年产5万吨乙丙橡胶装置聚合工段的工艺设计毕业设计Word文档格式.docx
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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37m3。
并且绘制了反应器的管道布置图、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
Abstract
EPDM,generallycalledethylene-propyleneelastomer,andnorbornene(ENB)asthemonomercopolymerizedwithethylene,propyleneisthethirdmajorSRafterSBRandBR.AtpresenttheproductioncapacityofEPDMaccountsforabout10%ofthetotalproductioncapacityofSRintheworld.EPDMhaswiderangeofapplicationfieldsbecauseofitsexcellentperformance.Besidesthetraditionalapplicationfieldssuchasautoindustry,water-proofbuildingmaterials,polymermodification,oiladditives,electricwireandcable,athleticfieldandvariousmechanicalparts,EPDMcanalsobeusedinfoodpackaging,antimicrobial,heatinsulationandinflamingretarding,andotherelastomerproducts.Itisannualoutputof50,000tonsofethylene-propylenerubberdevicepolymerizationSectionprocessdesign,thepolymerizationofethylene-propylenerubberbysolutionpolymerizationprocess,thecatalystusedforthevanadiumoxytrichloride,vanadium,auxiliarycatalystisalkylaluminum,solventhexane.materialbalance,heatbalance,reactionofadevicesuchasthecalculationfinishedbasedontheproductionprincipleofaggregationmethods,processandotherwork;
includingareaofthehexaneheaternamedE0203is40.27squaremeters,lengthofheatexchangerstubeis6meters,thediameterofthereactorR0201is5.658meters,heightis9.053meters,determinedtheheadofthepolymerfeedpumpis30.12meters,andthepowerofthepumpis7.5kw,hetotalvolumeoftheV0201is37stere.Anddrawapipinglayoutofthereactor,flowchartwithcontrolpoints,editthedesigninstructionandsoon.
KeyWords:
Ethylene-propylenerubber;
solutionpolymerization;
processdesign
目 录
第1章设计说明书
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,不会对松花江造成污染。
所以,在该处建厂,为最佳的位置。
1.2生产方法及工艺设计
1.2.1生产方法的论证
目前,乙丙橡胶的工业化生产工艺主要有三种:
溶液聚合法、悬浮聚合法和气相聚合法。
其中溶液聚合工艺是当今世界上乙丙橡胶生产的主导工艺,采用此工艺的装置能力约占世界乙丙橡胶总生产能力的77.2%,悬浮聚合法约占11.4%,气相法约占11.4%。
(1)溶液聚合工艺
溶液聚合工艺的主要优点有:
投资低,工艺最佳化。
反应器的优化设计可满足反应物料混合的要求,能准确控制聚合反应工艺参数和产品质量,聚合物胶液浓度高而循环溶剂量少,聚合釜体积小但生产强度高,原料和循环单体不需要精制,催化剂效率高,三废中钒含量低,生产弹性大;
生产操作费用低,装置年操作时间长,原料和催化剂的消耗低,采用先进控制系统对生产进行控制,技术比较成熟,操作稳定,是工业生产的主要方法;
产品质量具有极强的竞争力。
工艺灵活性大,产品牌号切换灵活,切换废品量少,产品特性能够按照用户要求进行调整,产品牌号多,门尼值可在20~160宽范围内调节,应用范围广泛,产品中催化剂残渣含量低,灰分含量较少,生产中次品少,质量稳定,重复性好,综合性能好,产品规格指标变化幅度窄和产品加工性能优异。
不足之处是由于聚合在溶剂中进行,传质传热受到一定的限制,聚合物质量分数一般控制在6%~9%,最高仅达11%~14%,聚合效率低;
由于使用溶剂,需要将其回收精制;
后处理时需要从产品中脱出催化剂残渣;
生产流程长,设备多,装置固定投资及操作成本较高。
(2)悬浮聚合工艺
悬浮聚合法生产工艺的特点是生成的聚合物不溶于反应介质丙烯,体系黏度较低,转化率比较高,聚合物的质量分数高达30%~35%,因而同样的设备生产能力却是溶液法的4~5倍;
无溶剂回收精制和凝聚等工序,工艺流程简化,基建投资少;
可生产相对分子质量较高的产品品种,产品成本比溶液法低。
不足之处是由于不用溶剂,残留催化剂分离比较困难,产品品种牌号少,质量均匀性较差,灰分含量较高,其用途有一定的局限性,主要用于聚烯烃改性;
聚合物为不溶于液态丙烯的悬浮粒子,使其保持悬浮状态较困难,尤其当聚合物浓度较高和出现少量凝胶时,反应釜易于挂胶,甚至
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