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1、课程设计说明书 题题 目目 年产年产 1 万吨间歇式液相本体法聚丙烯万吨间歇式液相本体法聚丙烯 合成车间工艺流程设计合成车间工艺流程设计 专业班级专业班级 学学 号号 学生姓名学生姓名 学学 院院 完成日期：完成日期：2016 年年 12 月月 课程设计说明书 I 摘摘 要要 关键词：35 个 课程设计说明书 II 目 录 摘 要I 第 1 章 文献综述.1 第 2 章 原料及产品介绍.2 2.1 产品规格.2 2.2 原材料性能和规格2 第 3 章 工艺流程说明.5 3.1 工艺设计原则5 3.2 工艺流程选择5 3.3 催化剂选择6 3.4 影响聚合反应的因素8 3.5 工艺流程的叙述10
2、 第 4 章 物料平衡计算.13 4.1 化学反应式13 4.2 确定计算任务13 4.3 绘制物料流程草图13 4.4 计算数据14 4.5 分布计算17 第 5 章 设备工艺设计计算.23 5.1 聚合釜的工艺设计23 5.2 闪蒸釜设计24 第 6 章 车间布置.25 6.1 车间布置基本原则25 6.2 厂房布置的原则和要求25 6.3 车间设备布置26 参考文献.27 课程设计说明书 1 第第 1 1 章章 文献综述文献综述 30004000 字字 课程设计说明书 2 第第 2 2 章章 原料及产品原料及产品介绍介绍 2.1 产品规格产品规格 表 2.1 成品质量指标 项目指标 外观
3、白色、无结块的微球粉粒 技术指标合格品 等规指数 92% 灰分 0.05% 氯含量 0.25% 表观密度 0.40g/cm3 拉伸屈服强度 27.0MPa 熔融流动速率1.94.2g/10min 2.2 原材料性能和规格原材料性能和规格 2.2.1 原材料丙烯原材料丙烯 无色透明液体，分子式 C3H6，分子量 42.078，相对密度为 0.5193，折光率为 1.3625，沸点为-47.7，临界温度 91.89，临界压力 4.54MPa，与空气混合物的爆炸极 限范围（V%）2.011.1%。该原料低毒、有刺激性气味、易燃、易爆，常温常压下为无 色透明气体。 表 2.2 原料规格 进装置丙烯精制
4、后丙烯 丙烯%(V) 98 硫 3ppm 乙烯%(V) 0.005 水 20ppm 硫 mg/kg 3 氧 10ppm 水 ppm(V) 100 氧 mg/kg 30 丙二烯%(V) 0.001 丁二烯+丁烯%(V) 0.001 烷烃%（V）余量 其它同进装置丙烯 2.2.2 催化剂催化剂 CS-2 比较均匀的规整的球形颗粒，粒径在 课程设计说明书 3 3060m，以 MgCl2为载体，有效成分是 TiCl3。该催化剂遇微量氧就失效，遇空气和 潮气则发烟，分解成二氧化钛和盐酸。可以常温保存，活性为性约 1g 催化剂生产聚合物 25，聚合产物的灰分较少，挥发分、氯含量均较低。 表 2.3 催化剂
5、规格 项目指标 外观褐色微球形颗粒 颗粒直径3060m 钛的质量分数（24%） 镁的质量分数1520% 聚合物表观密度 g/cm3 0.45 聚合物等规度指数%(质量分数) 95 2.2.3 活化剂活化剂 三乙基铝 Al(C2H5)3,遇空气立即自燃，遇水将剧烈反应放出大量热，引起爆炸。 表 2.4 活化剂物性 项目指标项目指标 外观无色透明液体沸点 186.6 分子量114.2冰点 -52 2.2.4 第三组分第三组分 DDS Si OCH3 C6H5 OCH3 C6H5 图 2.1 二苯基二甲基硅烷 DDS 结构式 表 2.5 DDS 物性 项目指标 外观无色或微黄色透明液体 分子量244
6、.4 含量95% 折光率1.5351.545（25） 密度1.061.10（25） 课程设计说明书 4 2.2.5 氢气氢气 无色透明气体，分子式为 H2，分子量为 2.02，蒸汽相对密度为 0.069，沸点为- 252.8，临界温度为-239.9，爆炸范围 4.174.2%。是一种无刺激性气味、易燃、易爆 气体。 表 2.6 氢气规格 项目进装置氢气精制后氢气 纯度 99.5%99.5% 氧 0.2%10ppm 水 1500ppm10ppm 2.2.6 活性氧化铝活性氧化铝 表 2.7 活性氧化铝规格 项目指标项目指标 粒度 46mm 堆比重0.70.8kg/l 强度 13kg/个球 比表面
7、 30020m2/g 静态吸附容量（相对湿度 60%） 161% 孔容0.320.432/kg 2.2.7 分子筛（分子筛（3A） 表 2.8 分子筛规格 项目指标 球形、粒半径 46mm 吸水量 220g/kg 堆比重0.60.78kg/l 2.2.8 氧化锌脱硫剂氧化锌脱硫剂 表 2.9 氧化锌脱硫剂规格及工艺件 项目指标项目指标 外观灰白色柱状颗粒物压力110MPa 规格 5510mm 液空速25/ h-1 对比重1.11.15kg/l入口硫含量15ppm 强度50N/cm2（侧压）出口硫含量0.1ppm 课程设计说明书 5 ZnO80%（重量）床高/直径3m 温度常温使用寿命一年以上
8、第第 3 3 章章 工艺流程说明工艺流程说明 3.1 工艺设计原则工艺设计原则 1）安全可靠，经济合理，技术先进 安全可靠是对设计的起码要求。为做到经济合理，必须充分发挥设备的性能，降低 原材料，燃料等的消耗，提高劳动生产率等，而如何更充分地利用与推广新技术、新工 艺是衡量工厂设计先进与否的标志。 2）合理地选择工艺流程和设计指标 工艺设计中的各项指标应切合实际，不宜选得过高或过低。设计应严格执行国家的 要求，为生产挖掘潜力和为发展留有余地；合理考虑机械化、自动化装备水平。机械化 水平应与工厂规模和装备水平相适应；注意环境保护，减少污染；严格执行国家环境保 护，工业卫生等方面有关规定；考虑土建
9、、公用等设计的要求，并为之提供可靠依据。 3.2 工艺流程选择工艺流程选择 3.2.1 工艺流程的原则工艺流程的原则 （1）保证产品质量要求； （2）尽可能缩短生产周期，简化流程； （3）先进、可靠、使用、合理； （4）提高机械化程度，降低劳动强度； （5）生产调节具有灵活性。 3.2.2 工艺流程的依据工艺流程的依据 （1）原料的组成和性质； （2）初试和工业性实验； （3）辅助材料和燃料的供应情况； （4）产品品种及质量要求； （5）工厂规模及技术装备水平； 课程设计说明书 6 （6）建厂地区气候条件。 3.3 催化剂催化剂选择选择 液相本体法聚丙烯是一种用新型工艺制造的聚烯烃树脂，本设计
10、采用的催化剂 TiCl3 与助催化剂三乙基铝形成的络合物具有定向能力，能使丙烯分子上的甲基受催化剂作用 而依一定方向在主链上有规则地排列，得到坚韧的高结晶度的高聚物，即立构规整性的 聚丙烯。聚丙烯等规度的高低与使用的催化剂体系有关。主催化剂的晶体结构对催化剂 性能特别是定向性有显著地影响，丙烯聚合物常用的助催化剂是金属铝的有机化合物， 它主要使主催化剂还原和烷基化作用，同时与主催化剂构成络合型催化剂，还能引起聚 合物的转移和净化丙烯及溶剂的作用。 丙烯经精制达到聚合要求，采用 CS-2 型高效催化剂，用氢气作分子量调节剂，在一 定温度，压力下聚合反应，生成等规聚丙烯，经闪蒸达到包装要求，其尾气
11、放至气柜回 收。 3.3.1 CS-2 型高效催化剂的组成型高效催化剂的组成 CS-2 型高效催化剂属于一种载体催化剂，它由主体、载体和第三组分组成。主体是 TiCl3，常温下为液态。载体为 MgCl2，常温下为固态。第三组分一般为芳香羧酸酯。由 于载体 MgCl2的作用，使 TiCl3表面，不饱和配位数目增多，从而提高了催化剂的活性。 但是在实际生产应用中，单用这种载体催化剂还不能充分发挥其丙烯聚合的催化作 用。必须与活化剂（助催化剂）和第三组分一起共同组成高效催化体系，才能用于工业 生产。高效催化体系中的活化剂采用三乙基铝（AlEt3） ，而第三组分（通常称为外酯）则 采用二苯基二甲氧基硅
12、烷（DDS） 。TiCl3是阳离子引发剂，AlEt3是阴离子引发剂，这两 种引发剂互相作用后，却容易使其发生聚合反应。 3.3.2 CS-2 型高效催化剂的特点型高效催化剂的特点 1）活性高 聚丙烯得率可达(0.61)t/gTi，为络合-型催化剂的 1525 倍。其得率与反应温度有 关，随着反应温度的升高而增加。 2）定向能力高 其定向能力很高，等规度可达 95%以上，其它定向能力受氢调影响。 课程设计说明书 7 3）产品质量好 由于其高活性、高定向性、产品质量大大提高。产品中残留的催化剂与活化剂残渣 少，灰分、钛、氯含量低。 4）氢调灵敏度高 其氢调性能优于络合-型催化剂。达到同样的熔体流动
13、速率时，采用高效载体催化 剂时所需的加氢量小，增加加氢量，产品熔体流动率上升快。 5）载钛量低 络合-型 TiCl3催化剂含 TiCl3约 80%，折算含钛约 25%28%，大部分 TiCl3作为自 载体，只有少量的 Ti 起活性作用。高效载体催化剂的载钛量一般为 2%4%。 6）粒度均匀 催化剂粒度均匀，粒径为 3060um。粒度均匀，粒径分布较窄，生产出的聚丙烯粒 度径分布也较窄，同时，CS-2 的粒径大小更加易于包装和运输。 7）聚合反应快 聚合反应初始速度高，在聚合反应初期，催化剂活性高，反应速度快，放热比较集 中，聚合反应时间相对比较短，一般为 2.54.0 小时。另外，CS-型高效
14、载体催化剂的 热稳定性比络合-型催化剂好23。 3.3.3 CS-2 型高效载体催化剂反应机理型高效载体催化剂反应机理 其反应机理属于 Ziegler-Natta(Z-N)催化体系，其反应历程如下： 1）链引发： 钛镁两组分反应后，形成活性种，引发在表面进行。单体分子被形成的 Rcat 桥键网形催化剂吸附或配位，单体分子插入金属碳键之间。 R)CH(CHCHcatCHCHCHRcat 323 2）链增长 Natta 用红外光谱测定高聚物分子的端基证明了在链增长过程中，单体分子以不同的 方 式不断插入到金属碳碱之间。 R)CH(CHCH)CH(CHcatnCHR)CH(CHCHcat n3232
15、32 3）链转移 课程设计说明书 8 活性链可能向烷基铝、丙烯转移，但转移常数较小。生产时，需加入氢作为链转移 来 控制分子量。链转移按下列三种方式进行： 向烷基铝转移：当使用三乙基铝时，链终止络合物Cat+-CH2CH3可继续与单体 发生聚合反应。终止过程为： R-)CH(CH-(CH- )CH(CH-CHH-catHR-)CH(CH-(CH- )CH(CH-CH-cat n32332n3232 向单体转移：Natta用红外光谱证明高聚物分子有不饱和端基存在，这也证实了单 体分子插入到Cat+R-的定向作用： cat-CH2-CH(CH3)-(-CH2-CH(CH3)-)n-R+CH2=CH(CH3) cat-CH2-CH2(CH3)+CH2=C(CH3)-(-CH2-CH(CH3)-)n-R 向氢转移：实际上，上述反应过程并不能是聚合真正终止，工业上为了调节高聚 物的分子量，常常在反应体系中加入 H2。 cat-CH2-CH(CH3)-(-CH2-CH（CH3)-)n-R+H2cat-H+CH3-CH(CH3)-(-CH2-CH(CH3)-)n-R 4）链终止： 配位聚合难终止，经过很长时间，也可能向分子链内的H转移而自身终止。高效 催化剂与高聚物分子通过叔碳原子
