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：
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
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
5.4设备选型 5.4.1设备选型基准
设备的计算和选型是根据物料衡算以及能量衡算的数据，结合选址环境情况选择合适的材质和计算设备的大小等数据。 5.4.2环管反应器设计[16]
反应器总体结构简单，由四条直管和成180°弯管组成。
已知环管反应器中物料密度约为560g/L，由物料衡算可知，设计以每小时最大处理量40000kg为目标，则反应器体积为71.4m3，以公称直径为0.6m设计反应管，则需要4条管长60m。
简单的结构对材质要求低，可用低温碳钢，主要管壳以SA516 GR70（SA671/G RCC#）。 5.4.3设备一览表
表格 10 设备一览表
设备名称 预聚合反应器 聚合反应器 夹套水冷却器 原料进料泵
贮罐 循环泵 加热器 单体冷凝器 高压脱气罐 催化剂注入泵 共聚反应器 循环鼓风机 压缩机 低压闪蒸罐
数量 1 2 3 5 5 1 1 1 1 2 2 1 3 1
设备名称 鼓风机 混合器 进料料斗 称重进料器 液体进料器 挤出机 模面切粒机 离心脱水器 颗粒输送机 筛分器 掺混贮存料仓 包装机料斗 包装机 称重料斗
数量 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 3 3 3
第六章 生产安全及环境保护
6.1安全要求
生产聚丙烯所用的原材料(如丙烯、乙烯、氢气)等都是易燃易爆物质；三氯化钦与空气接触会分解放出HCl，影响人体健康与腐蚀设备；三乙基铝暴露于空气中会发生剧烈
氧化而自燃；聚丙烯粉尘在空气中达到一定限度后会产生粉尘爆炸。所以，操作人员必须提高警惕，并对他们进行必要的安全教育。
在装置设计中，应充分考虑到不正常时的安全技术措施，建设项目必须配有火炬系统，将不正常排放的可燃气体和有毒废气燃烧，该系统的处理能力应满足装置紧急停车物料的最大排放量；为确保安全，设有事故越限报警信号和安全仪表联锁装置等；在装置布置上，将防火区与非防火区远离，以免相互影响；装置的下水道设有水封、隔油、透气管等，防止可燃气体存积和到处散发；电缆沟内充填沙子，以防止烃类气体积存于低洼处；为控制火源，在生产区尽量避免大量贮存易燃易爆物品，并严禁携带火种、烟火等物进入防火区；在连续法装置生产过程中，聚丙烯粉末不直接与空气接触，而用氮气进行粉末输送，并在设计中考虑了消除静电的措施；界区内设有消防水与泡沫消防设施，操作人员或进场参观人员必须严格遵守各项安全技术规程。 6.2环境保护
鉴于化学工业的特点，化学工业建设项目存在潜在环境危害和环境风险较大，因此，化工建设项目实施过程中，严格按《环境影响评价法》规定执行环境保护，以下是该项目环境保护设计的法律法规依据：
①《化工建设项目环境保护设计规范 GB50483-2009》 ②《地面水环境质量标准 GB3838-98》 ③《大气环境质量标准 GB3095-96》 ④《工业企业噪声控制设计标准 GB3096-93》 ⑤《污水综合排放标准 GB8978-96》 ⑥《锅炉烟尘排放标准 GB3841-83》 6.2.1三废治理
Spheripol工艺生产聚丙烯过程产生的“三废”少，对环境影响较少。其废水主要来源于原料精制过程及闪蒸用真空泵排出水、化验室废水。这些废水与装置其他工业生产废水混合后即可达到排放标准。废气主要来源于闪蒸汽蒸去活过程中排出的尾气等。目前装置都配置有单体循环回收系统和尾气回收系统，不但可以提高原料利用率，少量尾气均可经过处理后引至高空火炬排放。其废渣只有少量因操作不当而失效变质的催化剂、活化剂，废渣需统一隔离可燃物进行销毁。其中，废催化剂可自然氧化予以销毁，废活化剂可先用溶剂油稀释，让其自然缓慢氧化分解。
6.2.2噪声控制
本项目在工程设计中尽量选用了低噪声的设备，但所采用的换热器和粉碎机难免产品一定震动及噪声，为此采取一些必要措施，如：管道包扎隔声、吸声的材料、设置隔声膜等。
第七章 总结与展望
7.1总结
聚丙烯性能优异，新产品的不断开发，拓宽其应用领域用，是近40年来生产发展速度较快的通用塑料品种之一，聚丙烯生产技术研究一直是学术界和工程界关注的领域。目前，中国拥有的聚丙烯生产装置生产工艺以环管反应器本体聚合工艺技术居多，拥有国产第二代环管自有技术，本文在综述聚丙烯生产技术文献基础上，选取参考Spheripol工艺作工艺设计主要总结如下：
①国内外聚丙烯的供求现状仍处于不平衡状态，尤其以国内高性能的聚丙烯专用料短缺为主要矛盾，推动研究发展。
②聚丙烯工艺技术的不断创新、改进，使聚丙烯工业迅猛发展。
③通过技术、经济的初步分析比较，选取目前全球生产能力占有率最高Spheripol工艺进行学习、设计。
④Spheripol工艺主要以液相环管反应器和气相密相流化床反应器的结合，并利用双峰技术、特殊不造粒技术生产多个牌号产品。
⑤本设计工艺流程清晰，设计计算力求做到科学严谨。 7.2展望
国内聚丙烯工业中呈现产品质量、数量的不平衡，面对国内聚丙烯工业中的两个不平衡，引进及开发高性能聚丙烯专用料的生产技术以及生产装置大型化或对现有装置增产减能，成为PP成套技术的发展方向。一方面要和催化剂研究单位相结合，使工艺和新的催化剂结合开发高端高性能高附加值的PP产品；另一方面关注关键设备的大型化研究，提高装置的生产能力，进一步减低PP产品的能耗和单耗，降低生产成本，提高工艺的市场竞争力。