高分子材料与工程-聚乙烯聚丙烯装置生产实习报告

辽宁工业大学生产实习报告实习厂家：中石油辽阳石化分公司实习装置：聚乙烯/聚丙烯装置实习人姓名：田甜实习人所在学院：石油化工学院实习人专业班级：高分子材料与工程0501实习时间：2008年10月3日至31日实习教师鉴字：教研室主任鉴字：年月日1.实习厂（实习装置）概况PP装置简介本装置采用美国阿莫科（AMOCO）公司的专利技术，由意大利斯纳姆公司设计，以蒸汽裂解装置来的丙烯为原料，生产聚丙烯树脂，产品为带有添加剂的原色颗粒，装置设计运转时间为每年8000小时，原设计生产能力为35000吨，目前，装置经过改造，产量已达43500吨。本装置于1979年12月4日投产，设计可生产25种牌号产品，按其特点可分为三大类：塑料级、纤维级、薄膜级，装置共分六个工序：100#己烷、甲醇回收；200#聚合；300#精制和干燥；400#造粒；500#包装及催化剂、母料配制。工艺方法及技术特点1.用高空间定向性的三组分催化剂体系。2.聚合釜散热采用夹套和内盘管两种方式，反应热由循环冷却水带走。3.采用加入表面活性剂的水蒸气连续蒸馏法回收己烷，除去无归物。PE装置简介中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司高密度聚乙烯（以下简称HDPE）装置A线是1974年从西德Hoechst公司引进的，设计生产能力为3.5万吨/年HDPE树脂（粉末或颗粒），造粒机的生产能力为5吨/小时，设计运转时间每年为8000小时，乙烯单程转化率可达98%以上。B线是在原有西德Hoechst公司的工艺技术的基础上，基本按原装置模式新建的一条聚乙烯生产线，设计生产能力为3.5万吨/年HDPE粉末。装置以蒸汽裂解所产乙烯为主要原料，以丙烯为共聚单体，采用沸程在125—170℃的链烷烃作为溶剂，用载体化的齐格勒催化剂体系进行淤浆聚合，用氢气调节产品熔融指数，用丙烯调整产品密度。装置仪表自动化控制程度高，全部采用DCS操作，自动控制采用从美国HONEYWELL公司引进的TPS控制系统，催化剂的混合的输送工艺采用PLC程序控制操作，提高了操作精度和应变能力，提高了管理水平。在设备设计和选材方面，该装置大部分设备和管道均采用先进的防腐涂衬，节约了大量不锈钢。装置A线聚合工艺既可以进行并联聚合，也可以进行串联聚合，可生产共聚和均聚多种牌号粉末和颗粒产品树脂。粉末产品外观为白色；颗粒为乳白色，规格为φ3×3mm。高密度聚乙烯具有优良的绝缘性能，耐化学腐蚀、耐低温性能、有良好的热性能，质轻、易于成型加工为各种形状的塑料制品。共聚产品的特点是由于在高结晶度的HDPE大分子链上引入了丙烯，使其主链上增加了甲基支链或乙基支链，从而破坏了其规整性，降低了结晶度，使其物理性能发生了变化，具有了与HDPE均聚产品的许多特点。如刚性、脆性降低；透明性、柔软性提高，伸长率、冲击强度、耐环境应力开裂、流变性能和加工性能均比均聚产品有明显提高和改善。产品可按加工性能可分为：1.注塑产品：可加工成为工业用的各种法兰、阀门等小配件及民用生活中的小制作。2.吹塑产品：可加工成为工业用和民用的各种大、中、小空件及容器，也可大量加工为农用吹塑薄膜。3.挤塑产品：可加工成为工农业生产及民用的各种板管和单丝等。4.氯化聚乙烯专用料：作为生产氯化聚乙烯的原料。氯化聚乙烯（以下简称CPE）作为新型高分子化学材料，广泛应用于家电、计算机、化学建材、线材等领域。2.原料及产品指标PE中间控制指标和成品指标中控指标：活性铝浓度：在烷基铝催化剂体系中，将参加反应的烷基铝成为活性铝。取样部位为两线母液贮罐11210（11210X），单位mmol/L正常控制在3.6mmol/L左右。活性铝浓度高证明系统反应好，影响聚合反应的杂质少，消耗三乙基铝的用量少；活性铝浓度不宜过高，否则抑制聚合反应。蒽基钠值：溶剂稀释剂中含氧化物及其它极性物质干扰催化剂的聚合作用，甚至使其失效，干扰杂质的含量采用蒽基钠法测定，其数值称为蒽基钠值。取样部位稀释剂成品贮罐，单位mmol/L。系统影响聚合反应的杂质（如润滑油等内漏、水值高、影响催化剂活性的物质等）增加会导致系统溶剂中蒽基钠值上升，通常蒽基钠值控制在1.5mmol/L以下。水值：采用卡尔.费休法可测定大部分有机和无机固、液体化工产品中水分（游离水或结晶水）含量。本装置主要用来测定稀释剂中水含量，简称水值。取样部位稀释剂成品贮罐和14001冷却器处，单位mg/Kg。母液蜡含量：采用重量法，通过蒸发一定量的母液中的稀释剂，称重其残留的聚乙烯低聚物（蜡）重量，测定其蜡含量。取样部位为两线母液贮罐，单位%。母液中蜡含量高同时也会导致产品的蜡含量高。通常在保证产品密度合格的情况下，适当降低丙烯加入量以减少母液中蜡含量。固含量：采用重量法，通过真空干燥后的失重量测定聚乙烯粉末的挥发份。取样部位为螺旋脱水器，单位%。挥发份：采用重量法，通过真空干燥后的失重量测定聚乙烯粉末的挥发份。取样部位为振动筛，单位%。氧含量：A线在11504流化床一室底部排放点取样，B线在PIC5410调节阀后低点排放取样。进入各容器进行检修时都要进行氧含量分析。产品指标：熔融指数：熔体流动速率系指热塑性塑料在一定温度和负荷下，熔体每10min通过标准口模的重量。密度：在规定温度下单位体积物质的质量，单位为Kg/m3或g/cm3。筛分：此方法是使粉末样品通过一系列不同孔径的筛子，测量筛上的筛留物重量，而求得样品的粒度重量百分率分布。堆密度：本方法是在规定的试验条件下，测定单位体积的聚乙烯粉末或颗粒的重量，其堆密度数值可为树脂的包装或贮存所需的容积提供依据。催化剂的粒度对产品的堆密度有影响，与产品的牌号有关。产品蜡含量：在规定的条件下，在沸腾的正庚烷中取聚乙烯试样，从而求得蜡在试样中所占的百分数。鱼眼：聚乙烯树脂（粒料）在一定的加工条件下，制成薄膜试样，在投影仪上与标准孔径同时放大八倍，观察屏幕上形成的图像，测定“鱼眼”个数及大小。离心泵工作原理离心泵的主要工作件有叶轮、轴、螺旋形的泵壳、吸入口和排出口，动力来源于电动机。在启动前，先用被输送的液体将泵灌满。启动后，泵轴带动叶轮高速旋转，在离心力作用下，液体从叶轮中心被抛向叶轮外缘，在此过程液体获得能量，液体离开叶轮进入泵壳，由于液体的流道逐渐增宽，液体速度逐渐降低，便使其中部分能转变成静压能，于是液体以较高的压强压出导管。当液体从叶轮抛出时，叶轮进口的周围形成可低压区，而吸入液面处压强大于叶轮中心处的压强，在这个压强差的推动下，液体经吸入导管，连续不断地进入泵内，当叶轮不断旋转时，液体就源源不断地从叶轮中心吸入，并能以一定的压强连续不断地排出，输送到需要的地方，这就是离心泵的工作原理。3.工艺原理及流程3.1工艺原理PP聚合反应的简单原理笨装置采用TAC——184型催化剂体系进行聚合，是配位阴离子定向反应，丙烯聚合成均聚物的过程可用下式表示为：在己烷介质中，丙烯聚合成的聚丙烯有结晶的等规聚丙烯和无定型的无规聚丙烯，前者不溶于己烷，后者可在己烷中溶解，等规聚丙烯为设计产品。氢气能够对催化剂和生长的聚合物链进行加氢反应，从而使链增长终止，因此用氢气来控制聚合物的分子量。聚合物浆液用甲醇使其中的催化剂失活使聚合反应终止。PE工艺原理基本概念1.物质三种状态（气体、液体、固体）是物质的三种聚集状态。气体：起支配作用的是气体分子杂乱的热运动。液体：起支配作用的是分子间显著的相互作用。固体：分子的基本位置是固定在晶格上。2.离心机：利用离心分离的一种设备。离心力：物体在作圆周运动时运动方向改变时的惯性力。离心分离：利用离心力使悬浮液中固体与液体分离的一种方法。3.蒸馏：加热后使液体混合物分离为其他组分的方法。简单蒸馏：混合液体在蒸馏釜中逐渐部分汽化并不断的将生成的蒸汽溢移出，使组分部分分离。蒸汽蒸馏：用蒸汽直接加热，使组分互不相溶的混合液体的蒸馏。精馏：同时多次运用部分汽化和部分冷凝的一种方法使混合液体分离为其纯组分。4.干燥：凡是从固体物料中借热能使水分子汽化而用气体带走，除去水分。5.树脂：指未加有助剂的聚合物粉料、粒料等物料。装置的粉末产品一般称为氯化聚乙烯专用树脂。常用的高分子又称聚合物。一个大分子往往由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成。聚合物主要用作材料，由聚合物制成的塑料、橡胶、纤维称为三大合成材料。能够形成结构单元的小分子所组成的化合物称为单体，是合成聚合物的原料。如乙烯、丙烯。由低分子单体合成聚合物的反应称作聚合反应。由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物；由两种以上单体共聚而成的聚合物称作共聚物。分子式中n代表重复单元数，又称聚合度，聚合度是衡量高分子大小的一个指标。聚合物分子量是重复单元的分子量与聚合度的乘积。另外聚合度=链增长速度/链终止速度。聚合度小则分子量小，熔融指数高。聚合物主要用作材料，材料的基本要求是强度。聚合物的强度与分子量密切相关。高分子的分子量一般总在10000以上。低分子化合物有固定的分子量，但聚合物是分子量不同的同系物的混合物，分子量好似平均值，同时存在分子量分布的问题。根据统计方法的不同，有三种常用的平均分子量：数均分子量Mn（低分子量部分对数均分子量有较大的贡献）、重均分子量Mw（高分子部分对重均分子量有较大的贡献）、粘均分子量Mv。常用Mw/Mn的比值来表示分子量分布的宽度，该比值简称分布指数，比值越大，表明分布越宽。低分子部分将使聚合物强度降低，分子量过高的部分又使成型加工时塑化困难。不同的聚合物材料应有其合适的分子量分布。装置聚乙烯产品的分子量分布用S值表示。即I21.6/I5比值，I21.6表示21.6Kg砝码的熔融指数，I5表示5Kg砝码的熔融指数。催化剂反应原理催化剂是一种能够加快化学反应速度而其本身不参加反应的物质。本装置使用载体化的齐格勒催化剂，是西德Hoechst公司的专利。在常规齐格勒催化剂中，聚合的活性中心可能被深深地掩埋在颗粒中，因而大量的催化剂是无用的，其结果是催化剂的效率降低、产品的灰份增大，需要辅助加工来剔除那些失效的催化剂。如果将齐格勒催化剂放在载体表面上，即产生了晶体结构，大多数过渡金属可以作为聚合中心而发生作用。载体是催化剂活性物质的分散剂、粘合物或支持物。本装置所用催化剂载体是乙氧基镁Mg(OC2H5)2。使用载体有这样几个优点：1）增加催化剂的比表面积，分散及暴露活性中心，防止活性中心被包埋或相互结合而消活。2）载体与活性中心结合成化学键，可以提高活性。引进催化剂中毒（失活）的物质：活性氢、水、醇、乙炔、氧、一氧化碳、氮的氧化物、苯、二氧化碳即硫化物等极性物质可以使催化剂中毒。催化剂活性在聚合工艺中下降受CO，CO2，O2，H2O杂质影响。装置可配置THE和THB两种类型的催化剂。值得注意的是这种HDPE产品的分子量分布不仅由所用催化剂决定而且还决定于所选择的工艺过程。聚合反应原理聚合反应采用齐格勒型高效催化剂，催化剂耗量小，而单体转化率教高，聚合机理为配位阴离子聚合，聚合方法是悬浮聚合，溶剂采用125—170℃馏分的链烷烃稀释剂，在生产过程中约80%的稀释剂直接循环使用；用氢气做链转移剂来调节分子量，用共聚单体丙烯来调节密度。配位聚合：单体分子首先在活性中心的空位上配位，形成某种形式的络合物，随后单体分子相继插入过渡金属—烷基键中进行增长的聚合反应。所以又称络合聚合或插入聚合。工艺技术特点1.聚合技术采用稀释剂作为溶剂，保证在巨大的反应器内，最适宜的稳定状态工艺行为，同时稀释剂的主要部分直接循环，稀释剂从聚合物分离进入反应器不需作任何处理。这保证了未使用的助催化剂同样可返回到工艺，除了节省稀释剂处理费用外，可使工艺更经济。2.通过改变催化剂和控制工艺，可十分容易地控制摩尔质量分布在所需范围。通过加入氢气，可使平均摩尔质量在较宽范围内变化。加入少量合适的共聚单体可显著地影响聚合物的密度。总之，从这些简单的HDPE聚合基本原理，可以轻易地得到这些综合特性，从而定制出实际上所有应用领域所需的产品。3.最小量的高活性催化剂系统，可产生高于99.5%的乙烯单程转化率，这使像其他工艺所需要消耗大量能源的乙烯循环