聚氧化丙烯多元醇生产装置工艺设计范文

摘要:

简单介绍了聚氧化丙烯多元醇(PPG)的工艺流程设计，设备布局及装置工艺的设计要点。

关键词:

聚氧化丙烯多元醇;工艺设计;设计要点

聚醚多元醇(PolyetherPolyol)主要用于聚氨酯高分子材料领域，如聚氨酯软泡、聚氨酯硬泡及涂料、胶黏剂、密封胶、弹性体(CASE)的生产，也可用作泡沫稳定剂、消泡剂、破乳剂等表面活性剂的原料。聚醚多元醇按照制备工艺不同一般可以分为用多元醇或有机胺与环氧丙烷聚合反应得到的聚氧化丙烯多元醇(PPG)、以聚合物与多元醇接枝聚合反应制得的接枝聚醚多元醇(POP)、以四氢呋喃二醇聚合成的聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)，以及与环氧乙烷聚合所得的聚氧化乙烯多元醇(PEG)，期中以PPG用途最广。而PPG中产量最大者为以甘油(丙三醇)作起始剂和环氧化物(一般是PO与EO并用)，通过改变PO和EO的加料方式(混合加或分开加)、加量比、加料次序等条件，生产出各种通用的聚醚多元醇。下面将以此为例进行介绍:

1聚氧化丙烯多元醇(PPG)工艺流程设计

聚氧化丙烯多元醇(PPG)是以环氧丙烷、环氧乙烷、甘油等为原料，以碱金属阳离子作催化剂为主的聚合过程，由反应、中和、过滤三部分组成。反应:在常压下加入定量起始剂(如甘油等)、催化剂在反应釜中，反应生成醇钾和水，然后进行减压脱水，水分合格后，停真空，当温度达到聚合温度时，按一定速度加入环氧丙烷、环氧乙烷，当反应压力不再变化时表明反应完成;反应完成后检查产品羟值，确定质量后将反应液送至中和工序。中和:粗聚醚进入中和釜后，加热到一定温度后加入中和剂进行中和，按规定时间搅拌，然后进行减压脱水，检查产品色度、水分等，合格后送过滤工序。过滤:中和精制后的聚醚，由过滤泵输送至过滤机进行循环过滤，澄清后加入抗氧剂输送至成品槽。工艺流程框图如图1。

2聚氧化丙烯多元醇(PPG)工艺装置的布局设置

设备布置按照相关标准规范［1－2］进行布置，厂房采用半敞开式结构，生产车间分为四层，区部设有钢平台;六个功能及设备基本相同的的生产区:聚合反应区、中和反应区、压滤机区、中间储罐区、聚合釜冷凝器区及真空泵区。一层西边是聚合反应区，东边是中和反应区，中和反应区东边是压滤装置。压滤布在此处，既顺应流程，又便于压滤机底部滤渣的收集与处理;室外设备区东侧是中间储罐区，中间储罐区靠近外管网，便于向其他装置输送，二层从西向东依次是聚合釜、中和釜压滤机吊装孔和中间成品冷却器;压滤机正上方设有压滤机吊装孔及轨道葫芦。三层在聚合中和反应区中间设有钢平台，放置聚合釜冷凝器;四层在装置最东侧一跨设有系统真空区域。废水收集池及相应的提升泵设计在车间室外南侧;车间布局的总体原则是从下到上再从上到下完成工艺，即保障流程通畅，又充分利用了空间;整个布置按照工艺流程，尽量避免二次提升的功耗。装置内的设备间距均考虑了安装与维修，并在装置每层设置了通道。装置北侧设有设备吊装孔。

3聚氧化丙烯多元醇(PPG)工艺装置的设计要点

(1)聚合反应为放热反应，生产中聚合反应热未能及时导出，可能发生爆炸等恶性事故。(关于聚合过程:环氧化合物开环聚合，其聚合方法为本体聚合，本体聚合的特点之一是热不易散发。在大型设备中，如聚合热不能充分除去。反应温度急剧上升，反应速度很快加大。这样不但能加速聚合，且在极短时间内温度上升，使压力骤然增加，使物料在聚合釜中有喷出的危险。当空气中环氧化合物达到爆炸界限时，就有发生爆炸的可能性。聚醚的聚合反应放热表现在链增长阶段，聚合热不作适当移出，小则影响产品质量，大则发生爆炸事故。因此，及时移去聚合热，是聚醚生产中的一个重要问题。

设计中根据聚醚的反应特点，原则上从以下四个方面来解决:a、聚合釜设备要求:长径比要大，釜内有较大的传热面积的蛇管，保证在聚合反应高峰期，能移去最大聚合热。b、要根据各种不同的聚醚，工艺设计中，要优选聚合时间，转化率，压力，聚合速率，聚合温度，物料通入流量控制等工艺参数。c、防止爆聚。环氧化物开环，在瞬间内完成聚合的全过程，称为爆聚。爆聚导致温度，压力骤升。造成压力表冲炸或其他事故后果。防止爆聚，除使用催化剂用量准确，严格遵受操作规程外，要特别注意反应温度。如反应温度有骤升的趋势，就要提前通入大量冷却剂冷却，压制反应高速进行。爆聚还会使聚醚分子量变为多分散性，色泽变深。)d．使釜内反应物料接触充分，反应充分，便于控制。换热物料接触充分，提高换热效率。设计过程中，具体采用了以下方式来解决:(1)因聚合反应之前要用蒸汽加热，聚合反应过程中的反应热要求必须及时移走，该釜的设计将尤为重要，设计中，根据换热量的计算，釜外采用半管设计，釜内设有三层蛇形内盘管，循环水设有三段(共6个入口)入口进入盘管，以满足反应的换热需求。并且在聚合釜上部设有喷淋管，使聚合釜外循环物料通过喷淋进入釜内，以增加换热面积，加快换热。聚合釜底设有环氧丙烷，环氧乙烷进料盘管喷淋进料，以使反应充分。

聚合釜内设有搅拌器，且采用两路电源供电。换热器内的流体均采用较高流速。对于闪点比较低的原料，储罐采用冷冻水冷却，输送管道采用保冷措施。为确保温度在控制范围内，聚合釜在不同位置设置多个温度指示计，设有温度报警，并与半管蒸汽调节阀，内盘管循环水调节阀及外循环换热器循环水调节阀连锁。(2)为确保压力在控制范围内，聚合釜设有压力指示计及压力高位报警装置，并与氮气调节阀及放空切断阀连锁，另为了防止压力突然升高而爆炸，在聚合釜上安装安全装置，如安全阀、爆破片、阻火器等。(3)为了控制投料速度及投料量，环氧丙烷、环氧乙烷进料管线均设有流量计与切断阀调节阀连锁，以控制进料量。不仅设有流量计、调节阀等设施，且采用流量计、调节阀与泵连锁系统。另外，本项目生产装置大部分工艺参数集中在中央控制室内，通过DCS进行显示、控制和管理。这样使得投料速度、投料顺序得到有效的控制。(4)聚合反应为放热反应，聚合反应釜设有环氧丙烷、环氧乙烷加入工艺，工艺控制中设有温度、压力报警系统和流量开关与泵连锁系统。该反应工序搅拌设备及供应该部分的冷冻水系统用电均为二级负荷，聚合反应釜设有安全阀、爆破片等泄压设施。(2)由于聚醚黏度较大，若介质温度底、路线长将会导致物料在管线内流动缓慢，甚至堵塞管道。设计过程中，考虑物料的这一特点，尽量缩短聚醚管线的输送长度，并且聚醚管线都采用保温措施，以确保聚醚能够顺利输送。(3)环氧乙烷属于液化烃［2］，其法兰一般选用带颈对焊法兰(WN)［3］，垫片选用内外环金属缠绕垫。

4结论

聚醚装置的工艺路线合理，能耗水平适中，产品品质稳定。装置的设备布局在执行规范要求的基础上，充分考虑了检修，操作的便利性和合理性;设计中既把握了整体的合理性，又注重细节，从各方面保证了工艺系统的安全和稳定。

参考文献

［1］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB50016－2014建筑设计防火规范［S］．北京:中国计划出版社，2014．

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB50160－2008石油化工企业设计防火规范［S］．北京:中国计划出版社，2008．

［3］中华人民共和国工业和信息化部．HG/T20592～20635－2009钢制管法兰、垫片、紧固件［S］．北京:中国计划出版社，2009．

作者：翟亚辉 单位：江苏省化工设计院有限公司