年产10万吨聚丙烯聚合工段工艺设计.doc

设计总说明聚丙烯是丙烯单体聚合而形成的高分子聚合物它作为一种高分子塑料，在现代工业生产中占有重要的地位，是五大通用合成树脂(聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS树脂)之一聚丙烯性能优异，用途广泛，近年来国内的产量增长也很快，是生产发展速度最快的塑料品种之一本文主要概述了国内聚丙烯工业的研究发展，包括聚丙烯市场的供求情况，聚丙烯的分类及其生产工艺的简单介绍，从中选定Spheripol工艺作为年产10万吨聚丙烯生产工艺设计项目的参考介绍了Spheripol工艺的工艺流程，然后，用收集的工艺参数科学地进行工艺物料衡算、能量衡算、主要生产设备选型此外，制定了生产安全和环境保护的规条，绘制了生产工艺流程图通过本设计，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；Spheripol工艺；设计；衡算；选型目录1 综述 11.1聚丙烯简介 11.2 聚丙烯基本性能 11.3聚丙烯工业发展概况及前景 21.4 国内聚丙烯产业存在的主要问题 41.5 国内聚丙烯产业未来发展方向 52 工程设计条件 62.1设计原则 62.2 设计任务 63 生产工艺的选择 73.1生产工艺简介 73.1.1浆液法 73.1.2液相本体法 73.1.3本体-气相组合法 73.1.4气相法 83.2选择生产工艺 93.3 工艺原理 103.4 Spheripol工艺流程草图 113.5工艺流程概述 123.5.1 聚合区工艺 123.5.2 造粒区 143.5.3 包装区 143.5.4 循环水场 143.6 催化剂的选定 154 物料衡算 164.1 设计条件 164.1.1 全套装置工艺参数 164.1.2 丙烯进料量 164.2 催化剂用量 174.3 氢气用量 174.4原材料消耗定额 174.5 小环管的物料衡算 184.6 大环管反应器的物料衡算 194.7 闪蒸罐的物料衡算 205 热量衡算 215.1 计算依据 215.2 小环管的热量衡算 225.3 大环管反应器的热量衡算 246 设备选型 256.1设备选型原则 256.2 小环管的选型 266.2.1 小环管的工艺参数 266.2.2 主要作用 266.2.3 选型 266.3 大环管反应器的选型 276.3.1大环管反应器的工艺参数 276.3.2 特点 276.3.3 选型及结构 276.4闪蒸罐的选型 286.5汽蒸罐的选型 296.6袋式过滤器的选型 307 工厂选址和总平面布置 327.1选厂指导方针 327.2选厂一般要求 337.4平面布置的原则 347.5 厂房布局 358 生产安全与环境保护 358.1 生产安全 358.1.1生产工艺的安全措施 368.2 环境保护 378.2.1环境保护设计依据 378.2.2三废治理 378.2.3噪声控制 38总结 39致谢 40参考文献 4141年产10万吨聚丙烯聚合工段工艺设计1 综述1.1聚丙烯简介 聚丙烯俗称PP料，是由丙烯在催化剂的作用下聚合而成的一种热塑性塑料。

它的分子结构与聚乙烯相似，但是碳链上相间的碳原子带有一个甲基(–CH3)聚丙烯的分子结构式为：-[-H2C—CHCH3-]-n，有等规、无规和间规三种构型，工业产品以等规物为主聚丙烯比聚乙烯稍微要脆一些，熔融温度为160°C聚丙烯也包括丙烯和少量乙烯共聚物在内聚丙烯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聚丙烯可以用注塑、吹塑、挤出、模压、真空成型等方法加工，注塑成型是最主要的加工方法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最大的缺点是耐老化性能比聚乙烯差，但是可以在聚丙烯塑料中添加抗氧化剂和紫外线吸收剂来改善 由于聚丙烯制品具有重量轻，抗冲击强度高、耐环境（耐高低温、耐污染、耐潮湿、耐老化）性能好，长寿命等优点所以其应用范围不断的扩大，逐渐取代金属和其他塑料、木材、化学纤维等，用于包装、运输、纺织、建材、家具、家电、日用品等诸多领域因此今后十年聚丙烯的需求将继续保持高速增长的态势，并且在纺织纤维、薄膜、注塑制品、管材等领域有很好的前景[1]。

1.2 聚丙烯基本性能[2] 物理性能 聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，密度只有0.90~0.91克/立方厘米，是目前所有塑料中最轻的品牌之一它对水特别稳定，在水中24h的吸水率仅为0.01%，分子量约8~15万成型性好，但因收缩率大（为1%~2.5%）制品表面光泽好，易于着色 力学性能 聚丙烯的结晶性高，结构规整，因而具有优良的力学性能，其屈服、拉伸、压缩强度和硬度、弹性等都比HDPE高，但在室温及低温下，由于本身的分子结构规整度高，所以冲力强度较差，分子量增大时，冲击强度也随之增大聚丙烯有突出的抗弯曲疲劳强度，如用聚丙烯注塑—体活动铰链，能承受七千万次开闭的折迭弯曲而无损坏痕迹，它的耐摩擦性能也较好，干摩擦系数与尼龙相似，聚丙烯只能用来制作PV值较低的以及不受冲击载荷的齿轮和轴承在表面效应方面，如在其制品表面压花、雕刻等，比任何其它热塑性塑料都容易 热性能 聚丙烯具有良好的耐热性它熔点为164~170℃，制品能在100℃以上的温度进行消毒灭菌在不受外力作用时，150℃也不变形，在90℃的抗应力松弛性能良好，它的脆化温度为-35℃，在低于-35℃的温度下会发生脆裂，耐寒性不如聚乙烯，若用石棉纤维和玻璃纤维增强后，有较高的热变形温度、尺寸稳定性、低温冲击性能。

化学稳定性 聚丙烯的化学稳定性很好，除能被浓硫酸及浓硝酸侵蚀外，对其他各种化学试剂都比较稳定，但是低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃等能使聚丙烯软化和溶胀，同时它的化学稳定性随结晶度的增加还有所提高所以，它适合于作各种化工管道和配件，防腐效果良好 电性能 聚丙烯的高频绝缘性能良好，由于它几乎不吸水，绝缘性能不受湿度的影响它有较高的介电系数，且随温度的上升，可以用来制作受热的电气绝缘制品，它的击穿电压也很高，适合用作电气配件等抗电压、耐电弧性好 耐候性 聚丙烯对紫外线很敏感，加入氧化锌、硫代丙酸二月桂脂、碳黑或类似的乳白填料等则可改善其耐老化性能 1.3聚丙烯工业发展概况及前景聚丙烯鼻祖： Ziegler、 Natta教授1953年，Ziegler发现了乙烯低压聚合引发剂1954年，意大利Natta (纳塔)教授在Ziegler发明的催化剂基础上，发现了丙烯聚合引发剂，用具有定向能力的TiCl3为催化剂，以丙烯为原料进行聚合，成功制得了高结晶性高立构规整性（等规）的聚丙烯[3]，并创立了定向聚合理论 1957年，根据 Natta 教授的研究成果，意大利Montecatini(蒙特卡蒂尼)公司首建世界上第一套间歇式PP工业生产装置（6kt/a）。

同年，美国Hercules(大力神)公司也建成了一套9kt /aPP装置[4]六十年代末，兰州化学工业公司石油化工厂从英国引进了采用Vickers-Zimmer（维克-吉玛）工业技术及常规催化剂体系的5kt/a溶剂法聚丙烯装置1973年，北京燕山石化公司向阳化工厂利用国内研制的催化剂和溶剂法工艺，建成投产了一套5kt/a国产溶剂法聚丙烯生产装置1975年，北京化工研究院等单位在络合I型催化剂的基础上研制成活性定向能力更好的络合II型催化剂即TiCl3-R2O(正丁醚）-Al(C2H5)Cl催化剂80年代末，我国开始引进国外液相-气相组合式本体法聚丙烯工艺，使我国的聚丙烯生产技术达到了比较先进的水平自从20世纪90年代中期以来，我国聚丙烯生产和消费进入快速发展期，产能快速增长生产所用原料逐渐采用多元化，生产规模逐渐扩大，产品自给率不断提高 随着聚丙烯产品应用开发及聚丙烯后加工生产的迅速发展，国内市场对聚丙烯的需求量越来越大1994年我国聚丙烯产量接近86万吨，进口81万吨，1995年国产和进口都超过100万吨在这种形势下，原中国石化总公司决定“九五”期间利用炼厂气丙烯资源建设一批大型聚丙烯生产装置，包括九江石化总厂、长岭炼化总厂、武汉石化厂、福建炼化股份公司、济南炼油厂、荆门石化总厂等六家企业的70kt/a聚丙烯装置，这6套装置均由中国石化北京石油化工工程公司(简称BPEC)承担设计采用国产化S-PP工艺建设而成[5]。

2002年初，上海石化公司采用中国石化自行开发的第二代环管工艺技术，建成20万吨/年聚丙烯装置通过引进技术和吸收改造，国内聚丙烯生产技术目前已达到比较先进的水平而且我国还在加快聚丙烯大型化建设兰州、大庆、茂名石化在建20-30万吨/年聚丙烯装置，2004年底-2006年投产；中国石化、上海 石化与BP公司合资组建的上海赛科石化公司在建25万吨/年聚丙烯装置，2005年上半年投产；中海油与壳牌公司合资的惠州南海石化项目在建24万吨/年聚 丙烯装置，2005年底投产；福建炼化与埃克森美孚和沙特阿美合资的福建石化项目将建30万吨/年聚丙烯装置，2006-2007年投产这些项目建成后可新增聚丙烯产能近150万吨/年至2010年前这些项目建成投产，大大缓解了我国聚丙烯供需不平衡的状况表1.1 2010 年- 2012 年我国部分PP 新建装置情况统计[6]项目生产能力( 万t / a-1 )采用的技术投产时间神华宁煤MTP50.0Novolen 气相法2010年天津石化45.0Spherizone 气相法2010年镇海炼化30.0国产化第二代环管技术2010年广西石化20.0Unipol 气相法2011年中化泉州炼油20.0Unipol 气相法2012年武汉乙烯20.0Horizone 气相法2012年庆阳石化10.0Spheripol 工艺2010年近几年，我国聚丙烯市场的需求量也是稳步增长的。

图1.1 2004-2012年中国聚丙烯需求和增长率[7]随着我国国民经济的发展和各行业对聚丙烯树脂的需求，聚丙烯产品近几年在我国供不应求的局面不会有太大改变，每年仍然需要大量进口聚丙烯产业在我国发展前景广阔但是我国聚丙烯产业生产装置单套生产能力小，工艺技术开发能力落后，产品牌号较少，高档次品种比例较少的问题还比较严重在今后聚丙烯产业的发展中，积极引进国外先进技术，加快企业自主创新，提高我国聚丙烯产业的工艺技术和产品质量，是我国聚丙烯生产企业必须面对和解决的1.4 国内聚丙烯产业存在的主要问题[8]目前, 国内聚丙烯产业存在的主要问题为:（1）产品牌号较少，高档次品种比例小我国的聚丙烯产品中抗冲击共聚物产品和专用料等高档次产品生产量较少，且产品质量不稳定，所需产品仍主要依靠进口2）生产装置规模偏小，生产成本较高我国聚丙烯生产装置数量多，单套装置生产能力小，其中连续法生产装置的平均生产能力只有10 万吨/年左右，远远低于世界聚丙烯生产工艺的平均生产规模由此导致国内生产能力不足，市场供给率只有65％左右，每年仍需要大量进口另外由于装置规模过小，能耗、物耗普遍高于国外先进水平，使得一些企业市场竞争能力较差，在产。