年产5万吨高密度聚乙烯聚合工段工艺设计

..摘要：本文的主要内容为生产高密度聚乙烯装置中的聚合阶段的工艺流程设计、工艺计算、物料和能量衡算及主要设备的计算。本工艺的聚合机理属于阴离子配位聚合。乙烯单体是具有π-π共轭体系的烯类单体，处于络合状态的铝钛活性中心，使乙烯单体双键上的电子云密度减少，从而打开乙烯双键，使乙烯单体不断在铝钛活性中心处聚合。目前，工业生产高密度聚乙烯的方法主要有液相法（又分为溶液法和淤浆法）和气相法（物料在反应器中的相态类型）。本设计选用的工艺是日本三井石化公司低压淤浆法生产高密度聚乙烯，该工艺以高纯度乙烯为主要原料,丙烯或1-丁烯为共聚单体,己烷为溶剂,采用高效催化剂,在72～85℃条件下进行低压聚合反应。聚合的淤浆经分离干燥,混炼造粒得到各种性能优良的HDPE产品。在聚合反应釜的计算中，首先由主要反应方程式和转化率确定物料质量，再由质量换算体积从而确定反应釜的容积。其次，根据反应类型、目的及物性特征确定反应釜的类型和冷凝器的类型。关键字：高密度聚乙烯催化剂工艺反应釜冷凝器..目录1.绪论...................................................................11.1聚乙烯概述..........................................................11.2高密度聚乙烯概述....................................................51.3聚乙烯发展现状......................................................81.4生产工艺研究新进展..................................................92.生产方案的确定........................................................132.1生产工艺的介绍.....................................................132.2生产工艺确定.......................................................223.生产流程简述.........................................................253.1流程简述...........................................................253.2工艺流程简图.......................................................274.工艺计算书...........................................................274.1物料衡算...........................................................284.2热量衡算...........................................................304.3第二釜顶冷凝器.....................................................325.主要设备的工艺计算及设备选型.........................................335.1第二釜式反应聚合釜(R-202).........................................345.2第二釜顶冷凝器.....................................................365.3主要装置设备一览表.................................................396.原材料、辅助原料的规格及消耗定额.....................................416.1主要原材料及辅助原料的规格.........................................426.2原材料、辅助原料的消耗定额.........................................457.产品后期处理.........................................................487.1杂志影响及消除.....................................................507.2包装与储运.........................................................517.3回收利用再生处理技术...............................................518.结论.................................................................52设计体会及收获..........................................................53参考文献................................................................54致谢....................................................................55..1.绪论1.1聚乙烯概述[1]1.1.1聚乙烯简介1.1.1.1聚乙烯基本概述聚乙烯英文名称为：polyethylene，简称PE，是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。其结构式CH2=CH2+CH2=CH2+······→—CH2—CH2—CH2—CH2······聚合压力大小：高压、中压、低压；聚合实施方法：淤浆法、溶液法、气相法；产品密度大小：高密度、中密度、低密度、线性低密度；产品分子量：低分子量、普通分子量、超高分子量。1.1.1.2聚乙烯种类LDPE：低密度聚乙烯、高压聚乙烯。高压聚乙烯的柔软性,伸长率,冲击强度和渗透性较好，一半以上用于薄膜制品，其次是管材、注射成型制品、电线包裹层等。LLDPE：线形低密度聚乙烯。MDPE：中密度聚乙烯、双峰树脂。HDPE：高密度聚乙烯、低压聚乙烯。低压聚乙烯的熔点,刚性,硬度和强度较高,吸水性小,有良好的电性能和耐辐射性，适于制作耐腐蚀零件和绝缘零件。UHMWPE：超高分子量聚乙烯。分子量达到3000000～6000000的线性聚乙烯称为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。超高分子量聚乙烯性能优异，冲击强度非常高，耐疲劳,耐磨，适于制作减震,耐磨及传动零件，工程塑料，也可以用来做防弹衣。改性聚乙烯：CPE、交联聚乙烯（PEX）。1.1.2聚乙烯的性能1.1.2.1物理性能聚乙烯无臭，无毒,手感似蜡,为白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻，无毒，闪点231℃，具有优越的介电性能。比重为0.94～0.96g/cm3,成型收缩率为1.5～3.6%成型温度为140～220℃。它具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70～-100℃),聚乙烯吸水性小,电绝缘性能优良，但对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差。透水率低，对有机蒸汽透过率较大。聚乙烯的透明度随结..晶度增加而下降在一定结晶度下，透明度随分子量增大而提高。常温下不溶于任何已知溶剂中，70℃以上可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三率乙烯等溶剂中。1.1.2.2化学性能聚乙烯有优异的化学稳定性，化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸),室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢氧化钾等各种化学物质，硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的破坏作用。聚乙烯容易光氧化、热氧化、臭氧分解，在紫外线作用下容易发生降解，碳黑对聚乙烯有优异的光屏蔽作用。受辐射后可发生交联、断链、形成不饱和基团等反映。1.1.2.3成型特性聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度。采用不同的生产方法可得不同密度(0.91～0.96g/cm3）的产物。聚乙烯可用一般热塑性塑料的成型方法加工。用途十分广泛，主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。聚乙烯的成型特性为：1.结晶料,吸湿小,不须充分干燥,流动性极好流动性对压力敏感,成型时宜用高压注射,料温均匀,填充速度快,保压充分.不宜用直接浇口,以防收缩不均,内应力增大.注意选择浇口位置,防止产生缩孔和变形.2.收缩范围和收缩值大,方向性明显,易变形翘曲.冷却速度宜慢,模具设冷料穴,并有冷却系统.3.加热时间不宜过长,否则会发生分解.4.软质塑件有较浅的侧凹槽时,可强行脱模.5.可能发生融体破裂,不宜与有机溶剂接触,以防开裂1.1.3生产方法[1]主要方法为：液相法（又分为溶液法和淤浆法）和气相法（物料在反应器中的相态类型）。我国主要采用齐格勒催化剂的淤浆法。另外也可分为高压法、低压法、中压法三种。高压法用来生产低密度聚乙烯，这种方法开发得早，用此法生产的聚乙烯至今约占聚乙烯总产量的2/3,但随着生产技术和催化剂的发展，其增长速度已大大落后于低压法。..低压法就其实施方法来说，有淤浆法、溶液法和气相法。淤浆法主要用于生产高密度聚乙烯，而溶液法和气相法不仅可以生产高密度聚乙烯，还可通过加共聚单体，生产中、低密度聚乙烯，也称为线型低密度聚乙烯。近年来，各种低压法工艺发展很快。中压法仅菲利浦公司至今仍在采用，生产的主要是高密度聚乙烯。1.1.4聚乙烯技术[2]聚乙烯(PE)是合成树脂中产量最大的品种，由于性能优异而广泛应用于工业、农业及日常生活用品等领域。随着我国国民经济的持续快速发展，对PE产品的数量和牌号等不断提出新的要求。乙烯技术的进步和生产能力的快速提升，为PE生产能力的快速增长提供了充足的原料保证。近年来，我国PE生产能力一直以令人瞩目的速度持续发展。目前，国内已拥有PE生产装置41套，拟建和在建装置12套，其中，气相法PE工艺占主导地位。2007年，我国PE生产能力为7.21Mt/a，装置开工率达90%。预计，2011年我国PE生产能力将达13.09Mt/a，装置开工率为78%。2006年，我国进口PE5.136Mt，占国内需求总量的46.8%，PE进口量居五大通用塑料之首。1.1.4.1催化剂技术PE技术的快速发展在很大程度上得益于催化剂性能的不断改进和提高，催化剂对聚合物的微观和宏观结构都有重要的影响，直接决定了产品的性质和应用。PE催化剂发展至今，已经形成Ziegler-Natta催化剂(简称Z-N催化剂)、铬系催化剂、茂金属催化剂等多种催化剂共同发展的格局。我国从20世纪60年代初开始聚烯烃催化剂的研究和开发，在Z-N催化剂的国产化方面取得了很大的进地中国石油化工股份有限公司(简称中国石化)北京化工研究院和上海化工研究院(分别简称北化院和上化院)分别开发了适用于气相法PE生产工艺的固体催化剂BCG、SLC-G系列和淤浆进料催化剂BCS、SLC-S系列，并先后在多套PE装置上得到应用。我国茂金属催化剂的开发始于20世纪90年代初，石科院和北化院共同研究制备的APE-1茂金属催化剂已经进行了釜式淤浆法工艺、环管淤浆法工艺及气相流化床工艺中试试验，并进行了气相流化床工艺装置的工业应用试验。铬系催化剂、非茂金属催化剂和复合催化剂领域的研究和开发工作也取得了很大的进步，上化院开发的SCG-3/4/5铬系催化剂，可应用于UnipolPE生产工艺，生产中等相对分子质量分布和宽相对分子质量分布的LLDPE及HDPE树脂，催化剂性能稳定，可以完全取代同类进口催化剂。..1.1.4.2工艺技术PE的生