年产5万吨乙丙橡胶装置聚合工段的工艺设计毕业设计Word文档格式.docx

年产5万吨乙丙橡胶装置聚合工段的工艺设计毕业设计Word文档格式.docx

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乙丙橡胶以其优异的性能具有广阔的应用领域。

除了传统的汽车工业、防水建材、聚合物改性、油品添加剂、电线电缆、运动场地及各类机械部件等应用领域外，乙丙橡胶还可涉猎于食品包装、抗微生物、绝热阻燃等弹性体制品领域。

本次设计年产5万吨乙丙橡胶装置聚合工段的工艺设计,乙丙橡胶聚合反应采用溶液聚合工艺，使用的主催化剂为三氯氧钒，辅助催化剂为烷基铝，溶剂为己烷。

在掌握生产原理、聚合方法、工艺流程等工作的基础上，进行了物料衡算、热量衡算、反应器等设备的相关计算；

其中算得E0203己烷加热器的面积为40.27m2，换热器管长为6m，计算反应器R0201的公称直径为5658mm,高度为9053mm，确定了聚合加料泵的扬程为30.12m,以及该泵的轴功率7.5kw,V0201贮罐的总体积37m3。

并且绘制了反应器的管道布置图、带控制点的流程图、编制了设计说明书等。

关键词：

乙丙橡胶；

溶液聚合；

工艺设计

Abstract

EPDM,generallycalledethylene-propyleneelastomer,andnorbornene（ENB）asthemonomercopolymerizedwithethylene,propyleneisthethirdmajorSRafterSBRandBR.AtpresenttheproductioncapacityofEPDMaccountsforabout10%ofthetotalproductioncapacityofSRintheworld.EPDMhaswiderangeofapplicationfieldsbecauseofitsexcellentperformance.Besidesthetraditionalapplicationfieldssuchasautoindustry,water-proofbuildingmaterials,polymermodification,oiladditives,electricwireandcable,athleticfieldandvariousmechanicalparts,EPDMcanalsobeusedinfoodpackaging,antimicrobial,heatinsulationandinflamingretarding,andotherelastomerproducts.Itisannualoutputof50,000tonsofethylene-propylenerubberdevicepolymerizationSectionprocessdesign,thepolymerizationofethylene-propylenerubberbysolutionpolymerizationprocess,thecatalystusedforthevanadiumoxytrichloride,vanadium,auxiliarycatalystisalkylaluminum,solventhexane.materialbalance,heatbalance,reactionofadevicesuchasthecalculationfinishedbasedontheproductionprincipleofaggregationmethods,processandotherwork;

includingareaofthehexaneheaternamedE0203is​​40.27squaremeters,lengthofheatexchangerstubeis6meters,thediameterofthereactorR0201is5.658meters,heightis9.053meters,determinedtheheadofthepolymerfeedpumpis30.12meters,andthepowerofthepumpis7.5kw,hetotalvolumeoftheV0201is37stere.Anddrawapipinglayoutofthereactor,flowchartwithcontrolpoints,editthedesigninstructionandsoon.

KeyWords：

Ethylene-propylenerubber；

solutionpolymerization;

processdesign

目　　录

第1章设计说明书

1.1绪论

1.1.1设计依据

本设计的依据主要包括：

（1）吉林化工学院毕业设计任务书。

（2）《化工工艺手册》等。

（3）化学工业部发布的《化工工艺设计施工图内容和深度的统一规定》。

（4）吉化公司104厂乙丙橡胶车间乙丙橡胶装置的操作法。

1.1.2指导思想

本设计的指导思想主要包括：

（1）为了确保产品的质量，生产过程的安全，采用溶液聚合生产技术。

（2）生产过程采用机械化操作，自动控制。

（3）危险易燃易爆的场所，设计采用可靠的控制，报警消防设施。

（4）生产过程中产生的三废要经过处理之后再排放，以保证环保的要求。

（5）为了保证生产正常进行和操作人员的安全，厂房、车间、设备布置要严格按土建标准。

1.1.3设计必要性

乙丙橡胶是橡胶制品工业中一种极为重要的原材料。

它是由乙烯、丙烯共聚而得的二元聚合物或由乙烯、丙烯和非共轭二烯烃单体共聚而得的三元共聚物的总称。

由于EPR分子主链中不含双键，所以呈现出高度的化学稳定性。

与天然橡胶、丁苯橡胶等其它通用橡胶相比，乙丙橡胶具有卓越的耐候性、耐臭氧性和耐热老化性,耐化学品性和电绝缘性，因而乙丙橡胶被誉为“无裂纹橡胶”；

与硅橡胶、氟橡胶等特种橡胶相比，乙丙橡胶具有较好的物理机械性能和综合性能；

此外，乙丙橡胶还具有相对密度小、高充油、高填充性及与多种高聚物有良好的相容性等优点。

由于乙丙橡胶具有许多其它通用合成橡胶所不具备的优异性能，而且单体价廉、易得，用途广泛，因此成为20世纪80年代以来世界几大合成橡胶品种中发展最快的一种，目前其产能和消费量仅次于丁苯橡胶和顺丁橡胶而居世界第3位。

乙丙橡胶主要品种牌号有百余种。

根据共聚单体来分，有二元乙丙橡胶（EPM）和三元乙丙橡胶（EPDM），其中EPDM第三单体多为乙叉降冰片烯（ENB）、双环戊二烯（DCPD）和1,4-2己二烯（1,4-2HD）；

按生产工艺可分溶液法、悬浮法（简化悬浮法）和气相法。

从采用的催化体系可分钒系、钛系、铝系和茂系,目前乙丙橡胶工业化产品仍以钒系、铝系和钛系为主。

茂金属乙丙橡胶虽然研究进展较快,已进入工业化，但产品仍处在应用开发阶段。

目前，世界乙丙橡胶的生产能力总体过剩，但我国的生产能力和产量却不能满足国内实际生产的需求，每年都得大量进口，开发利用前景广阔。

中国唯一乙丙橡胶生产厂商是中国石油吉林石化公司。

2010年吉林石化新建成的2.5万吨/年的乙丙橡胶B线装置投入试生产，使中国乙丙橡胶产能增至4.5万吨/年，但市场供应量仅为1.93万吨，表观消费量23.4万吨，供需矛盾不断加剧。

在巨大的市场缺口以及相应的潜在市场驱动下，中国乙丙橡胶投资热潮始终不减，一直是中国化工招商的热点项目之一。

所以，现在新增1套50kt/a的乙丙橡胶装置已是当务之急。

1.1.4车间布置

本设计车间设备布置，不但能够满足实际生产的需要，同时也考虑了设备的安装以及检修方便，设备布置整齐有序，而且节约空地。

设备的布置既要紧凑，又要满足生产工艺和安装要求。

生产装置界区，在满足生产工艺和安全生产的基础之上，要尽可能的缩短装卸物料线。

依照满足工艺条件的原则，首先确定主设备的位置，其他设备要尽可能围绕在主设备的四周，以便于操作、检修和配管。

在厂房的四面，一楼到二楼都应该有楼梯和安全通道，车间内配有必要的放火防爆设施，同时还应该配有简单急救的设施。

阀门、仪表等部件离地面的距离应该较近，以便于手工操作和检修。

设备区和人行区等应该界区明确，工艺流程安全通畅。

1.1.5厂址的选择

该车间应该建在吉林市江北的化工工业区。

江北的化工工业区地处松花江畔，位于松花江的下游，水源充足，而且水质优良。

这里是中国最早也是最大的化工生产基地，原料充足、便利。

同时，紧邻铁路和公路，交通运输方便。

该区附近有动力厂、电厂，所需动力供应方便，经济合理。

该区附近有大量的空地，日后有扩建的空间。

而且，该化工区地处吉林市的东北部，该地区的主导风向为西南风和西北风，所以对市区居民的生活以及附近的工农业的生产均无影响。

下游的污水处理厂能将工业污水和生活污水有效的处理，不会对松花江造成污染。

所以，在该处建厂，为最佳的位置。

1.2生产方法及工艺设计

1.2.1生产方法的论证

目前，乙丙橡胶的工业化生产工艺主要有三种：

溶液聚合法、悬浮聚合法和气相聚合法。

其中溶液聚合工艺是当今世界上乙丙橡胶生产的主导工艺，采用此工艺的装置能力约占世界乙丙橡胶总生产能力的77.2%，悬浮聚合法约占11.4%，气相法约占11.4%。

（1）溶液聚合工艺

溶液聚合工艺的主要优点有:

投资低，工艺最佳化。

反应器的优化设计可满足反应物料混合的要求，能准确控制聚合反应工艺参数和产品质量，聚合物胶液浓度高而循环溶剂量少，聚合釜体积小但生产强度高，原料和循环单体不需要精制，催化剂效率高，三废中钒含量低，生产弹性大；

生产操作费用低，装置年操作时间长，原料和催化剂的消耗低，采用先进控制系统对生产进行控制，技术比较成熟，操作稳定，是工业生产的主要方法；

产品质量具有极强的竞争力。

工艺灵活性大，产品牌号切换灵活，切换废品量少，产品特性能够按照用户要求进行调整，产品牌号多，门尼值可在20~160宽范围内调节，应用范围广泛，产品中催化剂残渣含量低，灰分含量较少，生产中次品少，质量稳定，重复性好，综合性能好，产品规格指标变化幅度窄和产品加工性能优异。

不足之处是由于聚合在溶剂中进行，传质传热受到一定的限制，聚合物质量分数一般控制在6%~9%，最高仅达11%~14%，聚合效率低；

由于使用溶剂，需要将其回收精制；

后处理时需要从产品中脱出催化剂残渣；

生产流程长，设备多，装置固定投资及操作成本较高。

（2）悬浮聚合工艺

悬浮聚合法生产工艺的特点是生成的聚合物不溶于反应介质丙烯，体系黏度较低，转化率比较高，聚合物的质量分数高达30%~35%，因而同样的设备生产能力却是溶液法的4~5倍；

无溶剂回收精制和凝聚等工序，工艺流程简化，基建投资少；

可生产相对分子质量较高的产品品种，产品成本比溶液法低。

不足之处是由于不用溶剂，残留催化剂分离比较困难，产品品种牌号少，质量均匀性较差，灰分含量较高，其用途有一定的局限性，主要用于聚烯烃改性；

聚合物为不溶于液态丙烯的悬浮粒子，使其保持悬浮状态较困难，尤其当聚合物浓度较高和出现少量凝胶时，反应釜易于挂胶，甚至