1.工艺流程
如图2-15所示,带搅拌的连续釜式反应器(CSTR)是工业生产过程中常见的单元设备。反应过程是丙烯聚合,此过程采用两釜并联进料、串联反应的流程。聚合反应在己烷溶剂中进行,所以称为溶剂淤浆法聚合。第一聚合釜D-201同时设有夹套冷却水散热和汽化散热,用以及时移走反应产生的大量热量。汽化散热是汽化气体经冷却器E-201进入D-207罐,D-207罐上部汽化空间的含氢(相对分子质量调节剂)未凝气体通过鼓风机C-201经插入釜底的气体循环管返回首釜D-201,形成丙烯气体压缩制冷回路来实现的。第二釜D-202采用夹套冷却和浆液釜外循环散热,浆液釜外循环管线上有一个换热器,用冷却水移走热量。
图2-15 连续反应流程图
连续反应工艺流程说明如下:新鲜丙烯经阀门V1进入储罐D-207;少量后续工段回收的循环丙烯经阀门V2进入储罐D-207,两种物流在储罐D-207中混合。混合后的物料再经泵P-201输送到第一聚合釜D-201。己烷经过阀门V6和阀门V7分别进入第一聚合釜D-201和第二聚合釜D-202。第一聚合釜D-201由阀门V8与阀门V9分别控制添加催化剂A和活化剂B。气相丙烯经阀门V10进入第二聚合釜D-202作为补充进料。少量氢气分别通过调节阀AIC-01和调节阀AIC-02进入两釜,控制聚丙烯熔融指数。熔融指数表征了聚丙烯的分子量分布,是操作过程中需要重点控制的指标。
2.主要设备的操作要点
第一聚合釜的主要操作点:超压或停车时使用的放空阀V11,釜底泄料阀V13,夹套加热热水阀V4,搅拌器电机开关M01,气体循环冷却手动调整旁路阀V3,鼓风机开关C01及备用鼓风机开关C1B。
第二聚合釜的主要操作点:超压或停车时使用的放空阀V12,釜底泄料阀V14,夹套加热热水阀V5,夹套冷却水阀V15,搅拌器电机开关M02,浆液循环泵电机开关P06。
储罐D-207的主要操作点:丙烯进料阀V1,循环液相回收丙烯进料阀V2,丙烯输出泵P-201开关P01及备用泵开关P1B。
3.冷态开车步骤
(1)检查并确保所有阀门处于关闭状态,各泵、搅拌和压缩机处于停机状态。
(2)将己烷进口阀V6的阀门开度调到50%,向第一聚合釜D-201充己烷。当液位达50%时,将调节器LIC-03投自动。
(3)将己烷进口阀V7的阀门开度调到50%,向第二聚合釜D-202充己烷。当液位达50%时,将调节器LIC-04投自动。
(4)开丙烯进料阀V1,向储罐D-207充丙烯。当液位达50%时,开泵P-201,将调节器LIC-02投自动。
(5)开鼓风机C-201A的开关C01。全开手操阀门V3,使丙烯气走旁路而暂不进入反应釜。手动调节TIC-03使其阀开度约30%,使冷却器E-201预先工作。
(6)开启第一聚合釜D-201的搅拌电机M01。打开催化剂阀V8和V9,开度都为50%。控制夹套热水阀V4的开度,使釜温逐渐上升至45~55℃左右诱发反应。关闭热水阀V4后观察釜温的变化。只要釜温继续上升则说明第一釜的反应已被诱发。反应放热逐渐加强,必须通过夹套冷却水系统来控制釜温的上升速度,即手动开TIC-04输出,向夹套送冷却水。逐渐关小旁路阀V3,加大气体循环冷却流量控制釜温,防止超温、超压及“暴聚”事故。将温度调节器TIC-04设定为(70±1)℃后投自动。
(7)开启第二聚合釜D-202的搅拌电机M02。将汽相丙烯补料阀V10的开度设置为50%。在第一聚合釜D-201反应的同时必须随时关注第二釜的釜温。因为第一釜的反应热会通过物料带到第二釜。有可能在第二釜即使没有用热水加热产生诱发反应,也会发生反应。正常情况下应调整夹套热水阀V5,使釜温上升至40~50℃左右诱发反应。如前所述,由于首釜的浆液进入第二釜所带来的热量会导致釜温上升,因此要防止过度加热。关闭热水阀后如果釜温继续上升,说明第二釜的反应已被诱发。同时反应放热逐渐加强,必须通过夹套冷却水系统进行冷却,即开夹套冷却水阀V15和浆液循环冷却系统,打开泵P-206电机开关P06,手动开启TIC-06输出,控制釜温。防止超温、超压及“暴聚”事故。将温度调节器TIC-06设定在(60±1)℃,投自动。
(8)待两釜温度控制稳定后,手动调整AIC-01,向首釜加入氢气,使熔融指数达6.5左右,投自动。
(9)在调整AIC-01的同时,手动调整AIC-02,向第二釜加入氢气,使熔融指数达6.5左右,投自动。
(10)开启循环液相丙烯阀V2,适当关小阀V1,使丙烯进料总量保持不变。
(11)微调各手动阀门及调节器,使本反应系统达到正常设计工况。
4.开车过程中的注意事项
在开车过程中,要密切关注两个聚合釜的温度变化。
对第一聚合釜:如果加热诱发反应过度,当开大冷却量仍无法控制温度时,应超前于温度尚未达90℃时暂停搅拌,或适当减小催化剂量等方法及时处理。一旦釜温达到100℃,软件就认定为“暴聚”事故,只能重新开车。如果加热诱发反应不足,当一关闭热水阀V4,釜温TIC-04就会下降。这时应继续开大V4强制升温,若强制升温还不能奏效,应检查是否在升温的同时错开了气体循环冷却系统或TIC-04有手动输出冷却水流量。必须关闭所有冷却系统,同时开大催化剂流量,直到反应诱发成功。
对第二聚合釜:与第一釜相同,如果加热诱发反应过度,开大冷却量仍然无法控制温度,这时应超前于温度尚未达到90℃时暂停搅拌,或用适当减小催化剂流量等方法及早处理。一旦釜温达到100℃,软件就认定为“暴聚”事故,只能重新开车。如果加热诱发反应不足,这时只要一关闭热水阀V5,釜温TIC-06就下降。应继续开启V5强制升温。若强制升温还不能奏效,应检查是否在升温的同时,错开了浆液循环冷却系统或V15有手动输出冷却水流量。必须全关所有冷却系统,甚至开大催化剂流量直到反应诱发成功。
5.停车参考步骤
(1)关闭D-202汽相丙烯加料阀V10。
(2)关闭A,B催化剂阀V8,V9。
(3)关闭丙烯进料阀V1。
(4)关闭循环液相丙烯阀V2。
(5)关闭D-201加己烷阀V6。
(6)关闭D-202加己烷阀V7。
(7)开启D-201放空阀V11。
(8)开启D-202放空阀V12。
(9)开启D-201泄液阀V13。
(10)开启D-202泄液阀V14。
(11)将调节器TIC-04置手动全开。
(12)将调节器TIC-06置手动全开。
(13)将调节器TIC-03置手动全开。
(14)将调节器LIC-02置手动全开。(www.xing528.com)
(15)将调节器LIC-03置手动全开。
(16)将调节器LIC-04置手动全关。
(17)将调节器AIC-01置手动全关。
(18)将调节器AIC-02置手动全关。
(19)关闭泵P-201。
(20)关闭泵P-206。
(21)关闭D-201搅拌。
(22)关闭D-202搅拌。
(23)将D-201、D-202和D-207的液位降至零。
(24)关闭气体循环阀V3。
(25)关闭压缩机C-201。
6.事故设置及排除
(1)催化剂浓度降低
事故现象:开始时D-201釜温有所下降,由于温度控制TIC-04的作用,使冷却量自动减少,温度回升。最终使聚丙烯浓度下降。导致第二釜也有相同现象。
处理方法:适当开大A,B催化剂量。
(2)催化剂进料增加
事故现象:开始时D-201釜温有所上升,由于温度控制TIC-04的作用,使冷却量自动加大,温度回落。最终使聚丙烯浓度上升。导致第二釜也有相同现象。
处理方法:适当关小A,B催化剂量。
(3)D-201出料阀堵塞
事故现象:D-201中液位上升。LIC-03的输出自动开大,但无法阻止液位继续升高。
处理方法:开T-1开关。
(4)D-202出料阀堵塞
事故现象:D-202中液位上升。LIC-04的输出自动开大,但无法阻止液位继续升高。
处理方法:开T-2开关。
(5)P-201停止运转
事故现象:D-207中液位上升。由于丙烯原料被切断,第一釜丙烯和聚丙烯浓度同时下降。
处理方法:开备用泵P1B开关,使备用泵运转投用。
7.思考题
(1)溶剂在丙烯聚合中起何作用?
(2)催化剂在丙烯聚合反应中起什么作用?丙烯聚合采用何种催化剂?
(3)丙烯聚合反应进行的快慢和哪些因素有关?
(4)聚丙烯熔融指数与相对分子质量有什么关系?如何控制?
(5)在丙烯聚合过程中为什么第一釜比第二釜反应剧烈?
(6)首釜采用气相循环冷却的作用原理是什么?和夹套水冷有何不同?如何调整冷却量?
(7)第二釜为什么用釜内浆液外循环冷却?
(8)冷态开车时如何控制夹套热水加热?为什么加热不能过度?
(9)反应过程中如果停止搅拌会出现什么情况?
(10)丙烯聚合为什么常用多釜串联工艺?
(11)聚合反应为什么常用低转化率工艺?未反应的丙烯如何处理?反应后溶剂如何处理?
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