北京理工大学珠海学院化工工艺课程设计
诚信承诺书
本人郑重承诺：我所呈交的课程设计《年产35万吨聚丙烯聚合工段工艺设计》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，论文使用的数据真实可靠。
承诺人签名：
日期： 年 月 日
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北京理工大学珠海学院化工工艺课程设计
北京理工大学珠海学院
课程设计任务书
2011～2012 学年第 2 学期
学生姓名： 谢威宁 专业班级：09化学工程与工艺1班 指导教师： 乔伟艳 工作部门： 化工与材料学院 一、课程设计题目 年产35万吨聚丙烯聚合工段工艺设计 二、设计工作内容
1、工艺流程设计及模拟计算
工艺方案选择及论证（低压法、冷激式合成塔） 工艺流程模拟计算（用ASPEN PLUS）（自行要求） 绘制带控制点工艺流程图 编制物料及热量平衡计算书 2、设备选型及典型设备设计
典型非标设备——精馏塔的工艺设计，编制计算说明书。 典型标准设备——换热器的选型设计，编制计算说明书。 编制设备一览表。 3、车间设备布置设计
选择合成车间或精制车间，进行车间布置设计
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绘制车间平面布置图（不少于1张） 绘制车间立面布置图（不少于1张） 4、分厂总平面布置设计
对合成车间、精制车间、压缩车间、产品储罐区、中心控制室、分析化验室、行政管理及生活等辅助用房、设备检修区、分厂内部道路等进行合理的布置设计，并对方案进行必要的说明。 绘制分厂平面布置总图（1张）。 5、设计说明书编制
对设计内容汇总，按正规格式编写《初步设计说明书》。作了具体设计的内容可详细一些，为作具体设计的内容可简略，但要保持格式正确完整。 6、提交设计文档
将仿真设计模型、设计说明书、计算说明书、表格、图纸等设计文档汇总编目，每组写一份设计小结，目录、小结与设计文档。 注：设计文档均要求用MS-Word编辑，图纸用AutoCAD绘制。 三、进度安排
第15周：课程设计动员，下达任务书；
第15-17周（业余时间）：查阅文献、综述设计项目的目的和意义；确定生产方法和生产工艺流程。
第18周（4整天）：物料衡算、热量衡算；
第19周（业余时间）：部分设备的选型及管路计算，整理说明书； 第20周（4整天）：绘图和答辩。 四、重要参考资料
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《化工工艺学》
《计算机在化工中的应用》 《化工机械手册流体输送机械》 《化工机械手册换热器》
《化工机械手册精馏、吸收及塔设备》 《化工设备的选择与工艺设计》 《化工工程设计》 五、基本要求
1．学生要刻苦钻研，勇于创新，独立完成课程设计任务，不准弄虚作假、抄袭别人的成果，保质保量地完成课程设计的任务。
2．严格遵守纪律，在指定的地点进行课程设计，不得擅自带离学校。 3．自觉遵守教室使用的相关规则，定期打扫课程设计工作现场的卫生，保持良好的工作环境。
4．课程设计成果及资料按时提交。 5. 认真准备答辩。
教研室主任签名：
2012年5月16日
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年产35万吨聚丙烯聚合工段工艺设计
摘要
本设计的内容是关于年产35万吨聚丙烯聚合工段的生产工艺设计，设计中包括工艺流程设计、物料衡算、热量衡算，设备选型，安全环保和经济技术评价。在本文中比较详细的计算出来了原料的单位用量、产品的单位产量，由算得的换热面积选择出来适合本工艺的各种设备，按照选择的工艺，设计出了工艺流程图和生产车间图样。
通过本设计，可以对环管法聚丙烯合成车间工艺及聚合工段设计有一个初步的认识和了解，了解到环管法聚丙烯合成的基本流程。
关键词：聚丙烯 物料衡算 热量衡算 工艺流程图
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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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( 3 )以双环管反应器构型为基础，可以生产宽分子量分布的“ 双峰” 产品，也可以生产窄分子量分布的产品，利用环管反应器和液相本体聚合，可使传热控制得更好，反应均匀。如果将来发展使用茂金属催化剂，不需要对现有装置做重 大的改造。 ( 4 )停留时间减少，更好地利用了反应体积。
( 5 )改进了聚合物的高压和低压脱气、汽蒸、干燥系统和事故排放单元；提高了效率和操作灵活性。
1.4.2 Spherizone工艺
Sphefizone工艺是Basell公司刨新开发的聚丙烯生产技术，它是一种以气相、非茂金属催化剂来生产聚丙烯的工艺， 其特点是在一个多区循环反应釜中就可制备双峰聚丙烯树脂。该反应釜有两个反应区，它们分别具有不同的工艺条件，即不同的反应温度、氢气和单体浓度，随着逐渐增大的聚丙烯粒子在这两个反应 区的重复循环，使聚合物相间的均匀性不断增加。同Basell传统的聚丙烯生产工艺相比，Sphefizone工艺生产的聚丙烯具有更宽的相对分子质量分布和良好的性能。Spheripol工艺与Sphefizone 投资和运行成本相似，而后者对操作条件和气体组分没有限制。
1.4.3 Borstar生产工艺
Borealis公司(北欧化工) 的Borstar工艺源于北星双峰聚乙烯生产工艺，采用双反应器即环管反应器串联气相反应器生产均聚物和无规共聚物，再串联一台或两台气相反应器则可生产抗冲共聚物产品。传统的聚丙烯工艺在丙烯的临界点以下进行聚合反应 ，为防止轻组分(如氢气、乙烯) 和惰性组分生成气泡 ，聚合温度控制在70℃～80℃。Borstar聚丙烯工艺的环管反应器则 可在高温或超过丙烯超临界点的条件下操作，聚合温度和压力都很高，能够防止气泡的形成。其 主要特点为：
( 1 )采用更高活性的MgC12载体催化剂。
( 2 )采用环管反应器和气相流化床反应器组合工艺路线，可以灵活地控制产品的相对分子质量分布、等规指数和共聚单体含量。
( 3 )由于环管反应器在超临界条件下操作，可以加入的氢气浓度几乎没有限制，气相反应器也适宜高氢气浓度的操作。
( 4 ) 能够生产分子量分布很窄的单峰产品， 也能生产分子量分布宽的双峰产品； ( 5 )由于聚合温度较高，生产的聚合物有更高的结晶度和等规指数，二甲苯可溶物
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很低，约为l％。
( 6 )由于反应条件在临界点之上，只有很少的聚合物溶解于丙烯中，减少了无规共聚物含量高时出现的粘釜现象，共聚物中共聚单体的分布非常均匀，无规共聚物中的乙烯含量最高可以达到10％?5?。
1.5催化剂研究开发进展及发展趋势
自20世纪50年代z—N催化剂问世以来，PP催化剂经过不断改进得到了很大的发展，目前已经从需要脱灰、脱无规物的第1代催化剂发展到高活性、高立构规整性的高效第 5代催化剂。催化剂的活性已由最初的几十倍提高到几百万倍，P P等规指数已达98 以上，生产工艺得到了简化。目前，催化剂仍是推动 P P技术发展的主要动力，z—N催化剂和单活性中心催化剂都将继续发展。Z—N催化剂将在高活性、高定向性的基础上向系列化、高性能化发展，不断开发性能更好的新产 品； 茂金属和非茂单 活性 中心催化剂(SSC)在PP领域的应用得到深入发展，其发展目标是进一步实现技术的工业化和启动需求量较大的通用产品市场。
1.5.1 Z—N催化剂
目前世界上 P P生产所用的大多数催化剂仍是基于Z— N催化体系，即TiC13。沉积于高比表面和结合 Lewis碱的MgC12结晶载体上，助催化剂是AI(C2 H5)2C1等烷基铝类化合物，其特点是高活性、高立构规整性、长寿命和产品结构的稳定性好。2O世纪90年代以来，美国、西欧和日本等世界主要的P P生产商研究开发工作的重点主要集中于该类催化剂体系的改进上。在 Z—N催化剂的发展过程中，给电子体一直起着重要的作用。早在第1代催化剂出现后，就发现添加第三组分对烯烃聚合行为和聚合物性能都会产生很大的影响。这种第三组分多为给电子体，又称为Lewis碱。根据加入方式的不同，可分为内给电子体和外给电子体。内给电子体在固体催化剂制备过程中加入，外给电子体在烯烃聚合过程中加入。只有改变催化剂中的给电子体，才能最大可能地改变催化剂活性中心的性质，从而最大程度地改变催化剂的性能。因此， 新型给电子体的开发一直是Z—N催化剂研究开发的热点。
1.5.2外给电子体
虽然到目前为止还未发现在无内给电子体情况下只使用外给电子体就能得到高活性、高定向性能的负载型 Z—NPP催化剂体系，但外给电子体对 PP催化剂的活性、氢调敏感性及定 向性能 等都有很大的影响。一般来说，内、外给电子体必 须要有一定的匹配性才能使催化剂具有高的活性和定向性能。现在工业上最常用的是邻苯二甲酸 酯为内给电子体、 有机硅氧烷为外给电子体的催化剂。目前工业上最常用的外给电子体是甲基环 己基二甲氧基硅烷(CHMDMS)、 二异丁基二甲氧基硅烷(DIBDMS)、 二环戊
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基二甲氧基硅烷 (DCPDMS)和二异丙基二 甲氧基硅烷 (DIP—DMs)。近年来，人们也尝试开发新型结构的外 给电子体。美国 E q u i s t a r 化学公司开发了一类 新型外给电子体——环芳烃，它是苯酚和甲醛在碱作用下缩合形成的大环低聚物。这种化合物具有独特的结构，能与过渡金属进行配位， 对烯经聚 合具有潜在的应用价值。以环芳烃为外给电子
体、邻苯二甲酸二异丁酯为内给电子体的 Z—N 催化剂催化丙烯聚合。实验结果表明， 催化剂的 立构规整性明显提高， 但活性并无明显变化。若使用环芳烃的烷基化取代物为外给电子体， 则可 进一步提高 P P的等规度，但催化剂的活性有所 降低。而以环芳烃的硅氧烷取代物为外给电子体，催化剂的立构选择性明显提高而活性变化较 小。因此， 如果选择合适的取代基， 通过与适当的
内给电子体配合， 同时获得高活性和高立构规整性的催化剂就可达到工业应用的要求。而且这类给电子体的合成方法并不复杂， 成本不高， 具有一定的工业应用前景。
另外， 人们对一系列以氨基硅烷为外给电子体的催化体系制得的PP进行了研究。实验结果表明，与有机硅氧烷相比，虽以氨基硅烷为外给电 子体的催化体系活性有所下降，但可在未降低 P P 等规度的情况下，加宽PP的相对分子质量分布。美国布蒙特公司在开发了l，3 ～二醚为内给电子体后，又将其作为外给电子体与邻苯二甲酸酯为内给电子体的催化剂进行配合，所得催化体系具有与l，3一二醚为内给电子体催化剂同样的良好活性和氢调敏感性。
1.5.3 多活性中心催化剂
丹麦Borealis公司开发出一种以Ti／Z r为主体的用于Borstar双峰工艺的专有催化剂 B C I该催化剂是具有 2种或更多种类型活性点的载体催化剂体系，能够适应较高的聚合温度， 催化剂活性和等规指数随聚合温度的提高而增大，是一种特殊结构的 z—N载体催化剂。采用BCI催化剂，既能生产相对分子质量分布很窄的单峰产品也能生产很宽分子质量分布的双峰产品( 包括均聚物和无规共聚物)。目前，这种催化剂已经获得工业应用。第 2 代催化剂(称为BCI 10) 也已经开发成功。此外，该公司利用Sirius专用催化剂平台开发出的RCEO2 P催化剂，具有非常均匀的粒子结构，可大大改善低、中等刚性均聚和无规P的性能，用于生产薄膜和纤维级产品，每t催化剂的成本可降低约2O，而生产能力提高lO。预计，今后传统的z—N催化剂和茂金属催化剂的混合催化剂将会有所发展。混合催化剂生产的PP产品综合了传统 PP的可加工性和茂金属 P P的性能特点。这种混合催化剂可以采用双重反应器或双重工艺，2种催化剂可以用在一个反应器中或者相互串联或并联的不同反应器中，预计在生产后进行共混也是可的。当前的一个主要进展是在单个反应器中生产双峰分布的 P P树脂Equistar公司称用混合催化剂生产双峰或多峰树脂，工艺更容易控制，共聚产品的柔韧性更大。
1.6聚丙烯的应用进展
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1.6.1薄膜用料
我国双向拉伸聚丙烯 (BOPP)薄膜是PP树脂消费量最大的领域之一。聚丙烯薄膜主要包括 BOPP薄膜 、CPP薄膜及其它包装膜(OPP)。BOPP薄膜是一种结晶型聚合物产品，在各种塑料薄膜中属于高档膜，且价格适中。从环保角度考虑，因其污染小，有利于森林资源的保护，在许多场合已取代了传统包装。BOPP薄膜所用的专用树脂多为PP均聚物产品，符合国际食品卫生标准。
1.6.2汽车用改性聚丙烯
汽车工业的发展离不开汽车塑料化的进程，PP用于汽车工业具有较强的竞争力，但因其模量和耐热性较低，冲击强度较差，因此不能直接用作汽车配件，轿车中使用的均为改性PP产品， 其耐热性可由 8 0 ~ C 提高到145℃～15O℃，并能承受高温 7 5 O ～1 0 0 0 h后不老化、不龟裂。
1.6.3洗衣机内桶专用料
洗衣机生产是家电产品中 P P用量较集中的行业之一 ，洗衣机的内桶、盖板、底座 涡轮均由PP制得。目前国产洗衣机内桶专用料在数量和质量上都无法满足国内市场的求，原料基本上全部依赖进口。尤其是洗衣机内桶料属于嵌段共聚料，生产难度大。这类专用树脂要求冲击强度高、表面抗划性能和熔体流动性好的多相共聚产品 一般可由共聚反应获得，也可在反应挤出机组内加优良改性剂改性制得。这种树脂成型收缩率调节范围宽，可在ABS或HIPS使用的模具上注塑成型而无需更换模具，制品表面能制成消光、珠光或直接喷涂，因此也可用于制作家电和电器电子的壳体。
1.6.4管材用聚丙烯
早期，PP管材主要用作农用输水管，但是由于早期产品性能还存在一些问题，市场未能打开。随着上海塑料建材厂首家引进国外先进技术，采用进口PP—R料生产的输送冷、热水用的管材得到市场认可后，目前已有不少厂家建设PP - R管材生产线，价格也不断回落，但PP-R管材在塑料管材市场上的占有率仍然很低。据反映，目前国产PP-R料与进口料比较还有一定差距，质量有待改进和提高。塑料管材是我 国化学建材推广应用的重点产品之一，建设部曾于2001年发出“ 关于加强共聚聚丙烯 (P P—R、P P—B) 管材生产管理和推广应用工作的通知”，要求有关部门共同做好从原 料、加工、质量以至管材使用、安装等工作，要严格把好 P P管材质量关，以利更好地做好我国PP管材的生产、应用和推广工作。
1.7 展望
1、随着科技发展，对聚丙烯的需求量及品种将会进一步增加。因此，科研人员应开拓聚丙烯的新的应用范围，同时不断开发新品种。2、由于催化剂的性能和质量使决
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定聚丙烯品种和质量的关键的因素，因此，目前美、日、意和德等国对催化剂的研究皆特别重视，并取得了很多成果。就活性而言，日本三井油化的HYHS-Ⅱ高效高立体定向催化剂的活性高达1t聚丙烯/s钛，皆高于其他几家公司的催化剂，我国目前引进的几套大型聚丙烯装置都使用进1:1的催化剂。所以，加快研制国产的高活性催化剂是摆在我国科研人员面前的一项紧迫任务。3、要增加聚丙烯种类，提高聚丙烯质量，夸大应用范围，必须注重开发新型添加剂和改进剂。虽然在这方面已取得不少成果，但仍需继续努力。并要开发更多的新型催化剂。4、寻求不造粒工艺，就造粒工艺而言，耗电多，设备昂贵。若能开发出使粉片状让丙烯存放时间延长而不变质的工艺，省掉照例的工序，则能大大降低成本，提高经济效益，为提高聚丙烯产量，增加品种，创造有利条件。
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2 工艺流程设计
2.1 催化剂的选定
配合Spheripol工艺，选择第四代超高活性的CS-Ⅱ型和DQ-型球型催化剂。球型催化剂可以控制聚丙烯粒子的形态，具有反应器颗粒技术的特点，有利于生产高性能的聚丙烯。同时“反应器颗粒技术”可以免除造粒过程，所以在提高了反应效率的同时，又大大的降低了生产成本。
2.2生产工艺的选定
本次设计选择Spheripol工艺。该技术自1982年首次工业化以来，是迄今为止最成功、应用最为广泛的聚丙烯生产工艺。Spheripol工艺是一种液相预聚合同液相均聚和气相共聚相结合的聚合工艺，工艺采用高效催化剂，生成的PP粉料粒度呈圆球形，颗粒大而均匀，分布可以调节，既可宽又可窄，可以生产全范围、多用途的各种产品。该工艺采用独特的环管式反应器，具有单位体积传热面积大，总传热系数高，单程转化率高、流速快、混合好、不会在聚合区形成塑化块、产品切换牌号的时间短等优点，而且结构简单，材质采用低温碳钢即可。环管反应器则是利用轴流泵使浆液高速循环，通过夹套冷却撤热，由于传热面积大，撤热效果好，因此其单位反应器体积产率高，能耗低。Spheripol工艺经济性好，原料和公用工程消耗低，人工费和三废处理等费用也少，生产成本较低，因此Spheripol工艺成为当今世界最为先进和流行的PP生产工艺之一。
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2.3工艺流程草图
图2-1 工艺流程草图
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2.4工艺流程概述
本设计使用的催化剂分为主催化剂和助催化剂三乙基铝（TEAL）、给电子体（DONOR）。主催化剂、TEAL、DONOR在D201中被混合均匀，温度控制在10℃。主催化剂在D201中被活化。催化剂混合物通过D201下部管道进入预聚合反应器R200。预聚合的目的在于使催化剂表面包裹上一层聚丙烯薄层，当催化剂进入环管反应器时，这个薄层起保护催化剂的作用，防止催化剂在突遇高温时发生爆裂，生成大量细粉。经过预聚的催化剂再进入到环管反应器R201中。
氢气在本设计中的作用是分子量调节剂，由制氢站供给，并储存在D993；使用的丙烯由中转罐区送来，并储存在D302.
D302中的丙烯通过丙烯进料泵P301送往环管反应器R201。为保持P301出口压力的稳定，多余的丙烯通过FV331返回D302。
R201的丙烯主要有两个来源，一个由P301直接送入，另一个由R200后进入R201。 R201需要严格控制其反应条件：温度70℃，压力3.4MPa，密度560-580kg/m3。 R201带有一台轴流泵P201，用来维持物料在反应器内的循环。聚合反应放出的热量由反应器夹套水带走，夹套水通过E202与循环冷却水进行热交换来实现夹套水温度的稳定。
R201的压力控制是通过与之相连的D202的压力控制来实现的。D202的压力控制主要是通过调节进入E203蒸发的液相丙烯流量来实现，另外从D202顶部出来的气相丙烯，也具有一定的调节作用。
R201的出料由D202的液位控制。
从R201中流出的浆料在闪蒸线内完全汽化后，进入闪蒸罐D301。当后续系统故障时，可以从D301前的三通阀HV301，将物料排向排放系统。
物料在D301中进行气、固分离，粉料从D301底部进入袋滤器F301，气相丙烯由D301顶部进入丙烯洗涤塔T301。D301顶部的动力分离器A301可以使粉料尽可能不被带走。丙烯在T301内经冷却和循环洗涤后，由丙烯泵P302送回D302。另有一股丙烯从T301底部排出，在小闪蒸线内汽化后，与D301底部流出的物料一起进入F301，目的是将洗涤下来的粉料排出。T301系统中的E301可将不凝气排放到尾气回收系统。
物料在F301内再次减压至0.05-0.08MPa，闪蒸出来的丙烯气经滤袋和安全过滤器F302过滤后，进入低压丙烯洗涤塔T302。T302内的循环液由白油和添加剂Atmer163
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按2：1混合而成。气相丙烯中夹带的粉料和TEAL被洗涤下来。当油中的TEAL含量超过8%时，T302需换油，每次更换一半。废油由齿轮泵P303送往D607，进行废油处理。
从T302顶部出来的丙烯，经E304冷却，D304缓冲后，进入循环气压缩机PK301，PK301将丙烯压缩至1.6-1.8MPa后，返回到T301入口。
F301内的粉料向下进入汽蒸罐D501。汽蒸的目的是为了提高产品的质量，降低产品灰份和氯含量。D501是一个带搅拌器的流化床。蒸汽由底部进入，将粉料中的残余催化剂分解后，由D501顶部出来进入水洗塔T501。蒸汽中带有少量的丙烯、油、HCl、粉料等。粉料、HCl和蒸汽在T501中被洗涤下来，由塔底排出。少量的丙烯和油被T501顶部的E501冷却后进入尾气压缩机PK501。PK501将残余丙烯压缩至0.4MPa后进入尾气回收系统。少量的油贮存在废油罐D506中，最后排至油桶。
D501中的物料依靠重力进入干燥罐D502。D502内有螺旋筛板，可以使物料不发生混流。热氮气从D502底部进入，对物料进行干燥后，由顶部出来进入水洗塔T502，N2在T502中被冷却，并降低湿度后，进入鼓风机C502。从C502出来的N2在E503中加热至80-100℃，又从D502底部进入。T502的循环液在E502中进行冷却，以稳定T502的操作温度。
从D502底部排出的合格粉料，由粉料输送系统PK801送至聚丙烯粉料缓冲仓D802，等待造粒。
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3 物料衡算
物料衡算是对进出生产装置、生产工序或单台设备的物料进行平衡计算。物料衡算的主要内容是根据各种物料之间的定量转化关系，计算进出整个生产装置、生产工序或单台设备的各股物料的数量及组成[11]。
物料衡算的理论依据是质量守恒定律。对于没有化学反应的生产过程来说，质量守恒定律为：进入一个装置的全部物料质量等于离开这个装置的全部物料质量再加上装置内积累起来的物料质量。写成公式为：
流入量=流出量+积累量+损失量
对于有化学反应的过程来说，要将化学反应的计量关系结合到质量守恒定律中，写成公式为：
流入量+反应生成量=流出量+反应消耗量+积累量+损失量
3.1设计名称
年产35万吨环管法聚丙烯合成车间工艺设计
3.2设计条件
3.2.1全套装置工艺参数
生产规模：年产35万吨
生产时间：年工作时数8000小时
每吨聚丙烯消耗丙烯理论量：1.02吨丙烯（100%）
全装置总收率按98%计算，提耗为2%（以1.02吨100%丙烯为基准计算收率和损耗），损耗分配如下：
精制工段丙烯损失 0.5% 闪蒸工段丙烯损失 0.5% 汽蒸工段丙烯损失 0.8%
PP粉料损失 汽蒸工段 0.1%，造粒工段 0.1%
3.2.2丙烯的进料量（按每小时算）
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PP每小时净生产量：350000/8000=43.75t 需要100%丙烯：43.75?1.02=44.625t 则取44.625t丙烯为基准计算收率和损耗
扣除损耗的则参加反应的丙烯：44.625/(1-0.5%-0.5%-0.8%)=45.443t 按转化率55%，则需要100%丙烯进料量为：45.443/0.55=82.624t 原料纯度为99.5%，则原料量为：82.624/0.995=83.04t
3.3催化剂用量
错误！未找到引用源。.主催化剂（CS-Ⅱ型和DQ-Ⅰ型） 主催活性：25~31kgPP/gcat，取30 kgPP/gcat。 则主催用量：45.443?1000/30=1514.8g ②其它
按主催：助催TEAL：给电子体DONOR：烃油十脂=0.06：0.35：0.015：0.35 助催TEAL用量:(0.35?1514.8)/0.06=8836g
给电子体DONOR用量：(0.015?1514.8)/0.06=378.7g 烃油十脂：8836g
则催化剂总量：1514.8+8836+378.7+8836=19565.5g,即19.5655kg
3.4 R200小环管的物料衡算
图3-1 R200物料平衡图
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表3-1 R200物料平衡表
输入 输出
物料名称 丙烯 催化剂 丙烯 PP 催化剂
物料质量（kg）
3000 19.5655 2848.52 151.48 19.5655
总量（kg） 3019.5655
3019.5655
进料：丙烯进料流量 2700~3300kg/h，取3000kg/h 主催化剂： 1514.8g 催化剂总量：19.5655kg
主催化剂：100~150gPP/gcat，取100gPP/gcat 则预聚合生成PP：1514.8?100=151480g=151.48kg 未反应的丙烯：3000-151.48=2848.52kg 出料：PP 151.48kg 丙烯： 2848.52kg 催化剂： 19.5655kg
3.5 氢气用量
H2消耗定额：0.009~0.31kg/tpp,此处取值：0.20kg/tpp 则H2用量: 0.20?45.443=9.0886kg
3.6 R201大环管反应器的物量衡算
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PP151.48kg R200 丙烯2848.52kg 催化剂19.5655kg R201 氢 气 PP45823.48kg D301 丙烯37216.52kg 丙烯80040kg
D302
图3-2 R201物料平衡图
转化率55%
进料：丙烯 83.04?1000-=83040kg PP 151.48kg
生成PP：83040?55%=45672kg 出料：PP 45672+151.48=45823.48kg 丙烯 83.04?1000-45823.48=37216.52kg
表3-2 R201物料平衡表
输入 输出
物料名称 丙烯（R200） 丙烯（D302）
PP 丙烯 PP
物料质量（kg）
2848.52 80040 151.48 37216.52 45823.48
总量（kg） 83040 83040
3.7 D301闪蒸罐的物料衡算
进料：PP 45823.48kg 丙烯： 37216.52kg
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R201 丙烯+ PP T301 PP+丙烯 D301 PP+丙烯 F301 图3-3 D301物料平衡图
D301顶部丙烯带走粉尘为10%，底部粉尘带走丙烯10% D301塔顶出料为：
丙烯：37216.52?90%=33494.87kg PP：45823.48?10%=4582.35kg D301塔底出料为：
PP：45823.48?90%=41241.13kg 丙烯：37216.52?10%=3721.65kg
表3-3 D301物料平衡表
输入
输出
物料名称 丙烯 PP
丙烯（D301顶） PP（D301顶） 丙烯（D301底） PP（D301底）
物料质量（kg）
37216.52 45823.48 33494.87 4582.35 3721.65 41241.13
总量（kg） 83040
83040
3.8 F308布袋过滤器的物料衡算
D301→F301 PP粉： 41241.13kg 丙烯气：3721.65kg
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T301→F301 丙烯： 2860kg PP粉： 4582.35kg 进料：则D301 丙烯：2860+3721.65=6581.65kg 〉→F301
T301 PP：41241.13+4582.35=45823.48kg
图3-4 F301物料平衡图
D501 丙烯+PP D301 T301 丙烯+PP 丙烯+PP F301 回收T301 丙烯
D501损失丙烯0.8%：44.625?1000?0.8%=357kg 则从F301顶部出丙烯：6581.65-357=6224.65kg 出料：F301顶部（T301）：丙烯气6224.65kg
F301底部（D501）：PP 45823.98kg 丙烯357kg
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表3-4 F301物料平衡表
输入
输出
物料名称 丙烯（D301） PP（D301） PP（T301） 丙烯（T301） 丙烯（F301底部）
回收丙烯（F301顶部）
物料质量（kg）
3721.65 41241.13 4582.35 2860 357 6224.65 45823.48
总量（kg） 52405.13
52405.13
PP（F301底部）
3.9 T301循环丙烯洗涤塔的物料衡算
T301的液位50%，体积11m3 丙烯密度 0.52g/cm3 则回流的液相丙烯：11?0.5?0.52?103=2860kg 进料：D301→T301 PP粉：4582.35 kg 丙烯：33494.87kg F301→T301 丙烯：6224.65kg
损失丙烯0.5%，损失44.625?1000?0.5%=223.125kg/h
则回收至D302的丙烯33494.87+6224.65-2860-223.125=36636.395kg 小闪线内随回流丙烯到F301的PP 4582.35kg
F301丙烯 图3-5 T301物料平衡图 回收丙烯 T301 损失丙烯 D301丙烯 20
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表3-5 T301物料衡算表
输入
输出
物料名称 丙烯（D301） PP(D301) 丙烯（F301） 损失丙烯 回收丙烯 PP(F301) 回流丙烯
物料质量（kg）
总量（kg） 44301.87
44301.87
33494.87 4582.35
6224.65
223.125
36636.395
4582.35
2860
3.10 D501汽蒸罐的物料衡算
图3-6 D501物料平衡图
进料： PP 45823.48kg，丙烯357kg，水蒸汽：47260kg （计算） 损失PP粉：44.625?1000?0.1%=44.625kg
则从D501→D502： PP粉 45823.48-44.625=45778.855kg PP粉夹带水分45778.855?3%=1373.37kg D501→T501 PP粉：44.625kg 丙烯:357 kg
水蒸气：45886.63kg
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表3-6 D501物料平衡表
输入 输出
物料名称 PP 丙烯 水蒸气
损失PP PP粉 损失丙烯 水蒸气 PP粉夹带水分
物料质量（kg) 45823.48 357 47260 44.625 45778.855 357 45886.63 1373.37
总量（kg） 46180.48
46180.48
3.11 T501水洗塔的物料衡算
D501→T501 PP粉：44.625kg 丙烯: 357kg 水蒸汽：45886.63kg 还有少量的油、HCl等 出料：塔底：PP粉 44.625kg 水蒸汽45886.63 kg
少量 HCl
塔顶：丙烯357kg进入尾气回收系统 油排至油桶
3.12 D502干燥塔的物料衡算
进料：湿PP粉 45778.855+1373.37=47152.225kg 热氮气 478.42kg 出料：
塔底：干PP粉末 45778.855kg 少量水份：45778.855?0.02%=9.16kg 氮气带走的水分为 1373.37-9.16=1364.21kg
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塔顶：湿氮气：1373.37+478.42=1851.79kg
图3-7 D502物料平衡图
3.13 造粒
PP粉45778.855kg损失0.1%为45778.855?0.1%=45.779kg 在聚合过程中催化剂和氢气全用来生产成品PP,损失的忽略不记 得成品PP粉：(45778.855+19.5655+9.0886)-45.779=45722.60kg=45.72t 则年生产PP:45.72?8000=36.58t
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4 热量衡算
热量衡算是指根据能量守恒定律对设备在操作过程中传入热量或传出热量的平衡计算[12]。连续操作过程热量衡算的内容主要是计算正常操作时的传热速率，为设备传热面积、传热介质流量、工艺管径等的计算及控制方案的选择提供依据。
在化工过程中，各种热量之间的转换关系可以用热平衡方程表示：
∑Q=∑H出 - ∑H进
其中 ∑Q------设备或系统与外界环境交换热量之和，通常包括热损失，kJ； ∑H出------离开设备或系统各股物料的焓之和，kJ； ∑H进------进入设备或系统各股物料的焓之和，kJ；
4.1 计算依据
丙烯聚合热：2172.95kJ/kgPP
表4-1 水的比热
℃ Kcal/(kg*℃)
表4-2 液相丙烯比热
℃ Kcal/(kg*℃)
表4-3 气相丙烯比热
℃ Kcal/(kg*℃)
表4-4 聚丙烯比热
℃ Kcal/(kg*℃)
表4-5 丙烯汽化潜热 20 1．93
70 2．23
80 2．246
105 2．526
50 1．64
60 1．643
76 1．647
20 1．633
25 0．685
50 0．800
60 0．810
70 0．910
20 0.999
30 0.997
70 1.00
80 1.002
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℃ Kcal/kg
50 2750
60 2350
76 1700
4.2 R200小环管的热量衡算
预聚生成PP：151.48kg 丙烯聚合热：2172.95kJ/kgPP 输入热量：
20℃的丙烯带入热量Q1 =CP?m?△t=3000?0.685?4.2?20=172620kJ PP的反应热Q2=2172.95?151.48=329158.466kJ 输出热量：
预聚物带走热量Q3= CP?m?△t=151.48?1.93?20=5847.128kJ 未反应丙烯带走热量Q4= CP?m?△t=(3000-151.48)?0.685?4.2?20
=163903.84 kJ
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Q5： Q5=Q1+Q2-Q3
=151.48?0.685?4.2?20+2172.95?151.48-151.48?1.93?20 =8716.16+329158.466+5847.128 =343721.754kJ
夹套水进口温度范围是9.5～10.5℃,本设计取10℃，出口温度取15℃ 因为 Q=m?△t?C水 得 m水=Q5/（C水?△t） 所以 m水=343721.754/(4.2?5)=16367.70kg
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=151.48/3000=0.05049）
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?0.05049）=575.986ω/m2k 传热方式：夹套式换热为主 反应温度：20℃→ 20℃
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冷却水 ： 10℃ →15℃
平均温差△tm=（△t1-△t2）/㏑（△t1/△t2）
则△t={(20-10)-(20-15)} /㏑{(20-10)-(20-15)}=7.214℃ 1ω=3.6kJ/h
传热面积A=Q/（K.△tm） 则A= Q5/（K.△tm）
=(343721.754/3.6)/( 575.986?7.214)=95478.265/4103.32=23.27m2
表4-6 R200热量衡算表
输入热量
热量名称
20℃的丙烯带入热量Q1
PP的反应热Q2
热量（KJ) 172620 329158.466 5847.128
163903.84
总量（KJ） 507625.594
507625.5894
输出热量
预聚物带走热量Q3 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（㎡）
343721.754
16367.70 23.27
4.3 R201大环管反应器的热量衡算
生成PP：45672kg
氢气的进料温度为20℃，量为9.0886kg 进料：PP 151.48kg 丙烯：83040kg 出料：PP 45823.48kg 丙烯：37216.52kg 输入热量：
预聚物带入热量Q1=CP?m?△t=151.48?2.23?70=23646.028kJ 丙烯带入的热量Q2=CP?m?△t=83040?0.91?70?4.2=22216521.6 kJ 氢气带入热量Q3= CP?m?△t=9.0886?3.408?4.2?50=6504.53kJ 反应生成热Q4=2172.95?45823.48=99572130.87kJ 输出热量：
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聚合物带走热量Q5=45823.48?2.23?70=7153045.228kJ 丙烯带走热量Q6=37216.52?0.91?70?4.2=9956907.761kJ
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=104708850kJ 冷却水进口温度为10 ℃，出口温度为30℃
冷却水用量m水=104708850/4.2?(30-10)= 1246533.929kg 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=（45823.48-151.48）/83040=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）=(104708850/3.6)/( 49.326?384.51)= 1533.55m2
表4-7 R201热量衡算表
输入热量
输出热量
热量名称 预聚物带入热量Q1 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
热量（KJ) 23646.028 22216521.6 6504.53 99572130.87 7153045.228 9956907.761 104708850
1533.55
121818803
总量（KJ）
121818803
丙烯带走热量Q6 冷却水带走热量Q7
夹套传热面积(㎡)
4.4 D301闪蒸罐的物料衡算
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大闪线内液相丙烯汽化所需要热量为：
表4-8 丙烯汽化潜热
℃ Kcal/kg
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=37216.52?1700?4.2=265725952.8kJ 水蒸汽进口温度为120℃，出口温度为105℃
蒸汽用量m=265725952.8/[1.89?(120+273.15)-1.84?(105+273.15)] =5.623?106kJ
4.5 D501汽蒸罐的热量衡算
表4-9 聚丙烯比热
℃ Kcal/(kg*℃)
20 1．93
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=45823.48?2.526?100-45778.855?2.246?80 =3.35?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)= 3.35?106/47.25=70899.5kg/h
4.6 D502干燥罐的物料衡算
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 1373.37-9.16=1364.21kg
37216.52kg PP粉带走水分37216.52?0.02%= 7.44kg 已知：
101.325Kpa下 80℃ P水汽=47.379Kpa
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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)= 1373.37/0.546=2515.33kg 输入热量：
湿PP粉带入热量Q1=45778.855?2.526?100+1373.37?4.2?100 =12140554.17kJ
热N2带入热量Q2=2515.33?0.8?383=770697.112kJ 输出热量：
出料PP粉带走热量Q3=45778.855?2.246?80=8225544.67kJ 顶部湿N2带走热量Q4=Q1+Q2-Q3 =4685706.61kJ
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5 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。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 23.27m2。
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25m，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?25?2=24.003m2，而所需换热面积为23.27m2，则设备选取合适。
5.2大环管反应器的选型 5.2.1大环管反应器的工艺参数
操作/设计温度：70℃/ -45℃～150℃（夹套150℃）
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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80040kg丙烯体积：80040/(0.52?103 ) =153.92 m3 进料64.92kg聚丙烯体积： 151.48/(0.9?103 )=0.1683m3 进料总体积：153.92+0.1683=154.088 m3 取155 m3 反应停留时间为 1.5h，则累积量为155?1.5=232.5m3 故选择R201的总容积为232.5m3 选取环管直径25''，即635mm
则大环管的总高度：232.5/(0.25?D2?π)= m≈734.52m 选择六根直管，选用10个大环管，则每根直管高度：12.87m 每个环管容积为23.25 m3，约24m3
直管部分表面积：π?d?h=3.14?0.635?6?128.73=1 540m3，而所需换热面积为： 1533.55 m3，故设计合理，选择的大环管合适。
R201采用独特的环管结构形式，它有6根直管，通过5个1800的弯管把他们连接起来，环管直径635mm，每跟直管高12.87m，外部夹套直径720mm；环管总容积145m3，环管采用低温碳钢。为了防止粘壁，内表面需抛光处理，表面粗糙度Ea=2.5。
环管反应器的直管部分装有夹套，夹套材质为C.S。在夹套的上下两处有夹套水出入口，根据配管要求，这两部分的直径被加大。由于环管与夹套温差较大，因此在夹套上还装有膨胀节。
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在R201下部装有轴流泵P201，它的作用就是使物料高速循环起来。使加入的催化剂分布均匀，并提高传热系数，反应热通过夹套中的循环冷却水撤走。
5.3设备一览表
表5-1 设备一览表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
容器名称 小环管 大环管 闪蒸罐 循环丙烯洗涤塔 袋式过滤器 油洗塔 气蒸罐 干燥器 水洗塔 冷凝器 CO气提塔 预聚反应加料冷却器 R201夹套水加热器
T301再沸器 T302再沸器
容器编号 R200 R201 D301 T301 F301 T302 D501 D502 T501 T502 T701 E201 E301 E303 E304
容器规格V/m3
0.44 10 5.1 11 5.9 5.6 11.7 9.0
操作条件 温度℃ 20 70 70 44.5 80 70 105 90 70 45/7 41 61 61
设备
压力Mpa 数目 3.4 3.4 1.8 1.8 0.1 0.25 0.02 0.01 0.25 3.50/0.4 1.8 1.8 1.8
1 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
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6 三废治理
6.1聚丙烯生产中的三废来源
液相本体法聚丙烯生产中存在着废水、废气、废渣、噪声、粉尘等物种环境污染，主要来源于以下几方面：
6.1.1废水来源
1、含少量聚丙烯细粉污水：主要是气蒸流化床所用蒸汽、气蒸洗涤塔顶产生的冷凝水，以及洗涤塔、尾气压缩机级间和出口的洗涤水，从气蒸罐来的含氯污水，其中含有氯化物、油等有害物质，用桶装送装置外处理。
2、含油污水：主要是机泵冷却水、汽包连排、生活用水及工艺水等。
3、造粒工段用于冷却聚丙烯颗粒的切粒用水：因不断置换，置换出的切粒水作为工艺废水，含有少量固体悬浮物，撤除悬浮固体后排至污水厂处理。
6.1.2废气来源
主要是在装置异常状态下，设备静密封泄露至大气中，以及气压机出入口和各塔顶、容器安全阀起跳泄露出来的烃类气体，还包括闪蒸釜出料时排出的尾气，闪蒸釜闪蒸时的尾气。
6.1.3废渣来源
液相本体法聚丙烯生产中无废渣排出，只有催化剂、活性剂某种原因失活导致无法使用时，才需要进行销毁。
6.1.4粉尘污染来源
采用人工包装、密封性差，是聚丙烯粉尘会进入空气时粉尘的主要来源。
6.2三废处理 6.2.1废水治理
改循环水替代新鲜水，针对各排放点的排放量，本着满足生产需要，确保安全生产的宗旨，在实际生产中我们队各生产工艺作出调整，优化操作，降低排放量。在优化前，闪蒸真空泵供水为新鲜水，经过摸索，循环水完全可满足生产需要，可用循环水替代新鲜水，这样每吨可节约大量成本。对真空泵排放量的大小进行生产试验，逐渐调小真空泵供水量。这样，在原来的基础上就降低了排放。
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废水减排措施包括：
1、对于真空泵逐渐调小供水量，即减少了排放量； 2、轴封冷却水收回重复利用；
3、维持热水罐的水位稳定，不会产生溢流。上述措施在满足生产要求的同时，最大限度地减少废水排放；
4、通过对聚丙烯工业废水各排放源的工艺优化达到了降低排放量，减少废水处理量，水重复利用的目的。
6.2.2废气治理
1、闪蒸净化时放空气体为氮气和空气混合气体，属于无害气体，可以高空现场排放； 2、聚合釜喷了时闪蒸釜内气体为高浓度丙烯尾气排入气柜；
3、闪蒸釜闪蒸后排出的尾气，由于至含氮气和微量的可燃气体，直接排入大气； 4、丙烯干燥器再生时置换的尾气含有大量的丙烯气体，排至气柜，再生时，由于尾气中只含有少量的丙烯及微量硫化氢、有机硫等有害物质，引至高位进行排放； 5、反吹气体为丙烯气体，排至气柜。
6.2.3废渣治理
1、废催化剂运至偏僻的无可燃物的安全地带，敲破玻璃瓶让其自然氧化，予以销毁。 2、废活性剂用溶剂油稀释，然后运至偏僻的无可燃物的安全地带，远距离操纵缓慢向外排放，让其自然氧化分解，在处理这类废渣时，必须有专人在现场监护，直至处理完毕。
6.2.4粉尘治理
在聚丙烯粉料包装场所设有良好的通风条件，必要时佩戴防尘用具。能源的开发利用是环境污染和生态破坏的重要根源，按照可是续发展的要求，建立一套完善的可持续能源法律保障体系，确保能源与社会经济、环境的协调发展，是当今世界各国在实现可持续发展战略中的共同选择。
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参考文献
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谢 辞
本课程设计是在乔伟艳老师的悉心指导下完成的，整个课程设计从方案设计、结果分析、论文修改到完成都凝聚了乔老师的辛勤劳动，在此，我向辛勤授课的乔老师表示诚挚的感谢。乔老师严谨的作风、敏锐的洞察力、高尚的学术道德都令我敬佩不已。乔老师对我们要求严格，使我很好地完成本设计。
在这期间，我不仅对化工工艺这门课程有了更深的理解，更是理论联系实际，从中学到了很多扩充知识，丰富我的思维。而我所取得的进步都与老师的帮助分不开，在此致以衷心的感谢和崇高的敬意！
同时也感谢给予我顺利完成本设计诸多帮助的老师和同学们！
最后，再次感谢乔老师及化工与材料学院的诸多老师和班上热心的同学们对我的指导和帮助！
谢威宁 2012.7.1
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附录
年产15万吨聚丙烯聚合工段工艺设计物料流程图 年产15万吨聚丙烯聚合工段工艺设计设备布置图 年产15万吨聚丙烯聚合工段工艺设计CAD工艺流程图 年产15万吨聚丙烯聚合工段工艺设计手绘工艺流程图
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