5万吨年乙丙橡胶装置聚合工段工艺设计-优秀本科毕业论文.doc

化工与材料工程学院毕业设计

5万吨/年乙丙橡胶装置聚合工段工艺设计
50,000 tons/year ethylene-propylene rubber polymer devices section process design

学生学号

学生姓名
专业班级

指导教师

完成日期

吉林化工学院
Jilin Institute of Chemical Technology

化工与材料工程学院毕业设计
摘　　要

乙丙橡胶，统称乙丙弹性体，是仅次于丁苯橡胶和顺丁橡胶的第三大合成橡胶，是以乙烯、丙烯及乙叉降冰片烯(ENB)为单体共聚而成。目前占世界合成橡胶生产能力总量的10%左右。乙丙橡胶以其优异的性能具有广阔的应用领域。除了传统的汽车工业、防水建材、聚合物改性、油品添加剂、电线电缆、运动场地及各类机械部件等应用领域外，乙丙橡胶还可涉猎于食品包装、抗微生物、绝热阻燃等弹性体制品领域。本次设计年产5万吨乙丙橡胶装置聚合工段的工艺设计,乙丙橡胶聚合反应采用溶液聚合工艺，使用的主催化剂为三氯氧钒，辅助催化剂为烷基铝，溶剂为己烷。在掌握生产原理、聚合方法、工艺流程等工作的基础上，进行了物料衡算、热量衡算、反应器等设备的相关计算；其中算得E0203己烷加热器的面积为40.27m2，换热器管长为6m，计算反应器R0201的公称直径为5658mm,高度为9053mm，确定了聚合加料泵的扬程为30.12m,以及该泵的轴功率7.5kw,V0201贮罐的总体积37 m3。并且绘制了反应器的管道布置图、带控制点的流程图、编制了设计说明书等。

关键词：乙丙橡胶 ；溶液聚合 ；工艺设计

Abstract
EPDM, generally called ethylene-propylene elastomer, and norbornene (ENB) as the monomer copolymerized with ethylene, propylene is the third major SR after SBR and BR. At present the production capacity of EPDM accounts for about 10% of the total production capacity of SR in the world. EPDM has wide range of application fields because of its excellent performance. Besides the traditional application fields such as auto industry, water-proof building materials, polymer modification, oil additives, electric wire and cable, athletic field and various mechanical parts, EPDM can also be used in food packaging, antimicrobial, heat insulation and inflaming retarding, and other elastomer products. It is annual output of 50,000tons of ethylene-propylene rubber device polymerization Section process design, the polymerization of ethylene-propylene rubber by solution polymerization process, the catalyst used for the vanadium oxytrichloride, vanadium, auxiliary catalyst is alkyl aluminum, solvent hexane. material balance, heat balance, reaction of a device such as the calculation finished based on the production principle of aggregation methods, process and other work ;including area of the hexane heater named E0203 is ​​40.27 square meters, length of heat exchangers tube is 6 meters, the diameter of the reactor R0201 is 5.658meters, height is 9.053meters, determined the head of the polymer feed pump is 30.12meters, and the power of the pump is 7.5kw, he total volume of the V0201 is 37 stere. And draw a piping layout of the reactor, flow chart with control points, edit the design instruction and so on.

Key Words：Ethylene-propylene rubber；solution polymerization; process design

- II -

目　　录

摘　　要 I
Abstract II
第 1 章 设计说明书 1
1.1 绪 论 1
1.1.1 设计依据 1
1.1.2 指导思想 1
1.1.3 设计必要性 1
1.1.4 车间布置 2
1.1.5 厂址的选择 2
1.2 生产方法及工艺设计 2
1.2.1 生产方法的论证 2
1.2.2 工艺流程 4
1.2.3 开车注意事项 5
1.2.4 工艺设备选择 6
本设计主要工艺设备如下表1-1所示： 6
1.2.5 工艺控制条件 7
1.2.6 生产控制条件 7
1.2.7 公用工程规格 8
1.3 技术经济评价 11
第 2 章 聚合工段工艺介绍 12
2.1 聚合工段生产工艺示意图 12
2.2 聚合工段工艺过程叙述 12
第 3 章 物料及热量衡算 13
3.1 计算基础 13
3.2 物料衡算及热量衡算 14
3.2.1 加料量及去单体回收工段的量 14
3.2.2 T0201物料及热量衡算 15
3.2.3 T0202物料和热量衡算 18
3.2.4 V0202物料衡算 21
3.2.5 R0201物料及热量衡算 23
第 4 章 设备衡算 27
4.1 R0201反应器 27
4.1.1 计算依据 27
4.1.2 计算反应器的公称直径及高度 27
4.1.3 搅拌功率的计算 27
4.2 E0205己烷加热器 28
4.2.1 计算依据 28
4.2.2 初选换热器 28
4.3 聚合加料泵计算 31
4.3.1 计算依据 31
4.3.2 确定泵的扬程 32
4.3.3 计算泵轴功率 33
4.3.4 泵的选型 33
4.4 V0201贮罐 33
4.4.1 计算依据 33
4.4.2 设计计算与选型 33
结 论 34
参 考 文 献 35
附 录 36
致　谢 39

- 45 -
第 1 章 设计说明书

1.1 绪 论
1.1.1 设计依据
本设计的依据主要包括：
（1） 吉林化工学院毕业设计任务书。
（2） 《化工工艺手册》等。
（3） 化学工业部发布的《化工工艺设计施工图内容和深度的统一规定》。
（4） 吉化公司104厂乙丙橡胶车间乙丙橡胶装置的操作法。
1.1.2 指导思想
本设计的指导思想主要包括：
（1） 为了确保产品的质量，生产过程的安全，采用溶液聚合生产技术。
（2） 生产过程采用机械化操作，自动控制。
（3） 危险易燃易爆的场所，设计采用可靠的控制，报警消防设施。
（4） 生产过程中产生的三废要经过处理之后再排放，以保证环保的要求。
（5） 为了保证生产正常进行和操作人员的安全，厂房、车间、设备布置要严格按土建标准。
1.1.3 设计必要性
乙丙橡胶是橡胶制品工业中一种极为重要的原材料。它是由乙烯、丙烯共聚而得的二元聚合物或由乙烯、丙烯和非共轭二烯烃单体共聚而得的三元共聚物的总称。由于EPR分子主链中不含双键，所以呈现出高度的化学稳定性。与天然橡胶、丁苯橡胶等其它通用橡胶相比，乙丙橡胶具有卓越的耐候性、耐臭氧性和耐热老化性,耐化学品性和电绝缘性，因而乙丙橡胶被誉为“无裂纹橡胶”；与硅橡胶、氟橡胶等特种橡胶相比，乙丙橡胶具有较好的物理机械性能和综合性能；此外，乙丙橡胶还具有相对密度小、高充油、高填充性及与多种高聚物有良好的相容性等优点。由于乙丙橡胶具有许多其它通用合成橡胶所不具备的优异性能，而且单体价廉、易得，用途广泛，因此成为20世纪80年代以来世界几大合成橡胶品种中发展最快的一种，目前其产能和消费量仅次于丁苯橡胶和顺丁橡胶而居世界第3位。
乙丙橡胶主要品种牌号有百余种。根据共聚单体来分，有二元乙丙橡胶( EPM) 和三元乙丙橡胶(EPDM)，其中EPDM 第三单体多为乙叉降冰片烯(ENB)、双环戊二烯(DCPD) 和1,4-2己二烯(1,4-2HD)；按生产工艺可分溶液法、悬浮法(简化悬浮法)和气相法。从采用的催化体系可分钒系、钛系、铝系和茂系,目前乙丙橡胶工业化产品仍以钒系、铝系和钛系为主。茂金属乙丙橡胶虽然研究进展较快,已进入工业化，但产品仍处在应用开发阶段。
目前，世界乙丙橡胶的生产能力总体过剩，但我国的生产能力和产量却不能满足国内实际生产的需求，每年都得大量进口，开发利用前景广阔。
中国唯一乙丙橡胶生产厂商是中国石油吉林石化公司。2010年吉林石化新建成的2.5万吨/年的乙丙橡胶B线装置投入试生产，使中国乙丙橡胶产能增至4.5万吨/年，但市场供应量仅为1.93万吨，表观消费量23.4万吨，供需矛盾不断加剧。在巨大的市场缺口以及相应的潜在市场驱动下，中国乙丙橡胶投资热潮始终不减，一直是中国化工招商的热点项目之一。所以，现在新增1套50kt/a的乙丙橡胶装置已是当务之急。
1.1.4 车间布置
本设计车间设备布置，不但能够满足实际生产的需要，同时也考虑了设备的安装以及检修方便，设备布置整齐有序，而且节约空地。设备的布置既要紧凑，又要满足生产工艺和安装要求。生产装置界区，在满足生产工艺和安全生产的基础之上，要尽可能的缩短装卸物料线。
依照满足工艺条件的原则，首先确定主设备的位置，其他设备要尽可能围绕在主设备的四周，以便于操作、检修和配管。在厂房的四面，一楼到二楼都应该有楼梯和安全通道，车间内配有必要的放火防爆设施，同时还应该配有简单急救的设施。阀门、仪表等部件离地面的距离应该较近，以便于手工操作和检修。设备区和人行区等应该界区明确，工艺流程安全通畅。
1.1.5 厂址的选择
该车间应该建在吉林市江北的化工工业区。江北的化工工业区地处松花江畔，位于松花江的下游，水源充足，而且水质优良。这里是中国最早也是最大的化工生产基地，原料充足、便利。同时，紧邻铁路和公路，交通运输方便。该区附近有动力厂、电厂，所需动力供应方便，经济合理。该区附近有大量的空地，日后有扩建的空间。而且，该化工区地处吉林市的东北部，该地区的主导风向为西南风和西北风，所以对市区居民的生活以及附近的工农业的生产均无影响。下游的污水处理厂能将工业污水和生活污水有效的处理，不会对松花江造成污染。所以，在该处建厂，为最佳的位置。
1.2 生产方法及工艺设计
1.2.1 生产方法的论证
目前，乙丙橡胶的工业化生产工艺主要有三种：溶液聚合法、悬浮聚合法和气相聚合法。其中溶液聚合工艺是当今世界上乙丙橡胶生产的主导工艺，采用此工艺的装置能力约占世界乙丙橡胶总生产能力的77.2%，悬浮聚合法约占11.4%，气相法约占11.4%。
（1）溶液聚合工艺
溶液聚合工艺的主要优点有:投资低，工艺最佳化。反应器的优化设计可满足反应物料混合的要求，能准确控制聚合反应工艺参数和产品质量，聚合物胶液浓度高而循环溶剂量少，聚合釜体积小但生产强度高，原料和循环单体不需要精制，催化剂效率高，三废中钒含量低，生产弹性大；生产操作费用低，装置年操作时间长，原料和催化剂的消耗低，采用先进控制系统对生产进行控制，技术比较成熟，操作稳定，是工业生产的主要方法；产品质量具有极强的竞争力。工艺灵活性大，产品牌号切换灵活，切换废品量少，产品特性能够按照用户要求进行调整，产品牌号多，门尼值可在20~160宽范围内调节，应用范围广泛，产品中催化剂残渣含量低，灰分含量较少，生产中次品少，质量稳定，重复性好，综合性能好，产品规格指标变化幅度窄和产品加工性能优异。不足之处是由于聚合在溶剂中进行，传质传热受到一定的限制，聚合物质量分数一般控制在6%~9%，最高仅达11%~14%，聚合效率低；由于使用溶剂，需要将其回收精制；后处理时需要从产品中脱出催化剂残渣；生产流程长，设备多，装置固定投资及操作成本较高。
（2）悬浮聚合工艺
悬浮聚合法生产工艺的特点是生成的聚合物不溶于反应介质丙烯，体系黏度较低，转化率比较高，聚合物的质量分数高达30% ~35%，因而同样的设备生产能力却是溶液法的4~5倍；无溶剂回收精制和凝聚等工序，工艺流程简化，基建投资少；可生产相对分子质量较高的产品品种，产品成本比溶液法低。不足之处是由于不用溶剂，残留催化剂分离比较困难，产品品种牌号少，质量均匀性较差，灰分含量较高，其用途有一定的局限性，主要用于聚烯烃改性；聚合物为不溶于液态丙烯的悬浮粒子，使其保持悬浮状态较困难，尤其当聚合物浓度较高和出现少量凝胶时，反应釜易于挂胶，甚至发生设备管道堵塞现象，产品的电绝缘性能较差。
（3）气相聚合工艺
与溶液聚合法和悬浮聚合法技术相比，气相聚合法具有工艺流程短、不需要溶剂或稀释剂、几乎无三废排放，有利于生态环境保护，并且可以大幅度降低装置总投资和总生产成本等优点。不足之处是产品中含有大量的炭黑，产品通用性较差，橡胶性能不适应某些用途需要，限制了它的使用范围。目前世界上虽然只有美国联碳公司一家企业采用该方法进行生产，但从长远观点来看，随着其技术的不断完善和优化，该工艺技术发展前景将十分广阔。
本设计采用的生产方法是溶液聚合工艺，该生产工艺以Ziegler-Natta钒-铝催化体系为催化剂，正己烷为溶剂，乙叉降冰片烯(ENB为第三单体，氢气为分子量调节剂。为了提高催化剂的聚合活性及降低其用量，在催化体系中还可以加入促进剂。乙烯、丙稀和二烯烃在齐格勒－纳塔型催化剂作用下，按配位聚合机理进行共聚合反应。
1.2.2 工艺流程
本设计的主要工艺流程为：
（1）原料、催化剂和溶剂
乙烯由界区外通过管道送入装置，由PRC0201控制压力为1200KPa，用FRCQ0203控制流量后送入乙烯气集管。
丙烯由界区外由管道送入装置，用FRCQ0202控制流量后送入乙烯气集管。
氢气由界区外由管道送入装置用C0201（氢气压缩机）进行压缩，用PRC0202控制C0203的出口压力为1200KPa，并用FRCQ0201控制流量后送入乙烯气集管。
通过调节计量泵P0102，P0103，P0104的冲程，将所需的助催化剂按规定的比例送入R0201中。
当生产EPT时，根据二烯烃单体的种类，用P0111或P0112将之送入R0201。
（2）聚合反应
当原料、催化剂、溶剂在R0201中经充分搅拌后，由P0101将主催化剂V-（VX-）Cat送入R0201中，并用HPHX以1.0t/h的流量对V-（VX-）Cat进行稀释，用E0205来的RHX提供聚合反应发生所需要的热量，聚合反应开始连续进行。
当R0201釜中的聚合物溶液符合控制指标时，将聚合液由溢流管线送入R0202（溢流釜）中。通常将R0202的液位LRCS-202设定在40％。
R0202种的地方聚合物溶液由聚合流加料泵P0202送到T0201（单体回收塔）中部，为便于P0202泵的输送，防止聚合物的粘附，通过FI2001，以150L/h的流量用HPHX对P0202泵进行冲洗。
R0201的操作压力是0.40～0.70MPa， 操作温度是35～55℃。
（3）未反应单体的回收
根据R0202的液位LRC0202控制进入T0201中的聚合溶液的量，在T0201塔中，未反应的单体经闪蒸而从塔的顶部进入T0202（单体吸收塔）中，为防止闪蒸气体中夹带有聚合物胶粒，在T0201塔的顶部以2t/h流量的LPHX进行喷淋，使夹带的胶粒重又回到塔底。T0201塔的操作条件是：顶部温度63.5℃～85.1℃，底部温度93.7℃～96.4℃，操作压力0.116Mpa。
来自E0706的HX经PRCA0204控制压力为500KPa后，进入E0204B（己烷加热器），用PRC0203控制7S的压力为600KPa、E0204A（己烷蒸发器）使己烷汽化，通过TRC0202控制蒸汽流量以使己烷蒸汽的温度为105℃（EPT）和160℃（EPR）汽化后的己烷进入T0201底部，作为单体闪蒸的热源。
T0201塔底的聚合物溶液，进入Z0201（过滤器），使凝胶等杂志得以过滤，过滤后的聚合物溶液，根据T0201的液位（LRCA0201设定为50％）控制P0203（聚合物进料泵）出口阀LRCV0203的开度，将聚合物溶液送入R0301（失活器）中,（当LRCV0221两侧的压差PDRS0223被启动，说明使用的Z0201过滤器堵塞，需要重新更换）。
从T0201顶部闪蒸出来的未反应单体进入T0202（单体吸收塔）顶部，在T0202塔的顶部同样加入了LPHX，以FRC0205控制其流量，对反应得单体进行吸收，为了提高LPHX中吸收的未反应单体数量使用250t/h流量的CCW，对经过T0202塔上部的闪蒸气体进行冷却，之后在T0202塔的下部再用ABR（流量通过TRC0223控制）对闪蒸气体冷凝。在T0202塔的底部，吸收了大量未反应单体的己烷，用泵P0204（己烷循环泵），经E0205（循环己烷加热器，仅开车时用，且出口温度TRC0202不宜超过60℃），送往R0201的底部，其流量由T0202的液位控制，通常T0202的液位LRC0202设定为30％，另有一部分循环己烷则与由P0206来的含有微量水的己烷一起从R0201顶部流入，其作用有两个：
一是消泡；二是利用己烷中含有的微量水分杀死R0201挥发出来气体中含有的催化剂，避免可能发生的对反应热去除系统的影响。
（4）反应热的去除
聚合反应热通过循环气体和己烷蒸汽的显热和潜热得以去除。
来自R0201的循环气体，经E0201（高位冷却器、冷却介质CCW）和E0202（高位冷凝器、冷凝介质ABR）的冷却和冷凝后，进入V0201（顶部累积器），经冷却和冷凝后的循环气体温度大大下降，而有一部分液化，在V0201中的冷凝液体经过滤后进入P0201（冷凝液循环泵），通过FRC0203将流量控制在3t/h把冷凝液送入反应釜R0201种。V0201的液位LRC0201通常设定在30％，一旦超高，就启动阀门，加大送往R0201的冷凝液体量。
V0201中的不凝气体，使用C0202（循环气体鼓风机）循环送入R0201种，其流量通过FRC0201来控制。如果R0201的聚合压力超高，就将不凝气体送往火炬系统烧掉以维持聚合压力的稳定。
1.2.3 开车注意事项
1.检查
（1）对所有设备、管道、阀门、管件等进行全面检查、核对。
（2）对各种仪表、仪器、调节阀、电动阀进行全面检查、调校、试用。
（3）对电器设备、照明等具体送电条件的，送电试运行并进行检查。
（4）配备消防器材，并对消防设备进行试用检查。
（5）检查所有设备的气密性。
2.生产准备情况，落实有关事项
（1）确认已完成对设备和管线的吹扫和清洗。
（2）确认通信联络系统：调度电话、对讲电话、火警电话及行政电话灵活好用。
（3）确认安全设施：泄漏报警系统、火灾报警系统及消防系统、电器防爆系统、静电接地系统等状况良好，处于可操作和可使用状态。
（4）确认工艺系统、设备、机器、管路等符合运转要求 。
（5）确认密封油系统已开始运转处于可使用状态。
1.2.4 工艺设备选择
本设计主要工艺设备如下表1-1所示：
表1-1 设备一览表
序号
工艺位号
设备名称
台数
型 式
材 质
备注
1
R0201
反应器
1
立式圆筒型
SA516-70+SB162衬

2
V0202
溢流罐
1
立式圆筒型
A-516-60+A240-316L

3
V0203
顶部累积器
1
立式圆筒型
A-516-60+A240-316L

4
E0201
顶部冷凝器
1
BFM（卧式）865
-

5
E0202
顶部冷却器
1
BFM（卧式）865
-

6
E0204
己烷加热器
1
BEM（卧式）69.8
-

7
E0203
排放气冷凝器
1
BFM（卧式）865
-

8
P0201AB
己烷循环泵
2
离心式3HFN-374
壳体：SCPH2转子：SCS13A

9
P0202AB
聚合液加料泵
2
离心式175/100-400ID
壳体：SCS16 转子：SCS16

10
P0203AB
聚合溶液加料泵
2
离心式150/80-600PD
壳体：SCS16转子：SCS16

11
T0201
单体回收塔
1
蒸馏筛板式
里：SA516-60-316LS
内件：AISI304

12
T0202AB
单体吸收塔
2
立式热交换器
壳程：A-516-60
管程：A-516-60

13
C0201
循环气鼓风机
1
透平200TC
SCS13

1.2.5 工艺控制条件
本设计主要工艺控制条件如下表1-2所示：

表1-2 4045牌号的标准操作条件一览表
项 目
操作条件
项 目
操作条件
聚合ML控制范ML1+4100OC
47-55
乙烯、丙烯进料比（wt％）
56
产品ML控制范围ML1+4100OC
45+5
H2/C〞2
0.111
乙烯含量（+2.5）wt％
56
C〞3/C〞2
3.00
碘值（+2）
22
乙烯浓度（％）
18
充油量（PHR）
－
丙烯浓度（％）
54
挥发份（wt％）
L.t0.75
氢气浓度（％）
2.0
钒含量（ppm）
L.t15
乙烯容量（T）
0.26
主催化剂
V-Cat
丙烯容量（T）
3.3
二烯烃
ENB
CH3OH进了量（t/h）
1.5
HA-STB混合率
20
冲洗水进料量（t/h）
5.0
聚合负荷（kg/h）
3480
工艺蒸汽（t/h）
1.0
聚合温度（OC）
45
E-402蒸汽压（kPa）
1200
聚合压力（kPa）
600
树脂温度（OC）
≤300
主催化剂生产率
340
筛孔数
150
二烯烃转化率（％）
105
PTW温度（OC）
60
T0201顶（t/h）
2.0
空气温度（OC）
－
T0201底（t/h）
22.1
TK-502空气进料量（m3/h）
－
T0202顶（t/h）
7.4
Z-530-1受压压力（MPa）
10
R0201聚合物浓度（g/L-s）
87
压块温度（OC）
60-65
C0201循环气（m3/h）
4000
Z-530-1受压时间（秒）
6
E0203B温度（OC）
105
HA-STB混合比率
－

1.2.6 生产控制条件
本设计主要生产条件及原料如下表1-3、表1-4所示：

表1-3 分析项目一览表
序号
样品名称
取样地点
分析项目
控制目标
分析频率
1
干聚合物
T0201底
MFR

1/4h
1/2h
2
压缩机润滑油
C0202
粘度
新油粘度15%
1/月
1/周
表1-4 原料一览表

样品名称
取样地点
分析项目
控制指标
分析频率
1
乙烯
界区
乙烯

1/月
1/周
甲烷、乙烷、丙烷、丙烯

乙炔

氢气

氧化有机物（甲醇）

氧气

水

2
丙烯
界区
总硫

1/月
1/周
丙烷

甲烷、乙烷、丙烷

乙烯

丁烷和丁烯

甲基乙炔

丙二烯

1,3-丁二烯

3
氢气
界区
氢气

1/月
1/周
甲醇
—
氧气

水

总硫

氢气

甲烷

4
反应气

氧气

按需要
1/月
氢气

氮气

甲烷

乙烷

乙烯

丙烯

1.2.7 公用工程规格
主要公用工程规格如下列表所示：

表1-5 工艺水(过滤水)表
压 力
0.5+0.1MPa
温 度
1－22 OC
Fe2++Fe3+
0.3mg/L
Cl-
13mg/L
氧耗量
4mg/L
溶氧量
≥5mg/L
可溶固体
100mg/L
可溶SiO2
12mg/L
总硬度(CaCO3)
1mg/L－N/L
总碱度(CaCO3)
0.9mg/L－N/L
浊度
3度
PH
6.5-8.0

表1-6 脱盐水表

压 力
温 度
DEW
0.45+0.05MPa
20+10 OC
HPDEW
1.0 MPa
20+10 OC

表1-7 循环冷却水表
压 力
上水0.45+0.05MPa
下水0.25+0.05MPa
温 度
上水≤31 OC
下水≤41 OC
Fe2++Fe3+
0.9mg/L
Cl-
40mg/L
氧耗量
12mg/L
可溶固体
300mg/L
可溶SiO2
36mg/L
总碱度(CaCO3)
3mg/L－N/L
总碱度(CaCO3)
2.7mg/L－N/L
浊度
10度
PH
7－8.5
污垢热阻
0.0000956m2h OC/KJ

表1-8 电力表

电 压
型 式
频 率
高压
6KV+7％
三相三线中性点不接地
50+0.5Hz－1.5 Hz
低压
380/220V+7％
三相五线中性点接地
50+0.5Hz－1.5 Hz

表1-9 氮气表

压 力
温 度
水含量
油含量
氧含量
13N
1.2 MPa
环境温度
≤5 volppm
无
≤20 volppm
5N
0.5 Mpa
环境温度
≤5 volppm
无
≤20 volppm
2N
0.15 MPa
环境温度
≤5 volppm
无
≤20 volppm

表1-10 仪表空气（无油）表
压力
0.5－0.8MPa
温度
环境温度
露点
≤-40 OC（0.6 MPa）
油含量
无

表1-11 装置空气表
压力
0.5－0.8MPa
温度
环境温度

表1-12 蒸汽凝液表
压力
0.65+0.05MPa
温度
100 OC
油含量
无
硬度
<2.5mmol/L
铁
<100 mg/L
－
－

表1-13 蒸汽表

压 力
温 度
中压蒸汽（25S）
2.5+0.2MPa
250+10 OC
低压蒸汽 (7S)
0.7+0.1MPa
200+10 OC

表1-14 消防水表

压 力
温 度
低压消防水
0.5+0.1MPa
1－22 OC
高压消防水
0.8 MPa
1－22 OC

1.3 技术经济评价
（1）原料、辅助材料的费用的计算
乙烯：3697×7200×4200/1000=11180万元/年
丙稀：2709×7200×5000/1000=9752万元/年
ENB： 765×7200×8000/1000=4406万元/年
催化剂：12.5×7200×1000=9000万元/年
其他费用：25000×1000=2500万元/年
总费用：11180+9752+4406+9000+2500=36838万元/年
（2）车间经费：总费用×10％=36838×0.1=3683.8万元/年
（3）工人工资：30000×100=300万元/年
（4）水、电、汽费用：总费用×10％=36838×0.1=3683.8万元/年
（5）总成本：总费用+车间经费+工人工资+水、电、汽费用
=36838+3683.8+300+3683.8=44205.6万元/年
（6）销售收入：50000×2.2=110000万元/年
（7）税金：110000×0.17=18700万元/年
（8）利润：110000-18700-44205.6=47094万元/年
（9）回收期期：110000/（18700+0.07919×18700）=5.45年

第 2 章 聚合工段工艺介绍
2.1 聚合工段生产工艺示意图

图2-1聚合工段生产工艺示意图

2.2 聚合工段工艺过程叙述
该工艺是在既可以溶解产品,又可溶解单体和催化体系的溶剂中进行的均相反应。通常以正己烷为溶剂。采用V-Al催化剂体系,聚合温度为30-60℃,聚合压力为0.4-0.8MPa 。用氢气作分子量调节剂，聚合反应热量由丙烯的蒸发而除去。首先，新鲜的单体和溶剂与回收的乙烯、丙烯及溶剂混合经预冷后，与催化剂一起进入带搅拌的聚合反应釜R0201。从聚合釜出来的反应物打入闪蒸塔T0201，经闪蒸回收，未反应的单体乙烯、丙烯从塔顶出料，再经吸收塔T0202对单体吸收循环使用；聚合物和第三单体从T0201塔釜出料并送至催化剂失活与洗涤工段。

第 3 章 物料及热量衡算
3.1 计算基础
本设计的基础依据为：
（1） 年产量： 5万吨。
（2） 年工作日：300天,7200小时。
（3） 废胶损失率：1％。
（4） 乙烯、丙烯、ENB的单程转化率分别为：17.35％、3.02％、83.29％。
（5） 乙烯、丙烯、ENB的总转化率分别为：99.9％，98.9％，84.3％。
（6） 每小时生产合格胶料量：
（7） 主要原料指标见下表：

表3-1 主要原料一览表
原料
指标
乙烯纯度
99.9%
丙烯纯度（含丙烷）
99.9%

（8） 乙丙橡胶质量组成：乙烯：丙烯：ENB=52.6:38.2:9.2。
（9） 进料中氢气和乙烯的比值：1：10450。
（10） 各股物料计算中乙烯、丙烯、乙叉降冰片烯、丙烷、己烷、氢气、氮气、胶料组分数下标分别为1、2、3、4、5、6、7、8。
（11） 安托因公式：LogPv=A–B/(t+C)
主要原料的安托因子如表3-2所示：

表3-2 安托因子一览表
安托因子
A
B
C
使用温度范围℃
乙烯
5.87246
585
255
-153—91
丙烯
5.9445
785.85
247
-112—-32
丙烷
5.9288
803.81
246.99
-108—-25
己烷
5.99519
1168.72
224.21
-25—92
氢气
5.04577
71.615
276.337
-260—-248
氮气
5.6193
255.68
266.55
-219—-183

3.2 物料衡算及热量衡算
3.2.1 加料量及去单体回收工段的量
（1）新鲜进料量

乙烯的进料量=

丙烯的进料量=
丙烷的进料量=
ENB的进料量=
己烷及氮气进料量如表3-3 所示：

表3-3 己烷及氮气进料量表
序号
H11
H12
H13
H14
H15
H2
H31
H32
己烷kg/h
500
1750
500
500
1000
46500
5000
12500
氮气kg/h
-
-
-
-
-
1.25
0.24
0.39

（2）去单体回收工段物料量：
各组分回收物料量=新鲜进料量-反应的物料量
乙烯回收物料量=
丙烯回收物料量=
丙烷回收物料量=13.61 kg/h
氢气回收物料量=0.354 kg/h
氮气回收物料量=
（3）聚合工段出料量
胶料的量=7014.60kg/h
ENB出料量=ENB进料量（1-总转化率）=
（4）过程物料平衡表
表3-4 过程物料平衡表（kg/h）
组分
乙烯
丙烯
丙烷
ENB
己烷
氢气
氮气
胶料
总计
进料
3697.07
2709.38
13.61
765.31
68250
0.35
1.88
-
75437.6
回收
7.39
26.30
13.61
-
-
0.35
1.88
-
49.15
出料
-
-
-
120.20
68250
-
-
7014.60
75384.8

3.2.2 T0201物料及热量衡算
1．计算依据
（1）乙丙橡胶的年产量50000吨/年，即7014.60kg/h
（2）T0201进口原料的组成为：
（3）进料总量L2=
2．物料衡算
（1）进料中各组分的量及组分数
某组分流量=总流量L2×该组分质量分数
乙烯含量=
丙烯含量=
ENB含量=
丙烷含量=
己烷含量=
氢气含量=
氮气含量=

HX总含量=
胶料含量=7014.60kg/h
塔釜的温度为942℃,塔顶出料温度为754℃,按清析分割法乙烯、丙烯、丙烷、氢气、氮气等清组分全部以气体状态从塔顶出料，塔釜流出液中仅包括部分己烷、胶料和ENB。
（2）T0201塔釜出口物料中各组分的量
ENB含量=ENB进料量=
己烷含量
胶料出料量7014.60kg/h
根据过程物料衡算,进入聚合工段的己烷全部从T-0201塔釜流出。
（3）T0201塔顶出口中各组分的量及组分数
乙烯含量=乙烯进料量=
丙烯含量=丙烯进料量=
丙烷含量=丙烷进料量=
己烷含量=总进料量-塔釜出料量=
氢气含量=
氮气含量=

表3-5 T0201物料平衡表
D2
F3

L3
组分
质量/kg
摩尔量/kmol
质量/kg
摩尔量/kmol
质量/kg
摩尔量/kmol
乙烯
449.96
16.07
449.96
16.07
0
0
丙烯
7000
1