Автор: Пользователь скрыл имя, 13 Мая 2012 в 21:03, реферат
Основные методы получения полиэтилена и дальнейшая ее переработка.
Применение полиэтилена в народном хозяйстве.
В 1873 г. полимеризацию этилена впервые изучал А. М. Бутлеров, а в 1884 г. ее осуществил русский химик Г. Г. Густавсон, применяя в качестве катализатора бромистый алюминий. Полученные полимеры этилена представляли низкомолекулярные жидкие продукты. В дальнейшем в разных странах мира многие ученые занимались проблемой полимеризации этилена в высокомолекулярные продукты. И только лишь в 1933—1936 гг. в СССР и Англии удалось получить при давлении более 100 МПа и температуре около 200°С твердые высокомолекулярные полимеры этилена. Промышленное производство полиэтилена началось в 1938 г. в Англии методом высокого давления, несколько позже — в Германии, США и СССР.
Технологический
процесс производства полиэтилена
методом высокого давления сложен тем,
что требуется вести
Имеются также
сообщения о получении
1. Сырье
Сырьем для производства полиэтилена служит этилен—С2Н4.— бесцветный газ, представляющий простейший непредельный углеводород класса олефинов.
Этот метод прост, но требует большого количества ценного химического сырья — этилового спирта, поэтому в настоящее,время для получения полиэтилена используют нефтяные и попутные газы. В связи с этим все новые промышленные установки для производства полиэтилена проектируют и строят на основе использования этилена нефтяных и попутных газов.
Нефтяные газы образуются в процессе крекинга при 400— -450°С и пиролиза нефти при 700°С и содержат кроме этилена водород, метай, этан, пропан, пропилен, бутан, изобутплен и т. д. Попутные газы, выделяющиеся при добыче нефти и содержащие в основном парафиновые углеводороды: метан, этан, пропан, бутан и т. д., подвергаются высокотемпературному крекингу, в результате чего превращаются в этилен с достаточно высоким выходом.
2. Получение
полиэтилена при высоком
Механизм полимеризации. Полимеризация этилена при высоком давлении представляет собой цепной процесс, протекающий по свободно радикальному механизму. Для уменьшения энергии активации используют инициаторы: в основном кислород, а также перекиси, некоторые нитрильные соединения и т. д. Процесс полимеризации протекает в три стадии: инициирование, рост цепи и обрыв цепи.
Инициирование
процесса заключается в образовании
свободных радикалов за счет распада
инициатора при нагревании. Образовавшийся
радикал взаимодействует с
За счет передачи цепи могут образоваться молекулы полимера с боковыми ответвлениями, которые могут быть длинно- п коротко-цепными.
По этой схеме образуются цепи полимера с ответвлением в середине молекулы. Длина боковой цепи может достигать длины основной цепи.
За счет внутримолекулярной передачи цепи образуются корот-коцепные ответвления в виде приближенного шестичлеиового кольца
Технология получения.
Полимеризация этилена под
Способ полимеризации в массе нашел более широкое распространение и заключается в следующем (13). Этилен, поступающий на полимеризацию, представляет собой смесь нового свежего и возвратного газа. Для очистки от механических примесей его пропускают через фильтр /, содержащий тканевый фильтрующий слой, уложенный на решетку. В этилен из баллона вводят инициатор — кислород, количество которого зависит от условий реакции полимеризации. Как видно из 14, каждому значению температуры полимеризации и давления в системе соответствует определенное ко-
личество кислорода в этилене, при котором наблюдается максимальный выход полимера. Примерное количество вводимого в этилен кислорода в зависимости от температуры и давления в системе приведено в табл. 1.
Количество вводимого кислорода должно строго контролироваться, так как в случае более высокой концентрации кислорода этилен разлагается со взрывом иа углерод, водород и метан. Так, при 200 МПа п 165°С разложение происходит уже при 0,075% кислорода.
Перемешивание этилена с кислородом происходит в процессе транспортировки газа, его фильтрации и сжатия. Сжатие этилена до давления полимеризации происходит в две стадии в цехе компрессии. Первое сжатие до 30—35 МПа производится вертикальным четырехступенчатым компрессором 2 (см. 13). После каждой ступени сжатия этилен подвергается охлаждению в водяном холодильнике S. Сжатый этилен тщательно очищается от примеси масла, идущего иа смазку компрессора, в смазкоотделителе 4 и в емкости 5 и, проходя через фильтр 6, поступает в компрессор высокого давления 7. Для сжатия этилена до давления 150 МПа применяют одно- или многоступенчатые компрессоры.
Трубки нерхией части реактора диаметром 10 мм имеют рубашки, п которых циркулирует вода, нагретая до температуры 200"С
В них производится нагрев этилена до температуры 1 ОБ ШГ>"С
для возбуждения полимеризации. Реакция полимеризации протекает и основном в трубках диаметром 16 мм.
Смесь полиэтилена с этиленом выходит через нижнюю головку аппарата и после дросселирования до 30—40 МПа поступает в сепаратор 4. Этилен отводится в систему очистки, полиэтилен с остатками этилена направляется в шнек-приемник 5, дросселируясь на пути до 0,2—0,3 МПа. В цилиндрической части шнек-приемника полиэтилен забирается вертикальным червяком и выводится в боковой штуцер внизу цилиндра, а проникающий в приемник этилен отводится через верхний штуцер верхнего корпуса этого аппарата.
Полимеризация
этилена под высоким давлением
с растворителем или в
Характеристические свойства полиэтилена (молекулярная масса, молекулярновесовое распределение, разветвлениость), получаемого методами высокого давления, можно изменять в известных пределах изменением условий его получения. Переменными величинами являются давление этилена, концентрация катализатора, температура и время пребывания в реакторе. Влияние этих величин на свойства полимера и выход его за один рабочий цикл можно охарактеризовать несколькими упрощенными положениями: 1) более высокое давление приводит к повышению молекулярной массы, уменьшению разветвленности и повышению степени превращения; 2) более высокая концентрация инициатора обусловливает уменьшение молекулярной массы, повышение содержания кислорода в полимере и повышение превращения этилена; 3) более высокая температура приводит к уменьшению молекулярной массы, учащению разветвленности и повышению степени превращения; 4) более длительное время пребывания в реакторе повышает молекулярную массу и степень превращения.
Методом высокого давления получают полиэтилен низкой плотности (ГОСТ 16337—77Е). Этот вид полиэтилена, получаемый в трубчатых реакторах или в реакторах с перемешивающим устройством с применением инициаторов радикального типа, выпускают в чистом виде (базовые марки) или в виде композиций с красителями, стабилизаторами и другими добавками.
Предназначается он для изготовления технических изделий, а также изделий широкого потребления, которые вырабатываются различными методами — экструзией, литьем, прессованием и пр. Для изделий кабельной промышленности полиэтилен не применяют.
Плотность этого полиэтилена всех марок и сортов — 913— 929 кг/м3 с допуском ±0,6 кг/м3. Предел прочности при растяжении— 12—16 МПа, при изгибе—12—17 МПа, модуль упругости при изгибе—150—200 МПа, твердость по Брииеллю — 14— 25 МПа.
Охрана труда. Получение полиэтилена методом высокого давления пожаро- и взрывоопасно. Наибольшую опасность представляют сжатие этилена и его полимеризация в трубчатых реакторах.
При работе компрессоров возможна утечка газа из системы в производственные помещения с образованием взрывоопасных газовоздушных смесей. При авариях компрессоров и трубопроводов помещение цеха компрессии быстро заполняется газом, и за очень короткий промежуток времени может образоваться взрывоопасная концентрация. Так, при разрыве трубопровода диаметром 100 мм с этиленом под давлением 30 МПа при 35°С взрывоопасная концентрация в помещении объемом 12 000 м3 образуется менее чем за 1 с. Визуально заметить утечку этилена нельзя, поэтому необходимо устанавливать стационарные газоанализаторы типа СГГ-2 или СВК-3, датчики которых помещаются вблизи компрессоров и магистралей. При достижении концентрации газа в помещении выше 20% величины нижнего предела взрыва газоанализатор подает звуковой н световой сигналы, включает аварийную вентиляцию, останавливает работу компрессоров и перекрывает газовые линии при помощи быстродействующих задвижек с электрическим или электромагнитным приводом.
Для безопасной работы компрессоров устанавливают электро-коптактпые манометры и дифференциальные реле давления на линиях охлаждения, которые обеспечивают работу компрессоров в зависимости от подачи воды на охлаждение. Кроме того, осуществляют контроль температуры газа как иа входе, так и выходе из компрессора. Взрывоопасные концентрации газа в рабочей линии и цилиндрах компрессоров возможны в момент пуска компрессоров после ремонта за счет смешения воздуха, находящегося в системе, с первыми порциями этилена. Перед пуском рабочие линии и цилиндры компрессоров необходимо продувать негорючим газом (азотом) до полного удаления воздуха, а затем чистым этиленом.
По пожарной опасности цех компрессии относится к категории А, а строительные конструкции цеха должны быть I и II степени огнестойкости. Для такого цеха строят одноэтажное здание с ослабленными проемами площадью пе менее 0,1 м2 на 1 м3 объема здания. Компрессоры высокого давления, винтовые насосы системы гидропривода компрессоров, смазкоотделителп и буферные емкости для газа должны располагаться в кабинах, разделенных железобетонными стенами н имеющих самостоятельные выходы наружу. Производственные помещения и отдельные кабины оборудуют прнточно-вытяжной вентиляцией. Электрооборудование цеха должно быть во взрывозащищешюм исполнении и соответствовать классу помещений В-1.
Полимеризация этилена в трубчатых реакторах также является пожаро- и взрывоопасным процессом. Повышение температуры в полимеризаторе может привести к резкому увеличению давления п взрыву. Автоматическое поддержание температуры в полимеризаторе, постоянный контроль за содержанием кислорода в этилене обеспечивает работу реактора. Для этого предусматривают автоматнческое регулирование температуры при помощи изменения количества воды, циркулирующей по рубашкам, и периодическую очистку труб реактора от отложений полимера и углерода, выделяющегося при разложении этилена в воде мелкодисперсной сажи. Трубчатые реакторы оборудуют также системой быстрого сброса давления путем выпуска газов в атмосферу.
При проектировании необходимо предусматривать изолированное расположение каждого реактора вместе с отделителем. Кабины разделяют железобетонными стенами, дверные проемы защищают несгораемыми бронированными дверями. Они должны иметь в верхней части ослабленные проемы площадью не менее 0,1 м2 на 1 м3 кабины и приточно-вытяжную вентиляцию.
Отдельные грануляции,
а также склад готовой
3. Получение
полиэтилена при низком
Сырьем для
получения полиэтилена методом
низкого давления служит очищенный
этилен и смешанный
Триэтилалюминий получают в две стадии.
Технология получения. Технологический процесс получения полиэтилена с использованием трнэтилалюмшшя и четыреххлорпсто-го титана в качестве катализаторов может быть как периодическим, так и непрерывным. В настоящее время применяют несколько технологических схем, отличающихся различными конструкциями и объемами реакторов, способами отмывки катализатора от полиэтилена и т. д. Наиболее распространенный способ состоит из трех последовательных непрерывных операций: полимеризации этилена, отмывки его от катализатора и сушки.
Информация о работе Применение полиэтилена в народном хозяйстве