Мельников А.Я.
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА *
Аннотация:
статья посвящена исследованию технологического процесса производства полиэтилена, а также его применению
Ключевые слова:
полиэтилен, технология, применение, полимер, способы производства
УДК 1
Мельников А.Я.
студент 3 курса
Амурский государственный университет
(г. Благовещенск, Россия)
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА
Аннотация: статья посвящена исследованию технологического процесса производства полиэтилена, а также его применению.
Ключевые слова: полиэтилен, технология, применение, полимер, способы производства.
Введение. Актуальность.
Полиэтилен - самая массовая пластмасса в производстве упаковочных материалов. Это один из старейших полимеров, остающийся и сегодня незаменимым для производства специальных пленок, пакетов, контейнеров, канистр и т. п. Вопреки развитию технологий и внедрению новых материалов, значимость полиэтилена не становится меньше, а наоборот, спрос на него только увеличивается.
На сегодняшний день список компаний-лидеров рынка полиэтилена: Chevron Phillips Chemical Company, LyondellBasell Industries N.V., Huntsman Corporation, Exxon Mobil Corporation, The Dow Chemical Company, INEOS Olefins and Polymers, и Mitsui Chemicals Inc [5].
А в России существует пять производителей полиэтилена:1) Томскнефтехим(СИБУР).2) Казаньоргсинтез.3) Уфаоргсинтез.4) Ангарский завод полимеров (Роснефть).5) Газпром нефтехим Салават. [4]
Комплекс химических, физико-механических и диэлектрических свойств определяет потребительские свойства полиэтилена и позволяет широко применять его во многих промышленных отраслях (радиотехнической, кабельной, легкой, химической, медицине и др.).
Выбор технологического процесса переработки (экструзия, литье, выдув и т.д.), в первую очередь, определяется необходимостью получения марочного ассортимента с определенными свойствами.
Специальные виды полиэтилена, такие как вспененный полиэтилен, сшитый полиэтилен, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, хлорсульфированный полиэтилен, довольно успешно применяются для создания специальных строительных материалов. Полиэтилен, сам по себе, не конструкционный материал, однако армированный полиэтилен используется именно в изделиях конструкционного назначения. Также широко распространена сварка изделий, изготовленных из полиэтилена, который сваривается всеми основными способами: горячим газом, трением, контактным, присадочным прутком и т.д.
Отдельным сегментом современного рынка стоит вторичная переработка полиэтилена (рециклинг). Многие компании в мире, в том числе и в России, специализируются на приобретении отходов из полиэтилена для дальнейшей их переработки и продажи или самостоятельного применения. Чаще всего для этого используется экструдирование очищенных отходов с последующим дроблением, в результате получается вторичный гранулированный материал пригодный для изготовления изделий [3].
Итак, полиэтилен применяется для производства:
пленок (упаковочных, сельскохозяйственных, стретч, термоусадочных)
труб (водопроводных, газовых, ненапорных, напорных)
емкостей (канистр, цистерн, бутылей)
волокон
стройматериалов
санитарно-технических изделий
протезов внутренних органов
предметов домашнего обихода
изоляции электрических кабелей
деталей автомашин и различной техники
пенополиэтилена
И это далеко не все для чего можно использовать полиэтилен. На рынке регулярно появляются новые марки этого материала с новыми усовершенствованными потребительскими свойствами [1].
Технология производства полиэтилена
Первоначальным способом получения, в последствии из которого получат современные метода производства, была реакция бензойного альдегида с этиленом в присутствии кислорода и высоком давлении. И так производством полиэтилена занимаются практически все крупнейшие компании нефтехимической промышленности. Основным сырьем для него является этилен. Синтезируют полиэтилен при низком, среднем и высоком давлениях. В основном полиэтилен выпускают в гранулах диаметром от 2 до 5 мм, намного реже в виде порошка.
Существует четыре основных способа производства полиэтилена, с помощью которых получают:
полиэтилен высокого давления (ПВД)
полиэтилен низкого давления (ПНД)
полиэтилен среднего давления (ПСД)
линейный полиэтилен высокого давления (ЛПВД)
ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ПВД) ИЛИ НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ (ПНП)
В промышленности ПВД получают при высоком давлении путем полимеризации этилена в автоклаве или в трубчатом реакторе. Процесс в реакторе происходит по радикальному механизму под действием кислорода, органических пероксидов (лаурил, бензоил) или их смесей. Смешанный с инициатором, нагретый до семисот градусов и сжатый компрессором до двадцати пяти мегапаскаль, этилен сначала поступает в первую часть реактора, где разогревается до тысячи восемьсот градусов, а потом во вторую - для полимеризации при температуре от 190 до 300 градусов и давлении от 130 до 250 мегапаскалей. В среднем этилен находится в реакторе от 70 до 100 секунд. Степень превращения до двадцати процентов, все зависит от типа и количества инициатора. Из полученного полиэтилена удаляют не прореагировавший этилен, затем его охлаждают и гранулируют. Гранулы подсушивают и упаковывают. Товарный ПВД выпускают в виде неокрашенных и окрашенных гранул [2].
ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИЭТИЛЕНА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ (ПНД) ИЛИ ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ (ПВП)
ПНД получают в промышленности с помощью низкого давлении. Для этого используют три основных технологии:
полимеризация происходит в суспензии
полимеризация происходит в растворе (гексане)
газофазная полимеризация
Самый распространенный способ — это полимеризация в растворе.
Полимеризация в растворе проводится при температуре от 160 до 2500 градусов и давлении от 3,4 до 5,3 мегапаскалей, контакт с катализатором происходит в течении 10-15 минут. Выделяется полиэтилен из раствора с помощью удаления растворителя: сначала в испарителе, потом в сепараторе и затем в вакуумной камере гранулятора. Гранулированный полиэтилен пропаривается водяным паром (температура, превышающая температуру плавления полиэтилена). Товарный ПНД выпускают в виде неокрашенных и окрашенных гранул и иногда в порошке [2,3].
ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИЭТИЛЕНА СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ (ПСД)
ПСД получают в промышленности при среднем давлении путем полимеризации этилена в растворе. Полиэтилен СД образуется при:
температуре - 150 градусов
давление до 4 мегапаскалей
наличие катализатора (Циглера—Натта)
ПСД из раствора выпадает в виде хлопьев.
Полиэтилен, полученный таким образом, имеет:
средневесовой молекулярный вес до 400 000
степень кристалличности до 90 процентов
ПРОИЗВОДСТВО ЛИНЕЙНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ЛПВД) ИЛИ НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ (ЛПНП)
Линейный полиэтилен высокого давления получают с помощью химической модификации ПВД (при температуре в 150 градусов и 30-40 атмосферах).
ЛПНП по структуре подобен ПЭВП, но имеет более длинные и многочисленные боковые ответвления. Производство линейного полиэтилена происходит двумя способами:
газофазная полимеризация
полимеризация в жидкой фазе — наиболее популярный
Производство линейного полиэтилена вторым способом происходит в реакторе с сжиженным слоем. В основание реактора подается этилен, полимер же отводят непрерывно, при этом постоянно сохраняя в реакторе уровень сжиженного слоя. Условия: температура около ста градусов, давление от 689 до 2068 кН/м2. Эффективность способа полимеризации в жидкой фазе ниже (два процента превращения за цикл), чем у газофазного (до тридцати процентов превращения за цикл). Однако данный способ имеет и свои плюсы — размер установки значительно меньшее, чем у оборудования для газофазной полимеризации, и существенно ниже капиталовложения. Практически идентичным является способ в реакторе с устройством для перемешивания с использованием циглеровских катализаторов. Пари этом получается наиболее высокий выход [2].
С недавних пор для производства линейного полиэтилена начали применять технологию, в которой используются металлоценовые катализаторы. Данная технология позволяет получить более высокую молекулярную массу полимера, что способствует увеличению прочности изделия.
ПВД, ПНД, ПСД и ЛПВД отличаются друг от друга и по своей структуре, и по своим свойствам, соответственно, и применяются они для решения различных задач.
Существуют и другие способы полимеризации этилена, например, под влиянием радиоактивного излучения, однако они не получили промышленного распространения
Заключение
В заключении, хочется подчеркнуть актуальность рассмотренной темы «Полиэтилен». Рассмотренные в работе вопросы гораздо более многогранны, и интересны как для ознакомления, так и в качестве предмета для исследований. В работе были изложены основные моменты, позволяющие читателю получить обобщенное знание по указанной теме.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Компания «Камелот Пласт» [Электронный ресурс]: Компания «Камелот Пласт» – Электрон. текстовые дан. – Режим доступа: http://www.camelotplast.ru (Дата обращения:04.01.19)
Институт дистанционного образования ТГУ [Электронный ресурс]: Институт дистанционного образования ТГУ – Электрон. текстовые дан. – Режим доступа: https://ido.tsu.ru (Дата обращения:04.01.19)
Общедоступная многоязычная универсальная интернет-энциклопедия «wikipedia» [Электронный ресурс]: Общедоступная многоязычная универсальная интернет-энциклопедия «wikipedia» – Электрон. текстовые дан. – Режим доступа: https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%8D%D1%82%D0%B8%D0%BB%D0%B5%D0%BD (Дата обращения:04.01.19)
Веб ресурс «РroРolyethylene.ru» [Электронный ресурс]: Веб ресурс «РroРolyethylene.ru – Электрон. текстовые дан. – Режим доступа: https://propolyethylene.ru/ (Дата обращения:04.01.19)
Интернет портал «M.Plast.by» [Электронный ресурс]: Интернет портал «M.Plast.by» – Электрон. текстовые дан. – Режим доступа: https://mplast.by/ (Дата обращения:04.01.19)
Исследовательская работа на тему: «Полиэтилен – это много или мало?» Автор: Мелихова Мария (1997г.)
Melnikov A.Ya.
3rd year student
Amur State University
(Blagoveshchensk, Russia)
OPTIMIZATION OF TECHNOLOGICAL
POLYETHYLENE PRODUCTION PROCESS
Abstract: the article is devoted to the study of the technological process of polyethylene production, as well as its application.
Keywords: polyethylene, technology, application, polymer, production methods.
Номер журнала Вестник науки №5 (50) том 5
Ссылка для цитирования:
Мельников А.Я. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА // Вестник науки №5 (50) том 5. С. 273 - 279. 2022 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/5726 (дата обращения: 26.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2022. 16+