Производство полиэтилена высокой плотности

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ (МАМИ /УНИВЕРСТЕТ МАШИНОСТРОЕНИЯ/)

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«Производство полиэтилена высокой плотности»

Выполнила:

Дегтярева М.С.

Специальность: 240100-с

Москва - 2015



Содержание

Введение

1. Основные характеристики процесса производства полиэтилена высокой плотности

2. Характеристика сырья и производимой продукции

3. Описание технологического процесса производства полиэтилена

4. Материальный баланс установки

5. Описание основного аппарата и режима его работы

6. Расчет реактора

Список используемых источников

Введение

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.

Технологический процесс производства полиэтилена методом высокого давления сложен тем, что требуется вести полимеризацию в аппаратуре, выдерживающей большие давления; возникает необходимость в неоднократной циркуляции этилена в реакционной системе из-за невысокой степени превращения и т. д. Эти обстоятельства заставили искать новые пути полимеризации этилена. Большим событием явилось открытие в 1953 г. группой немецких ученых, возглавляемой К. Циглером, метода полимеризации этилена при нормальном давлении в присутствии комплексных металло-органических катализаторов, при этом продукты реакции переходных металлов и металлоорганических соединений являются сильнодействующими катализаторами в процессе полимеризации этилена даже при атмосферном давлении и при средних температурах. На этом открытии базируется процесс получения полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) фирмы Basell. полиэтилен реактор технологический

Цех № 20 завода «Мономер» ОАО «Газпром нефтехим Салават» предназначен для получения полиэтилена низкого давления (ПЭНД) суспензионным методом «Хостален» мощностью 120 тыс.т/год (15 т/ч).

1. Основные характеристики процесса производства полиэтилена высокой плотности

Полиэтилен высокой плотности (НDPE) - ПЭ с линейной макромолекулой и относительно высокой плотностью (0,960 г/смі). Это полиэтилен, называемый также полиэтиленом низкого давления (ПЭНД), его получают полимеризацией со специальными катализаторными системами.

Линейные полиэтилены образуют области кристалличности, которые сильно влияют на физические свойства образцов. Этот тип полиэтилена обычно называют полиэтиленом высокой плотности; он представляет собой очень твердый, прочный и жесткий термопласт, широко применяемый для литьевого и выдувного формования емкостей, используемых в домашнем хозяйстве и промышленности. Полиэтилен высокой плотности прочнее полиэтилена низкой плотности.

Производство ПЭВП предназначено для изготовления продукции, используемой для производства:

- полиэтиленовых труб различного назначения, в т.ч. ПЭ 100 и ПЭ 80;

- сверхтонкой, прочной пленки и других пленок высокой плотности;

- баков для диатермического масла, бензобаков, крупных емкостей и контейнеров;

- изделий, получаемых литьем под давлением;

- кабельной изоляции;

- выдувных изделий;

- полиэтиленового волокна.

Процесс «HOSTALEN» Фирмы «BASEL», Германия

Двухреакторный (бимодальный) суспензионный процесс в тяжелом растворителе (гексане).

Тип реактора - автоклав с мешалкой, с уплотнением в паровой фазе. Для ведения процесса используется один тип катализатора - Циглера-Натта - при его введении только в первый реактор и один тип сомономера - бутен-1. В ряде случаев используется пропилен для литьевых марок.

Параметры процесса: 76 - 85°С при давлении менее 10 атм., время контакта катализатора 1 - 3 часа, степень конверсии за 1 цикл 99.5 %, что позволяет исключить рецикл этилена.

Короткое время контакта с катализатором, хорошие условия массообмена в реакторе, наличие одного типа катализатора и сомономера обеспечивают хорошие условия перехода с марки на марку (1 - 3 часа). Рекламируемая фирмой плотность получаемого продукта составляет 0.938 - 0.970 г/см3. Рекомендуемый марочный ассортимент ПЭВП и ПЭСП соответствует самым высоким требованиям современного рынка.

Учитывая самый большой, более 20 лет, опыт в эксплуатации бимодальных процессов в мире и наличие полиэтилена фирмы «Hostalen» в течение длительного времени на Российском рынке, следует отметить большой авторитет ПЭВП марок «Hostalen» у наших потребителей (Горьковского автозавода при производстве бензобаков, заводов, производящих напорные и газовые трубы).

Трубные марки с процесса «Hostalen» выпускаются с полной рецептурой добавок, окрашенные в черный, голубой, желтый, оранжевый и коричневый цвета (в зависимости от класса ПЭ-80, ПЭ-100 и области применения), что более соответствует требованиям Европейского и Мирового рынка (кроме США и Японии) и учитывает имеющееся оборудование трубных производств. Высоким авторитетом пользуются также высокоударопрочные литьевые марки Хосталена.

Положительным моментом процесса «Hostalen» является перспектива его совершенствования, которая базируется на последних разработках фирмы, позволяющих увеличить выход полимера с 50 кг до 150 кг на грамм катализатора. Научно - исследовательскими достижениями фирмы, доложенными на семинаре в ОАО «Пластполимер» в июне 2000 года, явилась разработка катализатора нового поколения с возможностью увеличения выхода полимера до 900 кг на грамм катализатора.

Основные недостатки процесса «Hostalen», с точки зрения требований современного рынка:

* Марочный ассортимент не полностью обеспечивает требования рынка в связи с ограничением диапазона плотности (0.938 - 0.970 г/литр) полимера, что вообще исключает линейный полиэтилен низкой плотности. Это обстоятельство приведет в будущем к закупке ЛПЭНП у Западных фирм для собственного вспомогательного производства мешков и оболочной пленки для крепления мешков на палетах в объеме около 1000 т в год, необходимых для упаковки товарного полиэтилена.

* Использование тяжелого растворителя - гексана - вызывает необходимость установки значительного количества дополнительного оборудования - центрифуги отстойного типа, сушилки, установки регенерации растворителя.

2. Характеристика сырья и производимой продукции

Производимая продукция это полиэтилен марки 276.

Полиэтилен низкого давления порошкообразный представляет собой порошок белого цвета (твердый высокомолекулярный продукт), полученный в газовой фазе с применением хроморганических соединений в качестве катализатора.

Химическая формула - (- СН₂ -) _n - , где n-средняя степень полимеризации.

Он обладает высокими механическими свойствами.

Плотность полиэтилена является мерой кристалличности, а так же степени разветвленности макромолекулы полиэтилена.

Повышение плотности вызывает повышение сопротивления разрыву, твердости, химической стойкости, температуры размягчения и предела текучести, но приводит к понижению вязкости при изгибе и сопротивления растеканию под напряжением.

Свойства полиэтилена марки 276 приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Свойства полиэтилена марки 276

Плотность, г/см3	0,958-0,963
Показатель текучести расплава, г/10 мин при нагрузке 5,0 кг	2,6-4,5
Массовая доля золы, %, не более Высший сорт Первый сорт	0,03 0,045
Насыпной вес, г/дм3	370-520
Температура плавления, °С	120-130
Размер частиц, мм	0,3-1,2
Морозостойкость, °С	Ниже минус 70
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом*см	1017
Относительное удлинение при разрыве, %	400-800
Ударная вязкость	Не ломается

В готовые изделия порошкообразный полиэтилен перерабатывается методом экструзии, выдувания и литья под давлением.

В зависимости от свойств полиэтилен используется для производства труб, пленок, листов, моноволокна, тонко- и толстостенных изделий различного габарита (сиденья, ведра, бачки, контейнеры).

Характеристика основного сырья приведена в таблице 2.

Таблица 2 - Характеристика основного сырья

Наименование сырья, материалов и полупродуктов	Государственный или отраслевой стандарт, технические условия, регламент иметодика подготовки сырья	Показатели по стандарту, обязательные для проверки	Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями
Этилен	Постоянный технологический регламент № 13-70-96	1. Объемная доля этилена, %, не менее	99,9
		2. Объемная доля метана и этана в сумме, %, не более	0,1
		3. Объемная доля ацетилена, %, не более	0,001
		4. Объемная доля пропилена, %, не более	0,005
		5. Объемная доля диеновых углеводородов (пропадиена и бутадиена), %, не более	0,0005
		6. Объемная доля оксида углерода, %, не более	0,0005
		7. Объемная доля диоксида углерода, %, не более	0,002
		8. Массовая концентрация серы, мг/м3, не более	1
		9. Массовая доля воды, %, не более	0,001
		10.Объемная доля кислорода, %, не более	0,0005
		11.Объемная доля метанола, %, не более	0,005
Водород	Постоянный технологический регламент № 13-10-94	1. Объемная доля водорода в пересчете на сухой газ, %, не менее	99,999
		2. Объемная доля кислорода в пересчете на сухой газ, %, не более	0,001
		3. Объемная доля воды, %, не более	0,005

Характеристика вспомогательного сырья приведена в таблице 3.

Таблица 3 - Характеристика вспомогательного сырья

Наименование сырья, материалов и полупродуктов	Государственный или отраслевой стандарт, технические условия,.	Показатели по стандарту, обязательные для проверки	Реглам.показатели
Катализатор S-9-800°С	Постоянный технологический регламент № 13-14-97	1. Массовая доля хрома, %, не менее	1,2
Катализатор S-9-700°С + ТГФ	Постоянный технологический регламент № 13-14-97	1. Массовая доля хрома, %, не менее	1,4
Катализатор S-9-600°С	Постоянный технологический регламент № 13-14-97	1. Массовая доля хрома, %, не менее	1,4
Азот газообразный очищенный	Постоянный технологический регламент № 58-94	1. Объемная доля азота, %, не менее	99,98
		2. Объемная доля кислорода, %, не более	0,0005
		3. Содержание масла	Отсутс.
		4. Содержание механических примесей	Отсутс.
		5. Объемная доля воды, %, не более	0,0007
Азотно-кислородная смесь для гашения реакции	Требования инофирмы	1. Содержание кислорода, %	5 - 6
		2. Содержание азота, %	94 - 95

Энерготехнологические ресурсы

Расход энерготехнологических ресурсов для производства полиэтилена марки 276 представлен в таблице 4.

Таблица 4 - Расход энерготехнологических ресурсов для производства полиэтилена

Энерготехнологические ресурсы	Единица измерения	Расход на 1 тонну полиэтилена
Оборотная вода	Мі	65.0
Пар (14-17)кгс/смІ	Гкал	0.127
Пар (4-6)кгс/смІ	Гкал	0.053
Азот	Мі	127.5
Воздух КИП	Мі	26.5.
Воздух технологический	мі	6.0
Электроэнергия	кВт	486.0
Конденсат	т	-

3. Описание технологического процесса полимиризации полиэтилена

В производстве предусмотрен суспензионный метод производства полиэтилена.

Технологическая схема процесса «Хостален» представлена в приложении А.

Процесс получения полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) фирмы Basell базируется на открытии Карла Циглера и его коллег в 1953 году, при котором продукты реакции переходных металлов и металлоорганических соединений являются сильнодействующими катализаторами в процессе полимеризации этилена даже при атмосферном давлении и при средних температурах.

Технология, используемая в непрерывном технологическом процессе полимеризации - суспензионный процесс при низком давлении.

Основные характеристики процесса полимиризации

Полимеризация этилена в присутствии катализаторов проходит по следующей реакции.

(n + 1) (СH₂ = CH₂) + H₂------>CH₃--(СH₂-CH₂) n - CH₃

При сополимеризации этилена с бутеном имеет место следующая реакция.

(n + 1) (СH₂=CH₂) + m(C₄H₈) + H₂------>(CH₃)₂ - (СH₂-CH₂) n (C₄H₈) m - (CH₃)

Предусмотрена одна линия полимеризации с двумя основными полимеризаторами объемом по 94 м³ каждый. Эта технологическая линия размещена на наружной установке полимеризации (объект 1227).

Узел полимеризации является центральным для всего производства полиэтилена.

В отличие от большинства других химических процессов, при реакции полимеризации определяются все важные свойства продукции. На практике невозможно улучшить полимер последующей обработкой. Если происходит получение некондиционного полиэтилена, то нет возможности преобразовать его химической обработкой в полиэтилен, соответствующий техническим требованиям.

Поэтому необходимо выполнять все требования технологического регламента.

Реакция полимеризации проводится в полимеризаторах поз. R 1201, поз. R 1202, оснащенных мешалками.

Работа двух полимеризаторов предусмотрена либо параллельно (процесс K1) при одинаковых условиях полимеризации, либо каскадного (процесс К2) при различных условиях полимеризации.

Каталитические комплексы

Каталитические комплексы включают:

- готовый катализатор фирмы «Basell» - Z501.

- активаторы в зависимости от выпускаемой марки полиэтилена.

Использование катализатора Z501 (или THS)

Катализатор Z501 (или THS) фирмы Basell поставляется в твердом состоянии, и требуется только разбавить катализатор гексаном до необходимой концентрации. Катализатор выгружается в устройство заполнения поз. D1101 A/B и затем разбавляется гексаном в емкости хранения катализатора поз. D1102 A/B.

Прочие реагенты и материалы

Растворитель

Гексан является превосходным разбавителем для процесса суспензионной полимеризации: Порошок полимера почти не растворяется в гексане и может легко отделяться. По сравнению с углеводородами, имеющими более высокую температуру кипения, обработка гексаном экономит энергию. С другой стороны более легкие углеводороды (пентан или бутан) с более низкой температурой кипения требуют более высокого давления в системе. Гексан рециркулирует в процессе. Необходимо компенсировать только небольшие потери из-за остаточного содержания гексана в продукции и неизбежных утечек.

Гексан является растворителем, который позволяет перемешивать суспензию и добиться однородного распределения всех компонентов. Он также служит для транспортировки элементов каталитической системы и для передачи через стенки полимеризатора и внешних холодильников теплоты реакции полимеризации. Гексан используется также для чистки оборудования. Такой гексан называется «HHX».

Маточный раствор образуется при отделении порошка полиэтилена от суспензии полиэтилена. Хотя он главным образом состоит из гексана, он содержит дополнительные компоненты, растворенные в гексане: активатор (алкил алюминия), непрореагировавший сомономер - бутен-1 и побочные продукты реакции полимеризации (главным образом полиэтиленовый воск).

Согласно технологии полимеризации "Хостален", маточный раствор частично используется в процессе без очистки. Остальная часть маточного раствора очищается посредством дистилляции и адсорбции.

Сомономер

Бутен-1 используется в качестве сомономера для регулирования плотности полиэтилена.

Регулятор молекулярной массы

Водород используется для регулирования молекулярной массы.

Процессы К1 и К2

Непрерывная полимеризация протекает в двух последовательно (процесс K2) или параллельно (процесс K1) соединенных полимеризаторах при температуре 76 - 85 C и давлении от 0,26 до 0,9 МПа.

В процессе К2 суспензия передается из полимеризатора первой ступени поз. R1201 в полимеризатор второй ступени полимеризации поз. R 1202 насосами поз. P 1201 A/B. Часть потока циркулирующей суспензии поступает в емкость испарения поз. D 1201 A, в которой испарение происходит за счет понижения давления, при откачке суспензии из этой емкости с помощью насоса поз. P 1204 в полимеризатор второй ступени.

Целевые свойства полиэтилена

Полимер формируется в «Процессе формирования частиц». Поскольку полиэтилен не растворяется в гексане при условиях реакции, при синтезе получают суспензию полиэтилена в углеводороде. Суспензия может содержать более 20% порошка полиэтилена.

Целевые свойства полимера получают с помощью регулирования следующих параметров производственного процесса: температуры, парциальных давлений этилена и водорода, концентрации сомономера, катализатора, и активатора. Эти параметры являются исходными переменными процесса.

Индивидуальная особенность технологии Хостален - возможность перехода между параллельным режимом (K1) и каскадным режимом (K2) при эксплуатации. Более сложный K2-процесс необходим для производства марок полиэтилена имеющих большой молекулярный вес с широким распределением молекулярного веса (бимодальные марки).

За счет испарения и регулировки давления в емкости D1201 достигаются необходимые условия для следующего полимеризатора.

Из полимеризатора второй ступени суспензия подается в постреактор поз. R 1204 для полимеризации оставшейся части этилена в ПЭВП и далее, после охлаждения до требуемой температуры в теплообменнике поз. E 1301закачивается насосами поз. P 1301 A/B в сырьевую емкость центрифуги. Основной функцией пост-полимеризации является максимальная конверсия сырья и соответственно уменьшение потерь этилена.

Самые важные свойства полимера:

- показатель текучести MFR: реологическая мера среднего молекулярного веса;

- отношение показателей текучести FRR: реологическая мера молекулярного распределения веса;

- плотность порошка.

Насыпная плотность и гранулометрический состав порошка главным образом зависит от качества катализатора. Эти показатели не могут быть непосредственно отрегулированы с помощью изменения параметров производственного процесса.

Принципы управления процессом полимеризации

Регулирование свойств параметрами процесса

Регулировка показателя текучести MFR

Показатель текучести регулируется в основном изменением количества водорода в полимеризаторе. Отношение парциальных давлений водорода и этилена в газовой фазе при данном парциальном давлении этилена - точно определяет средний молекулярный вес. Парциальные давления водорода и этилена измеряются путем анализа концентраций этих веществ в газовой фазе полимеризатора. Концентрации H₂ и C₂H₄ в разбавителе (гексане) пропорциональны составу газовой фазы. Регулировка показателя текучести MFR через подачу водорода возможна, если другие параметры процесса: температура, подача этилена, концентрация активатора и т.д. не меняются.

Регулировка отношения показателей текучести FRR

При использовании катализатора THE-необходимо регулировать отношения показателей текучести FRR. Марки полиэтилена, базирующиеся на процессе с THE-катализатором при режиме K1 (параллельная работа полимеризаторов) характеризуются узким распределением молекулярного веса.

Величина отношения показателей текучести FRR предопределяется катализатором и не может быть изменена с помощью параметров технологического процесса.

Регулировка плотности

Плотность полиэтилена - определяется отношением кристаллического и некристаллического полимера в твердом состоянии.

Кристалличность, изменяется со средним молекулярным весом и распределением молекулярного веса. Если установить основные параметры (показатель текучести MFR и отношение показателей текучести FRR), то можно управлять кристалличностью и плотностью. При увеличении расхода сомономера, плотность понижается из-за образования боковой цепи.

В производстве используется один, оптимальный сомономер - бутен 1.

Переменные процесса полимеризации

Подача этилена

Это самая важная переменная процесса. Во время процесса производства, она должна сохраняться по возможности постоянной.

Максимальная скорость подачи в значительной степени зависит от мощности охлаждения системы, которая постепенно уменьшается за счет отложений полимера на стенках теплопередающих поверхностей. Другой ограничивающий фактор - так называемая "пространственно-временная выработка". Скорость диффузии этилена в разбавителе (гексане) ограничивает производительность полимеризатора в единице объема. Скорость подаваемого этилена - другой ограничивающий фактор. Для низкой производительности при подаче этилена в полимеризатор ниже, чем 3 - 4 т/час погрешность приборов управления может мешать управлению полимеризацией. При изменении подачи этилена необходимо соответственно изменять подачу других видов сырья.

Отношение полиэтилен/гексан

Необходимо сохранять отношение суспензированного полиэтилена к гексану в пределах диапазона 1:3 - 5 (кг полиэтилена на литр гексана). Увеличение этого отношения, а именно: более высокая концентрация полимера, может вызвать проблемы теплопередачи и забивку трубопроводов или насосов.

С другой стороны, более низкое отношение полиэтилена к гексану эквивалентно более высокому коэффициенту растворения. Следовательно, эффективность на стадии обработки ухудшается: удельная величина гексана, который будет отделен от полимера, увеличится. Кроме этого время пребывания частицы полимера в полимеризаторах уменьшается.

3.7.3 Подача чистого гексана и маточного раствора

Теоретически было бы выгодно переработать 100% маточного раствора. В этом случае подача активатора и подача бутена были бы минимизированы. Кроме того, полиэтиленовый воск был бы полностью выделен из порошка. Однако для достижения необходимого качества получаемого полиэтилена необходимо добавить чистый гексан, количество которого определяется рецептурой.

В некоторых бимодальных марках нежелательно иметь ответвления в коротких цепях в первом полимеризаторе, по этой причине большее количество чистого гексана подается в первый полимеризатор, так как маточный раствор может содержать бутен от ранее производимых марок с другими рецептурами.

Подача катализатора.

С помощью изменения расхода катализатора можно управлять парциальным давлением этилена при определенной подаче этилена. Увеличение подачи катализатора понижает давление этилена и наоборот.

Активатор.

Алкил-алюминиевые соединения (ТЭА или ИПА), служат активатором, и для устранения загрязняющих веществ.

Вместе с катализатором на основе титана, активатор влияет на формирование «активного комплекса», который является ядром реакции полимеризации Циглера. Активатор реактивен, т.е. уничтожает небольшие количества каталитических ядов, попадающих в полимеризатор с сырьем, в т.ч. H₂O, CO, CO₂, спирты и так далее.

Очень важно поддерживать на высоком уровне постоянный уровень активатора.

Давление в полимеризаторах

Необходимо проводить полимеризацию при наибольших давлениях. При этом скорость реакции, и соответственно выработка полиэтилена при том же количестве катализатора увеличиваются.

Ограничивающие факторы - расчетное давление системы, давление этилена, подаваемого с установки ЭП 300, а также и технологические причины: Например, загрязнение стенок реактора увеличивается с ростом давления этилена.

В отличие от K1 процесса (параллельная работа полимеризаторов), когда давление в обоих полимеризаторов регулируется подачей катализатора при увеличении подачи катализатора в одном и том же количестве подаваемого этилена, большее количество этилена вступает в реакцию. При этом количество этилена в газовой фазе полимеризатора снижается и падает давление, при переключении на K2 (последовательную работу полимеризаторов) подача катализатора ограничивается полимеризатором поз. R1201.

Давление полимеризатора R1202 может регулироваться количеством сбрасываемого газа. Сбросом этого богатого водородом газа при необходимости можно регулировать показатель текучести MFR.

Температура в полимеризаторах

Температура полимеризаторов относится к самым важным переменным процесса. Она должна сохраняться постоянной в пределах 76 - 85 єC. Ниже 75 єC скорость полимеризации становится чрезвычайно медленной. При более чем 85 єC процесс приближается к критической температуре, когда полиэтилен начинает растворяться в гексане. Температура непосредственно влияет на величину показателя текучести MFR. Поэтому необходимо, сохранять температуру постоянной, иначе нельзя управлять показателем текучести MFR посредством концентрации водорода.

Общие сведения управления процессом

Все переменные процесса влияют друг на друга и, следовательно, на свойства полимера. Поэтому необходимо сохранять постоянными, как можно больше параметров.

Необходимо управлять "активностью" системы. Можно выпускать выбранную марку полиэтилена, если расчетный показатель текучести MFR получен при том же отношении водород/этилен. Выход полиэтилена при постоянной дозировке катализатора тогда также будет соответствовать рецептуре.

Увеличить активность можно путем:

- повышения температуры,

- повышения подачи активатора.

Суспензия полимера, выходящая из обоих полимеризаторов (K1) или полимеризатора поз. R 1202 (K2) в постреактор поз. R 1204 содержит некоторое количество этилена и активного катализатора. После пост-полимеризации в суспензии должно быть снижено давление.

Выделение из суспензии порошка полиэтилена

Выделение из суспензии порошка полиэтилена проводится центрифугированием.

Сушка полиэтилена

Сушка полученного порошка полиэтилена, от оставшегося гексана, проводится в двухступенчатой сушилке. В качестве теплоагента применяется нагретый циркулирующий азот (содержащий также пары гексана, этилен и бутен).

Конденсация из азота гексана и других примесей проводится в скруббере, орошаемом холодным гексаном.

Транспортировка полиэтиленового порошка

Транспортировка полиэтиленового порошка проводится пневмотранспортом с применением в качестве транспортирующего агента азота.

Грануляция

Грануляция проводится подводным способом. Порошок полиэтилена предварительно плавится и усредняется в экструдере.

Перед подачей в экструдер в полиэтилен вводятся добавки. Состав добавок определяется рецептурой специфичной для каждой марки полиэтилена.

Транспортировка гранулированного полиэтилена

Транспортировка проводится пневмотранспортом с использованием в качест-ве транспортного агента воздуха.

Упаковка полиэтилена

Полиэтилен упаковывается в мешки или контейнеры

Мешки с полиэтиленом формируются в паллеты, обернутые пленкой.

Предусмотрено хранение расфасованного полиэтилена и погрузка его в авто- и железнодорожный транспорт.

Регенерация гексана и бутена

Регенерация гексана проводится в 3 этапа:

1 этап - выделение полиэтиленового воска (гексан испаряется, а расплав воска направляется в тару для отправки потребителям);

2 этап - ректификация гексана;

3 этап - очистка гексана от каталитических ядов (вода, кислород, СО, СО₂) на молекулярном сите.

Предусматривается регенерация бутена из газовых выбросов. Назначение узла регенерации бутена состоит в том, чтобы уменьшить потери сомономера, а также гексана. Поэтому он должен эксплуатироваться в течение процесса полимеризации всех марок.

Часть бутена не вступает в реакцию при сополимеризации, так как химическая степень полимеризации - олефинов (этилена и бутена-1) зависит от количества атомов углерода. Коэффициент (со) полимеризации бутена-1 в 50 - 100 раз меньше, чем у этилена.

Использование вторичных ресурсов

В процессе производства полиэтилена высокой плотности для предварительного нагрева маточного раствора в поз. E 3101, обогрева подогревателя поз. E 3104 колонны дистилляции гексана поз. T 3101 и предварительного нагрева азота в поз. E 2201 в контуре сушилки с кипящим слоем, используется тепло гексана от стадия испарения его при отделении воска. Другие вторичные энергоресурсы не используются клапан байпаса конденсационного горшка в слегка открытом состоянии.



4. Материальный баланс установки

Расчет материального баланса

Производительность 120тыс т/год.

При расчете берем количество дней 340,

кг/ч

Степень конверсии составляет 99,5%

Тогда количество поступающего этилена составляет:

кг/ч

Непревращенный этилен составляет:

кг/ч

Так как время контакта реактора за один цикл составляет 3 часа, то количество поступившего этилена составляет:

кг этилена

При норме расхода катализаторного комплекса Al(C₂H₅)₂ ClTiCl₄ = 50ч150кг этилена на кг катализатора, получаем расход катализатора в реакторе на один цикл загрузки:

кг катализатора

Реакция процесса полимеризации имеет вид:

(n+1)(СH₂=CH₂)+H₂------>CH₃--(СH₂-CH₂)n-CH₃



Определяем количество водорода:

кг

Материальный баланс процесса получения полиэтилена в расчете на 1 тонну продукта представлен в таблице 5.

Таблица 5 - Материальный баланс в расчете на одну тонну продукци.

Приход	кг/т	% масс	Расход	кг/т	% масс
Этилен	1470,5	88,2	Продукт	1615,9	96,8
Катализатор	44,34	2,66	Непревращенный этилен	7,4	0,54
Водород	152,8	9,14	Катализатор	44,34	2,66
ИТОГО	1667,64	1667,64	ИТОГО	1667,64	1667,64

5. Описание основного аппарата и режима его работы

Реактор предназначен для проведения газофазной полимеризации в псевдоожиженном слое в присутствии хроморганических катализаторов "S-9", представляет собой цилиндрический сосуд с расширенной верхней частью. Расширенная верхняя часть предотвращает унос псевдоожиженных частиц полиэтилена за счет снижения скорости газового потока. Внутри реактора на уровне нижнего фланца встроена решетка, которая служит для удержания слоя порошка полиэтилена. Решетка имеет 1360 отверстий диаметром 14,3 мм. Эти отверстия прикрыты металлическими уголками, которые предотвращают попадание порошка полиэтилена под решетку и улучшают распределение газа. Под решеткой установлен отбойный зонт, который служит для более равномерного распределения газа.

Для очистки внутренней поверхности, а также для проведения внутреннего осмотра реактора оборудован четырьмя люками-лазами. Каждый люк-лаз имеет вставной стакан, необходимый для сглаживания внутренней поверхности реактора и предотвращения скопления порошка полиэтилена в полости люка-лаза, его спекания и образования агломерата.

Давление в реакторе поддерживается на заданном уровне путем изменения степени открытия клапана, установленного на линии подачи свежего этилена. При превышении давления избыток газа сбрасывается через клапан на факел.

Для контроля температуры по всей высоте реактора предусмотрены датчики температуры, регистрирующие температуру зон на многоточечном самописце. Предусмотрены также термокарманы для проведения контрольных замеров температуры в различных точках реактора. Для охлаждения циркуляционного газа на линии нагнетания компрессора предусмотрен водяной холодильник.

Производительность реактора регулируется количеством подаваемого катализатора путем изменения скорости вращения ротора питателя.

6. Расчет реактора

Степень превращения =99,5%

Примем константу скорости мі/(кмоль-с)

Плотность реакционной смеси кг/мі;

Определяем объем реакционной смеси:

мі/т

где - масса реакционной смеси

кг

Концентрация реагентов:



кмоль/мі

кмоль/мі

Начальная концентрация этилена:

кмоль/мі

Скорость реакции:

мі/(кмоль-с)

Принимаем время реакции 3 часа = 10800с, коэффициент заполнения реактора 0,75, коэффициент резерва мощности а = 0,15.

Объем реактора составит:

мі

По таблице [1, стр. 420, табл. 5.1] подбираем 2 реактора с емкостью 50 мі диаметр D = 3000 м; площадь теплообменной поверхности (рубашки) 69,7мІ; высота уровня реакционной смеси 5,57м.



Список используемых источников

1. Поникаров И.И., Поникаров С.И., Рачковский С.В. Расчеты машин и аппаратов химических производств и нефтегазопереработки (примеры и задачи): Учебное пособие. - М.: Альфа, 2008 с.

2. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии (пособие по проектированию) М.: Альянс.-2008.

3. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия.-1991

4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.,”Химия”, 1976, 552с.

5. Мищенко К.П., Полторацкий Г.М. Термодинамика и строение водных и неводных растворов электролитов. Изд. 2-ое, Л.,”Химия” , 1976, 328с.

6. Воробьёва Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. Изд. 2-ое, М., ”Химия”, 1975, 816с.

7. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 9-ое, М .,”Химия”, 1973, 750с.

8. Викторов М.М. Методы вычисления физико- химических величин и прикладные расчёты. Л.,”Химия”, 1977, 360с.

9. Чернышов А.К., Поплавский К.Л., Заичко Н.Д. Сборник номограмм для химико-технологических расчётов. Л.,”Химия”, 1974, 200с.

Размещено на Allbest.ru