年產2萬噸聚乙烯顆粒的生產工藝分析及廠房布置和物料衡算摘要聚乙烯顆粒(簡稱PE)是乙烯經聚合制得的一種熱塑性物質。聚乙烯無臭，無毒，手感似蠟，具有優良的耐低溫性，化學穩定性好，能耐大多數酸堿的侵蝕。常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，電絕緣性優良。由于聚苯乙烯良好的化學性能，使其在人們的生產生活等領域得到了廣泛的應用。本設計為年產2萬噸聚乙烯顆粒的生產工藝設計，首先對聚乙烯的結構、性能及聚乙烯顆粒的發展情況進行了簡要的介紹；然后通過對聚乙烯生產工藝的文獻綜述，分析總結，結合實際生產設備，確定了聚乙烯生產的技術路線。本次設計選用是高壓氣密相法生產工藝，根據生產工藝對其進行物料衡算和能量衡算，并且對此次工藝的設備選型進行說明。最后，對年產2萬噸聚乙烯生產工藝車間布置進行環境方案與安全生產流程設計。關鍵詞：聚乙烯顆粒；物料衡算；生產工藝目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 III1緒論 11.1引言 11.1.1聚乙烯的結構與性能 11.1.2聚乙烯的性質 21.1.3聚乙烯成型工藝 21.2研究目的與意義 31.3國內外研究現狀 31.3.1國外發展現狀 31.3.2國內發展現狀 41.4研究內容和研究方法 41.5聚乙烯樹脂的主要應用 41.6設計范圍 52生產工藝 62.1LDPE生產工藝的概述 62.2主要工藝流程 72.3LDPE工藝選擇 72.4過氧化物的選擇 82.4.1過氧化物種類 82.4.2過氧化物和氧氣引發的不同點 92.4.3過氧化物的安全與防護 93廠房布置 113.1工廠選擇和布局基本原則 113.2全廠總平面設計 113.3擬選廠址 123.4廠址的確定 124物料衡算 144.1基礎數據概述 144.1.1乙烯規格 144.1.2催化劑進料對產品MFR的影響 144.2物料衡算 144.2.1聚合反應機理 144.2.2反應釜物料衡算 155能量衡算 195.1能量衡算總述 195.2基礎數據 205.3各設備能量衡算 205.3.1加料段熱量衡算 205.3.2進行反應段能量衡算 216設備選型 236.1選型原則 236.1.1滿足工藝要求 236.1.2設備成熟可靠 236.2反應器選型 236.2.1反應器容積和生產能力的確定 236.2.2主要尺寸的計算 246.2.3反應釜技術特性表 246.3進出口管徑 256.3.1聚合釜進料口管徑 256.3.2聚合釜出料口管徑 256.4閃蒸罐的計算 256.5其他設備的選型 267三廢治理 277.1廢水治理 277.2廢渣治理 277.3廢氣治理 278參考文獻 28附錄 1緒論1.1引言隨著經濟的不斷發展，人民生活水平有了很大提高，其中，物質革命的作用尤為突出。聚合物合成技術的進步極大地促進了合成樹脂工業的發展，各種合成樹脂都是合成樹脂工業的新生力量。性能良好的塑料制品得到了廣泛的應用。比如，在農業、包裝、建筑、汽車、航空航天、國防等很多領域都可以看到塑料制品，積極推動了工農業的快速可持續發展和現代高科技的興起。21世紀，隨著信息科學等高新技術的不斷滲透，合成樹脂的產量、性能、用途不斷提高，其應用范圍日益擴大，對經濟社會發展和人民生活水平的影響也越來越大。聚乙烯是最簡單的聚合物,用途最廣泛的聚合物之一。界面由-CH2-重復單元組成，性能好，無毒，無味，耐低溫，塑性佳，化學穩定性好，一般不與其它試劑發生反應等優點，使聚乙烯的使用范圍極為廣泛，幾乎在所有領域都有一席之地，尤其是在生產生活的的各個方面發揮著不可或缺的作用。聚乙烯顆粒的產品是農業上用于提高作物產量和縮短收獲時間的標準做法，可以緩解極端天氣變化對農作物帶來的傷害，更好地保護糧食產品。1.1.1聚乙烯的結構與性能通常將聚乙烯樹脂分為三大類，高密度聚乙烯(highdensitypolyethylene，簡稱HDPE)，線性低密度聚乙烯(linearlowdensitypolyethylene，簡稱LLDPE)，低密度聚乙烯(lowdensitypolyethylene，簡稱LDPE)。不同的鏈結構和分子量使得其在各自的性能和應用中有很大不同（如圖1.1所示）。HDPE主鏈上幾乎不含支鏈，結晶度高，分子量比較高，因此HDPE相對于其他乙烯樹脂來說強度較高，但韌性比較差，被廣泛用于吹塑成型。LDPE是質量最輕的一類聚乙烯產品，得到的LDPE產物分子鏈上含有較多的長支鏈，分子結構不規整，相較于HDPE和LLDPE，LDPE結晶度是最低，同時也使其性能柔軟，韌性好。LLDPE是乙烯與少量高級α-烯烴（己烯、辛烯等）通過溶液法和氣相法聚合而成的一類產品，LLDPE主鏈上只有很少的短支鏈或者沒有長鏈，其機械性能介于上述兩種聚乙烯樹脂之間，熔點比普通LDPE高15°C左右，具有強度高、硬度好、抗環境應力開裂能力強等優點和耐酸堿等優良性能，是普通LDPE的幾十倍。圖1.1聚乙烯的支鏈結構示意圖1.1.2聚乙烯的性質（1）物理性質不同種類的聚乙烯根據其性質的不同生產方法也有很大的不同，如LDPE采用高壓法生產；HDPE采用低壓法生產，同時不同的生產方法導致生產出的聚乙烯在結構和密度上存在較大的不同，從而導致性質不同。LDPE是高度支化的聚合物，無味、無毒。其分子量分布廣，支鏈多，與HDPE相比，具有優異的柔軟、延展、透明、不怕低溫、低滲、加工性好等特點。更多的是用來吹膜成型。因為HDPE與LDPE兩個的性質有很大的不同，HDPE其分子中短支鏈比較少，因此HDPE具有較好的耐熱、耐寒、介電、加工、透水等性能，而且其力學性能和耐熱性都優于LDPE。高密度聚乙烯的第一個用途是空心吹瓶。一般而言，LLDPE比HDPE有更短的支鏈長，但也比LDPE更短，LLDPE具有優秀的抗應力裂紋性能和電氣特性，在高溫下幾乎沒有影響，耐沖擊、耐抗彎強度高。LLDPE中使用最多的是薄膜，其次是薄膜材料，塑料。（2）化學性質聚乙烯沒有臭味，無毒有良好的耐低溫性質，化學穩定性好。1.1.3聚乙烯成型工藝聚乙烯是一類熱塑性樹脂，吸濕性較弱，流動性能較強。其主要加工產品有管材、片材、薄膜類以及容器類等。根據種類的不同可通過注塑成型、吹塑成型、模壓成型、滾塑成型等成型工藝進行一系列加工。吹塑成型對薄膜類產品可以應用；而大型容器類產品可通過滾塑成型；對于形狀比較復雜的工藝制品可通過設計模具進行批量注塑成型；對于中空容器類產品我們可以可通過擠吹成型，就是將擠出，吹塑兩種方法結合。1.2研究目的與意義通過對本課題的研究和分析，不僅讓作為大學生的我對于聚乙烯的生產和設計工藝有了更進一步的認識和了解，同時對于相關的課程知識和內容的回顧也有著一定的意義。同時在分析和計算聚乙烯的生產工藝中所涉及到的物料衡算和能量衡算的相關知識，對于自己今后在學習和工作中也有著一定的幫助。目前，地球資源緊張，能源危機迫在眉睫。隨著人類狀況的改善，人類對環境資源的要求也變得越來越復雜。廢塑料反復利用是為了節省能源，保護生態環境，是緩解能源危機的有效措施之一，也是緩解能源危機的有效手段，是有效利用資源和再循環利用的重要途徑。最大輸出的聚乙烯產品，使用最廣泛的通用塑料、在聚乙烯產品不斷生產的同時，我們應把更多的注意放在聚乙烯廢物處理技術研究。并且加強持續塑料的回收，逼迫我們開發具有更高使用價值的不同類型的產品。1.3國內外研究現狀當前國內外的制造商都向兩個方向努力，其中一個方向是加大生產規模使產品的量很大，用低于市場的一般價格來占領市場；另一個方向是研制性能更好的產品，生產高質量的樹脂產品，占據市場主導。近年來，大慶石化年產30萬噸EM產品，為樹脂產品開發提供了優質原料供應保障。優質電纜料等方面均有較大差距。因此，用己烯單體取代1-丁烯單體已成為市場發展的必然趨勢。1.3.1國外發展現狀國外非常重視產品性能的研究和開發，埃克森美孚化工公司、雪佛龍菲利普斯化工公司等，德國赫斯特公司用成功的crp100聚乙烯設計，它具有高密度等級。通過對設計數據的分析，該產品的硬度和韌性達到了平衡，為反應容器和長鏈支鏈混紡制品PE100的研制奠定了基礎。采用抗蠕變材料制備而成，采用he3490-ls-ls-己烯單體制備而成，具有較高的耐快裂和慢裂性能，也具有較好的耐環境應力開裂性能。1.3.2國內發展現狀中國石油化工股份有限公司于2012年研制出一種耐高溫聚乙烯管樹脂QHM22F，并進行了大規模工業化生產。盡管我國已經獨立生產了。但仍存在著兩個主要問題：一是我國1-己烯單體的產量遠遠不能滿足國內需求；二是我國1-己烯單體共聚合的生產工藝還不夠成熟，導致產品性能仍與國外先進技術及生產規模相較。國內產品，例如其中的產品質量是很不穩定，因為生產過程中原材料不斷變化，這就導致了生產過程中因素的不穩定和多變，我國建筑管道中的樹脂和天然氣樹脂大多是為滿足國內需求而進口的，為了縮小國內外特種聚乙烯樹脂生產工藝的差距，改進和開發具有新功能的優質聚乙烯專用原料，首先理論研究必須從材料結構和功能兩個方面進行，以找出根本的、具體的問題，擺脫對國外進口產品的依賴，使我國乙烯行業擁有獨立的生產裝置和工藝。1.4研究內容和研究方法本文主要研究內容：本設計為年產2萬噸聚乙烯顆粒的生產工藝設計，首先是對聚乙烯的結構、性能、性質及聚乙烯顆粒的發展情況進行了簡要的介紹，接著對生產工藝進行闡述，本次設計選用是高壓氣密相法生產工藝，然后對其進行物料衡算和能量衡算，并且在此基礎上對工藝的設備選型進行了說明，最后詳細說明了三廢的治理情況，并對此次的成果特點進行總結。本文主要研究方法：本論文擬通過學校圖書館及網絡學術資源庫收集、匯總聚乙烯相關理論研究的相關內容資料、對文獻、書籍等進行歸納整理，解決對本文研究有用的重要理論和參考資料，以便理清思路，為論文寫作提供理論依據。1.5聚乙烯樹脂的主要應用低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LLDPE）等。LDPE和LLDPE是聚乙烯的主要產品，約有76.7%用于薄膜制品，而48.7%用于農用薄膜。制造塑料袋和塑料地膜是聚乙烯的主要加工產品。當今，國內外塑料薄膜覆蓋栽培技術被許多國家采取，并取得了顯著效果，是近現代農業中不可缺少的重要技術，經濟效益是非常明顯的。聚乙烯顆粒技術被我國引入多，并取得了長足的發展，從1995年到2005年，微粒的應用規模從1995年的650萬公頃和47萬噸增加到2005年的1350萬公頃和94萬噸，增幅均翻了一番，年均增長20%左右，成為地膜開發的一個高速時期。實踐表明，在我國環境限制比較嚴重的地區，有效提高地溫和抗旱能力都需要塑料。南方是高溫多雨地區，能抵御早春低溫，防止水土流失，寒冷地區能抵御春寒夏燥，保持肥力。保持苗期根系生長的作用。聚乙烯顆粒塑性團聚體的培養可使有效積溫提高200～300℃；在中國的發展時期，也就是相當于向北推進500km左右，因此，中國的農作物分布發生了變化。應用聚乙烯顆粒塑料覆蓋栽培技術在不斷地被推廣，大力增產，促進農業發展，解決城市菜籃子和米袋問題，被稱為農業“白色革命”。1.6設計范圍（1）對年產2萬噸聚乙烯顆粒的生產工藝流程進行分析；（2）進行生產物料及熱量衡算；（3）對主設備進行選型計算；（4）提出“三廢”治理措施。

2生產工藝2.1LDPE生產工藝的概述通過調研目前使用聚乙烯技術的情況，我們發現有7家LDPE技術公司，10家LLDPE技術公司，12家HDPE技術公司。由工藝發展來看，高壓LDPE生產PE樹脂的方法是最成熟的工藝。目前，我國高壓消毒器和管道式消毒器技術比較成熟。國外常用的制造管道的工藝方法。此外，國外公司普遍采用低溫高活性催化劑促進聚合，降低聚合溫度和壓力。高壓力LDPE的生產方法將向大規模、管型方向發展。所以本設計使用高壓低密度聚乙烯(LDPE)氣密地結合生產工藝。通過調整PA(丙醛)，通過新開發的高壓聚合工藝氣密，控制產物MI(熔體指數)的方法，使得生產控制體系非常穩定。簡單的控制聚合操作，簡單的PA，產品的商標容易開關，短周期，開關不符合產品規格過程是由高純度乙烯聚乙烯，這是一種溶劑，這是一種有機過氧化物溶劑，這是一種有機過氧化物的解決方案，這是一個混合的壓力分離坦克、低壓分離罐，它必須被割斷的擠出機，有各種各樣的低密度聚乙烯產品。產品MI0.1546g/10min，由窄到寬分子量分布，密度為0.926g/cm3。主要產品有:塑料注射袋-運輸袋-復合膜層壓機、包裝膜、高透明膜。二次壓縮一次壓縮乙烯聚合反應換熱二次壓縮一次壓縮乙烯聚合反應換熱 高壓分離低壓分離造粒混合加工高壓分離低壓分離造粒混合加工 聚乙烯成品 聚乙烯成品圖2.1主要工藝流程圖2.2主要工藝流程現將主要的工藝流程相關內容概述如下：（1）乙烯壓縮以有機過氧化物為催化劑，經一次壓縮機和二次壓縮機兩次壓縮到反應所需要的壓力130至250Mpa，于260℃左右高溫進入聚合反應釜中在引發劑的作用下合成低密度聚乙烯。（2）引發劑和注射制劑生產的低密度聚乙烯與未反應的乙烯經反應器減壓閥，進入產品冷卻器，冷卻到一定溫度后，進入高壓分離器，降壓分離出大部分未反應的乙烯，返回二次壓縮機進口。從高壓分離器底部出來的聚乙烯經低壓分離器，降壓乙烯受壓到反應，然后注入到相應反應的容器。（3）聚合預熱乙烯分岔進入預熱器，預熱器加熱到一個反應堆。這種聚合是在過氧化氫引發劑中進行的。聚合和未反應氣體脈沖放電閥，冷卻器進入高壓分離器。（4）高壓和低壓循環氣體處理高壓分離器的乙烯頂部被分離，低聚物，然后返回到兩個機器入口乙烯聚合物被釋放到低壓分離器。從低壓分離器的頂部排出乙烯，冷卻后，分離后，分離出的殘余的蠟流出進入擠出機的助劑乙烯聚合物。（5）擠出造粒在擠壓過程中，添加添加劑直接添加到擠出機(防粘結劑和滑移劑)中。在擠出機離開擠壓機后，粒子在水下被切割而這些顆粒則會被空氣供給系統脫水并干燥到除氣器中。（6）除氣、貯存、包裝這些粒子被送進了除氣器，空氣被添加到底部以降低乙烷的濃度，從而降低了安全值。將被壓縮的粒子送到儲存箱，并將合格的產品送到包裝上。2.3LDPE工藝選擇本設計采用的是高壓密度聚乙烯氣密結合的生產工藝，生產中展示了該工藝的流程圖。這種選擇在一次壓縮中加入調節劑有利于與乙烯進行更充分的混合，能更好的調節分子量的作用。產品的范圍廣，生產彈性更大，市場適應性強。這種方法更加高效更加有實用性操作簡單容易控制。2.4引發劑的選擇2.4.1過氧化物種類本裝置所用過氧化物有四種引發劑TBPPI、TBPEH、TBPIN和DTBP：表2.1過氧化物種類過氧化物——TBPPI規格過氧化物——TBPEH規格性質指標性質指標名稱過氧化特戊酸叔丁酯名稱過氧化-2-乙基己酸酯狀態液態狀態液態過氧化物含量74~76%過氧化物含量約99%活性氧6.4~7.0%活性氧約7.32%分子量174.2分子量216.2密度（20）約850kg/密度（20）約900kg/閃點（）51閃點（）70反應性（半衰期，）在74下約1小時反應性（半衰期，）在92下約1小時最高的儲存溫度大于-15，小于-5最高的儲存溫度最高+10過氧化物——TBPIN規格過氧化物——DTBP規格性質指標性質指標名稱過氧化-3，5，5-三甲基己酸叔丁酯名稱二叔丁基過氧化物狀態液態狀態液態過氧化物含量約99%過氧化物含量約99%活性氧約6.88%活性氧約10.8%分子量230.3分子量146.2密度（20℃）約890kg/密度（20℃）約790kg/閃點（℃）高于SATD閃點（℃）6反應性（半衰期，）在119℃下約1小時反應性（半衰期，）在146℃下約1小時最高的儲存溫度大于-20℃，小于25℃推薦的儲存溫度<+30℃2.4.2過氧化物和氧氣引發的不同點使用過氧化物作為引發劑，初始自由基引發作為熱引發的結果，反應速率幾乎完全依賴于溫度，但幾乎不受壓力的影響。當使用氧氣引發劑時，氧氣和乙烯會產生自由基，反應速度會受到壓力的極大影響。過氧化物作為引發劑的好處:（1）過氧化物引發劑更溫和，并且工藝變得更加穩定。氧氣是在一定的條件下會失效。（2）快速的過氧化物復合可以進一步提高反應堆輸出。2.4.3過氧化物的安全與防護（1）過氧化物的SADT性質在特定的包裝材料中，過氧化氫在特定的溫度下加熱速率是特別快的，以至于無法控制其分解導致爆炸等。這就是通常所說的過氧化氫的自加速分解性質。分解率取決于溫度，純度和產品加工工藝。尤其在溫度過高的情況下，分解速度加快。若貨品儲藏區較小，或者溫度環境過高，無法將熱量傳遞到外界，會加速分解，導致嚴重燃燒爆炸，許多有機過氧化物必須有制冷設施，所有倉庫必須有防火設施等一定滅火器材。因為蒸汽是在分解過程中產生的，所以填料中的壓力將增加。為了防止倉庫的壓力過大以及由于長期分解造成的包裹破裂，倉庫應該有壓力釋放裝置。這種分解反應可由下述因素引發：a.熱（過高的溫度）b.雜質(一般為強酸，強堿，重金屬等)c.摩擦或撞擊像過氧化氫一樣，它是易燃的，應該遠離火源和熱源儲存在寒冷的地方，并與促進劑等易燃物質分離，嚴格遵守產品標簽上標明的儲存溫度。甚至稀釋過的過氧化物仍然是腐蝕性的。因此，在處理過氧化物時，必須佩戴手套和防護眼鏡。（2）過氧化物的儲存條件表2.2過氧化物的儲存條件產品SADT(℃)Tc(℃)Tmax(℃)Tmin(℃)TBPPI200-5-15TBPEH352010-30TBPIN35-25-20DTBP80-40-30TC=控制溫度：不同地區安全運輸的最高建議溫度。過氧化物的貯存溫度不宜過低，低結晶溫度的Po，形成純品，純品的爆炸危險性很高。（3）叔丁基過氧化氫含量（TBHP）要求過氧化氫不能凈化（除去雜質），高溫和氧氣作用都能產生TBHP。當體系中TBHP含量達到一定濃度時，會導致聚合反應失控分解。通常情況下，TBHP相對穩定，在聚合的初始階段沒有反應。只有當溫度上升到一定程度時(通常在250攝氏度以上)，它就會迅速分解并產生大量的自由基，通過這種方式，系統的聚合會由鏈狀增長轉變為鏈狀連鎖反應和鏈狀增長，反應熱會在很長一段時間內積累，為了防止不受控制的分解，通常要求TBHP含量低于1000ppm。（4）過氧化物的毒性一般認為，有機過氧化物具有中等毒性，對中樞神經系統有刺激性和損傷的危害。

3廠房布置3.1工廠選擇和布局基本原則選址就是根據當地經濟政策和國民經濟建設技術，結合當地產業布局和資源狀況的要求，選擇合適的建廠地點。選址應考慮以下幾個方面：根據城市規劃或工業區規劃；擬建項目必須有適當發展的空間；盡量不占用好的農用地和耕地，節約用地面積；施工難度小，地質條件好；它不影響旅游業。文化的發展，不破壞文物古跡，不污染環境；原材料和原材料的供應應當合理、經濟；水電資源必須充足；交通要方便、經濟；項目建成投產后，應具有一定的經濟效益。于此同時，還應關注技術經濟、土地節約、投資節約和發展機會，并結合工廠的自然條件和適合當地情況的措施。滿足生產要求，工藝合理；全廠生產計劃必須與生產一致，遵循流程，減少物料的流動。符合廠內廠外運輸要求，廠房布置應符合廠內運輸方式。在核電站的設計中，首先要充分考慮到安全起火、爆炸、振動、噪聲等因素，有些危險區域必須與起火、爆炸保持一定距離。精加工車間的振動對生產有一定的影響，要遠離振動源，采取必要的隔振措施。噪音不僅影響工作，而且對人的健康有害。因此工廠的整體布局必須考慮噪聲的防治。第一，采取隔音措施，減少噪聲源產生的噪聲；第二，可以用來保護部門噪聲源和人聲。3.2全廠總平面設計廠址總體布局采用整體布局形式。生產廠集中建在廠區西南面，氣流向下，配電室位于廠區中心，便于各部門之間的能源輸送、分配和供熱，熱電廠、鍋爐房建在廠區西側，職工宿舍離廠房較遠，廠房內通風良好，花草叢生。1.原料庫與成品庫：解決好運輸問題，合理規劃原料輸送、產品輸入路線，做到全廠物料、工藝供熱外管、地下網管、電纜等的布置有序、經濟合理[8]。2.冷卻工藝：應接近聚乙烯工藝的外部冷卻，以減少冷卻損失。3.維修車間：靠近主生產車間，便于維修。4.廠前區：應沿主風垂直方向組織，并與廠前區分開，使環境條件較舒適。5.綠化區：分布在廠前區和廠房周圍，減少噪聲、美化環境、凈化空氣。3.3擬選廠址根據上述要求擬訂蘭州新區、寧夏經濟開發區、西安經濟開發區作為擬選廠址對象，并進行如下對比：地理位置蘭州新區位于中國西北部秦王川盆地，位于甘肅省蘭州市境內。它是我國西北地區第一個民族新區和第五個民族新區。它是國務院向西開放、建設西北地區重要經濟增長極的重要戰略平臺，距蘭州市60公里范圍內，毗鄰中川機場的蘭州國際機場新區。（2）土地資源和工業地價蘭州的地貌多為黃土高原丘陵，面積大，土壤多為黃土，土地集中連片；查閱相關資料，蘭州地區工業地價逐年降低，2019年大概為18萬元/畝。寧夏地區無巖溶、滑坡、土洞等不良地質現象，大部分為軟丘，工業土價格16萬元/畝。西安地區工業地價為20-40萬元/畝。（3）交通運輸蘭州新區對外交通運輸方式主要有航空、高速公路和鐵路。中川機場客運航線有218條，T3航站樓建成后，將有300條鐵路線，其中蘭新鐵路、包蘭鐵路等10條鐵路線，2020年將增至19條。同樣，西安的運輸方式有鐵路、公路和航空，國內航線155條，9條國家高速貫穿全省。除鐵路、公路和航空運輸外，寧夏還通過河流和港口運輸，國內航線70多條，國際航線有新加坡、吉隆坡、香港、澳門、仰光、大阪、首爾等8條。3.4廠址的確定寧夏自治區，簡稱寧夏，是銀川的省會，位于中國西北部，東與陜西毗鄰，西、北與內蒙古接壤，南與甘肅接壤，位于寧夏回族自治區，總面積66400平方米。寧夏地面由西南向東北逐漸傾斜，有柯林斯和海鷗。寧夏地處黃河水系，地勢南高北低，呈階梯狀下降。全區屬干旱半干旱溫帶大陸性氣候，只適宜建廠，根據以上比較，最終選址為寧夏經濟開發區。

4物料衡算4.1基礎數據概述4.1.1乙烯規格在這個設計中，乙烯是在乙烯破裂的氣體油原料中使用的。在凈化了乙烯供給系統后，質量規格達到了乙烯的要求。4.1.2進料對RDF產品的催化作用熔融流量（MFR）是聚合過程中的一個重要參數，為了控制MFI的濃度，要求生產過程的環境值，而這個值和PA的總和是相關的。在正常生產設備中，控制MFR的方法是控制總PA注入量，以控制熔融指數和切換不同的品牌。4.2物料衡算4.2.1聚合反應機理（1）鏈引發a.引發劑分解此時形成初級自由基，即吸熱反應，活化能在105-150KJ/mol之間。ROOR→RO·+·OR(初級自由基)b.初始自由基與單體結合，然后形成單體自由基，放熱作用，20-34KJ/molRO+C2H4→RO-CS2-H2?（單體自由基）誘發時，一部分副作用可能不參加自由基單體的自由基形成。無法繼續鏈條。因此該步驟應該被認為是鏈的觸發器內。（2）鏈增長R·+CH2=CH2→RCH2-CH2·R-CH2-CH2·+CH2=CH2→R-CH2-CH2-CH2-CH2（3）鏈轉移a、向單體轉移：R-CH2-CH2·+CH2=CH2→R-CH-CH3+·CH=CH2b、向大分子轉移：R-CH2-CH2·+R1CH2-CH2-R2→R-CH-CH3+R1-CH2-˙˙CH2-R2c、分子內部轉移：R-CH2-CH2--CH2-CH2·→R-CH2-˙CH2-CH2-CH2-CH2d、向雜質轉移：R-CH2-CH2·+HS→R-CH-CH3+S（4）鏈終止鏈終止活化能只有8-21KJ/molR1-CH2-CH2·+·CH2-CH2-R2→R1-CH2-CH2-CH2-CH2-R2(偶合)R1-CH2-CH2·+·CH2-CH2-R2→R1-CH=CH2+CH3-CH2-R2(歧化)R1-CH2-CH2·+I(雜質)→R1-CH2-CH2I(惰性物質)化學主反應式：.(3-1)4.2.2反應釜物料衡算有質量保存：ΣM進給費ΣM出料=ΣM積累材料沒有積累的情況：ΣM進制費=ΣM出料用本設計計算時，出貨量=供給量計算。考慮到實際生產所需設備的翻新和導致停機的因素，計算在每年的8520個工作小時計算，并且在此計算帶有2420H的品牌名稱的聚乙烯地膜產品，原因在于不同等級的聚乙烯。聚合釜進料衡算：先確定2萬噸PVC的生產標準。該設計采用連續生產技術，根據各釜體的產量計算數據，各釜的需用時間設計為6小時，設計為26小時。20000÷8520×6÷26=0.54t/釜由于需要更換進料中的高級氣體，釋放后，裝置保持力為0.1MPa，加0.1MPa氫氣至0.2MPa的總壓，置換后，己烷通過己烷進料管加入聚合反應器，此時約4.5t己烷，聚合物中的液位可達到35%。當己烷添加設計時間為1.5h時，己烷添加速率如下：Vm=4.5t÷1.5h=3t/h其摩爾速率為：Vn=3×106g/h÷86(g/mol)=34883.7mol/h核反應堆內的壓力為0.4mpa時，與水的相對密度為（水=1）。ρ=0.66，體積率如下：Vv=Vm/ρ=3000kg/h÷0.66×l0-3kg/m3=4.55m3/h置換時的氫分壓為0.1MPa，氫的添加量為：根據PV=NRT式計算，該圍巾V=25m3，P=0.1MPa，T=298T，R=8.315Pa·m-3·mol-1·K-1得：N(H2)=0.1×106Pa×25m3÷298T÷8.315Pa·m3·mol-1·K-1=1009mol加氫質量：M(H2)=N(H2)·Mmol=1009mol×2g/mol=2018g氫氣的加入速率為：Vm=2018g/h=2.018kg/h由生產經驗得乙烯的轉化率為：1000÷1020=98%預計產品噸所需乙烯為：0.54t÷98%=0.5t已知乙烯相對密度（水=1）：ρ=0.61所需乙烯（液體）體積為：V(C2H4)=m/ρ=3400kg÷0.61×l0-3kg/m3=5.57m3計算乙烯的轉化率。(3-2)式中，V—反應器體積25m3—加入反應器的組分A的摩爾數—-組分A的轉化率t—反應時問裝置里的乙烯含量可以通過公式(3-2)增加，換算率也增加了。所需的標準已經達到，裝載系數為0.7是乙烯的用量為：M(C2H4)=3.4t÷0.7t=4.86t乙烯的體積為：V(C2H4)=m/ρ=4860kg÷0.61×10-3kg/m3=7.97m3乙烯的摩爾數為：N(C2H4)=M(C2H4)/Mmol=4.86×106÷28(g/mol)=173571mol乙烯反應時問為2.22h，乙烯進料時間設計為：6h-1.5h-2.22h=2.28h乙烯的進料速率：Vm=M(C2H4)/ρ=4.86t÷2.28h=2.13t/h乙烯的體積進料速率：Vv=V(C2H4)/ρ=7.97m3÷2.28h=3.5m3/h乙烯的摩爾進料速率為：Vn=N(C2H4)/t=173571mol÷2.28h=76127.6mol/h催化劑的加量約為反應物總質量的0.1~0.01%，得到的催化劑加料質量為：M催=M(C2H4)×0.0l%=4.86t×0.01%=0.486kg聚合釜總進料量：∑M進料=M(C2H4)+M催+M(H2)+M(C6H14)∑M進料=0.486kg+4.86t+2018g+4.5t=9362.66kg聚合釜出料衡算由反應產生的聚乙烯的質量是由飼料時間的0.54t計算出來的。這個時候聚乙烯的分子質量是由1000倍的分子質量計算的。乙烯回收過程：N(HDPE)=0.54t÷100000g/mol=0.0054mol乙烯未反應部分總質量：M剩余=4.86t-0.54t=4.32t進入回收罐的部分質量為：M罐=1.4t進入閃蒸罐的質量為：M閃=0.11t放空的質量為：M放空=M剩余-M罐-M閃=4.32t-1.4t-0.11t=2.81t放空的物質的量:N放空=M放空/Mmol=2.81t÷28g/mol=1003.25mol物料衡算表如下表3.1所示：表3.1物料衡算表名稱進料己烷4.5t氫氣2018g乙烯4.86t

5能量衡算5.1能量衡算總述當一個系統經過一定的過程時，其內部能量的變化等于系統從環境中吸收的熱量與其外部功的差值，即其的總質量：△E=Q-W(4-1)式中，△E—系統內部物料能量的變化Q—物料從外界吸收的熱量W—物料對外界所作的功系統內能量的變化△E系統能量變化=（生產系統總物料能量）（輸入系統總物料能量）+（系統累計物料能量）熱量衡算方程：∑HP-∑HF+Eq=q(4-2)式中，∑HP—單位時間生產系統的物料集，即物料帶來的總能量∑HF—單位時間內輸入系統的材料的總價值，即材料帶來的總能量Eq—單位時問系統內能量的積累q—單位時間內進入系統的熱量是系統的吸熱量開放系統-與環境交換物質和能量的系統對于單位時間物料進行衡算：開放系統中：式(4-2)中Eq為零，對于穩態過程有：∑HP-∑HF=q(4-3)開放系統中能量變化率的計算：當只有一種材料通過系統流入或流出熱量時，由于材料進入系統而進入的能量為：∑HF=qmH1(4-4)因物料離開系統所輸出的能量為：∑HP=qmH2(4-5)在(4-4)、(4-5)式中，qm為通過系統的物料的質量流量(kg/h或kg/s)H1為單位質量物料進入系統時的焓(kJ/kg)H2—離開系統時焓的單位質量物質(kJ/kg)若恒壓比熱量不隨溫度變化，或取物料在恒壓比熱量下的平均溫度為:∑HP－∑HF=qm(H2-H1)=qmcp△T(4-6)5.2基礎數據材料通過核反應堆輸送，其溫度接近室溫，計算過程需要25℃，材料加熱至85℃，熱水入口95℃，出口88℃。乙烯聚合熱是3392.9kJ?kg-1。在85℃反應，在55℃輸出物質。冷卻水口溫度：38℃，出口溫度為：45℃。基準溫度為：0℃比熱：kJ·kg-1·℃-1蒸發潛熱：kJ·kg-1熱流量：kJ·h-1表4.1各物質熱容數據表物質名稱熱容乙烯Cp3.19kJ·kg-1·℃-1己烯Cp2.68kJ·kg-1·℃-1己烷的蒸發潛熱316.38kJ·kg-1水的比熱(C(H2O))4.20kJ·kg-1·℃-1氫氣的比熱(C(H2))28.12kJ·kg-1·℃-15.3各設備能量衡算5.3.1加料段熱量衡算乙烯的質量流量為：m=M(C2H4)=4.86t乙烯的焓值變量：△E=mcp△T=4.86×103kg×3.19kJ·kg·℃-1×(85-25)℃=930204kJ己烷的質量流量為：m=M(C6H14)=4.5t己烯的內能變量為：△E=mCp△T=4.5×103kg×2.68kJ·kg·℃-1×(85-25)℃=723600kJ氫氣的質量流量為：m=M(H2)=2.018kg氫氣的內能變量為：△E=mCp△T=2.018kg×28.12kJ·kg·℃-1×(85-25)℃=3404.8kJ總進料的內能變量：△E=930204kJ+723600kJ+3404.8kJ=1657208.8kJ加料總時間為：t=6h-2.22h=3.79h物料平均每小時升溫所需的能量為：Q平均=△E總/t=1657208.8kJ÷3.79h=437258.3kJ/h當反應器的熱損失為10%時：Qt=Q平均×(1+10%)=680413.79kJ/mol物料加熱通過熱水則所需水流速為：Qt=∑HP－∑HF=680413.79kj/h÷4.20kJ/kg·℃-1÷(95-85)℃=16200.33kJ/h5.3.2反應段能量平衡衡算在反應過程中，聚合器中的壓力為0.48mpa，通過85度的催化反應可以合成聚乙烯。一般而言，0℃的反應熱大于25℃，25℃的反應熱用作反應熱處理。冷卻水的開始溫度是25℃，從水中35℃。參與反應乙烯質量：M(C2H4)=4.86t生成聚乙烯的反應熱為：Q反=3392.9kJ·kg-1×4.86×103kg=16489494kJ己烷的蒸發潛熱為：Q潛=316.38kJ·kg-1×0.3×103kg=94914kJ反應釜的熱損失是10%，冷卻水帶行走的熱量是:Q冷=(Q反-Q潛)×1.1=(16489494kJ-94914kJ)×1.1=1709438.5kJ所需冷水質量為：M水=Q冷/(C(H2O)·△T)=1709438.5kJ÷4.20kJ·kg-1·℃÷(35-25)℃=40700.9kg反應時間為：t=2.22h通過冷水物料冷卻，則所需水流速為：qm=M水/t=40700.9kg÷2.22h=18334kg/h6設備選型6.1選型原則6.1.1滿足工藝要求設備的選型、選型要充分考慮技術要求，力求技術先進、經濟合理，根據各種產品的需要，可以保證產品的質量。可以降低勞動強度，提高勞動強度。動態效率它可以減少與原材料消耗相應的公共工程（水、電力、天然氣）。可以提高環境保護，設備制作容易，材料易于獲得。當設備選型時很難完全滿足上述條件，但必須根據以上方面對設備進行詳細的比較，并拿出最佳方案。6.1.2設備成熟可靠由于是工業化生產，所以不能設計不成熟的、非生產的測試設備。選型不僅要設計出可靠的技術性能、設備、材料等；引進設備，特別是生產關鍵設備所用設備和材料的可靠性，必須在選型科學的基礎上充分研究和比較。6.2反應器選型反應器按結構可分為管式、茶壺式、塔式、固定式和流態化四種，本項目采用的聚合工藝為日本三井石化公司的CX工藝，該工藝為間歇式EM反應器，因此選擇該反應器作為反應器。6.2.1確定反應器容積和生產能力由物料衡算得：每釜填料為：Vm=V(C2H4)+V(C6H14)=5.57m3+4.55÷(2/3)m3=12.07m3填料的系數是70%。反應釜的體積是：V=V物/70%=12.07m3÷70%=17.2m3所以反應器容積選用18m3罐選用數量由物料衡算設計得出為26個。按每釜每6h生產3.3t計算年產量：3.3t×26/6h×8520=121836t富余量：(121836t/120000t-1)×100%=0.15%能滿足生產要求。6.2.2主要尺寸的計算長徑比為1.8，體積為18m3時，聚合釜筒的體內按如下計算： m 式中，D—反應釜直徑(m)V—反應釜體積(m3)α—反應釜長徑比筒的高度為：H=2.6×1.8=4.68式中，H反應釜高度(m)6.2.3反應釜技術特性表表5.1反應釜技術特性表項目指標釜體釜體夾套設計壓力MPa0.480.6工作壓力MPa0.480.6設計溫度℃100110工作溫度℃8525~95全容積m32525加熱面積m24242保溫層厚度mm5050主體材料Q235-B/16MnRQ235-B/16MnR腐蝕裕量mm01.5焊縫系數11傳動傳動方式下傳動下傳動軸封形式雙端面機械密封雙端面機械密封6.3進出口管徑6.3.1聚合釜進料口管徑供給口被聚合釜封鎖著。聚合釜中各釜反應混合物的體積為20.66m3，供應時間為τ1=90min的話，每秒供給流動率：V進=V物/τ1=20.66÷(9060)=0.0038m3/s供給流速為0.0029m/s時，供給口管道的直徑為：m所以進料口內徑d=1.2m6.3.2聚合釜出料口管徑在聚合容器直徑最低的位置打開排氣口。因為幾乎都是丙烯和聚丙烯的密度，所以完成后的聚合混合物的體積是11.15m3。出貨時間是τ2=90min的話，每秒的出率：V出=V物/τ2=11.15/(9060)=0.0021m3/s出料流速也為0.0029m/s，則出料口管道直徑為：m出料口管徑取DN200，出料口內徑0.96m。但是，考慮到材料的出口，為了增加粘度和減少電阻而設置調整閥，材料出口管徑取DN250。也就是說，材料出口管徑d2為0.96m。6.4閃蒸罐的計算閃蒸罐的設計壓力為20~25MPa。為了達到最佳的閃蒸效果，閃蒸罐的材料系數要比普通設備的材料系數小，以保證更大的空間，在閃蒸罐的設計中，負荷系數取0.6閃蒸罐的容積V可按下式求取：V=W/(d×f)式中：V—閃蒸罐所需容積W—聚合釜聚乙烯產量d—聚乙烯密度f—裝料系數設聚合釜的產量是3.3t，聚乙烯密度為0.946t/m3，裝料系數為0.6.則V=3.3÷(0.946×0.6)=5.8m3所以閃蒸罐體積V=5.8m36.5其他設備的選型其它的設備主要是泵的選擇。在工業化生產中，有供應泵、回流泵、底泵、循環泵、產品泵等多種泵。石化泵的選擇滿足流、壓頭等工藝參數的要求。壓力、溫度、空化殘留等要求和現場安裝要求都需要符合其應有的要求和設計。（1）泵流量應該考慮在內。一方面，泵的容量的相關設計應該要根據具體的設計要求來確定。而泵容量的平衡應該是平衡的。另一方面，泵的流量應該根據生產需求決定。在確定泵流量時，應綜合考慮設備的能力和設備的設備能力平衡。（2）根據生產要求決定泵的升力。選擇泵的話，管道系統的壓降計算在工藝設計中會變得更復雜，所以請適當地允許泵頭。通常為正常升程的1.05到1.1倍。（3）在