浅谈4号聚合釜内冷改造

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1、浅谈聚合釜内冷的改造摘要：本文主要讨论了聚丙烯厂4号聚合釜内冷的改造，通过改造优化了装置冷却系统的传热过程，提高了聚合釜的撤热能力使得聚合反应的压力更好控制。关键词：聚丙烯聚合釜内冷1.我装置聚合釜的现状1.1聚合釜的设计参数12m3实际容积/n?12.14釜高/m4.3筒休高度加3上下封头高度/m1.3釜内径/m2.0夹套内径/m2.2螺带外径/m1.6螺带内径/m0.94螺带宽度/m0.33螺带螺距/m0.72螺带总高度/m2.7螺带升高斜率0.24搅拌转速(r/min)60电机功率/kW75夹套传热面积/nf2

2、3U形内冷管面积/nf5冷却水流*/(m3/h)100聚合釜设计压力/MPa4夹套设计温度/°c100设备总高度/m8141设备总质量/kg147501.2聚合釜的流程图如下图所示，为聚合釜的流程图。聚合釜在小于3.7MPa的压力条件下进行操作。随着反应的进行，釜内物料的相态也发生变化。开始反应时釜内全是液相丙烯，随着反应时间的延长，液相丙烯屮悬浮的聚丙烯固体颗粒逐渐增多，反应后期几乎全是聚丙烯颗粒。因此，聚合釜采用螺带式搅拌器。聚合釜以夹套撤热为主，辅以釜内冷却管撤热的方式。AMS*-—；2u•—►-TP"，•八•

3、a-••—rrE图1聚合釜流程图1.3聚合釜的压力控制聚合签的压力控制表现在恒温阶段，聚合釜的压力是通过与夹套循环水和内冷循环水调节阀组成的冋路进行调节。当实际测量压力超过设定值0.03MPa吋,夹套循环水全开，当实际测量压力超过设定值0.06MPa时，内冷循环水全开。相反，当实际测量压力低于设定值0.03MPa时，内冷循环水全关，若压力继续下降，当实际测量压力低于设定值0.06MPa吋，夹套循环水全关。通过以上控制方案实施，使压力保持稳定。下图为聚合釜的压力控制图。冷却水图2聚合釜压力控制2内冷改造的原因2.1生产

4、原理间歇式液相聚丙烯装置生产工艺采用齐格勒■纳塔催化剂，使丙烯上的甲基受催化剂的影响沿一定的方向在主链上有规则的排列，得到坚韧的高结晶度聚合物，即立构规整聚丙烯。聚丙烯厂采用的是三氯化钛■三乙基铝［TiCl3-Al(C2H5)3］催化体系，反应式如下：畑=CKH3-］-+590kJ/nvl2.2内冷改造的理论意义该反应属于放热量为+590kJ/mol的放热效应。聚丙烯的熔点为164〜170°C,因此在反应的整个过程中，反应釜温度必须恒定在一定的范围，以避免聚合物的爆聚和塑化结块；同时，由于釜内存在大量的液相丙烯，根据

5、单组分汽液平衡，气相量不断增多；乂根据气休状态方程PV二NRT/1(其屮兄为校正因子)，温度T也升高，釜内的压力P也随之成倍的增长，而聚合釜的安全定压为4.0MPao所以，必须不断地将反应热撤出，以确保整个反应体系的温度、压力保持在一定的范围内，以保证成品质量和避免生产事故的发生。2.2.1反应热的计算该反应热效应为2172.9KJ/kgPP,在［TiC13-Al(C2H5)3］动力学特征中，反应高峰期每小时丙烯转化率为38.46%。所以，毎釜生产聚内烯3000kg，则反应高峰期的反应热：Q=2172.95X3000

6、X38・46%一1二2507150kJ/h=696.4kW由于搅拌螺带与物料的摩擦产生的热Qa=P轴查得P轴=1・71朋°9也山才忆2其中：P■物料表观密度P=0.45t/m2H-物料高度H=2.34mn-搅拌转速n=60r/min=lr/sD-螺带外径D=1.6m旷物理常数g=9.810所以p轴=1.71X0.45X9.81095X2.34L34XlllXl.62=53.5kW所以Q严Q+P轴二696.4+53.5=749.9kW聚合釜本身散热约为5%,则需要冷却水每小时撤走热量（散热总量）为：Q讣二QiX95%二

7、749.9X95%二712.44kW2.2.2传热面积计算在改造之前，聚合釜的传热面积是：S=S夹套+S内冷二23+5二28m22.2.3温差计算循环水进出聚合釜的平均温度分别约为25°C和3PC,釜体上下温度分别为76°C和72°C,所以温差为：热介质76->72冷介质32-24△t二(48-44)In(48/44)二45.97°C2.2.4传热系数的计算据液相木体法PP聚合釜夹套传热系数的计算公式：K=aXe<-°-809C)式中,K-传热系数,W/m2-K丙烯转化率为零，即釜内全为液相丙烯时的传热系数，W/m?

8、・KC-丙烯转化率查资料在聚合釜材质:16MnR,a可取580〜698W/m2-K取a=600W/m2•K根据反应动力学特征，转化率为10%吋反应热放热高峰期，则取00.1K=aXe(_0-809C)=6OOXc<_<,-8O9xoi)=6OOXO.922=553.2W/m2•K2.2.5问题的提出由上面计算实际生产中的传热总效率为Qt=K•S