Производство полиэтилена высокого давления

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 . ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИЭИЛЕНА

1.1. Технология получения

1.2. Характеристика исходных компонентов

1.2.1. Этилен

1.2.2. Пропилен

1.2.3. Инициаторы

1.3. Технологическая схема получения

1.3.1. Механизм полимеризации

1.3.2. Технологическая схема

1.4. Свойства получаемого материала

1.5. Применение пвд

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

Введение

Полиэтилен высокого давления - это материал, без которого жизнь человека была бы куда менее проста и комфортна. ПЭВД имеет целый ряд преимуществ по применению в тех областях, где требуется высокая прозрачность и чистота материала, поскольку не содержит остатков катализаторов. Более эффективен ПЭВД для изготовления толстостенных эластичных изделий. Ее роль как в строительной индустрии, так и в различных отраслях промышленности очень высока. Тяжело даже представить себе, сколько изделий производится из полиэтилена высокого давления: пластмассы ПЭНП путем литья под действием давления (полимерные трубы, технические детали и др.), теплоизоляционные материалы из вспененного пэнп, электроизоляционные материалы (оболочки кабелей и пр.), термоклея ПВД в виде порошка, приготовленного дроблением гранул ПВД и т.д.

Полиэтилен высокого давления получается методом полимеризации углеводородного соединения «этилен» (этен) под действием высоких температур (до 1800), давления до 3000 атмосфер и с участием кислорода. ПВД является легким, прочным, эластичным материалом. Исходный материал отличается хорошей стойкостью к разрывам и ударам. Он прочен и легко выдерживает низкие температуры, многократное сжатие и растяжение. Кроме того, полиэтилен ВД не токсичен. Его применение безопасно для человека, животных и окружающей среды.

Были опробованы различные условия процесса синтеза полимера и большое число различных катализаторов и инициаторов, которые могли бы способствовать увеличению скорости процесса полимеризации и повышению молекулярной массы полимера. В частности, проводили синтез при повышенном (насколько позволяли технические средства того времени) давлении. Однако при давлении до 10 МПа удалось получить лишь жидкие полимеры с молекулярной массой в пределах 100500, которые находили применение в технике в качестве синтетических смазочных масел. Эти масла производились во время второй мировой войны в Германии в промышленном масштабе. Только с развитием техники высоких давлений, т. е. при разработке и создании устройств для подъема давления и аппаратуры для проведения процесса полимеризации при высоком давлении, удалось получить высокомолекулярный полиэтилен. Для обозначения данного полимера применяется несколько сокращений: ПЭНП (полиэтилен низкой плотности); LDPE (lowdensity polyethylene); ПЭВД (полиэтилен высокого давления).

Глава 1. производство полиэтилена

1.1. Технология получения

Показатели качества, нормы по ГОСТу, области применения исходных реагентов, изготавливаемой продукции приводится в приложении.

В состав полиэтилена высокого давления входят компоненты:

- Этилен99,9%;

- Пропилен0,05%;

- Кислород0,003%;

- Пероксид0,047%.

1.4. Свойства получаемого материала

Получаемый в результате реакции по радикальному механизму материал обладает молекулярным весом 80 - 500 тыс. и кристалличностью в 50 - 60%. Полимер высокого давления (ПВД) или низкой плотности (ПНП) - это эластичный мягкий материал, который получают при полимеризации этилена в автоклаве или трубчатом реакторе. Особенностью структуры полиэтилена ПВД является большое количество длинных и коротких ответвлений, не позволяющих молекулам с высокой молекулярной массой создавать кристаллическую структуру. Связи поэтому между ними не сильные, а это говорит о том, что полиэтилен имеет невысокую устойчивость на разрыв и повышенную пластичность, а также высокую текучесть в расплаве[1].

Свойства ПЭВД в соответствии с ГОСТ 16337-77:

1. Плотность – 0,9000,939 г/см3.

2. Температура плавления – 103110 °С.

3. Насыпная плотность – 0,50,6 г/см3.

4. Твердость по вдавливанию шарика под заданной нагрузкой – (1,662,25)•105 Па; 1,72,3 кгс/см2.

5. Усадка при литье – 1,03,5 %.

6. Водопоглощение за 30 суток – 0,020 %.

7. Разрушающее напряжение при изгибе – (117,6196,07)•105 Па; 120200 кгс/см2.

8. Предел прочности – (137,2166,6)•105 Па; 140170 кгс/см2.

9. Удельное объемное электрическое сопротивление – 10161017 Ом•см.

10. Удельное поверхностное электрическое сопротивление – 1015 Ом.

11. Температура хрупкости для полиэтилена с показателем текучести расплава в г/10 мин

0,20,3 – не выше минус 120 °С,

0,61,0 – не выше минус 110 °С,

1,52,2 – не выше минус 100 °С,

3,5 – не выше минус 80 °С,

5,5 – не выше минус 70 °С,

7-8 – не выше минус 60 °С,

12 – не выше минус 55 °С,

20 – не выше минус 45 °С.

12. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 10100 – 0,00020,0005.

13. Диэлектрическая проницаемость при частоте 1010 Гц – 2,252,31

Химические свойства: ПЭВД определяются характером его молекулярного и надмолекулярного строения. Макромолекулы ПЭВД представляют собой длинные цепочки групп СН2. Полимер частично закристаллизован. Доля аморфной части составляет 60 - 80%. Число СН3групп и соответственно третичных атомов углерода лежит в интервале 1,5 - 2,5 На 100 оС, число связей С=С главным образом винилиденовых, составляет примерно 0,3 - 0,5 на 1000 оС. Высокую стойкость ПЭВД проявляет по отношению к действию щелочей при любой их концентрации. Не оказывают заметного действия на ПЭВД и водные растворы основных, нейтральных и кислых солей. Очень слабо выражено действие таких сильных окислителей, как нитрит калия, перманганат калия и дихромат калия. Действие на ПЭВД органических жидкостей в значительной степени зависит от температуры. При комнатной температуре ПЭВД в течение длительного времени не растворяется в большом числе органических растворителей. Происходит диффузия и постепенное набухание.

Электрические свойства: ПЭВД обладает высокими диэлектрическими свойствами, обусловленными строением его макромолекул. Их сочетание с физикомехани; ческими и химическими свойствами делает ПЭВД высококачественным диэлектриком, имеющим широкое применение.

Для ПЭВД характерно небольшое значение диэлектрической прони;. цаемости, низкие значения диэлектрических потерь, большое удельное; электрическое сопротивление и высокая электрическая прочность

Оптические свойства: ПЭВД - светопропуекание, светорассеяние, отражение от поверхности и показатель преломления, — как и другие свойства ПЭВД, определяются особенностями молекулярной и надмолекулярной структуры. Благодаря отсутствию полярных групп и тому, чте более чем на 97% молекулы ПЭВД состоят из групп - СН2-, ПЭВД является наиболее прозрачным полимером в широком диапазоне длин волн - от УФ - и видимой области до дальней ИК-области спектра вплоть до миллиметрового диапазона.

В видимой области спектра ПЭВД имеет высокое светопропускание. Так, интегральное пропускание в интервале 400 - 800 нм пленки ПЭВД толщиной 50 мкм составляет примерно 80%. Значение светопропускания ограничено отражением и рассеянием на поверхностях, а также внутренним рассеянием. Коэффициент отражения света от поверхности пленки в значительной мере зависит от ее качества. Сильное рассеяние наблюдается, например, у экструзионных пленок[2].

1.4. Применение ПВД

Современный мир сложно представить без пластмассы. Сегодня все, что нас окружает на треть состоит из разного рода пластмасс. Мы настолько к ним привыкли, что не всегда замечаем их в повседневной жизни. А вместе с тем, пластмассы - это прибыльный бизнес, который приносит своим владельцам миллионы долларов в год. Среди них самый распространенный и самый доходный - это производство полиэтилена.

Сфера применения полиэтилена высокого давления достаточно широка. По большей части полиэтилен высокого давления используют для выпуска:

пленок ПЭНП, открытых и в виде рукава ПВД для мешков и пакетов,

пластмасс ПЭНП путем литья под действием давления (полимерные трубы, технические детали и др.),

выдувных изделий (бутылки, канистры и т.п.),

теплоизоляционных материалов из вспененного пэнп,

электроизоляционных материалов (оболочки кабелей и пр.),

термоклея ПВД в виде порошка, приготовленного дроблением гранул ПВД.

Полиэтилен легко поддается разнообразным видам механической обработки - его можно сверлить, пилить, строгать и т.д. Детали из полиэтилена могут соединяться сваркой[3].

Благодаря высоким антикоррозионным свойствам полиэтилен является ценным материалом для химической аппаратуры, работающей при высоких температурах. Такие покрытия обычно наносят методом вихревого или пламенного напыления. При вихревом напылении под действием продуваемого воздуха в аппарате создается вихревое движение полиэтиленового порошка. В этот поток помещается деталь и получается равномерное плотное покрытие.

Изделия из полиэтилена высокого давления используют в электротехнике, автомобилестроении, строительстве и пр. Трубы из полиэтилена высокого давления отличаются непревзойденной прочностью и рекомендуются для установки в системах жилищной коммуникаций.

Заключение

Полиэтилен высокого давления представляет собой твердое эластичное вещество матового или перламутрового белого цвета, на ощупь напоминающий парафин; он не имеет запаха, не ядовит, горюч (продолжает гореть по вынесении из пламени). Полиэтилен относится к группе термопластичных полимеров. Обладая хорошим сочетанием физикомеханических, химических и электроизоляционных свойств, он легко перерабатывается всеми методами, применяемыми при переработке термопластов - вальцеванием, прессованием, литьем под давлением, выдуванием и др. Полиэтилен хорошо поддается механической обработке: точению, резанию, сверлению, фрезерованию, штамповке и строганию на обычных станках, применяемых при обработке металлов. Способность в размягченном состоянии выдавливаться через отверстие используется при наложении полиэтиленовой изоляции и оболочки на электрические кабели. Возможно, выпрессовывание полиэтилена в смеси с порошкообразными веществами для получения пористого полиэтилена[5].

Повышение эффективности производства полиэтилена должно осуществляться путем внедрения агрегатов большой единичной мощности и интенсификации производства на основе научно-технического прогресса. Увеличение производительности реакторов за счет интенсификации и повышения эффективности их работы не требует больших капитальных затрат и осуществляется путем совершенствования конструкции реакционных устройств и оптимизации технологического процесса полимеризации.

Эффективное повышение, производительности единицы реакционного объема возможно путем увеличения превращения этилена за проход, на которое в основном влияют следующие факторы:

1. снижение температуры газа, поступающего на полимеризацию;

2.повышение температуры в реакционной зоне;

3. повышение давления (для создания гомогенной реакционной среды и увеличения концентрации этилена и т.д.

Качество полиэтилена промышленных марок регламентируется ГОСТ, производство каждой марки регламентируется технологической картой, т.е. указанием технологического режима по всем параметрам производства полиэтилена. И все же в промышленном производстве не исключена возможность отклонения каких-либо параметров, влияющих на процесс полимеризации от заданных[2].

Чертеж1.dwg