5萬噸年乙丙橡膠裝置聚合工段工藝設(shè)計(jì) 優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

化工與材料工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5萬噸/年乙丙橡膠裝置聚合工段工藝設(shè)計(jì)50,000 tons/year ethylene-propylene rubber polymer devices section process design 學(xué)生學(xué)號 學(xué)生姓名專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 完成日期吉林化工學(xué)院Jilin Institute of Chemical Technology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生產(chǎn)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(yīng)用領(lǐng)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(yùn)動(dòng)場地及各類機(jī)械部件等應(yīng)用領(lǐng)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(lǐng)域。本次設(shè)計(jì)年產(chǎn)5萬噸乙丙橡膠裝置聚合工段的工藝設(shè)計(jì),乙丙橡膠聚合反響采用溶液聚合工藝，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(chǎn)原理、聚合方法、工藝流程等工作的根底上，進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算、反響器等設(shè)備的相關(guān)計(jì)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(jì)算反響器R0201的公稱直徑為5658mm,高度為9053mm，確定了聚合加料泵的揚(yáng)程為30.12m,以及該泵的軸功率7.5kw,V0201貯罐的總體積37 m3。并且繪制了反響器的管道布置圖、帶控制點(diǎn)的流程圖、編制了設(shè)計(jì)說明書等。關(guān)鍵詞：乙丙橡膠 ；溶液聚合 ；工藝設(shè)計(jì)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目錄摘要IAbstractII第 1 章 設(shè)計(jì)說明書11.1 緒 論1 設(shè)計(jì)依據(jù)1 指導(dǎo)思想1 設(shè)計(jì)必要性1 車間布置2 廠址的選擇21.2 生產(chǎn)方法及工藝設(shè)計(jì)2 生產(chǎn)方法的論證2 工藝流程4 開車考前須知5 工藝設(shè)備選擇6本設(shè)計(jì)主要工藝設(shè)備如下表1-1所示：6 工藝控制條件7 生產(chǎn)控制條件7 公用工程規(guī)格81.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)11第 2 章 聚合工段工藝介紹122.1 聚合工段生產(chǎn)工藝示意圖122.2 聚合工段工藝過程表達(dá)12第 3 章 物料及熱量衡算133.1 計(jì)算根底133.2 物料衡算及熱量衡算14 加料量及去單體回收工段的量143.2.2 T0201物料及熱量衡算153.2.3 T0202物料和熱量衡算183.2.4 V0202物料衡算213.2.5 R0201物料及熱量衡算23第 4 章 設(shè)備衡算274.1 R0201反響器27 計(jì)算依據(jù)27 計(jì)算反響器的公稱直徑及高度27 攪拌功率的計(jì)算274.2 E0205己烷加熱器28 計(jì)算依據(jù)28 初選換熱器284.3 聚合加料泵計(jì)算31 計(jì)算依據(jù)31 確定泵的揚(yáng)程32 計(jì)算泵軸功率33 泵的選型334.4 V0201貯罐33 計(jì)算依據(jù)33 設(shè)計(jì)計(jì)算與選型33結(jié) 論34參 考 文 獻(xiàn)35附 錄36致謝39第 1 章 設(shè)計(jì)說明書1.1 緒 論1.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)本設(shè)計(jì)的依據(jù)主要包括：（1） 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書。（2） ?化工工藝手冊?等。（3） 化學(xué)工業(yè)部發(fā)布的?化工工藝設(shè)計(jì)施工圖內(nèi)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(dǎo)思想本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想主要包括：（1） 為了確保產(chǎn)品的質(zhì)量，生產(chǎn)過程的平安，采用溶液聚合生產(chǎn)技術(shù)。（2） 生產(chǎn)過程采用機(jī)械化操作，自動(dòng)控制。（3） 危險(xiǎn)易燃易爆的場所，設(shè)計(jì)采用可靠的控制，報(bào)警消防設(shè)施。（4） 生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的三廢要經(jīng)過處理之后再排放，以保證環(huán)保的要求。（5） 為了保證生產(chǎn)正常進(jìn)行和操作人員的平安，廠房、車間、設(shè)備布置要嚴(yán)格按土建標(biāo)準(zhǔn)。1.1.3 設(shè)計(jì)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(xiàn)出高度的化學(xué)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(xué)品性和電絕緣性，因而乙丙橡膠被譽(yù)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(jī)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性等優(yōu)點(diǎn)。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(jià)廉、易得，用途廣泛，因此成為20世紀(jì)80年代以來世界幾大合成橡膠品種中開展最快的一種，目前其產(chǎn)能和消費(fèi)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(jù)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(chǎn)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(chǎn)品仍以釩系、鋁系和鈦系為主。茂金屬乙丙橡膠雖然研究進(jìn)展較快,已進(jìn)入工業(yè)化，但產(chǎn)品仍處在應(yīng)用開發(fā)階段。目前，世界乙丙橡膠的生產(chǎn)能力總體過剩，但我國的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量卻不能滿足國內(nèi)實(shí)際生產(chǎn)的需求，每年都得大量進(jìn)口，開發(fā)利用前景廣闊。中國唯一乙丙橡膠生產(chǎn)廠商是中國石油吉林石化公司。2021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(chǎn)，使中國乙丙橡膠產(chǎn)能增至4.5萬噸/年，但市場供給量僅為1.93萬噸，表觀消費(fèi)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(yīng)的潛在市場驅(qū)動(dòng)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(diǎn)工程之一。所以，現(xiàn)在新增1套50kt/a的乙丙橡膠裝置已是當(dāng)務(wù)之急。1.1.4 車間布置本設(shè)計(jì)車間設(shè)備布置，不但能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，同時(shí)也考慮了設(shè)備的安裝以及檢修方便，設(shè)備布置整齊有序，而且節(jié)約空地。設(shè)備的布置既要緊湊，又要滿足生產(chǎn)工藝和安裝要求。生產(chǎn)裝置界區(qū)，在滿足生產(chǎn)工藝和平安生產(chǎn)的根底之上，要盡可能的縮短裝卸物料線。依照滿足工藝條件的原那么，首先確定主設(shè)備的位置，其他設(shè)備要盡可能圍繞在主設(shè)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(yīng)該有樓梯和平安通道，車間內(nèi)配有必要的放火防爆設(shè)施，同時(shí)還應(yīng)該配有簡單急救的設(shè)施。閥門、儀表等部件離地面的距離應(yīng)該較近，以便于手工操作和檢修。設(shè)備區(qū)和人行區(qū)等應(yīng)該界區(qū)明確，工藝流程平安通暢。1.1.5 廠址的選擇該車間應(yīng)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(zhì)優(yōu)良。這里是中國最早也是最大的化工生產(chǎn)基地，原料充足、便利。同時(shí)，緊鄰鐵路和公路，交通運(yùn)輸方便。該區(qū)附近有動(dòng)力廠、電廠，所需動(dòng)力供給方便，經(jīng)濟(jì)合理。該區(qū)附近有大量的空地，日后有擴(kuò)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(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)和西北風(fēng)，所以對市區(qū)居民的生活以及附近的工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)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(huì)對松花江造成污染。所以，在該處建廠，為最正確的位置。1.2 生產(chǎn)方法及工藝設(shè)計(jì)1.2.1 生產(chǎn)方法的論證目前，乙丙橡膠的工業(yè)化生產(chǎn)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(dāng)今世界上乙丙橡膠生產(chǎn)的主導(dǎo)工藝，采用此工藝的裝置能力約占世界乙丙橡膠總生產(chǎn)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(diǎn)有:投資低，工藝最正確化。反響器的優(yōu)化設(shè)計(jì)可滿足反響物料混合的要求，能準(zhǔn)確控制聚合反響工藝參數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)強(qiáng)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(chǎn)彈性大；生產(chǎn)操作費(fèi)用低，裝置年操作時(shí)間長，原料和催化劑的消耗低，采用先進(jìn)控制系統(tǒng)對生產(chǎn)進(jìn)行控制，技術(shù)比擬成熟，操作穩(wěn)定，是工業(yè)生產(chǎn)的主要方法；產(chǎn)品質(zhì)量具有極強(qiáng)的競爭力。工藝靈活性大，產(chǎn)品牌號切換靈活，切換廢品量少，產(chǎn)品特性能夠按照用戶要求進(jìn)行調(diào)整，產(chǎn)品牌號多，門尼值可在20160寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)用范圍廣泛，產(chǎn)品中催化劑殘?jiān)康?，灰分含量較少，生產(chǎn)中次品少，質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好，綜合性能好，產(chǎn)品規(guī)格指標(biāo)變化幅度窄和產(chǎn)品加工性能優(yōu)異。缺乏之處是由于聚合在溶劑中進(jìn)行，傳質(zhì)傳熱受到一定的限制，聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在6%9%，最高僅達(dá)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(shí)需要從產(chǎn)品中脫出催化劑殘?jiān)?；生產(chǎn)流程長，設(shè)備多，裝置固定投資及操作本錢較高。2懸浮聚合工藝懸浮聚合法生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)是生成的聚合物不溶于反響介質(zhì)丙烯，體系黏度較低，轉(zhuǎn)化率比擬高，聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)30% 35%，因而同樣的設(shè)備生產(chǎn)能力卻是溶液法的45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(chǎn)相對分子質(zhì)量較高的產(chǎn)品品種，產(chǎn)品本錢比溶液法低。缺乏之處是由于不用溶劑，殘留催化劑別離比擬困難，產(chǎn)品品種牌號少，質(zhì)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(dāng)聚合物濃度較高和出現(xiàn)少量凝膠時(shí)，反響釜易于掛膠，甚至發(fā)生設(shè)備管道堵塞現(xiàn)象，產(chǎn)品的電絕緣性能較差。3氣相聚合工藝與溶液聚合法和懸浮聚合法技術(shù)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(hù)，并且可以大幅度降低裝置總投資和總生產(chǎn)本錢等優(yōu)點(diǎn)。缺乏之處是產(chǎn)品中含有大量的炭黑，產(chǎn)品通用性較差，橡膠性能不適應(yīng)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(lián)碳公司一家企業(yè)采用該方法進(jìn)行生產(chǎn)，但從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來看，隨著其技術(shù)的不斷完善和優(yōu)化，該工藝技術(shù)開展前景將十分廣闊。本設(shè)計(jì)采用的生產(chǎn)方法是溶液聚合工藝，該生產(chǎn)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(diào)節(jié)劑。為了提高催化劑的聚合活性及降低其用量，在催化體系中還可以參加促進(jìn)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(jī)理進(jìn)行共聚合反響。1.2.2 工藝流程本設(shè)計(jì)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(jī)進(jìn)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(diào)節(jié)計(jì)量泵P0102，P0103，P0104的沖程，將所需的助催化劑按規(guī)定的比例送入R0201中。當(dāng)生產(chǎn)EPT時(shí)，根據(jù)二烯烴單體的種類，用P0111或P0112將之送入R0201。2聚合反響當(dāng)原料、催化劑、溶劑在R0201中經(jīng)充分?jǐn)嚢韬?，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(jìn)行稀釋，用E0205來的RHX提供聚合反響發(fā)生所需要的熱量，聚合反響開始連續(xù)進(jìn)行。當(dāng)R0201釜中的聚合物溶液符合控制指標(biāo)時(shí)，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(shè)定在40。R0202種的地方聚合物溶液由聚合流加料泵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(jìn)行沖洗。R0201的操作壓力是0.400.70MPa， 操作溫度是3555。 3未反響單體的回收根據(jù)R0202的液位LRC0202控制進(jìn)入T0201中的聚合溶液的量，在T0201塔中，未反響的單體經(jīng)閃蒸而從塔的頂部進(jìn)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(jìn)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63.585.1，底部溫度93.796.4，操作壓力0.116Mpa。來自E0706的HX經(jīng)PRCA0204控制壓力為500KPa后，進(jìn)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105EPT和160EPR汽化后的己烷進(jìn)入T0201底部，作為單體閃蒸的熱源。T0201塔底的聚合物溶液，進(jìn)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(jù)T0201的液位LRCA0201設(shè)定為50控制P0203聚合物進(jìn)料泵出口閥LRCV0203的開度，將聚合物溶液送入R0301失活器中,當(dāng)LRCV0221兩側(cè)的壓差PDRS0223被啟動(dòng)，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響單體進(jìn)入T0202單體吸收塔頂部，在T0202塔的頂部同樣參加了LPHX，以FRC0205控制其流量，對反響得單體進(jìn)行吸收，為了提高LPHX中吸收的未反響單體數(shù)量使用250t/h流量的CCW，對經(jīng)過T0202塔上部的閃蒸氣體進(jìn)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，吸收了大量未反響單體的己烷，用泵P0204己烷循環(huán)泵，經(jīng)E0205循環(huán)己烷加熱器，僅開車時(shí)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(shè)定為30，另有一局部循環(huán)己烷那么與由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(gè)：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，防止可能發(fā)生的對反響熱去除系統(tǒng)的影響。4反響熱的去除聚合反響熱通過循環(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(jīng)E0201高位冷卻器、冷卻介質(zhì)CCW和E0202高位冷凝器、冷凝介質(zhì)ABR的冷卻和冷凝后，進(jìn)入V0201頂部累積器，經(jīng)冷卻和冷凝后的循環(huán)氣體溫度大大下降，而有一局部液化，在V0201中的冷凝液體經(jīng)過濾后進(jìn)入P0201冷凝液循環(huán)泵，通過FRC0203將流量控制在3t/h把冷凝液送入反響釜R0201種。V0201的液位LRC0201通常設(shè)定在30，一旦超高，就啟動(dòng)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(fēng)機(jī)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 開車考前須知1.檢查1對所有設(shè)備、管道、閥門、管件等進(jìn)行全面檢查、核對。2對各種儀表、儀器、調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)閥進(jìn)行全面檢查、調(diào)校、試用。3對電器設(shè)備、照明等具體送電條件的，送電試運(yùn)行并進(jìn)行檢查。4配備消防器材，并對消防設(shè)備進(jìn)行試用檢查。5檢查所有設(shè)備的氣密性。2.生產(chǎn)準(zhǔn)備情況，落實(shí)有關(guān)事項(xiàng)1確認(rèn)已完成對設(shè)備和管線的吹掃和清洗。2確認(rèn)通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)：調(diào)度 、對講 、火警 及行政 靈活好用。3確認(rèn)平安設(shè)施：泄漏報(bào)警系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)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(rèn)工藝系統(tǒng)、設(shè)備、機(jī)器、管路等符合運(yùn)轉(zhuǎn)要求 。 5確認(rèn)密封油系統(tǒng)已開始運(yùn)轉(zhuǎn)處于可使用狀態(tài)。1.2.4 工藝設(shè)備選擇本設(shè)計(jì)主要工藝設(shè)備如下表1-1所示：表1-1 設(shè)備一覽表序號工藝位號設(shè)備名稱臺(tái)數(shù)型 式材 質(zhì)備注1R0201反響器1立式圓筒型SA516-70+SB162襯2V0202溢流罐1立式圓筒型A-516-60+A240-316L3V0203頂部累積器1立式圓筒型A-516-60+A240-316L4E0201頂部冷凝器1BFM臥式865-5E0202頂部冷卻器1BFM臥式865-6E0204己烷加熱器1BEM臥式69.8-7E0203排放氣冷凝器1BFM臥式865-8P0201AB己烷循環(huán)泵2離心式3HFN-374殼體：SCPH2轉(zhuǎn)子：SCS13A9P0202AB聚合液加料泵2離心式175/100-400ID殼體：SCS16 轉(zhuǎn)子：SCS1610P0203AB聚合溶液加料泵2離心式150/80-600PD殼體：SCS16轉(zhuǎn)子：SCS1611T0201單體回收塔1蒸餾篩板式里：SA516-60-316LS內(nèi)件：AISI30412T0202AB單體吸收塔2立式熱交換器殼程：A-516-60管程：A-516-6013C0201循環(huán)氣鼓風(fēng)機(jī)1透平200TCSCS131.2.5 工藝控制條件本設(shè)計(jì)主要工藝控制條件如下表1-2所示：表1-2 4045牌號的標(biāo)準(zhǔn)操作條件一覽表項(xiàng) 目操作條件項(xiàng) 目操作條件聚合ML控制范ML1+4100OC47-55乙烯、丙烯進(jìn)料比wt56產(chǎn)品ML控制范圍ML1+4100OC45+5H2/C20.111乙烯含量+2.5wt56C3/C23.00碘值+222乙烯濃度18充油量PHR丙烯濃度54揮發(fā)份wt氫氣濃度2.0釩含量ppmL.t15乙烯容量T0.26主催化劑V-Cat丙烯容量T3.3二烯烴ENBCH3OH進(jìn)了量t/h1.5HA-STB混合率20沖洗水進(jìn)料量t/h5.0聚合負(fù)荷kg/h3480工藝蒸汽t/h1.0聚合溫度OC45E-402蒸汽壓kPa1200聚合壓力kPa600樹脂溫度OC300主催化劑生產(chǎn)率340篩孔數(shù)150二烯烴轉(zhuǎn)化率105PTW溫度OC60T0201頂t/h2.0空氣溫度OCT0201底t/h22.1TK-502空氣進(jìn)料量m3/hT0202頂t/h7.4Z-530-1受壓壓力MPa10R0201聚合物濃度g/L-s87壓塊溫度OC60-65C0201循環(huán)氣m3/h4000Z-530-1受壓時(shí)間秒6E0203B溫度OC105HA-STB混合比率1.2.6 生產(chǎn)控制條件本設(shè)計(jì)主要生產(chǎn)條件及原料如下表1-3、表1-4所示：表1-3 分析工程一覽表序號樣品名稱取樣地點(diǎn)分析工程控制目標(biāo)分析頻率1干聚合物T0201底MFR1/4h1/2h2壓縮機(jī)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(diǎn)分析工程控制指標(biāo)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(jī)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反響氣氧氣按需要1/月氫氣氮?dú)饧淄橐彝橐蚁┍?.2.7 公用工程規(guī)格主要公用工程規(guī)格如以下表所示：表1-5 工藝水(過濾水)表壓 力0.5+0.1MPa溫 度122 OCFe2+Fe3+0.3mg/LCl-13mg/L氧耗量4mg/L溶氧量5mg/L可溶固體100mg/L可溶SiO212mg/L總硬度(CaCO3)1mg/LN/L總堿度(CaCO3)0.9mg/LN/L濁度3度PH表1-6 脫鹽水表壓 力溫 度DEW0.45+0.05MPa20+10 OCHPDEW1.0 MPa20+10 OC表1-7 循環(huán)冷卻水表壓 力上水0.45+0.05MPa下水0.25+0.05MPa溫 度上水31 OC下水41 OCFe2+Fe3+0.9mg/LCl-40mg/L氧耗量12mg/L可溶固體300mg/L可溶SiO236mg/L總堿度(CaCO3)3mg/LN/L總堿度(CaCO3)2.7mg/LN/L濁度10度PH78.5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(diǎn)不接地50+0.5Hz1.5 Hz低壓380/220V+7三相五線中性點(diǎn)接地50+0.5Hz1.5 Hz表1-9 氮?dú)獗韷?力溫 度水含量油含量氧含量13N1.2 MPa環(huán)境溫度5 volppm無20 volppm5N0.5 Mpa環(huán)境溫度5 volppm無20 volppm2N0.15 MPa環(huán)境溫度5 volppm無20 volppm表1-10 儀表空氣無油表壓力0.50.8MPa溫度環(huán)境溫度露點(diǎn)-40 OC0.6 MPa油含量無表1-11 裝置空氣表壓力0.50.8MPa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25S2.5+0.2MPa250+10 OC低壓蒸汽 (7S)0.7+0.1MPa200+10 OC表1-14 消防水表壓 力溫 度低壓消防水0.5+0.1MPa122 OC高壓消防水0.8 MPa122 OC1.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)1原料、輔助材料的費(fèi)用的計(jì)算乙烯：3697×7200×4200/1000=11180萬元/年丙?。?709×7200×5000/1000=9752萬元/年ENB： 765×7200×8000/1000=4406萬元/年催化劑：12.5×7200×1000=9000萬元/年其他費(fèi)用：25000×1000=2500萬元/年總費(fèi)用：11180+9752+4406+9000+2500=36838萬元/年2車間經(jīng)費(fèi)：總費(fèi)用×10=36838×0.1=3683.8萬元/年3工人工資：30000×100=300萬元/年4水、電、汽費(fèi)用：總費(fèi)用×10=36838×0.1=3683.8萬元/年5總本錢：總費(fèi)用+車間經(jīng)費(fèi)+工人工資+水、電、汽費(fèi)用=36838+3683.8+300+3683.8=44205.6萬元/年6銷售收入：50000×2.2=110000萬元/年7稅金：110000×0.17=18700萬元/年8利潤：110000-18700-44205.6=47094萬元/年9回收期期：110000/18700+0.07919×18700=5.45年第 2 章 聚合工段工藝介紹2.1 聚合工段生產(chǎn)工藝示意圖圖2-1聚合工段生產(chǎn)工藝示意圖2.2 聚合工段工藝過程表達(dá)該工藝是在既可以溶解產(chǎn)品,又可溶解單體和催化體系的溶劑中進(jìn)行的均相反響。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(diào)節(jié)劑，聚合反響熱量由丙烯的蒸發(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(jīng)預(yù)冷后，與催化劑一起進(jìn)入帶攪拌的聚合反響釜R0201。從聚合釜出來的反響物打入閃蒸塔T0201，經(jīng)閃蒸回收，未反響的單體乙烯、丙烯從塔頂出料，再經(jīng)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 3 章 物料及熱量衡算3.1 計(jì)算根底本設(shè)計(jì)的根底依據(jù)為：（1） 年產(chǎn)量： 5萬噸。（2） 年工作日：300天,7200小時(shí)。（3） 廢膠損失率：1。 （4） 乙烯、丙烯、ENB的單程轉(zhuǎn)化率分別為：17.35、3.02、83.29。（5） 乙烯、丙烯、ENB的總轉(zhuǎn)化率分別為：99.9，98.9，84.3。（6） 每小時(shí)生產(chǎn)合格膠料量： （7） 主要原料指標(biāo)見下表：表3-1 主要原料一覽表原料指標(biāo)乙烯純度99.9%丙烯純度含丙烷99.9%（8） 乙丙橡膠質(zhì)量組成：乙烯：丙烯：ENB=52.6:38.2:9.2。（9） 進(jìn)料中氫氣和乙烯的比值：1：10450。（10） 各股物料計(jì)算中乙烯、丙烯、乙叉降冰片烯、丙烷、己烷、氫氣、氮?dú)?、膠料組分?jǐn)?shù)下標(biāo)分別為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 安托因子一覽表安托因子ABC使用溫度范圍乙烯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氫氣5.0457771.615276.337-260-248氮?dú)?.6193255.68266.55-219-1833.2 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(jìn)料量乙烯的進(jìn)料量=丙烯的進(jìn)料量=丙烷的進(jìn)料量=ENB的進(jìn)料量= 己烷及氮?dú)膺M(jìn)料量如表3-3 所示：表3-3 己烷及氮?dú)膺M(jìn)料量表序號H11H12H13H14H15H2H31H32己烷kg/h5001750500500100046500500012500氮?dú)鈑g/h-1.250.240.392去單體回收工段物料量：各組分回收物料量=新鮮進(jìn)料量-反響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?dú)饣厥瘴锪狭?3聚合工段出料量膠料的量=7014.60kg/hENB出料量=ENB進(jìn)料量1-總轉(zhuǎn)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己烷氫氣氮?dú)饽z料總計(jì)進(jìn)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物料及熱量衡算1計(jì)算依據(jù)1乙丙橡膠的年產(chǎn)量50000噸/年，即7014.60kg/h 2T0201進(jìn)口原料的組成為： 3進(jìn)料總量L2=2物料衡算1進(jìn)料中各組分的量及組分?jǐn)?shù)某組分流量=總流量L2×該組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)乙烯含量=丙烯含量=ENB含量= 丙烷含量=己烷含量=氫氣含量=氮?dú)夂? 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?dú)獾惹褰M分全部以氣體狀態(tài)從塔頂出料，塔釜流出液中僅包括局部己烷、膠料和ENB。2T0201塔釜出口物料中各組分的量ENB含量=ENB進(jìn)料量=己烷含量膠料出料量7014.60kg/h根據(jù)過程物料衡算,進(jìn)入聚合工段的己烷全部從T-0201塔釜流出。3T0201塔頂出口中各組分的量及組分?jǐn)?shù)乙烯含量=乙烯進(jìn)料量=丙烯含量=丙烯進(jìn)料量=丙烷含量=丙烷進(jìn)料量=己烷含量=總進(jìn)料量-塔釜出料量= 氫氣含量=氮?dú)夂?表3-5 T0201物料平衡表D2F3L3組分質(zhì)量/kg摩爾量/kmol質(zhì)量/kg摩爾量/kmol質(zhì)量/kg摩爾量/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氫氣0.200.100.200.1000氮?dú)?0.920.3910.920.3900膠料7014.60-007014.60-總量 1258.06 469.28 788.78總量106216.1231332.2674883.86總計(jì)106216.12106216.123熱量衡算a.計(jì)算依據(jù) 1選擇溫度為0時(shí)各組分的焓值為0kJ2各物質(zhì)0-t的平均定壓熱容如表3-6 所示：表3-6 物質(zhì)0t的平均定壓熱容表物質(zhì)乙烯丙稀丙烷己烷Cp/kJ/(kmol·K)075.4(g)44.87665.92676.170148.060105(g)-153.927045(l)84.859100.239106.335194.735094.5(l)89.916103.873110.127203.255b進(jìn)料及液化帶進(jìn)熱量1F3進(jìn)料的條件T=45，壓力P=0.586MPa；帶進(jìn)的熱量= 2H2進(jìn)料條件T=105，P=0.122MPa；帶進(jìn)的熱量:3己烷105時(shí)的蒸發(fā)焓26269kJ/kmol，液化放出的熱量: 4H13，H31進(jìn)料條件T=40，P=0.66MPa；帶進(jìn)的熱量:c.出料及汽化帶出熱量1D2出料溫度T=75.4,P=0.116MPa；帶出的熱量： =2L3出料條件T=94.5,P=0.126MPa；從塔釜流出的物料中己烷質(zhì)量百分含量達(dá)90，帶出大局部的熱量。膠料和ENB質(zhì)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Q6:3T-0201塔內(nèi)平均溫度=85。丙烯，丙烷，己烷在各自的正常沸點(diǎn)的摩爾汽化焓值 (kJ/kmol)： 18410，18774。根據(jù)下式： ， TC表示臨界溫度得時(shí)的摩爾蒸發(fā)焓 (kJ/kmol)6036，7159。那么汽化帶出的熱量：4進(jìn)料熱量與出料及汽化帶出熱量之差值：進(jìn)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(shè)計(jì)要求。3.2.3 T0202物料和熱量衡算1.物料衡算1T0202進(jìn)口中各組分的量乙烯、丙烯、丙烷的進(jìn)料量等于T0201塔頂?shù)某隽狭?，即：乙烯含?丙烯含量=丙烷含量=己烷含量=氫氣含量=氮?dú)夂?2進(jìn)料各組分的摩爾分?jǐn)?shù)： 公式：i=1,2,37由閃蒸程序(見附錄)，求得 T=70.2，P=586kPa時(shí)，汽液別離系數(shù)=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：T2021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?dú)夂?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物料平衡表工程D2R4L4組分質(zhì)量/kg摩爾量/kmol 質(zhì)量/kg摩爾量/kmol 質(zhì)量/kg摩爾量/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氫氣0.20.10.1950.09740.0050.0025氮?dú)?0.920.3910.640.380.260.0094總量614.63150.50164.13總量43831.977145.83536686.125合計(jì)43831.9743831.962.熱量衡算 1計(jì)算依據(jù) 選擇溫度為0時(shí)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(zhì)乙烯丙稀丙烷己烷Cp/KJ/(Kmol·K)070.2(g)44.59465.49675.611147.014040(l)84.38399.894105.976193.954070.2(l)87.356102.038108.212198.8943進(jìn)料及組分溶解、液化帶入的熱量D2進(jìn)料溫度T=75.4,P=0.116MPa；帶入的熱量： =H32進(jìn)料溫度T=40,P=0.66MPa；帶進(jìn)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(shí)放出的熱量： 4出料帶出熱量R4出料溫度T=70.2，P=0.586MPa；那么帶出的熱量： L4出料溫度T=70.2,P=0.586MPa；那么帶出的熱量：=5進(jìn)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，F(xiàn)4又分為R2和R3兩股流量，R2:R3=1.5:1；求得表3-9 物料分配工程乙烯丙稀丙烷己烷氫氣氮?dú)釸2R335.6223.741602.191068.13199.25128.8319780.4613853.640.0030.0020.1560.1042.各組分進(jìn)料量進(jìn)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?dú)夂?進(jìn)料各組分的摩爾分?jǐn)?shù)： 由程序求得 T=9.5，P=586kPa時(shí)，汽液別離系數(shù)=0.7852,液相摩爾總量726.64kmol,汽相摩爾總量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?dú)夂?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?dú)夂?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組分質(zhì)量/kg摩爾量/kmol質(zhì)量/kg摩爾量/kmol質(zhì)量/kg摩爾/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氫氣117.7458.870.30.15117.458.70氮?dú)?845.22173.0415.690.564829.15172.47總量/kmol3382.88726.682656.16總量/kg143769.8 44280.07 99488.43合計(jì)143769.8 143768.53.2.5 R0201物料及熱量衡算1.物料衡算1計(jì)算依據(jù) 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(shí)586KPa下查得相平衡常數(shù)分別為:汽相各組分的摩爾分?jǐn)?shù)氫氣的含量=氮?dú)獾暮?4各組分進(jìn)料量進(jìn)料MFRR2H11+H12+新鮮進(jìn)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?dú)夂?R0201的物料平衡如表3-11所示：表3-11 R0201物料平衡表工程 MFRpR1組分質(zhì)量/kg摩爾量/kmol質(zhì)量/kg摩爾量/kmol質(zhì)量/kg摩爾量/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氫氣117.7458.870.20.1117.5458.77氮?dú)?845.38173.0510.920.394834.48172.66膠料- 7014.60 -總量3775.48653.43042.08總量16536.3347201.84121549.47總計(jì)16536.33168751.312.熱量衡算1計(jì)算依據(jù) 選擇溫度為0時(shí)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(zhì)乙烯丙稀丙烷己烷Cp/kJ/(kmol·K)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各組分進(jìn)料帶入的熱量新鮮物料進(jìn)料溫度T=20，P=0.586Mpa，乙烯、丙稀分別以氣體