Полиэтилен өндіру

Пән: Өнеркәсіп, Өндіріс
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ:

І. Кіріспе . . . 3

ІІ. Негізгі бөлім . . . 4

2. 1. Төмен және жоғары қысымда полиэтилен өндіру . . . 4

2. 1. 1. Жоғары қысымда этиленнің полимерленуі . . . 4

2. 1. 2. Төмен қысымда этиленнің полимерленуі . . . 5

2. 1. 3. Орташа қысымда этиленнің полимерленуі . . . 6

2. 1. 4. Полиэтиленнің қасиеттері, қолдануы және сополимерлері . . . 7

2. 2. Полистирол өндірісі . . . 10

2. 2. 1. Блок әдісімен полистирол өңдірісі . . . 10

2. 2. 2. Полистирол өңдірісінің суспензиялық әдісі . . . 11

2. 2. 3. Полистирол өңдірісінің блок-суспензиялық әдісі . . . 12

2. 2. 4. Эмульсиялық әдіспен ПС өңдіру . . . 13

2. 2. 5. ПС қасиеттері мен қолдануы . . . 14

ІІІ. Қорытынды . . . 15

ІV. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі . . . 16

Кіріспе

Өндірісте полиэтиленді келесі жолдармен алады: а) этиленнің жоғары қысымда полимерленуі (төмен тығыздықты полиэтилен), б) этиленнің төмен қысымда полимерленуі (жоғары тығыздықты полиэтилен), в) этиленнің орташа полимерленуі (жоғары тығыздықты полиэтилен) .

Полиэтилен - қалын қабатта ақ түсті, ал жұқа қабатта түссіз және мөлдір қатты материал. Аморфты фазаның шыналану температурасы төмен болғандықтан (80 °С жуық) полимердің аязға тұрақтылығын жоғарлатады.

Қасиеттері:

1. Жоғары диэлектрлік қасиеттері, сондықтан жоғарыжиілікті диэлектрик ретінде қолданады.

2. Полиэтилен суға және су буына тұрақты. Қалыпты температурада минералды қышқылдар (тұз, күкірт және фторсутек), сілтілер, көптеген ерітікіштер әсеріне тұрақты. Ароматты және хлорланған көмірсутектерде 70-80 °С температурада ериді.

3. Ауада ұзақ уақыт қыздырғанда полиэтилен баяу тотығады. Мұнда оның жартылай деструкциясы және жартылай тігілуі жүреді, бұл балқыманың тұтқырлығын жоғарлатады және полимерді бұйымдарға өндеу процестерін қиындатады. Тотығуды алдын ала алу үшін полиэтиленге стабилизаторларды, мысалы ароматты аминдерді (0, 1%) енгізеді. Полимердің техникалық қасиеттері өзгермейді. Ескіруді техникалық көміртектің 2-3% енгізуі де төмендетеді.

Өндірісте стиролдың полимерленуінің келесі әдістері тараған: толық конверсиялы блок (массада) әдісі, жарым-жартылай конверсиялы блок (массада) әдісі, суспензиялық, блок-суспензиялық, эмульсиялық әдістер.

2. 1. Төмен және жоғары қысымда полиэтилен өндіру

2. 1. 1. Жоғары қысымда этиленнің полимерленуі

Полиэтиленді 100-350 МПа қысым 190 - 300 °С оттегі немесе тотықтар қатысында этиленің полимерленуімен алады. Этилен полимерленуі радикалды механизм бойынша жүреді.

Иницирлеу . Этилен оттекпен әрекеттескенде этилен молекулаларымен әрекеттесетін бос радикалдар R* түзіледі:

Тізбектің өсуі түзілген радикалға этилен молекулаларының қосылуы арқылы жүреді:

Тізбектің үзілуі макрорадикалдар рекомбинациясы арқылы жүреді

Немесе диспропорционирлену:

Бұл реакция нәтижесінде полиэтилен соңдарында метил немес қанықпаған топтар пайда болады.

Полимерлену барысында біріншілік немесе макрорадикалдардан полимер макромолекулаларына кинетикалық тізбектің берілуі мүмкін:

Полимер макромолекулаларынан түзілген радикалдар өзіне мономер молекулаларын қосу мүмкін:

Жоғары қысымды полиэтилен алу әдістерінде екікаскадты сығу әдісі кең таралған (1 сурет) .

1-сурет. Жоғары қысымда этилен полимерленуінің сызбанұсқасы: 1 - этилен қоймасы, 2, 4 - араластырғыш, 3- бірінші каскад компрессоры, 5 - екінші каскад компрессоры, 6 - түтікше реактор, 7 - жоғары қысымды бөлгіш, 8 - төмен қысымды бөлгіш, 9 - экструдер-гранулятор, 10 - циклон, 11 - бункер, 12 - дозатор, 13 - таразы, 14 - қап тігетін машина

Полиэтиленды тұрақтандыру мен бояу арнайы бөлімде жүреді, оған полиэтилен түйіршіктері пневмотранспорт арқылы жеткізіледі.

Түтікше реакторында этилен конверсиясы 6-20% құрайды; (жиі 8-10%) .

Жоғары қысымда этиленнің полимерленуі араластырғышпен жабдықталған автоклавта жүргуі де мүмкін. Технологиялық схемасы жоғарыда қарастырылған өндіріске сәйкес, бірақ реактордың құрылысы өзгеше. Реактор - винтті араластырғышпен және суытқыш қоршамамен жабдықталған вертикалді автоклав. Полимерленуді иницирлеу үшін 0, 2-0, 5% (об. ) мөлшерінде тотықтар қолданылады. Этилен реакторға 35- 40 °С енгізіледі, реакция температурасы 180-280°С, қысым 100-300 МПа. Этилен конверсиясы 14-16%.

Түтікше реактордың артықшылығы: 1. Реактордын қызмет көрсетуі қарапайым, 2. Полимер ластануының азаюы, 3. Бұл әдіспен этиленнің винилацетатпен және басқа мономерлермен сополимерлерін алу мүмкіндігі. Автоклав процесі аппаратураның аз мөлшерімен және алынған полимердің төмен полидисперстілігімен ерекшеленеді.

2. 1. 2. Төмен қысымда этиленнің полимерленуі

Циглер - Натта қатысында жүреді. Бұл катализаторлар алюминийалкилдер немесе (үшэтилалюминий немесе диэтилалюминийхлориді) үш- немесе төртхлорлы титанмен әрекеттесу өнімдері болып табылады. Практикада жиірек төртхлорлы титан- диэтилалюминийхлориді жүйесін қолданады.

Төмен қысымда этиленнің полимерленуі анионно-координациялық механизм бойынша жүреді. Төртхлорлы және қатынасы 1:1 ден до 2:1 дейін өзгереді. Төртхлорлы титанның мөлшері жоғарлаған сайын полимерлену жылдамдығы өседі, полимер шығымы жоғарлайды, бірақ оның молекулалық массасы төмендейді.

Төмен қысымда этиленнің үздіксіз полимерлену процессін схема бойынша (2 сурет) жүргізеді.

2 сурет. Төмен қысымда этилен полимерленуінің технологиялық схемасы:

1 - араластырғыш, 2-сұйылту аппараты, 3-аралық сыйымдылық (емкость), 4-полимеризатор, 5-скруббер, 6, 8, 10 - центрифугалар, 7-ыдырату аппараты, 9-шаю аппараты, 11-кептіргіш, 12-экструдер-гранулятор

Төмен қысымда полиэтилен өндіру процесі азот атмосферасында жүреді, себебі катализаторлық комплекс ылғал немесе ауа оттегі қатысында жеңіл ыдырайды. Негізгі аппарат-полимеризатор. Ол көлемі 40 м ³ қышқылға тұрақты болаттан жасалған вертикальды цилиндр болып табылады. Төменгі жағында барботер орналасқан. Аппарат өнімділігі 55-60 кг/(м ³ -ч) .

2. 1. 3. Орташа қысымда этиленнің полимерленуі

Орташа қысымда этиленнің полимерленуі ерітіндіде (бензин, циклогексан, ксилол және т. б. ) катализатор қатысында жүреді. Катализатор ретінде алюмосиликатка енгізілген ауыспалы валентті металдар (хром, ванадий, молибден) қолданады. Кең тараған хромтотықты катализаторлар.

Орташа қысымда жүретін технологиялық процесс келесі негізгі операциялардан тұрады: 1. Шикізатты және катализаторды дайындау, 2. Этилен полимерленуі, 3. Катализаторды бөлу және оны регенерациялау, 4. Полиэтилен ерітіндісін концентрлеу, 5. Полиэтиленді ерітіндіден бөлу және оны түйіршіктеу, 6. Еріткіш регенерациясы.

Этилен таза болу керек, себебі сутек, оттегі, көміртек оксидтері сияқты қоспалар каталитикалық у болып табылады.

Катализаторды дайындау - алюмосиликатқа хром агидридінің сулы ерітіндісін енгізу, оны кептіру және құрғақ ауа қатысында 500-550°С қыздыру.

3 сурет. Орташа қысымда этилен полимерленуінің технологиялық схемасы:

1, 2 - этиленді тазарту колонналары, 3-араластырғыш, 4, 5, 6 - полимеризаторлар, 7-тоңазытқыш, 8, 12-сепараторлар, 9-центрифуга, 10-фильтр, 11-концентратор, 13-экструдер-гранулятор

Орташа қысымда полимерленудің негізгі артықшылары: 1. Оксихром катализаторының аздаған зияндылығы және қауыпсіздігі, 2. Катализаторды регенерациядан соң көп ретті пайдалану мүмкіндігі. Кемшілігі: полимерді катализатор қалдықтарынан толық тазарту мүмкінсіздігі, сонымен қатар еріткіштің көп мөлшерде қолдануы.

2. 1. 4. Полиэтиленнің қасиеттері, қолдануы және сополимерлері

Жоғары қысымды полиэтилен - бұл молекулалық массасы 30 000 полимер. Кристалдану дәрежесі жоғары - 60% жуық. Температура жоғарлаған сайын кристалдану дәрежесі төмендеп, 115°С полиэтилен аморфты полимерге айналады.

Полиэтилен макромолекулалары -СН ₂ -СН ₂ - буындарынан тұратын тізбектер. Тізбектердің соңында біраз -СН ₃ топтары және бұйір тармақтары (этил, пропил, бутил және т. б. ) болуы мүмкін. 1000 көміртек атомдарына 20-30 СН ₃ -топ келуі мүмкін. Ұзын тармақтар негізгі тізбекке паралель орналасқан және полимердің кристалдануына бөгет болмайды, ал қысқа тармақтар кристалдану дәрежесін төмендетеді.

Төмен және орташа қысымды полиэтиленнің құрылымы төмен тармақталуымен ерекшеленеді, сондықтан олардың кристалдану дәрежелері жоғары (75-90%) . Сондықтан төмен және орташа қысымды полиэтиленнің тығыздығы, тұрақтылығы, жылуға төзімділігі жоғары. Олардың молекулалық массалары да жоғары -8-500 000 болады. Сонымен қатар орташа және төмен қысымды полиэтилендер органикалық еріткіштер мен қышқылдар әсеріне тұрақты және олардың газ өтімділігі төмен. Кемшіліктері: 1. Бұйымдарға өндеу қиынға түседі, 2. Эластиктігі төмен. Олардың өндеу температуралары 30 °С жоғары. Диэлектрлік қасиеттерінің айырмашылығы төмен.

Қасиеттері:

1. Жоғары диэлектрлік қасиеттері, сондықтан жоғарыжиілікті диэлектрик ретінде қолданады.

Полиэтилен қолдануы.

1. жоғарыжиілік кабельдік изоляцияны дайындау үшін: радио, теледидар, телеграф және телефон бұйымдарды изоляциялау.

2. Суға тұрақты және қауыпсіз қабықшаларды дайындау.

3. Полиэтилен қабықшасына полиизобутил желімін енгізгенде жабысқан полиэтилен ленталары пайда болады. Оларды электроизоляция ретінде және құбырларды коррозиядан сақтандыру үшін қолданады.

4. Суық және 50 °С дейін қыздырылған суға арналған құбырлар дайындау үшін. Құбырлар материалы коррозияға тұрақты және олардың жылу өткізгіштігі төмен.

5. жоғары емес температурада жұмыс істейтін химиялық аппаратураны футеровкалау үшін.

Термопласт ретінде полиэтилен бұйымдарға экструзия, қысыммен құю және термоформолау әдістермен өнделеді. Полиэтилен механикалық өндеудің әртүрлі түрлеріне жеңіл беріледі - оны кесуге, бұрғылауға болады. Металдар, шынылар бетіне қаптамалар дайындау үшін полиэтилен ұнтақ немесе қабықшалар түрінде қолданады.

Этиленнің сополимерлері

Этиленнің пропилен, бутеном-1, винилацетатпен сополимерлері техникалық маңызды. Этиленнің пропилен мен бутен-l сополимерленуін төмен қысымда Циглер - Натта катализаторларының қатысында жүргізеді.

Этиленнің пропиленмен сополимерлері (ЭПС)

ЭПС жоғары эластиктікке, механикаллық және диэлектрлік қасиеттерге ие, агресивті химиялық ортаға тұрақты, жылуға және аязға тұрақты. Экструзия әдісімен алынған ЭПС қабықшасы тара материалы және электроизоляция ретінде қолданады.

Этиленнің бутен-1 сополимерлері

Сополимерлер салмақ салу кезінде жарықшақтанбайды (растрескиваться) және созу кезінде біршама ұзарады. Олардан жасалған бұйымдар өз қалпын 120°С дейін сақтайды.

Этиленнің винилацетатпен сополимерлері (ЭВАС)

ЭВАС жоғары қысымда массада радикалды сополимерлену арқылы алады. Олардың құрамында 5-30% (масс. ) винилацетат болады. ЭВАС жоғары тұрақтылықпен, эластикпен, мөлдірлігімен және кетондарда, ароматты және хлорланған көмірсутектерде жақсы ерігіштігімен ерекшеленеді.

Құрамында 5-10% винилацетатты буындары бар сополимерлерден қабықшаларды, шлангтарды және басқа бұйымдарды жасайды. Құрамында 17-30% винилацетат буындары бар сополимерлерді қағаз, картон және желімдер жасау үшін қолданады.

2. 2. Полистирол өндірісі

2. 2. 1. Блок әдісімен полистирол өңдірісі

Блок әдісімен полистирол өңдірісі. Схема 1.

1 сурет. Толық конверсиялы блок әдісімен стирол полимерленуінің технологиялық схемасы:

1- форполимеризаторлар, 2-колонна, 3-кері тоңазытқыш, 4-экструдер, 5-суыту ваннасы, 6-гранулятор.

Кемшіліктер:

1. Реакциялық массаның жоғары тұтқырлығы нәтижесінде полимерлену жылулығының жоғары мөлшері (685 кДж/кг),

2. Процесстің журу мерзімі үлкен, себебі конверсия 97-98% дейін жеткенде, процесс баяуланады.

Полимерленудің жарым жартылай конверсиялы блок әдісі өнімді, осы әдіс бойынша полимерленуді реакторлар батареясында 80-95% конверсияға дейін жеткізіп, бос стиролды айдап, өндіріске қайта жібереді.

2 сурет. Стиролдың жарым жартылай конверсиялы полимерленуінің технологиялық схемасы:

1-жылуалмастырғыш, 2, 3, 4 - полимеризаторлар, 5-вакуум камерасы, 6-экструдер-гранулятор, 7-кері тоңазытқыштар.

Осы әдіс бойынша (2 сур. ) стиролды немесе стиролдағы каучук ерітіндісін дозалау насоспен үздіксіз жылуаламстырғышқа 1 жібереді, онда ол 80-100 ⁰ С дейін қыздырылып, реакторға 2 түседі, одан кейін насостар көмегімен реакторларға 3 және 4 бағытталады. Реакторлар бұл қышқылға төзімді, көлемдері 15-20 м ³ , қоршаулар, араластырғыштар және кері тоңазытқыштармен жабдықталған аппараттар 7.

Артықшылары:

1. Жоғары өнімділік - бір агрегаттын өнімділігі 15-25 мын. т/жылына;

2. Процесс төмен температурада журу себебінен полимердің молекулалық массасы жоғары және полидисперстілігі төмен.

2. 2. 2. Полистирол өңдірісінің суспензиялық әдісі

Бұл процессте көлемдері 10-50 м ³ аппараттар қолданады, себебі процесс сулы ортада өтеді, сондықтан жылудың түсуі реактор қоршамасы арқылы жүреді. Процесс жеңіл реттелінеді, сондықтан бір аппаратта полистиролдың бірнеше маркасын алуға болады. Яғни процесс жоғары технологиялық иілгіштікпен сипатталады. Суспензиялық полимерленудің үздіксіз процесін қалыптастыру қиынға түседі, себебі суспензия тұрақты емес және полимер араластырғыштарға мен аппарат қабырғаларына жабысады. Мерзімді реакторлар үлкен мөлшері және процесті интенсивтендіру себебінен жоғары өнімділікке ие. Сондықтан өндіріс мерзімді реакторлар арқасында іске асырылады.

Суспензиялық полистиролды мерзімді әдіспен алу процессі келесі стадиялардан тұрады: шикізатты дайындау, компоненттерді араластыру, полимерлену, фильтрлеу, шаю, кептіру.

Шикізатты дайындау - стабилизатор, инициатор және тағы басқа қосымшалардың және суспензияның сулы ерітіндісін дайындау. Суспензияның органикалық және бейорганикалық стабилизаторларын қолданады: поливинил спирті, магний және алюминий гидрототықтары. Полимерлену инициаторлары ретінде тотықтар (бензоил, лаурил және т. б. ) немесе азобисизомай қышқылының динитрилі.

3 сурет. ПС суспензиялық әдісі бойынша өңдірісінің технологиялық схемасы:

1, 2-араластырғыштар, 3- реактор, 4-елеуіш, 5-аралық сыйымдылық, 6-центрифуга, 7-кептірігіш

Кемшіліктері - 1. Көп стадия, 2. Ағынды сулардың көп мөлшері.

2. 2. 3. Полистирол өңдірісінің блок-суспензиялық әдісі

Стиролдың комбинирленген полимерленуі көбіктенген полистиролды алу үшін қолданады (4 сурет) .

Реакторда 1 стиролдың алдын ала блок полимерленуі жүреді. Полимерлену 80-85 ⁰ С инициатор - бензоил тотығы қатысында 30-40% конвесияға дейін жүреді. Содан сон форполимерді автоклавка 3 құйып, алдын ала енгізілген стабилизатордың сулы ерітіндісімен араластырады. Автоклавка стиролдағы инициатор ерітіндісінің жаңа порциясын және газтүзуші ретінде полистирол көбіктенуінде қолданылатын изопентан ерітіндісін құяды. Алынған суспензияны 90 ⁰ С және 7-9 сағат бойы араластырады. Дайын полимер суспензиясын елеуіш 4 арқылы аралық ыдысқа 5 құйып, сумен сұйылтады және центрифугаға 6 жібереді, мұнда полимердің сығылуы мен шаюы өтеді. Ылғалды түйіршіктерін ауа кептіргішіне 7 жіберіп 40 ⁰ С кептіреді.

4 сурет. Көбіктеген ПС блок суспензиялық әдіспен өндірудің технологиялық схемасы:

1-реактор, 2-араластырғыш, 3-автоклав, 4-елеуіш, 5-аралық ыдыс, 6-центрифуга, 7-кептіргіш

2. 2. 4. Эмульсиялық әдіспен ПС өңдіру

Эмульгаторлар ретінде сабындарды, органикалық сульфоқосылыстарды қолданады. Инициаторлар ретінде суда ерігіш тотықтар, сонымен қатар калий және аммоний персульфаттары болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.