化學(xué)工程論文范文-8kta聚丙烯工段設(shè)計(jì)

1、江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文PAGE PAGE 2 J I A N G S U U N I V E R S I T Y本 科 畢 業(yè) 論 文(中文標(biāo)題)(英文標(biāo)題)學(xué)院名稱：繼續(xù)教育學(xué)院專業(yè)班級(jí)：化學(xué)工程與工藝學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師姓名：指導(dǎo)教師職稱：2012年4月江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文PAGE IV8kt/a聚丙烯工段設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)8千噸的聚丙烯工段設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中按照生產(chǎn)負(fù)荷和設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)聚丙烯生產(chǎn)的工藝流程進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；對(duì)反應(yīng)釜、閃蒸釜生產(chǎn)流程的主要設(shè)備，進(jìn)行了工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，特別對(duì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的反應(yīng)釜器內(nèi)的攪拌裝置、指形撤熱管以及夾套也進(jìn)行了工藝尺寸的計(jì)算；選擇旋風(fēng)分離

2、器進(jìn)行工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)冷水泵進(jìn)行了選型。考慮到設(shè)備加工制造、安裝、安全等多方面的因素，并依據(jù)任務(wù)所給的量，采用三個(gè)反應(yīng)釜并聯(lián)和兩個(gè)閃蒸釜并聯(lián)的工藝過程，并進(jìn)行了相應(yīng)的物料衡算和熱量衡算。關(guān)鍵詞：聚丙烯；聚合；閃蒸去活；丙烯目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc304545824 第一章 液體本體法工藝技術(shù)說明 PAGEREF _Toc304545824 h 1 HYPERLINK l _Toc304545825 1.1工藝流程 PAGEREF _Toc304545825 h 1 HYPERLINK l _Toc304545826 1.1.1 原料精制 P

3、AGEREF _Toc304545826 h 1 HYPERLINK l _Toc304545827 1.1.2 丙烯聚合 HYPERLINK l _Toc304545828 1.1.3 閃蒸去活 PAGEREF _Toc304545828 h 1 HYPERLINK l _Toc304545829 1.1.4 造粒包裝 PAGEREF _Toc304545829 h 2 HYPERLINK l _Toc304545830 1.2 工藝說明 PAGEREF _Toc304545830 h 2 HYPERLINK l _Toc304545831 1.3 原料精制 PAGEREF _Toc3045

4、45831 h 3 HYPERLINK l _Toc304545832 1.3.1 精制的目的與要求 PAGEREF _Toc304545832 h 3 HYPERLINK l _Toc304545833 1.3.2 丙烯干燥 PAGEREF _Toc304545833 h 3 HYPERLINK l _Toc304545834 1.3.3 吸附劑的活化再生 PAGEREF _Toc304545834 h 4 HYPERLINK l _Toc304545835 1.3.4 丙烯脫氧與脫硫 PAGEREF _Toc304545835 h 5 HYPERLINK l _Toc304545836 1

5、.3.5 流程選擇 PAGEREF _Toc304545836 h 5 HYPERLINK l _Toc304545837 1.3.6 氮?dú)饩?PAGEREF _Toc304545837 h 6 HYPERLINK l _Toc304545838 1.4 丙烯聚合 PAGEREF _Toc304545838 h 7 HYPERLINK l _Toc304545839 1.4.1 生產(chǎn)方法和基本原理 PAGEREF _Toc304545839 h 7 HYPERLINK l _Toc304545840 1.4.2 聚合反應(yīng)影響因素 PAGEREF _Toc304545840 h 8 HYPER

6、LINK l _Toc304545841 第二章 液相本體法聚丙烯裝置設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc304545841 h 14 HYPERLINK l _Toc304545842 2.1 聚合釜的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc304545842 h 14 HYPERLINK l _Toc304545843 2.1.1 聚合釜容積的確定 PAGEREF _Toc304545843 h 14 HYPERLINK l _Toc304545844 2.1.2 聚合釜外形尺寸的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc304545844 h 15 HYPERLINK l _Toc304545845 2

7、.1.3其他外形尺寸的確定 PAGEREF _Toc304545845 h 17 HYPERLINK l _Toc304545846 2.2 內(nèi)構(gòu)件及攪拌軸封的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc304545846 h 18 HYPERLINK l _Toc304545847 2.3 聚合釜的傳熱設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc304545847 h 22 HYPERLINK l _Toc304545848 2.3.1 反應(yīng)放熱計(jì)算 PAGEREF _Toc304545848 h 22 HYPERLINK l _Toc304545849 2.3.2 攪拌摩擦熱Qa計(jì)算 PAGEREF _Toc3045

8、45849 h 23 HYPERLINK l _Toc304545850 2.3.3 聚合高峰期總發(fā)熱量QT計(jì)算 PAGEREF _Toc304545850 h 23 HYPERLINK l _Toc304545851 2.3.4 撤熱量QT計(jì)算 PAGEREF _Toc304545851 h 23 HYPERLINK l _Toc304545852 2.3.5 傳熱系數(shù)的求取 PAGEREF _Toc304545852 h 23 HYPERLINK l _Toc304545853 2.3.6 傳熱方式選擇及傳熱面積計(jì)算 PAGEREF _Toc304545853 h 24 HYPERLINK

9、 l _Toc304545854 2.4 夾套及內(nèi)冷卻管的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc304545854 h 25 HYPERLINK l _Toc304545855 2.4.1 夾套的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc304545855 h 25 HYPERLINK l _Toc304545856 2.4.2 指形內(nèi)冷卻管設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc304545856 h 26 HYPERLINK l _Toc304545857 第三章 聚丙烯工藝物料恒算 PAGEREF _Toc304545857 h 29 HYPERLINK l _Toc304545858 3.1 丙烯投料量的計(jì)算 PA

10、GEREF _Toc304545858 h 29 HYPERLINK l _Toc304545859 3.2 催化劑用量的計(jì)算 PAGEREF _Toc304545859 h 30 HYPERLINK l _Toc304545860 3.3 活化劑用量的計(jì)算 PAGEREF _Toc304545860 h 31 HYPERLINK l _Toc304545861 3.4 氫氣用量的計(jì)算 PAGEREF _Toc304545861 h 31 HYPERLINK l _Toc304545862 3.5 轉(zhuǎn)化率的計(jì)算 PAGEREF _Toc304545862 h 32 HYPERLINK l _T

11、oc304545863 3.6 催化效率的計(jì)算 PAGEREF _Toc304545863 h 33 HYPERLINK l _Toc304545864 3.7 平均活性 PAGEREF _Toc304545864 h 33 HYPERLINK l _Toc304545865 3.8 聚合釜的生產(chǎn)強(qiáng)度 PAGEREF _Toc304545865 h 34 HYPERLINK l _Toc304545866 3.9 產(chǎn)品中理論含鈦量的計(jì)算 PAGEREF _Toc304545866 h 34 HYPERLINK l _Toc304545867 第四章 旋風(fēng)分離器及冷水泵的設(shè)計(jì) PAGEREF _

12、Toc304545867 h 36 HYPERLINK l _Toc304545868 4.1 旋風(fēng)分離器設(shè)計(jì)依據(jù) PAGEREF _Toc304545868 h 36 HYPERLINK l _Toc304545869 4.2 旋風(fēng)除塵器幾何尺寸的確定及其對(duì)旋風(fēng)除塵器性能的影響 PAGEREF _Toc304545869 h 37 HYPERLINK l _Toc304545870 4.2.1 進(jìn)口面積Fj PAGEREF _Toc304545870 h 37 HYPERLINK l _Toc304545871 4.2.2 筒體直徑D PAGEREF _Toc304545871 h 37 H

13、YPERLINK l _Toc304545872 4.2.3 筒體長度h PAGEREF _Toc304545872 h 37 HYPERLINK l _Toc304545873 4.2.4 錐體尺寸 PAGEREF _Toc304545873 h 38 HYPERLINK l _Toc304545874 4.2.5 旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口 PAGEREF _Toc304545874 h 38 HYPERLINK l _Toc304545875 4.2.6 排氣管 PAGEREF _Toc304545875 h 39 HYPERLINK l _Toc304545876 4.3 冷水泵的設(shè)計(jì) PAGE

14、REF _Toc304545876 h 39 HYPERLINK l _Toc304545877 4.3.1 已知條件 PAGEREF _Toc304545877 h 39 HYPERLINK l _Toc304545878 4.3.2 選泵計(jì)算 PAGEREF _Toc304545878 h 39 HYPERLINK l _Toc304545879 4.3.3 最大允許安裝高度的計(jì)算 PAGEREF _Toc304545879 h 40 HYPERLINK l _Toc304545880 致 謝 PAGEREF _Toc304545880 h 41 HYPERLINK l _Toc30454

15、5881 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc304545881 h 42 HYPERLINK l _Toc304545882 附 錄 PAGEREF _Toc304545882 h 43 TOC o 1-2 f h z HYPERLINK l _Toc42479490 第1章 概述 PAGEREF _Toc42479490 h 1 HYPERLINK l _Toc42479491 1.1 工藝流程 PAGEREF _Toc42479491 h 1 HYPERLINK l _Toc42479492 1.2 后處理工段3 HYPERLINK l _Toc42479493 第2章 聚丁烯裝置設(shè)計(jì)計(jì)算

16、4 HYPERLINK l _Toc42479494 2.1 聚合釜的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算4 HYPERLINK l _Toc42479495 2.2 內(nèi)構(gòu)件及攪拌軸封的設(shè)計(jì)7 HYPERLINK l _Toc42479496 2.3 聚合釜的傳熱設(shè)計(jì)11 HYPERLINK l _Toc42479497 第3章 聚丁烯工藝物料恒算12 HYPERLINK l _Toc42479498 3.1 丁烯投料量的計(jì)算12 HYPERLINK l _Toc42479499 3.2 催化劑用量的計(jì)算12 HYPERLINK l _Toc42479500 第4章 丁二烯生產(chǎn)線路選擇14 HYPERLINK l _

17、Toc42479501 4.1 流程設(shè)計(jì)依據(jù)1 PAGEREF _Toc42479501 h 4 HYPERLINK l _Toc42479502 4.2 丁二烯生產(chǎn)線路對(duì)比及生產(chǎn)中異?，F(xiàn)象列舉15 HYPERLINK l _Toc42479507 第6章 結(jié)論19 HYPERLINK l _Toc42479508 參考文獻(xiàn)20 HYPERLINK l _Toc42479509 致 謝21江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文 PAGE 44 第一章 液體本體法工藝技術(shù)說明1.1工藝流程間歇式液相本體法工藝流程大體上可分為四個(gè)部分：原料精制、聚合反應(yīng)、閃蒸去活、造粒與包裝。1.1.1 原料精制丙烯精制是將儲(chǔ)槽中

18、液態(tài)丙烯由丙烯泵送至氧化鋁干燥塔初步脫水后，進(jìn)固堿塔除去微量的酸性物質(zhì)，再經(jīng)鎳催化劑脫氧塔除去微量氧，最后經(jīng)4A分子篩干燥塔進(jìn)一步脫除水分后，得到合格的精丙烯送至精丙烯計(jì)量罐，以備聚合釜投料用。粗氮?dú)饩茣r(shí)是將粗氮?dú)饨?jīng)氧化鋁干燥塔初步脫水后，再經(jīng)鎳催化劑脫氧塔脫除微量氧，最后經(jīng)分子篩干燥器進(jìn)一步脫除水分而制得高純度的精氮?dú)?，精氮?dú)獾挠昧枯^小，一般可不必設(shè)置緩沖罐。1.1.2 丙烯聚合利用精丙烯計(jì)量罐的蒸汽加熱套管將計(jì)量罐升壓后，丙烯分為三路，首先經(jīng)活化劑料斗向聚合釜中投入占總量約50%的丙烯，然后將活化劑從活化劑計(jì)量罐壓入活化劑料斗，用約40%的丙烯沖入釜內(nèi)，同時(shí)按規(guī)定要求加入促進(jìn)劑，然后將催

19、化劑迅速加入催化劑料斗，用剩余丙烯（約10%）沖入釜內(nèi)，最后按要求數(shù)量投入氫氣。釜內(nèi)丙烯在催化劑與活化劑的作用下，維持在3.43.5MPa、7075反應(yīng)36小時(shí)。接近“干鍋”時(shí)，將未反應(yīng)完的丙烯回收，回收丙烯經(jīng)旋風(fēng)分離器氣固分離，分離下來的粉末收集在粉料罐內(nèi)定期回收。丙烯經(jīng)回收冷凝器冷凝為液體流入回收丙烯儲(chǔ)槽，可回收利用，并入新鮮原料丙烯內(nèi)。聚丙烯的溫度由夾套水溫控制，熱水槽內(nèi)的水經(jīng)熱水泵輸送至聚合釜夾套及內(nèi)冷卻管再返回?zé)崴邸Ｋ疁赜杀萌肟诠苌系恼羝縼碚{(diào)節(jié)。補(bǔ)加的水經(jīng)熱水槽溢流進(jìn)入循環(huán)回水系統(tǒng)。1.1.3 閃蒸去活聚合釜內(nèi)的聚丙烯粉料借泄壓噴入閃蒸去活釜。夾帶出來的氣體（如丙烯，丙烷）經(jīng)旋風(fēng)

20、分離器除去粉塵后排至氣柜系統(tǒng)。置換閃蒸釜用的氮?dú)饧叭セ钣玫目諝庥筛呖张欧?。閃蒸合格的聚丙烯粉料通空氣去活，然后由下料口送造粒工序或直接包裝以粉料出廠。1.1.4 造粒包裝閃蒸去活后的聚丙烯顆粒，直接通過計(jì)量稱以每袋25公斤包裝。1.2 工藝說明為了維持生產(chǎn)連續(xù)性，原料精制系統(tǒng)線應(yīng)為兩條：一條使用，一條再生備用。再生時(shí)精制塔內(nèi)物料采取自身壓力退料。當(dāng)丙烯由20升溫到40時(shí)，因膨脹而增加壓力達(dá)10MPa，為此各塔間裝有閥門時(shí)，均應(yīng)設(shè)安全閥。其余各壓力容器也均按規(guī)定裝設(shè)安全閥。丙烯計(jì)量采用計(jì)量罐和儀表相結(jié)合的辦法，向聚合釜內(nèi)加丙烯除利用位差外，還應(yīng)適當(dāng)加熱提高壓力。聚合時(shí)所用分子量調(diào)節(jié)劑氫氣是一次加

21、入釜內(nèi)的，一般也用計(jì)量罐計(jì)量，即加氫前后計(jì)量罐的壓力降。因氫氣比較接近理想氣體，故在固定容積時(shí)，壓力降的大小與所加氫氣的摩爾數(shù)成正比。由于壓力表讀數(shù)的主觀誤差較大，表的精度有限，為提高計(jì)量準(zhǔn)確性，氫氣計(jì)量罐不宜太大。一氯二乙基鋁遇空氣就自然，為防止其外溢，運(yùn)輸罐一般不裝液面計(jì)，裝料卸料一般靠稱重計(jì)量。聚合反應(yīng)釜配有潤滑油系統(tǒng)。特別是采用填料密封的聚合釜，潤滑油是防止軸封的泄露，保證填料使用壽命的關(guān)鍵所在。當(dāng)油中含水等有害物質(zhì)時(shí)，因其沿軸封潤滑油入釜而影響反應(yīng)，故潤滑油系統(tǒng)采用封閉式供油和封閉式回油系統(tǒng)為宜。聚合釜夾套冷卻水必須合格，否則夾套內(nèi)易結(jié)水垢，影響傳熱。一但結(jié)垢，只有采用酸洗除垢。采用

22、每臺(tái)聚合釜對(duì)一個(gè)閃蒸去活釜更有利于挖掘聚合釜的生產(chǎn)潛力。從閥門的耐壓等級(jí)來說：常溫丙烯部分，如丙烯原料罐，丙烯泵，丙烯精制線至丙烯計(jì)量罐處可采用4MPa的閥門或截止閥。對(duì)聚合釜的閥門，宜選用46MPa的閥門。注油器系統(tǒng)，氫氣系統(tǒng)采用16MPa以上的閥門。蒸汽系統(tǒng)采用1.62.5MPa的閥門。凡高溫氮?dú)馔ㄟ^的部位采用耐高溫閥門。固體物料通過的閥門用球閥，如聚合釜底閥，閃蒸釜進(jìn)料閥及放料閥，催化劑加料閥。一些需要快開快關(guān)的閥門用球閥，如丙烯加料閥，氫氣加料閥。為了消除死角便于吹掃清洗，與活化劑接觸的閥門用球閥。該裝置除水管外，所有管線均用無縫鋼管。氫氣等壓力較大的管線選用厚壁管。為減輕腐蝕，聚丙烯

23、粉料及活化劑輸送管道選用不銹鋼管。1.3 原料精制1.3.1 精制的目的與要求純度太低（95%）的丙烯不宜用于液相本體法聚合，雖然純度低的丙烯中的雜質(zhì)主要是無害的丙烷，對(duì)反應(yīng)無多大的影響，但隨丙烷量的增高其它有害雜質(zhì)也會(huì)相應(yīng)增高，再則濃度太低對(duì)單釜生產(chǎn)能力亦有一定的影響。當(dāng)回收丙烯反復(fù)用預(yù)聚合時(shí)，由于丙烷的累積會(huì)使丙烯純度進(jìn)一步降低。對(duì)丙烯聚合而言，水、氧、硫、丙炔、丙二烯、丁烯、丁二烯、一氧化碳、二氧化碳等均為有害雜質(zhì)。丙烷-丙烯塔分離出來的丙烯其烴類雜質(zhì)及一氧化碳、二氧化碳含量一般都較低，可達(dá)到要求（10ppm），而含水量和含氧量往往達(dá)不到聚合的要求（水一般為100300 ppm，氧氣一般

24、為1050 ppm）。故丙烯-丙烷塔產(chǎn)出的丙烯還不能直接用于聚合，必須除去一些有害的微量雜質(zhì)。原則上丙烯中的有害雜質(zhì)越低越好，一般應(yīng)達(dá)到H2O10ppm，O210ppm ,S3ppm。1.3.2 丙烯干燥丙烯中的微量水分一般采用吸附法脫除。這種方法有許多有點(diǎn)，主要以下幾個(gè)方面：（1）干燥度高；（2）流程簡單操作方便；（3）物耗和能耗低；（4）收率很高，浪費(fèi)物料極少；（5）吸附劑的使用壽命長。吸附劑一般選用具有較大吸附表面、具有微孔或毛細(xì)孔的固體物質(zhì)，每克這樣的物質(zhì)比表面積可達(dá)數(shù)百平方米。用于丙烯干燥的吸附劑通常為活性氧化鋁和分子篩?；钚匝趸X使氧化鋁的水合物（主要為三水合物）加熱脫水而制得。它

25、是多孔和具有吸附性的物質(zhì)，而且吸附具有一定的選擇性。其選擇性吸附不僅由其微孔直徑的大小確定，同時(shí)也由被吸附物質(zhì)的極性所決定。因?yàn)樗哂休^強(qiáng)的極性，因此活性氧化鋁對(duì)水有較強(qiáng)的親和力?；钚匝趸X對(duì)微量水的干燥深度可達(dá)露點(diǎn)-70以下。分子篩又叫人工合成沸石，屬硅酸鹽類，可用通式（M2+M+）OAl2O3mSiO2nH2O來表示，M2+一般為Ca2+, M+則一般為Na+,K+。分子篩的特點(diǎn)是具有均勻的孔徑，如3A、4A、5A型分子篩孔徑分別為3.23.310-10m、4.24.710-10 m、4. 95.510-10 m。分子篩的吸附有較強(qiáng)的選擇性，其選擇性與分子直徑有關(guān)，也與被吸附物質(zhì)的分子極性

26、有關(guān)，還與被吸附分子的不飽和程度或沸點(diǎn)有關(guān)。分子篩進(jìn)行干燥時(shí)，加熱到一定溫度脫出其中的水分后，其晶體結(jié)構(gòu)仍保持不變，同時(shí)形成一些與外部相通的微孔，小于微孔的分子可以被吸入孔的內(nèi)部空穴，從而使分子大小不同的物質(zhì)分開，起到篩分分子的作用。水分子比丙烯分子小且具有極性，所以水分子能進(jìn)入分子篩的微孔被吸附而截留下來，達(dá)到分離效果。1.3.3 吸附劑的活化再生 當(dāng)干燥塔達(dá)到穿透點(diǎn)后，吸附劑就需要再生。再生是一個(gè)解吸或脫附的過程，再生過程往往采用減壓的辦法或升溫的辦法。再生升溫用的熱載體是氮?dú)饣蚩諝猓偕鷼怏w有如下幾種： （1）具有比干燥作業(yè)時(shí)更低或相同壓力的干氣體；（2）具有比干燥作業(yè)時(shí)更高或相同溫度的

27、干氣體；（3）升溫后的濕氣體；（4）減壓后的濕氣體。用于丙烯干燥的氧化鋁與分子篩的活化與再生一般采取升溫的辦法或升溫、減壓二者并用的方法。由于丙烯的干燥度要求高，所以再生條件是很重要的。再生條件不會(huì)直接影響干燥作業(yè)的吸附容量和干燥度。提高干燥度的方法有降低再生氣濕度、提高再生氣溫度和降低壓力三種手段。實(shí)驗(yàn)證明使再生氣的濕度很低是沒有意義的，一般可以適當(dāng)提高再生氣溫度和減壓兩方面來提高干燥度。吸附劑經(jīng)活化再生后，吸附容量下降，稱為劣化。產(chǎn)生劣化的現(xiàn)象是：（1）吸附劑表面積炭或?yàn)榫酆衔锔采w；（2）再生溫度高使吸附劑變成半熔融狀態(tài)導(dǎo)致部分細(xì)孔消失。硅鋁類吸附劑在320時(shí)就有某些半熔融狀態(tài)產(chǎn)生；（3）

28、由于化學(xué)反應(yīng)而使細(xì)孔的結(jié)晶受到破壞。一般認(rèn)為3A分子篩劣化的主要原因是由于細(xì)孔內(nèi)鉀離子的出入口被堵塞。隨著再生次數(shù)的增加，劣化度增加，但以初期最快，慢慢趨向定值。當(dāng)劣化比較嚴(yán)重時(shí)，則需更換新吸附劑。1.3.4 丙烯脫氧與脫硫常用脫氧劑有：鎳催化劑0501或BH型催化劑。由鎳和載體組成。鎳催化劑除氧原理：2Ni + O2 2NiO H = -36kg/mol鎳催化劑的再生是在高溫下加氫還原：NiO + H2 Ni + H2O H = +3.5kg/mol脫氧劑也能吸收部分硫化物或氯化物，使催化劑中毒。脫氧操作在固定床上進(jìn)行，丙烯下進(jìn)上出，再生還原時(shí)，再生氣的流向則相反，這樣便于排出還原時(shí)產(chǎn)生的水

29、。再生氣體為氮?dú)夂蜌錃?。先用氮?dú)馍郎兀_(dá)到溫度后用氫氣還原或在熱氮?dú)庵屑硬糠謿錃?。不宜讓帶水的丙烯通過脫氧劑，因?yàn)楫?dāng)帶水的丙烯通過鎳催化劑，會(huì)生成對(duì)聚合物有害的雜質(zhì)CO、CO2等，對(duì)反應(yīng)不利。硫?qū)Ρ┚酆系挠绊懞艽?，?duì)于絡(luò)合型TiCl3催化劑，精丙烯中的硫含量應(yīng)小于5ppm。硫含量越低聚合反應(yīng)效果越好。如使用高效催化劑，則要求硫含量更低，在1ppm以下，而COS甚至要在0.1ppm以下，一些常用的方法很難達(dá)到這個(gè)要求。適用于聚丙烯裝置的應(yīng)是常溫下液相通過即能將硫脫除的脫硫催化劑。TiCl3催化劑易受酸性物質(zhì)的影響，丙烯中的CO2、HCl等對(duì)反應(yīng)有不良影響，一般采用通過固堿塔的方法將其除去。1.

30、3.5 流程選擇丙烯的干燥一般采用固定床，常溫液相丙烯下進(jìn)上出通過吸附劑層。為了保證接觸時(shí)間，吸附劑層高度較大時(shí)，往往幾個(gè)床串聯(lián)起來。每個(gè)床的高度不宜太大，否則再生時(shí)進(jìn)出口溫差太大，甚至進(jìn)口溫度超過干燥劑所能耐受的溫度時(shí)，出口溫度還達(dá)不到所要求的溫度。不同的吸附劑在用同樣濕度的再生氣以同樣的溫度再生時(shí)，得到的干燥度是相同的，但由于各種吸附劑的耐熱程度不同，故再生溫度不同，因而達(dá)到的干燥度不同。分子篩比氧化鋁耐熱，再生溫度高，能達(dá)到的干燥度較高。只用一種吸附劑也可以達(dá)到干燥效果，但因不同的吸附劑附帶脫除的微量組分不同，故考慮同時(shí)使用氧化鋁和分子篩，這樣效果較佳。為減少固堿更換次數(shù)，而實(shí)際上CO2

31、等酸性組分含量微小，耗堿極少，所以固堿塔安排在氧化鋁之后，以防堿被水分溶解。由于帶水的丙烯通過鎳催化劑時(shí)會(huì)生成對(duì)聚合有害的CO、CO2等雜質(zhì)，否則水分會(huì)吸附在脫氧劑表面，使其產(chǎn)生可逆性中毒，而且微量的硫化合物也會(huì)使脫氧劑中毒，降低脫氧效果，因此將脫氧劑塔安排在干燥塔和固堿塔之后，以減少水、硫化合物、氯化物與其接觸的機(jī)會(huì)。但是亦不宜放在最后，因?yàn)殒嚧呋瘎┮啄p，容易將粉末帶入釜內(nèi)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。再生時(shí)，再生氣的流程一般應(yīng)與干燥作業(yè)時(shí)相反，而且每個(gè)塔宜上進(jìn)下出。因?yàn)楦稍镒鳂I(yè)時(shí)大部分水分附著于床層進(jìn)口部位的吸附劑上，并不通過全塔。當(dāng)干燥原料中帶有污染性組分時(shí)，經(jīng)再生加熱會(huì)在吸附劑表面形成聚合物或結(jié)碳

32、，而將活性表面覆蓋，使其壽命急速下降。這種情況下再生氣的流向應(yīng)與干燥作業(yè)的流向相同，這樣可以采用低溫或中溫氣體清掃吸附劑表面，利用吸附劑對(duì)水分子的特殊親和力來替換被吸附的活性組分。甚至可以采用增濕的辦法使水分子置換被吸附的污染性組分。1.3.6 氮?dú)饩茷榱颂峁┓盅b催化劑和輸送活化劑所需的高純度的氮?dú)?，必須?duì)普通氮?dú)膺M(jìn)一步精制。普通氮?dú)獾募兌却蠹s99.5%，含有氬、氧、水等雜質(zhì)，露點(diǎn)040，含氧0.30.4%。氮?dú)饩撇捎门c丙烯精制大致相同的方法、用活性氧化鋁脫水，用鎳催化劑脫氧。再經(jīng)4A或5A分子篩脫水。經(jīng)這樣精制后的氮?dú)?，其水、氧含量均?yīng)在10ppm以下。采用干燥塔和脫氧塔精制氮?dú)猓谱?/p>

33、業(yè)時(shí)，粗氮也是下進(jìn)上出；再生時(shí)，再生氣體上進(jìn)下出。由普通氮?dú)庵苽涓呒兌鹊獨(dú)庖部捎枚ㄐ驮O(shè)備，操作比較簡便，精制效果也較好。對(duì)于生產(chǎn)裝置來說，精制的用量時(shí)大時(shí)小，用量大時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此值。流量太大時(shí)進(jìn)出的氮?dú)庵泻趿炕疽粯?，脫氧塔完全失去作用。因?yàn)槠涮畛淞慨吘固?，精制?fù)荷小。1.4 丙烯聚合1.4.1 生產(chǎn)方法和基本原理生產(chǎn)方法采用丙烯液相本體聚合法，間歇生產(chǎn)，其工藝過程主要有聚合和閃蒸去活。聚合反應(yīng)基本原理和工藝流程在帶攪拌的釜式反應(yīng)器中，在齊格勒納塔催化劑（主要成分是三氯化鈦、烷基鋁）在一定的溫度和壓力下，丙烯進(jìn)行定向聚合，主要生成等規(guī)聚丙烯樹脂。產(chǎn)品的分子量通過加入H2的多少進(jìn)行調(diào)節(jié)?；瘜W(xué)反

34、應(yīng)式如下： 76.5（3.5MPa） TiCl3、Al（C2H5）2Cl、H2 丙烯由罐區(qū)由液烴泵輸送到車間，首先進(jìn)入固堿塔（T100A或E），然后進(jìn)入水解塔（T100B或F），在經(jīng)過催化劑脫硫塔（T100C或T100D或G）進(jìn)入分子篩干燥器（T101）中脫水，然后進(jìn)入丙烯原料計(jì)量罐（V102）中待用。催化劑按照配比稱量好后，貯于分裝瓶中待用?；罨瘎┯镁玁2從V104壓入裝置活化劑貯罐（V105），再由V105壓入活化劑計(jì)量罐（V106）中待用。H2由H2鋼瓶按規(guī)定數(shù)量沖入氫氣緩沖罐中待用。首先經(jīng)活化劑料斗向聚合釜（R201）中投入占總量約50%的丙烯，然后將活化劑從活化劑計(jì)量罐V106壓入活

35、化劑料斗，用約40%的丙烯沖入釜內(nèi)，同時(shí)按規(guī)定要求加入促進(jìn)劑，然后將催化劑迅速加入催化劑料斗，用剩余丙烯（約10%）沖入釜內(nèi)，最后按要求數(shù)量投入氫氣。投料結(jié)束后，啟動(dòng)熱水泵（P202）通蒸汽入熱水槽，給R201升溫，釜溫升到50以后，注意調(diào)節(jié)夾套水溫，控制升溫速率，使聚合釜溫度在30分鐘左右升到規(guī)定溫度（7082），反應(yīng)4小時(shí)或至干鍋后，回收未反應(yīng)的丙烯。氣相丙烯進(jìn)入丙烯冷凝器（E204），經(jīng)凝液罐（V207）進(jìn)入回收丙烯計(jì)量罐（V205）中（注：小裝置不經(jīng)凝液罐，直接進(jìn)入V205中），經(jīng)計(jì)量后作原料使用?；厥战Y(jié)束后，利用釜內(nèi)余壓，向閃蒸釜（R301）放料，出料后，聚合釜內(nèi)保留0.5MPa左右

36、（表壓），保壓待用。1.4.2 聚合反應(yīng)影響因素影響丙烯聚合反應(yīng)的因素較多，主要原料及輔助原料的質(zhì)量、聚合用各種原料的配方、反應(yīng)控制和設(shè)備等都對(duì)反應(yīng)有影響。1、催化劑的影響催化劑是影響聚合反應(yīng)的主要因素，其質(zhì)量，用量（反應(yīng)物中的濃度）都對(duì)反應(yīng)有影響。新配置的催化劑批與批之間和定向能力也存在一定差異，加上貯存，運(yùn)輸過程中各種因素的影響，其質(zhì)量會(huì)有不同程度的下降，貯存時(shí)間越長，催化劑質(zhì)量下降越明顯，在2530保存半年后活性下降50%，而在4時(shí)下降小于10%，故催化劑低溫保存?；钚韵陆档脑蛞话阏J(rèn)為是絡(luò)合催化劑中的醚轉(zhuǎn)變?yōu)榇蓟蚵却槎穑蛘呤墙j(luò)合催化劑在外界能量的作用下晶粒增大導(dǎo)致比表面降低，活

37、性下降。質(zhì)量好的催化劑用量少，聚合反應(yīng)激烈，反應(yīng)階段夾套冷卻水溫度比較穩(wěn)定（只用在反應(yīng)干鍋時(shí)水溫才上升）催化劑效率高。而質(zhì)量差的催化劑反應(yīng)不激烈，即使起初比較激烈，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，冷卻水溫度逐漸向上升移。這可能是由于反應(yīng)過程催化劑活性衰減較快所致。在同樣催化劑質(zhì)量的情況下，聚合反應(yīng)的速率與催化劑的濃度（即催化劑/丙烯質(zhì)量比）成正比。當(dāng)催化劑/丙烯過低時(shí)，催化劑全被雜質(zhì)所消耗，反應(yīng)速度趨向零。因此調(diào)整催化劑/丙烯是控制反應(yīng)速度的一個(gè)重要手段。適當(dāng)提高催化劑/丙烯比，丙烯的轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)品的等規(guī)度均有所提高，生產(chǎn)中為保證安全與質(zhì)量，同時(shí)兼顧到聚丙烯的產(chǎn)量，把催化劑控制在一個(gè)合適的量。2、活化劑的影響活

38、化劑有三個(gè)作用：（1） 與三氯化鈦配位絡(luò)合形成活性中心；2）將催化劑中TiCl4的還原成具有活性的TiCl3；（3）起消除原料丙烯中的雜質(zhì)，保護(hù)活性中心的作用。Al（C2H5）2Cl的成分對(duì)催化劑效率及等規(guī)度有明顯影響：當(dāng)Cl/Al1時(shí)，等規(guī)度高，但活性下降。故從生產(chǎn)實(shí)踐綜合考慮，Cl/Al比一般在1.051.1之間。在保證得率和等規(guī)度的前提下盡量減少催化劑用量，以降低產(chǎn)品氯含量和灰分。3、原料丙烯中雜質(zhì)的影響（1）水的影響鋁/丙烯情況下，丙烯中水含量對(duì)聚合的影響情況也不相同，當(dāng)Al/Ti比為10左右時(shí)，H2O20ppm反應(yīng)正常，水含量在20ppm以上時(shí)，反應(yīng)受到明顯影響。當(dāng)H2O20ppm基

39、本不聚合，由于微量水只引起部分活性中心的失活而不改變活性中心的性質(zhì)，甚至是搶先使低定向能力的活性中心失活。（2）氧對(duì)聚合的影響氧對(duì)聚合反應(yīng)的影響比水嚴(yán)重，特別是當(dāng)氧含量在20ppm以上時(shí)，隨著氧含量的增加，產(chǎn)品等規(guī)度明顯下降。（3）硫的影響硫是丙烯中極其有害的雜質(zhì)，不管是有機(jī)硫還是無機(jī)硫?qū)Ψ磻?yīng)都是有害的。特別是COS、CS2能使聚合反應(yīng)鏈終止。采用絡(luò)合II型TiCl3時(shí)，硫含量在5ppm以下，反應(yīng)正常；當(dāng)硫含量大約在7ppm以上時(shí)，反應(yīng)明顯受影響。催化劑活性下降，單釜產(chǎn)量降低，粉料中出現(xiàn)塑化塊。硫含量超高越嚴(yán)重，甚至造成堵釜無法維持正常生產(chǎn)。（4）不飽和烴類雜質(zhì)的影響烴類雜質(zhì)中炔烴與烯烴如丙炔

40、丙二烯能參與反應(yīng)，影響催化劑的活性和定向能力，當(dāng)有害烴類雜質(zhì)總量40ppm時(shí)，丙烯的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品的等規(guī)度明顯降低。（5）其它含氧化合物的影響通常丙烯中含有微量的CO和CO2、CO能進(jìn)入聚合鏈中，影響催化劑的定向能力；CO、CO2也能使聚合鏈終止，降低催化劑的活性，當(dāng)COCO220ppm時(shí)對(duì)反應(yīng)有明顯的影響；當(dāng)COCO230ppm時(shí)有比較嚴(yán)重的影響。催化劑得率下降很多。4、生產(chǎn)反應(yīng)條件的影響除各種原料的影響外，操作條件也是影響反應(yīng)的一個(gè)重要因素。溫度，反應(yīng)時(shí)間均對(duì)聚合反應(yīng)有較大影響。還有輔助物料對(duì)反應(yīng)的影響，雖在一般情況下并不是主要因素，但在一定的條件下它也會(huì)轉(zhuǎn)化為主要因素。（1）聚合反應(yīng)溫度的

41、影響溫度對(duì)丙烯聚合反應(yīng)有較大影響，在50以下時(shí)反應(yīng)速度較慢，隨著溫度的升高反應(yīng)加速，催化劑得率和丙烯的轉(zhuǎn)化率明顯提高。綜合考慮質(zhì)量，安全和生產(chǎn)能力各方面的因素，反應(yīng)溫度以7078左右為宜，最高不應(yīng)超過80，除反應(yīng)溫度外，升溫速度對(duì)反應(yīng)控制也有較大的影響，升溫過快容易造成反應(yīng)失控而超溫，液相丙烯滿釜、壓力劇增、甚至產(chǎn)生聚結(jié)塊。（2）反應(yīng)時(shí)間的影響由于TiCl3的活性壽命較長，一般控制至“干鍋”即人為地停止反應(yīng)，回收后降溫泄壓?！案慑仭笔侵阜磻?yīng)物系中液相消失，但氣相丙烯仍很多。還繼續(xù)進(jìn)行氣相聚合，因此轉(zhuǎn)化率、得率明顯地受反應(yīng)時(shí)間的影響，催化劑得率隨反應(yīng)時(shí)間的延長而提高，比活性（每克催化劑平均每小時(shí)

42、所得聚丙烯克數(shù)）隨反應(yīng)時(shí)間的延長而明顯下降，即使反應(yīng)沒有到“干鍋”時(shí)間，這種影響也依然存在，這是由于反應(yīng)過程中催化劑本身的活減所致。反應(yīng)時(shí)間對(duì)裝置的生產(chǎn)能力有較大的影響。反應(yīng)時(shí)間長則單釜操作周期長，由于催化劑本身活性衰減而使后期反應(yīng)比較弱，延長時(shí)間所增加的產(chǎn)量趕不上多役釜數(shù)所增加的產(chǎn)量，但當(dāng)反應(yīng)比較弱時(shí)，還必須適當(dāng)延長反應(yīng)時(shí)間，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。（3）投料順序與輔助物料的影響丙烯本體聚合投料順序?qū)Ψ磻?yīng)在一定的影響，特別是當(dāng)各種原料的雜質(zhì)含量較高時(shí)，這種影響則較大，氧和水都能破壞催化劑，為了保證催化劑的活性和定向能力，在操作上先投丙烯、活化劑，讓大部分雜質(zhì)先被活化劑破壞，消耗部分活化劑，而保住催化

43、劑少遭破壞，保證三氯化鈦的活性。聚合釜軸封潤滑油漏入釜中對(duì)反應(yīng)有較大影響。它雖與N2不同，并不直接與活化劑和催化劑接觸，但當(dāng)它連續(xù)注入釜內(nèi)軸封中，雖大部分隨即排出，但還是有一部分要進(jìn)入反應(yīng)物中，如其含有害雜質(zhì)小較多，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，也會(huì)使催化劑活性衰減較快，因?yàn)樽⒂蜁r(shí)連續(xù)不斷地補(bǔ)充了有害物質(zhì)，初期這一影響也許看不出，為此油質(zhì)太差時(shí)也會(huì)引起不聚合。5、分子量的調(diào)節(jié)氫氣在聚合反應(yīng)中起鏈轉(zhuǎn)移的作用：氫氣被用作聚丙烯分子量的調(diào)節(jié)劑，隨著氫氣/丙烯比例增大，聚丙烯分子時(shí)相應(yīng)變小，熔融指數(shù)相應(yīng)增大，此時(shí)催化活性和單釜產(chǎn)量會(huì)提高。影響熔融指數(shù)的因素很多，一般有以下幾個(gè)方面：（1）投氫量不準(zhǔn)確；（2）催化劑表

44、面氫分壓不相加氫時(shí)一定，不等于氫分壓就一定，氫分壓越高則液相丙烯中氫濃度超高，活性鏈向氫轉(zhuǎn)移的機(jī)會(huì)越多，熔融指數(shù)就越高；（3）反應(yīng)過程中氫損失的影響；（4）“干鍋”程度的影響；（5）聚合釜結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。6原輔材料規(guī)格：（1）丙烯（C3H6）丙烯 97% 氧 10ppm 雙烯烴 ppm 硫 3ppm炔烴 5ppm 一氧化碳 5ppm乙烷乙烯 1000ppm 二氧化碳 10ppm 水 10ppm （2）催化劑（TiCl3）外觀 紫色顆粒 氯 55%粒度直經(jīng) 2040m 三氯化鈦含量 80%鈦 2528% 得率 1300015000 gPP/g TiCl3鋁 0.20.3% 全等規(guī)度 97%正丁醚

45、37%（3）一氯二乙基鋁（Al(C2H5)2Cl）外觀 無色透明液體 純度 98%沸點(diǎn) 208 氯/鋁 1.051.10（原子比）冰點(diǎn) 85 相對(duì)密度 0.982（4）氫氣（H2）氫含量 98%（體積） 氧 0.1%（體積）硫化氫 20ppm（體積） 水 10ppm(體積)（5）粗氮?dú)猓∟2）氮 99.8%（體積）無油 水 150ppm(體積)氧 0.2（體積）（6）精氮（N2）氮 99.99%（體積） 水 10ppm（體積）氧 10ppm（體積）（7）分子篩（3A分子篩用于丙烯脫水，5A分子篩用于氮?dú)饷撍┩庑?球形 粒形 堆積密度 0.750.8kg/L直徑46mm 吸水量 0.21g/g

46、圓柱形、粒徑 耐磨強(qiáng)度 95%46810 （8）活性氧化鋁外形 白色粒球35mm 破碎強(qiáng)度 13kg/個(gè)球堆積密度 0.7g/m3 靜態(tài)吸附容量 161（相對(duì)濕度60%）比表面積 30020m2/g 孔容 0.320.43ml/g第二章 液相本體法聚丙烯裝置設(shè)計(jì)計(jì)算液相本體法聚丙烯裝置的設(shè)計(jì)內(nèi)容很多，本章主要對(duì)聚合釜工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、閥門管道的選用、主要設(shè)備等幾個(gè)方面進(jìn)行討論，并著重對(duì)裝置最主要的設(shè)備聚合釜的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算問題進(jìn)行討論。2.1 聚合釜的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算聚合釜是液相本體法聚丙烯生產(chǎn)中最關(guān)鍵的設(shè)備，也可以說是液相本體法聚丙烯裝置的心臟。聚合釜的設(shè)計(jì)是否先進(jìn)合理對(duì)聚丙烯的生產(chǎn)起決定作用，它不僅

47、關(guān)系到裝置能否正常運(yùn)行，而且影響裝置的生產(chǎn)能力、傳熱傳質(zhì)和氫調(diào)效果，進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量和各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。本節(jié)主要對(duì)間歇式液相本體法聚丙烯裝置聚合釜的有關(guān)工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行討論，如聚合釜的容積、外型尺寸、高徑比以及壁厚的確定，聚合釜的內(nèi)部構(gòu)件、攪拌型式、攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌軸封的選定，并進(jìn)行了熱量恒算，計(jì)算了聚合釜的傳熱面積、攪拌功率等。2.1.1 聚合釜容積的確定聚合釜的容積主要取決于裝置單線設(shè)計(jì)能力和裝料系數(shù)。設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)試驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，液相本體法聚丙烯裝置聚合釜有關(guān)工藝參數(shù)為：丙烯轉(zhuǎn)化率 ：70%反應(yīng)溫度：7575時(shí)液相聚丙烯密度：0.381t/m3反應(yīng)時(shí)間：46h，單釜操作周期（包括加料、出料）

48、為8h年工作日按330天計(jì)，年操作時(shí)數(shù)8000h聚合釜設(shè)計(jì)容積可按下式計(jì)算： 式中V聚合釜設(shè)計(jì)容積，m3 E裝置單線年生產(chǎn)能力，t/a P単釜操作周期，h T年操作時(shí)數(shù)，h/a C丙烯轉(zhuǎn)化率，% d最高操作溫度（75）時(shí)液相丙烯的密度，t/m3 K聚合釜最高操作溫度條件下的設(shè)計(jì)裝料系數(shù)，%取最高操作溫度時(shí)裝料系數(shù)為90%。聚合釜的設(shè)計(jì)容積計(jì)算如下： 2700 可取V ，所以裝置聚合釜設(shè)計(jì)容積可取。2.1.2 聚合釜外形尺寸的設(shè)計(jì)聚合釜高徑比的選擇聚合釜的容積確定后，還要確定高于直徑的關(guān)系（高徑比），才能確定釜的直徑和其他外形尺寸。聚合釜高徑比的選取主要考慮三個(gè)方面的需要：（1）有利于聚合釜撤熱

49、 聚合反應(yīng)熱主要靠釜外夾套冷卻水撤除，所以要保證較大的高徑比才能保證足夠的比傳熱面（即單位釜容積的界面面積）。（2）有利于氫調(diào) 為了改善氫調(diào)效果，應(yīng)擴(kuò)大氣液界面，保證有足夠的比界面（即單位釜容積的界面面積）。為此，聚合釜的高徑比不能選取過大。（3）考慮對(duì)攪拌功率的影響 根據(jù)后面將敘述到的可知，攪拌功率與釜內(nèi)物料的高度有密切關(guān)系。高徑比越大，攪拌功率越大，消耗的動(dòng)力越大，因此高徑比也不宜過大。根據(jù)對(duì)傳熱面積、攪拌功率的計(jì)算和氫調(diào)效果的實(shí)驗(yàn)以及有關(guān)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)單位的經(jīng)驗(yàn)，聚合釜的高徑比選取 (即)，可以滿足以上三個(gè)方面的要求。在設(shè)計(jì)上下橢圓封頭時(shí)，一般可以取短軸直徑與釜直徑的比為0.6（即）。釜直徑

50、的求取聚合釜外形尺寸示意圖如上所示，根據(jù)聚合釜容積以及高、直徑等尺寸的相互關(guān)系，可以求取聚合釜的直徑（指內(nèi)徑）圓形筒體容積: 因?yàn)?故 兩封頭容積 聚合釜容積 故 式中 V聚合釜容積，m3 D聚合釜直徑，m V1筒體部分容積，m3 V2橢圓封頭容積，m3 H1筒體部分高度，m H聚合釜高，m d橢圓封頭短軸直徑，m 有前面的計(jì)算可知，聚合釜的容積是，則： 取D=2.0m2.1.3其他外形尺寸的確定（1）釜高 根據(jù)高徑比，可以求得釜高。即為求取釜高的公式。例如，12 m3聚合釜的釜高H為： 圓筒體高為： （2）橢圓封頭直徑的求取 根據(jù),可求得釜的橢圓封頭直徑為： 橢圓封頭的高（3）筒體壁厚的確定

51、當(dāng)t=75時(shí)，查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表8-7，可知t=163MPa在壓力為3.5MPa，焊接接頭系數(shù)=0.85計(jì)算厚度 =PcDi2t-P=3.5100021630.85-3.5=25.58mm 設(shè)計(jì)厚度d C1=0.9mm C2=2mm d=+C1+C2=25.88 +0.9+2.0 =28.78mm 圓整后設(shè)計(jì)壁厚為30mm（4）根據(jù)以上數(shù)據(jù)復(fù)算釜的實(shí)際容積 （5）夾套比傳熱面 設(shè)為夾套面積，則夾套比傳傳熱面為： 則夾套比傳熱面23/121.92 m2/ m3 （6）比界面 比界面 m2/ m32.2 內(nèi)構(gòu)件及攪拌軸封的設(shè)計(jì)(1)攪拌器設(shè)計(jì)攪拌器設(shè)計(jì)主要是要保證良好的攪拌效果。攪拌效果的好壞關(guān)

52、系到釜內(nèi)反應(yīng)是否均勻，反應(yīng)熱能否順利撤除，氣液界面能否及時(shí)更新以保證氫調(diào)效果。 間歇式液相本體法聚丙烯裝置的聚合釜內(nèi)物料的相態(tài)是隨時(shí)間而變化的。開始反應(yīng)時(shí)釜內(nèi)全部是液相丙烯，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，液相丙烯中懸浮的聚丙烯固體顆粒逐漸增多，到“干鍋”反應(yīng)結(jié)束特別是丙烯回收后，釜內(nèi)幾乎全部是聚丙烯顆粒，液相物料已消失。在固體顆粒濃度大或全部是固體顆粒情況下選用一般的漿式，錨式或框式攪拌器是不適宜的。經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的摸索表明，螺帶式攪拌器對(duì)于聚丙烯固體顆粒物料的攪拌效果較好，而且所消耗的功率也比較小。國內(nèi)所有液相本體法聚丙烯裝置的聚合釜全部都采用螺帶式攪拌器，且基本上都采用單螺帶。螺帶式攪

53、拌器的工藝設(shè)計(jì)，主要是確定螺帶外徑、內(nèi)徑，從而確定螺帶寬度、螺距。 圖2-2 螺帶攪拌器簡圖 螺帶外徑 -螺帶內(nèi)徑螺帶寬度 螺距(2)螺帶外徑螺帶外徑的設(shè)計(jì)主要考慮到攪拌效果、攪拌功率和內(nèi)冷卻水管設(shè)置的需要。對(duì)于攪拌效果來說，螺帶外徑選大一些好，即與釜內(nèi)壁的間隙適當(dāng)小一些為好。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。螺帶外徑太大會(huì)給冷卻水管的布置帶來困難。因此螺帶外徑要選取適中。一般選取螺帶外徑。聚合釜的釜徑，螺帶外徑 (實(shí)際為,)，螺帶與釜內(nèi)壁的間隙為。(3)螺帶內(nèi)徑螺帶內(nèi)徑有螺帶外徑和螺帶葉片寬度（）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

54、，攪拌效果好些，但葉片太寬，使葉片與軸的間隙過小，也會(huì)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(huì)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(duì)攪拌功率有一定影響，但影響不十分顯著。聚合釜攪拌螺帶寬度一般選取。(4)螺距設(shè)計(jì)螺距對(duì)攪拌效果和攪拌功率都有一定影響。同樣的攪拌轉(zhuǎn)速，螺距越大，物料的上升速度越快，攪拌效果好，但攪拌功率相應(yīng)也大。攪拌功率與螺距成正比。另外，當(dāng)螺距大于物料高度時(shí)，功率與物料高度呈直線關(guān)系。因此，一般情況下，螺距應(yīng)小于釜內(nèi)物料高度。聚合釜螺帶螺距與物料高度的比為，為釜直徑高度的倍。聚合釜直筒高度為，物料高度

55、為，螺帶螺距。(5)攪拌轉(zhuǎn)速的選定攪拌轉(zhuǎn)速是影響攪拌效果最重要的因素之一。攪拌轉(zhuǎn)速越高，傳質(zhì)傳熱效果越好，對(duì)氫調(diào)和產(chǎn)品熔體流動(dòng)速率指標(biāo)控制有利。但是攪拌速度高，攪拌消耗的功率大，對(duì)攪拌器的要求也高，此外，還對(duì)聚丙烯物料有粉碎作用。因此，在選擇攪拌轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)綜合考慮。在聚合釜放大設(shè)計(jì)中，引入三項(xiàng)流體運(yùn)動(dòng)相似準(zhǔn)數(shù)。對(duì)于兩個(gè)大小不同幾何形狀相似的聚合釜，存在以下關(guān)系： 式中 費(fèi)魯特準(zhǔn)數(shù)； 流體粘度； 鮑爾準(zhǔn)數(shù)； 攪拌輸入功率； 雷諾準(zhǔn)數(shù)； 重力常數(shù)； 聚合釜直徑； 小型聚合釜（下腳注）； 攪拌轉(zhuǎn)速； 大型聚合釜（下腳注）； 流體密度； 按照上述公式以及實(shí)踐證明，的釜選用的攪拌器轉(zhuǎn)速為，攪拌器的外徑為。

56、(6)攪拌軸封的設(shè)計(jì)聚合釜的攪拌軸封是聚合釜最關(guān)鍵的也是唯一的靜密封點(diǎn)，它對(duì)聚合釜的運(yùn)行和聚丙烯生產(chǎn)有著重要影響。軸封泄漏不但污染環(huán)境，增加消耗，甚至有可能造成火災(zāi)爆炸事故，威脅安全生產(chǎn)；而且還嚴(yán)重影響氫調(diào)，進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量。液相本體法聚丙烯產(chǎn)品的熔體流動(dòng)速率難以控制穩(wěn)定，軸封泄漏是一個(gè)重要原因。因?yàn)闅錃饧性诟捻敳亢苋菀讖妮S封處泄漏，所以設(shè)計(jì)好攪拌軸封是十分重要的。聚合釜的軸封有兩種形式，即機(jī)械式密封和填料式密封。機(jī)械式密封的密封性好，用的好時(shí)可以做到基本無泄漏。但是由于間歇式液相本體法聚丙烯生產(chǎn)的某些特點(diǎn)，使得機(jī)械密封難以發(fā)揮很好的效果。譬如，液相本體法聚丙烯生產(chǎn)中，聚合釜內(nèi)固體物料濃度

57、大，干鍋回收丙烯后釜內(nèi)全是固體顆粒，易于進(jìn)入機(jī)械密封內(nèi)損壞密封端面。另外聚丙烯攪拌軸為懸臂式，下部沒有支撐點(diǎn)，加上軸較長，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)擺動(dòng)大，對(duì)機(jī)械密封不利。再者，聚合釜攪拌為間歇操作，經(jīng)常開開停停，攪拌速度低，這些對(duì)機(jī)械密封都不利。因此液相本體法聚丙烯生產(chǎn)很少采用機(jī)械密封作聚合釜的軸封。有的原設(shè)計(jì)為機(jī)械密封，但運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后也改為填料密封。填料密封可以適應(yīng)聚合釜的以上惡劣條件，雖然它難以保證不泄漏，但可以滿足生產(chǎn)和安全的要求。它價(jià)格低廉、安裝檢修方便，使用周期長，因而被液相本體法聚丙烯生產(chǎn)企業(yè)普遍采用。填料密封分為上、下段填料。在上填料與下填料之間設(shè)有刮油環(huán)，填料底部設(shè)有油杯杯中有導(dǎo)油管。當(dāng)潤滑油

58、沿軸下滑落入油杯里后，憑借釜內(nèi)壓力使?jié)櫥蛷膶?dǎo)油管壓出釜外，使?jié)櫥筒贿M(jìn)入聚合釜內(nèi)，以防造成釜內(nèi)污染。壓出的油還可回收利用。上填料箱設(shè)有注油口，在聚合釜啟動(dòng)攪拌前應(yīng)提前啟動(dòng)油泵，向軸封注油。攪拌啟動(dòng)后應(yīng)不斷注油。注油的壓力應(yīng)稍高于釜內(nèi)壓力（一般高出）。注油主要起潤滑、冷卻、密封等三個(gè)作用。填料箱外部設(shè)有冷卻夾套，夾套內(nèi)通冷卻水，以對(duì)軸封進(jìn)行冷卻。填料的材質(zhì)選擇是軸封的關(guān)鍵。選用柔性石墨或石棉浸漬四氟乙烯復(fù)合盤根，使用效果較好。2.3 聚合釜的傳熱設(shè)計(jì) 從液相丙烯本體聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征可知，液相丙烯本體聚合是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)過程，即各階段的反應(yīng)速度隨時(shí)間而變化。當(dāng)釜溫達(dá)到正常聚合溫度后，反應(yīng)速度快。反

59、應(yīng)后期速度比較緩和，幾個(gè)小時(shí)后反應(yīng)速度接近于零。因此，反應(yīng)熱的放出也是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)過程。另一方面，隨著反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)行，釜內(nèi)物料的形態(tài)也發(fā)生變化。隨著反應(yīng)時(shí)間的增長，釜內(nèi)聚合物逐漸增多，液相丙烯逐漸減少，使釜內(nèi)的傳熱條件發(fā)生變化，傳熱效果變差。反應(yīng)前期反應(yīng)速度快，放熱多，但傳熱條件好；反應(yīng)后期反應(yīng)速度慢，放熱少，但傳熱條件差。通過綜合分析可知，反應(yīng)前期放熱高峰時(shí)撤熱矛盾比較突出。因此在傳熱設(shè)計(jì)中主要考慮反應(yīng)放熱高峰期的情況。2.3.1 反應(yīng)放熱計(jì)算已知丙烯聚合熱為。根據(jù)絡(luò)合型催化劑體系的動(dòng)力學(xué)特征，可知反應(yīng)高峰期每小時(shí)丙烯轉(zhuǎn)化率為（每轉(zhuǎn)化的時(shí)間為）。對(duì)于聚合釜，每釜產(chǎn)量以計(jì)，則反應(yīng)高峰期的反應(yīng)熱為

60、：因?yàn)樗?.3.2 攪拌摩擦熱Qa計(jì)算攪拌軸功率的消耗可近似地認(rèn)為都轉(zhuǎn)化為攪拌葉與物料的摩擦熱，即。根據(jù)計(jì)算和實(shí)測可知，釜攪拌軸功率為。2.3.3 聚合高峰期總發(fā)熱量QT計(jì)算對(duì)聚合釜：2.3.4 撤熱量QT計(jì)算考慮聚合釜本身的散熱為總發(fā)熱量的，則釜的總撤熱量為：2.3.5 傳熱系數(shù)的求取對(duì)于丙烯聚合這一十分復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，按照傳熱的理論計(jì)算方法來計(jì)算聚合釜夾套和內(nèi)冷卻管的傳熱系數(shù)，不但麻煩，且與實(shí)際相差較遠(yuǎn)。而根據(jù)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、回歸，建立數(shù)學(xué)模型得出經(jīng)驗(yàn)公式，更具有實(shí)際意義。經(jīng)實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)實(shí)踐測定并利用電子計(jì)算機(jī)采用最小二乘法回歸，可以得出液相本體法聚丙烯聚合釜夾套傳熱的總傳熱