2. Характеристика сировини та готової продукції
На ділянці будуть використовувати поліетилен високої та низької густини.
Поліетилен низької густини [CH2 – CH2] n представляє собою карбоцепний полімер оліфатичного неграничного вуглеводня олефінового ряду – стилята. Сировиною для отримання поліетилену є етилен, який при нормальних умовах є газом. Етилен отримують термічним розкладанням вуглеводнів та піролізом нафтової сировини.
В промисловості поліетилен високого тиску отримують радикальною полімеризацією етилену при 240 – 280˚С і тиску 115 – 300 МПа.
Для отримання поліетилену з достатньою високою молекулярною масою і густиною полімеризацію проводять при високому тиску, а для забезпечення високих швидкостей процесу при максимально високій температурі.
У промисловості для виробництва поліетилену високого тиску використовуються в основному два типи установок, які розрізняються конструкцією реактора для полімеризації поліетилену. Реактори представляють собою або трубчасті апарати, працюючі за принципом ідеального витискування, або вертикальні циліндричні апарати з перемішуючим пристроєм – автоклави з мішалкою, працюючи за принципом ідеального змішування.
Процеси полімеризації в трубчастому реакторі і автоклаві розрізняються температурним режимом і часом перебування реакційної маси в апараті.
Виробництво поліетилену високого тпску в трубчастому реакторі.
Промислові трубчасті реактори – полімеризатори складаються з послідовно з'єднаних теплообмінників типу «труба в трубі».
Технологічний процес виробництва поліетилену високого тиску в трубчастому реакторі складається з стадій змішування етилену з поворотним газом та киснем, двостадійного тиснення газу, полімеризації етилену, поступаю чого в рецикл і грануляції продукту [3].
Для зафарбування, стабілізації і наповнення поліетилену високого тиску
поступає на стадію конфекціонування.
При отриманні поліетилену високого тиску в трубчастому реакторі використання кисню у якості ініціатору забезпечує прийнятну в даному процесі швидкість реакції при температурах реакційної суміші 180 – 200˚С.
Варіюючи параметри процесу, отримують широкий асортимент продуктів з густиною 916 – 935 кг/м³ та ПТР від 3 до 20 г./10 хв.
Виробництво поліетилену високого тиску в автоклаві з мішалкою.
Промислові реактори – автоклави представляють собою вертикальні товстостінні апарати безперервної дії з гвинтовою мішалкою, яка проходе за усією висотою апарата, із зовнішньою охолоджуючою сорочкою.
Технологічний процес виробництва поліетилену високого тиску в автоклаві з мішалкою аналогічний виробництву поліетилену високого тиску в трубчастому реакторі. Ініціатором полімеризації служить перекис ди-третбутила або перекис паурила, які вводяться у вигляді 4%-вого розчину в очищених парафінових маслах. Глибина перетворення мономеру визначається різницею температур на виході і вході в реактор. Максимальна температура процесу може досягати 250˚С, відповідно максимальна конверсія 15%.
Перевагою трубчастого реактору є те, що отримується поліетилен з широким молекулярно-масовим розподіленням, що важливо при виробництві плівки, також те, що можливо застосувати дешевий кисень, як ініціатор.
При виробництві деяких марок поліетилену з підвищеною механічною міцністю процес полімеризації поліетилену проводять у присутності двох різноманітних ініціаторів, які вводять окремо у різні зони реактора. Так для виробництва плівки розроблена нова марка поліетилену, яка отримується з метало ціновими каталізаторами.
При виготовленні плівки до первинної сировини додають вторинний поліетилен, який представляє собою продукт подрібнення або гранулювання некондеційних виробів, обрізів плівки.
На проектованій ділянці будуть використовувати поліетилен наступних марок:
HDPE HFX – 4810Н ЗАО «Лукор» м. Калуш, Івано–Франківська обл. (відповідає ГОСТу 16338 – 85).
HIPLEX TB – 130 виробництва «Петрохимия» м. Панчено, Югославія. (відповідає сертифікату якості).
15803 – 020 виробництва «Казаньоргсінтез» м. Казань, Росія. (відповідає ГОСТу 16337 – 77).
На ділянці яка пректується використовують суперконцентрати барвників та ароматизаторів.
Суперконцентрати, які використовують у виробництві, виготовленні:
«TOSAF MESHEK MEGTDES INDASTRY», Ізраїль;
«AMPACET EUROPE SA», Бельгія.
Згідно ГОСТу 10354 – 82 поліетиленову плівку випускають наступних марок:
М – для виготовлення транспортних мішків та інших виробів, Потребує використання плівок з найбільшою міцністю, забарвленої та незабарвленої, стабілізованої та нестабілізованої;
Т – для виготовлення виробів технічного значення, будівництва тимчасових споруд, упаковки та комбінованих плівок, пофарбованої і незафарбованої, стабілізованої та нестабілізованої;
СТ – для використання в сільському господарстві в якості світлопрозорого атмосферостійкого покриття культиваціонних споруджень (парники, теплиці та ін.) та інших цілей; пофарбованої і незафарбованої, стабілізованої;
Н – для виготовлення виробів народного вживання, упаковка і побутового значення; пофарбованої і незафарбованої, стабілізованої та нестабілізованої.
Для виготовлення плівки марок М, Т, Н та СТ допускається використання композицій зі скользячими, антистатичними і до 5% модифікуючими добавками, в тому числі й полімерними; марки СТ – до 5% модифікуючими добавками, в тому числі й полімерними.
Плівку випускають намотаною в рулони у вигляді рукава, напіврукава (рукав, розрізаний по всій довжині з однієї сторонни), полотна (рукав, розрізаний по всій довжині з обох сторін з обрізкою або без обрізки кромок), рукава з фальцовкою (зі складками), рукава, складеного вдвоє та ін. видів.
Максимальна ширина плівки всіх марок – 6000 мм [5].
За вимогою виготовляють плівку інших розмірів в межах вказаних максимальних значень товщини і ширини.
Приклади плівки, яку виробляють на проектованій ділянці:
плівка з ПЕ: 453×0,0065
500×0,0076
Лимон 600×0,008
Вкладиш 400×800/35
Майка 560 (2×80)×570/25
Вся плівка, яку виробляють на підприємстві відповідає вимогам ГОСТу 10354 – 82. В таблиці приведені основні показники плівки.
3. Технологічний процес. Норми технологічного режиму
Технологічна схема виробництва поліетиленових плівок представляє автоматизацію прцесів, починаючи від одержання сировини і закінчуючи пакуванням та зберіганням готової продукції.
Прийом поліетилену проводиться в цистернах, а для отримання опитних партій можливий прийом сировини в мішках.
Із цистерн сировина пневмотранспортом подається в складські ємкості, об'єм яких дорівнює або більший об'єму цистерни.
При прийомі сировини в мішках полімерні матеріали спеціальними системами подаються до розтарочних установок, потім пневпотранспортом переміщають у виділені для них ємкості.
Поліетилен і суперконцентрат (долі сировини) завозяться в цех зі складу. Перед відкриванням мішки з сировиною повинні бути витримані не менше 12 годин [20].
Плівка виготовляється на екструзійних установках. Екструзійні установки мають наступні вузли:
– бункер для завантаження гранул поліетилену;
– екструдер;
– охолоджуючий пристрій;
– нагріваючі елементи;
– формуючий інструмент;
– вузол тяги;
– контрольно-вимірююча регулююча аппаратура;
– пульт управління.
Перед початком технологічного процессу розігрівають екструдери. Температура по зонах обігріву машин встановлюється в залежності від показника текучості розплаву сировини, яку використовують.
В період розігріву машин зони завантаження охолоджують водою.
Ппісля розігріву до заданої температури екструзійні машини, при відсутності в них поліетилену, витримують при цьому тепловому режимі протягом 30 – 50 хвилин. У випадках, коли екструдер заповнений поліетиленом, час витримки розігріва екструдера підвищується до 1 – 4 годин.
За 30 – 40 хвилин до екструзії вмикають масляний насос. Розігріту машину запускають зі швидкістю 10 – 15 об/хв.
Із бункера екструдера під дією своєї ваги сировина потрапляє в циліндр екструдера.
Розм'якшення поліетилену проходить за рахунок тепла, яке підводиться електронагрівачами через поверхню циліндра, що виділяється за рахунок внутрішнього тертя.
Головним робочим елементом екструдера є шнек, від якого залежить продуктивність екструдера і якість готового виробу. Назначення шнеку:
– захоплює поліетилен в зоні завантаження, неперервно перемішує його вздовж циліндра від зони завантаження до екструзійної головки;
– інтенсивно перемішуе матеріал по мірі його проходження, створюючи тертя частинок матеріала одна об одну і об стінки циліндру, в результаті чого виділяється тепло необхідне для повного перетворення твердого поліетилену в розплав;
– пластикує, зжимає та гомогенізує матеріал, що допомагає виділенню з нього повітряних і газових пухирів іутворенню розплава;
– створює тиск в циліндрі перед екструзійною головкою, необхідний для згущення і видавлювання розплава через формуючу щіль.
Кожен шнек має три зони:
1 зона – зона завантаження;
2 зона – зона стиснення;
3 зона – зона дозування.
В зоні завантаження холодний поліетилен захоплюється шнеком, інтенсивно перемішується, розм'якає і передається в зону стиснення. Розміри шнека постійні по всій зоні. Температура циліндра в цій зоні встановлюється нижче, ніж в інших зонах, щоб попередити передчасне спікання матеріалу.
В зоні стиснення відбувається перетворення розм'якшених гранул поліетилену в однорідний розплав, і створення тиску, необхідного для видавлювання матеріалу через головку. Стиснення відбувається за рахунок зменшення ширини нарізки шнека. Температура цієї зони вище, ніж зони завантаження, для більшповного розплавлення гранул.