年產(chǎn)20萬噸乙丙橡膠裝置聚合工段工藝設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 回反應(yīng)器。從反應(yīng)器排出的乙丙橡膠粉末經(jīng)脫氣降壓后進(jìn)入凈化塔，用氮氣脫除殘留烴類。來自凈化塔頂部的氣體經(jīng)冷凝回收ENB 后用泵送回流化床反應(yīng)器。生成的微粒狀產(chǎn)品進(jìn)入包裝工序。 氣相法的優(yōu)點是工藝流程簡單，僅三道工序；不需要溶劑或稀釋劑，無需溶劑回收和精制工序；幾乎無三廢排放，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)；投資最低。 氣相聚合的缺點是其產(chǎn)品通用性差，所有的產(chǎn)品皆為黑色，這是由于為避免聚合物過粘，采用碳黑作為流態(tài)化助劑之故；存在著廣泛推廣的局限性。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 乙丙橡膠的基 本性能 乙丙橡膠的密度是較低的一種橡膠，其密度為 。加之可大量充油和加入填充劑，因而可降低橡膠制品的成本，并且對高門尼值得乙丙橡膠來說，高填充后物理機械性能降低幅度不大。 乙丙橡膠有優(yōu)異的耐天候、耐臭氧、耐熱、耐酸堿、耐水蒸氣、顏色穩(wěn)定性、電性能、充油性急常溫流動性。乙丙橡膠制品在 120℃下可長期使用，在 150～200℃下可短暫或間歇使用。加入適宜防老劑可提高其使用溫度。 由于乙丙橡膠缺乏極性，不飽和度低，因而對各種極性化學(xué)品如醇、酸、堿、鹽化劑、制 冷劑、洗滌劑、動植物油、酮和脂等均有較好的抗耐性；但在脂屬和芳屬溶劑及礦物油中穩(wěn)定性較差在濃酸長期作用下性能也要下降。 乙丙橡膠有優(yōu)異的耐水蒸氣性能并優(yōu)于其耐熱性。在 230℃過熱蒸氣中，近100h 后外觀無變化。而氟橡膠、硅橡膠、氟硅橡膠、丁基橡膠、丁腈橡膠、天然橡膠在同樣條件下，經(jīng)歷較短時間外觀發(fā)生明顯劣化現(xiàn)象。 乙丙橡膠耐過熱水性能亦較好，但與所用劉華系統(tǒng)密切相關(guān)。以二硫代二嗎啡啉、 TMTD 為硫化系統(tǒng)得乙丙橡膠，在 125℃過熱水中浸泡 15 個月后，力學(xué)性能變化甚小，體積膨 脹率僅 %。 乙丙橡膠具有優(yōu)異的電絕緣性能和耐電暈性，電性能優(yōu)于或接近丁苯橡膠、氯磺化聚乙烯、聚乙烯和交聯(lián)聚乙烯。 由于乙丙橡膠分子結(jié)構(gòu)中無極性取代基，分子內(nèi)聚能低，分子鏈可在較寬范圍內(nèi)保持柔順性，僅次于天然橡膠和順丁橡膠，并在低溫下仍能保持。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 第 3 章 橡膠聚合車間工藝流程 本崗位管理范圍及任務(wù) 本崗位的管理范圍及任務(wù)是： (1) 接收由原料與催化劑制備工段送來的原料、催化劑及第三單體 ENB。 (2) 從界區(qū)外接收原料并進(jìn)行流量控制。 (3) 將反應(yīng)條件控制在工藝指標(biāo)以 內(nèi)，實現(xiàn)聚合反應(yīng)，生產(chǎn)出合格的聚合物溶液。 (4) 將未反應(yīng)的單體進(jìn)行閃蒸、吸收和壓縮后重新使用。 (5) 利用單體和溶劑的顯熱和潛熱去除聚合反應(yīng)熱。 (6) 將合格的聚合溶液送到失活與洗滌工段進(jìn)行催化劑的失活和洗滌。 生產(chǎn)原理和工藝流程 乙丙橡膠聚合反應(yīng)采用溶液聚合工藝，溶劑為正己烷。 乙烯、丙烯和二烯烴在齊格勒 — 納塔型催化劑的作用下，按配位聚合機理進(jìn)行共聚合反應(yīng)。 氫作為鏈轉(zhuǎn)移劑、調(diào)節(jié)分子量并使反應(yīng)終止。 生成大分子是由乙烯、丙烯和二烯烴組成的無規(guī)共聚物，即三元乙丙橡膠，如 不加入二烯烴，生成物即為二元乙丙橡膠。 使用的主催化劑為三氯氧釩，輔助催化劑為倍半鹵化烷基鋁。 三氯氧釩與烷基鋁首先進(jìn)行反應(yīng)生成活性中心，由活性中心引發(fā)單體進(jìn)行聚合反應(yīng)，該活性中心是由釩、鋁化合物組成的絡(luò)合物，可溶于己烷中。 和催化劑反應(yīng)時，乙烯的活性最高，接下來依次是丙烯和二烯烴。乙烯、丙烯、雙環(huán)戊二烯的單體 競 取率接近 48:8:1。 鏈增長反應(yīng)完成后，加入分子量調(diào)節(jié)劑氫氣，使聚合反應(yīng)終止。 聚合反應(yīng)溫度 35~55℃ 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 聚合反應(yīng)壓力 聚合反應(yīng)完成后，將聚合物溶液送往下一工段進(jìn)行殘留催化劑的失活 和脫除，未反應(yīng)的單體，經(jīng)閃蒸和己烷吸收后重又開始使用。 本聚合反應(yīng)為己烷作溶劑的溶液法聚合。 下表列出了典型牌號的聚合條件 ： 表 31 典型牌號聚合條件表 項目 EPT EPR 單體 第三組分（二烯烴） 主催化劑 助催化劑 壓力（ MPa） 溫度（ ℃ ） 聚合物濃度（ g/LS） C”2， C”3 ENB DCPD C”2， C”3 —— VX AM 55 4560 VX AQ V AQ+AM 3550 40100 、催化劑和溶劑 乙 烯由界區(qū)外通過管道送入裝置，由 PRC0201 控制壓力為 1200KPa，用FRC0203 控制流量后送入乙烯氣集管。丙烯由界區(qū)外由管道送入裝置，用FRC0202 控制流量后送入乙烯氣集管。氫氣由界區(qū)外由管道送入裝置，用 C0201（氫氣壓縮機）進(jìn)行壓縮，用 PRC0202 控制 C0201 的出口壓力為 1200KPa，并用 FRC0201 控制流量后送入乙烯氣集管。 通過調(diào)節(jié)計量泵 P0102， P0103， P0104 的沖程，將所需的助催化劑和第三單體按規(guī)定的比例送入反應(yīng)釜 R0201 中。聚合使用正己烷做溶劑，開車時，通過 FI0201 將 LPHX 送入 R0201 中。當(dāng)生產(chǎn) EPR 時，根據(jù)二烯烴單體的種類，用P0111 或 P0112 將之送入 R0201。 當(dāng)原料、催化劑、溶劑在 R0201 中經(jīng)充分?jǐn)嚢韬螅?P0101 將主催化劑 V（ VX） Cat 送入 R0201 中，并用 FI0201 的 HPHX 以 （ VX）Cat 進(jìn)行稀釋，用 E0205 來的 RHX 提供聚合反應(yīng)發(fā)生所需要的熱量，聚合反應(yīng)吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 開始連續(xù)進(jìn)行。 當(dāng) R0201 釜中的聚合物溶液符合控制指標(biāo)時，將聚合液由溢流管線送入V0202（溢流釜）中。通常將 V0202 的液位 LRC0202 設(shè)定在 40%。 V0202 中的聚合物溶液由聚合流加料泵 P0202 送到 T0201（單體回收塔）中部，為便于 P0202 泵的輸送，防止聚合物的粘附，通過 FI0202，以 500kg/h 的流量用 HPHX 對 P0202 泵進(jìn)行沖洗。 R0201 的操作壓力是 ；操作溫度是 35～ 55℃。 根據(jù) V0202 的液位 LRC0202 控制進(jìn)入 T0201 種的聚合溶液的量，在 T201塔中，未反應(yīng)的單體經(jīng)閃蒸而從塔的頂部進(jìn)入 T0202（單體吸收塔）中，為防止閃蒸氣體中夾帶有聚合物膠粒，在 T0201 塔的頂部通過 FRC0209 以 2t/h 流量的LPHX 進(jìn)行噴淋，使夾帶的膠粒重又回到塔底。 T0201 塔的操作條件是：頂部溫度 ℃～ ℃，底部溫度 ℃～ ℃，操作壓力 。 來自 E0706 的 HX 經(jīng) PRC0205 控制壓力為 500KPa 后，進(jìn)入 E0205A（己烷加熱器），用 PRC0205 控制 7S 的壓力為 600KPa、 E0203B（己烷蒸發(fā)器）使己烷汽化，通過 TRC0202 控制蒸汽流量以使己烷蒸汽的溫度為 105℃（ EPR）和160℃（ EPR）汽化后的己烷進(jìn)入 T0201 底部，作為單體閃 蒸的熱源。 T0201 塔底的聚合物溶液，進(jìn)入 Z0201（過濾器），使凝膠等雜志得以過濾，過濾后的聚合物溶液，根據(jù) T0201 的液位（ LRC0203 設(shè)定為 50%）控制 P0203（聚合物進(jìn)料泵）出口閥 LRC0203 的開度，將聚合物溶液送入 V0301（失活器）中，（當(dāng) LRC0203 兩側(cè)的壓差 PDR0203 被啟動，說明使用的 Z0201 過濾器堵塞，需要重新更換）。 從 T0201 頂部閃蒸出來的未反應(yīng)單體進(jìn)入 T0202（單體吸收塔）頂部，在T0202 塔的頂部同樣加入了 LPHX，以 FRC0209 控制其流量，對反應(yīng)得單體進(jìn)行 吸收，為了提高 LPHX 中吸收的未反應(yīng)單體數(shù)量使用 250t/h 流量的 CCW，對經(jīng)過 T0202 塔上部的閃蒸氣體進(jìn)行冷卻，之后在 T0202 塔的下部再用 ABR（流量通過 TRC0204 控制）對閃蒸氣體冷凝。在 T0202 塔的底部，吸收了大量未反應(yīng)單體的己烷，用泵 P0204（己烷循環(huán)泵），經(jīng) E0206（循環(huán)己烷加熱器，僅開車時用，且出口溫度 TRC0203 不宜超過 60℃），送往 R0201 的底部，其流量由吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 T0202 的液位控制，通常 T0202 的液位 LRC0204 設(shè)定為 30%，另有一部分循環(huán)己烷則與由 P0206 來的含有微量水的己 烷一起從 R0201 頂部流入，其作用有兩個： 一個作用是 消泡； 另一個作用是 利用己烷中含有的微量水分殺死 R0201 揮發(fā)出來氣體中含有的催化劑，避免可能發(fā)生的對反應(yīng)熱去除系統(tǒng)的影響。 在 T0202 塔底部未被 HX 吸收的未反應(yīng)單體進(jìn)入 V0204（入口緩沖罐），經(jīng)C0202（循環(huán)氣體壓縮機）的兩端壓縮后進(jìn)入 V0206（出口緩沖罐），壓縮氣體經(jīng) PRC0206 調(diào)節(jié)壓力為 700KPa 左右后送 E0202（頂部冷凝器），循環(huán)進(jìn)入 R0201中。 通過 T0202 頂部的壓力表 PRC0204 來檢測 T0202 塔的壓力，當(dāng) PRC0204的壓力 超過 200KPa 時，通過閥 PRCSV0201B 向 FLA 泄壓，當(dāng) PRC0204 的壓力低于 125KPa 時，通過閥 PRCSV0201A 向 T0202 塔補壓以保證未被吸收的氣體能夠進(jìn)入 V0203 罐中。 聚合反應(yīng)熱通過循環(huán)氣體和己烷蒸汽的顯熱和潛熱得以去除。來自 V0204和 R0201 的循環(huán)氣體，經(jīng) E0201（高位冷卻器、冷卻介質(zhì) CCW）和 E0202（高位冷凝器、冷凝介質(zhì) ABR）的冷卻和冷凝后，進(jìn)入 V0201（頂部累積器），經(jīng)冷卻和冷凝后的循環(huán)氣體溫度大大下降，而有一部分液化，在 V0201 中的冷凝液體經(jīng) 過濾后進(jìn)入 P0201（冷凝液循環(huán)泵），通過 FRC0206 將流量控制在 3t/h 把冷凝液送入反應(yīng)釜 R0201 中。 V0201 的液位 LRC0201 通常設(shè)定在 30%，一旦超高，就啟動閥門，加大送往 R0201 的冷凝液體量。 V0201 中的不凝氣體，使用 C0202（循環(huán)氣體鼓風(fēng)機）循環(huán)送入 R0201 種，其流量通過 FRC0201 來控制。如果 R0201 的聚合壓力超高，就啟動 PRCSV0202閥將不凝氣體送往火炬系統(tǒng)燒掉以維持聚合壓力的穩(wěn)定。通過將氣體冷卻，冷凝又循環(huán)送入反應(yīng)釜的方法去除了聚合反應(yīng)熱。聚合溫度 TRC0201 就是 通過控制循環(huán)氣體的流量閥 TRCV0203B 和冷凍鹽水閥 TRCV0203A 的開度來實現(xiàn)的。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 產(chǎn)品規(guī)格、原料及公用工程條件 產(chǎn)品規(guī)格 本設(shè)計的項目產(chǎn)品為乙丙橡膠，牌號為 J4045，屬于 ENB 型非充油性三元乙丙橡膠，年產(chǎn)量為 20xx0 噸。鑒于國家規(guī)定的產(chǎn)品規(guī)格，考慮到用戶的要求和經(jīng)濟(jì)衡算，其產(chǎn)品指標(biāo)如表 11 所示： 表 32 產(chǎn)品指標(biāo)一覽表 牌 號 Ｊ－４０４５ 指標(biāo)名稱 外 觀 白色 門尼黏度（ 100C1+4ML? ） 40～ 50 乙烯結(jié) 合量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） /% 56 碘 值 22 二烯烴（ ENB）結(jié)合量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） /% ～ 相 對 密 度 揮發(fā)份（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） /% ＜ 釩含量 /179。 106 ＜ 15 灰分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） /% ＜ 特 性 硫化極快，擠出性良好 生產(chǎn)方式及規(guī)模 根據(jù)實際經(jīng)濟(jì)分析，對工廠的實際生產(chǎn)作如下選擇： 操作方式：連續(xù)操作 產(chǎn)品名稱：乙丙橡膠 年生產(chǎn)量： 20xx0 噸 /年 年工作日： 7200 小時 生產(chǎn)量： 噸 /時 年生 產(chǎn)天數(shù)： 300 天 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 原料 本設(shè)計所生產(chǎn)的產(chǎn)品 Ｊ 4050 乙丙橡膠聚合工段所需要的 主物料和所需要的其它 原料及其規(guī)格如下： 表 33 乙烯規(guī)格一覽表 項 目 規(guī) 格 項 目 規(guī) 格 乙烯含量 ≥ % 雜質(zhì) 甲烷乙烷丙烷丙烯等 ≤ % 乙炔 ≤ 5volppm CO ≤ CO2 ≤ 5volppm H2 ≤ 10volppm O2 ≤ 5volppm 水 ≤ 5volppm 總羰基物（以甲 乙酮計） ≤ 1volppm 總硫（以 S 計） ≤ 1ppm COS ≤ 2．丙烯 表 34 丙烯規(guī)格一覽表 項 目 規(guī) 格 項 目 規(guī) 格 丙烯含量 ≥ % 雜質(zhì) 甲烷乙烷丙烷 N2等 ≤ % 乙烯 ≤ 100volppm 1， 3丁二烯 ≤ 5volppm 乙烷和丁烯 ≤ 10volppm 乙炔 ≤ 5volppm 丙二烯 ≤ 10volppm 甲基乙炔 ≤ 5volppm CO ≤ 1volppm CO2 ≤ 5volppm O2 ≤ 5volppm H2 ≤ 10volppm 水 ≤ 5volppm 總硫 ≤ 10volppm COS ≤ 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 14 3．氫氣 表 35 氫氣規(guī)格一覽表 項 目 規(guī) 格 項 目 規(guī) 格 H2 ≥ 98wt%