输入热量
热量名称
20℃的丙烯带入热量Q1
PR的反应热Q2 预聚物带走热量Q3
热量（kJ） 172620
总量（kJ） 313687.9
141067.914
2505.912
168884.5
输出热量
未反应丙烯带走热量Q4 冷却水带走的热量为Q5
冷却水用量（kg） 夹套传热面积（㎡）
313687.9
142297.499
6776.07 9.29
4.3 R201大环管反应器的热量衡算
生成PP：19538.794kg
氢气的进料温度为20℃，量为3.8952kg 进料：PP 64.92kg 丙烯：35525.08kg 出料：PP 19603.714kg 丙烯：15986.286kg 输入热量：
预聚物带入热量Q1=CP*m*△t=64.92*2.23*70=10134.012kJ
丙烯带入的热量Q2=CP*m*△t=35525.08*0.91*70*4.2=9504379.903 kJ 氢气带入热量Q3= CP*m*△t=3.8952*3.408*4.2*50=2787.717kJ 反应生成热Q4=2172.95*19603.714=36597890.336kJ 输出热量：
聚合物带走热量Q5=19603.714*2.23*70=3060139.755kJ 丙烯带走热量Q6=15986.286*0.91*70*4.2=4276970.956kJ
通过通冷却水移走聚合反应生成热设备向外界环境散热的热量可忽略不计，则冷却水带走的热量为Q7：
Q7=Q1+Q2+Q3+Q4-Q5-Q6=38778081.26kJ 冷却水进口温度为10 ℃，出口温度为30℃
冷却水用量m水=38778081.26/4.2*(30-10)= 461643.824kg 平均温差△t=[(70-10)-(70-30)]/In[(70-10)-(70-30)]=49.326℃
液相本体法聚丙烯聚合釜夹套传热的总传热系数为：K=δ*e-0.809C K—总传热系数，ω/m2k
δ—丙烯转化率为零时的传热系数，ω/m2k
C—丙烯转化率[C=（19603.714-64.92）/35525.08=0.55]
对于碳钢材质的聚合釜δ可取560～698ω/m2k，取δ=600ω/m2k 则K= 600*e（ -0.809*0.55）=384.51ω/m2k
换热面积；A= Q7/（K.△t）=(38778081.26/3.6)/( 49.326*384.51)= 567.937m2
表4-8 R201热量衡算表
热量名称 预聚物带入热量Q1
输入热量
丙烯带入的热量Q2 氢气带入热量Q3 反应生成热Q4 聚合物带走热量Q5
输出热量
丙烯带走热量Q6 冷却水带走热量Q7
夹套传热面积(㎡)
热量（kJ）
总量（kJ）
10134.012 9504379.903 287.7167 36597890.3363 3060139.755 3676970.956 44778081.26
567.937
46115191.97 46115191.97
4.4 D301闪蒸罐的热量衡算
大闪线内液相丙烯汽化所需要热量为：
℃ Kcal/kg
表4-5 丙烯汽化潜热 50 2750
60 2350
76 1700
查《化工原理》得水蒸汽的比热容为 105℃ 1.84kJ/kgK 120℃ 1.89kJ/kgK Q=Mr=15986.286*1700*4.2=1.14*108kJ 水蒸汽进口温度为120℃，出口温度为105℃
蒸汽用量m=1.14*108 /[1.89*(120+273.15)-1.84*(105+273.15)]=2.4*106kJ
4.5 D501气蒸罐的热量衡算
℃ Kcal/(kg*℃)
20 1．93
表4-4 聚丙烯比热
70 2．23
80 2．246
105 2．526
PP进出料温度为80℃，出口温度为 100℃
PP吸收的热量Q=19584.585*2.526*100-19603.71*2.246*80=1.42*106kJ 水蒸汽出口温度为105℃ ，进口温度为120℃ 则水蒸汽的用量为：
m=Q/(c1t1-c2t2)= 1.42*106/47.25=30052.91kg/h
4.6 D502干燥罐的热量衡算
PP进料温度为100℃，出口温度为80℃ 进入N2温度为110℃，出口温度为 80℃ 热N2带走水分587.585-3.92=583.665kg
19584.585kg PP粉带走水分19584.585*0.02%= 3.92kg 已知：
101.325Kpa下 80℃ P水汽=47.379Kpa 110℃ P水汽=143.31Kpa 则在0.01Kpa下 80℃ P水汽=4.676Kpa
110℃ P水汽=14.149Kpa
则在80℃N2的湿度A1=0.622*P水汽/（P-P水汽）=0.546水/kg干气 110℃ N2的湿度A2=0
所以氮气用量mN2=w/(A1-A2)= 587.538/0.546=1076.08kg 输入热量：
湿PP粉带入热量Q1=19584.585*2.526*100+587.538*4.2*100=5193832.13kJ 热N2带入热量Q2=1076.08*0.8*383=329710.912kJ 输出热量：
出料PP粉带走热量Q3=19584.585*2.246*80=3518958.23kJ 顶部湿N2带走热量Q4=Q1+Q2-Q3 =2004584.812kJ
表4-9 D502热量衡算表
输入热量
热量名称 湿PP粉带入热量Q1 热N2带入热量Q2 PP粉带走热量Q3 湿N2带走热量Q4
热量（kJ）
总量（kJ） 5523543.04
5193832.13 329710.91 3518958.23 2004584.81
输出热量
5523543.04
N2用量（kg）
1076.08
第五章 设备选型
本次设计的设备工艺计算是在确定了设备的操作工艺参数及进行了物料衡算、热量衡算的基础上进行的[13]。其内容主要是确定设备的类型、规格、主要工艺尺寸、设备台数等，其目的是为设备机械设计、车间平面布置、配管设计等提供设计依据。
5.1 R200小环管的选型
5.1.1 R200小环管的工艺参数
操作/设计温度：20℃ / -45℃～150℃（夹套 170℃ ） 操作/设计压力：3.4 / 4.7 Mpa 介质：丙烯、催化剂、聚丙烯 浆液浓度：420~430 kg(pp)/m3 (SL) 5.1.2 主要作用
为丙烯和活化后的催化剂提供预聚合的场所，并使之在3.4Mpa，20℃的环境下停留一定时间。 5.1.3 选型
R200容积为0.44m3，反应停留时间为4min，由能量衡算知需要的换热面积为9.29m2。
R200与R201基本类似，采用S.S材料，有2根直管，通过一个180°的弯管连接起来。环管内径152.44mm，设备高11.4m，壁厚7.1mm，容积0.44m3，每根直管长度10m，反应器的直管部分带有夹套，夹套材质为C.S直径 10″，为防止介质粘壁，内表面需要抛光处理，粗糙度Ea=1.0。
R200表面积π*d*h=3.14*0.1524*10*2=9.57m2，而所需换热面积为：9.29m2，则设备选取合适。
5.2 R201大环管反应器的选型
5.2.1 R201大环管反应器的工艺参数
操作/设计温度：70℃/ -45℃～150℃（夹套150℃） 操作/设计压力：3.4/4.7 Mpa (夹套0.8Mpa) 介质：丙烯、聚丙烯、催化剂 浆液浓度：560kg(pp)/m3（SL） 5.2.2 特点
a) R201内的物料流动速度高，传热好，壁面速度高，滞流层薄； b) 聚合速率高，单体体积产率高（>400kgPP/h.m3）； c) R201内各点催化剂分布均匀； d) 循环能量少，设备简单；
e) 结构简单，占地少，在地面支撑容易，布置紧凑，操作平台由环管本身支撑，不
需要另外的设施。 5.2.3 选型及结构
进料32590丙烯体积：32590/(0.52*103 ) =62.673 m3 进料64.92聚丙烯体积： 64.92/(0.9*103 )=0.072m3 进料总体积：62.673+0.072=62.745 m3 取65 m3 反应停留时间为 1.5h，则累积量为65*1.5=97.5m3 故选择R201的总容积为97.5m3 选取环管直径25''，即635mm
则大环管的总高度：97.5/(0.25*D2*π)= 308.03m≈310m 选择六根直管，选用10个大环管，则每根直管高度：5.2m 每个环管容积为9.75 m3，约10 m3
直管部分表面积：π*d*h=3.14*0.635*6*52=622.1m3，而所需换热面积为：567.94m2