北京理工大学珠海学院化工工艺课程设计
Annual Output Of 350,000 Tons Of Polypropylene Polymerization
Section Process Design
ABSTRACT
The contents of this design is the design of the production process of the annual output of 350,000 tons of polypropylene polymerization Section, the design, including process design, material balance,heat balance, equipment selection, safety and environmental protection and economic and technical evaluation. In this paper a more detailed calculation of unit consumption of raw materials per unit of production of the product, be regarded as the heat transfer area, select a variety of equipment suitable for this process, in accordance with the choice of technology, design process flow diagrams and production of shop drawings .
With this design, the ring tube polypropylene synthesis workshop process and the design of the polymerization Section can have an initial knowledge and understanding of, understand EMS polypropylene synthetic process.
Keyword：Polypropylene Material Balance Heat Balance Process Flow Diagram
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目 录
1 前言 ............................................................................. 3
1.1聚丙烯的概述 .................................................................................................................................. 3 1.2聚丙烯的性质 .................................................................................................................................. 3 1.3聚丙烯工业发展概况 ...................................................................................................................... 3
1.3.1国外聚丙烯工业发展概况 .................................................................................................. 3 1.3.2国内聚丙烯工业发展概况 .................................................................................................. 4 1.4几种主要聚丙烯工艺 ...................................................................................................................... 4
1.4.1 Spheripol二代工艺 .......................................................................................................... 4 1.4.2 Spherizone工艺 ................................................................................................................ 5 1.4.3 Borstar生产工艺 .............................................................................................................. 5 1.5催化剂研究开发进展及发展趋势 .................................................................................................. 6
1.5.1 Z—N催化剂 ........................................................................................................................ 6 1.5.2外给电子体 .......................................................................................................................... 6 1.5.3 多活性中心催化剂 ............................................................................................................. 7 1.6聚丙烯的应用进展 .......................................................................................................................... 7
1.6.1薄膜用料 .............................................................................................................................. 8 1.6.2汽车用改性聚丙烯 .............................................................................................................. 8 1.6.3洗衣机内桶专用料 .............................................................................................................. 8 1.6.4管材用聚丙烯 ...................................................................................................................... 8 1.7 展望 ................................................................................................................................................ 8 2 工艺流程设计 .................................................................... 10
2.1 催化剂的选定 ............................................................................................................................... 10 2.2生产工艺的选定 ............................................................................................................................ 10 2.3工艺流程草图 ..................................................................................................................................11 2.4工艺流程概述 ................................................................................................................................. 12 3 物料衡算 ........................................................................ 14
3.1设计名称........................................................................................................................................ 14 3.2设计条件........................................................................................................................................ 14
3.2.1全套装置工艺参数 ............................................................................................................ 14 3.2.2丙烯的进料量（按每小时算） ........................................................................................ 14 3.3催化剂用量.................................................................................................................................... 15 3.4 R200小环管的物料衡算 .............................................................................................................. 15 3.5 氢气用量....................................................................................................................................... 16 3.6 R201大环管反应器的物量衡算 .................................................................................................. 16 3.7 D301闪蒸罐的物料衡算 .............................................................................................................. 17
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3.8 F308布袋过滤器的物料衡算 ...................................................................................................... 18 3.9 T301循环丙烯洗涤塔的物料衡算 ............................................................................................... 20 3.10 D501汽蒸罐的物料衡算 ............................................................................................................. 21 3.11 T501水洗塔的物料衡算 ............................................................................................................. 22 3.12 D502干燥塔的物料衡算 ............................................................................................................. 22 3.13 造粒 ............................................................................................................................................. 23 4 热量衡算 ........................................................................ 24
4.1 计算依据........................................................................................................................................ 24 4.2 R200小环管的热量衡算 ............................................................................................................... 25 4.3 R201大环管反应器的热量衡算 ................................................................................................... 26 4.4 D301闪蒸罐的物料衡算 ............................................................................................................... 27 4.5 D501汽蒸罐的热量衡算 ............................................................................................................... 28 4.6 D502干燥罐的物料衡算 ............................................................................................................... 28 5 设备选型 ........................................................................ 30
5.1 R200小环管的选型 ....................................................................................................................... 30
5.1.1 R200小环管的工艺参数 .................................................................................................... 30 5.1.2主要作用 .............................................................................................................................. 30 5.1.3选型...................................................................................................................................... 30 5.2大环管反应器的选型 ..................................................................................................................... 30
5.2.1大环管反应器的工艺参数 .................................................................................................. 30 5.2.2特点...................................................................................................................................... 31 5.2.3选型及结构 .......................................................................................................................... 31 5.3设备一览表..................................................................................................................................... 32 6 三废治理 ........................................................................ 33
6.1聚丙烯生产中的三废来源 ............................................................................................................. 33
6.1.1废水来源 ............................................................................................................................ 33 6.1.2废气来源 .............................................................................................................................. 33 6.1.3废渣来源 .............................................................................................................................. 33 6.1.4粉尘污染来源 ...................................................................................................................... 33 6.2三废处理........................................................................................................................................ 33
6.2.1废水治理 ............................................................................................................................ 33 6.2.2废气治理 ............................................................................................................................ 34 6.2.3废渣治理 ............................................................................................................................ 34 6.2.4粉尘治理 ............................................................................................................................ 34
参考文献 .......................................................................... 35 谢 辞 ............................................................................ 36 附录 .............................................................................. 37
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1 前言
1.1聚丙烯的概述
聚丙烯
英文名称：Polypropylene 分子式:?C3H6?n 简称：PP
塑料是一种密度小，绝缘好，抗腐蚀，耐磕碰，可在许多方面代替金属、陶瓷和橡胶，本身又具有许多独特用途的化 工材料。塑料来源于合成树脂。合成树脂是用人工合成的方 法，由各种单体聚合或由天然高分子化合物经化学加工而制得的一类高分子化合物的总称。在当今三大合成材料( 合成树脂、合成纤维、合成橡胶)中，合成树脂占有重要的地位。塑料就是以高分子合成树脂为主要原料，在一定压力和温度下经过加工成型而形成的塑性材料，或是固化交联形成 的刚性材料。聚丙烯树脂是具有优良性能的热塑性树脂。
1.2聚丙烯的性质
聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。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℃,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。聚丙烯可以作为合成树脂再进一步做成塑料，它的另一个用途是作为六大合成纤维之一的丙纶。
1.3聚丙烯工业发展概况 1.3.1国外聚丙烯工业发展概况
聚丙烯是一种半结晶性的热塑性塑料，是由丙烯单体在催化剂的作用下经聚合反应而制得。德国化学家Ziegler于1953年用三氯化钛-三乙基铝作催化剂，在低压下使乙烯聚合得到高密度聚乙烯树脂。Ziegier将该技术转让给意大利蒙埃公司，公司兼职顾问Natta教授在此基础上，于1954年首次用三氯化钛和一氯二乙基铝组成络合催化剂，并用其成功的合成了高结晶性、立构等规的聚丙烯，并创立了定向聚合理论。1983年，
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美国联合碳化物公司开发了Unipol聚丙烯工艺技术，并实现了工业化生产。此后，世界上一些大的化工公司相继成功 地开发自己的聚丙烯生产技术?1?。
1.3.2国内聚丙烯工业发展概况
我国聚丙烯工业起步较晚。1962年完成室内实验工作后，北京化工研究院开始研制聚丙烯的生产技术。1964年取得了较好的实验结果，1965年建成年产60t连续聚丙烯中试装置。1964年兰州化学公司从英国维克斯克玛公司引进5000t/a溶剂法聚丙烯装置，1970年投产生产均聚产品。20世纪80年代初，随着我国石化工业的迅速发展，聚丙烯的生产也得到了巨大发展。从1983年南京扬子石化公司从日本国引进14?104t/a本体法高效催化剂聚丙烯装置开始，我国陆续引进了十几套采用第三代高活性、高等规度催化剂的聚丙烯生产工艺。20世纪90年代，我国聚丙烯工艺又有新的发展，利用蒸汽裂解装置，以炼厂的丙烯为原料，建成20多套聚丙烯装置，使聚丙烯生产装置近100套。在未来几年内，我国聚丙烯表观消费量依然会保持较高增速，进口量将会增大，聚丙烯产业在我国的前景非常广阔?1?。
1.4几种主要聚丙烯工艺
目前聚丙烯的生产工艺主要有淤浆法、液相本体法和气相法工艺。自上世纪90年代以来，随着聚丙烯工艺技术的不断发展，淤浆法己被淘汰。全球PP生产工艺中，Basell公司的Sphefizone 环管气相工艺占主导地位，产量约占全球PP总量的50％其次是DowChemical公司的Unipol气相工艺、BP公司的Innovene 气相工艺、NTH 公司的Novolen气相工艺、三井石化公司的 Hypol 釜式本体工艺、Borealis 公司的 Borstar 环管／气相工艺等。液相和气相工艺正在世界范围内得到普及。
1.4.1 Spheripol二代工艺
Basell公司的Spheripol二代工艺采用第四代催化剂体系，通过应用双环管结构的聚合反应器，可生产一些新牌号的产品。预聚合和聚合反应器的设计压力等级提高，使新牌号的性能更好，老牌号的产品性能得以改进，也更利于对形态、等规度和分子量的控制。Sphefipol二代工艺特点为：
( 1 )使用第四代催化剂系统，可生产双峰聚丙烯和高刚性、高结晶性、高净度的产品。
( 2 )预聚合和聚合反应的压力等级提高，可以使环管反应器中的氢气含量增高，扩大了MFR的范围，增加了产品的强度，改善产品的性能。
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