年产10万吨聚丙烯的工艺设计毕业论文.doc

河南科技大学毕业设计（论文）年产10万吨聚丙烯的工艺设计摘 要 聚丙烯之所以是各种聚丙烯烃材料中发展最快的一种，关键在于其催化剂技术的飞速发展。本设计中就详细介绍了聚丙烯随催化剂的发展而发展的情况。聚丙烯是丙烯单体聚合而形成的高分子聚合物，是一种通用合成树脂。它作为一种高分子塑料，在现代化工生产中占有重要的地位，是五大工程塑料之一。 本设计是以中原石化的S-PP工艺为设计基础，设定年产量为两万吨，然后进行物料衡算、热量衡算、设备选型等过程，最终完成的一份比较完整的设计说明书。另外聚丙烯来源丰富，价格便宜，易于加工成型，产品综合性能优良，因此被广泛地应用于化工、化纤、轻工、家电、建筑、包装、农业、国防、交通运输、民用塑料制品等各个领域，在聚烯烃树脂中，是仅次于聚氯乙烯、聚乙烯之后的第三大通用塑料。目 录前 言1第1章 工艺流程确定131.1催化剂的配置和计量131.2丙烯预精制和丙烯保安精制及氢气压缩151.3 预聚合与液相本体聚合171.4 聚合物闪蒸和脱气181.5 聚合物的汽蒸和干燥191.6 生产原材料的规格20第2章 物料衡算262.1计算基础262.1.1设计条件262.1.2丙烯进料量272.1.3催化剂用量272.1.4氢气用量282.2原材料消耗定额282.3主要设备物料衡算292.3.1 CO汽提塔T701物料衡算292.3.2预聚合反应器R200物料衡算302.3.3聚合反应器R201物料衡算312.3.4闪蒸罐D301物料衡算322.3.5汽蒸罐D501物料衡算342.3.6干燥器D502物料衡算352.3.7挤压造粒单元物料衡算362.3.8总物料平衡表37第3章 热量衡算373.1主要设备热量衡算373.1.1预聚合反应器R200热量衡算373.1.2聚合反应器R201热量衡算413.1.3闪蒸罐D301热量衡算433.1.4汽蒸罐D501热量衡算463.1.5干燥器D502热量衡算493.1.6总热量平衡表52第4章 设备选型524.1主要设备选型524.1.1预聚合反应器R200524.1.2聚合反应器R201534.1.3汽蒸罐D501544.1.4干燥器D50260第5章 聚丙烯装置的安全生产635.1静电的危害与防范635.1.1静电的危害635.1.2静电的防范措施645.2其他安全措施64第6章“三废”处理与环境保护656.1废水666.2废气666.3废渣66参考文献66致谢68前 言聚丙烯（Polypropylene，常缩写为PP）是丙烯（Proplylene，缩写为PR）单体聚合而形成的高分子聚合物，是一种通用合成树脂（或通用合成塑料）。 聚丙烯的有关性质如下： 1、聚丙烯的物理性质1 可塑性 PP是一种典型的热塑性塑料，它受热时易熔化，冷却时固化成型，且这一过程可以多次重复进行。由于这一特性，使聚丙烯加工成型十分方便，可以很容易用挤出、注塑、吹塑等方法直接加工成型。2 耐热性 PP熔点较高，为164170（纯等规物熔点达176），软化点为150以上，是通用树脂中耐热性能最好的一种。3 密度小 PP相对密度为0.900.91，是所有树脂中最轻的。4 良好的物理机械性能 PP拉伸屈服强度一般可达3038MPa，这也是通用合成树脂中最高的品种之一，它表面强度大，弹性较好，耐磨性良好。5 介电性能优良6 吸水性小7 抗冲击强度较低 这是PP的最大缺点，特别是在低温下其抗冲击强度急剧下降。但是可以通过共聚或共混攻性来改善它的耐低温冲击性能。 2、聚丙烯的化学性质 PP具有优良的化学稳定性，它与绝大多数化学品接触几乎不发生作用，其热化学稳定性也好，在100下，无机酸、碱、盐溶液除具有强氧化性者外，其余对PP几乎都无破坏作用。 PP是非极性有机化合物，对极性有机溶剂都很稳定，醇类、酚类、醛类、酮类和大多数羧酸都不易使其发生溶胀。只有芳烃和氯代烃（如苯、四氯化碳、氯仿等）在80以下时对聚丙烯有溶解作用。 由于聚丙烯结构中存在叔碳原子，因此易被氧化性介质侵蚀。PP在光、紫外线、热、氧存在的条件下会发生老化现象，使其变质，失去原有的性质。要是PP不老化是不可能的，只有通过添加抗氧剂、紫外线吸收剂、防老剂等来减缓PP的老化速度，改善其抗老化性能。 下面简要为大家介绍一下国内外聚丙烯的生产发展状况。 1、国外聚丙烯生产工艺发展史。 1953年，德国Zigle（齐格勒）发明用TiCl4金属烷基化合物作催化剂，以乙烯为原料进行聚合得到聚乙烯。 1954年，意大利Natta (纳塔)教授在Zigle发明的催化剂基础上，发展了烯烃聚合催化剂，用具有定向能力的TiCl3为催化剂，以丙烯为原料进行聚合，成功制得了高结晶性高立构规整性（等规）的聚丙烯2，并创立了定向聚合理论。 1957年，根据 Natta 教授的研究成果，意大利Montecatini(蒙特卡蒂尼)公司在Frara首建世界上第一套间歇式PP工业生产装置（6Kt/a）。同年，美国Hercules(大力神)公司也建成了一套9Kt /aPP装置3。 19581962年，德、美、法、日等国先后都实现了PP工业化生产。 1964年，美国Dart（达特）公司的Rexall（雷克萨尔分公司）首用第一代催化剂及釜式反应器开创了液相本体法PP生产工艺。 1969年，Bsaf（巴斯夫公司）开发了立式搅拌床气相聚合Novolen工艺。 1971年，以Solvay（索尔维）公司开发的TiCl3-R2O（异戊醚）-TiCl4-Al(C2H5)2Cl络合型催化剂为典型代表的第二代催化剂（络合型催化剂）使液相本体法PP有了很大发展。 70年代后，Phillips（菲利浦）石油公司首用环管式反应器实现了液相本体法PP生产工业化。 1980年，美国Amoco（阿莫科）公司采用自己的高效催化剂，选用卧式搅拌床，开发了新的气相聚合工艺，并建成世界上最大的气相法PP生产装置（135kt/a）。 1983年，美国UCC（联合碳化物）公司借鉴流化床聚乙烯工程放大生产经验，和成功开发超高活性PP催化剂(Shac)的Shell（壳牌）公司合作共同开发了“Unipol”PP气相流化床聚合工艺，于1985年在Texas（德克萨斯）建立了80kt/a装置，这是世界上第一个把高效催化剂与气相流化床相结合的新工艺。同年，意大利的Montecatini公司（即现在的蒙埃公司）也开发了“Spheripol”本体聚合新工艺，在意大利Brindise（希林迪西）建成投产80kt/aPP装置。该公司于1983年11月与美国Hercules公司合营，改称Himont（海蒙特）公司。Himont公司均聚反应采用液相法环管反应器，而嵌段共聚反应采用气相法密相流化床反应器8。 2、国内聚丙烯生产发展状况 六十年代末，兰州化学工业公司石油化工厂从英国引进了采用Vickers-Zimmer（维克吉玛）工艺技术及常规催化剂体系的5kt/a溶剂法PP生产装置。1973年，北京燕山石化公司向阳化工厂利用国内研制的催化剂和溶剂法工艺，建成投产了一套5kt/a国产溶剂法PP生产装置。 1979年，北京化工研究院等单位在络合型催化剂的基础上研制成活性定向能力更好的络合型催化剂即TiCl3-R2O(正丁醚)-Al(C2H5)2Cl催化剂。络合型催化剂不但可以用于溶剂法聚丙烯工艺，而且由于它的高活性合高定向能力，也为用于液相本体法PP工艺打下了良好基础。 1975年，辽宁瓦房店纺织厂与大连物化所协作，建立了一套300t/a(1.5m3)聚合釜间歇式液相本体PP中间试验装置。随后，江苏省丹阳化肥厂于1978年首先建成一套4m3聚合釜千吨液相本体法PP装置，同年试车成功，在我国首先实现了液相本体法PP生产工业化。 国内液相本体法（习惯称之为小本体法）PP工艺是间歇式单釜操作工艺，该工艺以液相丙稀为原料，采用络合型三氯化钛为催化剂，以一氯二乙基铝为活化剂，以H2为聚合物分子量调节剂。到1995年，全国已在约50个厂中建立近七十套国内液相本体法聚丙烯生产装置。 80年代末，我国开始引进国外液相气相组合式本体法聚丙烯工艺，使我国的聚丙烯生产技术达到了比较先进的水平。1989年扬子石化公司引进日本三井油化Hypol工艺建成140kt/aPP装置，1990年和1991年齐鲁石化公司和上海石化总厂先后采用Himont公司S-PP工艺建成70kt/aPP装置。其后，9296年，抚顺石化公司乙烯化工厂，洛阳石化总厂，广州石化总厂，独山子乙烯工程，中原乙烯工程，茂名石化公司，大连西太平洋石化公司先后建成了这两种工艺的大型装置。与此同时，国内不断消化吸收世界先进工艺、设备技术，加紧实现催化剂、工艺技术设计与设备制造的国产化。 随着聚丙烯产品应用开发及PP后加工生产的迅速发展。国内市场对PP的需求量越来越大。94年我国PP产量接近86万吨，进口81万吨，95年国产和进口都超高100万吨。在这种形势下，原中国石化总公司决定在“九五”期间利用炼厂气丙稀资源建设一批大型PP生产装置，包括九江石化总厂、长岭炼化总厂、武汉石化厂、福建炼化股份公司、济南炼油厂及荆门石化总厂等6家企业的70kt/aPP装置，这6套装置均由中国石化北京石油化工工程公司(简称BPEC)承担设计采用国产化S-PP工艺建设而成8。 聚丙烯的合成工艺可以概括为以下几种9 ： 1、溶剂聚合法 工艺特点：丙稀单体溶解在惰性液相溶剂中（如乙烷中），在催化剂的作用下进行溶剂聚合，聚合物以固体颗粒状态悬浮在溶剂中，采用釜式搅拌反应器。 有脱灰，脱无规物和溶剂回收工序，流程长，较复杂，装置投资大，能耗高，但生产易控制，产品质量好。 以离心过滤方法分离聚丙烯颗粒再经气流沸腾干燥和挤压造粒。 工艺条件：T=7075 P=1.0MPa 2、溶液聚合法 工艺特点：使用高沸点直链烃作溶剂，在高于聚丙烯熔点的温度下操作，所得聚合物全部溶解在溶剂中呈均相分布。 高温气提方法蒸发脱除溶剂得熔融聚丙烯，再挤压造粒得粒料产品。 生产厂家只有美国Eastman Kodak公司一家。 工艺条件：T=160250 3、气相本体法 工艺特点：系统不引入溶剂，丙稀单体以气相状态在反应器中进行气相本体聚合。 流程简短，设备少，生产安全，生产成本低。 聚合反应器有流化床（联碳/壳牌Unipol工艺）、立式搅拌床（巴斯夫Novolen工艺）及卧式搅拌床（阿莫科/埃尔帕索工艺）。 工艺条件：T=4070 P=2.03.5MPa 4、液相本体法（含液相气相组合式） 工艺特点：系统中不加溶剂，丙稀单体以液相状态在釜式反应器中进行液相本体聚合，乙烯丙稀在流化床反应器中进行气相共聚。 流程简单，设备少，投资省，动力消耗及生产成本低。 均聚采用釜式搅拌器（Hypol工艺），活环管反应器（Spheripol工艺），无规共聚和嵌段共聚均搅拌式流化床中进行。 工艺条件：T=6575 P=3.04.0MPa 聚丙烯是合成树脂中发展最快的一个品种，随着丙稀聚合及催化剂技术的快速发展，聚丙烯的品种，牌号不断增加，应用范围不断扩展，聚丙烯已经成为一种十分重要的合成材料。 近年来，世界聚丙烯生产能力不断增加，聚丙烯催化剂经历几代的发展不仅活性呈几百倍甚至上千倍的提高，其等规度也达98%以上；聚丙烯生产工艺更加简单，无需脱灰和脱无规物等；聚丙烯产品的表征手段进一步提高，牌号开发中微观设计已可达分子水平，聚丙烯产品品种不断增加；随着聚丙烯改性研究的深入，聚丙烯的应用范围更加广泛1。 目前，PP已被广泛应用到化工、化纤、轻工、家电、建筑、包装、农业、国防、交通运输、民用塑料制品等各个领域，在聚丙烯树脂中，是仅次于聚氯乙稀、聚乙烯之后的第三大塑料。 由于PP良好的机械性能，可以用来制造各种机械设备的零附件，经改性后可制造工业管道、农用管道、电机风扇、基建模板等。 在汽车制造业方面，改性PP可以制造汽车上的许多内外部件，如汽车方向盘、仪表盘等。 在建筑业，PP用玻璃纤维增强改性或用橡胶、SBS改性后可制作建筑用模板，发泡后可用作装饰材料。 在电气用品方面，改性PP可用于制电视机、收录机外壳及洗衣机内桶，还可用作电线、电缆和其他电器绝缘材料。 在包装材料方面，PP更显示其独特的作用。PP最适合于拉制扁丝织成编织袋，编织袋广泛用于各种固体物体的包装。PP制作的打包带（捆扎带）比铁皮打包带更好。PP还可以制各种薄膜，包括用于重包装材料的双向拉伸薄膜（BOPP)。 在日常生产方面,PP可以制作家具,如桌、椅、板凳、菜蓝、卫生间家用卫生设备如箱、盆、桶、盛水器等，还可用作各种其他挤出或注塑塑料制品。 在纺织工业方面，PP是重要合成纤维丙纶的原料。 聚丙烯之所以是各种聚丙烯烃材料中发展最快的一种，关键在于其催化剂技术的飞速发展。 从1954年Natta发明四氯化钛，后来改用结晶三氯化钛作主催化剂，用氯代二烷基铝为助催化剂制备立体规整结构的聚丙烯以来，开发研究活性更高、性能更好的聚丙烯催化剂的工作就一直在全世界进行。到目前为止，聚丙烯催化剂的发展已经经历了好几个不同的发展阶段7。按照Montell公司的划分方法，将目前为止聚丙烯催化剂的发展阶段确定为六代。1、第一代催化剂 聚丙烯最早是由Montecatini和Hercules实现工业化的，它们在1957年首先建成了工业生产装置，所使用的催化剂是三氯化钛和一氯二乙基铝体系。该催化剂体系的产率和等规度都比较低，产品的等规指数大约只有90%。为了使所得到的聚丙烯树脂能作为正式产品提供给下游塑料加工用户使用，还需要从聚合物中脱除催化剂残渣（脱灰）和无规聚合物组分（脱无规），因此，此时的聚丙烯装置工艺流程很长，工序多而复杂。 Natta的研究组和Esso公司等通过研究发现，如果将三氯化钛与三氯化铝的固体溶液来代替三氯化钛作为主催化剂，那么所得到的催化剂的活性要比单纯使用三氯化钛高得多。研究还发现将铝还原的三氯化钛进行长时间的研磨，或者，将三氯化钛与三氯化铝的混合物进行研磨，可以在三氯化钛中产生共结晶的三氯化铝。这种含有1/3三氯化铝的三氯化钛称为AA-三氯化钛催化剂（AA表示经铝还原和活化的）。1959年，Stauffer化学公司采用这类催化剂进行了工业化。这就是第一代聚丙烯Z-N催化剂。2、第二代催化剂 关于减小催化剂微晶的尺寸，增加催化剂表面活性钛原子比例方面的研究工作，最成功的例子是70年代初由Solvay公司开发成功的三氯化钛催化剂。Solvay公司的研究人员为了增加可接触的钛原子中心，引入了路易斯碱，由此开发出了新的三氯化钛催化剂，其比表面积由原来AA-三氯化钛催化剂的3040m2/g，提高到了150m2/g以上，活性增加了五倍，等规指数提高到约95%，采用一氯二乙基铝（DEAC）为助催化剂于1975年投入工业生产。这种催化剂通常被称作Solvay催化剂，它是第二代聚丙烯催化剂的代表。 虽然Solvay催化剂的活性得到了大幅度提高，但是此类催化剂中大部分的钛盐仍然是非活性的，它们会以残渣的形式残留在聚合物中从而影响产品的质量，因此仍需要将其除去。故采用此类催化剂的聚合工艺仍需有后处理系统。3、第三代催化剂 采用将钛化合物载负在高比表面积的载体上以提高催化剂效率的方法，从60年代就开始了研究，并且经多长时间的研究后首先在乙烯聚合催化剂上获得成功，但是类似的催化剂用于丙稀聚合时效果不理想。研究发现，载体氯化镁的活化是一个关键，必须采用经过活化的活性氯化镁作为载体才有可能获得高活性的催化剂，但是仅此还不能解决聚丙烯的立构整规性问题。其后的研究又发现，加入适当的给电子体化合物可以提高催化剂的丙稀聚合定向能力。通过将氯化镁、四氯化钛及一种给电子体共研磨就可以得到活性高、立构规整性好的聚丙烯催化剂。聚合时，该催化剂与助催化剂三烷基铝与第二种给电子体联合使用。这个催化剂体系可以简单的表示为13:MgCl2TiCl4PhCOOEt-AlEt3CH3PhCOOEt 70年代末，Montedision和三井油化分别将此体系的催化剂用于工业生产。该催化剂就是第三代催化剂，也是第一种载体催化剂。不过，尽管此催化剂活性很高，可以在聚合工艺中免去脱除催化剂残渣的步骤，但是其聚合定向能力还不够理想，还有6%10%的无规聚合物需要脱除，另外催化剂的颗粒性能也有待改进。4、第四代催化剂 在给电子体方面研究工作的进展，促使80年代初超高活性第三代催化剂的开发成功。特别是发现了采用邻苯二酸酯作为内给电子体，用烷氧基硅烷为外给电子体的催化体系后，可以得到很高活性和立构规整度的聚丙烯。Montell根据此催化体系使用的给电子体由单酯改变为双酯，并且聚合性能有显著提高，因此将其定为第四代聚丙烯催化剂。此代催化剂可表示如下14：MgCl2TiCl4Ph(COOiBu)2AlEt3Ph2Si(OMe)2 在第四代催化剂中，还有一种由Himont公司开发的球形载体催化剂，这类催化剂除了具有第四代催化剂相类似的聚合活性和立体定向能力外，特别突出的是它能直接生成15mm的聚丙烯树脂颗粒，可以不经造粒而直接供后加工使用，为开发无造粒工序的聚丙烯工艺创造了条件。5、第五代催化剂 80年代初的后半期，Montell公司发现了一种新的给电子体1，3二醚类化合物。在催化剂合成中采用这种给电子体化合物，不仅可以得到具有极高活性和立构规整度的催化剂，而且最特别的是此催化剂可以在不加入任何外给电子体化合物的情况下达到同样的效果。由于此类给电子体化合物突破了前两代催化剂必须有内、外给电子体协同作用的限制，仅仅用内给电子体即可保持催化剂的高活性和高定向能力，因此Montell公司将其列为第五代聚丙烯催化剂。6、第六代催化剂茂金属催化剂 Kaminsky、Sinn两位科学家发现，一定种类的茂金属化合物如果用甲基铝氧烷(MAO)作主催化剂，此催化体系不但具有极高的聚合活性，而且可以合成出具有各种立构规整度的等规或间规聚丙烯。这一发现不仅具有很高的科学价值，而且还有可能合成出现有的聚丙烯所不具备的特性的新材料。因此，类似茂金属催化剂类型的单活性中心催化体系可以被认为是第六代的聚丙烯催化剂。 除去上述各类催化剂外，人们还在研究如何能把几类不同的催化剂进行复合，例如把Z-N钛镁催化剂和单活性中心催化剂结合起来，发挥几种催化剂的优势，以求合成出新的、性能更好的复合催化剂。 表1展示了各代聚丙烯催化剂的性能。该表为上面所有各代催化剂在己烷浆液聚合或本体聚合条件下得到的数据。表1 各代催化剂的性能各代催化剂的比较活性/PP/g cat(PP/gTi)等规度/%形态控制工艺要求1-TiCl30.33AlCl3+DEAC0.81.2(35)9094不能脱灰，脱无规物2-TiCl3/Ether+DEAC35(1220)9497可以脱灰3TiCl4/Ester/MgCl2+AlR3/Ester510(30)9095可以脱无规，不脱灰4TiCl4/Diester/MgCl2+TEA/Silane1025(300600)9599可以不脱灰，不脱无规5TiCl4/Diether/MgCl2+TEA/Silane2535(7001200)9599可以不脱灰，不脱无规6茂金属+MAO51039103（以锆计）9099可能成功不脱灰，不脱无规第1章 工艺流程确定1.1 催化剂的配置和计量1.1.1三乙基铝的储存和计量单元TEAL钢瓶体积为1m3，在N2保护下送到装置，用N2将TEAL压送到三乙基铝储罐D111内，再用N2将TEAL压送到计量罐D101中。在D111、D101加入TEAL过程中，罐内密封用N2经过安全罐D103进入TEAL密封罐Z103后从罐顶放空，所携带的TEAL留在Z103中。TEAL从D101底部抽出，经过滤器F101，由计量罐P101A/B送到催化剂预接触罐D201。冲洗油从油桶由P102将油打到要冲洗的管线和设备处，废油汇集到废油罐D102中，再由P102打到废油处理罐D607进行处理。1.1.2给电子体的配制和计量单元纯度为100%的Donor和烃油用200L的桶送到装置，由容积式气动泵P103送到给电子体储罐D110A/B，加N2密封。这两个罐加不同的给电子体，提高了操作的灵活性。Donor由D110底部抽出，经过F104A/B过滤掉大于10um的颗粒，由计量泵P104A/B送到D201中。整个回路上应有蒸汽拌热。1.1.3主催化剂的配制和计量单元在E102中用蒸汽加热脂使之融化，然后和油一起先后用齿轮泵P105打入到油脂混合罐D105中，油脂比例为2：1，加料至D105液位的80%，开启搅拌器A105，使油脂混合均匀。D105上设有N2密封，由现场表FIC131控制N2封流量。D105底部和油脂加料（或循环）管线上设有蒸汽夹套，由TIC131控制TV131阀开度，使D105温度保持在70，油脂混合均匀后，用泵P105打循环，同时用Z110对D105鼓泡，以带走氧气和水分。鼓泡至少两小时，直到从P105出口取样分析含水量小于20ppm为止。达到要求即可将油脂送往D106，若D105中液位低于30%，就要另行加料。根据要配制的催化剂浓度，计量出要加入的油脂量，在FQS131上设定，让油脂经F105过滤后，经FV131A阀由泵P105打入D106中。D106中油脂加料结束后，启动螺带式搅拌器A106搅拌。A106上带有密封系统，包括密封油罐Z106和油脂循环线，Z106顶部与D106顶部氮封系统相连，用于油罐的密封，油罐Z106上的LAL131低报时，应及时补油。约80Kg的催化剂桶称重后，用提升机Z104提升到一定高度，用N2吹扫催化剂进料管线，连接催化剂桶与D106的进料口，在N2封情况下，打开HV136，催化剂粉末在振荡中加到D106中。在该操作中，D106上的N2封阀HV314必须打开以平衡D106中的压力，而加压N2阀HV133、放空阀HV315和抽真空阀HV132必须关闭。加料时D106温度应保持在70，这时催化剂分散效果最佳。催化剂加完后HV136阀关闭。搅拌分散好后，用D106的夹套水冷却，冷却至30时，催化剂体系已冻成膏。然后关闭N2封HV314，开D106中的催化剂冷至10，打开HV133破坏真空。这样催化剂膏就配制好了，由于D106的夹套既用于加热，又用于冷却，就设置了加热器E101，当D106温度要维持70时，用蒸汽将由泵P106打循环的夹套水加热；当需要冷却时，就关低压蒸汽，向循环中加入冷冻水实现降温，加压N2在HV133打开后可使D106中的压力达到10Kg/cm3，该压力也是下游D108中充填需要的压力。催化剂膏在注入到D108之前先取样分析，确定催化剂浓度。催化剂经加压N2压出后，被送到催化剂计量系统PK101，在该管线和D108A/B上始终有夹套水冷却，以确保催化剂膏的温度为10，而不受环境温度的影响，防止催化剂沉降影响催化剂加料浓度的准确性 1.2 丙烯预精制和丙烯保安精制 1.2.1 丙烯预精制 从气分来到丙烯含有水及硫化物、CO、CO2、O2、ASH3等杂质，其中大部分水及硫化物、CO2在预精制工段脱除，其杂质在保安精制工段脱除。 气分来的丙烯进入固碱塔（T001A/B），正常操作时，一台使用，一台备用。丙烯从塔的底部侧面进，塔顶出。固碱吸附丙烯中的水而形成碱液，碱液在塔底沉降与丙烯分离，每隔8小时手动放入碱液收集器（D003A）中，塔顶装有采样阀，当T001A出口丙烯水含量500PPm时使用T001B，并冲洗T001A中由于吸附硫而变黄的固碱，同时补充由于吸附水而溶解的固碱。 D003A静止24小时后，丙烯与碱分离，打开放空阀泄压，通气氮气吹扫，然后关闭放空阀，加入一定量工业水稀释，用碱液回收泵P002送出界外。D003B备用。 固碱塔顶出来的丙烯进入装填3Ao分子筛的丙烯脱水塔T002A/B，正常时，一台使用，一台备用，丙烯从塔底进，塔顶出。塔顶装有采样阀，当T002A出口丙烯水含量10PPm时，使用T002B同时对T002A进行再生操作。 精制合格的丙烯送入丙烯罐区。 经预精制后的丙烯，其规格为： 丙烯 99.5%(min) 丙烷 平衡 不凝组分(H2，N2，CH4) 100PPM(max) 乙烷 200PPM(max) 氧 10PPM(max) CO 5PPM(max) CO2 10PPM(max) COS 0.2PPM(max) 总硫 10PPM(wt)(max) 水 10PPM(wt)(max)1.2.2 丙烯保安精制 经过预精制后的丙烯，杂志含量仍然较高，不能满足聚合级丙烯的规格要求，主要是因为丙烯中的H2O、COS、CO及砷等杂质对催化剂产生中毒作用，降低催化剂活性。因此必须经过保安精制。 聚合级丙烯要求： 丙烯 99.5%(min) 丙烷 平衡 不凝组分(H2，N2，CH4) 100PPM(max) 乙烷 200PPM(max) 氧 2PPM(max) CO 0.05PPM(max) CO2 5PPM(max) COS 0.02PPM(max) 总硫 1PPM(wt)(max) 水 2PPM(wt)(max) 砷 0.03PPM(max) 1.3 预聚合与液相本体聚合1.3.1 预接触罐（D201） 在催化剂配剂和计量单元送来的主催化剂以及给电子体和三乙基铝按一定的比例送至催化剂预接触罐D201。在D201中A201搅拌罐使催化剂体系充分掺合，混合均匀并使催化剂的反应中心活化。 D201操作压力为3.4MPa,操作温度10，其温度控制是通过夹套循环水的补充冷冻水量来实现的，由泵P203给夹套水提供循环动力。为了保证D201的密封性，引用了一股高压冲洗填料密封冲洗油用量用一根毛细血管恒定，流量限定在2003003/hr,由于流量低不利于控制，故又引用冷冻水冷却冲洗油以增大黏度，降低流速。1.3.2 预聚合反应器（R200）为了能使聚合物颗粒尺寸均匀，形状达到要求，就需要催化剂颗粒形状也均匀。由于以MgCL2为载体的TICL4催化剂，在温度升高时会爆裂，因此不能直接将其加入到R200中，要先在较低温度下进行预聚合，这样就可以在催化剂的表面包裹上一层薄薄的聚丙烯。而在温度突然高升到反应所需的70时不会爆裂，保证了颗粒粒度，防止了大量细粉的生成。R200的操作条件如下：温度：20，压力：3.4MPa,停留时间：约四分钟1.3.2 聚合反应器（R201）聚合反应条件 反应温度：70 反应压力：3.33.4MPa 停留时间：1.5hr 淤浆浓度：50%（以重量计） 1.4 聚合物闪蒸和脱气 1.4.1 高压闪蒸 从R201出来的浆液中含有大量的液体丙烯，为了使液相丙烯与聚丙烯粉末分离，本装置采用了液相汽化并分离的方法将单体丙烯与聚丙烯粉末分离，并且回收丙烯。1.4.2 低压脱气 为了将经高压闪蒸后的物料中的丙烯进一步脱除，设置了低压脱气部分，经过这部分处理后，粉末中丙烯含量将大大降低。1.4.3丙烯洗涤部分 丙烯洗涤是回收的一部分，其目的是将丙烯净化，洗去所带有的粉末和少量三乙基铝。1.4.4 丙烯进料罐系统 丙烯进料罐系统D302既能接收回收丙烯,既能接收来自精制单元的丙烯，然后向聚合系统供料。在开车时，D302还能为装置提供置换用气相丙烯和充料用液相丙烯。1.4.5 低压丙烯洗涤系统 该系统的目的是洗去丙烯气中所携带的三乙基铝。1.4.6 PK301系统 是丙烯气压缩系统，它可将0.05MPa的气体加压至2.0MPa，所以在压缩机系统收集到的油再返回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剂，杀死残余活性。这对保证产品质量具有一定的意义。因为在催化剂活性没有完全失去时，造粒产品可能发黄，同时也可利用蒸汽的较高温度尽可能地除去催化剂和给电子体分解后产生的氯化氢、甲醇等，这也能有效提高产品质量。因此，对产品进行汽蒸处理是提高产品质量的必要手段。1.5.2 聚合物干燥部分聚合物离开汽蒸罐D501后进入干燥器D502，其中含有约3%wt的冷凝水，这对于后面的造粒过程是不允许的，因此本装置采用热氮循环干燥法除去水分。加热的氮气饱和湿度很大，它可以与聚合物进行物质交换，带走其中的水分。湿度增加的氮气在干燥洗涤塔T502中进行冷却洗涤，使氮气在低温下脱除水分，降低湿度后的氮气再经加热后循环使用，这样处理过后的聚合物中的水分低于0.02%wt。 1.6 生产原材料的规格表1-1 原材料规格总表项目单位指标一 原料（一）界区丙烯原料1 纯度(mol)%99.52 丙烷(mol)ppm平衡3 乙炔(mol)ppm54 丙二烯(mol)ppm55 丙炔(mol)ppm56 丁二烯(mol)ppm507 氧气(mol)ppm108 砷(mol)ppm0.59 含水量(wt)ppm40010 总硫(wt)ppm511 CO含量(mol)ppm1012 CO2含量(mol)ppm1013 乙烷(mol)ppm20014 乙烯(mol)ppm10015 戊烯(mol)ppm1016 丁烯(mol)ppm10017丁烷+戊烷(mol)ppm20018 COS含量(mol)ppm0.2(二)精丙烯（进保安精制）1 总硫（mol）ppm32 含水量（mol）ppm10(三)聚合级丙烯（出保安精制）1 CO含量（mol）ppm0.032 CO2含量(mol)ppm53 O2含量(mol)ppm54 总硫(mol)ppm15 含水量(mol)ppm26 砷含量(mol)ppm报告(四)氢气1 纯度(mol)%99.92 含氧量(mol)ppm53 含水量(mol)ppm3.5二 产品质量指标1 熔融指数g/10min 2.0-4.02 等规指数%94.5-99.03 总灰分ppm4004 抗张拉伸屈服强度MPa295 捞曲模量MPa14216 洛氏硬度R907 热变形温度868维卡软化点1509 氯化物含量ppm5010 黄色指数4三 工艺操作条件1 预精制流量T/H8.0-14.02 球1.2液位M9.53 电解槽温度80-904 氢储罐D993压力MPa1.2-1.45 D201温度TIC2119-226 P200冲洗丙烯流量Kg/h360-44-7 R210冲洗丙烯流量Kg/h760-8408 R200进料丙烯流量Kg/h2700-33009 R200温度12-2010 R200压力MPa3.30-3.4511 D202液位%35-4512 D202压力MPa3.30-3.4513 R201压力MPa3.30-3.4514 R201温度69-7115 D301料位%15-5016 E201温度9-1117 R201密度Kg/m3560-58518 D301顶部温度68-7519 F301料位%20-5520 F301-D501压差MPa0.0321 T301顶部压力MPa1.6-2.022 T301液位%40-6023 D302液位%55-7524 P301出口压力MPa4.3-4.725 D301顶部丙烯流量Kg/h7000-1000026 D501料位%20-6027 D502料位%20-6028 T701液位%40-6029 T701顶部压力MPa1.7-2.330 PK705出口压力MPa4.8-5.231工艺热氮温度80-10032 EX801负荷T/h6-1333 EX801200-26034 G/P入口压力MPa0.5-2.035 S/C前后压差MPa1036 PCW温度50-8037 PCW温度M3/h13038 热油温度260-33039 每袋产品净量Kg24.95-25.50四 动力指标1 循环水上水压力MPa0.452 循环水上水温度323 低压蒸汽压力MPa0.84 仪表风压力MPa0.555 新鲜水压力MPa0.46 脱盐水压力MPa0.47 氮气纯度%99.998 氮气含水量ppm109 氮气含氧量ppm1010 氮气压力MPa0.6-0.8五 环保指标（一）装置外派污水1 CODCrmg/l5002 悬浮物mg/l3003含油量mg/l1004 PH值6.0-10（二）装置边沟废水1 PH值6.0-9.02 含油量mg/l10（三）噪音DB(A)85第2章 物料衡算物料衡算的理论依据是质量守恒定律。对于没有化学反应的生产过程来说，质量守恒定律为：进入一个装置的全部物料质量等于离开这个装置的全部物料质量再加上装置内积累起来的物料质量。写成公式为： 流入量=流出量+积累量+损失量 对于有化学反应的过程来说，要将化学反应的计量关系结合到质量守恒定律中，写成公式为： 流入量+反应生成量=流出量+反应消耗量+积累量+损失量152.1计算基础丙烯聚合生成聚丙烯的反应方程式为：n CH3CH=CH2 -CH-CH2n- + Q放 CH3 本次设计为连续生产，故计算基准为：Kg/h或t/h2.1.1 设计条件生产规模：年产10万吨 生产时间：年工作时数7200小时 每吨聚丙烯消耗全额：1.02吨丙烯（100） 全装置总收率按98计算，损耗为2，损耗分配如下： 精制工段丙烯损失 0.5 闪蒸工段丙烯损失 0.5 汽蒸工段丙烯损失 0.8造粒工段PP损失 0.22.1.2丙烯进料量 PP每小时净生产量：1000007200=13.8889t/h 由于造粒工段损失聚丙烯0.2，则实际生产中PP的产量为：13.8889（1-0.2）=14.1723 t/h 需要100丙烯：14.17231.02=14.4558 t/h 按转化率56，则需要100丙烯进料量为：14.455856=25.8139 t/h 原料纯度为99.5，则原料量为：25.813999.5=25.9436t/h2.1.3催化剂用量 主催化剂 主催化剂活性：2531KgPP/gcat 取：30 KgPP/gcat 则主催化剂用量为：14.172310330=472.4100 g/h 其他 按主催化剂助催化剂Donor油脂=0.060.350.0150.35得： Teal用量：472.41000.350.06=2834.4600 g/h Donor用量：472.41000.0150.06=118.1030 g/h 油脂用量：472.41000.350.06=2834.4600 g/h 则催化剂总量：472.4100+2834.4600+118.103+2834.4600=6259.4300 g/h2.1.4氢气用量 H2消耗定额为：0.0090.31 Kg/tPP，此处取：0.15 Kg/tPP 则H2用量为：0.1514.1723=2.1258 Kg/h 2.2 原材料消耗定额原料消耗定额表名称单位消耗定额原料丙烯t/h25.9436氢气g/h6259.4300化学品固催化剂g/h472.4100三乙基铝g/h2834.4600给电子体g/h118.1030ATMER163g/h50.0000烃油+脂g/h2834.4600 2.3主要设备物料衡算2.3.1 CO汽提塔T701物料衡算损失丙烯T70199.5粗丙烯杂质精丙烯图2-1 T701物料平衡图 进料：99.5的丙烯25.9436t/h 损失丙烯：14.45580.5=0.0723t/h 杂质：25.94360.5=0.1297t/h出料精丙烯：25.9436-0.0723-0.1297=25.7416t/h表2-1 T701物料平衡表物料名称物料质量（t/h）总量（t/h）输入99.5粗丙烯25.943625.9436输出损失丙烯0.072325.9436杂质0.1279精丙烯25.74162.3.2 预聚合反应器R200物料衡算 此工段操作条件为10：温度：20 压力：3.4MPa 停留时间：约4分钟预聚合R200催化剂丙烯原料催化剂丙烯聚丙烯图2-2 R200物料平衡图 进料：丙烯原料进料流量 27003300Kg/h8，取3000Kg/h 主催化剂：472.4100g/h 总催化剂：6259.4300g/h 小环管聚合率为46，取5 则预聚时生成PP：30005=150Kg/h 未反应的丙烯为：3000-150=2850Kg/h表2-2 R200物料平衡表物料名称物料质量（Kg/h）总量（Kg/h）输入催化剂6.25943006.2594丙烯原料3000.0000输出催化剂6.25943006.2594聚丙烯150.0000丙烯2850.000020时丙烯的密度为：400700Kg/m3,取600 Kg/m3 停留时间约4分钟 则预聚反应器R200的体积为：V=（300060）46000.3333m32.3.3 聚合反应器R201物料衡算 此工段操作条件为11：反应温度：70 反应压力：3.33.4 MPa 停留时间：1.5h 淤浆浓度：50（以重量计）聚合R201来自R200丙烯来自R200聚丙烯丙烯原料去D301丙烯去D301聚丙烯图2-3 R201物料平衡图聚合转化率为：56 进料：来自R200的丙烯：30001502850 Kg/h 来自D302的丙烯：25.7416322.7416t/h丙烯总量：2.85022.741625.5916 t/h 聚丙烯：150 Kg/h 聚合工段生成聚丙烯：25.59165614.3313 t/h 出料：聚丙烯：14.33130.1514.4813t/h 丙烯：25.591614.331311.2603t/h表2-3 R201物料平衡表物料名称物料质量（t/h）总量（t/h）输入聚丙烯0.150025.7416丙烯（自R200）2.8500丙烯（自D302）22.7416输出聚丙烯14.481325.7416丙烯 11.2603在70的反应温度下。反应器内的浆液密度应保持在560565Kg/m3，取560Kg/m3 又停留时间为1.5h 则R201的体积为：V（14.4813+11.2603）x1.556068.9500m2.3.4 闪蒸罐D301物料衡算闪蒸罐D301自R201来的丙烯和聚丙烯去T301的丙烯损失丙烯聚丙烯去D501丙烯图2-4 D301物料平衡图 进料：聚丙烯：14.4813t/h 丙烯：11.2603t/h 损耗丙烯：14.45580.50.0723t/h 出料：聚丙烯：14.4813t/h 聚合反应器中没有反应的丙烯进入闪蒸操作。在闪蒸操作中又98的丙烯汽化后进入丙烯洗涤塔进行循环利用，2的丙烯随聚丙烯粉料一起进入汽蒸罐。 因此，去汽蒸罐的丙烯为：（11.26030.0723）20.2273t/h 去洗涤塔的丙烯为：（11.26030.0723）9810.9642t/h表2-4 D301物料平衡表物料名称物料质量（t/h）总量（t/h）输入聚丙烯14.481325.7416丙烯11.2603输出损耗丙烯0.072325.7416聚丙烯14.4813丙烯（去D501）0.2273丙烯（去T301）10.96422.3.5 汽蒸罐D501物料衡算汽蒸罐D501聚丙烯丙烯低压蒸汽损耗丙烯水蒸气含3水的聚丙烯去T501丙烯图2-5 D501物料平衡图 进料：聚丙烯：14.4813t/h 丙烯：0.2273t/h 低压蒸汽：4.4464t/h 损耗丙烯：14.45580.80.1120t/h 出料：去D502聚丙烯粉料：14.4813t/h 聚丙烯粉料夹带冷凝水：14.481330.4344t/h水蒸气：4.44640.43444.0119t/h 去T501的丙烯：0.22730.11200.1153t/h 表2-5 D501物料平衡表物料名称物料质量（t/h）总量（t/h）输入聚丙烯14.481319.1550丙烯0.2273低压蒸汽4.4464输出损耗丙烯0.112019.1550绝干聚丙烯粉料 14.4813聚丙烯夹带冷凝水0.4344去T501丙烯0.1153水蒸气4.01192.3.6 干燥器D502物料衡算干燥塔D502湿聚丙烯热氮气干聚丙烯湿氮气图2-6 D502物料平衡图 经过干燥处理后的聚合物中水分应低于0.02wt，取0.01wt 进料：湿聚丙烯：14.48130.434414.9156t/h 热氮气：3.0000t/h 出料：绝干聚丙烯粉料：14.4813t/h 夹带少量水