5万吨年乙丙橡胶装置聚合工段工艺设计 优秀毕业设计（论文）

化工与材料工程学院毕业设计 5万吨/年乙丙橡胶装置聚合工段工艺设计50,000 tons/year ethylene-propylene rubber polymer devices section process design 学生学号 学生姓名专业班级 指导教师 完成日期吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology摘要乙丙橡胶，统称乙丙弹性体，是仅次于丁苯橡胶和顺丁橡胶的第三大合成橡胶，是以乙烯、丙烯及乙叉降冰片烯(ENB)为单体共聚而成。目前占世界合成橡胶生产能力总量的10%左右。乙丙橡胶以其优异的性能具有广阔的应用领域。除了传统的汽车工业、防水建材、聚合物改性、油品添加剂、电线电缆、运动场地及各类机械部件等应用领域外，乙丙橡胶还可涉猎于食品包装、抗微生物、绝热阻燃等弹性体制品领域。本次设计年产5万吨乙丙橡胶装置聚合工段的工艺设计,乙丙橡胶聚合反响采用溶液聚合工艺，使用的主催化剂为三氯氧钒，辅助催化剂为烷基铝，溶剂为己烷。在掌握生产原理、聚合方法、工艺流程等工作的根底上，进行了物料衡算、热量衡算、反响器等设备的相关计算；其中算得E0203己烷加热器的面积为40.27m2，换热器管长为6m，计算反响器R0201的公称直径为5658mm,高度为9053mm，确定了聚合加料泵的扬程为30.12m,以及该泵的轴功率7.5kw,V0201贮罐的总体积37 m3。并且绘制了反响器的管道布置图、带控制点的流程图、编制了设计说明书等。关键词：乙丙橡胶 ；溶液聚合 ；工艺设计AbstractEPDM, 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 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, polymer 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 polymerization 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 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, determined 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 polymerization; process design目录摘要IAbstractII第 1 章 设计说明书11.1 绪 论1 设计依据1 指导思想1 设计必要性1 车间布置2 厂址的选择21.2 生产方法及工艺设计2 生产方法的论证2 工艺流程4 开车考前须知5 工艺设备选择6本设计主要工艺设备如下表1-1所示：6 工艺控制条件7 生产控制条件7 公用工程规格81.3 技术经济评价11第 2 章 聚合工段工艺介绍122.1 聚合工段生产工艺示意图122.2 聚合工段工艺过程表达12第 3 章 物料及热量衡算133.1 计算根底133.2 物料衡算及热量衡算14 加料量及去单体回收工段的量143.2.2 T0201物料及热量衡算153.2.3 T0202物料和热量衡算183.2.4 V0202物料衡算213.2.5 R0201物料及热量衡算23第 4 章 设备衡算274.1 R0201反响器27 计算依据27 计算反响器的公称直径及高度27 搅拌功率的计算274.2 E0205己烷加热器28 计算依据28 初选换热器284.3 聚合加料泵计算31 计算依据31 确定泵的扬程32 计算泵轴功率33 泵的选型334.4 V0201贮罐33 计算依据33 设计计算与选型33结 论34参 考 文 献35附 录36致谢39第 1 章 设计说明书1.1 绪 论1.1.1 设计依据本设计的依据主要包括：（1） 吉林化工学院毕业设计任务书。（2） ?化工工艺手册?等。（3） 化学工业部发布的?化工工艺设计施工图内容和深度的统一规定?。（4） 吉化公司104厂乙丙橡胶车间乙丙橡胶装置的操作法。1.1.2 指导思想本设计的指导思想主要包括：（1） 为了确保产品的质量，生产过程的平安，采用溶液聚合生产技术。（2） 生产过程采用机械化操作，自动控制。（3） 危险易燃易爆的场所，设计采用可靠的控制，报警消防设施。（4） 生产过程中产生的三废要经过处理之后再排放，以保证环保的要求。（5） 为了保证生产正常进行和操作人员的平安，厂房、车间、设备布置要严格按土建标准。1.1.3 设计必要性乙丙橡胶是橡胶制品工业中一种极为重要的原材料。它是由乙烯、丙烯共聚而得的二元聚合物或由乙烯、丙烯和非共轭二烯烃单体共聚而得的三元共聚物的总称。由于EPR分子主链中不含双键，所以呈现出高度的化学稳定性。与天然橡胶、丁苯橡胶等其它通用橡胶相比，乙丙橡胶具有卓越的耐候性、耐臭氧性和耐热老化性,耐化学品性和电绝缘性，因而乙丙橡胶被誉为“无裂纹橡胶；与硅橡胶、氟橡胶等特种橡胶相比，乙丙橡胶具有较好的物理机械性能和综合性能；此外，乙丙橡胶还具有相对密度小、高充油、高填充性及与多种高聚物有良好的相容性等优点。由于乙丙橡胶具有许多其它通用合成橡胶所不具备的优异性能，而且单体价廉、易得，用途广泛，因此成为20世纪80年代以来世界几大合成橡胶品种中开展最快的一种，目前其产能和消费量仅次于丁苯橡胶和顺丁橡胶而居世界第3位。乙丙橡胶主要品种牌号有百余种。根据共聚单体来分，有二元乙丙橡胶( EPM) 和三元乙丙橡胶(EPDM)，其中EPDM 第三单体多为乙叉降冰片烯(ENB)、双环戊二烯(DCPD) 和1,4-2己二烯(1,4-2HD)；按生产工艺可分溶液法、悬浮法(简化悬浮法)和气相法。从采用的催化体系可分钒系、钛系、铝系和茂系,目前乙丙橡胶工业化产品仍以钒系、铝系和钛系为主。茂金属乙丙橡胶虽然研究进展较快,已进入工业化，但产品仍处在应用开发阶段。目前，世界乙丙橡胶的生产能力总体过剩，但我国的生产能力和产量却不能满足国内实际生产的需求，每年都得大量进口，开发利用前景广阔。中国唯一乙丙橡胶生产厂商是中国石油吉林石化公司。2021年吉林石化新建成的2.5万吨/年的乙丙橡胶B线装置投入试生产，使中国乙丙橡胶产能增至4.5万吨/年，但市场供给量仅为1.93万吨，表观消费量23.4万吨，供需矛盾不断加剧。在巨大的市场缺口以及相应的潜在市场驱动下，中国乙丙橡胶投资热潮始终不减，一直是中国化工招商的热点工程之一。所以，现在新增1套50kt/a的乙丙橡胶装置已是当务之急。1.1.4 车间布置本设计车间设备布置，不但能够满足实际生产的需要，同时也考虑了设备的安装以及检修方便，设备布置整齐有序，而且节约空地。设备的布置既要紧凑，又要满足生产工艺和安装要求。生产装置界区，在满足生产工艺和平安生产的根底之上，要尽可能的缩短装卸物料线。依照满足工艺条件的原那么，首先确定主设备的位置，其他设备要尽可能围绕在主设备的四周，以便于操作、检修和配管。在厂房的四面，一楼到二楼都应该有楼梯和平安通道，车间内配有必要的放火防爆设施，同时还应该配有简单急救的设施。阀门、仪表等部件离地面的距离应该较近，以便于手工操作和检修。设备区和人行区等应该界区明确，工艺流程平安通畅。1.1.5 厂址的选择该车间应该建在吉林市江北的化工工业区。江北的化工工业区地处松花江畔，位于松花江的下游，水源充足，而且水质优良。这里是中国最早也是最大的化工生产基地，原料充足、便利。同时，紧邻铁路和公路，交通运输方便。该区附近有动力厂、电厂，所需动力供给方便，经济合理。该区附近有大量的空地，日后有扩建的空间。而且，该化工区地处吉林市的东北部，该地区的主导风向为西南风和西北风，所以对市区居民的生活以及附近的工农业的生产均无影响。下游的污水处理厂能将工业污水和生活污水有效的处理，不会对松花江造成污染。所以，在该处建厂，为最正确的位置。1.2 生产方法及工艺设计1.2.1 生产方法的论证目前，乙丙橡胶的工业化生产工艺主要有三种：溶液聚合法、悬浮聚合法和气相聚合法。其中溶液聚合工艺是当今世界上乙丙橡胶生产的主导工艺，采用此工艺的装置能力约占世界乙丙橡胶总生产能力的77.2%，悬浮聚合法约占11.4%，气相法约占11.4%。1溶液聚合工艺 溶液聚合工艺的主要优点有:投资低，工艺最正确化。反响器的优化设计可满足反响物料混合的要求，能准确控制聚合反响工艺参数和产品质量，聚合物胶液浓度高而循环溶剂量少，聚合釜体积小但生产强度高，原料和循环单体不需要精制，催化剂效率高，三废中钒含量低，生产弹性大；生产操作费用低，装置年操作时间长，原料和催化剂的消耗低，采用先进控制系统对生产进行控制，技术比拟成熟，操作稳定，是工业生产的主要方法；产品质量具有极强的竞争力。工艺灵活性大，产品牌号切换灵活，切换废品量少，产品特性能够按照用户要求进行调整，产品牌号多，门尼值可在20160宽范围内调节，应用范围广泛，产品中催化剂残渣含量低，灰分含量较少，生产中次品少，质量稳定，重复性好，综合性能好，产品规格指标变化幅度窄和产品加工性能优异。缺乏之处是由于聚合在溶剂中进行，传质传热受到一定的限制，聚合物质量分数一般控制在6%9%，最高仅达11%14%，聚合效率低；由于使用溶剂，需要将其回收精制；后处理时需要从产品中脱出催化剂残渣；生产流程长，设备多，装置固定投资及操作本钱较高。2悬浮聚合工艺悬浮聚合法生产工艺的特点是生成的聚合物不溶于反响介质丙烯，体系黏度较低，转化率比拟高，聚合物的质量分数高达30% 35%，因而同样的设备生产能力却是溶液法的45倍；无溶剂回收精制和凝聚等工序，工艺流程简化，基建投资少；可生产相对分子质量较高的产品品种，产品本钱比溶液法低。缺乏之处是由于不用溶剂，残留催化剂别离比拟困难，产品品种牌号少，质量均匀性较差，灰分含量较高，其用途有一定的局限性，主要用于聚烯烃改性；聚合物为不溶于液态丙烯的悬浮粒子，使其保持悬浮状态较困难，尤其当聚合物浓度较高和出现少量凝胶时，反响釜易于挂胶，甚至发生设备管道堵塞现象，产品的电绝缘性能较差。3气相聚合工艺与溶液聚合法和悬浮聚合法技术相比，气相聚合法具有工艺流程短、不需要溶剂或稀释剂、几乎无三废排放，有利于生态环境保护，并且可以大幅度降低装置总投资和总生产本钱等优点。缺乏之处是产品中含有大量的炭黑，产品通用性较差，橡胶性能不适应某些用途需要，限制了它的使用范围。目前世界上虽然只有美国联碳公司一家企业采用该方法进行生产，但从长远观点来看，随着其技术的不断完善和优化，该工艺技术开展前景将十分广阔。本设计采用的生产方法是溶液聚合工艺，该生产工艺以Ziegler-Natta钒-铝催化体系为催化剂，正己烷为溶剂，乙叉降冰片烯(ENB为第三单体，氢气为分子量调节剂。为了提高催化剂的聚合活性及降低其用量，在催化体系中还可以参加促进剂。乙烯、丙稀和二烯烃在齐格勒纳塔型催化剂作用下，按配位聚合机理进行共聚合反响。1.2.2 工艺流程本设计的主要工艺流程为：1原料、催化剂和溶剂乙烯由界区外通过管道送入装置，由PRC0201控制压力为1200KPa，用FRCQ0203控制流量后送入乙烯气集管。丙烯由界区外由管道送入装置，用FRCQ0202控制流量后送入乙烯气集管。氢气由界区外由管道送入装置用C0201氢气压缩机进行压缩，用PRC0202控制C0203的出口压力为1200KPa，并用FRCQ0201控制流量后送入乙烯气集管。通过调节计量泵P0102，P0103，P0104的冲程，将所需的助催化剂按规定的比例送入R0201中。当生产EPT时，根据二烯烃单体的种类，用P0111或P0112将之送入R0201。2聚合反响当原料、催化剂、溶剂在R0201中经充分搅拌后，由P0101将主催化剂V-VX-Cat送入R0201中，并用HPHX以1.0t/h的流量对V-VX-Cat进行稀释，用E0205来的RHX提供聚合反响发生所需要的热量，聚合反响开始连续进行。当R0201釜中的聚合物溶液符合控制指标时，将聚合液由溢流管线送入R0202溢流釜中。通常将R0202的液位LRCS-202设定在40。R0202种的地方聚合物溶液由聚合流加料泵P0202送到T0201单体回收塔中部，为便于P0202泵的输送，防止聚合物的粘附，通过FI2001，以150L/h的流量用HPHX对P0202泵进行冲洗。R0201的操作压力是0.400.70MPa， 操作温度是3555。 3未反响单体的回收根据R0202的液位LRC0202控制进入T0201中的聚合溶液的量，在T0201塔中，未反响的单体经闪蒸而从塔的顶部进入T0202单体吸收塔中，为防止闪蒸气体中夹带有聚合物胶粒，在T0201塔的顶部以2t/h流量的LPHX进行喷淋，使夹带的胶粒重又回到塔底。T0201塔的操作条件是：顶部温度63.585.1，底部温度93.796.4，操作压力0.116Mpa。来自E0706的HX经PRCA0204控制压力为500KPa后，进入E0204B己烷加热器，用PRC0203控制7S的压力为600KPa、E0204A己烷蒸发器使己烷汽化，通过TRC0202控制蒸汽流量以使己烷蒸汽的温度为105EPT和160EPR汽化后的己烷进入T0201底部，作为单体闪蒸的热源。T0201塔底的聚合物溶液，进入Z0201过滤器，使凝胶等杂志得以过滤，过滤后的聚合物溶液，根据T0201的液位LRCA0201设定为50控制P0203聚合物进料泵出口阀LRCV0203的开度，将聚合物溶液送入R0301失活器中,当LRCV0221两侧的压差PDRS0223被启动，说明使用的Z0201过滤器堵塞，需要重新更换。从T0201顶部闪蒸出来的未反响单体进入T0202单体吸收塔顶部，在T0202塔的顶部同样参加了LPHX，以FRC0205控制其流量，对反响得单体进行吸收，为了提高LPHX中吸收的未反响单体数量使用250t/h流量的CCW，对经过T0202塔上部的闪蒸气体进行冷却，之后在T0202塔的下部再用ABR流量通过TRC0223控制对闪蒸气体冷凝。在T0202塔的底部，吸收了大量未反响单体的己烷，用泵P0204己烷循环泵，经E0205循环己烷加热器，仅开车时用，且出口温度TRC0202不宜超过60，送往R0201的底部，其流量由T0202的液位控制，通常T0202的液位LRC0202设定为30，另有一局部循环己烷那么与由P0206来的含有微量水的己烷一起从R0201顶部流入，其作用有两个：一是消泡；二是利用己烷中含有的微量水分杀死R0201挥发出来气体中含有的催化剂，防止可能发生的对反响热去除系统的影响。4反响热的去除聚合反响热通过循环气体和己烷蒸汽的显热和潜热得以去除。来自R0201的循环气体，经E0201高位冷却器、冷却介质CCW和E0202高位冷凝器、冷凝介质ABR的冷却和冷凝后，进入V0201顶部累积器，经冷却和冷凝后的循环气体温度大大下降，而有一局部液化，在V0201中的冷凝液体经过滤后进入P0201冷凝液循环泵，通过FRC0203将流量控制在3t/h把冷凝液送入反响釜R0201种。V0201的液位LRC0201通常设定在30，一旦超高，就启动阀门，加大送往R0201的冷凝液体量。V0201中的不凝气体，使用C0202循环气体鼓风机循环送入R0201种，其流量通过FRC0201来控制。如果R0201的聚合压力超高，就将不凝气体送往火炬系统烧掉以维持聚合压力的稳定。1.2.3 开车考前须知1.检查1对所有设备、管道、阀门、管件等进行全面检查、核对。2对各种仪表、仪器、调节阀、电动阀进行全面检查、调校、试用。3对电器设备、照明等具体送电条件的，送电试运行并进行检查。4配备消防器材，并对消防设备进行试用检查。5检查所有设备的气密性。2.生产准备情况，落实有关事项1确认已完成对设备和管线的吹扫和清洗。2确认通信联络系统：调度 、对讲 、火警 及行政 灵活好用。3确认平安设施：泄漏报警系统、火灾报警系统及消防系统、电器防爆系统、静电接地系统等状况良好，处于可操作和可使用状态。4确认工艺系统、设备、机器、管路等符合运转要求 。 5确认密封油系统已开始运转处于可使用状态。1.2.4 工艺设备选择本设计主要工艺设备如下表1-1所示：表1-1 设备一览表序号工艺位号设备名称台数型 式材 质备注1R0201反响器1立式圆筒型SA516-70+SB162衬2V0202溢流罐1立式圆筒型A-516-60+A240-316L3V0203顶部累积器1立式圆筒型A-516-60+A240-316L4E0201顶部冷凝器1BFM卧式865-5E0202顶部冷却器1BFM卧式865-6E0204己烷加热器1BEM卧式69.8-7E0203排放气冷凝器1BFM卧式865-8P0201AB己烷循环泵2离心式3HFN-374壳体：SCPH2转子：SCS13A9P0202AB聚合液加料泵2离心式175/100-400ID壳体：SCS16 转子：SCS1610P0203AB聚合溶液加料泵2离心式150/80-600PD壳体：SCS16转子：SCS1611T0201单体回收塔1蒸馏筛板式里：SA516-60-316LS内件：AISI30412T0202AB单体吸收塔2立式热交换器壳程：A-516-60管程：A-516-6013C0201循环气鼓风机1透平200TCSCS131.2.5 工艺控制条件本设计主要工艺控制条件如下表1-2所示：表1-2 4045牌号的标准操作条件一览表项 目操作条件项 目操作条件聚合ML控制范ML1+4100OC47-55乙烯、丙烯进料比wt56产品ML控制范围ML1+4100OC45+5H2/C20.111乙烯含量+2.5wt56C3/C23.00碘值+222乙烯浓度18充油量PHR丙烯浓度54挥发份wt氢气浓度2.0钒含量ppmL.t15乙烯容量T0.26主催化剂V-Cat丙烯容量T3.3二烯烃ENBCH3OH进了量t/h1.5HA-STB混合率20冲洗水进料量t/h5.0聚合负荷kg/h3480工艺蒸汽t/h1.0聚合温度OC45E-402蒸汽压kPa1200聚合压力kPa600树脂温度OC300主催化剂生产率340筛孔数150二烯烃转化率105PTW温度OC60T0201顶t/h2.0空气温度OCT0201底t/h22.1TK-502空气进料量m3/hT0202顶t/h7.4Z-530-1受压压力MPa10R0201聚合物浓度g/L-s87压块温度OC60-65C0201循环气m3/h4000Z-530-1受压时间秒6E0203B温度OC105HA-STB混合比率1.2.6 生产控制条件本设计主要生产条件及原料如下表1-3、表1-4所示：表1-3 分析工程一览表序号样品名称取样地点分析工程控制目标分析频率1干聚合物T0201底MFR1/4h1/2h2压缩机润滑油C0202粘度新油粘度15%1/月1/周表1-4 原料一览表样品名称取样地点分析工程控制指标分析频率1乙烯界区乙烯1/月1/周甲烷、乙烷、丙烷、丙烯乙炔氢气氧化有机物甲醇氧气水2丙烯界区总硫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氢气界区氢气1/月1/周甲醇氧气水总硫氢气甲烷4反响气氧气按需要1/月氢气氮气甲烷乙烷乙烯丙烯1.2.7 公用工程规格主要公用工程规格如以下表所示：表1-5 工艺水(过滤水)表压 力0.5+0.1MPa温 度122 OCFe2+Fe3+0.3mg/LCl-13mg/L氧耗量4mg/L溶氧量5mg/L可溶固体100mg/L可溶SiO212mg/L总硬度(CaCO3)1mg/LN/L总碱度(CaCO3)0.9mg/LN/L浊度3度PH表1-6 脱盐水表压 力温 度DEW0.45+0.05MPa20+10 OCHPDEW1.0 MPa20+10 OC表1-7 循环冷却水表压 力上水0.45+0.05MPa下水0.25+0.05MPa温 度上水31 OC下水41 OCFe2+Fe3+0.9mg/LCl-40mg/L氧耗量12mg/L可溶固体300mg/L可溶SiO236mg/L总碱度(CaCO3)3mg/LN/L总碱度(CaCO3)2.7mg/LN/L浊度10度PH78.5污垢热阻0.0000956m2h OC/KJ表1-8 电力表电 压型 式频 率高压6KV+7三相三线中性点不接地50+0.5Hz1.5 Hz低压380/220V+7三相五线中性点接地50+0.5Hz1.5 Hz表1-9 氮气表压 力温 度水含量油含量氧含量13N1.2 MPa环境温度5 volppm无20 volppm5N0.5 Mpa环境温度5 volppm无20 volppm2N0.15 MPa环境温度5 volppm无20 volppm表1-10 仪表空气无油表压力0.50.8MPa温度环境温度露点-40 OC0.6 MPa油含量无表1-11 装置空气表压力0.50.8MPa温度环境温度表1-12 蒸汽凝液表压力0.65+0.05MPa温度100 OC油含量无硬度2.5mmol/L铁100 mg/L表1-13 蒸汽表压 力温 度中压蒸汽25S2.5+0.2MPa250+10 OC低压蒸汽 (7S)0.7+0.1MPa200+10 OC表1-14 消防水表压 力温 度低压消防水0.5+0.1MPa122 OC高压消防水0.8 MPa122 OC1.3 技术经济评价1原料、辅助材料的费用的计算乙烯：369772004200/1000=11180万元/年丙稀：270972005000/1000=9752万元/年ENB： 76572008000/1000=4406万元/年催化剂：12.572001000=9000万元/年其他费用：250001000=2500万元/年总费用：11180+9752+4406+9000+2500=36838万元/年2车间经费：总费用10=368380.1=3683.8万元/年3工人工资：30000100=300万元/年4水、电、汽费用：总费用10=368380.1=3683.8万元/年5总本钱：总费用+车间经费+工人工资+水、电、汽费用=36838+3683.8+300+3683.8=44205.6万元/年6销售收入：500002.2=110000万元/年7税金：1100000.17=18700万元/年8利润：110000-18700-44205.6=47094万元/年9回收期期：110000/18700+0.0791918700=5.45年第 2 章 聚合工段工艺介绍2.1 聚合工段生产工艺示意图图2-1聚合工段生产工艺示意图2.2 聚合工段工艺过程表达该工艺是在既可以溶解产品,又可溶解单体和催化体系的溶剂中进行的均相反响。通常以正己烷为溶剂。采用V-Al催化剂体系,聚合温度为30-60,聚合压力为0.4-0.8MPa 。用氢气作分子量调节剂，聚合反响热量由丙烯的蒸发而除去。首先，新鲜的单体和溶剂与回收的乙烯、丙烯及溶剂混合经预冷后，与催化剂一起进入带搅拌的聚合反响釜R0201。从聚合釜出来的反响物打入闪蒸塔T0201，经闪蒸回收，未反响的单体乙烯、丙烯从塔顶出料，再经吸收塔T0202对单体吸收循环使用；聚合物和第三单体从T0201塔釜出料并送至催化剂失活与洗涤工段。第 3 章 物料及热量衡算3.1 计算根底本设计的根底依据为：（1） 年产量： 5万吨。（2） 年工作日：300天,7200小时。（3） 废胶损失率：1。 （4） 乙烯、丙烯、ENB的单程转化率分别为：17.35、3.02、83.29。（5） 乙烯、丙烯、ENB的总转化率分别为：99.9，98.9，84.3。（6） 每小时生产合格胶料量： （7） 主要原料指标见下表：表3-1 主要原料一览表原料指标乙烯纯度99.9%丙烯纯度含丙烷99.9%（8） 乙丙橡胶质量组成：乙烯：丙烯：ENB=52.6:38.2:9.2。（9） 进料中氢气和乙烯的比值：1：10450。（10） 各股物料计算中乙烯、丙烯、乙叉降冰片烯、丙烷、己烷、氢气、氮气、胶料组分数下标分别为1、2、3、4、5、6、7、8。（11） 安托因公式：LogPv=AB/(t+C)主要原料的安托因子如表3-2所示：表3-2 安托因子一览表安托因子ABC使用温度范围乙烯5.87246585255-15391丙烯5.9445785.85247-112-32丙烷5.9288803.81246.99-108-25己烷5.995191168.72224.21-2592氢气5.0457771.615276.337-260-248氮气5.6193255.68266.55-219-1833.2 物料衡算及热量衡算3.2.1 加料量及去单体回收工段的量1新鲜进料量乙烯的进料量=丙烯的进料量=丙烷的进料量=ENB的进料量= 己烷及氮气进料量如表3-3 所示：表3-3 己烷及氮气进料量表序号H11H12H13H14H15H2H31H32己烷kg/h5001750500500100046500500012500氮气kg/h-1.250.240.392去单体回收工段物料量：各组分回收物料量=新鲜进料量-反响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氢气回收物料量=0.354 kg/h氮气回收物料量=3聚合工段出料量胶料的量=7014.60kg/hENB出料量=ENB进料量1-总转化率=4过程物料平衡表表3-4 过程物料平衡表kg/h组分乙烯丙烯丙烷ENB己烷氢气氮气胶料总计进料3697.072709.3813.61765.31682500.351.88-75437.6回收7.3926.3013.61-0.351.88-49.15出料-120.2068250-7014.6075384.83.2.2 T0201物料及热量衡算1计算依据1乙丙橡胶的年产量50000吨/年，即7014.60kg/h 2T0201进口原料的组成为： 3进料总量L2=2物料衡算1进料中各组分的量及组分数某组分流量=总流量L2该组分质量分数乙烯含量=丙烯含量=ENB含量= 丙烷含量=己烷含量=氢气含量=氮气含量= HX总含量=胶料含量=7014.60kg/h塔釜的温度为942,塔顶出料温度为754,按清析分割法乙烯、丙烯、丙烷、氢气、氮气等清组分全部以气体状态从塔顶出料，塔釜流出液中仅包括局部己烷、胶料和ENB。2T0201塔釜出口物料中各组分的量ENB含量=ENB进料量=己烷含量胶料出料量7014.60kg/h根据过程物料衡算,进入聚合工段的己烷全部从T-0201塔釜流出。3T0201塔顶出口中各组分的量及组分数乙烯含量=乙烯进料量=丙烯含量=丙烯进料量=丙烷含量=丙烷进料量=己烷含量=总进料量-塔釜出料量= 氢气含量=氮气含量=表3-5 T0201物料平衡表D2F3L3组分质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔量/kmol乙烯449.9616.07449.9616.0700丙烯7000166.677000166.6700ENB119.260.9800119.260.98丙烷764.2817.37764.2817.3700己烷90856.91056.4823106.9268.6867750787.80氢气0.200.100.200.1000氮气10.920.3910.920.3900胶料7014.60-007014.60-总量 1258.06 469.28 788.78总量106216.1231332.2674883.86总计106216.12106216.123热量衡算a.计算依据 1选择温度为0时各组分的焓值为0kJ2各物质0-t的平均定压热容如表3-6 所示：表3-6 物质0t的平均定压热容表物质乙烯丙稀丙烷己烷Cp/kJ/(kmolK)075.4(g)44.87665.92676.170148.060105(g)-153.927045(l)84.859100.239106.335194.735094.5(l)89.916103.873110.127203.255b进料及液化带进热量1F3进料的条件T=45，压力P=0.586MPa；带进的热量= 2H2进料条件T=105，P=0.122MPa；带进的热量:3己烷105时的蒸发焓26269kJ/kmol，液化放出的热量: 4H13，H31进料条件T=40，P=0.66MPa；带进的热量:c.出料及汽化带出热量1D2出料温度T=75.4,P=0.116MPa；带出的热量： =2L3出料条件T=94.5,P=0.126MPa；从塔釜流出的物料中己烷质量百分含量达90，带出大局部的热量。胶料和ENB质量百分含量约10，取带的热量为溶剂带出热量5。塔釜出料带走的热量Q6:3T-0201塔内平均温度=85。丙烯，丙烷，己烷在各自的正常沸点的摩尔汽化焓值 (kJ/kmol)： 18410，18774。根据下式： ， TC表示临界温度得时的摩尔蒸发焓 (kJ/kmol)6036，7159。那么汽化带出的热量：4进料热量与出料及汽化带出热量之差值：进出料带入和带出热量的差值可以作为热量损失，它的热量损失率小于5%，符合设计要求。3.2.3 T0202物料和热量衡算1.物料衡算1T0202进口中各组分的量乙烯、丙烯、丙烷的进料量等于T0201塔顶的出料量，即：乙烯含量=丙烯含量=丙烷含量=己烷含量=氢气含量=氮气含量=2进料各组分的摩尔分数： 公式：i=1,2,37由闪蒸程序(见附录)，求得 T=70.2，P=586kPa时，汽液别离系数=0.2449, 液相摩尔总量464.11kmol/h,汽相摩尔总量=150.52kmol/h。T0202塔釜液相各组分的摩尔组成：T2021塔釜汽相各组分的摩尔组成：3液相出料中各组分的含量:某组分流量乙烯含量=丙烯含量=丙烷含量=己烷含量=氢气含量=氮气含量=4气相中各组分的含量:某组分流量乙烯含量=丙烯含量=丙烷含量=己烷含量=氢气含量=T0202的物料平衡表如表3-7所示：表3-7 T0202物料平衡表工程D2R4L4组分质量/kg摩尔量/kmol 质量/kg摩尔量/kmol 质量/kg摩尔量/kmolC2H4449.9316.07390.6013.9559.362.12C3H67000.14166.674329.834103.092670.3263.54C3H8764.2817.37442.2010.05322.087.32HX35606.588414.031972.3722.9533634.1391.16氢气0.20.10.1950.09740.0050.0025氮气10.920.3910.640.380.260.0094总量614.63150.50164.13总量43831.977145.83536686.125合计43831.9743831.962.热量衡算 1计算依据 选择温度为0时各组分的焓值为0kJ。2各物料的平均定压热容如下表3-8 所示:表3-8 T0202各物料平均定压热容表物质乙烯丙稀丙烷己烷Cp/KJ/(KmolK)070.2(g)44.59465.49675.611147.014040(l)84.38399.894105.976193.954070.2(l)87.356102.038108.212198.8943进料及组分溶解、液化带入的热量D2进料温度T=75.4,P=0.116MPa；带入的热量： =H32进料温度T=40,P=0.66MPa；带进的热量为：丙稀、丙烷、己烷在T=73的蒸发焓H5(kJ/kmol)：9061,9995,28756时放出的热量： 4出料带出热量R4出料温度T=70.2，P=0.586MPa；那么带出的热量： L4出料温度T=70.2,P=0.586MPa；那么带出的热量：=5进料带出的热量与出料热量之差这些热量通过换热冷却循环水带走。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又分为R2和R3两股流量，R2:R3=1.5:1；求得表3-9 物料分配工程乙烯丙稀丙烷己烷氢气氮气R2R335.6223.741602.191068.13199.25128.8319780.4613853.640.0030.0020.1560.1042.各组分进料量进料量R=R1+R3+R4乙烯含量=丙烯含量=丙烷含量=己烷含量=氢气含量=氮气含量=进料各组分的摩尔分数： 由程序求得 T=9.5，P=586kPa时，汽液别离系数=0.7852,液相摩尔总量726.64kmol,汽相摩尔总量2656.24kmol。液相各组分的摩尔组成： 汽相各组分的摩尔组成：3.液相中各组分流量乙烯含量=丙烯含量=丙烷含量=己烷含量=氢气含量=氮气含量=4.气相中各组分流量乙烯含量=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氢气含量=氮气含量=5.V0202的物料平衡如表3-10 所示：表3-10 V0202物料平衡表工程RL1D1组分质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔/kmol乙烯17541.15626.47593.3121.1916947.84605.28丙烯83829.651995.9414604.66347.7369224.41648.20丙烷8402.15190.961718.1139.056684.04151.91己烷29033.89337.60273483181685.619.60氢气117.7458.870.30.15117.458.70氮气4845.22173.0415.690.564829.15172.47总量/kmol3382.88726.682656.16总量/kg143769.8 44280.07 99488.43合计143769.8 143768.53.2.5 R0201物料及热量衡算1.物料衡算1计算依据 2各组分液体出料量 3各组分液相出料量求液相各组分出料量 45时586KPa下查得相平衡常数分别为:汽相各组分的摩尔分数氢气的含量=氮气的含量=4各组分进料量进料MFRR2H11+H12+新鲜进料F1-去单体回收单元乙烯含量=丙烯含量=ENB含量=丙烷含量=己烷含量=氢气含量=氮气含量=R0201的物料平衡如表3-11所示：表3-11 R0201物料平衡表工程 MFRpR1组分质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔量/kmol乙烯21266.45759.52449.9316.0717126.76611.67丙烯88114.922097.977000.14166.6778431.691867.42ENB765.616.26119.850.9800丙烷8601.4195.49764.2817.377831.12177.98己烷41651.80484.3238856.52451.8213207.88153.58氢气117.7458.870.20.1117.5458.77氮气4845.38173.0510.920.394834.48172.66胶料- 7014.60 -总量3775.48653.43042.08总量16536.3347201.84121549.47总计16536.33168751.312.热量衡算1计算依据 选择温度为0时各组分的焓值为0 kJ。2各物料的平均定压热容如表3-12所示：表3-12 物料平均定压热容表物质乙烯丙稀丙烷己烷Cp/kJ/(kmolK)09.5(g) 41.21960.35768.906134.473042(g)43.15563.29472.720141.62209.5(l)81.61497.884103.876189.50604.4(l)81.17497.563103.541188.815020(l)82.54198.559104.591190.976045(l)84.859100.239106.335194.7353各组分进料带入的热量新鲜物料进料温度T=20，P=0.586Mpa，乙烯、丙稀分别以气体