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1、化工与材料工程学院毕业设计 5万吨/年乙丙橡胶装置聚合工段工艺设计50,000 tons/year ethylene-propylene rubber polymer devices section process design吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology摘要乙丙橡胶，统称乙丙弹性体，是仅次于丁苯橡胶和顺丁橡胶的第三大合成橡胶，是以乙烯、丙烯及乙叉降冰片烯(ENB)为单体共聚而成。目前占世界合成橡胶生产能力总量的10%左右。乙丙橡胶以其优异的性能具有广阔的应用领域。除了传统的汽车工业、防水建材、聚合物改性、油品添加剂、电线电缆、运动场
2、地及各类机械部件等应用领域外，乙丙橡胶还可涉猎于食品包装、抗微生物、绝热阻燃等弹性体制品领域。本次设计年产5万吨乙丙橡胶装置聚合工段的工艺设计,乙丙橡胶聚合反应采用溶液聚合工艺，使用的主催化剂为三氯氧钒，辅助催化剂为烷基铝，溶剂为己烷。在掌握生产原理、聚合方法、工艺流程等工作的基础上，进行了物料衡算、热量衡算、反应器等设备的相关计算；其中算得E0203己烷加热器的面积为40.27m2，换热器管长为6m，计算反应器R0201的公称直径为5658mm,高度为9053mm，确定了聚合加料泵的扬程为30.12m,以及该泵的轴功率7.5kw,V0201贮罐的总体积37 m3。并且绘制了反应器的管道布置图
3、、带控制点的流程图、编制了设计说明书等。关键词：乙丙橡胶 ；溶液聚合 ；工艺设计AbstractEPDM, generally called ethylene-propylene elastomer, and norbornene (ENB) as the monomer copolymerized with ethylene, propylene is the third major SR after SBR and BR. At present the production capacity of EPDM accounts for about 10% of the total produ
4、ction capacity of SR in the world. EPDM has wide range of application fields because of its excellent performance. Besides the traditional application fields such as auto industry, water-proof building materials, polymer modification, oil additives, electric wire and cable, athletic field and variou
5、s mechanical parts, EPDM can also be used in food packaging, antimicrobial, heat insulation and inflaming retarding, and other elastomer products. It is annual output of 50,000tons of ethylene-propylene rubber device polymerization Section process design, the polymerization of ethylene-propylene rub
6、ber by solution polymerization process, the catalyst used for the vanadium oxytrichloride, vanadium, auxiliary catalyst is alkyl aluminum, solvent hexane. material balance, heat balance, reaction of a device such as the calculation finished based on the production principle of aggregation methods, p
7、rocess and other work ;including area of the hexane heater named E0203 is 40.27 square meters, length of heat exchangers tube is 6 meters, the diameter of the reactor R0201 is 5.658meters, height is 9.053meters, determined the head of the polymer feed pump is 30.12meters, and the power of the pump i
8、s 7.5kw, he total volume of the V0201 is 37 stere. And draw a piping layout of the reactor, flow chart with control points, edit the design instruction and so on.Key Words：Ethylene-propylene rubber；solution polymerization; process design目录摘要IAbstractII第 1 章 设计说明书11.1 绪 论11.1.1 设计依据11.1.2 指导思想11.1.3
9、设计必要性11.1.4 车间布置21.1.5 厂址的选择21.2 生产方法及工艺设计21.2.1 生产方法的论证21.2.2 工艺流程41.2.3 开车注意事项51.2.4 工艺设备选择6本设计主要工艺设备如下表1-1所示：61.2.5 工艺控制条件71.2.6 生产控制条件71.2.7 公用工程规格81.3 技术经济评价11第 2 章 聚合工段工艺介绍122.1 聚合工段生产工艺示意图122.2 聚合工段工艺过程叙述12第 3 章 物料及热量衡算133.1 计算基础133.2 物料衡算及热量衡算143.2.1 加料量及去单体回收工段的量143.2.2 T0201物料及热量衡算153.2.3
10、T0202物料和热量衡算183.2.4 V0202物料衡算213.2.5 R0201物料及热量衡算23第 4 章 设备衡算274.1 R0201反应器274.1.1 计算依据274.1.2 计算反应器的公称直径及高度274.1.3 搅拌功率的计算274.2 E0205己烷加热器284.2.1 计算依据284.2.2 初选换热器284.3 聚合加料泵计算314.3.1 计算依据314.3.2 确定泵的扬程324.3.3 计算泵轴功率334.3.4 泵的选型334.4 V0201贮罐334.4.1 计算依据334.4.2 设计计算与选型33结 论34参 考 文 献35附 录36致谢39第 1 章
11、设计说明书1.1 绪 论1.1.1 设计依据本设计的依据主要包括：（1） 吉林化工学院毕业设计任务书。（2） 化工工艺手册等。（3） 化学工业部发布的化工工艺设计施工图内容和深度的统一规定。（4） 吉化公司104厂乙丙橡胶车间乙丙橡胶装置的操作法。1.1.2 指导思想本设计的指导思想主要包括：（1） 为了确保产品的质量，生产过程的安全，采用溶液聚合生产技术。（2） 生产过程采用机械化操作，自动控制。（3） 危险易燃易爆的场所，设计采用可靠的控制，报警消防设施。（4） 生产过程中产生的三废要经过处理之后再排放，以保证环保的要求。（5） 为了保证生产正常进行和操作人员的安全，厂房、车间、设备布置要
12、严格按土建标准。1.1.3 设计必要性乙丙橡胶是橡胶制品工业中一种极为重要的原材料。它是由乙烯、丙烯共聚而得的二元聚合物或由乙烯、丙烯和非共轭二烯烃单体共聚而得的三元共聚物的总称。由于EPR分子主链中不含双键，所以呈现出高度的化学稳定性。与天然橡胶、丁苯橡胶等其它通用橡胶相比，乙丙橡胶具有卓越的耐候性、耐臭氧性和耐热老化性,耐化学品性和电绝缘性，因而乙丙橡胶被誉为“无裂纹橡胶”；与硅橡胶、氟橡胶等特种橡胶相比，乙丙橡胶具有较好的物理机械性能和综合性能；此外，乙丙橡胶还具有相对密度小、高充油、高填充性及与多种高聚物有良好的相容性等优点。由于乙丙橡胶具有许多其它通用合成橡胶所不具备的优异性能，而且
13、单体价廉、易得，用途广泛，因此成为20世纪80年代以来世界几大合成橡胶品种中发展最快的一种，目前其产能和消费量仅次于丁苯橡胶和顺丁橡胶而居世界第3位。乙丙橡胶主要品种牌号有百余种。根据共聚单体来分，有二元乙丙橡胶( EPM) 和三元乙丙橡胶(EPDM)，其中EPDM 第三单体多为乙叉降冰片烯(ENB)、双环戊二烯(DCPD) 和1,4-2己二烯(1,4-2HD)；按生产工艺可分溶液法、悬浮法(简化悬浮法)和气相法。从采用的催化体系可分钒系、钛系、铝系和茂系,目前乙丙橡胶工业化产品仍以钒系、铝系和钛系为主。茂金属乙丙橡胶虽然研究进展较快,已进入工业化，但产品仍处在应用开发阶段。目前，世界乙丙橡胶
14、的生产能力总体过剩，但我国的生产能力和产量却不能满足国内实际生产的需求，每年都得大量进口，开发利用前景广阔。中国唯一乙丙橡胶生产厂商是中国石油吉林石化公司。2010年吉林石化新建成的2.5万吨/年的乙丙橡胶B线装置投入试生产，使中国乙丙橡胶产能增至4.5万吨/年，但市场供应量仅为1.93万吨，表观消费量23.4万吨，供需矛盾不断加剧。在巨大的市场缺口以及相应的潜在市场驱动下，中国乙丙橡胶投资热潮始终不减，一直是中国化工招商的热点项目之一。所以，现在新增1套50kt/a的乙丙橡胶装置已是当务之急。1.1.4 车间布置本设计车间设备布置，不但能够满足实际生产的需要，同时也考虑了设备的安装以及检修方
15、便，设备布置整齐有序，而且节约空地。设备的布置既要紧凑，又要满足生产工艺和安装要求。生产装置界区，在满足生产工艺和安全生产的基础之上，要尽可能的缩短装卸物料线。依照满足工艺条件的原则，首先确定主设备的位置，其他设备要尽可能围绕在主设备的四周，以便于操作、检修和配管。在厂房的四面，一楼到二楼都应该有楼梯和安全通道，车间内配有必要的放火防爆设施，同时还应该配有简单急救的设施。阀门、仪表等部件离地面的距离应该较近，以便于手工操作和检修。设备区和人行区等应该界区明确，工艺流程安全通畅。1.1.5 厂址的选择该车间应该建在吉林市江北的化工工业区。江北的化工工业区地处松花江畔，位于松花江的下游，水源充足，而且水质优良。这里是中国最早也是最大的化工生产基地，原料充足、便利。同时，紧邻铁路和公路，交通运输方便。该区附近有动力厂、电厂，所需动力供应方便，经济合理。该区附近有大量的空地，日后有扩建的空间。而且，该化工区地处吉林市的东北部，该地区的主导风向为西南风和西北风，所以对市区居民的生活以及附近的工农业的生产均无影响。下游的污水处理厂能将工业污水和生活污水有效的处理
