年产30万吨的线性低密度聚乙烯工厂设计.docx
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1、设计(论文)题目: 年产30万吨的线性低密度聚乙烯工厂设计 设计总说明 设计题目:年产30万吨线性低密度聚乙烯工厂设计线性低密度聚乙烯即LLDPE,因为它拥有高密度聚乙烯(HDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)两者的性质,所以其能够在许多领域代替HDPE和LDPE广泛应用于生产生活。在用LLDPE进行生产薄膜时,当薄膜的强度相同时,膜的厚度通常更薄一些,综合性能也比LDPE更好一些。所以近年来世界上对LLDPE的需求量年年都有大幅度的增长。目前世界上关于LLDPE的生产方法主要有气相法、溶液法以及淤浆法三种。其中淤浆法世界上很少采用。气相法中有两种工艺:Unipol工艺和BP公司工艺,溶液法有S
2、clairtech工艺。我们本次设计采用UCC公司的Unipol气相法,该方法相比于其他方法,生产成本较低,且操作灵活安全。本设计从各生产原则及生产依据,生产工艺的选择与流程的设计,物料以及能量的衡算,生产设备的选型,工厂布置的设计,环境保护与生产安全等方面对年产30万吨线性低密度聚乙烯进行了全面详细的论述,得出每年生产30万吨的线型低密度聚乙烯是可行的,关键词:线性低密度聚乙烯;Unipol工艺;工厂设计General design description Design Title: factory design of linear low density polyethylene with
3、 annual output of 300000 tons Linear low density polyethylene (LLDPE) is widely used in production and life in many fields because it has the properties of high density polyethylene (HDPE) and low density polyethylene (LDPE). When LLDPE is used to produce films, when the strength of the films is the
4、 same, the thickness of the films is usually thinner and the comprehensive properties are better than LDPE. So in recent years, the demand for LLDPE in the world has increased greatly every year. At present, there are four production methods of LLDPE in the world, including gas phase method, solutio
5、n method and slurry method . The slurry method It is rarely used in the world. There are two processes in gas phase method: Unipol process and BP company process, and solution method has sclairtech process. In this design, Unipol low pressure gas phase method of UCC company is adopted. Compared with
6、 other methods, the production cost is low and the operation is flexible and safe. This design discusses the production principle and production basis, production process selection and process design, material and energy balance, production equipment selection, factory layout design, environmental p
7、rotection and production safety, etc. in detail, and concludes that it is feasible to produce 300000 tons of linear low density polyethylene every year. Keywords: linear low density polyethylene; Unipol process; Factory design目录1绪论71.1聚乙烯简介71.1.1聚乙烯基本概述71.1.2聚乙烯种类及其用途71.2线性低密度聚乙烯的简介81.2.1结构特征8 1.2.2
8、应用81.2.3 LLDPE的发展历史91.2.4国内外LLDPE发展形势92生产工艺流程设计92.1生产原理92.1.1合成原理10图2-1 反应方程式102.1.2生产工艺102.2 Unipol工艺102.2.1原料的供应与精制112.2.2乙烯精制112.2.3催化剂的制备和储存112.2.4反应系统112.2.5树脂脱气和排放气回收112.2.6添加剂的加入系统122.2.7造粒系统122.3 Unipol工艺催化剂122.3.1甲硅烷基铬催化剂122.3.2二茂铬122.3.3 Cr-Ti-F催化剂122.3.4 Ti-Mg-THF-TEA催化剂132.4原料132.4.1主要生产
9、原料以及参数指标132.4.2主要生产原料的性质142.5工艺流程142.5.1工艺流程图142.5.2工艺流程简述153工艺计算153.1物料衡算153.1.1计算条件与数据整理153.1.2 原料规格及用量163.1.3 聚合阶段物料衡算16(1)进料量计算16(2) 出料量计算163.2 热量衡算16Q放=1831.501893500=1.7125107KJ/h173.2.1进料热量17乙烯: 进料温度 45 CP=1.713KJ Kg-1k-1173.2.2出料热量173.2.3丁烯-1汽化显热183.2.4冷却水吸收184设备的选型和设计计算184.1流化床各速度的计算184.1.1
10、最小流化速度计算184.1.2颗粒的带出速度Ut194.1.3流化床操作气速204.2床径的确定204.2.1密相段直径的确定204.2.2稀相段直径的确定204.3流化床床高204.4床层的压降214.5流化床壁厚214.6椭圆封头214.7裙座224.8水压试验及其强度校核224.9气体分布器224.9.1分布板开孔率224.9.2分布板压降224.9.3锥帽的排列及布置224.10换热器234.10.1定义234.10.2沉浸式蛇管换热器234.10.3喷淋式蛇管换热器234.11本章小结235厂区选址241绪论1.1聚乙烯简介1.1.1聚乙烯基本概述聚乙烯英文名称为:polyethyl
11、ene ,简称PE,是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。其结构式n(CH2=CH2)-CH2-CH2n-聚乙烯的分类可按其聚合压力、聚合方法、产物密度和产品分子质量进行分类:按聚合压力大小可分为:高压聚合、中压聚合、低压聚合;按其聚合方法可分为:低压气相法、高压法和液相法,液相法又分为溶液聚合法和浆液法;按其产品密度大小可以分为:高密度聚乙烯、中密度聚乙烯低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯;按照产品分子量可分为:低分子量、普通分子量、超高分子量。1.1.2聚乙烯种类及其用途LDPE:低密度聚乙烯,又称为高压聚乙烯。其密度较低,材质较软,伸长率,冲击强度和渗透性较好,主要用于塑胶袋农业用膜等,其次是管
12、材、注射成型制品和电线包裹层等 。HDPE:高密度聚乙烯或低压聚乙烯。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。LLDPE:线形低密度聚乙烯。MDPE:中密度聚乙烯或双峰树脂 。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或交联聚乙烯(PEX) 。当聚乙烯分子量超过一定的范围,它的高结晶度和比较高的强度、柔韧性和熔体流动性
13、是他可以用很多的进行加工。由于聚乙烯原料来源丰富价格低廉,因此聚乙烯制品在农业、轻工业化工、机械、纺织、国防、医药等方面都有广泛的应用。聚乙烯主要用于电线、电缆绝缘层、薄膜管材、板材、中控制品、注射成型制品等。1.2线性低密度聚乙烯的简介线性低密度聚乙烯(LLDPE)为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒,密度为0.918-0.935g/cm3。它与LDPE相比,具有较高的软化温度和熔融温度,有强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒性好等优点,还具有良好的耐环境应力开裂性,耐冲击强度、耐撕裂强度等性能,并可耐酸、碱、有机溶剂等而广泛用于工业、农业、医药、卫生和日常生活用品等领域。 图1-1 线性低密度聚乙
14、烯结构图中文名称 线性低密度聚乙烯外文名称 Linearlowdensitypolyethylene(LLDPE)1.2.1结构特征被称为第三代聚乙烯的线性低密度聚乙烯(LLDPE)树脂,除具有一般聚烯烃树脂的性能外,其抗张强度、抗撕裂强度、耐环境应力开裂性、耐低温性、耐热性和耐穿刺性尤为优越,获得了注目的发展。LLDPE虽与过去的LDPE同属于同一密度范围,但由于它们之间的分子结构不同,熔融流变学行为也不同,因此他们的物理基本性质及成型加工特点也不相同。在结构上,LLDPE只在短支链数目上与HDPE不同。HDPE的短支链数目较少,归根结底取决其用途。LLDPE和LDPE的密度都在0.91-0
15、.925之间。这种较高的结晶度也使LLDPE与LDPE相比,熔点提高了10-15oC。更高的抗伸强度、抗穿透性、抗撕裂性和伸长率增加是LLDPE的特性,使其特别适用于制薄膜。在透明度这一特性上,LLDPE具有与LDPE相似的缺点:LLDPE薄膜的浊度和光泽度是不好的,主要因为它的更高结晶性造成了薄膜表面粗糙度。LLDPE树脂的透明度可通过与少量的LDPE共混而改善。1.2.2应用LLDPE树脂主要利用全密度聚乙烯装置生产。LLDPE已渗透到聚乙烯的大多数传统市场,包括薄膜、模塑、管材和电线电缆。防渗漏地膜是新开发LLDPE市场。地膜是一种大型挤出片材,用作废渣填埋和废物池衬垫,防止渗漏或污染周
16、围地区。LLDPE的一些薄膜市场,例如生产袋子、垃圾袋、弹性包装物、工业用衬套、巾式衬套和购物袋,这些都是利用改进强度和韧性后这种树脂的优点。透明薄膜。抗穿透性和LDPE薄膜的刚度,而不显著影响薄膜的透明度。注塑和滚塑是LLDPE最大的两个模塑应用。这种树脂优越的韧性和低温、冲击强度理论上适于废物箱、玩具和冷藏器具。另外,LLDPE的高抗环境应力开裂性使其适用于注塑与油类食品接触的模塑盖子,滚塑废料容器、燃料箱和化学品槽罐。在管材和电线电缆涂敷层中应用的市场较小,在这里LLDPE提供的高破裂强度和抗环境应力开裂性可满足要求。LLDPE的65%-70%用于制作薄膜。1.2.3 LLDPE的发展历
17、史线性低密度聚乙烯是20世纪后期开发的,并得到迅速发展的一种乙烯与-烯烃共聚而成的一种新型聚乙烯树脂。它比乙烯的均聚物拥有更好的性能,在生产中可以通过调节催化剂、共聚单体的种类和比例,以及氢气和乙烯的摩尔比来控制聚乙烯树脂的产品性能,生产不同熔体流动速率和不同密度的树脂。20世纪50年代之前聚乙烯一直都是用高压法进行生产。1953年齐格勒教授的发现是聚乙烯在高压下得到解放,他发现将烷基铝化合物与四氯化钛络合,在常压和接近常温的条件下能生成高分子的乙烯聚合物。在70年代末到80年代初崛起的用低压法来生成LLDPE树脂,密度和HP-LDPE一样低,但其结构却与HP-LDPE不同。1977年UCC公
18、司和1979年Dow化学公司先后发表了关于低压气相法和溶液法工业化成功后,LLDPE的研究开发空前活跃。LLDPE生产工艺的不断改进,技术的成熟,使其迅速的发展,成为新型的代表性聚烯烃树脂。1.2.4国内外LLDPE发展形势1985年世界LLDPE的生产能力已经达到367万吨,并以每年9%的速率增长。在19881993年期间,LLDPE生产增长的十分迅速,1993年世界LLDPE生产能力要比1988年翻一番,为1250吨/年,年增长率约为15%。欧美和日本意外的其他地区增长最快,每年24.6%。截至1994年,我国已有LLDPE生产装置5套,合计生产能力38.5万t/a。“八五”之后我国又引进
19、6套改生产装置。大庆石化总厂LLDPE装置是我国最先建成投产的,1988年试运转后,当年产量仅为243.9吨。1990年10月,国内第二套LLDPE装置在齐鲁建成投产后,2套LLDPE装置产量合计才达到4万吨。同年我国农用LLDPE树脂需求达21.35万吨,产需矛盾很大,不足之处全靠进口解决。自1991年兰化、盘锦2套LLDPE装置建成投产后,全国4套LLDPE装置产量超过18万吨。1992年4季度抚顺LLDPE建成试生产后,1992年我国LLDPE产量骤然超过20万吨,达到22.9万吨,供求矛盾开始缓和。2生产工艺流程设计2.1生产原理聚乙烯的生产方法按聚合时压力的大小可以分为高压法、中压法
20、、低压法。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三分之二,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。而低压法根据它的其实施方法来分类,有淤浆法、溶液法和气相法三种。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。2.1.1合成原理生产线性低密度聚乙烯以乙烯为主要原料,以少量-烯烃(如丁烯-1、辛烯-1等),在催化剂的作用下经过高压或者低压流化床聚合,反应出来的物料经造粒、干燥、送去包装,得到颗粒出厂。乙烯低压聚合成聚乙烯的聚合机理普遍认为
21、是阴离子配位聚合机理,单体在催化剂中带部分负电荷的烷基上进行连续增长而聚合。其聚合反应过程大致可分三步进行,即链引发、链增长和链终止。乙烯的阴离子配位聚合机理简述如下:(1)链引发:其过程可以概括为,扩散-吸附(包括络合极化) -插入。(2)链增长:与链引发相似,乙烯经过引发的活性中心相作用,经过扩散-吸附-插入等到步骤而在带部分阴电荷的碳链上接上乙烯单元,再经过多次继续增长,不断插入乙烯直至成为高分子量的活性聚乙烯链。(3)链终止:增长中的聚乙烯链会因各种原因失去活性而停止增长,在聚乙烯生产中,常常是专门加入氢气(称为氢解)来实现链终止。因为氢是有效的链转移剂,它与增长链作用,生成一个带催化
22、剂-氢键的活性中心和一个带甲基端的饱和聚乙烯链。 图2-1 反应方程式2.1.2生产工艺(1) Unipol工艺 UCC公司的Unipol工艺是一种气相法聚合生产聚乙烯树脂的方法。主要方法是:以乙烯为单体,-烯烃、丁烯-1为共聚单体,在较缓和的条件下,气态乙烯及共聚单体在固态催化剂作用下,在流化床反应器中生成砂粒状聚乙烯树脂。经脱气后出厂,或者可以再经混炼造粒后以颗粒出厂。(2) Sclarirtech工艺 杜邦公司的Sclarirtech工艺主要是以聚合级乙烯为单体,丁烯-1或者辛烯-1为共聚单体,环己烷作为溶剂,采用齐格勒型催化剂在液相中聚合。反应物经减压闪蒸分离,熔融态聚合物直接去挤压,
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- 年产 30 线性 密度 聚乙烯 工厂 设计