年產(chǎn)量3噸LDPE工藝的設(shè)計(jì)書(最終定稿)

1、. . . . 理工大學(xué)學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題目: 年產(chǎn)量三萬(wàn)噸LDPE的工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 化工學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 材料科學(xué)與工程 學(xué) 號(hào)： 8 學(xué)生： 許珂 指導(dǎo)教師： 何曉紅 2014年 12月23日50 / 55理工大學(xué)學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2014 2015 學(xué)年第一學(xué)期學(xué)生： 專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師： 何曉紅 工作部門： 化工與材料學(xué)院 一、課程設(shè)計(jì)題目：LDPE的合成工藝流程設(shè)計(jì)二、課程設(shè)計(jì)容（含技術(shù)指標(biāo)）1查閱大量書籍、文獻(xiàn)與其他資料，全面搜集國(guó)外LDPE生產(chǎn)廠的有關(guān)資料，包括技術(shù)路線與特點(diǎn)、工藝參數(shù)、原材料和公用工程單耗、產(chǎn)品質(zhì)量、三廢治理以與各種技術(shù)路線的發(fā)展情況與動(dòng)向等。2分析對(duì)比

2、LDPE可能的生產(chǎn)工藝，最終確定合適的原料、聚合原理、實(shí)施方法（本體聚合、溶液聚合、乳液聚合、懸浮聚合），操作過(guò)程（間歇操作、連續(xù)操作）。本設(shè)計(jì)可采用氣相自由基本體聚合。序號(hào)設(shè)計(jì)各階段容起止日期1上理論課，確定設(shè)計(jì)題目。查閱資料，做好筆記，確定合成方法與合成路線11/1511/162捋順?biāo)悸?，制定方案，開始工藝流程設(shè)計(jì)11/1711/183繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖11/1911/224進(jìn)行物料衡算，繪制物料流程圖11/2211/235整理數(shù)據(jù)，編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書初稿11/2411/256編寫完整的說(shuō)明書，并打印裝訂成冊(cè)，答辯11/263進(jìn)行工藝流程的設(shè)計(jì)，包括工序、設(shè)備之間的相互連接順序、物料

3、流動(dòng)與變化情況、工藝參數(shù)的確定、自控方案的確定等項(xiàng)容的設(shè)計(jì)，最終以帶控制點(diǎn)的工藝流程圖與相應(yīng)的文字說(shuō)明形式闡述清楚。4. 進(jìn)行物料衡算，年產(chǎn)量為3萬(wàn)噸，一年工作300天。三、 進(jìn)度安排四、基本要求1提交一份不少于3000字的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書，說(shuō)明書結(jié)構(gòu)為：封面，任務(wù)書，摘要，關(guān)鍵詞，目錄，正文，參考文獻(xiàn)。2. 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書正文應(yīng)包括設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)要點(diǎn)、主要技術(shù)關(guān)鍵的分析、設(shè)計(jì)思路和方案比較等容。3. 說(shuō)明書資料充分、完整，語(yǔ)句通順，層次分明，文字簡(jiǎn)練，說(shuō)明透徹。書寫符合規(guī)，圖表符合要求。4. 熟悉高分子合成工藝流程的思路和課程設(shè)計(jì)的編寫過(guò)程和格式要求。五、參考資料1 昀. 聚合物合成工藝設(shè)計(jì)M

4、. : 化學(xué)工業(yè), 20092 德仁,慰盛. 高聚物合成工藝學(xué)M. : 化學(xué)工業(yè),20093 祖仁. 高分子化學(xué)M. : 化學(xué)工業(yè),20034 敏恒,叢德滋,方圖南. 化工原理M.: 化學(xué)工業(yè),20025 王久芬. 高聚物合成工藝M. : 國(guó)防工業(yè), 2008教研室主任簽名： 年 月 日摘 要聚乙烯的生產(chǎn)設(shè)計(jì)是功能高分子材料的重要組成部分，而LDPE（低密度聚乙烯）是一種常見的、適用性廣的塑料材料。自由基聚合為用自由基引發(fā)，使鏈增長(zhǎng)自由基不斷增長(zhǎng)的聚合反應(yīng)；本體聚合是單體在不加溶劑以與其它分散劑的條件下，由引發(fā)劑或光、熱、輻射作用下其自身進(jìn)行聚合引發(fā)的聚合反應(yīng)。本次課程設(shè)計(jì)是乙烯高壓氣相自由基

5、本體聚合，介紹了聚乙烯的現(xiàn)狀、生產(chǎn)工藝與LDPE裝置和國(guó)外研究狀況、應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用現(xiàn)狀、生產(chǎn)概況、市場(chǎng)需求和應(yīng)用前景以與工藝流程和控制。對(duì)聚合全系統(tǒng)的物料進(jìn)行衡算，聚合釜選型和工藝尺寸計(jì)算攪拌設(shè)備的選型和功率計(jì)算。通過(guò)對(duì)LDPE的工業(yè)流程設(shè)計(jì)，是我們初步掌握材料工程設(shè)計(jì)的基本原理和方法：使用管式反應(yīng)器，需要連續(xù)操作反應(yīng)器，分段控制反應(yīng)溫度。引發(fā)劑的配比，主要用氧和過(guò)氧化物。二次壓縮，控制壓力。自由基本體聚合過(guò)程中的大量乙烯單體需要循環(huán)利用。本書通過(guò)對(duì)LDPE的工業(yè)流程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)聚乙烯的認(rèn)識(shí)。原料的準(zhǔn)備，包括單體乙烯、相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑、添加劑；引發(fā)劑的配制；聚合過(guò)程與其需要的工藝條件；分離；

6、聚合物的后處理。更深入地了解聚乙烯的結(jié)構(gòu)、特性、用途與其改性。關(guān)鍵詞：聚乙烯、LDPE、物料衡算、熱量衡算。AbstractLow-densitypolyethylene(LDPE),also calledpolyethylene by high pressureprocess,is one of products of the highest demand and the biggest out put in theWorld.Because the polyethylenehas the excellent function of,simple process ofmodel,cheapn

7、essinprice,sothepolyethylenesapplication hasgonedeeplyintoeverysectionofcountry.The main of present design introduced the currentstatus of polyethylene.At theSame time,the characteristic of products,processes and the equipment of LDPE.etcis mentioned.The statusofre search on LDPE in domesticity an d

8、abroad,the situation ofproduction,theneedofmarketandapplyinginthefuturewerealsointroduced.Thetotalmaterialbalanceofpolymerizationsystem;theselectionanddesignofpolymerizationreactor;and the selectionofstirringdevicesandthecalculationofpowerthereof,andtheheatbalanceofthefirstpolymerizationreactorweref

9、inished.Andthetechnicalflowchartandthepolymerizationkettletechnicalassemblechartispictured.AndthetoolwhichIusedinthedesignisoneofthemostpopularchemicaltechnologysimulationsoftwareintheworldASPENPLUS.ItwasusedtosimulateThe ethylenebulkpolymerizationprocessbythesensitivityanalysisinthepolymermoduleand

10、investigatedthemolecularweightaffectingfactors.Keywordspolyethylene,LDPE,material calculation equations ,heat balance.目錄摘 要IAbstractII第 一 章 緒 論31.1LDPE簡(jiǎn)介31.2LDPE的性能41.3LDPE的應(yīng)用41.4最新技術(shù)展望41.5供需狀況4第 二 章 LDPE生產(chǎn)的工藝流程52.1高壓低密度聚乙烯（LDPE）52.2工藝流程62.2.1乙烯高壓聚合生產(chǎn)流程62.2.2原料準(zhǔn)備62.2.3催化劑配制82.2.4聚合過(guò)程92.2.5單體回收與聚乙烯后處

11、理102.3高壓聚乙烯生產(chǎn)工藝條件分析112.3.1溫度和壓力的控制112.3.2轉(zhuǎn)化率的控制11第 三 章 LDPE的物料衡算123.1物料平衡關(guān)系示意圖123.2物料發(fā)生的化學(xué)變化123.3收集數(shù)據(jù)資料133.4選擇物料衡算基準(zhǔn)與計(jì)算單位133.5確定計(jì)算順序143.6計(jì)算主要原料乙烯投料流量143.7 順流程展開計(jì)算143.8 整理計(jì)算結(jié)果163.8.1編寫物料平衡表163.8.2主要符號(hào)說(shuō)明17第四章低密度聚乙烯的熱量衡算184.1 熱量恒算概述184.2熱平衡方程184.3各種熱量計(jì)算方法194.4單臺(tái)設(shè)備的熱量衡算214.4.1收集數(shù)據(jù)214.4.2聚合釜熱量衡算22第五章設(shè)備工藝

12、計(jì)算235.1設(shè)備選型與設(shè)計(jì)原理235.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)235.3設(shè)備結(jié)構(gòu)上的要求235.4定型(或標(biāo)準(zhǔn))設(shè)備的選擇245.5非定型設(shè)備的選型和設(shè)計(jì)計(jì)算245.6聚合反應(yīng)器255.7聚合釜幾何體積的設(shè)計(jì)255.8物料進(jìn)出口管徑265.9傳熱裝置的設(shè)計(jì) 265.10攪拌裝置設(shè)計(jì) 275.11物料擋板設(shè)計(jì) 285.12入孔與支座設(shè)計(jì) 285.13法蘭的選用 28第六章車間布局306.1概述306.2設(shè)計(jì)總則306.3廠房的整體布置316.4廠房的平面形式316.5廠房的柱網(wǎng)和跨度326.6廠房的空間布置326.7設(shè)備露天化問(wèn)題336.8 車間設(shè)備布

13、置的基本容與要求336.10 典型設(shè)備的布置356.11 車間平面圖36第七章三廢處理377.1三廢來(lái)源377.2排放物指標(biāo)37結(jié)論39參考文獻(xiàn)40附圖一帶控制點(diǎn)的工藝流程圖41附圖二車間布置圖42第 一 章 緒 論聚乙烯(PE)塑料一種，我們常常提的方便袋就是聚乙烯(PE)。聚乙烯是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的高分子，也是應(yīng)用最廣泛的高分子材料。它是由重復(fù)的CH2單元連接而成的。聚乙烯是通過(guò)乙烯（ CH2=CH2 ）的加成聚合而成的。聚乙烯工業(yè)化已經(jīng)有60多年的歷史，聚乙烯現(xiàn)在是世界上產(chǎn)量最大、品種繁多的最重要的合成樹脂之一。其應(yīng)用已深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門和人民的生活當(dāng)中。聚乙烯的性能取決于它的聚合方式。

14、在中等壓力(15-30大氣壓)有機(jī)化合物催化條件下進(jìn)行Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE)。這種條件下聚合的聚乙烯分子是線性的，且分子鏈很長(zhǎng)，分子量高達(dá)幾十萬(wàn)。如果是在高壓力(100-300MPa)，高溫(190210C)，過(guò)氧化物催化條件下自由基聚合，生產(chǎn)出的則是低密度聚乙烯(LDPE)，它是支化結(jié)構(gòu)的。低密度聚乙烯度聚乙烯（LDPE）是一種塑料材料，它適合熱塑性成型加工的各種成型工藝，成型加工性好。 LDPE主要用途是作薄膜產(chǎn)品，還用于注塑制品，醫(yī)療器具，藥品和食品包裝材料，吹塑中空成型制品等。低密度聚乙烯（LDPE）是高壓下乙烯自由基聚合而獲得的熱塑性塑料。LD

15、PE是樹脂中的聚乙烯家族中最老的成員，二十世紀(jì)四十年代早期就作為電線包皮第一次商業(yè)生產(chǎn)。 LDPE綜合了一些良好的性能：透明、化學(xué)惰性、密封能力好，易于成型加工。 這決定了LDPE是當(dāng)今高分子工業(yè)中最廣泛使用的材料之一。1.1LDPE簡(jiǎn)介高壓低密度聚乙烯（LDPE）是一種塑料材料，它適合熱塑性成型加工的各種成型工藝，成型加工性好。 LDPE主要用途是作薄膜產(chǎn)品，還用于注塑制品，醫(yī)療器具，藥品和食品包裝材料，吹塑中空成型制品等。結(jié)構(gòu)式CH2=CH2+CH2=CH2+CH2CH2CH2CH2 簡(jiǎn)寫：n CH2=CH2 CH2 CH2 n高壓法生產(chǎn)的聚乙烯分子鏈中含有較多的長(zhǎng)短支鏈(每1000個(gè)碳鏈

16、原子中含有的支鏈平均數(shù)21)，所以結(jié)晶度較低(45%-65%)，密度較小(0.910-0.925)，質(zhì)輕，柔性，耐低溫性、耐沖擊性較好。LDPE廣泛用于生產(chǎn)薄膜、管材(軟)、電纜絕緣層和護(hù)套、人造革等。1.2LDPE的性能LDPE綜合了一些良好的性能：透明、化學(xué)惰性、密封能力好，易于成型加工。 這決定了LDPE是當(dāng)今高分子工業(yè)中最廣泛使用的材料之一特點(diǎn)：產(chǎn)品純凈，電性能好，可直接進(jìn)行澆鑄成型；生產(chǎn)設(shè)備利用率高，操作簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的分離、提純操作。優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，流程短，使用生產(chǎn)設(shè)備少，投資較少；反應(yīng)器有效反應(yīng)容積大，生產(chǎn)能力大，易于連續(xù)化，生產(chǎn)成本低。缺點(diǎn)：熱效應(yīng)相對(duì)較大，自動(dòng)加速效應(yīng)造

17、成產(chǎn)品有氣泡，變色，嚴(yán)重時(shí)則溫度失控，引起爆聚，使產(chǎn)品達(dá)標(biāo)難度加大由于體系粘度隨聚合不斷增加，混合和傳熱困難；在自由基聚合情況下，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)聚合速率自動(dòng)加速現(xiàn)象，如果控制不當(dāng)，將引起爆聚；產(chǎn)物分子量分布寬，未反應(yīng)的單體難以除盡，制品機(jī)械性能變差等。1.3LDPE的應(yīng)用LDPE的應(yīng)用領(lǐng)域：主要用途是作薄膜產(chǎn)品，如農(nóng)業(yè)用薄膜、地面覆蓋薄膜、農(nóng)膜、蔬菜大棚膜等；包裝用膜如糖果、蔬菜、冷凍食品等包裝；液體（牛奶、醬油、果汁、豆腐、豆奶）包裝用吹塑薄膜；重包裝袋，收縮包裝薄膜，彈性薄膜，襯薄膜；建筑用薄膜，一般工業(yè)包裝薄膜和食品袋等。LDPE還用于注塑制品，如小型容器、蓋子、日用制品、塑料花；醫(yī)療器具

18、，藥品和食品包裝材料；擠塑的管材、板材，電線電纜包覆，異型材、熱成型等制品；吹塑中空成型制品，如食品容器有奶制品和果醬類，藥物、化妝品、化工產(chǎn)品容器、槽罐等1.4最新技術(shù)展望對(duì)于高壓乙烯均聚物的生產(chǎn)，目前的研究重點(diǎn)是開發(fā)新的自由基引發(fā)劑，以改進(jìn)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性以與控制聚合物的分子結(jié)構(gòu)。而對(duì)于共聚物來(lái)說(shuō)，則主要是發(fā)現(xiàn)能改進(jìn)物理和化學(xué)性能的新產(chǎn)品，供已有和新的應(yīng)用采用。近年來(lái)新建的LDPE裝置大都采用管式法工藝。與先前的管式反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率20%30%相比，目前管式法工藝的平均單程轉(zhuǎn)化率已可提高到40%.此外，據(jù)報(bào)道，目前正在開發(fā)一種采用高壓釜的新LDPE工藝，它可使反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率至少達(dá)到35%，產(chǎn)量提

19、高50%，可是成本降低25%，此工藝可有效的用以改造已有工廠。1.5供需狀況2013年我國(guó)LDPE產(chǎn)能僅增長(zhǎng)20萬(wàn)噸/年,達(dá)229.3萬(wàn)噸/年,凈進(jìn)口量167.8萬(wàn)噸,自給率降至55.3%,呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。未來(lái)五年,我國(guó)LDPE產(chǎn)能將快速增長(zhǎng),市場(chǎng)缺口逐漸縮小,但相對(duì)高端的管材料、電纜料仍需進(jìn)口。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,LDPE消費(fèi)市場(chǎng)仍有很大潛力,我國(guó)乙烯下游產(chǎn)品市場(chǎng)多元化競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈,國(guó)LDPE市場(chǎng)將呈現(xiàn)石腦油化工產(chǎn)品、MTO化工產(chǎn)品、進(jìn)口產(chǎn)品三分天下的局面。第 二 章 LDPE生產(chǎn)的工藝流程2.1高壓低密度聚乙烯（LDPE）乙烯在高壓條件下由過(guò)氧化物或微量氧引發(fā)經(jīng)自由基聚合反應(yīng)生成密度為0.91

20、0-0.930g/cm3左右的低密度聚乙烯，工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)用最經(jīng)濟(jì)的反應(yīng)條件獲得適當(dāng)性能的產(chǎn)品。工業(yè)生產(chǎn)的低密度聚乙烯樹脂數(shù)均分子量約在2.5X104-5X104圍，重均分子量則達(dá)105以上。工業(yè)上為了簡(jiǎn)化測(cè)定聚乙烯分子量的方法，而采用熔融指數(shù)(MI)來(lái)相對(duì)地表示相應(yīng)的分子量（見表1）與流動(dòng)性。目前我國(guó)生產(chǎn)的低密度聚乙烯樹脂的熔融指數(shù)分別為0.3、0.4.、0.5、0.7、2.0、2.5、5.0、7.0、20等表1.低密度聚乙烯熔融指數(shù)與數(shù)均分子量對(duì)照表熔融指數(shù)數(shù)均分子量熔融指數(shù)數(shù)均分子量熔融指數(shù)數(shù)均分子量20.9240001.8320000.005530006.4280000.2548000

21、0.00176000原料新鮮乙烯來(lái)自乙烯精制車間，其壓力通常為3.0-3.3MPa，此時(shí)可進(jìn)入一次壓縮機(jī)的中段壓縮至25MPa。來(lái)自低壓分離器的循環(huán)乙烯，壓力0.1MPa，與分子量調(diào)節(jié)劑混合后進(jìn)入二次壓縮機(jī)。二次壓縮機(jī)的最高壓力因設(shè)備的要求不同而不同。管式反應(yīng)器要求最高壓力達(dá)300MPa或者更高些經(jīng)二次壓縮達(dá)到反應(yīng)壓力的乙烯冷卻后進(jìn)入聚合反應(yīng)器：釜式和管式反應(yīng)器，引發(fā)劑則用高壓泵送入乙烯進(jìn)料口，或直接注入聚合設(shè)備。反應(yīng)物料經(jīng)適當(dāng)冷卻后進(jìn)入高壓分離器，減壓至25MPa。未反應(yīng)的乙烯和聚乙烯分離并冷卻脫去蠟狀低聚物后，回到二次壓縮機(jī)的入口經(jīng)加壓后循環(huán)使用。聚乙烯則進(jìn)入低壓分離器減壓到0.1MPa以

22、下，是殘存的乙烯進(jìn)一步分離。乙烯循環(huán)使用。聚乙烯樹脂在低壓分離器中與抗氧化劑等添加劑混合后經(jīng)擠出切粒，得到粒狀聚乙烯，被水流送往脫水振動(dòng)篩，與大部分水分離后，進(jìn)入離心干燥器，以脫除表面附著的水分，然后經(jīng)振動(dòng)篩分去不合格的粒料后，成品用氣流輸送至計(jì)量設(shè)備計(jì)量，混合后為一次成品。然后再次進(jìn)行擠出、切粒、離心干燥，得到二次成品。二次成批經(jīng)包裝出廠為商品聚乙烯2.2工藝流程2.2.1乙烯高壓聚合生產(chǎn)流程乙烯高壓聚合是以微量氧或有機(jī)過(guò)氧化物為引發(fā)劑，將乙烯壓縮至147.1245.2MPa高壓下，在150290的條件下，乙烯經(jīng)自由基聚合反應(yīng)轉(zhuǎn)變成為聚乙烯的聚合方法。也是工業(yè)上采用自由基型氣相本體聚合的最典

23、型方法，海事工業(yè)上生產(chǎn)聚乙烯的第一種方法，至今仍然是生產(chǎn)低密度聚乙烯的主要生產(chǎn)方法。下圖為工藝流程草圖圖1工藝流程草圖詳細(xì)的帶控制點(diǎn)的工藝流程圖見附圖一2.2.2原料準(zhǔn)備（1）乙烯乙烯高壓聚合過(guò)程中單程轉(zhuǎn)化率僅為15%-30%，所以大量的單體乙烯（70%-85%）要循環(huán)使用。因此所用原料以西一部分是新鮮乙烯，一部分是循環(huán)回收的乙烯。對(duì)于乙烯的純度要求應(yīng)超過(guò)99.95%。新鮮乙烯的雜質(zhì)含量應(yīng)低于下列數(shù)值：表2.原料所含雜質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)甲烷、乙烷500X10-6(體積)CO25x10-6(體積)C3以上重餾分10x10-6(體積)H25x10-6(體積)乙炔5x10-6(體積)S(按H2S計(jì))1x10

24、-6(體積)氧1x10-6(體積)H2O1x10-6(體積)CO5x10-6(體積)乙烯常壓下為氣體，臨界壓力為5.12MPa；臨界溫度9.90；爆炸極限為2.75%-28.6%，純乙烯在350以下穩(wěn)定，更高的溫度則分解為C、CH4、H2。CH2=CH2CH4+C+127.36kj/molCH2=CH22C+2H2+47.69kj/mol回收的循環(huán)乙烯，由于有些雜質(zhì)在聚合過(guò)程中可能已消耗，所以雜質(zhì)中主要是不易參加聚合反應(yīng)的惰性氣體，如氮、甲烷、乙烷等。多次循環(huán)使用時(shí)，惰性雜質(zhì)的含量可能積累，此時(shí)應(yīng)采取一部分氣體放空或送回乙烯精制車間精制。（2）分子量調(diào)節(jié)劑在工業(yè)生產(chǎn)中為了控制產(chǎn)品聚乙烯的熔融指

25、數(shù)，必須加適當(dāng)量的分子量調(diào)節(jié)劑，可用的調(diào)節(jié)劑包括烷烴（乙烷、丙烷、丁烷、己烷和環(huán)己烷）、烯烴（丙烯、異丁烯）、氫、丙酮和丙醛等。而以丙烯、丙烷乙烷等最常應(yīng)用。在鏈轉(zhuǎn)移過(guò)程中，叔碳原子上的氫最活潑，其次為仲碳原子相結(jié)合的氫，伯碳原子上相結(jié)合的氫原子最不活潑，但是當(dāng)與伯碳原子相結(jié)合的碳原子含雙鍵時(shí)（例如丙烯的甲基）則活性大為增加，因此鏈轉(zhuǎn)移活性表現(xiàn)為：丙烯丙烷乙烷規(guī)格要求：表3.分子量調(diào)節(jié)劑規(guī)格要求丙烯純度99.0%（體積）丙烷純度97.0%（體積）乙烷純度95.0%（體積）炔烴雜質(zhì)的含量400x10-6（體積）S含量30x10-6（體積）O2含量20x10-6（體積）用于乙烯聚合的分子量調(diào)節(jié)劑的

26、轉(zhuǎn)移常數(shù)見下表表4.乙烯聚合用分子量調(diào)節(jié)劑的鏈轉(zhuǎn)移常數(shù)分子量調(diào)節(jié)劑溫度，°C鏈轉(zhuǎn)移常數(shù)分子量調(diào)節(jié)劑溫度鏈轉(zhuǎn)移常數(shù)丙烯130150氫130160丙烷13027丙酮130165乙烷1306丙醛1303300調(diào)節(jié)劑的種類和用量根據(jù)乙烯牌號(hào)的不同而不同，一般是乙烯體積的1%-6.5%折合為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)調(diào)節(jié)劑的分子量進(jìn)行計(jì)算。調(diào)節(jié)劑是在一次壓縮機(jī)的進(jìn)口進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)的。（3）添加劑聚乙烯樹脂在隔絕氧的條件下受熱時(shí)是穩(wěn)定的，但在空氣中受熱則易被氧化。聚乙烯在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于日光紫外線照射而易老化，性能逐漸變壞。為了防止聚乙烯在成型過(guò)程中受熱時(shí)被氧化，防止使用過(guò)程中老化，所以聚乙烯樹脂中

27、應(yīng)添加防老劑（抗氧劑）、防紫外線劑等，此外為了防止成型過(guò)程中粘結(jié)模具而需要加入潤(rùn)滑劑。聚乙烯主要用來(lái)生產(chǎn)薄膜，為了使吹塑支撐的聚乙烯塑料袋易于開口而需要添加開口劑。為了防止表面積累靜電，有時(shí)需要添加防靜電劑。業(yè)上應(yīng)用的聚乙烯添加劑主要有以下幾種。表5.老化劑種類抗氧劑4-甲基2,6-二叔丁基苯酚潤(rùn)滑劑油酸酰胺或硬脂酸銨、油酸銨、亞麻仁油酸銨或者三者的混合物開口劑高分散性的硅膠（SiO2）、鋁膠（AL2O3）或其兩者混合物抗靜電劑用含有氨基或羥基等極性幾團(tuán)而又可溶于乙烯中，不會(huì)發(fā)的聚合物為抗靜電劑以上添加劑的種類和用量根據(jù)生產(chǎn)的聚乙烯牌號(hào)和用途加于聚乙烯樹脂低壓分離器中，為了便于計(jì)量和易與聚乙烯

28、充分混合起見，通常是將添加劑配制成濃度約為10%左右的白油（脂肪族烷烴）溶液或分散液，用泵計(jì)量送入低壓分離器或者于二次選粒時(shí)加入。2.2.3催化劑配制乙烯高壓聚合需加入自由基引發(fā)劑，工業(yè)上常稱為催化劑，所用的引發(fā)劑主要是氧和過(guò)氧化物，早期工業(yè)生產(chǎn)中主要用氧作為引發(fā)劑。其優(yōu)點(diǎn)在于價(jià)格低，可直接加于乙烯進(jìn)料中。而且在200以下是，氧是乙烯聚合阻聚劑，不會(huì)在壓縮機(jī)系統(tǒng)中或者乙烯回收系統(tǒng)中引發(fā)聚合。其缺點(diǎn)是氧的引發(fā)溫度在230以上，而低于200時(shí)反而阻聚，因此反應(yīng)溫度必須高于200。由于氧在一次壓縮機(jī)進(jìn)口處加入，所以不能迅速的用改變引發(fā)劑用量的辦法控制反應(yīng)溫度。而且氧的反應(yīng)活性受溫度的影響很大。因此目

29、前除了管式反應(yīng)器中還可以用氧作引發(fā)劑以外，釜式反應(yīng)器已全部改為過(guò)氧化物引發(fā)劑。工業(yè)上常用的過(guò)氧化物引發(fā)劑為：過(guò)氧化二叔丁基，過(guò)氧化十二烷酰，過(guò)氧化苯甲酸叔丁酯，過(guò)氧化3，5,5-三甲基乙酰等。此外尚有過(guò)氧化碳酸二丁酯，過(guò)氧化辛酰等。乙烯高壓聚合引發(fā)劑，應(yīng)配制成白油溶液或直接用計(jì)量泵注入聚合釜的乙烯進(jìn)料管中，或注入聚合釜中，在釜式聚合反應(yīng)器造作中依靠引發(fā)劑的注入量控制反應(yīng)溫度。2.2.4聚合過(guò)程乙烯在高壓條件下雖然仍是氣體狀態(tài)，但其密度達(dá)0.5g/cm3，已接近液態(tài)烴的密度，近似于不能在被壓縮的液體，稱氣密相狀態(tài)。此時(shí)乙烯分子間的距離顯著縮短，從而增加了自由基與乙烯分子的碰撞幾率，故易于發(fā)生聚合

30、反應(yīng)。由于每千克乙烯聚合時(shí)可產(chǎn)生3350-3765kj熱量，而在140MPa壓力下，150-300圍，乙烯的比熱為2.51-2.85J/g，所以乙烯聚合轉(zhuǎn)化率升高1%則反應(yīng)物料將升高12-13，如果熱量不能與時(shí)移去，溫度上升到350以上則發(fā)生爆炸性分解。因此在乙烯高壓聚合過(guò)程中應(yīng)防止局部過(guò)熱，防止聚合反應(yīng)器產(chǎn)生過(guò)熱點(diǎn)。（1） 聚合反應(yīng)條件反應(yīng)溫度一般在130-350圍；反應(yīng)壓力一般為122-303MPa、或更高些。較短的聚合停留時(shí)間（15s-2min）取決于反應(yīng)器的類型。因產(chǎn)品牌號(hào)的不同而采用不同的反應(yīng)條件在聚合反應(yīng)器未反應(yīng)的乙烯和聚合生成的聚乙烯熔融物保持均相狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行順利，兩者是否分

31、相與聚乙烯的含量、反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度有關(guān)反應(yīng)條件的變化不僅影響聚合反應(yīng)速度，而且對(duì)于產(chǎn)品聚乙烯的分子量也發(fā)生影響。當(dāng)反應(yīng)壓力提高時(shí)，聚合反應(yīng)速度加大，但聚乙烯的分子量降低，而且支鏈較多，所以其密度稍有降低。（2）聚合反應(yīng)設(shè)備目前工業(yè)生產(chǎn)采用的乙烯高壓聚合反應(yīng)器可分兩種類型：A.管式反應(yīng)器這類反應(yīng)器一般用于處理黏度較低的均相反應(yīng)物料。其特點(diǎn)是，物料在管呈柱塞狀流動(dòng)，沒有什么返混現(xiàn)象；反應(yīng)溫度沿反應(yīng)管的長(zhǎng)度而有變化，因此反應(yīng)溫度有最高峰，所以所得聚乙烯的分子量分布較寬。管式反應(yīng)器是徑為2.5-7.5cm的細(xì)長(zhǎng)形高壓合金鋼管。直徑與長(zhǎng)度之比為1/250-1/40000，目前最長(zhǎng)的管式反應(yīng)器長(zhǎng)1500

32、m或以上。管式反反應(yīng)器一般分為二段，第一段為聚合引發(fā)段，需加熱達(dá)到引發(fā)劑或氧發(fā)生引發(fā)聚合作用的溫度。第二段為冷卻段，但溫度不應(yīng)低于130，以防止聚乙烯凝固。管式反應(yīng)器約占聚合反應(yīng)器的10% 20%，如乙烯高壓聚合、苯乙烯本體聚合、己酰胺開環(huán)聚合、尼龍66的預(yù)縮聚等。B.釜式反應(yīng)器這類反應(yīng)器通常設(shè)有攪拌裝置，所以又稱為攪拌釜式反應(yīng)器。其特點(diǎn)是，強(qiáng)制物料流動(dòng)，強(qiáng)化傳熱與傳質(zhì)效果；使物料充分接觸，均勻混合；強(qiáng)化表面更新作用，有利于分子組分氣化；使非均相物料分散。攪拌釜式反應(yīng)器對(duì)各種反應(yīng)體系適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大，更換品種方便，適應(yīng)市場(chǎng)需求能力強(qiáng)，因此，攪拌釜式反應(yīng)器在聚合物合成中廣泛使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，攪拌

33、釜式反應(yīng)器在聚合反應(yīng)器中占80% 90%，如乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯、丙烯腈以與丁苯橡膠、氯丁橡膠、順丁橡膠等。表6 釜式法與管式法比較項(xiàng)目釜式法管式法壓力大約110253MPa，可保持穩(wěn)定大約達(dá)333MPa，管產(chǎn)生壓力降溫度可以控制在130280°C某一圍可高達(dá)330°C，管溫度差較大反應(yīng)器冷卻帶走的熱量<10%<30%平均停留時(shí)間10120s之與反應(yīng)管的尺寸有關(guān)。約60300s生產(chǎn)能力可在較大圍之變化取決于反應(yīng)管的參數(shù)物料流動(dòng)狀況與每一反應(yīng)區(qū)充分混合接近柱塞式流動(dòng)，中心至管壁表面為層流反應(yīng)器表面的清洗方法不需要特別清洗用壓力脈沖法清洗管壁表面共聚

34、條件可能在廣泛圍共聚只可與少量第二單體共聚能否防止乙烯分解反應(yīng)易于控制，從而可防止乙烯分解難以防止偶然的分解產(chǎn)品聚乙烯分子量分布窄寬長(zhǎng)鏈分枝多少微粒凝膠少多2.2.5單體回收與聚乙烯后處理自聚合反應(yīng)器中流出的物料經(jīng)減壓裝置進(jìn)入高壓分離器，高壓分離器的壓力為20-25MPa，大部分為反應(yīng)的乙烯和聚乙烯分離，經(jīng)冷卻，脫除蠟狀的低聚物后回收循環(huán)使用。同時(shí)將防老劑等添加劑，根據(jù)生產(chǎn)牌號(hào)的要求注入低壓分離器，與熔融的聚乙烯樹脂充分混合后進(jìn)行造粒。后處理過(guò)程已在生產(chǎn)流程中敘述。值得提出的是，聚乙烯與其他品種的塑料不同，經(jīng)過(guò)二次造粒，其目的是增加聚乙烯塑料的透明性，并且減少塑料中的凝膠微粒。為了使產(chǎn)品規(guī)格符

35、合生產(chǎn)要求，合格產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)在大型料倉(cāng)庫(kù)中進(jìn)行混批，以保證大批量生產(chǎn)某一熔融指數(shù)的合格品。乙烯于高壓條件下進(jìn)行自由基聚合時(shí)，產(chǎn)品密度較低的原因是由于聚合反應(yīng)中發(fā)生本分子鏈轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生支鏈所致。2.3高壓聚乙烯生產(chǎn)工藝條件分析2.3.1溫度和壓力的控制乙烯氣相自由基本體聚合在高溫130°C280°C、高壓110MPa250MPa甚至300MPa的壓力的苛刻條件下進(jìn)行。這時(shí)因?yàn)橐蚁┑慕Y(jié)構(gòu)對(duì)稱，沒有任何取代基，偶極矩為0，反應(yīng)活性很低。提高反應(yīng)溫度，可提高乙烯的反應(yīng)活性，易發(fā)生聚合反應(yīng)，但純乙烯再350°C一下是穩(wěn)定的，更高的溫度則分解為 C 、H2和CH4。為了安全生產(chǎn)

36、，使生成的PE呈熔融狀態(tài)，不發(fā)生凝聚，聚合溫度一般控制在130°C280°C。乙烯常溫、常壓下為氣體，即使在100MPa250MPa甚至300MPa的壓力下仍為氣體，但其密度已達(dá)到0.5g/cm，接近液態(tài)烴的密度，近似不能被壓縮的液體，稱為氣密相狀態(tài)。此時(shí)乙烯分子間的距離顯著縮小，從而增加了自由基與乙烯分子的碰撞概率，故易發(fā)生聚合反應(yīng)。2.3.2轉(zhuǎn)化率的控制乙烯高壓氣相自由基本體聚合過(guò)程中轉(zhuǎn)化率僅為15%30%，大量的乙烯需要循環(huán)使用。因此，所用的原料一小部分是新鮮的乙烯，大部分是循環(huán)回收的乙烯。這時(shí)因?yàn)橐蚁┑木酆蠠酘=-95KJ/mol，高于一般的烯類單體的聚合熱。由于每

37、千克乙烯聚合時(shí)可產(chǎn)生聚合熱3344kj3762kj，在140MPa，150°C300°C溫度圍乙烯的比熱容2500J/(KG*K)2800 J/(KG*K)，所以乙烯聚合時(shí)其轉(zhuǎn)化率每升高1%，分應(yīng)物料的溫度要升高12°C13°C。如果聚合熱不能與時(shí)排出，溫度將迅速升高。由于乙烯再350°C以上時(shí)不穩(wěn)定，將發(fā)生爆炸性分解。因此，乙烯聚合時(shí)應(yīng)防止局部過(guò)熱，防止反應(yīng)器仲產(chǎn)生過(guò)熱點(diǎn)。為了安全生產(chǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，聚合轉(zhuǎn)化率不能超過(guò)30%。同時(shí)，聚合釜中采用高速攪拌，保證釜物料與引發(fā)劑充分混合，不產(chǎn)生局部過(guò)熱現(xiàn)象。第 三 章 LDPE的物料衡算用氧或過(guò)氧化

38、物等作引發(fā)劑，使乙烯聚合為低密度聚乙烯的方法。乙烯經(jīng)二級(jí)壓縮后進(jìn)入反應(yīng)器，在壓力100300MPa、溫度200300與引發(fā)劑作用下聚合為聚乙烯，反應(yīng)物經(jīng)減壓分離，使未反應(yīng)的乙烯回收后循環(huán)使用，熔融狀的聚乙烯在加入塑料助劑后擠出造粒。3.1物料平衡關(guān)系示意圖完整LDPE連續(xù)操作工序的物料衡算過(guò)程比較復(fù)雜，為了說(shuō)明問(wèn)題，只對(duì)流經(jīng)反應(yīng)器和分離器的物流進(jìn)行物料衡算，流經(jīng)反應(yīng)器和分離器物料平衡關(guān)系簡(jiǎn)圖,如圖所示 。3.2物料發(fā)生的化學(xué)變化生產(chǎn)聚乙烯的反應(yīng)屬于加聚類型的反應(yīng)，其反應(yīng)大致分為下列三個(gè)階段：鏈引發(fā)，鏈增長(zhǎng)，鏈終止。（1）鏈引發(fā)利用引發(fā)劑產(chǎn)生帶未配對(duì)單電子的原子團(tuán)，也稱為自由基。這個(gè)階段相當(dāng)于“

39、播種”，這些自由基就相當(dāng)于“種子”。常用的引發(fā)劑以過(guò)氧化苯甲酰為例，產(chǎn)生自由基的過(guò)程如下：C6H5COOOOCC6H5 2C6H5· 2CO2這里的C6H5·就是帶一個(gè)未配對(duì)單電子的“苯基自由基”。為了簡(jiǎn)便起見，下面用R·表示這些由引發(fā)劑產(chǎn)生的自由基，“·”表示一個(gè)未配對(duì)電子。（2）鏈增長(zhǎng)自由基所帶的未配對(duì)電子不斷打開單體的雙鍵，使單體一個(gè)個(gè)加上去。R· CH2CH2 RCH2CH2·RCH2CH2· CH2CH2 RCH2CH2CH2CH2·R（CH2CH2）n· CH2CH2 R（CH2CH2）（n1

40、）（3）鏈終止當(dāng)鏈端自由基的未配對(duì)電子因某種原因獲得配對(duì)時(shí)，鏈的增長(zhǎng)即告終止。一種典型的情況是兩個(gè)增長(zhǎng)著的鏈互相碰撞：R（CH2CH2）n· ·（CH2CH2）mR R（CH2CH2）n（CH2CH2）mR此外，增長(zhǎng)中的鏈與其它分子碰撞時(shí)，也有可能奪取電子而配對(duì)。3.3收集數(shù)據(jù)資料生產(chǎn)規(guī)模。設(shè)計(jì)任務(wù)書中規(guī)定的年產(chǎn)量為3萬(wàn)噸生產(chǎn)時(shí)間。年工作日：300d/a（24h/d）共7200h相關(guān)技術(shù)指標(biāo)工藝配方：引發(fā)劑（微量氧或過(guò)氧化物）用量：（10-610-4）可忽略分子量調(diào)節(jié)劑用量：c=5=0.05聚合度=400乙烯高壓聚合過(guò)程中單程轉(zhuǎn)化率僅為1530，在此以30%為例進(jìn)行計(jì)算?；?/p>

41、學(xué)變化與物理化學(xué)變化的變化關(guān)系 表3-3 各物料的相對(duì)分子質(zhì)量化合物名稱乙烯PE鏈節(jié)聚合物相對(duì)分子質(zhì)量符號(hào)相對(duì)分子質(zhì)量2828130003.4選擇物料衡算基準(zhǔn)與計(jì)算單位連續(xù)操作過(guò)程，可選擇時(shí)間為計(jì)算基準(zhǔn)，計(jì)算單位為kg/h。3.5確定計(jì)算順序可得到產(chǎn)品產(chǎn)量與主要原料乙烯投料量之間的比例關(guān)系，宜采用順流程的計(jì)算順序。3.6計(jì)算主要原料乙烯投料流量PE熔體流量與乙烯理論投料的關(guān)系為:該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量為3萬(wàn)噸,年開工300d,連續(xù)生產(chǎn),切粒、包裝工序物料損失率為0.5%,因此PE熔體流量為:乙烯實(shí)際投料質(zhì)量流量為:乙烯實(shí)際投料摩爾流量為:3.7 順流程展開計(jì)算 R101物料衡算如上圖為R101物料平

42、衡示意圖 101.0 乙烯進(jìn)料 乙烯: 201.2 高壓分離器回收的乙烯(設(shè)其分離率為X)R201回收的乙烯： 301.2 低壓分離器回收的乙烯由于經(jīng)聚合后剩余的乙烯在低壓分離器要完全進(jìn)行回收再利用，故其分離率為100%R301回收的乙烯： 分子量調(diào)節(jié)劑： 合計(jì)： 101.1聚合產(chǎn)物原料乙烯聚合生成的產(chǎn)物原料乙烯經(jīng)聚合后剩余的乙烯回收的乙烯聚合生成的產(chǎn)物回收的乙烯經(jīng)聚合后剩余的乙烯分子量調(diào)節(jié)劑：合計(jì)：R101物料平衡驗(yàn)算： 總進(jìn)料量= 總出料量X取30%，所以帶入數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果得總進(jìn)料量=總出料量=5994.91kg/h總出料量等于總進(jìn)料量，符合物料守恒定律，說(shuō)明整個(gè)聚合工序的物料衡算過(guò)程是正確

43、的3.8 整理計(jì)算結(jié)果 編寫物料平衡表。3.8.1編寫物料平衡表表3.8.1LDPE氣象自由基本體聚合連續(xù)操作物料平衡表物流代號(hào)R101101.0101.1301.2201.2乙烯3475.724137.80（2434.00-2434.00X）2434X分子量調(diào)節(jié)劑聚合物1771.92合計(jì)3475.722434X3.8.2主要符號(hào)說(shuō)明c分子量調(diào)節(jié)劑用量 乙烯的相對(duì)分子質(zhì)量PE鏈節(jié)的相對(duì)分子質(zhì)量 聚乙烯的相對(duì)分子質(zhì)量PE熔體流量 乙烯理論投料質(zhì)量流量乙烯實(shí)際投料質(zhì)量流量 乙烯實(shí)際投料摩爾流量高壓分離器分離的乙烯量 原料乙烯投料量低壓分離器分離的乙烯量 分子量調(diào)節(jié)劑進(jìn)入量分子量調(diào)節(jié)劑流出量 X高壓

44、分離器分離率第四章低密度聚乙烯的熱量衡算4.1 熱量恒算概述熱量恒算的容與作用為后續(xù)工藝設(shè)計(jì)提供依據(jù) A,計(jì)算高峰熱負(fù)荷(最大傳熱速率).由于間歇操作過(guò)程為非定態(tài)操作過(guò)程,物料狀態(tài),化學(xué)變化,物理變化速率隨時(shí)間變化而變化,因此必須用高峰熱符合計(jì)算設(shè)備傳熱面積,傳熱介質(zhì)流量,工藝管徑等,以滿足最大操作負(fù)荷時(shí)的工藝要求. B,計(jì)算熱符合變化規(guī)律(傳熱速率隨時(shí)間變化曲線),為控制方案的選擇停工依據(jù),如何選用何種傳熱介質(zhì),傳熱介質(zhì)的溫度與圍,流量與圍等. (2)熱量消耗的計(jì)算與能源的綜合利用 熱量消耗的計(jì)算主要是為經(jīng)濟(jì)核算等提供依據(jù),硬扯需要按單位操作時(shí)間(批)或處理單位物質(zhì)治療所需消耗熱量進(jìn)行計(jì)算.

45、另外還需根據(jù)熱量恒算的結(jié)果,解決能源合理利用的問(wèn)題.(3)為其他專業(yè)的設(shè)計(jì)提供依據(jù) 提出傳熱戒指的種類,相態(tài),使用溫度圍,使用壓力圍,傳熱介質(zhì)流量與用量,設(shè)備是否需要保溫等設(shè)計(jì)條件,為公用工程,自控儀表等設(shè)計(jì)提供依據(jù).4.2熱平衡方程在化工過(guò)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:其中: -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.-離開設(shè)備或系統(tǒng)各股物料的焓之和,kJ.-進(jìn)入設(shè)備或系統(tǒng)各股物料的焓之和,kJ.而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,熱平衡方程通常寫成以下形式便于計(jì)算:其中:-設(shè)備或系統(tǒng)物料與外界交換熱量之和(傳入熱量為正,傳出熱量為負(fù)),kJ.-由于物料溫度變化,系統(tǒng)與外

46、界交換的熱量(當(dāng)有相變時(shí),應(yīng)分段計(jì)算,升溫為正,降溫為負(fù)),kJ.-由于物料發(fā)生各種變化(化學(xué)反應(yīng),相變,溶解,混合等),系統(tǒng)與外界交換的熱量(吸熱為正,放熱為負(fù)).kJ.-由于設(shè)備溫度改變,系統(tǒng)與外界交換的熱量.(設(shè)備升溫為正,設(shè)備降溫為負(fù)),kJ.-設(shè)備向外界散失的熱量(操作溫度高于環(huán)境溫度為正,低于環(huán)境溫度為負(fù)),kJ.4.3各種熱量計(jì)算方法(1) 的計(jì)算(顯熱)恒容變化過(guò)程:其中:-恒容熱容,kJ·kg·,-物料進(jìn),出口溫度,;-物料質(zhì)量,kg;-恒容變化過(guò)程中,系統(tǒng)與環(huán)境交換的熱量,kJ.液體或固體: 混合物物料體系:其中:-各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù) -各組分恒壓熱容連續(xù)操

47、作過(guò)程q1=WCV(T2-T1)(2) 的計(jì)算(化學(xué)反應(yīng)熱,相變熱,溶解熱,混合熱)當(dāng)物料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí):其中:W-反應(yīng)物質(zhì)量,kg;M反應(yīng)物相對(duì)分子質(zhì)量,kg·kmol,-反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的變化-由于物料發(fā)生化學(xué)反應(yīng),系統(tǒng)與外界交換熱量,kJ.吸熱反應(yīng)為正.當(dāng)物料發(fā)生其他物理變化時(shí):其中:-發(fā)生某種變化的物質(zhì)的量質(zhì)量流量,kg.h,-單位物質(zhì)發(fā)生該變化吸收或放出的熱量,kJ·kg變化過(guò)程為吸熱過(guò)程時(shí),0. (3) 的計(jì)算(設(shè)備溫度變化)因?yàn)樵摴に嚍檫B續(xù)操作，所以無(wú)熱損失。=0 (4) 的計(jì)算(熱損失)其中:-設(shè)備各部分表面積,m²-設(shè)備各部分表面對(duì)環(huán)境的傳熱系數(shù),W

48、·m·-設(shè)備各部分表面溫度,;-環(huán)境溫度,;t-操作時(shí)間,h.為簡(jiǎn)化計(jì)算，常取熱損失速率為總傳熱速率的10%4.4單臺(tái)設(shè)備的熱量衡算4.4.1收集數(shù)據(jù)聚乙烯比熱容：2.3kj/kg·-1反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率變化：x=15.38%乙烯的聚合熱取93.00kj/mol反應(yīng)溫度：170進(jìn)料溫度：125冷卻水入口溫度：10冷卻水出口溫度：45125時(shí)CP=2.01kj/（kg·）=0.48kcal/（kg·k）170時(shí)CP=2.18kj/（kg·）=0.52kcal/（kg·k）總出料量由物料衡算得W=5994.91kg/h進(jìn)料溫度為125

49、，采用換熱器在進(jìn)入釜前操作，加熱介質(zhì)選用硅油反應(yīng)釜溫度為170，采用電加熱。4.4.2聚合釜熱量衡算 Q1=5994.91×0.48x125=3.60×105kcal/hQ3=3475.72×810=2.82×105kcal/hQ4=5994.91×0.52×170=5.30×105kcal/h4) 攪拌熱H=P總=4.46×0.23885×3600kcal/h=0.04×105kcal/h5)制冷劑帶出的熱量Q2=Q1+Q3+H-Q4=(3.60+2.82+0.04-5.30)×10

50、5=1.08×105kcal/h6) 設(shè)備負(fù)荷與冷卻水消耗量聚合釜是連續(xù)操作，以kcal/h為計(jì)算基準(zhǔn)，設(shè)備負(fù)荷等于Q2冷卻水t入口=10，t出口=45，CP=1kcal/（kg·k）冷卻水消耗W=Q/CPt=1.08×105/1×(313.15-283.15)=3.6×103kg/h第五章設(shè)備工藝計(jì)算5.1設(shè)備選型與設(shè)計(jì)原理化工設(shè)備是化工生產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)工程項(xiàng)目投產(chǎn)后的生產(chǎn)能力、操作穩(wěn)定性、可靠性、以與產(chǎn)品質(zhì)量等等都將起著重要的作用。因此，對(duì)于設(shè)備的設(shè)計(jì)和選擇首先要考慮的是工藝上的要求；要運(yùn)行可靠，操作安全；便于連續(xù)化和自動(dòng)化生產(chǎn)；要能

51、夠創(chuàng)造良好的工作環(huán)境和無(wú)污染，以與便于購(gòu)置和容易制造等，總之，要全面貫徹先進(jìn)、適用高效、安全、可靠、省材和節(jié)資等原則。5.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)化工設(shè)備的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有以下五項(xiàng)：?jiǎn)挝簧a(chǎn)能力；消耗系數(shù)；設(shè)備價(jià)格；管理費(fèi)用和產(chǎn)品總成本?，F(xiàn)分述如下：?jiǎn)挝簧a(chǎn)能力單位生產(chǎn)能力是指設(shè)備的單位體積、單位重量或單位面積在單位時(shí)間完成的任務(wù)。因此，設(shè)備的生產(chǎn)能力要與流程設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力相適應(yīng)，而且效率要高。通常，設(shè)備的生產(chǎn)能力愈高愈好，但其效率卻與設(shè)備的大小和結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此要分析比較，權(quán)衡利弊，合理選擇。消耗系數(shù)化工設(shè)備的消耗系數(shù)是指生產(chǎn)單位重量或單位體積的產(chǎn)品消耗的原料和能量，其中包括原材料、燃料、蒸汽、水和

52、電等?；ぎa(chǎn)品的單耗不但與采用的工藝路線有關(guān)，而且也與采用設(shè)備有關(guān)，例如：合成氨廠中，氨產(chǎn)品的煙煤?jiǎn)魏木团c鍋爐設(shè)備的消耗系數(shù)有著密切的關(guān)系，一般說(shuō)來(lái)，消耗系數(shù)越低越好。設(shè)備價(jià)格設(shè)備價(jià)格直接影響建設(shè)工程投資。顯然，一般要選擇價(jià)格便宜，制造容易，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用材不多的設(shè)備，但要注意設(shè)備質(zhì)量和生產(chǎn)效率。管理費(fèi)用設(shè)備的管理費(fèi)用包括勞動(dòng)工資、維護(hù)和栓修費(fèi)用等。要盡量選用管理費(fèi)用低的設(shè)備，以降低產(chǎn)品的成本。產(chǎn)品總成本產(chǎn)品總成本是化工企業(yè)效益的綜合反應(yīng)，一般要求產(chǎn)品的總成本越低越好，實(shí)際上，這項(xiàng)指標(biāo)是上述各項(xiàng)指標(biāo)的綜合反應(yīng)。5.3設(shè)備結(jié)構(gòu)上的要求化工設(shè)備除了要滿足上述技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)外，還要滿足下述各項(xiàng)結(jié)構(gòu)要求。

53、強(qiáng)度：化工設(shè)備無(wú)論是主體部分還是零部件都要有合理的強(qiáng)度，否則就不能保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行和工人的安全。所謂強(qiáng)度要指合理的或符合化工設(shè)備規(guī)的要求。例如：為預(yù)防生產(chǎn)中突然超壓，要采用保安部件(如防爆膜等)處理，這就是控制設(shè)備合理強(qiáng)度的實(shí)例。剛度：指設(shè)備與其構(gòu)件在外壓作用下能保持原狀的能力。有時(shí)候化工設(shè)備構(gòu)件的設(shè)計(jì)主要取決于剛度，而不是強(qiáng)度。例如，塔設(shè)備的塔盤板，其厚度常常由材料的剛度來(lái)決定。耐久性：指設(shè)備能使用的年限。一般化工設(shè)備的使用年限為十至十二年，而高壓設(shè)備則為二十至二十五年，但在實(shí)際生產(chǎn)中設(shè)備的使用年限則于設(shè)備的被腐蝕情況。因此在考慮設(shè)備的耐久性時(shí)要充分考慮設(shè)備使用的腐蝕條件。密封性：化工設(shè)備

54、的密封性是一個(gè)很重要的問(wèn)題，特別是在處理易燃、易爆、有毒介質(zhì)時(shí)成為重要，在設(shè)備中應(yīng)根據(jù)有毒物質(zhì)在車間的允許濃度來(lái)確定設(shè)備的密封性。用材和制造：在設(shè)計(jì)化工設(shè)備時(shí)，要盡是減少材料的用量，特別是一些貴重材料，同時(shí)還要考慮制造方便，避免復(fù)雜的加工工序，減少加工量，力求降低設(shè)備的制造成本和材料用量。操作和檢修：化工設(shè)備的構(gòu)件還要顧與操作、安裝、日常維修的方便，例如人孔太小就會(huì)影響日常的檢修，延長(zhǎng)檢修時(shí)間，從而減少化工生產(chǎn)的有效時(shí)間，影響設(shè)備能力的發(fā)揮。運(yùn)輸方便：化工設(shè)備的尺寸和形狀應(yīng)注意到運(yùn)輸方便與否問(wèn)題，當(dāng)設(shè)備制造廠與使用廠相距較遠(yuǎn)時(shí)成為突出。采用水運(yùn)時(shí)，尺寸限制不嚴(yán)，采用陸運(yùn)時(shí)，則設(shè)備的直徑、長(zhǎng)度和重量要符合公路、鐵路的運(yùn)輸規(guī)定。5.4定型(或標(biāo)準(zhǔn))設(shè)備的選擇定型設(shè)備的選擇除了要符合上述基本條件外，還要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：首先根據(jù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的規(guī)定生產(chǎn)能力和生產(chǎn)周期考慮設(shè)備的臺(tái)數(shù)，如采用單臺(tái)或多臺(tái)；臺(tái)數(shù)確定后，凡是運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備要按其負(fù)荷和規(guī)定的工藝條件進(jìn)行選型；靜止設(shè)備則要計(jì)算其主要參數(shù)，如傳熱面積、蒸發(fā)面積等，再結(jié)合有關(guān)工藝條件進(jìn)行選型。設(shè)備的選型可參考國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)圖集或有關(guān)手冊(cè)和生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄、說(shuō)明書等。在選擇定型設(shè)備時(shí)要注意其備品備件的供應(yīng)情況，以避免在使用中因缺少備品備件而耽誤修理時(shí)間，影響生產(chǎn)