年产11万吨聚丙烯合成工艺设计(13)

表4-5 丙烯汽化潜热

℃ Kcal/kg

50 2750

60 2350

76 1700

4.2 R200小环管的热量衡算

预聚生成PP：45.91kg 丙烯聚合热：2172.95kJ/kgPP 输入热量：

20℃的丙烯带入热量Q1 =CP*m*△t=3000*0.685*4.2*20=172620kJ PR的反应热Q2=2172.95*45.91=99760.135kJ 输出热量：

预聚物带走热量Q3= CP*m*△t=45.91*1.93*20=1772.126kJ

未反应丙烯带走热量Q4= CP*m*△t=(3000-45.91)*0.685*4.2*20=169978.339kJ

通过通冷却水移走聚合反应生成热，设备向外界环境散热的热量可忽略不计，则冷却水带走的热量为Q5： Q5=Q1+Q2-Q3

=45.91*0.685*4.2*20+2172.95*45.91-45.91*1.93*20 =2641.661+99760.135-1772.126 =100629.67kJ

夹套水进口温度范围是9.5～10.5℃,本设计取10℃，出口温度取15℃ 因为 Q=m*△t*C水 得 m水=Q5/（C水*△t） 所以 m水=100629.67/(4.2*5)=4791.889kg

液相本体法聚丙烯聚合釜夹套传热的总传热系数为：K=δ*e-0.809C K—总传热系数，ω/m2k

δ—丙烯转化率为零时的传热系数，ω/m2k C—丙烯转化率（C=45.91/3000=0.0153）

对于碳钢材质的聚合釜δ可取560～698ω/m2k，取δ=600ω/m2k 则K= 600*e（-0.809*0.0153）=592.619ω/m2k 传热方式：夹套式换热为主 反应温度：20℃→ 20℃ 冷却水 ： 10℃ →15℃

平均温差[i]△tm=（△t1-△t2）/㏑（△t1/△t2） 则△t={(20-10)-(20-15)} /㏑{(20-10)-(20-15)}=7.214℃ 1ω=3.6kJ/h

传热面积[10]A=Q/（K.△tm）

则A= A=Q5/（K.△tm）=(100629.67/3.6)/( 592.619*7.214)m=27952.686/4275.153=6.54m2

表4-6 R200热量衡算表

输入热量

热量名称

20℃的丙烯带入热量Q1

PR的反应热Q2 预聚物带走热量Q3

输出热量

未反应丙烯带走热量Q4 冷却水带走的热量为Q5

冷却水用量（kg） 夹套传热面积（㎡）

热量（kJ） 172620

272380.135

99760.135

1772.126 169978.339 100629.67

4791.889 6.54 272380.135 总量（kJ）

4.3 R201大环管反应器的热量衡算

生成PP：13818.25kg

氢气的进料温度为20℃，量为2.7546kg 进料：PP 45.91kg 丙烯：25124.09kg 出料：PP 13867.76kg 丙烯：11305.84kg 输入热量：

预聚物带入热量Q1=CP*m*△t=45.91*2.23*70=7166.551kJ

丙烯带入的热量Q2=CP*m*△t=25124.09*0.91*70*4.2=6721699.039kJ 氢气带入热量Q3= CP*m*△t=2.7546*3.408*4.2*50=1971.412kJ 反应生成热Q4=2172.95*13867.76=30133949.092kJ 输出热量：

聚合物带走热量Q5=13867.76 *2.23*70=2164757.336kJ 丙烯带走热量Q6=11305.84*0.91*70*4.2=3024764.434kJ

通过通冷却水移走聚合反应生成热设备向外界环境散热的热量可忽略不计，则冷却水带走的热量为Q7：

Q7=Q1+Q2+Q3+Q4-Q5-Q6=31675264.324kJ 冷却水进口温度为10 ℃，出口温度为30℃

冷却水用量m水=31675264.324/4.2*(30-10)= 377086.48kg 平均温差△t=[(70-10)-(70-30)]/In[(70-10)-(70-30)]=49.326℃

液相本体法聚丙烯聚合釜夹套传热的总传热系数为：K=δ*e-0.809C K—总传热系数，ω/m2k

δ—丙烯转化率为零时的传热系数，ω/m2k

C—丙烯转化率[C=（13867.76-45.91）/35525.08=0.389]

对于碳钢材质的聚合釜δ可取560～698ω/m2k，取δ=600ω/m2k 则K= 600*e（ -0.809*0.389）=438.004ω/m2k

换热面积；A= Q7/（K.△t）=(31675264.324/3.6)/( 49.326*438.004)= 407.253m2

表4-8 R201热量衡算表

热量名称 预聚物带入热量Q1 丙烯带入的热量Q2

输入热量

氢气带入热量Q3 反应生成热Q4 聚合物带走热量Q5

输出热量

丙烯带走热量Q6 冷却水带走热量Q7

夹套传热面积(㎡)

1971.412 30133949.092 2164757.336 3024764.434 31675264.324

407.253

36864786.094

热量（kJ） 7166.551 6721699.039

36864786.094 总量（kJ）

4.4 D301闪蒸罐的热量衡算

大闪线内液相丙烯汽化所需要热量为：

℃ Kcal/kg

表4-5 丙烯汽化潜热

50 2750

60 2350

76 1700

查《化工原理》得水蒸汽的比热容为 105℃ 1.84kJ/kgK 120℃ 1.89kJ/kgK Q=Mr=11305.84*1700*4.2=80723697.6kJ 水蒸汽进口温度为120℃，出口温度为105℃

蒸汽用量m=80723697.6 /[1.89*(120+273.15)-1.84*(105+273.15)]=1708166.907kJ

4.5 D501气蒸罐的热量衡算

℃ Kcal/(kg*℃)

表4-4 聚丙烯比热

20 1．93

70 2．23

80 2．246

105 2．526

PP进出料温度为80℃，出口温度为 100℃

PP吸收的热量Q=13853.735*2.526*100-13867.76*2.246*80=1007694.344kJ 水蒸汽出口温度为105℃ ，进口温度为120℃

则水蒸汽的用量为：m=Q/(c1t1-c2t2)= 1007694.344/47.25=21326.864 kg/h

4.6 D502干燥罐的热量衡算

PP进料温度为100℃，出口温度为80℃ 进入N2温度为110℃，出口温度为 80℃ 热N2带走水分415.612-2.77=412.842kg

13853.735kg PP粉带走水分13853.735*0.02%= 3.37kg 已知：

101.325Kpa下 80℃ P水汽=47.379Kpa 110℃ P水汽=143.31Kpa 则在0.01Kpa下 80℃ P水汽=4.676Kpa

110℃ P水汽=14.149Kpa

则在80℃N2的湿度A1=0.622* P水汽/（P- P水汽）=0.546水/kg干气 110℃ N2的湿度A2=0

所以氮气用量mN2=w/(A1-A2)= 415.612/0.546=761.194kg 输入热量：

湿PP粉带入热量Q1=13853.735*2.526*100+415.612*4.2*100=3674010.501kJ 热N2带入热量Q2=761.194*0.8*383=233229.842kJ 输出热量：

出料PP粉带走热量Q3=13853.735*2.246*80=2489239.105kJ 顶部湿N2带走热量Q4=Q1+Q2-Q3=1418001.238kJ

表4-9 D502热量衡算表

输入热量

热量名称 湿PP粉带入热量Q1 热N2带入热量Q2 PP粉带走热量Q3 湿N2带走热量Q4

N2用量（kg）

热量（kJ） 3674010.501 233229.842 2489239.105 1418001.238

761.194

总量（kJ） 3907240.343

输出热量 3907240.343

5 设备选型

本次设计的设备工艺计算是在确定了设备的操作工艺参数及进行了物料衡算、热量衡算的基础上进行的[13]。其内容主要是确定设备的类型、规格、主要工艺尺寸、设备台数等，其目的是为设备机械设计、车间平面布置、配管设计等提供设计依据。

5.1 R200小环管的选型

5.1.1 R200小环管的工艺参数

操作/设计温度：20℃ / -45℃～150℃（夹套 170℃ ） 操作/设计压力：3.4 / 4.7 Mpa 介质：丙烯、催化剂、聚丙烯 浆液浓度：420~430 kg(pp)/ m3 (SL)

5.1.2 主要作用

为丙烯和活化后的催化剂提供预聚合的场所，并使之在3.4Mpa，20℃的环境下停留一定时间。

5.1.3 选型

R200容积为0.44 m3，反应停留时间为4min，由能量衡算知需要的换热面积为6.54m2。 R200与R201基本类似， …… 此处隐藏：2720字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……