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高分子专业课程设计设计题目:10万吨/年聚丙烯液相本体法聚合釜工艺设计学院:班别:姓名:学号:指导教师:学院院长:2014年12月23日~2015年1月9日目录第一章绪论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艺流程叙述第三章工艺计算聚合釜物料、热料衡算和循环冷却水流量的计算；聚合釜容积和外形尺寸的计算；聚合釜搅拌器的设计和电机的选择；聚合釜传热计算、夹套和冷却管的设计。附录1：聚合釜设计参数汇总表附录2：工艺流程图聚合釜工艺参数丙烯、热水、水进入聚合釜的温度为25℃、75℃、25℃；丙烯、热水、水进入聚合釜的温度为70℃、55℃、39℃；丙烯利用热水加热至50℃，利用反应热加热至74℃。丙烯纯度97%，H2/丙烯（重量比）120×10-6；三氯化钛/丙烯（重量比）50×10-6，AI/Ti=10：三氯化钛纯度80%；投料系数70%；高压回收釜压1MPa丙烯纯度97%，H2/丙烯（重量比）120×10-6；三氯化钛/丙烯（重量比）40×10-6，AI/Ti=15：三氯化钛纯度80%；投料系数70%；高压回收釜压1MPa低压回收釜压0.8MPa；液相丙烯密度0.5g/cm2，聚丙烯的堆积密度0.47g/cm2，聚丙烯的真实密度0.91g/cm2；低压回收釜压0.8MPa；液相丙烯密度0.5g/cm2，聚丙烯的堆积密度0.47g/cm2，聚丙烯的真实密度0.91g/cm2。第一章绪论高速增长的消费市场，催生聚丙烯工业投资热潮。预计2008年前后，中国聚丙烯工业将进入新一轮投资高峰期，届时将有近600万吨／年产能陆续投产，其中65%分属中石化和中石油两大集团。而中石油这套世界级装置的建成，揭开了中国建设聚丙烯大型装置的序幕，预计在未来几年中，更大规模的装置将不断列入建设计划。1.1聚丙烯(PP)的性能聚丙烯之所以能在工业化生产之后迅速地成为广泛的通用塑料，原因之一是它的性能优良，因而可以不断扩大应用范围。甚至于在某些方面还可以和聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯相竞争，因为聚丙烯在外观、化学性能、物理性能、加工性能、改性性能之间有良好的平衡。（1）聚丙烯的外观聚丙烯树脂为本色、圆柱状颗粒，颗粒光洁，粒子的尺寸在任意方向上为2mm～5mm，无机械杂质。粉料为本白色粉末，无结块，合格品允许有微黄色。（2）聚丙烯的化学性能PP的化学稳定性优异，对大多数酸、碱、盐、氧化剂都显惰性。例如在100℃的浓磷酸、盐酸、40%硫酸及其它们的盐类溶液中都是稳定的，只有少数强氧化剂如发烟硫酸等才可能使其出现变化。PP是非极性化合物，对极性溶剂十分稳定，如醇、酚、醛、酮和大多数羧酸都不会使其溶胀，但在部分非极性有机溶剂中容易溶解或溶胀。（3）聚丙烯的物理性能密度：PP是所有合成树脂中密度最小的，仅为0.90~0.91g/cm3，是PVC密度的60%左右。这意味着用同样重量的原料可以生产出数量更多同体积的产品。表面硬度：PP的表面硬度在五类通用塑料中属低等，仅比PE好一些。当结晶度较高时，硬度也相应增加一些，但仍不及PVC、PS、ABS等。机械性能：PP的强度和刚性都比低压PE好，它活动铰链，能承受70000000次以上的折叠弯曲，没有损坏痕迹；但其缺口特别敏感。热性能：PP有良好的耐热性，熔点为164~170℃，耐100℃以上的温度煮沸消毒，没有外力下，温度即使到150℃也不变形，在低负荷下亦可在110℃连续使用。电性能：PP是一种非常优良的电绝缘体，不吸水，不受空气潮湿影响，击穿电压也高。是一种缓慢燃烧的材料。（4）聚丙烯的加工性能PP属于结晶型聚合物，不到一定温度其颗粒不会熔融，不像PE或PVC那样在加热过程中随着温度提高而软化。一旦达到某一温度，PP颗粒迅速融化，在几度范围内就可全部转化为熔融状态。PP的熔体粘度比较低，因此成型加工流动性良好，特别是当熔体流动速率较高时熔体粘度更小，适合于大型薄壁制品注塑成型，例如洗衣机内桶。PP在离开口模后，如果是在空气中缓慢冷却，就会生成较大的晶粒，制品透明度低。至此，我们可以看出PP的加工性能是由它的物理性能决定的。PP的物理性能是判断其可加工性的重要指标。有什么样的物理性能决定了PP有什么样的加工性能。同时，PP加工性能的好坏也直接影响到制品的物理性能、使用性能。因此，物理性能与加工性能之间是互助互制的关系。（5）聚丙烯的改性性能随着工艺的改进和新型催化剂（尤其是茂金属催化剂）的开发，市场上出现了全新的PP品种。与传统PP相比，它们在抗冲击、刚性、透明性、光泽、阻隔性能等方面的优势，不仅在传统PP应用领域发挥作用，而且也向其他应用领域渗透。目前，PP新产品的开发主要包括高熔体强度、高透明、高结晶度、高流动PP等。1.2聚丙烯(PP)的用途PP主要用于生产编织制品、注塑制品、薄膜和纤维。编织制品是PP的第一大消费领域,由于聚丙烯的来源丰富、价格低廉、故编织制品广泛采用聚丙烯作为主要原料，主要用于粮食、化肥、水泥的包装,其次是糖、盐、蔬菜及其它工业包装。今后编织制品一方面将向大型、重型化包装袋发展,即向集装袋方向发展,另一方面将向低重、低纤度包装袋发展。各种功能性编织袋如耐高温、抗静电、耐老化等编织袋的需求也将有一定的发展。注塑制品是PP的第二大消费领域,由于PP其优良的耐热性、力学性能、成本低和良好的环境适应性等优点而倍受人们的青睐，主要用于硬包装(容器、周转箱、托盘、瓶盖等)、消费用品(厨具、家具、花盆、旅行箱等)、汽车配件(汽车内饰、保险杠、蓄电池等)及医疗制品(注射器、工具箱、料盆等),在这些应用中PP将替代传统材料如木材、玻璃和金属等。由于PP密度很低,加上具有良好的力学性能和加工性能,使它非常适宜于那些考虑成本和自重的大排量汽车使用。薄膜是PP的第三大消费领域,包括双向拉伸PP等。双向拉伸PP由于具有防潮、力学强度高、尺寸稳定性好、质轻、无毒、无臭、印刷性能良好等优点而被广泛应用于印制、涂布、香烟及食品包装袋、真空镀铝、电容器等方面。PP薄膜具有良好的光学透明性和低潮湿转移性,所以主要用途有快餐食品包装、压敏带背衬和标签带等。PP薄膜的市场包括形形色色的小商品领域,如皱缩膜包装、细软物品包装、摄影和绘画用品包装、电容器和电子工业用薄膜、一次性使用尿布扎带和搭扣等。纤维是PP的第四大消费领域,PP纤维是所有合成纤维总相对密度最小的品种，因此它质量最轻，单位重量的纤维能覆盖的面积最大。而且其强度与合成纤维中高强度品种涤纶、锦纶相近，但在湿态时强度不变化，这一点优于锦纶。此外，PP纤维同其它合成纤维一样，不易发霉、腐烂，不怕虫蛀。PP纤维主要用于地毯（包括地毯底布和绒面）、装饰布、土工布、无纺布、各种绳索、条带、渔网、建筑增强材料、包装材料等。其中PP纤维无纺布由于其在婴儿尿布、妇女卫生巾的大量应用而引人注目。PP纤维还可与多种纤维混纺制成不同类型的混纺织物，经过针织加工制成外衣、运动衣等。由PP纤维中空纤维制成的絮被，质轻、保暖、弹性良好。此外,在医疗及卫生材料方面的消费增长也很快。PP产品分为均聚级、无规共聚级、中抗冲共聚级和高抗冲共聚级等若干等级。均聚PP可挤出成型管材、管件、电线/电缆,而无规共聚PP主要用于层压纸、密封剂和粘合剂。第二章丙烯聚合工艺流程叙述2.1生产工艺技术聚丙烯的生产工艺按聚合类型可分为淤浆法、溶液法、本体法和气相法和本体法-气相法组合工艺5大类。2.1.1本体法工艺本体法工艺的研究开发始于20世纪60年代，1964年美国Dart公司采用釜式反应器建成了世界上第一套工业化本体法聚丙烯生产装置。1970年以后，日本住友、Phillips、美国EIPsao等公司都实现了液相本体聚丙烯工艺的工业化生产。与采用溶剂的浆液法相比，采用液相丙烯本体法进行聚合具有不使用惰性溶剂，反应系统内单体浓度高，聚合速率快，催化剂活性高，聚合反应转化率高，反应器的时-空生产能力更大，能耗低，工艺流程简单，设备少，生产{TodayHot}成本低，三废量少；容易除去聚合热，并使撤热控制简单化，可以提高单位反应器的聚合量；能除去对产品性质有不良影响的低分子量无规聚合物和催化剂残渣，可以得到高质量的产品等优点。不足之处是反应气体需要气化、冷凝后才能循环回反应器。反应器内的高压液态烃类物料容量大，有潜在的危险性。此外，反应器中乙烯的浓度不能太高，否则在反应器中形成一个单独的气相，使得反应器难以操作，因而所得共聚产品中的乙烯含量不会太高。本体法不同工艺路线的区别主要是反应器的不同。反应器可分为釜式反应器和环管反应器两大类。釜式反应器是利用液体蒸发的潜热来除去反应热，蒸发的大部分气体经循环冷凝后返回到反应器，未冷凝的气体经压缩机升压后循环回反应器。而环管反应器则是利用轴流泵使浆液高速循环，通过夹套冷却撤热，由于传热面积大，撤热效果好，因此其单位反应器体积产率高，能耗低。本体法生产工艺按聚合工艺流程，可以分为间歇式聚合工艺和连续式聚合工艺两种。（1）间歇本体法工艺间歇本体法聚丙烯聚合技术是我国自行研制开发成功的生产技术。它具有生产工艺技术可靠，对原料丙烯质量要求不是很高，所需催化剂国内有保证，流程简单，投资省、收效快，操作简单，产品牌号转换灵活、三废少，适合中国国情等优点，不足之处是生产规模小，难以产生规模效益；装置手工操作较多，间歇生产，自动化控制水平低，产品质量不稳定；原料{HotTag}的消耗定额较高；产品的品种牌号少，档次不高，用途较窄。目前，我国采用该法生产的聚丙烯生产能力约占全国总生产能力的24.0%；（2）连续本体法工艺该工艺主要包括美国Rexall工艺、美国Phillips工艺以及日本Sumitimo工艺。Rexall本体聚合工艺是介于溶剂法和本体法工艺之间的生产工艺，由美国Rexall公司开发成功，该工艺采用立式搅拌反应器，用丙烷含量为10%-30%（质量分数）的液态丙烯进行聚合。Phillips工艺是由美国Phillips石油公司于20世纪60年代开发成功。其工艺特点是采用独特的环管式反应器，这种结构简单的环管反应器具有单位体积传热面积大，总传热系数高，单程转化率高、流速快、混合好、不会在聚合区形成塑化块、产品切换牌号的时间短等优点。Sumitimo工艺是由日本Sumitimo（住友）化学公司于1974年开发成功。此工艺基本上与Rexene本体法相似，但Sumitimo本体法工艺包括除去无规物及催化剂残余物的一些措施。产品为球状颗粒，刚性高，热稳定性好，耐油及电气性能优越。2.3工艺流程的设计2.3.1工艺流程方框图2.3.2工艺流程叙述2.3.2.1原料精制1丙烯流程从预分离车间来的粗丙烯经过二套冷凝器、聚结器脱水，经过一套碱罐、精制D线脱水后进入两套粗丙烯贮罐。此部分为原料收料流程。如上工艺图所示，对粗丙烯贮罐丙烯进行精制，由粗丙烯贮罐经丙烯泵送到脱硫塔脱硫（现在不用，由于含硫量少了），氧化铝脱水，脱氧剂脱氧（镍触媒），分子筛塔脱水后进入精丙烯贮罐。精丙烯贮罐丙烯按上述精制流程进行打循环，直至采样分析合格后，可由丙烯投料泵向聚合釜投料。2氮气流程粗氮经界区减压（或经副线）后分两路，一路送到其它各岗位使用；另一路专供精制线再生使用。3氢气流程炼厂（乙烯）氢气界区减压（或经副线）进入脱硫塔脱硫后进入两套装置三楼氢气计量罐，供装置聚合和精制再生使用。2.3.2.2聚合反应精丙烯由精丙烯泵经质量流量计计量后，通过活化剂加料罐和催化剂加料罐加入聚合釜内。活化剂由活化剂配制罐或活化剂运输罐压送到活化剂贮罐，经活化剂计量罐压到活化剂加料罐，用丙烯冲入釜内。催化剂在精氮保护下分装，分装好后的催化剂由操作人员投进催化剂加料罐。DDS由操作人没用量筒量取丙烯冲入釜内，用加入催化剂加料罐。工业循环水分二路：一路经过调节阀进入热水槽，经蒸汽加热后由调节阀、经泵送至聚合釜底部进口作聚合反应升温热源。二路经调节阀，由泵送至聚合釜底部进口，作聚合釜降温水源。聚合釜底部水源再分两路：一路进入聚合釜夹套，换热后，经调节阀流至工业循环下水管。另一路进入釜内指形管，聚合釜釜内指形管又可走两种水源；