精编完整版年产13万吨聚丙烯环管法运行方案的设计毕业论文.docx
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精编完整版年产13万吨聚丙烯环管法运行方案的设计毕业论文
高分子合成工艺学
课程设计
学院：
化学化工学院
题目：
年产13万吨聚丙烯（环管法）运行方案的设计
学生姓名：
李博
专业班级：
高分子材料与工程1201班
指导教师：
刘芝芳单德才
2015年06月26日
目录
设计内容及要求………………………………………3
聚丙烯的介绍…………………………………………4
溶液法工艺 …………………………………………………4
淤浆法工艺 ……………………………………………5
本体法工艺……………………………………………6
气相法工艺……………………………………………6
本体法-气相法组合工艺 ……………………………7
目前发展………………………………………………7
环管法气液组合聚合工艺的介绍 ………………………8
多釜串联与环管法两种工艺的评价 ……………………12
环管法生产聚丙烯运行方案的设计…………………14
物料平衡表……………………………………………16
实验装置图……………………………………………17聚丙烯生产开车方案………………………………18装置正常操作………………………………………19装置正常停工…………………………………………20
参考资料………………………………………………21
小结……………………………………………………22
设计内容及要求
一、设计题目
年产13万吨聚丙烯（环管法）运行方案的设计
二、设计任务
1、设计项目：
聚丙烯生产运行方案的设计；
2、设计工艺：
环管法液相本体聚合工艺；
3、设计产能：
年产13万吨；
4、设计范围：
生产工艺的正常开车，正常运行，正常停车。
三、设计工艺条件
进料比R200：
R201=1：
10
预聚釜R200：
T=18℃，P=3.5MPa
环管高H=9m，体积V=0.46m3，
物料流速=4ms，停留时间=4min。
聚合釜R201：
T=70℃，P=3.2MPa
环管高H=40m，体积V=60m3，
物料流速=78ms，停留时间=1.5、BASF、Hoechst、Montell 、公司以及 Fina 和三井东压公司.MPP目前主要用于纤维、注塑产品、汽车、医疗器械和包装领域.
环管法气液组合聚合工艺的介绍
Spheripol工艺采用一组或两组串联的环管反应器生产聚丙烯均聚物和无规共聚物，再串联一个或两个气相反应器生产抗冲共聚物。
Spheripol工艺是一种液相预聚合同液相均聚和气相共聚相结合的聚合工艺,Spheripol工艺由巴塞尔（Basell）聚烯烃公司开发成功。
该技术自1982年首次工业化以来，是迄今为止最成功、应用最为广泛的聚丙烯生产工艺。
工艺采用高效催化剂，生成的PP粉料粒度其催化剂生产的粉料呈园球形，颗粒大而均匀，分布可以调节，既可宽又可窄。
可以生产全范围、多用途的各种产品。
其均聚和无规共聚产品的特点是净度高，光学性能好，无异味。
目前该技术已经发展到第二代。
与采用单环管反应器的第一代技术相比，第二代技术使用双环管反应器，操作压力和温度都明显提高，可生产双峰聚丙烯。
催化剂体系采用第四代或第五代Z-N高效催化剂，增加了氢气分离和回收单元，改进了聚合物的高压和低压脱气设备，汽蒸、干燥和丙烯事故排放单元也有所改进，增加了操作灵活性，提高了效率，原料单体和各项公用工程消耗也显著下降。
所得产品颗粒度更加均匀，产品的熔体流动指数范围更宽（0.3-1600.0g10min），可生产高刚性、高结晶度和低热封温度的新PP牌号。
Spheripol工艺的抗冲共聚反应采用气相法生产，反应器是一个或两个串联的密相流化床反应器。
反应器采用气相法密相流化床。
采用一个气相反应器系统可以生产乙烯含量在8%-12%（质量分数）的抗冲共聚物，如果需要生产橡胶相含量更高且可能具有一个以上分散相的特殊抗冲共聚物（如低应力发白产品），则需要设计两个气相反应能够器系统，保持两个气相反应器系统中的气相组成和操作条件独立，可以获得两种不同的共聚物添加到均聚物中。
采用汽蒸和干燥两步法处理聚合物，可以很容易将汽蒸尾气中的蒸气冷凝而分离出纯烃类单体，能够完全回收利用尾气中的烃类，降低单体的消耗。
闭路氮气干燥系统也降低了装置的氮气消耗量。
此外，Spheripol工艺采用模块化设计方式，可以满足不同用户的要求，易于分步建设（如先上均聚物生产系统，在适时增加气相反应系统），装置的生产能力也容易扩大。
Spheripol工艺有严格完善的安全系统设计，使装置有很高的操作稳定性和安全性。
新一代Spheripol工艺采用纯的添加剂加入系统，使产品质量更加均一稳定，而且方便产品切换。
Spheripol工艺技术能提供全范围的产品，包括均聚物、无规共聚物、抗冲共聚物、三元共聚物（乙烯-丙烯-丁烯共聚物）。
其均聚物产品的MFR范维0.1-2000g10min，工业化产品的MFR达到1860g10min（特殊的不造粒产品），高刚性产品的弯曲模量达到2300MPa。
工业化生产的无规共聚物产品中乙烯含量高达4.5%（质量分数），并有乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物产品，薄膜封焊起始温度低至110℃，可与气相法工艺生产的高乙烯含量无规共聚竞争。
抗冲共聚产品具有很好的刚性和抗冲击性的综合性能，产品乙烯含量可高达25%（40%橡胶相），并已具有达到40%乙烯含量（60%橡胶相）的能力。
此外，Spheripol工艺可通过添加过氧化物和双环管反应器灵活地根据产品需要在聚合物分散指数（PI）3.2-12之间调节产品的分子量分布，可以在反应器内直接生产MFR高达1800g10min的产品以及大颗粒无需造粒产品，使Spheripol工艺具有极强的竞争力。
Spheripol工艺的另外一个特点是先进的催化剂技术。
Basell公司有多种催化剂体系可用于Spheripol工艺生产不同类型的产品，如MC-GF2A催化剂用于生产均聚物，MC-M1用于生产大球形的抗冲共聚物及均聚物和无规共聚物，而一些高模量的均聚物则要使用D-给电子体（二环戊基-二甲氧基-硅烷，简称DCPMC），一些高乙烯含量的特殊抗冲共聚物也要使用专用的催化剂。
Basell公司注册了多项专利的二醚类催化剂也已经有商业化产品，如MC-126、MC-127。
二醚类催化剂具有很高的聚合活性（可达100Tppkg cat）和长寿命，很好的等规指数控制，高的氢气敏感性，产品有较窄的的分子量分布。
目前，世界上采用Spheripol工艺生产的聚丙烯装置有近百套，总生产能力约为1460万吨年，约占世界聚丙烯总生产能力的36.8 %。
其中北美地区的生产能力为403万吨年，亚洲地区合计为419万吨年，西欧地区的生产能力为 410.5万吨年，中欧和东欧地区的生产能力为62万吨年，中东和非洲地区的生产能力为 131.5万吨年。
多釜串联与环管法两种工艺的评价
多釜串联工艺的特点如下：
（1） 主催化剂需要进行预聚合处理。
预聚合处理采用间歇批量法，在通过预聚
合和动态过滤使全部催化剂颗粒都能处理得非常均匀。
预处理和进料系统有很高的可靠性。
（2） 串联的多级反应系统可有效降低催化剂的“短路现象”。
（3） 在液相反应器和气相反应器没有发现影响连续操作的聚合物挂壁现象。
（4） 大量液态丙烯依靠气相聚合的反应热进行气化，降低蒸汽的消耗量。
（5） 立体选择性的催化剂HY-HS-Ⅱ具有极高的活性，其转化率高达106gPPgTi,且具有很长的持续活性，到第四釜仍有足够活性，能保证第四釜正常生产。
（6） 聚合物的颗粒大小控制，从工艺操作性来说，在工艺过程中控制聚合物粉粒的性能非常重要。
因此聚合物颗粒必须具有很好的刚性、球状、大小均匀、很好的流动性（不粘连、不洁块），不仅在均聚工艺中，而且在共聚工艺中也应如此。
如果使聚合物的形状变为均匀的球状，则颗粒尺寸分布很窄，而且平均颗粒大小可以控制，能稳定工厂操作。
采用HY-HS-Ⅱ催化剂可生产出满足全部上述条件并具有很高堆密度的高质量的球状聚合物颗粒。
（7） 聚合物的物理性能，具有很高的立体规整度和刚性；制成的薄膜具有很好的光学性能（透明度和光泽度）；定向品种如单丝、条带和纤维有很好的加工性（定向性），能使成品具有很好的性能；熔体流动速率很快，用于高速注塑的品种可直接聚合得到，而不需要热处理措施。
环管法工艺具有以下特点：
（1）有很高的反应器时-空产率（可达400kgPP=0.621gcm3
当转化率为65%时：
ρmax=0.668gcm3
故可得反应终点密度范围为：
0.621gcm3～0.668gcm3
原料进料量
聚丙烯年产量为13万吨，按每年300天计算,则
t
R201:
T=70oC,P=3.2Mpa,物料循环流速=78ms,进料量=27.357th,
停留时间=1.5h,转化率=55%—65%
3.6装置正常停工过程
♦1、停催化剂进料
（1）停催化剂A
（2）停催化剂B
（3）停催化剂C
（4）停催化剂D
（5）停止氢进入D201
♦2、维持两环管的平稳操作
（1）控制R200温度在小于18℃
（2）R201夹套CW切换至HW
（3）控制R201温度在70℃左右
♦3、R201，R202排料
（1）关闭液态丙烯进料P0P2000
（2）停E200，R200冷冻水
（3）停P200
（4）从R200向R201卸料
（5）当R200倒空后，停止R200出料
（6）停P201
（7）开FIC202放料
（8）当R201倒空后，停止R201出料
♦4、放空
（1）开D200放空阀
（2）开R200放空阀
（3）开R201放空阀
参考文献
[1]国外聚丙烯工艺及其发展前景
[2]XX百科
[3] 陈敏恒，方国南等主编. 化工原理[M]，上册. 化学工业出版社
[4] 陈敏恒，方国南等主编. 化工原理[M]，下册. 化学工业出版社
[5] 马连湘，刘光启，王文中主编.化工设备计算手册[M].北京：
化学工业出版社
小结
在刘老师的指导下，我顺利的完成了本次课程设计。
我们对环管法聚丙烯合成的设计方法与流程有了一个比较全面的了解。
在这个不断设计、学习、再设计的反复操作过程中，我们潜移默化地学习到了一种科学的设计思路和方法，这对我们以后的工作态度和方法将产生积极的影响。
特别是在利用现代化的设计上，我有了很多的自己的设计思想。
通过对本次实验的课程设计与操作，我受益匪浅。
在课程设计的过程中，我学会了很多以前从未接触过的新鲜事物，例如化学式的编辑、资料的多方面查找、文字排版、以及对操作过程的冷静处理。
作为一名大学生，在学习的黄金期间，我们应该多学习电脑方面的应用，这样在以后的工作生活中才能尽自己所长，发挥自己的优势。
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