22727.3kg/h×2%=454.5kg/h 预聚合物约0.75%：
22727.3kg/h×0.75%=170.45kg/h 主反应器生产均聚聚丙烯：
22727.3kg/h-170.45kg/h =22556.85kg/h
假设两环管反应器的聚合反应速率相等时，生产能力之比（环管Ⅱ:环管Ⅰ）最高可达61.8%[双环管反应器生产能力影响因素分析及措施2005.caj]，考虑实际情况，本衡算设定两环管生产能力之比（环管Ⅱ:环管Ⅰ）约为58%；
环管Ⅱ中生成的均聚聚丙烯： 22556.85kg/h×(0.58/1.58)=8280.36kg/h 环管Ⅰ中生成的均聚聚丙烯： 22556.85kg/h-8280.36kg/h=14276.49kg/h
丙烯的单程转化率为55%-65%，本衡算设定55%，预聚合反应器的浆液浓度为1.9%，主反应器浆液浓度55%（质量分数）
丙烯循环量：
22727.3kg/h×(1-55%)/55%=18595.06kg/h
由主反应器浆液浓度mPP/(mPP+mC3)=55%（忽略氢气和杂质的影响）得： 输出环管Ⅱ的浆液中含丙烯单体的量： 22727.3kg/h×(1-55%)/55%=18595.06kg/h 输出环管Ⅰ的浆液中含丙烯单体的量： 14446.94kg/h×(1-55%)/55%=11820.22kg/h 输出预聚合反应器的浆液中含丙烯单体的量： 170.45kg/h×(1-1.9%)/1.9%=8800.60kg/h 5.2.3均聚物物料衡算图
已知各反应环节中氢气消耗量与丙烯的添加量成一定的正比关系，由质量守恒得均聚物聚合工段物料衡算图:
20
催化剂1.398 氢气 0.135 丙烯 8956.9 氢气 0.266 丙烯 17296.2 氢气 0.230 丙烯 15364.9 预聚合环管环管Ⅰ Ⅱ 丙烯 8800.60 聚丙烯 170.45 杂质 <1 丙烯 11820.22 聚丙烯 14446.94 杂质 <1 丙烯 18595.06 聚丙烯 22727.3 杂质 <1 单位：kg/h
图表 2 物料衡算图
5.2.4原料消耗定额
原料消耗定额以生产1t聚丙烯粉料计，见下表
表格 8 原料消耗定额
原料 催化剂/kg 氢气/m3 丙烯单体/t
消耗质量比 0.03~0.06 0.5~2 1.010
消耗量kg/h 1.398 0.631 23136.39
5.3能量衡算 5.3.1总体思路
综合考虑产品的生产阶段，按照能量衡算的整体思路与方法，把整个聚丙烯生产项目分为多个独立衡算的子系统。衡算过程利用能量守恒的原理，先对子系统进行运算，最后得出动力消耗一览表。 5.3.2计算基准
以每小时能量转化计算，对于反应过程，均采用绝压25℃为计算基准。
衡算过程中，以主要反应物及其反应能量衡算为主，在不影响产品生产指标的前提下作出了一些合理的假设，数据来源自《化工工艺设计手册》第三版。
能量守恒：∑Q进=∑Q出
21
由于本工艺为连续稳定操作过程，可忽略设备加热所需热量Q5的计算； 5.3.3预聚合工序的能量衡算
进出物料的显热变化可用比热容进行计算，预聚合产物较少，只算进料显热，已知反应物比热容CP丙烯=2.853kJ/(kg·℃)，则
Q1预=mCP丙烯(T2-T1)=8956.9kg×2.853kJ/(kg·℃)×(20℃-25℃)=-127770.2kJ
预聚合工序温度控制在20℃左右，为保证温度恒定，冷却水的温度变化范围为10℃，查表得CP水=4.2kJ/(kg·℃)，设所需冷却水的质量为m水预，按10%的损失计算，则Q2预=m水预·CP水·△T×(1-10%)
反应生成热Q3预
网络数据显示聚丙烯的反应生成热为-490kcal/kgPP，为验证其正误，通过验证化学键能差求证。
参考数据：C―C键能为82.87kcal/mol，C＝C为146.2kcal/mol
nCH2=CH —CH2—CH—nT,PCHChemPasterCH3可知，每摩尔丙烯生成聚丙烯需断裂一摩尔3由反应式cat碳碳双键，生成两摩尔碳碳单键，即
Hfm*=146.2kcal/mol-82.87kcal/mol×2=-19.54kcal/mol
HfPP*=Hfm·MPP=-19.54kcal/mol×23.81mol/kgPP=-465.25kcal/kgPP
计算丙烯的聚合反应热除了计算键能差还要计算构型和晶体排布的热量，故HfPP=-490kcal/kgPP合理。
由1cal=4.184J得：HfPP=-490kcal/kgPP=-2050.16kJ/kgPP 预聚合工序丙烯聚合热：
Q3预=m·HfPP=-2050.16kJ/kg×170.45kg=-349449.8kJ
预聚合过程聚合温度与外界温度接近，故设备向四周散失的热量Q6忽略不计，则Q2预=-(Q1预+Q3预)=-(-127770.2kJ-349449.8kJ)=477220kJ
预聚合工序所需冷却水的质量： m水预=-(Q1预+Q3预)/(0.9CP水·△T)
=477220kJ/[0.9×4.2kJ/(kg·℃)*10℃]=12624.9kg 5.3.4环管Ⅰ聚合工序衡算
显热变化，查文献得CP聚丙烯=1.801kJ/(kg·℃)[17]，则
22
Q1Ⅰ=m·CP聚丙烯(T2-T1)+CP丙烯·[m·(T2-T1)+ m’·(T2’-T1’)]=1.801kJ/(kg·℃)×170kg×(70℃-20℃)+2.853kJ/(kg·℃)×[8800.60kg×(70℃-20℃)+17296.2kg×(70℃-25℃)]=3491286.7kJ
环管Ⅰ温度控制在70℃左右，按10%的损失计算，设所需冷却水的质量为m水Ⅰ，则Q2Ⅰ=0.9m水Ⅰ·CP水·△T
聚合反应热：
Q3Ⅰ=m·HfPP=-2050.16kJ/kg×14276.49kg=-29269088.7kJ 设备向四周散失的热量： Q6=∑FαT(tw-t)τ×10-3
当tw<150℃是，管壁隔热层外有公式：αT=8.1-0.045(tw-t)，则设定隔热套外表温度为65℃时，αT=8.1-0.045×(65-25)=6.3W/(m2·℃)
设直管长60m，夹套外径6.09m，忽略弯管散热情况：
Q6Ⅰ=(3.14×6.09m×60m×4)×6.3W/(m2·℃)×(65℃-25℃)×3600s×10-3=4163525.5kJ
能量守恒得：
Q2Ⅰ=-Q1Ⅰ-Q3Ⅰ+Q6Ⅰ=29269088.7kJ-3491286.7kJ-4163525.5kJ=21614276.5kJ，所需补足10℃冷却水的质量：
m水Ⅰ=(Q2Ⅰ-△Q)/0.9CP水·△T=21614276.5kJ/[0.9×4.2kJ/(kg·℃)×10℃]=571806.3kg 5.3.5环管Ⅱ聚合工序衡算
新鲜丙烯的显热变化：
Q1Ⅱ= m·CP丙烯(T2-T1)=15364.9kg×2.853kJ/(kg·℃)×(70℃-25℃)=1972622.7kJ 环管Ⅱ温度控制在70℃左右，按10%的损失计算，设所需冷却水的质量为m水Ⅱ，则Q2Ⅱ=0.9m水Ⅱ·CP水·△T
聚合反应热：
Q3Ⅱ=-2050.16kJ/kg×8280.36kg=-16976062.86kJ 同理设备向四周散失的热量： Q6Ⅱ=Q6Ⅰ=4163525.5kJ 能量守恒得
Q2Ⅱ=-Q1Ⅱ-Q3Ⅱ+Q6Ⅱ=-1972622.7kJ+16976062.86kJ-4163525.5kJ=10839906kJ 所需冷却水的质量：
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m水Ⅱ=Q2Ⅱ/0.9CP水·△T=10839906kJ/[0.9×4.2kJ/(kg·℃)×10℃]=286770kg 5.3.6闪蒸体系衡算
液相丙烯由高压闪蒸为气相丙烯，经袋滤器分离，此过程是液相丙烯释放出潜热使自身汽化的相变化过程。70℃液体丙烯热焓Hl=400Btu/lb，72℃丙烯气热焓Hv=512Btu/lb。则:
△H=512-400=112Btu/lb=62.2kcal/kg
考虑管壁散热等因素，按15%的损失计算，汽化丙烯量所需热量:
Q汽化=m·△H=18595.06kg×62.2kcal/kg/(1-0.15)=1360720.9kcal=5693256.1kJ 100℃~110℃的蒸汽热焓值△H蒸汽=640kcal/kg=2677.8kJ/kg，用间接蒸汽加热是蒸汽的用量：
G蒸汽=Q汽化/(△H蒸汽-CP丙烯·tn)
= 5693256.1kJ/(2677.8kJ/kg-2.853kJ/(kg·℃)×72℃)=2302.7kg 5.3.7公用工程衡算
汽蒸消耗蒸汽300kg/t，则一小时消耗汽蒸用 m蒸汽=300kg/t×22727.3/1000t=6818.2kg 干燥鼓风用氮气30m3/t，则一小时消耗汽蒸用 V氮气=30m3/t×22727.3/1000t=681.8m3 水的汽化热为540kcal/kg=2259.4kJ/kg
干燥汽化水消耗热量：Q=2259.4kJ/kg×681.8325kg/h=1540532.4kJ
电能消耗量，E=Q2总/860η，其中电热装置的电工效率η一般取0.85~0.95，Q2总
=477220kJ+21614276.5kJ+10839906kJ+5693256.1kJ+1540532.4kJ=38624658.6kJ
E=Q2总/860η
E=38624658.6kJ/(860×0.85)=52838.1kW·h
表格 9 动力消耗一览表
序号 动力名称 单位 1 2 3 4
蒸汽 电 循环水 氮气
规格
成品单耗量/t 401.3 2324.9 38.3 30.0
24
每小时 消耗量 9120.9 52838.1 871.2 681.8
每年 消耗量 7.22×107 4.18×108 6.90×106 5.40×106
使用
情况 连续 连续 连续 连续
kg ／ kWh 380V t 10℃温差 m3 工业级