聚丙烯合成工藝課設參考

1、15萬噸/年聚丙烯生產(chǎn)工藝設計- 計算部分、用戶手冊目 錄第一章 概述1.1 聚丙烯概述1.2 聚丙烯的性質1.3 聚丙烯工藝發(fā)展過程1.4 幾種主要聚丙烯工藝1.5 中國聚丙烯工業(yè)1.6 展望第二章 工藝流程設計- 14 -2.1 工藝原理- 14 -2.2 催化劑的選定- 15 -2.3 生產(chǎn)工藝的選定- 15 -2.4 工藝流程草圖- 17 -2.5 工藝流程概述- 17 -2.5.1 聚合區(qū)工藝.- 17 -2.5.2 造粒區(qū).- 20 -2.5.3 包裝區(qū).- 20 -2.5.4 循環(huán)水場.- 21 -第三章 物料衡算- 21 -3.1 設計名稱- 21 -3.2 設計條件- 22

2、-3.2.1 全套裝置工藝參數(shù).- 22 -3.2.2 丙烯進料量 （按小時計算）.- 22 -3.3 催化劑用量- 22 -3.4 R200小環(huán)管的物料衡算- 23 -3.5 氫氣用量- 24 -3.6 R201大環(huán)管反應器的物料衡算- 24 -3.7 D301閃蒸罐的物料衡算- 25 -3.8 F301布袋過濾器的物料衡算- 25 -3.9 T301循環(huán)丙烯洗滌塔的物料衡算- 27 -3.10 D501汽蒸罐的物料衡算- 28 -3.11 T501水洗塔的物料衡算- 28 -3.12 D502干燥塔的物料衡算- 29 -3.13 造粒- 29 -第四章 熱量衡算- 30 -4.1 計算依據(jù)

3、- 30 -4.2 R200小環(huán)管的熱量衡算- 30 -4.3 R201大環(huán)管反應器的熱量衡算- 32 -4.4 D301閃蒸罐的熱量衡算- 33 -4.5 D501氣蒸罐的熱量衡算- 33 -4.6 D502干燥罐的熱量衡算- 34 -第五章 設備選型- 35 -5.1 R200小環(huán)管的選型- 35 -5.1.1 R200小環(huán)管的工藝參數(shù).- 35 -5.1.2 主要作用.- 35 -5.1.3 選型.- 35 -5.2 R201大環(huán)管反應器的選型- 36 -5.2.1 R201大環(huán)管反應器的工藝參數(shù).- 36 -5.2.2 特點.- 36 -5.2.3 選型及結構.- 36 -5.3設備一

4、覽表- 37 -第6章 經(jīng)濟技術分析- 38 -6.1市場分析和建設規(guī)模- 38 -6.2 工藝技術- 40 -參考文獻- 41 -致 謝- 42 -第二章 工藝流程設計2.1 工藝原理從中轉罐區(qū)送來的丙烯需經(jīng)過預精制、保安精制后才能成為精丙烯進入反應系統(tǒng)。其中T001為固堿塔，脫除大量水和無機硫2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O2NaOH+H2S=Na2S+2H2ONaOH+nH2O=NaOH.nH2OT002為分子篩塔，利用分子篩的吸附原理10，脫除微量的水，該塔可以再生。T701為汽提塔，利用汽提塔的操作原理脫除丙烯中的輕組分，尤其是一氧化碳。T702為脫硫塔，主要是脫除羰基硫。C

5、OS+H2O=H2S+CO2 ZnO+H2S=ZnS+H2OT703為3Å分子篩塔，繼續(xù)脫除微量的水。該塔可以再生。T704為脫砷塔，主要是脫除砷化氫。2AsH3+2CuO=2CuAs+2H2O+H22AsH3+Al2O3=2AlAs+3H2O丙烯聚合的過程包括鏈引發(fā)、鏈增長、鏈轉移和鏈終止。 鏈引發(fā)CatRCH2CHCatCH2CHR CH3 CH3 鏈增長Cat-CH2CHRnCH2CHCat-CH2CH(CH2CH)nR CH3 CH3 CH3 CH3 鏈轉移 向單體轉移CatCH2CH(CH2CH)nRCH2CHCat-CH2CH2CH2=C(CH2CH)nR CH3 CH3

6、 CH3 CH3 CH3 CH3 向氫氣轉移Cat-CH2CH(CH2CH)nRH2Cat-H+CH3CH(CH2CH)nR CH3 CH3 CH3 CH3 向烷基鋁轉移Cat-CH2CH(CH2CH)nRAl(C2H5)3Cat-C2H5+ CH3 CH3(C2H5)2AlCH3CH(CH2CH)nR CH3 CH3 鏈終止CatCH2CH(CH2CH)nRCatHCH2C(CH2CH)nR CH3 CH3 CH3 CH32.2 催化劑的選定配合Spheripol工藝，選擇第四代超高活性的CS-型和DQ-型球型催化劑3。球型催化劑可以控制聚丙烯粒子的形態(tài)，具有反應器顆粒技術的特點，有利于生產(chǎn)

7、高性能的聚丙烯。同時“反應器顆粒技術”可以免除造粒過程，所以在提高了反應效率的同時，又大大的降低了生產(chǎn)成本。2.3 生產(chǎn)工藝的選定在綜述中對聚丙烯的生產(chǎn)工藝已經(jīng)做了詳細的比較，在這里選擇Spheripol工藝。該技術自1982年首次工業(yè)化以來，是迄今為止最成功、應用最為廣泛的聚丙烯生產(chǎn)工藝。Spheripol工藝是一種液相預聚合同液相均聚和氣相共聚相結合的聚合工藝，工藝采用高效催化劑(Spheripol工藝一開始使用GF-2A、FT-4S、UCD-104等高效催化劑，催化劑活性達到40kgPP/gcat，產(chǎn)品等規(guī)度為90%-99%，可不脫灰、不脫無規(guī)物)，生成的PP粉料粒度呈圓球形，顆粒大而均

8、勻，分布可以調節(jié)，既可寬又可窄，可以生產(chǎn)全范圍、多用途的各種產(chǎn)品。預聚合反應是在均聚反應之前先將催化劑組分同少量丙烯預先進行聚合反應，以保護催化劑和聚合產(chǎn)品的顆粒度。預聚合是液相聚合，采用一組由兩根管組成的環(huán)管反應器。均聚反應也是液相聚合，一般都采用兩組串連的環(huán)管反應器，每組反應器由四根管子組成。目前改進的Spheripol工藝的環(huán)管反應器由一組環(huán)管組成，通過對立管根數(shù)及其直徑的不同設計來適應不同的處理能力，反應熱通過環(huán)管外壁夾套內(nèi)循環(huán)流動的水來撤除。嵌段共聚反應則采用氣相法，反應器是一個或兩個串聯(lián)的密相流化床反應器。該工藝采用獨特的環(huán)管式反應器，具有單位體積傳熱面積大，總傳熱系數(shù)高，單程轉化

9、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，而且結構簡單，材質采用低溫碳鋼即可。環(huán)管反應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，因此其單位反應器體積產(chǎn)率高，能耗低。Spheripol工藝經(jīng)濟性好，原料和公用工程消耗低，人工費和三廢處理等費用也少，生產(chǎn)成本較低，因此Spheripol工藝成為當今世界最為先進和流行的PP生產(chǎn)工藝之一。表2-1 幾種聚丙烯工藝對比工藝名稱工藝特點淤漿法工藝1.丙烯單體溶解在惰性液相溶劑中（如己烷中），在催化劑作用下進行溶劑聚合，聚合物以固體顆粒狀態(tài)懸浮在溶劑中，采用釜式攪拌反應器；2.有脫灰、脫無規(guī)

10、物和溶劑回收工序，流程長，較復雜，裝置投資大，能耗高，但生產(chǎn)易控制，產(chǎn)品質量好；3.以離心過濾方法分離聚丙烯顆粒，再經(jīng)氣流沸騰干燥和擠壓造粒；溶液法工藝1.使用高沸點自鏈烴作溶劑，在高于聚丙烯熔點的溫度下操作，所得聚合物全部融解在溶劑中呈均相分布；2.高溫氣提方法蒸發(fā)脫除溶劑得熔融聚丙烯，再擠出造粒得粒料產(chǎn)品；3.方法工藝流程復雜，且成本較高，聚合溫度高，采用特殊的高溫催化劑使產(chǎn)品應用范圍有限;氣相法1.系統(tǒng)不引入溶劑，丙烯單體以氣相狀態(tài)在反應器中進行氣相本體聚合；2.流程簡短，設備少、生產(chǎn)安全、生產(chǎn)成本低；3.聚合反應器有流化床、立式攪拌床及臥式攪拌床等；液相本體法（含液相氣相組合式）1.系

11、統(tǒng)中不加溶劑，丙烯在反應器中進行液相本體聚合，乙烯丙烯在流化床反應器中進行氣相共聚；2.流程簡單、設備少、投資省、動力消耗及生產(chǎn)成本低；3.均聚采用釜式攪拌反應器，或環(huán)管反應器，無規(guī)共聚和嵌段共聚在攪拌式流化床中進行；2.4 工藝流程草圖圖2.1 工藝流程草圖2.5 工藝流程概述全裝置的工藝流程分為聚合區(qū)、造粒區(qū)、包裝區(qū)和循環(huán)水場。2.5.1 聚合區(qū)工藝本裝置使用的催化劑分為主催化劑和助催化劑三乙基鋁（TEAL）、給電子體（DONOR）。TEAL密封在鋼瓶內(nèi)貯存和運輸。首先利用N2將TEAL從鋼瓶壓送到TEAL貯罐D111，再分批壓送到TEAL計量罐D101。D101中的TEAL按照一定的流量

12、控制通過計量泵P101精確地輸送到催化劑混合罐D201。DONOR對產(chǎn)品的等規(guī)度調節(jié)具有重要的作用。使用時先將100% DONOR溶液通過氣動泵P103送至給電子體貯罐D110A/B。為了方便計量，并根據(jù)產(chǎn)品性能的不同要求，再向D110A/B中加入一定量的白油，配成不同濃度的DONOR溶液。本裝置一般使用10%和30%兩種，配制好的DONOR溶液按照一定的流量控制通過P104精確地輸送到D201。DONOR系統(tǒng)必須在N2封狀態(tài)下使用和保存。配制主催化劑膏體所需要的脂先在E102中進行加熱，熔化后通過齒輪泵P105送至油脂混合罐D105，再按照油：脂為2：1的比例向D105中加入白油。通過Z11

13、0鼓泡排氣后待用。使用時需將D105升溫至70，按需要量通過P105將加熱好的油脂混合物送到催化劑分散罐D106中，主催化劑從D106上部的HV136振動加入。通過嚴格的配制程序，最后將主催化劑混合在10的油膏中，以保證主催化劑能均勻地加入反應系統(tǒng)。使用時，先用N2將主催化劑油膏壓至催化劑計量罐D108A/B。從催化劑計量泵P108打出的油進入D108頂部，通過對活塞的壓力，將D108中的催化劑送出至D201，通過對油的計量可以精確地計量催化劑的加入量。主催化劑、TEAL、DONOR在D201中被混合均勻，溫度控制在10。主催化劑在D201中被活化。催化劑混合物通過D201上部的溢流管進入到催

14、化劑在線混合器Z203中，同時由FV204控制的、流量為3300kg/h的一股丙烯也同時加入，并一起進入預聚合反應器R200。預聚合的目的在于使催化劑表面包裹上一層聚丙烯薄層，當催化劑進入環(huán)管反應器時，這個薄層起保護催化劑的作用，防止催化劑在突遇高溫時發(fā)生爆裂，生成大量細粉。經(jīng)過預聚的催化劑再進入到環(huán)管反應器R201中。氫氣在本裝置的作用是分子量調節(jié)劑。裝置內(nèi)使用的氫氣由制氫站供給，制氫站包括水電解制氫裝置和氫氣純化裝置兩部分。由水電解產(chǎn)生的氫氣經(jīng)過催化脫氧、吸附干燥后得到高純度的氫氣，進入到氫氣貯罐D993中。D993的壓力控制在1.2-1.3MPa，當D993的壓力超高時，需要將氫氣放空。

15、D993中的氫氣被壓縮機PK705壓縮至5.0MPa，經(jīng)F202過濾后進入到丙烯總管。本裝置使用的丙烯由中轉罐區(qū)送來。丙烯先進入固堿塔T001和分子篩塔T002，除去其中大量的水分，精制合格后的丙烯進入丙烯球罐Q-1/2，兩個球罐可以切換使用。球罐中的丙烯通過P-1送往保安精制。保安精制主要包括汽提塔T701、脫硫塔T702、脫水塔T703、脫胂塔T704，它們分別可以脫除丙烯中的輕組分（乙烷、一氧化碳、氫氣）、硫、水、胂等主催化劑“毒素”。從T701系統(tǒng)中的E701排出的輕組分，進入尾氣回收系統(tǒng)。從保安精制出來的丙烯被稱為“精丙烯”，經(jīng)F701過濾后進入到丙烯進料罐D302中。D302中的丙

16、烯通過丙烯進料泵P301送往環(huán)管反應器R201。為保持P301出口壓力的穩(wěn)定，多余的丙烯通過FV331返回D302。R201的丙烯主要有兩個來源，一個由P301直接送入，另一個由P301經(jīng)E201、Z203和R200后進入R201。R201需要嚴格控制其反應條件：溫度70，壓力3.4MPa，密度560-580kg/m3。R201帶有一臺軸流泵P201，用來維持物料在反應器內(nèi)的循環(huán)。聚合反應放出的熱量由反應器夾套水帶走，夾套水通過E202與循環(huán)冷卻水進行熱交換來實現(xiàn)夾套水溫度的穩(wěn)定。R201的壓力控制是通過與之相連的D202的壓力控制來實現(xiàn)的。D202的壓力控制主要是通過調節(jié)進入E203蒸發(fā)的液

17、相丙烯流量來實現(xiàn)，另外從D202頂部出來的氣相丙烯，也具有一定的調節(jié)作用。R201的出料由D202的液位控制。從R201中流出的漿料在閃蒸線內(nèi)完全汽化后，進入閃蒸罐D301。當后續(xù)系統(tǒng)故障時，可以從D301前的三通閥HV301，將物料排向排放系統(tǒng)。物料在D301中進行氣、固分離，粉料從D301底部進入袋濾器F301，氣相丙烯由D301頂部進入丙烯洗滌塔T301。D301頂部的動力分離器A301可以使粉料盡可能不被帶走。丙烯在T301內(nèi)經(jīng)冷卻和循環(huán)洗滌后，由丙烯泵P302送回D302。另有一股丙烯從T301底部排出，在小閃蒸線內(nèi)汽化后，與D301底部流出的物料一起進入F301，目的是將洗滌下來的

18、粉料排出。T301系統(tǒng)中的E301可將不凝氣排放到尾氣回收系統(tǒng)。物料在F301內(nèi)再次減壓至0.05-0.08MPa，閃蒸出來的丙烯氣經(jīng)濾袋和安全過濾器F302過濾后，進入低壓丙烯洗滌塔T302。T302內(nèi)的循環(huán)液由白油和添加劑Atmer163按2：1混合而成。氣相丙烯中夾帶的粉料和TEAL被洗滌下來。當油中的TEAL含量超過8%時，T302需換油，每次更換一半。廢油由齒輪泵P303送往D607，進行廢油處理。當?shù)蛪洪W蒸系統(tǒng)故障時，可由F301前的三通閥HV311將物料排放至排放系統(tǒng)。從T302頂部出來的丙烯，經(jīng)E304冷卻，D304緩沖后，進入循環(huán)氣壓縮機PK301，PK301將丙烯壓縮至1.

19、6-1.8MPa后，返回到T301入口。F301內(nèi)的粉料向下進入汽蒸罐D501。汽蒸的目的是為了提高產(chǎn)品的質量，降低產(chǎn)品灰份和氯含量。D501是一個帶攪拌器（A501）的流化床。蒸汽由底部進入，將粉料中的殘余催化劑分解后，由D501頂部出來進入水洗塔T501。蒸汽中帶有少量的丙烯、油、HCl、粉料等。粉料、HCl和蒸汽在T501中被洗滌下來，由塔底排出。少量的丙烯和油被T501頂部的E501冷卻后進入尾氣壓縮機PK501。PK501將殘余丙烯壓縮至0.4MPa后進入尾氣回收系統(tǒng)。少量的油貯存在廢油罐D506中，最后排至油桶。T501的操作溫度為90-100，它的熱水同時還作為T301底再沸器E

20、303的熱源循環(huán)使用。D501中的物料依靠重力進入干燥罐D502。D502內(nèi)有螺旋篩板，可以使物料不發(fā)生混流。熱氮氣從D502底部進入，對物料進行干燥后，由頂部出來進入水洗塔T502，N2在T502中被冷卻，并降低濕度后，進入鼓風機C502。從C502出來的N2在E503中加熱至80-100，又從D502底部進入。T502的循環(huán)液在E502中進行冷卻，以穩(wěn)定T502的操作溫度。從D502底部排出的合格粉料，由粉料輸送系統(tǒng)PK801送至聚丙烯粉料緩沖倉D802，等待造粒。2.5.2 造粒區(qū)造粒系統(tǒng)由添加劑配制單元，計量加料單元，CMP230X-12AW連續(xù)混煉機，水下切粒機，顆粒水（PCW）系統(tǒng)

21、，顆粒干燥器、分級器組成。通過混合器M801A/B配制好的添加劑，經(jīng)W802計量后，再與經(jīng)W801計量后的PP粉料混合之后進入預混器M802，混合后加到混煉機腔，混煉樹脂和添加劑，并通過排氣口放出富余氮氣及揮發(fā)物，由齒輪泵加壓，樹脂通過換網(wǎng)器，清除樹脂中的雜質，送到模板。在水室中，擠壓成條的樹脂被切粒機旋轉的切刀切成顆粒。這些顆粒由PCW系統(tǒng)送到脫水干燥器D805，干燥后由分級器S803進行分類，分離出不合格尺寸的顆粒。尺寸合格的顆粒送到D807，D807底部出來的顆粒通過顆粒輸送系統(tǒng)PK802送至均化料倉D901。2.5.3 包裝區(qū)正常生產(chǎn)時，每一滿罐（D901A/B/C/D）PP粒料為一批

22、料，批料均化時間為6-10小時。均化操作是從同一料倉通過均化管線自料倉的不同高度取料，再通過PK901送往同一料倉頂部的操作。均化結束后，可根據(jù)生產(chǎn)安排停PK901或將PK901目標料倉切向D902，將D901A中粒料送至D902，進行包裝。成品包裝工段共有A、B兩條CZQ型全自動包裝碼垛生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線由包裝單元、碼垛單元、電氣控制及上位管理系統(tǒng)，輔助及公用工程系統(tǒng)組成。2.5.4 循環(huán)水場本裝置還包括有一個循環(huán)水場，負責向裝置內(nèi)提供循環(huán)冷卻水。第三章 物料衡算物料衡算是對進出生產(chǎn)裝置、生產(chǎn)工序或單臺設備的物料進行平衡計算。物料衡算的主要內(nèi)容是根據(jù)各種物料之間的定量轉化關系，計算進出整個生產(chǎn)

23、裝置、生產(chǎn)工序或單臺設備的各股物料的數(shù)量及組成11。物料衡算的理論依據(jù)是質量守恒定律。對于沒有化學反應的生產(chǎn)過程來說，質量守恒定律為：進入一個裝置的全部物料質量等于離開這個裝置的全部物料質量再加上裝置內(nèi)積累起來的物料質量。寫成公式為： 流入量=流出量+積累量+損失量對于有化學反應的過程來說，要將化學反應的計量關系結合到質量守恒定律中，寫成公式為：流入量+反應生成量=流出量+反應消耗量+積累量+損失量3.1 設計名稱年產(chǎn)15萬噸環(huán)管法聚丙烯合成車間工藝設計3.2 設計條件3.2.1 全套裝置工藝參數(shù)生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)15萬噸生產(chǎn)時間：年工作時數(shù)8000小時每噸聚丙烯消耗丙烯理論量：1.02噸丙烯（1

24、00%）全裝置總收率按98%計算，提耗為2%（以1.02噸100%丙烯為基準計算收率和損耗），損耗分配如下：精制工段丙烯損失 0.5%閃蒸工段丙烯損失 0.5% 汽蒸工段丙烯損失 0.8%PP粉料損失 汽蒸工段 0.1%，造粒工段 0.1%3.2.2 丙烯進料量 （按小時計算）PP每小時凈生產(chǎn)量：150000/8000=18.75t需要100%丙烯：18.75*1.02=19.125t則取19.125t丙烯為基準計算收率和損耗扣除損耗的則參加反應的丙烯：19.125/(1-0.5%-0.5%-0.8%)=19.476t按轉化率55%，則需要100%丙烯進料量為：19.476/0.55=35.4

25、1t原料純度為99.5%，則原料量為：35.41/0.995=35.59t3.3 催化劑用量.主催化劑（CS-型和DQ-型）主催活性：2531kgPP/gcat，取30 kgPP/gcat。則主催用量：19.476*1000/30=649.2g其它按主催：助催TEAL：給電子體DONOR：烴油十脂=0.06：0.35：0.015：0.35助催TEAL用量:(0.35*649.2)/0.06=3787g給電子體DONOR用量：(0.015*649.2)/0.06=162.3g烴油十脂：3787g則催化劑總量：649.2+3787+162.3+3787=8385.5g,即8.385kg3.4 R2

26、00小環(huán)管的物料衡算圖3.2 R200物料平衡圖表3-2 R200物料平衡表物料名稱物料質量（kg）總量（kg）輸入丙烯30003008.385催化劑8.385輸出丙烯2935.083008.385PP64.92催化劑8.385進料：丙烯進料流量 27003300kg/h，取3000kg/h主催化劑 649.2g催化劑總量 8.385kg主催化劑：100150gPP/gcat，取100gPP/gcat則預聚合生成PP：649.2*100=64920g=64.92kg未反應的丙烯：3000-64.92=2935.08kg出料：PP 64.92kg丙烯 2935.08kg催化劑 8.385kg3.

27、5 氫氣用量H2消耗定額：0.0090.31kg/tpp,此處取值：0.20kg/tpp則H2用量：0.20*19.476=3.8952kg3.6 R201大環(huán)管反應器的物料衡算R201R200PP64.992kg丙烯2935.08Kg催化劑8.385 KgD302丙烯32590KgPP19603.71Kg丙烯15986.286KgD301氫氣圖3.3 R201物料平衡圖轉化率55%進料：丙烯 35.59*1000-64.92=35525.08kgPP 64.92kg生成PP：35525.08*55%=19538.794kg出料：PP 19538.794+64.92=19603.714kg丙烯

28、 35.59*1000-19603.714=15986.286kg表3-3 R201物料平衡表物料名稱物料質量（kg）總量（kg）輸入丙烯（R200）2935.0835590丙烯（D302）32590PP(R200) 64.92輸出丙烯15986.28635590PP19603.7143.7 D301閃蒸罐的物料衡算進料：PP 19603.714kg丙烯 15986.286kg D301PP+丙烯丙烯+ PPPP+丙烯R201T301F301 圖3.4 D301物料平衡圖D301頂部丙烯帶走粉塵為10%，底部粉塵帶走丙烯10%D301塔頂出料為：丙烯：15986.286*90%=14387.6

29、6kgPP：19603.714*10%=1960.37kgD301塔底出料為：PP：19603.714*90%=17643.34kg丙烯：15986.286*10%=1598.63kg表3-4 D301物料平衡表物料名稱物料質量（kg）總量（kg）輸入丙烯15986.28635590PP19603.714輸出丙烯（D301頂）14387.6635590PP(D301頂)1960.37丙烯（D301底）1598.63PP(D301底）17643.343.8 F301布袋過濾器的物料衡算D301F301 PP粉： 17643.34kg 丙烯氣：1598.63kgT301F301 丙烯： 2860k

30、g PP粉： 1960.37kg進料：則D301 丙烯：2860+1598.63=4458.63kg F301 T301 PP：17643.34+1960.37=19603.71kg F301T301D301丙烯+PP丙烯+PP回收T301丙烯D501丙烯+PP圖3.5 F301物料平衡圖D501損失丙烯0.8%：19.125*1000*0.8%=153kg則從F301頂部出丙烯：4458.63-153=4305.63kg出料：F301頂部（T301）：丙烯氣4305.63kg F301底部（D501）：PP 19603.71kg 丙烯153kg表3-5 F301物料平衡表物料名稱物料質量（k

31、g）總量（kg）輸入丙烯（D301）1598.6324062.34PP(D301)17643.34PP(T301)1960.37 丙烯（T301）2860輸出丙烯（F301底部）15324062.34回收丙烯（F301頂部）4305.63PP(F301底)19603.713.9 D501汽蒸罐的物料衡算圖3.7 D501物料平衡圖進料： PP 19603.71kg，丙烯153kg，水蒸汽：27005.3kg （計算） 損失PP粉：19.125*1000*0.1%=19.125kg則從D501D502： PP粉 19603.71-19.125=19584.585kgPP粉夾帶水分19584.58

32、5*3%=587.538kgD501T501 PP粉：19.125kg 丙烯: 153kg 水蒸氣：27005.3-587.538=26417.762kg 表3-7 D501物料平衡表物料名稱物料質量（kg）總量（kg）輸入PP19603.7119756.71丙烯153水蒸氣27005.327005.3輸出損失PP19.12519756.71PP粉19584.585損失丙烯153水蒸氣26417.76227005.3PP粉夾帶水分587.5383.10 T501水洗塔的物料衡算D501T501 PP粉：19.125kg 丙烯: 153kg 水蒸汽：27005.3-703.7=26301.6kg

33、 還有少量的油、HCl等出料：塔底：PP粉 19.125kg 水蒸汽 26301.6kg少量 HCl 塔頂：丙烯153kg進入尾氣回收系統(tǒng) 油排至油桶3.12 D502干燥塔的物料衡算進料：濕PP粉19584.585+587.538=20171.123(kg) 熱氮氣 478.42kg出料：塔底：干PP粉末 19584.585kg 少量水分19584.585*0.02%=3.92 kg氮氣帶走的水分為587.585-3.92=583.665kg塔頂：濕氮氣：478.42+583.665=?kg圖3.8 D502物料平衡圖3.13 造粒PP粉19584.585損失0.1%為19584.585*0

34、.1%=19.585kg在聚合過程中催化劑和氫氣全用來生產(chǎn)成品PP,損失的忽略不記得成品PP粉：(19584.585+3.8952+8.385)- 19.585=19577.28kg=19.58t則年生產(chǎn)PP:19.58*8000=15.66t第四章 熱量衡算熱量衡算是指根據(jù)能量守恒定律對設備在操作過程中傳入熱量或傳出熱量的平衡計算12。連續(xù)操作過程熱量衡算的內(nèi)容主要是計算正常操作時的傳熱速率，為設備傳熱面積、傳熱介質流量、工藝管徑等的計算及控制方案的選擇提供依據(jù)。在化工過程中，各種熱量之間的轉換關系可以用熱平衡方程表示：Q=H出 - H進其中 Q-設備或系統(tǒng)與外界環(huán)境交換熱量之和，通常包括熱

35、損失，kJ；H出-離開設備或系統(tǒng)各股物料的焓之和，kJ； H進-進入設備或系統(tǒng)各股物料的焓之和，kJ；4.1 計算依據(jù)丙烯聚合熱：2172.95kJ/kgPP表4-1 水的比熱20307080Kcal/(kg*)0.9990.9971.001.002表4-2 液相丙烯比熱25506070Kcal/(kg*)0685080008100910表4-3 氣相丙烯比熱50607620Kcal/(kg*)164164316471633表4-4 聚丙烯比熱207080105Kcal/(kg*)19322322462526表4-5 丙烯汽化潛熱506076Kcal/kg2750235017004.2 R20

36、0小環(huán)管的熱量衡算預聚生成PP：64.92kg丙烯聚合熱：2172.95kJ/kgPP輸入熱量：20的丙烯帶入熱量Q1 =CP*m*t=3000*0.685*4.2*20=172620kJPR的反應熱Q2=2172.95*64.92=141067.914kJ輸出熱量：預聚物帶走熱量Q3= CP*m*t=64.92*1.93*20=2505.912 kJ未反應丙烯帶走熱量Q4= CP*m*t=(3000-64.92)*0.685*4.2*20=168884.5 kJ通過通冷卻水移走聚合反應生成熱，設備向外界環(huán)境散熱的熱量可忽略不計，則冷卻水帶走的熱量為Q5：Q5=Q1+Q2-Q3 =64.92*

37、0.685*4.2*20+2172.95*64.92-64.92*1.93*20 =3735.497+141067.914-2505.912 =142297.499kJ夾套水進口溫度范圍是9.510.5,本設計取10，出口溫度取15因為 Q=m*t*C水 得 m水=Q5/（C水*t）所以 m水=142297.499/(4.2*5)=6776.07kg液相本體法聚丙烯聚合釜夾套傳熱的總傳熱系數(shù)為：K=*e-0.809C K總傳熱系數(shù)，/m²k丙烯轉化率為零時的傳熱系數(shù)，/m²kC丙烯轉化率（C=64.92/3000=0.02164）對于碳鋼材質的聚合釜可取560698/m&#

38、178;k，取=600/m²k 則K= 600*e（ -0.809*0.02164）=589.587/m²k傳熱方式：夾套式換熱為主反應溫度：20 20冷卻水 ： 10 15平均溫差tm=（t1-t2）/（t1/t2）則t=(20-10)-(20-15) /(20-10)-(20-15)=7.2141=3.6kJ/h傳熱面積10A=Q/（K.tm）則A= A=Q5/（K.tm）=(142297.499/3.6)/( 589.587*7.214)m=39527.083/4253.28=9.29m² 表4-6 R200熱量衡算表熱量名稱熱量（kJ）總量（kJ）輸入熱量

39、20的丙烯帶入熱量Q1172620313687.9PR的反應熱Q2141067.914輸出熱量預聚物帶走熱量Q32505.912313687.9未反應丙烯帶走熱量Q4168884.5冷卻水帶走的熱量為Q5142297.499冷卻水用量（kg）6776.07夾套傳熱面積（）9.294.3 R201大環(huán)管反應器的熱量衡算生成PP：19538.794kg氫氣的進料溫度為20，量為3.8952kg進料：PP 64.92kg 丙烯：35525.08kg出料：PP 19603.714kg 丙烯：15986.286kg輸入熱量：預聚物帶入熱量Q1=CP*m*t=64.92*2.23*70=10134.012

40、kJ丙烯帶入的熱量Q2=CP*m*t=35525.08*0.91*70*4.2=9504379.903 kJ氫氣帶入熱量Q3= CP*m*t=3.8952*3.408*4.2*50=2787.717kJ反應生成熱Q4=2172.95*19603.714=36597890.336kJ輸出熱量：聚合物帶走熱量Q5=19603.714*2.23*70=3060139.755kJ丙烯帶走熱量Q6=15986.286*0.91*70*4.2=4276970.956kJ通過通冷卻水移走聚合反應生成熱設備向外界環(huán)境散熱的熱量可忽略不計，則冷卻水帶走的熱量為Q7：Q7=Q1+Q2+Q3+Q4-Q5-Q6=38

41、778081.26kJ冷卻水進口溫度為10 ，出口溫度為30冷卻水用量m水=38778081.26/4.2*(30-10)= 461643.824kg平均溫差t=(70-10)-(70-30)/In(70-10)-(70-30)=49.326液相本體法聚丙烯聚合釜夾套傳熱的總傳熱系數(shù)為：K=*e-0.809C K總傳熱系數(shù)，/m²k丙烯轉化率為零時的傳熱系數(shù)，/m²kC丙烯轉化率C=（19603.714-64.92）/35525.08=0.55對于碳鋼材質的聚合釜可取560698/m²k，取=600/m²k 則K= 600*e（ -0.809*0.55）

42、=384.51/m²k換熱面積；A= Q7/（K.t）=(38778081.26/3.6)/( 49.326*384.51)= 567.937m²表4-8 R201熱量衡算表熱量名稱熱量（kJ）總量（kJ）輸入熱量預聚物帶入熱量Q110134.01246115191.97丙烯帶入的熱量Q29504379.903氫氣帶入熱量Q3287.7167反應生成熱Q436597890.3363輸出熱量聚合物帶走熱量Q53060139.75546115191.97丙烯帶走熱量Q63676970.956冷卻水帶走熱量Q744778081.26夾套傳熱面積()567.9374.4 D301閃蒸罐的熱量衡算大閃線內(nèi)液相丙烯汽化