Министерство образования и науки Российской Федерации
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Российский государственный университет нефти и газа
имени И. М. Губкина»
(РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина)
Кафедра Газохимии
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по курсовому проектированию
ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИЭТИЛЕНА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
Москва
2012
УДК 661.7
В методических указаниях по выполнению курсового проекта "Производство полиэтилена низкого давления" даны методики расче та основных стадий процесса полимеризации этилена при низком дав лении. Производство полиэтилена низкого давления является одним из важнейших процессов современной нефтехимии. Расчет установки полимеризации позволяет ознакомить студентов с передовой техно логией получения многотоннажных продуктов. Методические указания включают методики расчета материальных балансов всех стадий поли меризации, теплового баланса реактора, расчет числа реакторов и их размеров, а также расчеты ряда других аппаратов (циркуляцион ного газового холодильника, сушилки, центрифуги).
Использование методических указаний позволит студентам выпол нить курсовой проект на высоком уровне, познакомит с современными методами расчета технологических процессов.
I. Общие положения
Курсовой проект по технологии нефтехимического синтеза выполняется студентами специальности 240100 после изучения курса технологии нефтехимического синтеза и прохождения 2-й производственной практики и имеет целью приобретение студента ми практических навыков при проведении химико-технологических расчетов и проектировании технологических установок, а также закрепление знаний, полученных при изучении теоретического курса.
Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки, к которой прилагается выполненная на ватманских листах техноло гическая схема установки по производству полиэтилена высокой плотности.
Расчетно-пояснительная записка должна иметь объем не более 50 листов рукописного текста. В начале ее (после листа задания на курсовой проект) должно быть помешено оглавление. С левой стороны каждого листа следует оставлять поля шириной не менее трех сантиметров. Никакие сокращения кроме предусмотренных ГОСТ не допускаются.
При выполнении курсового проекта студент должен руководст воваться положениями, изложенными в методических указаниях. При проведении расчетов обязательно пользоваться международной сис темой единиц измерения (СИ), а при составлении технологической схемы - методическими указаниями по выполнению трагической части курсовых и дипломных проектов Щ , или соответствующей литера турой [2] .
При проведении технологических расчетов студент может ис пользовать также материалы производственной практики, но с обя зательным указанием источников, из которых взяты'расчетные Фор мулы и значения физико-химических величин. Задание на курсовой проект выдается руководителем проекта перед отъездом студента на вторую производственную практику.
2. Содержание расчетно-пояснителъной записки
2.1. Введение
Во введении следует обосновать значение и актуальность процессов получения полиэтилена, необходимо привести данные ЦСУ СССР по производству пластических масс за прошедший год и зада ния по их производству в текущей пятилетке согласно планам со циального и экономического развития страны. Следует также ука зать основные области применения полиэтилена [3-5] . Объем раз дела - 1,5-2 страницы.
2.2. Краткий обзор литературы по производству полиэтилена и обоснование выбранного способа производства
Краткий обзор литературы составляется по данным источников [3-5] на 15-20 страницах. Обзор должен включать анализ современ ного состояния промышленных методов получения полиэтилена, на ос новании чего обосновывается целесообразность выбранного способа производства полиэтилена высокой плотности при низком давлении. Подробно следует рассмотреть процесс производства полиэти лена высокой плотности: физико-химические основы, химизм и меха низм процесса, характеристика используемого сырья, параметры процесса, влияние технологических факторов на ход процесса, при меняемые катализаторы, основные показатели и аппаратурное оформ ление процесса.
2.3. Характеристика сырья, катализаторов, реагентов и готовой продукции
В работе необходимо привести краткую характеристику исполь зуемого сырья с обоснованием требований к нему по содержанию различных примесей, а также применяемых реагентов, катализаторов и готовой продукции - полиэтилена высокой плотности. Характерис тика этих продуктов берется на основе данных производственной практики и литературных источников [3-5] .
2.4. Описание технологической схемы установки
При составлении и описании технологической схемы установ ки следует пользоваться данными производственной практики и ис точниками [3-5] .
Схема, выполненная на миллиметровой бумаге, прилагается к пояснительной записке. Нумерацию аппаратов в схеме следует вес ти, начиная с номера I, в порядке их упоминания в описании схемы.
2.5. Расчет материальных балансов процесса
Расчет материальных балансов проводится по каждой стадии процесса, после чего составляется общий материальный баланс ус тановки в целом. Материальные балансы представляются в виде таблиц.
Схема материальных потоков полимеризации этилена при низком давлении суспензионным процессом в присутствии комплексных алюмо-органических катализаторов приведена ниже (рис. 2.5.1).
2.6. Расчет теплового баланса реактора полимеризации
Тепловой баланс реактора полимеризации рассчитывается по методике, приведенной в данных указаниях.
Расчет основных аппаратов установки
Список цитируемой литературы.
Список цитируемой литературы составляют согласно ГОСТ 7-1.76. Ссылки на литературу приводятся в тексте расчетно-пояс нительной записки, а литературные источники располагаются в по рядке цитирования.
3. Исходные данные для расчета
Производительность установки по годовой продукции  выбирается по согласованию с  преподавателем,
Число суток работы установки в году  берется из
данных производственной практики.
3.3. Мольные соотношения компонентов катализатора,
В качестве примера в методических указаниях приведен расчет с
использованием диэтилалюминийхлорида (ДЭАХ) и четыреххлористого титана (4ХТ). При расчете проекта студент может использовать и другие алюминийорганические соединения (АОС), например три-этилалюминий (ТЭА). Соотношение компонентов берется из данных производственной практики и литературы [З-б] .
Концентрация компонентов каталитического комплекса в бензине-растворителе при подаче в реактор  или доли единицы, берется из данных производственной практики или литературы [З-5].
Расход компонентов каталитического комплекса в процес се полимеризации (на полученный ПЭНД),  :
Значения величин  берутся из данных производственной
практики или литературы [З-5].
3.6. Расход этилена на производство 1ВДД, % маc. С на полу ченный товарный ПЭНД
а) на получение товарного ПЭНД,
б) на образование низкомолекулярного полиэтилена,
в) на получение ПЭНД, теряемого в процессе производства (при очистке реактора от прилипшего к стенкам полимера и др.). 
Значения  берутся из данных производственной практики
и литературы [3-5] , при этом  принимается равным 100.
3.7. Концентрация этилена:
а) в свежей этиленовой фракции,  или мас.доли.;
б) в сдуваемом газе, или доли единицы.
Значения берутся из данных, производственной практики и литературы [3-4] . Значения  берутся из данных производствен-
ной практики и лежат в пределах 86-90%.
Концентрация ПЭНД в бензине-растворителе, К, кг/м3 . Значения К берутся из данных производственной практики и лите ратуры [3-5].
Содержание низкомолекулярного спирта (НМС) в промыв ном растворе, подаваемом на стадии центрифугирования (I) и промывки ПЭНД спирто-бензиновой смесью,  или мас.доли.
Значения  берутся из данных производственной практики. Доля
НМС в промывном растворе,  , составляет 20% об.
3.10. Низкомолекулярный спирт, поступающий на стадию цент рифугирования (I) в качестве компонента азеотропной смеси с бен зином-растворителем, полностью уходит в виде Фугата на стадию
регенерации растворителя  . Содержание НМС в Фугате ста дии центрифугирования (I),  , не должно превышать 0,7% маc.
от бензина.
Содержание НМС в порошке ПЭНД после центрифугирования (II),  или маc.доли. Значения берутся  из данных производственной практики и лежат в пределах 30-35% маc. от об щего количества НМС, поступающего на центрифугирование (II). Ос тальное количество ВМС идет в Фугат.
Содержание бензина, подаваемого в промывном растворе на стадию промывки ПЭНД спирто-бензиновой смесью для разложения каталитического комплекса,  или маc.доли (от количест ва порошка ПЭНД). Значения  берутся из данных производствен ной практики и составляют около 400% мас.
Остаточное содержание бензина в порошке ПЭНД после каждой из стадий центрифугирования (I и II), или маc.доли, Значения  берутся из данных производственной практики и лежат в пределах 20-30% маc. от общего количества бензина, поступающего на стадию центрифугирования (I).
Содержание промывного раствора в ПЭНД после стадии сушки или мас. доли. Значения берутся  из данных производственной практики и лежат в пределах 1% мас. от ПЭНД. Соотношение бензин:НМС в этом растворе равно 4:1.
Остаточное содержание катализатора в порошке ПЭНД пос ле стадии центрифугирования (I),  или мас. доли. Значе ния  берутся из данных производственной практики и лежат в пределах 10-20% мас. от количества катализатора. В товарном ПЭНД катализатор отсутствует полностью. Остаточное содержание низкомолекулярного полиэтилена (ИМ) в порошке ПЭНД после стадий центрифугирования,  или мас. доли. Значения  берутся из данных производственной практики и лежат в пределах:  - 60-70% маc. для центрифугирования (I) и  - 20% маc. для центрифугирования (П).
4. Расчеты материальных балансов процесса получения П Э Н Д
4.1. Расчет материального баланса стадии полимеризации
4.1.1. На основании годовой производительности определяется часовая производительность установки по товарному полиэтилену:
4.1.2. Общее количество прореагировавшего этилена:
а) 
б) 
где  – количество прореагировавшего этилена, м3/ч;
22,4 – объем газа» занимаемый I кг-молем при нормальных условиях;
 – молекулярная масса этилена.
4.1.3. Количество этиленовой фракции, сдуваемой на ГФУ для поддержания необходимой концентрации этилена:
а) 
б)
4.1.4. Количество сдуваемого этилена:
а) 
б)
4.1.5. Количество сдуваемых примесей (инертов).
Принимает ся, что примеси состоят из смеси этана и метана 1:1:
а) 
б)
где  – средняя молекулярная масса примесей,
или
4.1.6. Количество этилена, подаваемого в реактор (без уче та циркулируемого):
а) 
б)
4.1.7. Количество этиленовой фракции, подаваемой в реак тор (без учета циркулирующей):
а) 
б)
4.1.8. Количество инертных примесей, подаваемых в реактор (без учета циркулирующих):
или
4.1.9. Количество бензина-растворителя в реакторе:
где  – плотность бензина-растворителя [4, 6, 7] .
4.2. Расчет материального баланса стадии приготовления каталитического комплекса
4.2.1. Расход компонентов каталитического комплекса на процесс полимеризации:
а) расход ДЭАХ:
б) расход 4ХТ:
или
Где  – молекулярные массы ДЭАХ и 4ХТ;
 – расход компонентов каталитического комплек са в процессе полимеризации, кмоль/ч;
в) общий расход катализатора
4.2.2. Количество бензиновых компонентов растворов катали тического комплекса с концентрацией Х(4ХТ) и Х(ДЭАХ):
а) 
б) 
4.2.3. Количество бензина, вводимого в реактор с каталити ческим комплексом:
а) 
б) 
в) 
4.2.4. Количество бензина, дополнительно загружаемого в реактор
По результатам расчетов составляется материальный баланс стадий приготовления каталитического комплекса и полимеризации (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Сводный материальный баланс стадий приготовления
каталитического комплекса и полимеризации
№ п/п
|
Компоненты
|
кг/ч
|
% мас.
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
Приход
|
|
|
1
|
Этилен (100%-ный)
|
|
|
2
|
Инертные примеси
|
|
|
3
|
Бензин
|
|
|
|
В том числе:
|
|
|
|
а) с раствором 4ХТ
|
|
|
|
б) с раствором ДЭАХ
|
|
|
|
в) загружаемый дополнительно
|
|
|
4
|
Катализатор
|
|
|
|
В том числе:
|
|
|
|
а) 4ХТ
|
|
|
|
б) ДЭАХ
|
|
|
Итого
|
|
|
|
|
Расход
|
|
|
1
|
Полиэтилен товарный
|
|
|
2
|
Полиэтилен низкомолекулярный
|
|
|
3
|
Отдуваемый этилен
|
|
|
4
|
Отдуваемые инертные примеси
|
|
|
5
|
Бензин
|
|
|
6
|
Катализатор
|
|
|
|
В том числе:
|
|
|
|
а) 4ХТ
|
|
|
|
б) ДЭАХ
|
|
|
7
|
Потери Полиэтилена
|
|
|
Итого
|
|
|
|
4.3. Расчет материального баланса стадии центриифугирования I ступени
С целью прекращения реакции полимеризации в системе после реактора в линию выгрузки полимериэата перед центрифугой I ступени непрерывно подается промывной раствор, состоящий из низко молекулярного спирта и бензина.
Реакцию разложения каталитического комплекса можно запи сать в следующем виде:
4.3.1. Количество низкомолекулярного спирта, требующегося для разложения каталитического комплекса  :
где  – молекулярная масса низкомолекулярного
4.3.2. Для определения количества промывного раствора, подаваемого на стадию центрифугирования (I), составляется баланс по расходу НМС:
где  – плотность НМС, кг/м3[8,9].
Тогда
4.3.3. Количество НМС в промывном растворе, подаваемом на стадию центрифугирования (I):
4.3.4. Количество бензина в промывном растворе, подавае мом на стадию центрифугирования (I):
4.3.5. Количество НМС в фугате стадии центрифугирования (I)
4.3.6. Количество бензина в порошке ПЗНД после стадии центрифугирования (I)
4.3.7. Количество бензина в фугате стадии центрифугирова ния (I)
4.3.8. Количество катализатора в порошке ПЭНД после стадии центрифугирования (I)
4.3.9 Количество низкомолекулярного ПЭ в порошке ПЭНД после стадии центрифугирования (I)
4.3.10 Количество низкомолекулярного ПЭ в фугате стадии центрифугирования (I)
4.3.11. Количество продуктов разложения каталитического комплекса в фугате стадии центрифугирования (I):
а) общее количество разложившихся компонентов каталити ческого комплекса
б) количество образующихся алкоголятов алюминия:
в) количество образующихся алкоголятов титана:
г) количество образующийся соляной кислоты:
д) количество образующегося этана:
4.3.12. По результатам расчетов составляется материальный баланс стадии центрифугирования (I) (табл. 4.2).
Таблица 4.2
Материальный баланс стадии центрифугирования
первой ступени
№ п/п
|
Компоненты
|
кг/ч
|
% мас.
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
Приход на центрифугу
|
|
|
1
|
Суспензия
|
|
|
|
В том числе:
|
|
|
|
а) полиэтилен
|
|
|
|
б) катализатор
|
|
|
|
в) низкомолекулярный
|
|
|
|
полиэтилен (НМ)
|
|
|
|
г) бензин
|
|
|
2
|
Промывной раствор
|
|
|
|
В том числе:
|
|
|
|
а) низкомолекулярный спирт
|
|
|
|
б) бензин
|
|
|
Итого
|
|
|
|
Продолжение таблицы 4.2
1
|
2
|
3
|
4
|
|
Расход
|
|
|
1
|
В разлагатель (на промывку ПЭНД
|
|
|
|
спирто-бензиновой смесью) паста
|
|
|
|
В том числе:
|
|
|
|
1) полиэтилен
|
|
|
|
2) катализатор
|
|
|
|
3) низкомолекулярный полиэтилен (НМ)
|
|
|
|
4) бензин
|
|
|
2
|
На регенерацию растворителя (фугат)
|
|
|
|
В том числе:
|
|
|
|
1) низкомолекулярный спирт
|
|
|
|
2) бензин
|
|
|
|
3) низкомолекулярный полиэтилен
|
|
|
|
4) продукты разложения каталитического
|
|
|
|
Комплекса:
|
|
|
|
а) - алкоголяты алюминия
|
|
|
|
б) - алкоголяты титана
|
|
|
|
в) - соляная кислота
|
|
|
|
г) - этан
|
|
|
Итого
|
|
|
|
4.4 Расчет материального баланса стадии промывки полиэтилена спирто-бензиновой смесью
4.4.1. Количество бензина в промывном |
