1、课 程 设 计 说 明 书武 汉 工 程 大 学 化工与制药学院课程设计说明书课题名称 15 万吨/年聚丙烯生产工艺设计 - 计算部分、用户手册 专业班级 学生学号 学生姓名 学生成绩 指导教师 课题工作时间 2011/12 武汉工程大学化工与制药学院摘要本设计的内容是关于 15 万吨/年聚丙烯的生产工艺设计，设计中包括工艺流程设计、物料衡算、能量衡算，设备选型，安全环保和经济技术评价。在本文中比较详细的计算出来了原料的单位用量、产品的单位产量，由算得的换热面积选择出来适合本工艺的各种设备，按照选择的工艺设计出了工艺流程图和生产车间图样，并在最后编写了可行性研究报告、商业规划书和用户手册。通过
2、本设计，可以对环管法聚丙烯合成车间工艺及聚合工段设计有一个初步的认识和了解，了解到环管法聚丙烯合成的基本流程。关键词：聚丙烯 工艺流程 环管法 物料衡算 能量衡算AbstractThis design content is about 150000 tons/year polypropylene production technology design, design including process flow design, material calculation, energy calculation, equipment selection, safe environmental p
3、rotection and economic technology evaluation. In this paper a detailed calculation out of raw materials, product of dosage units unit output, is by the heat transfer area selected for the various kinds of equipment technology, according to the selection process design out of the process flow diagram
4、 and production workshop pattern, and in the last wrote the feasibility study report, business planning books and user manuals. Through the design, can HuanGuan method of polypropylene synthesis process and polymerization design workshop section in a preliminary understanding and know, and understan
5、d to HuanGuan synthesis method of the basic process of polypropylene. Key words：Polypropylene process flow HuanGuan method material calculation energy calculation 目 录摘要 .- 2 -ABSTRACT .- 2 -目 录 .- 3 -前言 .- 6 -第一章 文献综述 .- 7 -1.1 聚丙烯概述 .- 7 -1.2 聚丙烯的性质 .- 7 -1.3 聚丙烯工艺发展过程 .- 7 -1.4 几种主要聚丙烯工艺 .- 9 -1.4
6、.1 Spheripol 工艺.- 9 -1.4.2 Hypol 工艺.- 9 -1.4.3 Novolen 工艺.- 10 -1.4.4 Unipol 气相工艺- 10 -1.4.5 AmocoChiaso 气相法工艺- 11 -1.5 新型催化剂体系的优势 .- 11 -1.5.1 PP 生产工艺的优化和改善. - 11 -1.5.2 PP 产品性能的改进和提高. - 12 -1.5.3 高刚性、高结晶度的产品.- 12 -1.5.4 薄膜产品性能的改善.- 12 -1.5.5 纺粘纤维和熔喷纤维.- 12 -1.5.6 无规共聚物.- 13 -1.5.7 抗冲击共聚产品.- 13 -1.
7、6 中国聚丙烯工业 .- 13 -1.7 展望 .- 13 -第二章 工艺流程设计 .- 14 -2.1 工艺原理 .- 14 -2.2 催化剂的选定 .- 15 -2.3 生产工艺的选定 .- 15 -2.4 工艺流程草图 .- 17 -2.5 工艺流程概述 .- 17 -2.5.1 聚合区工艺.- 17 -2.5.2 造粒区.- 20 -2.5.3 包装区.- 20 -2.5.4 循环水场.- 21 -第三章 物料衡算 .- 21 -3.1 设计名称 .- 21 -3.2 设计条件 .- 22 -3.2.1 全套装置工艺参数.- 22 -3.2.2 丙烯进料量 （按小时计算）.- 22 -
8、3.3 催化剂用量 .- 22 -3.4 R200 小环管的物料衡算 .- 23 -3.5 氢气用量 .- 24 -3.6 R201 大环管反应器的物料衡算 .- 24 -3.7 D301 闪蒸罐的物料衡算 .- 25 -3.8 F301 布袋过滤器的物料衡算 .- 25 -3.9 T301 循环丙烯洗涤塔的物料衡算 .- 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 热量衡算 .- 30 -4.1 计算依据 .- 30 -4.2 R200
9、 小环管的热量衡算 .- 30 -4.3 R201 大环管反应器的热量衡算 .- 32 -4.4 D301 闪蒸罐的热量衡算 .- 33 -4.5 D501 气蒸罐的热量衡算 .- 33 -4.6 D502 干燥罐的热量衡算 .- 34 -第五章 设备选型 .- 35 -5.1 R200 小环管的选型 .- 35 -5.1.1 R200 小环管的工艺参数 .- 35 -5.1.2 主要作用.- 35 -5.1.3 选型.- 35 -5.2 R201 大环管反应器的选型 .- 36 -5.2.1 R201 大环管反应器的工艺参数 .- 36 -5.2.2 特点.- 36 -5.2.3 选型及结构
10、.- 36 -5.3 设备一览表 .- 37 -第 6 章 经济技术分析 .- 38 -6.1 市场分析和建设规模 .- 38 -6.2 工艺技术 .- 40 -参考文献 .- 41 -致 谢 .- 42 -前言此次设计的题目：年产 15 万吨环管法聚丙烯合成车间工艺及聚合工段设计，共分为五个部分：文献综述、工艺流程设计、物料衡算、能量衡算以及设备框算。文献综述介绍了聚丙烯的性能、生产工艺、晶型、产业发展现状、用途以及催化剂的选择。工艺流程设计详细介绍了工艺原理、生产工艺的选择及催化剂的选用，着重叙述了聚合的工艺流程，使我们对整个生产过程有了充分的认识，还对装置及一些化学介质做了说明。在物料衡
11、算中，根据生产流程对主要设备的进出料情况做了衡算，确定进出设备的物料和设备内部各种物料的流动状况和组成。在能量衡算中，由物料的流量、状态及性质做出热量的衡算，以及夹套水的用量，确定需要移走或补充的能量。在设备框算中，则包括了车间内各主要单元的化工计算过程，确定各设备的有效容积、结构尺寸、传热面积等。同时，根据设计的需要绘制了聚合工段的工艺流程图、循环丙烯洗涤塔的装配图、车间的平面布置总图、设备平面布置图和设备立面布置图。本次设计虽然经过多次修改，但难免存在不妥之处，望各位老师在检查过程中给予纠正。第一章 文献综述1.1 聚丙烯概述聚丙烯英 文 名 称 :Polypropylene分 子 式 :
12、C3H6n 简 称 :PP聚丙烯由 丙 烯 聚 合 而 制 得 的 一 种 热 塑 性 树 脂 。 有 等 规 物 、 无 规 物 和 间 规 物 三 种构 型 ， 工 业 产 品 以 等 规 物 为 主 要 成 分 。 聚 丙 烯 也 包 括 丙 烯 与 少 量 乙 烯 共 聚 物 在 内 。通 常 为 半 透 明 无 色 固 体 ， 无 臭 无 毒 。 由 于 结 构 规 整 而 高 度 结 晶 化 ,故 熔 点 高 达167左 右 ,耐 热 ,制 品 可 用 蒸 汽 消 毒 是 其 突 出 优 点 。 密 度 0.90g/cm3,是 最 轻 的 通 用 塑料 。 耐 腐 蚀 ,抗 张 强
13、 度 30MPa， 强 度 、 刚 性 和 透 明 性 都 比 聚 乙 烯 好 。 缺 点 是 耐 低 温冲 击 性 差 ， 较 易 老 化 ， 但 可 分 别 通 过 改 性 和 添 加 抗 氧 剂 予 以 克 服 。 1.2 聚丙烯的性质聚丙烯无 毒 、 无 味 ， 密 度 小 ， 强 度 、 刚 度 、 硬 度 耐 热 性 均 优 于 低 压 聚 乙 烯 ,可在 100 度 左 右 使 用 .具 有 良 好 电 性 能 和 高 频 绝 缘 性 不 受 湿 度 影 响 ,但 低 温 时 变 脆 、 不耐 磨 、 易 老 化 。 适 于 制 作 一 般 的 机 械 零 件 ， 耐 腐 蚀 零
14、 件 和 绝 缘 零 件 。 常 见 的 酸 、碱 有 机 溶 剂 对 它 几 乎 不 起 作 用 ， 且 可 用 于 食 具 。由于聚丙烯制品具有重量轻，抗冲击强度高、耐环境（耐高低温、耐污染、耐潮湿、耐老化）性能好，长寿命等优点。应用范围不断的扩大，逐渐取代金属和其他塑料、木材、化学纤维等，用于包装、运输、纺织、建材、家具、家电、日用品等诸多领域。因此今后 10 年聚丙烯的需求将继续保持高速增长的态势，并且在纺织纤维、薄膜、注塑制品、管材等领域有很好的前景 11.3 聚丙烯工艺发展过程1956年意大利化学家纳塔改进齐格勒催化剂 2，成功地合成了结晶等规聚丙烯，开创了聚丙烯技术的新时代。聚丙
15、烯生产最初采用的是淤浆工艺，催化剂活性很低，生产规模很小，工艺冗长落后，设备复杂。由于采用己烷等溶剂作稀释剂，不仅需要脱催化剂残渣和脱无规物工序，而且还需设置溶剂回收工序和设备。因而使设备投资费用高，工厂占地的面积大，操作和维修人员多等一系列问题。随着科学技术的进步和生产的发展，出现了溶剂工艺，即以某种溶剂作稀释剂将丙烯稀释，反应过程在液态下进行。但此方法也存在缺点，如需要脱灰和脱无规物，需要溶剂回收工序和设备等，因而又研究出本体工艺。这种工艺不需要专门的溶剂作为稀释剂，而是甩液态丙烯本身作稀释剂进行聚合反应。若采用高活性催化剂，如日本三井油化公司 3的高效高立体定向催化剂，则既可省掉脱灰脱无
16、规物工序，又可省掉溶剂回收工序和设备。此后，本体工艺进一步演变为液相本体和气相率体两种工艺。到现在为止，气相工艺是最先进的流化床工艺。聚丙烯是世界五大通用合成树脂(聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS树脂)之一，近年来我国的产量增长很快，2000年首次突破3000 kt 达到30351 kt，2005年又突破5000 kt增长到52295 kt，2006年增长到58415 kt，比上年增长117，创历史产量最高纪录。2002年至2006年连续5年增长幅度保持两位数。2007年17月全国规模以上企业聚丙烯产量已到达40416 kt，同比增长 186，为历史同期最高的水平，预计全年有望超过7
17、000 kt。我国聚丙烯原料的来源一般是催化裂化产物分离的丙烯，也有石油裂解气分离的丙烯，虽然以炼厂丙烯为原料时，气体分离精馏装置可使乙烷、乙烯、丙烷、炔烃和二烯烃等杂质含量符合高效催化剂聚合时的要求，但由于其分离的丙烯中还含有一定量的硫(尤其是COS)、CO、CO。、H 2O、As和O 2等杂质，从而使聚丙烯催化剂中毒而活性下降，影响装置的正常生产，同时也导致聚丙烯产品一些主要性能，如结晶度、等规指数、灰分、熔体流动速率和拉伸强度等受到较大的影响，因此，原料丙烯的净化显得十分重要。聚合催化剂对原料丙烯的要求和某些聚丙烯装置中原料丙烯的质量如下表1 和表2所示。可以看出，原料中总硫、COS、
18、H2O、 O2、A S大量超标。90年代，聚丙烯(PP)I艺技术 4在提高效率、降低成本和扩大产品范围等方面都取得了很大的进步，这使得聚丙烯技术进一步向前推进，各种工艺的竞争地位发生变化。Montell公司是当今世界上最大的聚丙烯生产商和技术转让厂商。它的Spheripol工艺是其前身Himont公司于1982年创立的，目前全世界采用Spheripol工艺的生产线已多达84条，产量达到128 Mta，约占全世界PP 总产能的 50%，1997年Monte|l 公司 5对Spheripol聚丙烯工艺进行了重大改进，进一步扩展了装置的生产操作弹性，优化各生产工序的运转条件，提高了聚丙烯产品的质量和
19、加工性能。拓宽了新产品的应用领域。使采用该工艺生产的产品具有更为广泛的应用范围和更加优越的加工性能。新一代工艺技术的改进和优化的核心内容是新型催化剂体系的开发和运用，其工艺流程的新设计和优化主要是围绕上述核心技术而开展的。目的是扩大产品的范围，提高产品性能。1.4 几种主要聚丙烯工艺目前世界上常甩的先进聚丙烯工艺主要有Himont公司和Tenimont公司的Spheripol工艺、日本三井油化公司的Hypol工艺、德国BASF公司的Novolen工艺、联合碳化物公司的Unipol工艺和AmocoChisso 公司的气相法工艺 6。1.4.1 Spheripol 工艺该工艺包括助催化剂和催化剂的
20、制备、顶聚合和聚合反应、聚合物脱气干燥、添加剂进料和造粒以及包装运输。聚合反应在环管式反应器中进行，所有原料都以稳定的速率和适当配比输入环状反应器中 反应压力为2930MPa( 表)，温度为6070 ，对压力、温度和淤浆密度可以进行监测和自动控制。聚丙烯颗粒进入装袋系统，自动将产品称重、装袋和缝合，再送入传送带用金属探测器用于检测产品是否含有金属粒，能把混有金属粒的袋子自动剔出。合格产品袋子被送入码垛机，最后进入仓库。这种工艺稳定可靠，产品范围宽、品种多、质量好，在世界上转让的厂家很多，占世界聚丙烯产量比例较大，有较高的信誉。1.4.2 Hypol 工艺Hypol工艺采用日本三井油化公司的专利技术，它是一种液相和气相结合的本体工艺，采用HYHS-第二代高效高立体定向催化剂。全套生产线由原料提纯、催化剂进斟、聚合、干燥、造粒、包装和码垛诸工序组成。改进后的Hypol新工艺，聚合反应分两段进行。第一段液相聚合在丙烯溶剂中进行，聚合压力为2.943.92 MPa( 表)，温度为65 75 ，依靠蒸发冷凝回流系统带走反应热。聚合形成的浆液进入第二段气相反应釜，操作压力为167192 MPa(表)，温度为 80 。进入反应器的液态丙烯靠聚合反应热加热并蒸发。聚合物流化所用气体从气相反应器的下部吹进，并进行循环。聚合物干燥后送入挤压造粒工序，聚合物通过筛板筛选后被挤压，经模板进入水下切
