聚氧化丙烯多元醇生產裝置工藝設計范文

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摘要:

簡單介紹了聚氧化丙烯多元醇(PPG)的工藝流程設計，設備布局及裝置工藝的設計要點。

關鍵詞:

聚氧化丙烯多元醇;工藝設計;設計要點

聚醚多元醇(PolyetherPolyol)主要用于聚氨酯高分子材料領域，如聚氨酯軟泡、聚氨酯硬泡及涂料、膠黏劑、密封膠、彈性體(CASE)的生產，也可用作泡沫穩定劑、消泡劑、破乳劑等表面活性劑的原料。聚醚多元醇按照制備工藝不同一般可以分為用多元醇或有機胺與環氧丙烷聚合反應得到的聚氧化丙烯多元醇(PPG)、以聚合物與多元醇接枝聚合反應制得的接枝聚醚多元醇(POP)、以四氫呋喃二醇聚合成的聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)，以及與環氧乙烷聚合所得的聚氧化乙烯多元醇(PEG)，期中以PPG用途最廣。而PPG中產量最大者為以甘油(丙三醇)作起始劑和環氧化物(一般是PO與EO并用)，通過改變PO和EO的加料方式(混合加或分開加)、加量比、加料次序等條件，生產出各種通用的聚醚多元醇。下面將以此為例進行介紹:

1聚氧化丙烯多元醇(PPG)工藝流程設計

聚氧化丙烯多元醇(PPG)是以環氧丙烷、環氧乙烷、甘油等為原料，以堿金屬陽離子作催化劑為主的聚合過程，由反應、中和、過濾三部分組成。反應:在常壓下加入定量起始劑(如甘油等)、催化劑在反應釜中，反應生成醇鉀和水，然后進行減壓脫水，水分合格后，停真空，當溫度達到聚合溫度時，按一定速度加入環氧丙烷、環氧乙烷，當反應壓力不再變化時表明反應完成;反應完成后檢查產品羥值，確定質量后將反應液送至中和工序。中和:粗聚醚進入中和釜后，加熱到一定溫度后加入中和劑進行中和，按規定時間攪拌，然后進行減壓脫水，檢查產品色度、水分等，合格后送過濾工序。過濾:中和精制后的聚醚，由過濾泵輸送至過濾機進行循環過濾，澄清后加入抗氧劑輸送至成品槽。工藝流程框圖如圖1。

2聚氧化丙烯多元醇(PPG)工藝裝置的布局設置

設備布置按照相關標準規范［1－2］進行布置，廠房采用半敞開式結構，生產車間分為四層，區部設有鋼平臺;六個功能及設備基本相同的的生產區:聚合反應區、中和反應區、壓濾機區、中間儲罐區、聚合釜冷凝器區及真空泵區。一層西邊是聚合反應區，東邊是中和反應區，中和反應區東邊是壓濾裝置。壓濾布在此處，既順應流程，又便于壓濾機底部濾渣的收集與處理;室外設備區東側是中間儲罐區，中間儲罐區靠近外管網，便于向其他裝置輸送，二層從西向東依次是聚合釜、中和釜壓濾機吊裝孔和中間成品冷卻器;壓濾機正上方設有壓濾機吊裝孔及軌道葫蘆。三層在聚合中和反應區中間設有鋼平臺，放置聚合釜冷凝器;四層在裝置最東側一跨設有系統真空區域。廢水收集池及相應的提升泵設計在車間室外南側;車間布局的總體原則是從下到上再從上到下完成工藝，即保障流程通暢，又充分利用了空間;整個布置按照工藝流程，盡量避免二次提升的功耗。裝置內的設備間距均考慮了安裝與維修，并在裝置每層設置了通道。裝置北側設有設備吊裝孔。

3聚氧化丙烯多元醇(PPG)工藝裝置的設計要點

(1)聚合反應為放熱反應，生產中聚合反應熱未能及時導出，可能發生爆炸等惡性事故。(關于聚合過程:環氧化合物開環聚合，其聚合方法為本體聚合，本體聚合的特點之一是熱不易散發。在大型設備中，如聚合熱不能充分除去。反應溫度急劇上升，反應速度很快加大。這樣不但能加速聚合，且在極短時間內溫度上升，使壓力驟然增加，使物料在聚合釜中有噴出的危險。當空氣中環氧化合物達到爆炸界限時，就有發生爆炸的可能性。聚醚的聚合反應放熱表現在鏈增長階段，聚合熱不作適當移出，小則影響產品質量，大則發生爆炸事故。因此，及時移去聚合熱，是聚醚生產中的一個重要問題。

設計中根據聚醚的反應特點，原則上從以下四個方面來解決:a、聚合釜設備要求:長徑比要大，釜內有較大的傳熱面積的蛇管，保證在聚合反應高峰期，能移去最大聚合熱。b、要根據各種不同的聚醚，工藝設計中，要優選聚合時間，轉化率，壓力，聚合速率，聚合溫度，物料通入流量控制等工藝參數。c、防止爆聚。環氧化物開環，在瞬間內完成聚合的全過程，稱為爆聚。爆聚導致溫度，壓力驟升。造成壓力表沖炸或其他事故后果。防止爆聚，除使用催化劑用量準確，嚴格遵受操作規程外，要特別注意反應溫度。如反應溫度有驟升的趨勢，就要提前通入大量冷卻劑冷卻，壓制反應高速進行。爆聚還會使聚醚分子量變為多分散性，色澤變深。)d．使釜內反應物料接觸充分，反應充分，便于控制。換熱物料接觸充分，提高換熱效率。設計過程中，具體采用了以下方式來解決:(1)因聚合反應之前要用蒸汽加熱，聚合反應過程中的反應熱要求必須及時移走，該釜的設計將尤為重要，設計中，根據換熱量的計算，釜外采用半管設計，釜內設有三層蛇形內盤管，循環水設有三段(共6個入口)入口進入盤管，以滿足反應的換熱需求。并且在聚合釜上部設有噴淋管，使聚合釜外循環物料通過噴淋進入釜內，以增加換熱面積，加快換熱。聚合釜底設有環氧丙烷，環氧乙烷進料盤管噴淋進料，以使反應充分。

聚合釜內設有攪拌器，且采用兩路電源供電。換熱器內的流體均采用較高流速。對于閃點比較低的原料，儲罐采用冷凍水冷卻，輸送管道采用保冷措施。為確保溫度在控制范圍內，聚合釜在不同位置設置多個溫度指示計，設有溫度報警，并與半管蒸汽調節閥，內盤管循環水調節閥及外循環換熱器循環水調節閥連鎖。(2)為確保壓力在控制范圍內，聚合釜設有壓力指示計及壓力高位報警裝置，并與氮氣調節閥及放空切斷閥連鎖，另為了防止壓力突然升高而爆炸，在聚合釜上安裝安全裝置，如安全閥、爆破片、阻火器等。(3)為了控制投料速度及投料量，環氧丙烷、環氧乙烷進料管線均設有流量計與切斷閥調節閥連鎖，以控制進料量。不僅設有流量計、調節閥等設施，且采用流量計、調節閥與泵連鎖系統。另外，本項目生產裝置大部分工藝參數集中在中央控制室內，通過DCS進行顯示、控制和管理。這樣使得投料速度、投料順序得到有效的控制。(4)聚合反應為放熱反應，聚合反應釜設有環氧丙烷、環氧乙烷加入工藝，工藝控制中設有溫度、壓力報警系統和流量開關與泵連鎖系統。該反應工序攪拌設備及供應該部分的冷凍水系統用電均為二級負荷，聚合反應釜設有安全閥、爆破片等泄壓設施。(2)由于聚醚黏度較大，若介質溫度底、路線長將會導致物料在管線內流動緩慢，甚至堵塞管道。設計過程中，考慮物料的這一特點，盡量縮短聚醚管線的輸送長度，并且聚醚管線都采用保溫措施，以確保聚醚能夠順利輸送。(3)環氧乙烷屬于液化烴［2］，其法蘭一般選用帶頸對焊法蘭(WN)［3］，墊片選用內外環金屬纏繞墊。

4結論

聚醚裝置的工藝路線合理，能耗水平適中，產品品質穩定。裝置的設備布局在執行規范要求的基礎上，充分考慮了檢修，操作的便利性和合理性;設計中既把握了整體的合理性，又注重細節，從各方面保證了工藝系統的安全和穩定。

參考文獻

［1］中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局．GB50016－2014建筑設計防火規范［S］．北京:中國計劃出版社，2014．

［2］中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局．GB50160－2008石油化工企業設計防火規范［S］．北京:中國計劃出版社，2008．

［3］中華人民共和國工業和信息化部．HG/T20592～20635－2009鋼制管法蘭、墊片、緊固件［S］．北京:中國計劃出版社，2009．

作者：翟亞輝 單位：江蘇省化工設計院有限公司