設(shè)計依據(jù)。設(shè)備選型的總體原則是：滿足工藝要求；設(shè)備成熟可靠；能夠充分利用原料，避免浪費；使用壽命盡量長；容易安裝，便于操作。小環(huán)管的選型小環(huán)管的工藝參數(shù)操作/設(shè)計溫度：20℃/-45℃～150℃（夾套170℃）操作/設(shè)計壓力：/介質(zhì)：丙烯、催化劑、聚丙烯主要作用為丙烯和活化后的催化劑提供預(yù)聚合的場所，，20℃的環(huán)境下停留一定時間。選型預(yù)聚合反應(yīng)器主要有兩股進料，一股來自催化劑在線混合器，其中含有一定量的催化劑混合物和冷丙稀，這是反應(yīng)主物料；另一股是沖洗泵的機械密封面的丙稀。預(yù)聚合反應(yīng)器為滿環(huán)管操作，用軸流泵打循環(huán)以達到均勻混合的目的。控制區(qū)預(yù)聚合的丙稀流量必須在2500Kg/h以上，本次設(shè)計取為3000Kg/h，泵沖洗丙稀流量恒定在約400Kg/h。物料衡算中已得出小環(huán)管的體積為：V＝環(huán)管的截面積為：S＝ЛR2＝×＝則環(huán)管的長度為：L＝V÷S＝÷＝將其分為兩根直管，。小環(huán)管與大環(huán)管基本類似，。，有兩根直管，，通過兩個180o的彎管連接起來，。反應(yīng)器的直管部分帶有夾套，，為防止介質(zhì)粘壁，內(nèi)表面需要拋光處理，粗糙度Ea=。小環(huán)管表面積π*d*h=***2=>，則設(shè)備選取合適。大環(huán)管反應(yīng)器的選型操作/設(shè)計溫度：70℃/-45℃～150℃（夾套150℃）操作/設(shè)計壓力：()介質(zhì)：丙烯、聚丙烯、催化劑特點大環(huán)管內(nèi)的物料流動速度高，傳熱好，壁面速度高，滯流層薄；聚合速率高，單體體積產(chǎn)率高（>400kgPP/）；大環(huán)管內(nèi)各點催化劑分布均勻；循環(huán)能量少，設(shè)備簡單；結(jié)構(gòu)簡單，占地少，在地面支撐容易，布置緊湊，操作平臺由環(huán)管本身支撐，不需要另外的設(shè)施。選型及結(jié)構(gòu)在大環(huán)管內(nèi)生成的聚丙烯與丙稀混合物為漿料，為防止運輸時管線堵塞，因此在大環(huán)管內(nèi)丙稀單程轉(zhuǎn)化率不宜過高，通過控制環(huán)管內(nèi)混合物堆積密度來控制轉(zhuǎn)化率。在物料衡算中已計算出大環(huán)管的體積為：V＝環(huán)管截面積為：S＝ЛR2＝×＝則環(huán)管的長度為：L＝V÷S＝÷＝將其分為12根直管，。，有12根直管，，通過5個180o的彎管連接起來，。環(huán)管采用低溫碳鋼，為了防止粘壁，內(nèi)表面需拋光處理，表面粗糙度Ea=。直管部分表面積：π*d*h=**12*=，而所需換熱面積為：故設(shè)計合理，選擇的大環(huán)管合適。環(huán)管反應(yīng)器的直管部分裝有夾套，。在夾套的上下兩處有夾套水出入口，根據(jù)配管要求，這兩部分的直徑被加大。由于環(huán)管與夾套溫差較大，因此在夾套上還裝有膨脹節(jié)。在大環(huán)管下部裝有軸流泵，它的作用就是使物料高速循環(huán)起來。使加入的催化劑分布均勻，并提高傳熱系數(shù)，反應(yīng)熱通過夾套中的循環(huán)冷卻水撤走。環(huán)管反應(yīng)器閃蒸就是高壓的飽和水進入比較低壓的容器中后由于壓力的突然降低使這些飽和水變成一部分的容器壓力下的飽和水蒸氣和飽和水。這樣讓高壓高溫流體經(jīng)過減壓，使其沸點降低，進入閃蒸罐。這時，流體溫度高于該壓力下的沸點。流體在閃蒸罐中迅速沸騰汽化，并進行兩相分離。使流體達到氣化的設(shè)備不是閃蒸罐，而是減壓閥。閃蒸罐的作用是提供流體迅速氣化和汽液分離的空間。閃蒸器技術(shù)參數(shù)型號設(shè)備直徑（mm）材質(zhì)壓力等級（MPa）進口直徑（mm）法蘭標準DSF500-3000不銹鋼/碳鋼DN50-500國標HG20594-97美標CLASSLB150-2500（88）本設(shè)計選擇的汽蒸罐它殼體頂部中心線裝有聯(lián)軸器、傳動系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)與殼體交接處設(shè)有密封系統(tǒng)，中心線兩側(cè)有進料口和廢氣出口，容器壁設(shè)有人孔Ⅰ和人孔Ⅱ，下部設(shè)有支座、進氣口Ⅰ和進氣口Ⅱ；殼體內(nèi)，與傳動系統(tǒng)相連的攪拌軸上裝有攪拌軸葉片，容器底部設(shè)有上層流化床分布板和下層流化床分布板，攪拌軸防護罩位于上層流化床分布板上，上層流化床分布板和下層流化床分布板間為下層流化床，殼體中部置有殼體加強圈，加強圈上有中心孔和噴射環(huán)支撐架有噴射孔，加強圈和噴射環(huán)支撐架開有貫通的蒸汽入口。經(jīng)過汽蒸后的聚丙烯粉末在攪拌器攪拌和流化的雙重作用下，流化的粉末與蒸汽充分混合、接觸，克服了蒸汽的加熱作用與聚丙烯粉末分離和聚丙烯粉末中的催化劑失活現(xiàn)象。技術(shù)參數(shù)型號蒸發(fā)量t/h受熱面積m2爐體規(guī)格mm*mm()-All2500*2000袋式過濾機是一種新型的過濾系統(tǒng)，濾機內(nèi)部由金屬內(nèi)網(wǎng)支撐著濾袋,液體由入口流進，經(jīng)濾袋過濾后流出，雜質(zhì)則被攔截在濾袋中。濾袋可更換或清洗后繼續(xù)使用。袋式過濾器型號設(shè)備高度（mm）簡體直徑（mm）濾袋直徑（mm）進出口（In/Out）WYDL-1P3S400114973/1"-2"設(shè)備一覽表序號容器名稱容器規(guī)格V/m3操作條件設(shè)備數(shù)目備注溫度℃壓力Mpa1小環(huán)管202太倉華泰防腐設(shè)備有限公司2大環(huán)管7012無錫市化工設(shè)備廠3閃蒸罐701常州市天夏干燥設(shè)備有限公司4循環(huán)丙烯洗滌塔1無錫澤川環(huán)境科技有限公司5袋式過濾器801上海五研工業(yè)過濾設(shè)備有限公司6汽蒸罐1051蘭州瑞德干燥技術(shù)有限公司7油洗塔701江蘇凈威環(huán)保有限公司8干燥器901山東天力干燥股份有限公司9CO氣提塔701開原化工機械廠10預(yù)聚反應(yīng)加料冷卻器45/71上海毅微工業(yè)器材有限公司11大環(huán)管夾套水加熱器411奧德機械12循環(huán)丙烯洗滌塔再沸器611無錫市軍嶂化工設(shè)備廠13油洗塔再沸器611無錫市軍嶂化工設(shè)備廠14水洗塔再沸器611無錫市軍嶂化工設(shè)備廠7工廠選址和總平面布置[20]遵守國家政策規(guī)定：諸如國家關(guān)于國土、森林、水、公路、文物保護、生態(tài)環(huán)境以及勞動、安全等法規(guī)。不允許在國家風(fēng)景區(qū)、名勝保護區(qū)、古建筑、古跡、自然保護區(qū)、衛(wèi)生防護地帶、流行病、傳染病區(qū)以及重要軍事基地、國防軍事區(qū)域等范圍和區(qū)域內(nèi)選廠。（2）符合城市規(guī)劃和工業(yè)布局：國家和各地政府關(guān)于城市的近期和遠景規(guī)劃不得違背，工業(yè)布局上注意城鄉(xiāng)結(jié)合、工農(nóng)結(jié)合、大中小結(jié)合，符合安全環(huán)境保護要求，注意生產(chǎn)與生態(tài)的關(guān)系等。（3）利于生產(chǎn)，便于生活：在滿足工業(yè)生產(chǎn)條件的同時，要考慮職工的生活安排和設(shè)施，以及城鎮(zhèn)的交通條件、農(nóng)副牧產(chǎn)品和生活供應(yīng)資源，把生活和生產(chǎn)同時考慮和兼顧。（4）節(jié)約投資、留有余地：在滿足工藝要求前提下，節(jié)約用地，節(jié)省投資，便利施工，工程盡可能的快，并且為今后發(fā)展留有一定的余地。（1）位置：靠城近路，有水（河流）有電。（2）地形：盡量少占農(nóng)田，但又希望盡量平整，減少三通一平的工作量。（3）地質(zhì)：選廠應(yīng)避免在斷層、裂帶交匯區(qū)和地震烈度大于八度的地區(qū)，避免滑坡泥石流、巖溶、崩塌、流沙等地段。（4）氣象：考慮高溫、高寒、高濕、雷電、風(fēng)沙、臺風(fēng)、降水量等等對生產(chǎn)的影響，對設(shè)備的影響，對建筑物設(shè)計造價的影響，是不良因素減至最少。（5）原材料及產(chǎn)成品運輸：選廠要求盡量靠近質(zhì)量可靠的原料資源地或原材料銷售供應(yīng)地。在原材料、產(chǎn)成品的運入運出要有存放方便的條件，盡量減少中轉(zhuǎn)站的建設(shè)。（6）水、電、交通：廠址應(yīng)靠近水源，保證供水充足，或臨近有大型工業(yè)用水廠或工業(yè)輸送管線。還應(yīng)靠近動力資源，有可靠的供電網(wǎng)。交通要與國家和當(dāng)?shù)氐乃㈥戇\輸連接方便。（7）環(huán)境保護和安全衛(wèi)生：防火、防爆、防毒要求較高。遠離城鎮(zhèn)居民區(qū)，要處于生活區(qū)的下風(fēng)向。三廢的綜合治理和臨時堆放場，要防止對生產(chǎn)、生活、周圍環(huán)境、農(nóng)田和其他單位產(chǎn)生影響。（8）施工和協(xié)作條件：盡量考慮選廠當(dāng)?shù)赜惺┕ちα亢鸵欢ǖ氖┕ぁ⒃O(shè)備組裝、堆放場地。對于生產(chǎn)、公安消防等方面盡量與當(dāng)?shù)鼗蚺R近企業(yè)或所在城市的商業(yè)、教育、衛(wèi)生醫(yī)療、公安等部門協(xié)調(diào)，爭取到提供協(xié)調(diào)的設(shè)施。平面布置的規(guī)范GBJl6-87建筑設(shè)計防火規(guī)范(1987年)T536-79工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準(1978年)GBJ87-85工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范(1985年)HGJ21-89化工企業(yè)爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力設(shè)計規(guī)格(化學(xué)工業(yè)部1989年)GB50073-2001潔凈廠房規(guī)范中華人民共和國爆炸危險場所電氣安全規(guī)程(1987年)若車間布置不合理，將直接影響到生產(chǎn)的正常進行、設(shè)備的安全運行和操作條件的好壞，更有甚者還將導(dǎo)致基建時施工安裝不便、工程造價高，甚至完工后造成車間建成出現(xiàn)一系列生產(chǎn)和管理的負面問題，因此本設(shè)計在車間布置時嚴格遵守以上設(shè)計規(guī)定和規(guī)范。（1）滿足生產(chǎn)和使用要求：根據(jù)工藝流程，相連系或較親密的車間就近布置，以免迂回、交叉、往返。公用工程的車間盡量相對集中布置。（2）注意人流、貨流和運輸方式的安排：操作工人的上下班、巡視路線、庫房與使用車間之間的運輸規(guī)劃，應(yīng)力求便捷、合理，防止人貨混流、人車混流、事故發(fā)生等。（3）注意安全和環(huán)保、衛(wèi)生要求。（4）考慮形體組合，注意工廠美化綠化：車間道路和場地應(yīng)有綠化地帶、規(guī)劃綠地和綠化面積。（5）廠大門和辦公樓設(shè)置明顯、美觀。（6）留有發(fā)展余地：綜合分析工廠和產(chǎn)品發(fā)展的可能性，在廠房布置上盡量緊湊，留有一定的余地。廠房布局在縮合車間與還原車間生產(chǎn)規(guī)模中，小車間中各工段聯(lián)系緊密，生產(chǎn)無顯著差異，廠房面積較小，地勢平坦在符合工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準（TJ36-79）與建筑設(shè)計防火規(guī)范（GBJ16-87）的前提下，選用了集中式布局。車間的生產(chǎn)與輔助生產(chǎn)和生活、行政部分集中安排在一棟廠房內(nèi)。大庫房小庫房后堂餐廳宿舍大庫房小庫房后堂餐廳宿舍停車場人行道停車場會客室綠化區(qū)會客室綠化區(qū)生產(chǎn)車間成品庫財務(wù)室原料庫房廠區(qū)生產(chǎn)車間成品庫財務(wù)室原料庫房廠區(qū)圖8生產(chǎn)安全與環(huán)境保護[21]生產(chǎn)安全為了保障工人的生命安全，除了在工人上崗之前進行嚴格的安全教育以外，工廠的設(shè)備也要齊全、安全，做好安全防護措施。本裝置生產(chǎn)用原材料均為易燃、易爆、有毒、有害、有腐蝕性物質(zhì)，按生產(chǎn)的火災(zāi)危險性和貯存物品的火災(zāi)危險性，均屬甲級生產(chǎn)類別，因此要嚴格按照生產(chǎn)安全保證措施進行設(shè)計。制定全工段和各種操作崗位的詳細安全技術(shù)規(guī)程，人身和設(shè)備安全防護措施。在帶壓設(shè)備和管線上設(shè)置安全網(wǎng)。對聚合釜采用特別的安全措施，如釜頂設(shè)安全閥和防爆膜，釜底設(shè)有防火球和緊急排管線，還設(shè)置了排空管線和毒物罐進行毒化的設(shè)施。設(shè)置了聯(lián)鎖保護措施：設(shè)置了多種消防系統(tǒng)和消防措施。整個裝置按生產(chǎn)工藝安全要求，設(shè)置安全閥、壓力控制閥，對主要設(shè)備和配置進行限壓保護，重要部位加設(shè)警報裝置。在環(huán)管反應(yīng)器部位設(shè)有放空裝置，緊急情況下烴類物質(zhì)排至煉油總廠火炬系統(tǒng)進行焚燒。環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有氮氣自動滅火系統(tǒng)，反應(yīng)器內(nèi)一旦出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，進料系統(tǒng)閘閥可自動切斷，并向器內(nèi)噴出氮氣