Производство полиэтилена методом низкого давления

(номера зачетных книжек от 00 до 19)

 

Полиэтилен и полипропилен получают путем полимеризации соответственно этилена и пропилена методом низкого давления с использованием в качестве катализатора слабого раствора триэтилалюминия в бензине и циклогексане.            В результате полимеризации получается механическая смесь (суспензия) мелких частичек полимера с растворителем, так как полиэтилен и полипропилен в бензине и циклогексане не растворяются. Полученные полимеры в дальнейшем освобождаются от растворителя путем фильтрации, промываются метиловым спиртом и высушиваются. Готовая продукция в виде мелкого порошка насыпается в мешки или предварительно формуется в гранулы, а затем насыпается в мешки. В данной работе рассматривается только процесс полимеризации. Процессы дальнейшей обработки получаемой суспензии не рассматриваются. Технологические процессы полимеризации как этилена, так и пропилена принципиально не отличаются. Поэтому ниже приведена схема (рис. 2) и дано описание технологического регламента, общего для полимеризации этилена и полипропилена.

Процесс приготовления катализаторного комплекса.

Процесс полимеризации, как было сказано выше, осуществляется в среде слабого раствора катализатора – триэтилалюминия. Кроме катализатора, используют также слабый раствор сокатализатора – четыреххлористый титан. В качестве растворителя используют смесь бензина и циклогексана в соотношении 2:1 (по объему).

Чтобы реакция полимеризации шла нормально и получаемый полимер удовлетворял необходимым требованиям, концентрация катализатора и сокатализатора должна быть в пределах 0,2-0,3%, а в цех полимеризации эти вещества поступают, имея концентрацию 5%, следовательно, их надо дополнительно разбавлять.

В соответствии с технологической схемой, 5%-ный раствор триэтилалюминия и четыреххлористого титана поступает в мерники 2 и 5 цеха полимеризации и из них в смеситель-разбавитель 1. В смеситель подается необходимое количество бензина по линии 3 и циклогексана по линии 4. Смеситель-растворитель имеет мешалку и рубашку для подогрева до 50%. Размеры аппаратов и режимы их работы приведены в табл. 1. Готовый катализаторный комплекс насосом 25 закачивается в полимеризатор 3.

Рис.2. Производство полиэтилена и полипропилена методом низкого давления: а – принципиальная технологическая схема;

 

 

Рис. 2. Производство полиэтилена и полипропилена методом низкого давления: б – план и разрез цеха

 

Процесс полимеризации.

 

Полимеризация этилена и пропилена осуществляется в вертикальном цилиндрическом аппарате. Готовый катализаторный комплекс подают по линии 24 в нижнюю часть полимеризатора, заполняют его и поддерживают все время постоянный уровень жидкости. Газ (этилен, пропилен) подают также в нижнюю часть полимеризатора по линии 7. Проходя через раствор катализатора, часть газа полимеризуется, образуя мелкие твердые частички полимера, которые стремятся оседать вниз. Реакция полимеризации сопровождается выделением тепла, избыток которого отводят за счет охлаждения циркулирующего (не вступившего в реакцию) газа. Не вступивший в реакцию газ, нагретый и насыщенный парами растворителя, отводится из верхней части полимеризатора в циркуляционную сеть, состоящую из циклонных отделителей 10, холодильника-конденсатора 11, сепаратора 13 и насосов 14.

В циклонных отделителях 10 от газа отделяются капли растворителей и частички полимера. Растворитель, содержащий полимер, из нижней части отделителей-сепараторов 13 насосами 14 подается снова в полимеризатор. В холодильнике-конденсаторе 11 газ и пары растворителя охлаждаются водой до 40ºC. При этом пары растворителей конденсируются. Далее охлажденный газ в смеси с конденсатом проходит циклонный сепаратор 13, освобождается от жидкости и по линии 9 подается на смешение со свежим газом, поступившим в цех по линии 6. Смесь свежего и охлаждённого циркулирующего по линии 7 (как было сказано выше) газа подаётся в полимеризатор. Таким образом, температура в полимеризаторе регулируется изменением количества и температуры циркули-рующего газа.

Образующийся в полимеризаторе 8 полимер в виде взвеси твердых частиц в растворителе (в соотношении 1:10) отводится из нижней части аппарата по линиям 23 в сборник 21. Здесь происходит выделение из жидкости растворенного в ней газа за счет снижения давления в сборнике. Выделившийся этилен для улавливания из него растворителя проходит водяной холодильник 22. Смесь газа и растворителя их холодильника поступает на разделение в сепаратор 16. Газ из сепаратора по линии 15 подается в цех очистки, а жидкая фаза по линии 17 поступает в сборники растворителя. Суспензия, освобожденная от газа, из сборника 21 насосом 20 подается в конечный сборник 19 и из него по линии 18 поступает на дальнейшую обработку. Данные об аппаратах, необходимые для выполнения курсовой работы, приведены в табл. 1, 2, 3.

План размещения оборудования цеха и его разрез показаны на рис. 2б. Размеры помещений приведены в табл. 2 и 3.

Слушатели, у которых номер зачетной книжки имеет две последние цифры от 00 до 09, после краткого изложения сущности технологического процесса полимеризации этилена должны дать анализ пожарной опасности аппаратов и определить расчетным путем категорию взрывопожароопасности помещения мерников и разбавителей катализаторного комплекса. Данные о помещении мерников и разбавителей также приведены в табл. 2.

Слушатели, у которых номер зачетной книжки имеет две последние цифры от 10 до 19, после краткого изложения сущности технологического процесса полимеризации пропилена должны дать анализ пожарной опасности аппаратов и определить расчетным путем категорию взрывопожароопасности помещения конечных сборников суспензии. Данные о помещении конечных сборников суспензии также приведены в табл. 3. Пожарная профилактика и сущность процессов полимеризации рассмотрены в учебнике [1], с. 303- 308.

 

                Основные характеристики оборудования                     Таблица 1

Позиция на рис.2	Наименование аппаратов	Режим работы		Размеры
		Р, МПа	t, °С	α или ι, м	h, м
1	Смеситель-разбавитель1	0,12	40	1,0	1,5
2	Мерник 5% триэтилалюминия	0,12	20	0,5	1,0
3	Линия подачи бензина	0,15	20	0,05	-
4	Линия подачи циклогексана	0,15	20	0,05	-
5	Мерник 5%	0,12	20	0,5	1,0
6	Линия свежего этилена	0,30	20	75,0	-
7	Линия подачи этилена в полимеризатор	0,30	15	0,1	-
8	Полимеризатор1,2	0,25	80	3	6
9	Линия циркуляционного газа	0,30	15	75,0	-
10	Циклонные отделители	0,30	80	1,0	1,5
11	Холодильник-конденсатор1	0,30	15	1,0	3,5
12	Линия отвода избыточного газа
13	Сепаратор	0,30	15	1,0	1,5
14	Насосы циркуляционные	-	-	-	-
15	Линия отвода газа на отчистку	0,11	20	50,0	-
16	Сепаратор	0,11	20	0,7	1,5
17	Линия отвода растворителя	0,10	20	25,0	-
18	Линия подачи суспензии	0,15	70	0,1	-
19	Конечный сборник суспензии2	0,12	70	2,0	2,5
20	Насос суспензионный2	0,20	60	0,003	-
21	Сборник суспензии	0,25	80	2,0	2,5
22	Холодильник-конденсатор	0,15	20	0,75	2,0
23	Линия отвода суспензии	0,25	80	0,1	-
24	Линия подачи катализаторного комплекса	0,30	40	0,05	-
25	Насос подачи катализатора	0,30	40	-	-

Примечания. 1. Слушатели, у которых номер зачетной книжки имеет две последние цифры от 00 до 09, должны брать данные по этим аппаратам в табл. 2

                  2. Слушатели, у которых номер зачетной книжки имеет две последние цифры от 10 до 19, должны брать данные по этим аппаратам в табл. 3

 

 

Таблица 2

Позиция на рис.2	Исходные данные	Данные для вариантов
		00	01	02	03	04	05	06	07	08	09
1	Смеситель-разбавитель (циклогексан+катализаторный комплекс)
	Диаметр, м	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,2	1,3	1,4	1,1
	Высота, м	1,8	2	2	2,2	2,2	2	2	1,8	2,2	2,4
	Температура, ºС	31	30	33	34	36	35	36	30	32	42
	Давление, МПа	0,12	0,13	0,14	0,15	0,16	0,16	0,14	0,12	0,14	0,16
	Защита дыхательной линии	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК
	Наличие аварийного слива	нет	нет	нет	есть	есть	есть	нет	нет	есть	есть
	Диаметр линии растворителя, мм	50	50	50	50	50	50	50	50	50	50
8	Полимеризатор этилена
	Диаметр, м	2,2	2,4	2,5	2,6	3,2	3,0	2,3	2,7	2,6	2,5
	Высота, м	5,3	5,2	5,4	5,6	5,8	6,0	5,6	5,3	5,1	5,0
	Степень заполнения	0,65	0,65	0,7	0,7	0,65	0,65	0,65	0,7	0,7	0,7
	Давление, МПа	0,30	0,32	0,34	0,36	0,38	0,40	0,42	0,40	0,38	0,36
	Температура, ºС	70	73	80	80	80	72	72	82	75	75
	Контролируемые и регулируемые параметры	кон	кон	кон	кон	кон	кон	кон	кон	кон	кон
	Защита дыхательной линии	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК
11	Кожухотрубчатый холодильник-конденсатор циркуляционного этилена
	Диаметр, м	1,1	1,2	1,1	1,1	1,3	1,3	1	1	1,2	1,2
	Длина, м	3,0	3,2	3,4	3,4	3,5	3,5	3,4	3,4	3,2	3
	Давление, МПа	0,3	0,32	0,34	0,36	0,38	0,4	0,42	0,4	0,38	0,36
	Температура, ºС	10	10	10	10	10	15	15	15	15	15
	Хладоагент (рассол, вода)	рас	рас	рас	рас	рас	вода	вода	вода	вода	вода
	Температурный компенсатор	нет	нет	есть	есть	нет	нет	нет	нет	есть	есть
	Помещение разбавителей и мерников
	Длина, м	30	32	34	36	38	40	38	36	34	32
	Ширина, м	12	12	12	8	8	8	8	8	12	12
	Высота, м	6	6	6	8	8	8	8	6	6	6
	Кратность вентиляции, 1/ч	5	5	5	5	6	6	6	7	7	7
	Скорость воздуха, м/с	0,4	0,5	0,6	1,2	0,4	0,5	0,6	0,5	0,4	0,6
	Расстояние до задвижек, м	5	5	6	6	7	7	6	6	5	5
	Привод задвижек	авт	авт	руч	руч	руч	авт	авт	руч	руч	руч
	Средства тушения	пена	вода	пена	нет	нет	пена	вода	пена	пена	вода
	Ограничение растекания, % от площади пола	40	50	нет	нет	30	нет	нет	50	нет	40

 

Таблица 3.

Позиция на рис.2	Исходные данные	Данные для вариантов
		00	01	02	03	04	05	06	07	08	09
8	Полимеризатор пропилена
	Диаметр, м	2	2	2	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2	2
	Высота, м	4	4,2	4,1	4,3	4,6	4,7	4,8	5,0	4,5	4,6
	Степень заполнения	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75
	Давление, МПа	0,35	0,36	0,37	0,38	0,39	0,4	0,41	0,42	0,43	0,44
	Температура, ºС	75	75	78	78	80	82	84	85	84	82
	Контролируемые и регулируемые параметры	конт	конт	рег	рег	конт	рег	рег	конт	конт	рег
	Защита дыхательной линии	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК
19	Конечный сборник суспензии (бензин Б-70+полимер)
	Диаметр, м	2	2,1	2,2	2,3	2,4	2,4	2,3	2,2	2,1	2
	Высота, м	2,5	2,6	2,7	2,8	2,9	3,0	2,7	2,8	2,5	2,6
	Давление, МПа	0,11	0,12	0,13	0,14	0,15	0,14	0,13	0,12	0,11	0,12
	Температура, ºС	65	66	67	68	69	70	71	72	73	74
	Диаметр линии, мм	75	75	75	75	75	75	75	75	75	75
	Наличие аварийного слива	есть	есть	нет	нет	есть	нет	есть	нет	есть	нет
20	Насос суспензионный
	Давление, МПа	0,2	0,2	0,22	0,22	0,24	0,24	0,26	0,26	0,28	0,28
	Температура, ºС	65	66	67	68	69	70	71	72	73	74
	Диаметр всасывающей линии, мм	75	75	75	75	75	75	75	75	75	75
	Диаметр нагнетательной линии	75	75	75	75	75	75	75	75	75	75
	Вид сальникового уплотнения	ТУ*	ТУ	ТУ	ТУ	СУ*	СУ	СУ	СУ	ТУ	ТУ
	Диаметр вала, мм	37	37	40	40	42	42	40	40	35	35
	Помещение сборников
	Длина, м	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34
	Ширина, м	12	12	12	10	8	8	8	8	6	6
	Высота, м	8	8	8	8	6	6	6	6	8	8
	Кратность вентиляции, 1/ч	6	6	6	7	7	7	8	8	8	8
	Скорость воздуха, м/с	0,4	0,5	0,6	0,4	0,5	0,4	0,6	0,6	0,4	0,5
	Расстояние до задвижек, м	6	8	5	5	6	6	5	5	7	7
	Привод задвижек	руч	руч	руч	авт	авт	авт	руч	руч	авт	руч
	Средства тушения	нет	нет	нет	пена	пена	пена	пена	пена	пена	пена
	Ограничение растекания, % от площади пола	нет	нет	50	40	нет	60	нет	нет	30	нет

 

* ТУ- торцевое уплотнение

СУ- сальниковое уплотнение