3.2工艺过程
Spheripol工艺过程分多个工序，包括原料精制及催化剂制备系统、预聚合及液相本体反应系统、气相共聚反应系统、聚合物闪蒸脱气及单体回收、聚合物汽蒸干燥、挤压造粒等工序[14]。
一般地，能力小于100kt/a的装置可以设计成单环管反应器系统。随着新一代Spheripol工艺开发，设计成两个环管反应器，以利用双峰来拓宽分子量分布。图1为两个环管反应器加两个抗冲共聚反应器工艺流程示意图。
图表 1 Spheripol工艺流程图
3.2.1原料精制及催化剂制备系统
丙烯中主要含有水、硫、氧、一氧化碳、二氧化碳、乙炔、砷化物等杂质，会降低催化剂活性，不但影响聚合反应的正常进行，而且还对聚丙烯的质量产生很大的影响。所以设计原料精制系统以除去这些杂质，一般流程为水解、脱硫、脱氧、脱砷。
桶装的固体催化剂在装置内要用烃油和脂配制成混合均匀的催化剂膏，然后用液压催化剂注入器加入预聚合反应器系统。助催化剂和给电子体分别用计量泵加入预聚合反应器，3种催化剂颗粒内部具有相同的催化活性，然后用低温丙烯将催化剂混合物带入预聚合反应器。
3.2.2预聚合和液相反应系统
预聚合反应器是一个小的环管反应器，配制好的催化剂络合物与丙烯液体混合进入预聚合环管反应器，在聚合温度20℃、压力3.3MPa下，停留约4min，催化剂被生成的少量聚丙烯包裹，以提高催化剂颗粒的机械强度，避免在主反应阶段因高强度聚合反应而使催化剂颗粒破碎。在预聚合过程中催化活性有所提高，达50~150gPP/gcat。
预聚合后的催化剂淤浆、丙烯单体和调节分子量的氢气依次进入两组环管反应器，丙烯在此进行液相均聚和无规共聚反应。在聚合温度约70℃，压力约3.3~3.4MPa条件下，一部分丙烯进行了聚合，余下的丙烯仍为液态而作为固体聚合物的稀释剂。第一环管反应器催化剂停留时间约1.15h，第二环管反应器约为0.85h，合约2h。催化剂活性达20~30kgPP/gcat，浆液浓度约为50%，其密度为560g/L。反应的压力，温度和淤浆浓度都是自动监测和自动控制的。
每组反应器有4或6（取决于装置的生产能力）根管组成2或3个环，反应器底部配有一台轴流循环泵以保证浆液高速循环，反应热靠夹套冷却水撤除。 3.2.3闪蒸脱气
从第二环管反应器底部连续排出浆液进入闪蒸加热管线，用蒸汽加热以保证随浆液排出的液相单体全部气化，然后将气态和固态的物料送到旋风分离器式闪蒸罐，在约1.8MPa压力下将未反应的丙烯闪蒸出去而与聚合物分离。
气相单体进入丙烯洗涤塔回收循环使用，固相聚合物粉料进入低压闪蒸塔进行闪蒸或去共聚气相流化床反应器。 3.2.4气相共聚反应系统
生产多相共聚物时，来自脱气塔的聚合物粉末需进入一个或两个气相流化床反应器中进行共聚，同时加入新鲜气相丙烯、乙烯、氢气，以聚合单体为流化介质，反应器内
气体流速高达0.7m/s，反应温度75~80℃，压力1.0~1.4MPa。反应热用大量循环气导出。共聚物粉料进入低压闪蒸塔，进一步脱除残余丙烯。 3.2.5干燥挤压造粒系统
汽蒸后的粉料进入干燥器，在此停留约5-10min，用闭路循环的热氮气吹除粉料表面的水分。干燥后的粉料通过氮气气流输送系统风送至粉料料仓。
粉料料仓的纯聚合物粉料经计量后连续送入挤压机，在此与添加剂混合、熔融、塑化，再经水下切粒，并经干燥、筛分后，送到掺混料仓。
第四章 总体方案及工艺理论
4.1生产规模及产品要求 4.1.1生产规模
根据国内聚丙烯市场的供需情况，考虑省内现有的丙烯原料情况，本项目拟先建设规模为均聚聚丙烯180000吨/年的聚丙烯项目，气相共聚工程有待后期扩能扩产。 4.1.2产品牌号及指标
本项目选定的部分有代表性的产品的质量指标详见表。
表格 4 均聚树脂产品牌号及性能
产品牌号
熔融指数 表观比重 挠曲弹性模量 抗拉屈服强度 拉伸屈服伸长率 1zod冲击强度23℃ 洛氏硬度
维卡软化点，10N
热变形温度，0.46N/mm2 空气加速老化150℃电炉
单位 dg/10min g/cm3 N/mm2 N/mm2 % J/m R scale ℃ ℃ ore
测试方法 ASTM D1238 ASTM D1505 ASTM D790 ASTM D638 ASTM D638 ASTM D256 ASTM D785 ASTM D1525 ASTM D648 ASTM D3012
Q30P 0.7 0.9 1450 35 13 90 90 152 92 360
S28F 1.8 0.9 1450 36 12 60 90 152 94 360
T50G 3 0.9 1500 36 12 45 90 153 95 1500
Z30S 25 0.9 1700 37 10 30 97 155 97 360
4.2反应机理
PP是丙烯由Ziegler-Natta催化剂作用在较低温度和压力下聚合而得到的一种聚合物，可以是丙烯单体均聚物或者与乙烯及其他α-烯烃的共聚物。其聚合机理是按配位阴离子聚合机理进行，多年来不同的研究者提出了许多机理和对应的模型，其中较有代表
性的是Natta的双金属模型和Cossee-Arlman的单金属模型，但由于聚合反应十分复杂，至今仍没有完全研究清楚，也没有形成统一的认识，故具体的机理模型在此不作解释[15]。
丙烯聚合的催化剂主要有三氯化钛（TiCl3）和烷基铝（Et3Al）组成，在TiCl3-AlEt3催化剂存在下发生聚合反应，与离子聚合类似，同样经历链引发、链增长、链终止、和链转移几个聚合阶段。
链引发
链增长
链转移 向单体转移
CAT—CH2—CH—CH2—CH—R + CH2=CH → CH2=C—CH2—CH—R + CAT—CH2—CH2nnCH3CH3CH3CH3CH3CH3 向烷基铝转移
CAT—CH2—CH—CH2—CH—R + AlR3 → CAT—R + R2Al—CH2—CH—CH2—CH—RnnCH3CH3CH3CH3R2Al—CH2—CH—CH2—CH—R → R2AlH + CH2=C—CH2—CH—RnnCH3CH3CH3CH3 向氢转移
CAT—CH2—CH—CH2—CH—R + H2 → CAT—H + CH3—CH—CH2—CH—RnnCH3CH3CH3CH3CAT—H + CH2=CH → CAT—CH2—CH2CH3CH3 链终止 自动链终止
CAT—CH2—CH—CH2—CH—R → CAT—H + CH2=C—CH2—CH—RnnCH3CH3CH3CH3 杂质链终止（包括水、醇、酸、胺等配位聚合终止剂）
H2O + CAT—CH2—CH—CH2—CH—R → CAT—OH + CH3—CH—CH2—CH—RnnCH3CH3CH3 CH34.3熔融指数（MI）对产品质量的控制
熔融指数亦称熔体流动速率，是指热塑性树脂在熔体流动速率测定议上，在一定温度和压力下，熔体每10min通过标准毛细管的重量值，以g/10min为单位表示。
熔融指数是衡量热塑性树脂在熔融的状态下流动性能好坏的指标，其值大体上反映着树脂的分子量的大小。当树脂的分子量越小时，MI值越大，一般认为热塑性树脂的熔融流动性能越好；反之亦然。所以，熔融指数是每批聚丙烯产品生产过程中必测的项目指数，也是聚丙烯加工工艺的重要参考指标。
因此，控制聚丙烯产品质量就要从控制产品的熔融指数着手。由于熔融指数从根本上取决于分子量，即需要通过控制分子链的长度。从反应机理可知，在聚合反应中活性链可向单体、烷基铝、氢、熔解基铝转移，其中氢气的量可在过程中调节，故在聚丙烯生产中，采用调节聚合反应期间加入氢气的浓度的方法来控制熔融指数，此操作称“氢调”。随着H2/C3的比例增大，聚丙烯分子量相应变小，熔融指数相应增大。
第五章 设计计算
5.1.1丙烯的物化性质
外观与性状：无色、有烃类气味的气体。 分子式：
相对密度：1.937g/L(20℃)；0.6095(-47℃) 沸点：-47.0℃