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摘要:

簡(jiǎn)單介紹了聚氧化丙烯多元醇(PPG)的工藝流程設(shè)計(jì)，設(shè)備布局及裝置工藝的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:

聚氧化丙烯多元醇;工藝設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)要點(diǎn)

聚醚多元醇(PolyetherPolyol)主要用于聚氨酯高分子材料領(lǐng)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(chǎn)，也可用作泡沫穩(wěn)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(jī)胺與環(huán)氧丙烷聚合反應(yīng)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(yīng)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(huán)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(chǎn)量最大者為以甘油(丙三醇)作起始劑和環(huán)氧化物(一般是PO與EO并用)，通過(guò)改變PO和EO的加料方式(混合加或分開(kāi)加)、加量比、加料次序等條件，生產(chǎn)出各種通用的聚醚多元醇。下面將以此為例進(jìn)行介紹:

1聚氧化丙烯多元醇(PPG)工藝流程設(shè)計(jì)

聚氧化丙烯多元醇(PPG)是以環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷、甘油等為原料，以堿金屬陽(yáng)離子作催化劑為主的聚合過(guò)程，由反應(yīng)、中和、過(guò)濾三部分組成。反應(yīng):在常壓下加入定量起始劑(如甘油等)、催化劑在反應(yīng)釜中，反應(yīng)生成醇鉀和水，然后進(jìn)行減壓脫水，水分合格后，停真空，當(dāng)溫度達(dá)到聚合溫度時(shí)，按一定速度加入環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷，當(dāng)反應(yīng)壓力不再變化時(shí)表明反應(yīng)完成;反應(yīng)完成后檢查產(chǎn)品羥值，確定質(zhì)量后將反應(yīng)液送至中和工序。中和:粗聚醚進(jìn)入中和釜后，加熱到一定溫度后加入中和劑進(jìn)行中和，按規(guī)定時(shí)間攪拌，然后進(jìn)行減壓脫水，檢查產(chǎn)品色度、水分等，合格后送過(guò)濾工序。過(guò)濾:中和精制后的聚醚，由過(guò)濾泵輸送至過(guò)濾機(jī)進(jìn)行循環(huán)過(guò)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(shè)置

設(shè)備布置按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范［1－2］進(jìn)行布置，廠房采用半敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)車(chē)間分為四層，區(qū)部設(shè)有鋼平臺(tái);六個(gè)功能及設(shè)備基本相同的的生產(chǎn)區(qū):聚合反應(yīng)區(qū)、中和反應(yīng)區(qū)、壓濾機(jī)區(qū)、中間儲(chǔ)罐區(qū)、聚合釜冷凝器區(qū)及真空泵區(qū)。一層西邊是聚合反應(yīng)區(qū)，東邊是中和反應(yīng)區(qū)，中和反應(yīng)區(qū)東邊是壓濾裝置。壓濾布在此處，既順應(yīng)流程，又便于壓濾機(jī)底部濾渣的收集與處理;室外設(shè)備區(qū)東側(cè)是中間儲(chǔ)罐區(qū)，中間儲(chǔ)罐區(qū)靠近外管網(wǎng)，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(jī)吊裝孔和中間成品冷卻器;壓濾機(jī)正上方設(shè)有壓濾機(jī)吊裝孔及軌道葫蘆。三層在聚合中和反應(yīng)區(qū)中間設(shè)有鋼平臺(tái)，放置聚合釜冷凝器;四層在裝置最東側(cè)一跨設(shè)有系統(tǒng)真空區(qū)域。廢水收集池及相應(yīng)的提升泵設(shè)計(jì)在車(chē)間室外南側(cè);車(chē)間布局的總體原則是從下到上再?gòu)纳系较峦瓿?a href="http://www.gaoruijun.cn/sjlw/gysjlw/687262.html" target="_blank">工藝，即保障流程通暢，又充分利用了空間;整個(gè)布置按照工藝流程，盡量避免二次提升的功耗。裝置內(nèi)的設(shè)備間距均考慮了安裝與維修，并在裝置每層設(shè)置了通道。裝置北側(cè)設(shè)有設(shè)備吊裝孔。

3聚氧化丙烯多元醇(PPG)工藝裝置的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)聚合反應(yīng)為放熱反應(yīng)，生產(chǎn)中聚合反應(yīng)熱未能及時(shí)導(dǎo)出，可能發(fā)生爆炸等惡性事故。(關(guān)于聚合過(guò)程:環(huán)氧化合物開(kāi)環(huán)聚合，其聚合方法為本體聚合，本體聚合的特點(diǎn)之一是熱不易散發(fā)。在大型設(shè)備中，如聚合熱不能充分除去。反應(yīng)溫度急劇上升，反應(yīng)速度很快加大。這樣不但能加速聚合，且在極短時(shí)間內(nèi)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(xiǎn)。當(dāng)空氣中環(huán)氧化合物達(dá)到爆炸界限時(shí)，就有發(fā)生爆炸的可能性。聚醚的聚合反應(yīng)放熱表現(xiàn)在鏈增長(zhǎng)階段，聚合熱不作適當(dāng)移出，小則影響產(chǎn)品質(zhì)量，大則發(fā)生爆炸事故。因此，及時(shí)移去聚合熱，是聚醚生產(chǎn)中的一個(gè)重要問(wèn)題。

設(shè)計(jì)中根據(jù)聚醚的反應(yīng)特點(diǎn)，原則上從以下四個(gè)方面來(lái)解決:a、聚合釜設(shè)備要求:長(zhǎng)徑比要大，釜內(nèi)有較大的傳熱面積的蛇管，保證在聚合反應(yīng)高峰期，能移去最大聚合熱。b、要根據(jù)各種不同的聚醚，工藝設(shè)計(jì)中，要優(yōu)選聚合時(shí)間，轉(zhuǎn)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(shù)。c、防止爆聚。環(huán)氧化物開(kāi)環(huán)，在瞬間內(nèi)完成聚合的全過(guò)程，稱為爆聚。爆聚導(dǎo)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(zhǔn)確，嚴(yán)格遵受操作規(guī)程外，要特別注意反應(yīng)溫度。如反應(yīng)溫度有驟升的趨勢(shì)，就要提前通入大量冷卻劑冷卻，壓制反應(yīng)高速進(jìn)行。爆聚還會(huì)使聚醚分子量變?yōu)槎喾稚⑿裕珴勺兩睢?d．使釜內(nèi)反應(yīng)物料接觸充分，反應(yīng)充分，便于控制。換熱物料接觸充分，提高換熱效率。設(shè)計(jì)過(guò)程中，具體采用了以下方式來(lái)解決:(1)因聚合反應(yīng)之前要用蒸汽加熱，聚合反應(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)熱要求必須及時(shí)移走，該釜的設(shè)計(jì)將尤為重要，設(shè)計(jì)中，根據(jù)換熱量的計(jì)算，釜外采用半管設(shè)計(jì)，釜內(nèi)設(shè)有三層蛇形內(nèi)盤(pán)管，循環(huán)水設(shè)有三段(共6個(gè)入口)入口進(jìn)入盤(pán)管，以滿足反應(yīng)的換熱需求。并且在聚合釜上部設(shè)有噴淋管，使聚合釜外循環(huán)物料通過(guò)噴淋進(jìn)入釜內(nèi)，以增加換熱面積，加快換熱。聚合釜底設(shè)有環(huán)氧丙烷，環(huán)氧乙烷進(jìn)料盤(pán)管?chē)娏苓M(jìn)料，以使反應(yīng)充分。

聚合釜內(nèi)設(shè)有攪拌器，且采用兩路電源供電。換熱器內(nèi)的流體均采用較高流速。對(duì)于閃點(diǎn)比較低的原料，儲(chǔ)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(nèi)，聚合釜在不同位置設(shè)置多個(gè)溫度指示計(jì)，設(shè)有溫度報(bào)警，并與半管蒸汽調(diào)節(jié)閥，內(nèi)盤(pán)管循環(huán)水調(diào)節(jié)閥及外循環(huán)換熱器循環(huán)水調(diào)節(jié)閥連鎖。(2)為確保壓力在控制范圍內(nèi)，聚合釜設(shè)有壓力指示計(jì)及壓力高位報(bào)警裝置，并與氮?dú)庹{(diào)節(jié)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(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷進(jìn)料管線均設(shè)有流量計(jì)與切斷閥調(diào)節(jié)閥連鎖，以控制進(jìn)料量。不僅設(shè)有流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥等設(shè)施，且采用流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥與泵連鎖系統(tǒng)。另外，本項(xiàng)目生產(chǎn)裝置大部分工藝參數(shù)集中在中央控制室內(nèi)，通過(guò)DCS進(jìn)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(yīng)為放熱反應(yīng)，聚合反應(yīng)釜設(shè)有環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷加入工藝，工藝控制中設(shè)有溫度、壓力報(bào)警系統(tǒng)和流量開(kāi)關(guān)與泵連鎖系統(tǒng)。該反應(yīng)工序攪拌設(shè)備及供應(yīng)該部分的冷凍水系統(tǒng)用電均為二級(jí)負(fù)荷，聚合反應(yīng)釜設(shè)有安全閥、爆破片等泄壓設(shè)施。(2)由于聚醚黏度較大，若介質(zhì)溫度底、路線長(zhǎng)將會(huì)導(dǎo)致物料在管線內(nèi)流動(dòng)緩慢，甚至堵塞管道。設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮物料的這一特點(diǎn)，盡量縮短聚醚管線的輸送長(zhǎng)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(huán)氧乙烷屬于液化烴［2］，其法蘭一般選用帶頸對(duì)焊法蘭(WN)［3］，墊片選用內(nèi)外環(huán)金屬纏繞墊。

4結(jié)論

聚醚裝置的工藝路線合理，能耗水平適中，產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定。裝置的設(shè)備布局在執(zhí)行規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，充分考慮了檢修，操作的便利性和合理性;設(shè)計(jì)中既把握了整體的合理性，又注重細(xì)節(jié)，從各方面保證了工藝系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

［1］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．GB50016－2014建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］．北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2014．

［2］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．GB50160－2008石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］．北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2008．

［3］中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部．HG/T20592～20635－2009鋼制管法蘭、墊片、緊固件［S］．北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2009．

作者：翟亞輝 單位：江蘇省化工設(shè)計(jì)院有限公司