化工与材料工程学院毕业设计
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
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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
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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，甚至发生设备管道堵塞现象，产品的电绝缘性能较差。
（3）气相聚合工艺
与溶液聚合法和悬浮聚合法技术相比，气相聚合法具有工艺流程短、不需要溶剂或稀释剂、几乎无三废排放，有利于生态环境保护，并且可以大幅度降低装置总投资和总生产成本等优点。不足之处是产品中含有大量的炭黑，产品通用性较差，橡胶性能不适应某些用途需要，限制了它的使用范围。目前世界上虽然只有美国联碳公司一家企业采用该方法进行生产，但从长远观点来看，随着其技术的不断完善和优化，该工艺技术发展前景将十分广阔。
本设计采用的生产方法是溶液聚合工艺，该生产工艺以Ziegler-Natta钒-铝催化体系为催化剂，正己烷为溶剂，乙叉降冰片烯(ENB为第三单体，氢气为分子量调节剂。为了提高催化剂的聚合活性及降低其用量，在催化体系中还可以加入促进剂。乙烯、丙稀和二烯烃在齐格勒－纳塔型催化剂作用下，按配位聚合机理进行共聚合反应。
1.2.2 工艺流程
本设计的主要工艺流程为： （1）原料、催化剂和溶剂
乙烯由界区外通过管道送入装置，由PRC0201控制压力为1200KPa，用FRCQ0203控制流量后送入乙烯气集管。
丙烯由界区外由管道送入装置，用FRCQ0202控制流量后送入乙烯气集管。 氢气由界区外由管道送入装置用C0201（氢气压缩机）进行压缩，用PRC0202控制C0203的出口压力为1200KPa，并用FRCQ0201控制流量后送入乙烯气集管。
通过调节计量泵P0102，P0103，P0104的冲程，将所需的助催化剂按规定的比例送入R0201中。
当生产EPT时，根据二烯烃单体的种类，用P0111或P0112将之送入R0201。 （2）聚合反应
当原料、催化剂、溶剂在R0201中经充分搅拌后，由P0101将主催化剂V-（VX-）Cat送入R0201中，并用HPHX以1.0t/h的流量对V-（VX-）Cat进行稀释，用E0205来的RHX提供聚合反应发生所需要的热量，聚合反应开始连续进行。
当R0201釜中的聚合物溶液符合控制指标时，将聚合液由溢流管线送入R0202（溢流釜）中。通常将R0202的液位LRCS-202设定在40％。
R0202种的地方聚合物溶液由聚合流加料泵P0202送到T0201（单体回收塔）中部，为便于P0202泵的输送，防止聚合物的粘附，通过FI2001，以150L/h的流量用HPHX对P0202泵进行冲洗。
R0201的操作压力是0.40～0.70MPa， 操作温度是35～55℃。 （3）未反应单体的回收
根据R0202的液位LRC0202控制进入T0201中的聚合溶液的量，在T0201塔中，未反应的单体经闪蒸而从塔的顶部进入T0202（单体吸收塔）中，为防止闪蒸气体中夹带有聚合物胶粒，在T0201塔的顶部以2t/h流量的LPHX进行喷淋，使夹带的胶粒重又回到塔底。
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T0201塔的操作条件是：顶部温度63.5℃～85.1℃，底部温度93.7℃～96.4℃，操作压力0.116Mpa。
来自E0706的HX经PRCA0204控制压力为500KPa后，进入E0204B（己烷加热器），用PRC0203控制7S的压力为600KPa、E0204A（己烷蒸发器）使己烷汽化，通过TRC0202控制蒸汽流量以使己烷蒸汽的温度为105℃（EPT）和160℃（EPR）汽化后的己烷进入T0201底部，作为单体闪蒸的热源。
T0201塔底的聚合物溶液，进入Z0201（过滤器），使凝胶等杂志得以过滤，过滤后的聚合物溶液，根据T0201的液位（LRCA0201设定为50％）控制P0203（聚合物进料泵）出口阀LRCV0203的开度，将聚合物溶液送入R0301（失活器）中,（当LRCV0221两侧的压差PDRS0223被启动，说明使用的Z0201过滤器堵塞，需要重新更换）。
从T0201顶部闪蒸出来的未反应单体进入T0202（单体吸收塔）顶部，在T0202塔的顶部同样加入了LPHX，以FRC0205控制其流量，对反应得单体进行吸收，为了提高LPHX中吸收的未反应单体数量使用250t/h流量的CCW，对经过T0202塔上部的闪蒸气体进行冷却，之后在T0202塔的下部再用ABR（流量通过TRC0223控制）对闪蒸气体冷凝。在T0202塔的底部，吸收了大量未反应单体的己烷，用泵P0204（己烷循环泵），经E0205（循环己烷加热器，仅开车时用，且出口温度TRC0202不宜超过60℃），送往R0201的底部，其流量由T0202的液位控制，通常T0202的液位LRC0202设定为30％，另有一部分循环己烷则与由P0206来的含有微量水的己烷一起从R0201顶部流入，其作用有两个：
一是消泡；二是利用己烷中含有的微量水分杀死R0201挥发出来气体中含有的催化剂，避免可能发生的对反应热去除系统的影响。
（4）反应热的去除
聚合反应热通过循环气体和己烷蒸汽的显热和潜热得以去除。
来自R0201的循环气体，经E0201（高位冷却器、冷却介质CCW）和E0202（高位冷凝器、冷凝介质ABR）的冷却和冷凝后，进入V0201（顶部累积器），经冷却和冷凝后的循环气体温度大大下降，而有一部分液化，在V0201中的冷凝液体经过滤后进入P0201（冷凝液循环泵），通过FRC0203将流量控制在3t/h把冷凝液送入反应釜R0201种。V0201的液位LRC0201通常设定在30％，一旦超高，就启动阀门，加大送往R0201的冷凝液体量。
V0201中的不凝气体，使用C0202（循环气体鼓风机）循环送入R0201种，其流量通过FRC0201来控制。如果R0201的聚合压力超高，就将不凝气体送往火炬系统烧掉以维持聚合压力的稳定。
1.2.3 开车注意事项
1.检查
（1）对所有设备、管道、阀门、管件等进行全面检查、核对。
（2）对各种仪表、仪器、调节阀、电动阀进行全面检查、调校、试用。 （3）对电器设备、照明等具体送电条件的，送电试运行并进行检查。 （4）配备消防器材，并对消防设备进行试用检查。 （5）检查所有设备的气密性。 2.生产准备情况，落实有关事项
（1）确认已完成对设备和管线的吹扫和清洗。
（2）确认通信联络系统：调度电话、对讲电话、火警电话及行政电话灵活好用。 （3）确认安全设施：泄漏报警系统、火灾报警系统及消防系统、电器防爆系统、静电接地系统等状况良好，处于可操作和可使用状态。
（4）确认工艺系统、设备、机器、管路等符合运转要求 。
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（5）确认密封油系统已开始运转处于可使用状态。
1.2.4 工艺设备选择
本设计主要工艺设备如下表1-1所示：
表1-1 设备一览表
序号
1
工艺位号
R0201
V0202
V0203
E0201
E0202
E0204
E0203
P0201AB
P0202AB
P0203AB 11
12
13
1 1
T0202AB
C020
机
T020
泵
聚合溶液加料泵
单体回收塔 器
己烷循环泵 聚合液加料设备名称
台数
1
型 式
材 质
备注
反应器 立式圆筒型 SA516-70+SB162衬
2 溢流罐 1 立式圆筒型 A-516-60+A240-316L
3 顶部累积器 1 立式圆筒型 A-516-60+A240-316L
4 顶部冷凝器 1 BFM（卧式）865 -
5 顶部冷却器 1 BFM（卧式）865 -
6 己烷加热器 排放气冷凝
1 BEM（卧式）69.8 -
7 1 BFM（卧式）865 离
心
式
-
壳体：SCPH2转子：SCS13A
8
2
3HFN-374
离
9 10
2
175/100-400ID 离心2
150/80-600PD 1
蒸馏筛板式
心式壳体：SCS16 转子：SCS16
式壳体：SCS16转子：SCS16
里：SA516-60-316LS 内件：AISI304 壳程：A-516-60 管程：A-516-60 SCS13
单体吸收塔 循环气鼓风
2 立式热交换器
1 透平200TC
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