论文浅谈超高分子量聚乙烯的生产(4)

南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 4.UHMWPE的简单工艺流程

所在装置的合成方法和索尔维法比较相似，主要是用烷基铝和四氯化钛进行

反应作为聚合反应的催化剂催化剂，正己烷作为整个反应的载液，根据所用的烷基铝不同制取不同的催化剂，从而生产不同的产品。 4.1催化剂区的工艺流程 4.1.1催化剂种类

本工艺的催化剂主要分为两种，分别为THB和MH。催化剂不同其原料也不同，THB的主要原料为己烷、乙醇镁、四氯化钛和3#烷基铝，MH的主要原料为己烷、四氯化钛和1#烷基铝。

在生产过程中所用到的烷基铝有三种，分别为1#烷基铝异戊二烯铝，2#烷基铝三异丁基铝和3#烷基铝三异基铝。下面为它们的英文名、存放处和作用。

表8：三种烷基铝

烷基铝 1#烷基铝 中文名 2#烷基铝 3#烷基铝 英文存放处 作用 名 异戊二烯铝 IPRA V-50101 ①MH的原料(V-50105)；在制MH时②作为预激活剂（V-50106）；③控制压力(V-50204)④除水(V-50212) 三异丁基铝 TBIAL V-50109 ①作为预激活剂；②控制压力(V-50204)；③除水(V-50212) 三乙基铝 TEAL V-50110 仅作为THB的原料(V-50103) 由于所用催化剂的不同，生产的产品可以分为两个系列。当催化剂为THB时，生产的产品主要有4150、4130、4120，当催化剂是MH时，生产的产品主要有4032、4022、4012。这些产品的第一个数字表征了堆积密度；第二个数字表示是否要加硬脂酸钙和是否回收细粉，1表示要加硬脂酸钙、回收细粉，0表示不加硬脂酸钙、不回收细粉；第三个数字表示了UHMWPE的分子量；最后一个数字表示了催化剂的种类，0表示使用的催化剂时THB、2表示使用的催化剂是MH。 4.1.2催化剂区简介及工艺流程简图

无论是生产哪种催化剂，必要的原料都有烷基铝和四氯化钛，还有载液烷基铝。其中四氯化钛的流量对催化剂的合成有重要影响，因此在四氯化钛进入催化剂反应器V-50103或V-50105的管线上都有个质量流量计，准确来测量四氯化钛的流量。

催化剂反应器V-50103和V-50105都有夹套，催化剂储罐V-50106也有夹套。上面介绍的三种烷基铝：1#烷基铝（异戊二烯铝）、2#烷基铝（三异丁基铝）和3#烷基铝（三异基铝）。3#烷基铝（三异基铝）加入到V-50103中作为合成一号催化剂THB的原料，加入到V-50104中作为预激活剂；1#烷基铝（异戊二烯铝）加入V-50105中最为生产二号催化剂MH的原料，加入到V-50106中作为预激活剂。 催化剂区的V-50103：1号催化剂反应器、V-50104：1号催化剂储罐、V-50105：

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南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 2号催化剂反应器、V-50106：2号催化剂储罐、V-50107：催化剂稀释罐、V-50108：催化剂储罐、V-50805：多功能罐的顶部都有搅拌器。

当生产的催化剂为THB时，所需的原料为己烷、乙醇镁、四氯化钛、3#烷基铝（三乙基铝），简易的工艺流程图如下：

V-50102 V-50110 V-50103 V-50104 V-50107 V-50108 正己烷 图5:生产催化剂THB的工艺流程图

当生产的催化剂为MH时，所需的原料为己烷、四氯化钛和1#烷基铝（异戊二烯铝），简易的工艺流程图如下：

V-50102 V-50101 V-50105 V-50106 V-50805 V-50107 V-50108 正己烷

图6：生产催化剂MH的工艺流程图

整个催化剂区的工艺流程简图如下所示：

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南京化工职业技术学院毕业设计（论文） V-50105 V-50106 V-50805 V-50104 V-50103 V-50107 V-50108

图7：整个催化剂区的工艺流程图

图中各代号的解释

V-50102：四氯化钛储罐；V-50101：异戊二烯铝储罐；V-50109：三异丁基铝储罐；V-50110三异基铝储罐；V-50103：1号催化剂反应器；V-50104：1号催化剂储罐；V-50105：2号催化剂反应器；V-50106：2号催化剂储罐；V-50107：催化剂稀释罐V-50108：催化剂储罐；V-50805：多功能罐 4.2聚合区简介及工艺流程简图

聚合的原料主要有乙烯、催化剂、氢气等。向聚合反应器V-50204里加入烷基铝来控制压力，加入的氢气通过乙烯管线进入V-50204，氢气主要用于断键，氢气能加快链增长的转移反应，因此氢气的加入量越大，所得的超高分子量聚乙烯的相对分子量越小。V-50204底部有个搅拌器来使聚合反应均匀。外面有夹套来提供反应时所需的温度以及可以及时移走反应产生的热量，从而可以使反应持续的进行。聚合物从V-50204是通过两条溢流管到V-50210的。V-50204底部有出空管线，

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南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 用于停车时出空反应器里的残余物和用于排放用高压水冲洗的废液。 后续聚合物V-50210、罐离心机进料槽V-50211和母液槽V-50212的压力控制都是通过氮气的分层控制来达到要求的。

后续聚合物V-50210为从V-50204过来的未反应的物料提供暂时的反应场所，它的顶部有搅拌器；底部有离心泵用于把聚合物从V-50210传送到V-50211；同时底部还有出空管线，用于停车时出空物料。外面有夹套用于保温。

离心机进料槽V-50211顶部有搅拌器；底部有两个碎块泵P-50207和P-50208，这两台泵不提供扬程和压力，仅用于把大块的物料碎成小块。还有个回流管线，用于保护碎块泵，当液位达到一定的高度时才打开碎块泵，在此之前物料不从V-50211到离心机MS-50202里，利用回流管线打循环。底部也有出空管线。 离心机MS-50202把从V-50211出来的物料进行分离。从离心机里出来的正己烷回到V-50212中，湿饼经过换热器HE-50201和V-50202使里面的部分正己烷回到V-50212中，其他物料到干燥去的MD-50305中。

母液槽V-50212里的正己烷为整个系统提供必要的正己烷载液。在此罐中加入烷基铝主要用于除水。加入抗静电剂来增加母液的传导性。底部有出空管线，以及进入各个区域的管线，进入HRC给料槽的正己烷通过泵提供一定的扬程和过滤器过滤。母液槽里有根内插管，主要起搅拌作用。

氮气的分层控制 氢气 乙烯 催化剂 V-50204 V-50210 V-50211 V-50212 烷基铝

图8：聚合区的工艺流程图

图中各代号的解释

V-50204：聚合反应器；V-50210：后续聚合物；V-50211：离心机进料槽；V-50212母液槽；MS-50202：离心机；P-50207、P-50208：碎块泵

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南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 4.3干燥及分级区简介及工艺流程简图

干燥分为两次，第一次干燥是在MD-50305（TDD）中，物料在此处不与热的蒸汽接触，主要是通过夹套形式对里面的物料进行干燥，TDD利用离心作用把正己烷甩到上方的袋式过滤器（MS-50302）中，然后再经过过滤器再次过滤后进入冷凝器HE-50201和HE-50302冷凝后回到母液槽V-50212中。物料在离开TDD进入PD前，正己烷的浓度要小于2%。第二次干燥是在MD-50303(PD)中，物料在此处是与热的氮气直接接触的，氮气先进过换热器HE-50302加热，然后分三条管线从PD的侧面进入到PD中，吹动着含有正己烷的湿饼，部分物料进入上部的袋式过滤器MS-50304中使粉料落下来、正己烷蒸汽再经过过滤器MS-50307过滤和换热器HE-50202冷凝后进入母液槽V-50212中。物料在离开PD进入FFB之前，正己烷的浓度要小于100ppm。这为两次干燥的工作过程。

分级主要把聚合成的物料分为粗粉、细粉和超高分子量聚乙烯。在分级以前都是在惰性环境（氮气）中操作的，而分级区的操作是在空气的环境中操作的。因此从干燥到分级的管线上安装的两个旋转阀，旋转阀在此主要是起到气隔作用。物料进入到细粉流化床FFB（V-50304）中，从这里开始及以下区域都是在空气的环境中操作的，空气在加热器中经低压蒸汽加热后进入西粉流化床FFB中，在这里是进行负压操作，主要是为了除掉系统中细小的粉末。吹动FFB中的物料，使一部分的物料进入到袋式过滤器MS-50305中，到过滤器MS-50305中的物料经过过滤后就是细粉，在细粉包装盒与过滤器之间有个旋转阀，其主要作用是气隔和防架桥。物料在出过滤器MS-50305后还有一路是去风机C-50303的，这里的物质大多数是烷基铝和四氯化钛与空气中的水和氧气反应生成的酸性物质（主要是氯化氢），再经过滤器MS-50303过滤后进入到碱洗塔T-50303中进行中和，主要是防止氯化氢腐蚀设备。碱洗塔中氢氧化钠的原始浓度为30%，酸性物质中和后的PH一般要在6～9即可排放到污水池中。

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