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文檔簡介

1、高分子專業(yè)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目:10萬噸/年聚丙烯液相本體法聚合釜工藝設(shè)計(jì)學(xué)院:班別:姓名:學(xué)號:指導(dǎo)教師:學(xué)院院長:2014年12月23日2015年1月9日目錄第一章 緒論1.1聚丙烯(PP)的性能1.2聚丙烯(PP)的用途第二章 丙烯聚合工藝流程敘述第三章 工藝計(jì)算聚合釜物料、熱料衡算和循環(huán)冷卻水流量的計(jì)算;聚合釜容積和外形 尺寸的計(jì)算;聚合釜攪拌器的設(shè)計(jì)和電機(jī)的選擇;聚合釜傳熱計(jì)算、夾套 和冷卻管的設(shè)計(jì)。附錄 1:聚合釜設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表附錄 2:工藝流程圖聚合釜工藝參數(shù)丙烯、熱水、水進(jìn)入聚合釜的溫度為 25C、75C、25C ;丙烯、熱水、 水進(jìn)入聚合釜的溫度為70C、55C、39C ;丙烯利

2、用熱水加熱至 50C,利 用反應(yīng)熱加熱至74C。丙烯純度97% H2/丙烯(重量比)120X 10-6 ;三氯 化鈦/丙烯(重量比)50X 10-6 , AI/Ti=10 :三氯化鈦純度80%投料系數(shù) 70%高壓回收釜壓1MPa丙烯純度97% H2/丙烯(重量比)120X 10-6 ;三氯 化鈦/丙烯(重量比) 40X 10-6 , AI/Ti=15 :三氯化鈦純度 80%;投料系數(shù)270% 高壓回收釜壓1MPa低壓回收釜壓0.8MPa;液相丙烯密度0.5 g/cm , 聚丙烯的堆積密度0.47g/cm2,聚丙烯的真實(shí)密度 0.91g/cm2;低壓回收釜 壓0.8MPa液相丙烯密度0.5 g/

3、cm 2 ,聚丙烯的堆積密度0.47g/cm2,聚丙 烯的真實(shí)密度 0.91g/cm2第一章 緒 論高速增長的消費(fèi)市場,催生聚丙烯工業(yè)投資熱潮。預(yù)計(jì) 2008 年前后, 中國聚丙烯工業(yè)將進(jìn)入新一輪投資高峰期, 屆時將有近 600 萬噸年產(chǎn)能陸 續(xù)投產(chǎn),其中 65%分屬中石化和中石油兩大集團(tuán)。而中石油這套世界級裝置 的建成,揭開了中國建設(shè)聚丙烯大型裝置的序幕,預(yù)計(jì)在未來幾年中,更大 規(guī)模的裝置將不斷列入建設(shè)計(jì)劃。1.1 聚丙烯(PP)的性能聚丙烯之所以能在工業(yè)化生產(chǎn)之后迅速地成為廣泛的通用塑料, 原因之 一是它的性能優(yōu)良,因而可以不斷擴(kuò)大應(yīng)用范圍。甚至于在某些方面還可以 和聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯

4、乙烯相競爭,因?yàn)榫郾┰谕庥^、化學(xué)性能、物 理性能、加工性能、改性性能之間有良好的平衡。(1)聚丙烯的外觀 聚丙烯樹脂為本色、圓柱狀顆粒,顆粒光潔,粒子的尺寸在任意方向上為2mnrr 5mm無機(jī)械雜質(zhì)。粉料為本白色粉末,無結(jié)塊,合格品允許有微黃 色。(2)聚丙烯的化學(xué)性能PP的化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異,對大多數(shù)酸、堿、鹽、氧化劑都顯惰性。例如在 100C的濃磷酸、鹽酸、40僦酸及其它們的鹽類溶液中都是穩(wěn)定的,只有少 數(shù)強(qiáng)氧化劑如發(fā)煙硫酸等才可能使其出現(xiàn)變化。PP是非極性化合物,對極性 溶劑十分穩(wěn)定,如醇、酚、醛、酮和大多數(shù)羧酸都不會使其溶脹,但在部分 非極性有機(jī)溶劑中容易溶解或溶脹。(3)聚丙烯的物理性

5、能密度:PP是所有合成樹脂中密度最小的,僅為0.900.91g/cm3 ,是PVC 密度的 60%左右。這意味著用同樣重量的原料可以生產(chǎn)出數(shù)量更多同體積的 產(chǎn)品。表面硬度:PP的表面硬度在五類通用塑料中屬低等,僅比 PE好一些。當(dāng)結(jié)晶度較高時,硬度也相應(yīng)增加一些,但仍不及PVC PS ABS等。機(jī)械性能:PP的強(qiáng)度和剛性都比低壓PE好,它活動鉸鏈,能承受 70000000次以上的折疊彎曲,沒有損壞痕跡;但其缺口特別敏感。熱性能:PP有良好的耐熱性,熔點(diǎn)為164170C,耐100C以上的溫 度煮沸消毒,沒有外力下,溫度即使到 150C也不變形,在低負(fù)荷下亦可在 110C連續(xù)使用。電性能: PP

6、是一種非常 優(yōu)良的電絕緣體, 不吸水,不受空氣潮濕影響, 擊穿電壓也高。是一種緩慢燃燒的材料。(4)聚丙烯的加工性能PP屬于結(jié)晶型聚合物,不到一定溫度其顆粒不會熔融,不像PE或PVC那樣在加熱過程中隨著溫度提高而軟化。 一旦達(dá)到某一溫度,PP顆粒迅速融 化,在幾度范圍內(nèi)就可全部轉(zhuǎn)化為熔融狀態(tài)。PP的熔體粘度比較低,因此成 型加工流動性良好,特別是當(dāng)熔體流動速率較高時熔體粘度更小,適合于大 型薄壁制品注塑成型,例如洗衣機(jī)內(nèi)桶。PP在離開口模后,如果是在空氣中 緩慢冷卻,就會生成較大的晶粒,制品透明度低。至此,我們可以看出PP的加工性能是由它的物理性能決定的。PP的物 理性能是判斷其可加工性的重要

7、指標(biāo)。有什么樣的物理性能決定了PP有什么樣的加工性能。同時,PP加工性能的好壞也直接影響到制品的物理性能、 使用性能。因此,物理性能與加工性能之間是互助互制的關(guān)系。(5)聚丙烯的改性性能 隨著工藝的改進(jìn)和新型催化劑(尤其是茂金屬催化劑)的開發(fā),市場上出現(xiàn)了全新的PP品種。與傳統(tǒng)PP相比,它們在抗沖擊、剛性、透明性、光 澤、阻隔性能等方面的優(yōu)勢,不僅在傳統(tǒng) PP應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮作用,而且也向 其他應(yīng)用領(lǐng)域滲透。目前,PP新產(chǎn)品的開發(fā)主要包括高熔體強(qiáng)度、高透明、 高結(jié)晶度、高流動PP等。1.2聚丙烯(PP)的用途PP主要用于生產(chǎn)編織制品、注塑制品、薄膜和纖維。編織制品是PP的第一大消費(fèi)領(lǐng)域,由于聚丙烯

8、的來源豐富、價格低廉、 故編織制品廣泛采用聚丙烯作為主要原料,主要用于糧食、化肥、水泥的包 裝, 其次是糖、鹽、蔬菜及其它工業(yè)包裝。今后編織制品一方面將向大型、 重型化包裝袋發(fā)展 , 即向集裝袋方向發(fā)展 , 另一方面將向低重、 低纖度包裝袋 發(fā)展。各種功能性編織袋如耐高溫、抗靜電、耐老化等編織袋的需求也將有 一定的發(fā)展。注塑制品是PP的第二大消費(fèi)領(lǐng)域,由于PP其優(yōu)良的耐熱性、力學(xué)性能、 成本低和良好的環(huán)境適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)而倍受人們的青睞,主要用于硬包裝(容器、周轉(zhuǎn)箱、托盤、瓶蓋等 )、消費(fèi)用品 ( 廚具、家具、花盆、旅行箱等 )、 汽車配件 (汽車內(nèi)飾、保險杠、蓄電池等 )及醫(yī)療制品 (注射器、工

9、具箱、料 盆等),在這些應(yīng)用中PP將替代傳統(tǒng)材料如木材、玻璃和金屬等。由于 PP密 度很低, 加上具有良好的力學(xué)性能和加工性能 , 使它非常適宜于那些考慮成 本和自重的大排量汽車使用。薄膜是PP的第三大消費(fèi)領(lǐng)域,包括雙向拉伸PP等。雙向拉伸PP由于具 有防潮、力學(xué)強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好、質(zhì)輕、無毒、無臭、印刷性能良好等 優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于印制、涂布、香煙及食品包裝袋、真空鍍鋁、電容器等 方面。PP薄膜具有良好的光學(xué)透明性和低潮濕轉(zhuǎn)移性,所以主要用途有快餐 食品包裝、壓敏帶背襯和標(biāo)簽帶等。PP薄膜的市場包括形形色色的小商品領(lǐng) 域, 如皺縮膜包裝、細(xì)軟物品包裝、攝影和繪畫用品包裝、電容器和電子工 業(yè)

10、用薄膜、一次性使用尿布扎帶和搭扣等。纖維是PP的第四大消費(fèi)領(lǐng)域,PP纖維是所有合成纖維總相對密度最小 的品種,因此它質(zhì)量最輕,單位重量的纖維能覆蓋的面積最大。而且其強(qiáng)度 與合成纖維中高強(qiáng)度品種滌綸、錦綸相近,但在濕態(tài)時強(qiáng)度不變化,這一點(diǎn) 優(yōu)于錦綸。此外,PP纖維同其它合成纖維一樣,不易發(fā)霉、腐爛,不怕蟲蛀。 PP纖維主要用于地毯(包括地毯底布和絨面)、裝飾布、土工布、無紡布、 各種繩索、條帶、漁網(wǎng)、建筑增強(qiáng)材料、包裝材料等。其中PP纖維無紡布由于其在嬰兒尿布、婦女衛(wèi)生巾的大量應(yīng)用而引人注目。PP纖維還可與多種 纖維混紡制成不同類型的混紡織物, 經(jīng)過針織加工制成外衣、 運(yùn)動衣等。 由 PP纖維中

11、空纖維制成的絮被,質(zhì)輕、保暖、彈性良好。此外,在醫(yī)療及衛(wèi)生材料方面的消費(fèi)增長也很快。PP產(chǎn)品分為均聚級、 無規(guī)共聚級、中抗沖共聚級和高抗沖共聚級等若干等級。均聚PP可擠出成型管材、管件、電線/電纜,而無規(guī)共聚PP主要用于層壓紙、密封劑和粘合 劑。第二章 丙烯聚合工藝流程敘述2.1 生產(chǎn)工藝技術(shù)聚丙烯的生產(chǎn)工藝按聚合類型可分為淤漿法、溶液法、本體法和氣相法 和本體法 -氣相法組合工藝 5 大類。2.1.1 本體法工藝本體法工藝的研究開發(fā)始于 20世紀(jì)60年代, 1964年美國 Dart 公司采 用釜式反應(yīng)器建成了世界上第一套工業(yè)化本體法聚丙烯生產(chǎn)裝置。 1970 年以 后,日本住友、 Phill

12、ips 、美國 EI Psao 等公司都實(shí)現(xiàn)了液相本體聚丙烯 工藝的工業(yè)化生產(chǎn)。與采用溶劑的漿液法相比,采用液相丙烯本體法進(jìn)行聚 合具有不使用惰性溶劑,反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)單體濃度高,聚合速率快,催化劑活性 高,聚合反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高,反應(yīng)器的時 - 空生產(chǎn)能力更大,能耗低,工藝流程 簡單,設(shè)備少,生產(chǎn) TodayHot 成本低, 三廢量少;容易除去聚合熱,并 使撤熱控制簡單化,可以提高單位反應(yīng)器的聚合量;能除去對產(chǎn)品性質(zhì)有不 良影響的低分子量無規(guī)聚合物和催化劑殘?jiān)?,可以得到高質(zhì)量的產(chǎn)品等優(yōu) 點(diǎn)。不足之處是反應(yīng)氣體需要?dú)饣?、冷凝后才能循環(huán)回反應(yīng)器。反應(yīng)器內(nèi)的 高壓液態(tài)烴類物料容量大,有潛在的危險性。此外,反應(yīng)

13、器中乙烯的濃度不 能太高,否則在反應(yīng)器中形成一個單獨(dú)的氣相,使得反應(yīng)器難以操作,因而 所得共聚產(chǎn)品中的乙烯含量不會太高。本體法不同工藝路線的區(qū)別主要是反應(yīng)器的不同。 反應(yīng)器可分為釜式反 應(yīng)器和環(huán)管反應(yīng)器兩大類。釜式反應(yīng)器是利用液體蒸發(fā)的潛熱來除去反應(yīng) 熱,蒸發(fā)的大部分氣體經(jīng)循環(huán)冷凝后返回到反應(yīng)器,未冷凝的氣體經(jīng)壓縮機(jī) 升壓后循環(huán)回反應(yīng)器。而環(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。本體法生產(chǎn)工藝按聚合工藝流程, 可以分為間歇式聚合工藝和連續(xù)式聚 合工藝兩種。1)間歇本體法工藝間歇本體法聚丙烯聚合技術(shù)是我國自行研

14、制開發(fā)成功的生產(chǎn)技術(shù)。 它具有生產(chǎn)工藝技術(shù)可靠,對原料丙烯質(zhì)量要求不是很高,所需催化劑國內(nèi)有保 證,流程簡單,投資省、收效快,操作簡單,產(chǎn)品牌號轉(zhuǎn)換靈活、三廢少, 適合中國國情等優(yōu)點(diǎn),不足之處是生產(chǎn)規(guī)模小,難以產(chǎn)生規(guī)模效益;裝置手 工操作較多,間歇生產(chǎn),自動化控制水平低,產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定;原料HotTag 的消耗定額較高;產(chǎn)品的品種牌號少,檔次不高,用途較窄。目前,我國采 用該法生產(chǎn)的聚丙烯生產(chǎn)能力約占全國總生產(chǎn)能力的24.0%;(2)連續(xù)本體法工藝該工藝主要包括美國 Rexall 工藝、美國 Phillips 工藝以及日本Sumitimo工藝。Rexall本體聚合工藝是介于溶劑法和本體法工藝之

15、間的生 產(chǎn)工藝,由美國 Rexall 公司開發(fā)成功,該工藝采用立式攪拌反應(yīng)器,用丙 烷含量為 10%-30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的液態(tài)丙烯進(jìn)行聚合。Phillips 工藝是由美國Phillips 石油公司于20世紀(jì)60年代開發(fā)成功。其工藝特點(diǎn)是采用獨(dú)特 的環(huán)管式反應(yīng)器,這種結(jié)構(gòu)簡單的環(huán)管反應(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(diǎn)。Sumitimo工藝是由日本Sumitimo (住友) 化學(xué)公司于1974年開發(fā)成功。此工藝基本上與 Rexe ne本體法相似,但 Sumitimo 本體法工藝包括除去無規(guī)物及催化劑殘余物的

16、一些措施。 產(chǎn)品為球 狀顆粒,剛性高,熱穩(wěn)定性好,耐油及電氣性能優(yōu)越。2.3 工藝流程的設(shè)計(jì)2.3.1 工藝流程方框圖2.3.2 工藝流程敘述2.3.2.1 原料精制1 丙烯流程從預(yù)分離車間來的粗丙烯經(jīng)過二套冷凝器、 聚結(jié)器脫水,經(jīng)過一套堿罐、 精制 D 線脫水后進(jìn)入兩套粗丙烯貯罐。此部分為原料收料流程。如上工藝圖所示,對粗丙烯貯罐丙烯進(jìn)行精制,由粗丙烯貯罐經(jīng)丙烯泵 送到脫硫塔脫硫(現(xiàn)在不用,由于含硫量少了),氧化鋁脫水,脫氧劑脫氧 (鎳觸媒),分子篩塔脫水后進(jìn)入精丙烯貯罐。精丙烯貯罐丙烯按上述精制 流程進(jìn)行打循環(huán),直至采樣分析合格后,可由丙烯投料泵向聚合釜投料。2 氮?dú)饬鞒?粗氮經(jīng)界區(qū)減壓(

17、或經(jīng)副線)后分兩路,一路送到其它各崗位使用;另 一路專供精制線再生使用。3 氫氣流程 煉廠(乙烯)氫氣界區(qū)減壓(或經(jīng)副線)進(jìn)入脫硫塔脫硫后進(jìn)入兩套裝 置三樓氫氣計(jì)量罐,供裝置聚合和精制再生使用。2.3.2.2 聚合反應(yīng)精丙烯由精丙烯泵經(jīng)質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量后, 通過活化劑加料罐和催化劑加 料罐加入聚合釜內(nèi)。 活化劑由活化劑配制罐或活化劑運(yùn)輸罐壓送到活化劑貯 罐,經(jīng)活化劑計(jì)量罐壓到活化劑加料罐,用丙烯沖入釜內(nèi)。催化劑在精氮保護(hù)下分裝, 分裝好后的催化劑由操作人員投進(jìn)催化劑加 料罐。DDS 由操作人沒用量筒量取丙烯沖入釜內(nèi),用加入催化劑加料罐。 工業(yè)循環(huán)水分二路:一路經(jīng)過調(diào)節(jié)閥進(jìn)入熱水槽,經(jīng)蒸汽加熱后由

18、調(diào)節(jié) 閥、經(jīng)泵送至聚合釜底部進(jìn)口作聚合反應(yīng)升溫?zé)嵩?。二路?jīng)調(diào)節(jié)閥,由泵送 至聚合釜底部進(jìn)口,作聚合釜降溫水源。聚合釜底部水源再分兩路:一路進(jìn) 入聚合釜夾套,換熱后,經(jīng)調(diào)節(jié)閥流至工業(yè)循環(huán)下水管。另一路進(jìn)入釜內(nèi)指 形管,聚合釜釜內(nèi)指形管又可走兩種水源;循環(huán)水和冷冰水。聚合反應(yīng)結(jié)束后, 丙烯由高壓回收閥經(jīng)旋風(fēng)分離器至冷凝器冷凝后流入 丙烯計(jì)量罐,再經(jīng)溢流管線流回丙烯貯罐。為了進(jìn)一步降低釜內(nèi)殘壓,釜內(nèi) 丙烯還可由中壓回收調(diào)節(jié)閥經(jīng)旋風(fēng)分離器進(jìn)入中壓回收貯罐和氣柜利用。2.3.2.3 閃蒸去活、包裝 聚合反應(yīng)完全后,經(jīng)高中壓回收流程回收未反應(yīng)的丙烯,再分?jǐn)?shù)次向閃 蒸罐噴料。殘余的氣相丙烯經(jīng)過旋風(fēng)分離器和粉

19、料沉降罐沉降聚丙烯粉塵后 到氣柜。閃蒸罐內(nèi)聚丙烯經(jīng)充氮?dú)庵脫Q(或抽真空置換)合格后,卸料到包 裝間,聚丙烯粉料自然去活后包裝。2.3.2.4 尾氣回收 氣柜中的氣相丙烯經(jīng)壓縮機(jī)二級壓縮后, 經(jīng)冷凝器冷凝成液相丙烯進(jìn)入 尾氣回收罐和分液罐。回收丙烯可由泵退到北山球罐區(qū),也可退至三預(yù)分離 裝置。溴化鋰制冷機(jī)把循環(huán)水降溫至 10 攝氏度左右,經(jīng)泵送到各套釜指形管 和冷凝器作為冷卻水源使用。聚合釜工藝參數(shù)丙烯、熱水、水進(jìn)入聚合釜的溫度為25C、75C、25C ;丙烯、熱水、水進(jìn)入聚合釜的溫度為70C、55C、39C;丙烯利用熱水加熱至50C, 利用反應(yīng)熱加熱至74C。丙烯純度97%氫氣/丙烯(重量)1

20、20X-6,丙烯 純度97% H丙烯(重量比)120X10-6 ;三氯化鈦/丙烯(重量比)40X 10-6 , AI/Ti=15 :三氯化鈦純度80%投料系數(shù)70%高壓回收釜壓1MPa丙烯純度 97% H/丙烯(重量比)120X 10-6 ;三氯化鈦/丙烯(重量比)40 X10-6 , AI/Ti=15 :三氯化鈦純度80%投料系數(shù)70% 高壓回收釜壓1MPa低壓 回收釜壓0.8MPa;液相丙烯密度0.5 g/cm2,聚丙烯的堆積密度0.470g/cm2 , 聚丙烯的真實(shí)密度 0.91g/cm2;低壓回收釜壓 0.8MPa;液相丙烯密度 0.5 g/cm2 ,聚丙烯的堆積密度 0.470g/c

21、m2 ,聚丙烯的真實(shí)密度 0.91g/cm2第三章工藝計(jì)算3.1聚合釜物料、熱料衡算和循環(huán)冷卻水流量的計(jì)算3.1.1物料衡算PP的生產(chǎn)能力:10萬噸/年0系統(tǒng)聚丙烯損失5%.應(yīng)得 PP:100000X (1+0.05)=105000 噸/ 年=105000X 1000kg/7200h =14583.33kg/h0 丙烯轉(zhuǎn)化率為70%.所需純丙烯原料量為:14583.33kg/W70%=20833.33kg/h又液相丙烯密度0.5 g/cm2.純丙烯原料量為41.667 m3/h。原料比(重量比):H2/丙烯(重量比):120X10-6;三氯化鈦/丙烯(重量比):50X 10-6 ,AI/Ti

22、為:10貝 UH2 量為:2.500kg/h純?nèi)然仦椋?.04167 kg/h純 AIEt2CI 為:10.4167kg/h又三氯化鈦純度為80%丙烯的純度為97%三氯化鈦量:1.30209 kg/h丙烯量:21477.66kg/h。加入釜內(nèi)的原料量等于從釜中放出物料量,即21477.66 + 2.500 + 1.04167 + 10.4167 = 14583.33+ 回收丙烯量 回收丙烯量為:6908.29kg/hPP產(chǎn)量噸/年100000PP產(chǎn)量kg/h14583.33純丙烯所需量kg/h20833.33純丙烯所需量m3/h41.667實(shí)際所需丙烯量kg/h21477.66H2所需量為

23、kg/h2.500純二氯化鈦所需量kg/h1.04167實(shí)際三氯化鈦所需量kg/h1.30209AlEtzCl 所需量 kg/h10.4167丙烯回收量kg/h6908.293.1.2熱量衡算1)反應(yīng)放熱計(jì)算已知丙烯聚合熱為 2172.95kJ/kg.根據(jù)絡(luò)合丨【型TiCI 3 - AIEt 3CI催化體系的動力學(xué)特征可知反應(yīng)高峰期每小時丙烯轉(zhuǎn)化率為38.46% (每轉(zhuǎn)化10%的時間為026h).(參考液相本體法聚丙烯生產(chǎn)及應(yīng)用P20!)對于12m3的聚合釜,每釜產(chǎn)量以3000kg計(jì),則反應(yīng)高峰期的反應(yīng)熱為Qmax :Qmax2172.95 3000 38.46%1.0= 2507150 kJ

24、/h0 1w =1J / s = 10 kJ -3.6kJ / hh3600Q max = 2507150 /3.6w = 696 .4 kw2)攪拌摩擦熱Qa的計(jì)算攪拌軸功率的消耗可近似的認(rèn)為都轉(zhuǎn)化為攪拌葉與物料的摩擦熱Qa,即Qa P軸根據(jù)實(shí)測可知,12m3的釜攪拌軸功率為50kw3)聚合高峰期總發(fā)熱量Qt計(jì)算QtmaxQa對12m3的釜:Qt =696.4 10350 103 =746.4kw4)撤熱量QT計(jì)算考慮聚合釜本身的熱損失為5%,則對12m3的釜總撤熱量Q;為:QT = 1-0.05 Qt =0.95 746.4 103 =709.11kw5)冷卻介質(zhì)的選擇及平均溫度差(厶t)

25、的求取間歇式液相本體法聚丙烯裝置 12m3聚合釜,可以使用工業(yè)水或循環(huán) 冷卻水作為冷卻介質(zhì),因?yàn)樗胙b置溫度為25T,出水溫度為39C,反應(yīng)溫度為74C,以恒溫反應(yīng)為依據(jù),則平均溫差計(jì)算如下:反應(yīng)溫度74 C 74 C冷卻水溫度39CJ 25 C35C 49C49-35.49In35= 42C6)總傳熱面積Ft計(jì)算斤;Kt對于12m3釜,已知K=555Wm2 KFt709. 1110355542=30. 42 m2表2-熱量衡算總匯反應(yīng)高峰期的反應(yīng)熱Qmax/kW696.4c攪拌摩擦熱Qa/kw50聚合高峰期總發(fā)熱量qt /kw746.4撤熱量Qt /kw709.11傳熱系數(shù)K/W./m2 K

26、555平均溫度差 t/ C42總傳熱面積FT/m230.423.2聚合釜容積和外形尺寸的計(jì)算設(shè)計(jì)之原始數(shù)據(jù):(1)聚合聚生產(chǎn)能力噸/年聚丙烯;(2)年生產(chǎn)時間7200h;(3)丙烯轉(zhuǎn)化率70%;(4)聚合反應(yīng)溫度740C;(5)聚合反應(yīng)壓力3.4MPa;催化體系絡(luò)合兒型(TiCl 3-AlEt 2Cl);(7)單釜操作周期8h (反應(yīng)時間3.5h,升溫時間35min )(8)丙烯、熱水、水入裝置溫度25、75、25C;丙烯、熱水、水出裝置溫度70、55、390C ;丙烯利用熱水加熱至500C,利用反應(yīng)熱加熱至74C(9)投料:丙烯純度97%, H2/丙烯(重量比)120X 10-6 ;三氯化鈦

27、/丙 烯(重量比)50X 10-6,AI/Ti=10 :三氯化鈦純度80%投料系數(shù)70%;(10)高壓回收釜壓1MPa ,低壓回收釜壓0.8MPa;(11)液相丙烯密度0.5 g/cm2 ,聚丙烯的堆積密度0.4709亦,聚丙烯 的真實(shí)密度0.91g/cm2;(12)系統(tǒng)聚丙烯損失5%。3.2.1聚合釜容積的確定聚合釜的容積設(shè)計(jì)主要取決于裝置單線設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力和投料系數(shù)1)設(shè)計(jì)依據(jù)聚合物生產(chǎn)能力:700噸/年聚丙烯年生產(chǎn)時間:7200h ;丙烯轉(zhuǎn)化率:70% ; m聚合反應(yīng)溫度:74C;聚合反應(yīng)壓力:3.4MPa;單釜操作周期:8h (反應(yīng)時間3.5h,升溫時間35min )2)聚合釜容積的計(jì)算

28、聚合釜設(shè)計(jì)容積可按下式計(jì)算:V = E ? T ? C ? d ? K式中V-聚合釜設(shè)計(jì)容積,m3E-裝置單線年生產(chǎn)能力,t/a;P-單釜操作周期,h;T-年操作時數(shù),h/a;C-丙烯轉(zhuǎn)化率,%;d-最高操作溫度(74C)時液相丙烯的密度t/m3 ;K-聚合釜最高操作溫度條件下設(shè)計(jì)裝料系數(shù),%以單線生產(chǎn)能力2500t/a為例計(jì)算聚合釜的設(shè)計(jì)容積。投料系數(shù)為70%,二 E?T?C?d ?K= 25008720070% 0.5 70%=11.3m343可取V=12m3,所以2500t/a裝置聚合釜設(shè)計(jì)容積取12m3,題中聚合 物生產(chǎn)能力700t/a,所以n=40符合要求.3)聚合釜外形尺寸的設(shè)計(jì)a

29、. 聚合釜高徑比的選擇根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),12m3聚合釜的高徑比選擇(即 H=2.15D),可以滿足 生產(chǎn)要求.在設(shè)計(jì)上、下橢圓封頭時,一般可以去短軸直徑d與釜直徑D的比為 0.6 (即 d=0.6D).b. 釜直徑的求取根據(jù)聚合釜容積以及高、直徑等尺寸的相等關(guān)系,可以求取聚合釜的 直徑D(指內(nèi)徑)V D%14圓形筒體容積:0 HH -0.6DH =2.15D223V1D (H -0.6D)D (2.15D-0.6D) =1.217D兩封頭容積:二(催)氏2444-0.314D3聚合釜的容積:V =Vi V2-1.217D30.314D3= 1.531D3式中 v-聚合釜容積,m3D-聚合釜直徑,m

30、Vi -筒體部分容積,m3V2 -橢圓封頭容積,m3Hi-筒體部分高度,mH聚合釜咼,md橢圓封頭短軸直徑,m當(dāng)聚合釜容積為12m3時112 話D = 1.986 m1.531 丿取 D=2.0mc釜高H的選取根據(jù)高徑比H=2.15D,可求得釜高H=2.15X 2.0=4.30m圓筒體高H1 = H-0.6D=(2.15-0.6) D=1.55D=1.55X 2.0=3.10 md.橢圓封頭直徑d的選取根據(jù)d=0.6D,可求得12m3釜的橢圓封頭直徑為d=0.6X 2.0=1.2橢圓封頭的高r=d/2=1.2/2=0.6me.根據(jù)以上數(shù)據(jù)復(fù)算釜的實(shí)際容積:V =1.531D3 =1.531 2

31、.03 =12.25m34) 夾套的設(shè)計(jì)根據(jù)前面的討論,聚合釜的 高徑比 選取2.15,直筒部分的高 為釜徑的1.55倍,因此可知:12m3釜釜徑2.0m,直筒部分高為3.1m,釜 直筒部分夾套取3.0m,下封頭高為0.65m。對于12m3聚合釜,夾套總傳熱面積:F = Fi F21-: Dd 4 二 rR * 21 = 3.142.03.043.140.651.02二 18 .844.08=22 .9 m 2式中D 聚合釜筒體直徑;mh 聚合釜直筒高;m R 聚合釜筒體半徑;mr 聚合釜下圭寸頭短軸半徑;m3.3聚合釜攪拌器的設(shè)計(jì)和電機(jī)的選擇經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究和生產(chǎn)時間的摸索表明,螺帶式攪拌

32、器對于聚丙 烯固體顆粒無聊的攪拌效果較好,而且消耗的功率也比較小。螺帶式攪拌器的工藝設(shè)計(jì),主要是確定螺帶的外徑D1、內(nèi)徑D2 (從而確定螺帶寬度b)、螺距s.a、螺帶外徑D1螺帶外徑設(shè)計(jì)要考慮攪拌效果,攪拌功率設(shè)置的需要,對于攪拌效果 來說,螺帶外徑選大一些好,即與釜壁的間隙適當(dāng)曉一些為好。但間隙過 小攪拌效果也不好,物料無法返混。另外螺帶外徑越大,攪拌軸功率越大。 因此螺帶外徑要選取適中。一般選取螺帶外徑 D1= (0.70.8) D,則12m3 聚合釜的釜徑D=2.0m,螺帶外徑D1=1.41.6m (實(shí)際為1.5m,= 0.75),螺帶與釜內(nèi)壁的間隙為0.25m。b、螺帶內(nèi)徑D2螺帶內(nèi)徑

33、由螺帶外徑和螺帶葉片寬度(b、決定。螺帶葉片寬度影響 攪拌效果。一般來說,葉片寬度大一些,攪拌效果好些,但葉片太寬,使 葉片與軸的間隙過小,也會影響物料的返混下落。如果螺帶葉片與釜內(nèi)壁 及軸的間隙都很小,就會變成螺帶提升機(jī)。物料堆在螺帶上部下不來,顯 然失去了攪拌的意義。另外,螺帶葉片寬度在一定范圍內(nèi)對攪拌功率有一定的影響,但影響不是十分顯著。12m3聚合釜攪拌螺帶寬度一般選取 0.250.28m。c、螺距設(shè)計(jì)螺距堆攪拌效果和攪拌功率都有一定影響。同樣的攪拌轉(zhuǎn)距,螺距越 大,物料的上升速度越快,攪拌效果越好,但攪拌功率相應(yīng)也大。攪拌功 率與螺距S022成正比。另外,當(dāng)螺距大于物料高度時,功率與

34、物料高度成 直線關(guān)系。因此,一般情況下,螺距應(yīng)小于釜內(nèi)物料高度。12m3聚合釜螺帶螺距與物料高度的比為0.3,為釜直筒高度的0.25倍.12m3聚合釜直 筒高度3.1m,物料高度為2.34m,螺帶螺距S=0.72m.攪拌功率的計(jì)算攪拌功率一般可用功率準(zhǔn)數(shù)來描述R由二 Np n3D;式中 p攪拌軸功率,kw-物料表觀密度,t/m3n攪拌轉(zhuǎn)速,r/mi nD1螺帶外徑,mNp-功率準(zhǔn)數(shù)已知 12m3 聚合釜:D1=1.5,、= 0.28m,S=0.72, n 可在 45、50、 55、60r/min四種轉(zhuǎn)速選擇,每釜產(chǎn)量3.0t.選擇轉(zhuǎn)速n=50r/min,即0.833r/s, 物料體積V=3.0

35、/0.45=6.67m3,下封頭高H1=065m,下封頭容積42423V1 rR2 /20.65 1.02 / 2 36m333H2(直筒)6.67 -1.36, “1.69兀22.024HFr二比 H2 =0.65 1.69 =2.34m2 2g 二陛30.106g9.81條件驗(yàn)證:H/ D1 -=2.34/1.5=1.56b/D1 =0.28/1.5=0.187S/Di=0.72/1.5=0.48Fr=0.106均在關(guān)聯(lián)式適用范圍內(nèi),可用關(guān)聯(lián)式計(jì)算Np.Np1=(1.64_H -0.13)Fr J 1.25 = (1.64 34 0.13) 0.106 丄 1.25 34 =2.49DtDt1.51.5HNp2 = 1. 71()1.340. 106 一0.95 工 26. 2D/P軸 1 =NP1 帀3D; =24.9 0.45 0.833 1.55 =49.2kwP軸2 =NP2 mD; =26.2 0.45 0.8333 1.55 =51.6kw實(shí)測時,配用電機(jī)功率55kw, n=50r/min,測得最大電流i=80A,取cos =0.8,電機(jī)=0.9,傳動=0.9, P軸封=1500wF軸=牛81 cos電機(jī)傳動- F軸封=3

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