Модернизация производства полиэтилена с целью улучшения технико-экономических показателей

1.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВОЛЖСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ФЕДЕРАЛЬНОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО
ОБРАЗОВАНИЯ «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ВПИ (ФИЛИАЛ) ВОЛГГТУ)
ФАКУЛЬТЕТ «ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ»
КАФЕДРА «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛИМЕРОВ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ»
Выпускная квалификационная работа бакалавра
На тему:
«Модернизация производства полиэтилена с целью улучшения техникоэкономических показателей»
Руководитель работы:
1
Автор:
Волжский 2023г.
доц. В.Г.Кочетков
Вологин Д.С.

2.

Цели
работы:
рассчитать
и
спроектировать
производство полиэтилена полимеризацией этилена в газовой
фазе на хроморганическом катализаторе производительностью
350 тыс. тонн в год.
Задачи работы: анализ современной периодической
литературы,
производства
сделать
описание
полиэтилена,
и
обосновать
привести
выбор
описание
технологической схемы производства, сырья и требований к
нему, произвести расчет материального баланса, тепловой и
механический
расчеты
основного
аппарата,
определить
количество основного оборудования. Разработать мероприятия
по охране труда и технике безопасности.
2

3.

Применение и свойства полиэтилена
Полиэтилен
представляют
собой
самый
распространённый
тип
полимеров,
получаемых реакциями полимеризации и сополимеризации этилена и α-олефинов.
Полиэтилен – термопластичный насыщенный полимерный углеводород, молекулы
которого состоят из этиленовых звеньев −CH2−CH2− и имеют конформацию плоского зигзага с
периодом идентичности 0,254 нм, соответствующим повторяющемуся расстоянию в
углеродной цепи. Соседние молекулы находятся на расстоянии 0,43 нм друг от друга.
Полиэтилен низкого давления имеет более высокую температуру плавления, большую
прочность, жесткость. Полиэтилен низкого давления проявляет большую стойкость к
действию растворителей, масел и жиров чем полиэтилен высокого давления.
Наиболее крупными потребителями полиэтилена низкого давления являются сельское
хозяйство (производство труб и шлангов для полива, обогрева и орошения, производства тары
и пленки для теплиц), водное хозяйство и мелиорация (для изготовления изделий санитарнобезнапорных труб), строительная индустрия (для изготовления изделий санитарнотехнического
назначения,
труб
и
изоляция
магистральных
газопроводов),
пищевая
промышленность (для изготовления пленок и тары) и кабельная промышленность.
3

4.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОЛИМЕРИЗАЦИИ
ЭТИЛЕНА ПРИ НИЗКОМ ДАВЛЕНИИ
Технологический процесс состоит
из стадий очистки газов, приготовления
катализатора,
полимеризации
этилена,
компаундирования
(стабилизация
и
грануляция), расфасовки и упаковки готового
продукта.
Образующийся
полиэтилен
накапливается в нижней части реактора.
Общая степень конверсии этилена составляет
97 %. Выгрузка ПЭ из реактора циклическая,
время цикла 6 минут.
4

5.

МЕХАНИЗМ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНА
Схема роста цепи с координацией молекулы олефина у атома титана
представлена ниже:
Рост концентрации комплекса в ходе полимеризации:
5

6.

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА
Приход
Расход
Вещество
% масс.
кг/ч
т/год
1
Этилен:
2
99,500
3
47822,367
4
382578,937
этилен
этан
99,950
0,050
47798,456
23,911
382387,648
191,289
Водород:
0,020
9,613
76,900
Вещество
% масс.
кг/ч
6
91,200
7
43833,164
8
350665,312
товарный
На потери
экструзии
99,810
0,100
43750,000
43,750
350000,000
350,000
на потери
0,090
39,414
315,312
0,090
8,7 0
43,256
4186,259
346,051
33490,075
5
Порошок
т/год
ПЭВП:
дегазации
Бутен-1:
бутен-1
0,200
99,000
96,125
95,164
769,003
761,313
Катализатор
Отходящие
газы
бутен-2
1,000
0,961
7,690
этилен
18,300
766,085
6128,684
Изобутан:
0,090
43,256
346,051
изобутан
23,810
996,748
7973,987
изобутан
98,500
42,608
340,861
водород
21,350
893,766
7150,131
н-бутан
1,000
0,433
3,461
этан
12,480
522,445
4179,561
пропан
0,200
0,087
0,692
гексан
8,340
349,134
2793,072
Катализатор
Циглера MT 2510
0,096
46,140
369,121
бутен
15,720
658,080
5264,640
ТЭА:
триэтилалюминий
0,004
95,000
1,923
1,826
15,380
14,611
трибутилалюминий
5,000
0,096
0,769
Газы продувки:
0,090
43,256
346,051
азот
99,500
43,040
344,321
водяной пар
0,500
0,216
1,730
ИTOГO:
100,000
48062,680
384501,439
6
ИТОГО:
100,000
48062,680
384501,439

7.

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА
Приход
кВт
%
Расход
кВт
%
Q1
6234,99
1,1
Qп
10530,31
19,60
Q2
13,01
0,02
Qисп
5672,64
10,56
Qхр
47485,93
88,37
Qпот
537,34
1,00
Q3
36993,64
68,85
ИТОГО:
53733,93
100,00
ИТОГО:
53733,93
100,00
7

8.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основе проведенного патентного анализа предложено модернизировать
существующую схему путем применения высокоэффективных хроморганических
катализаторов на силикатных носителях, позволяющих получать полимер со
сравнительно узким молекулярно-массовым распределением. А так же перед
полимеризацией проводится глубокая очистка этилена и других газов с целью
предотвращения отравления катализатора и получения полиэтилена с требуемыми
значениями молекулярной массы.
В
нижней
части
реактора
расположена
перфорированная
решетка
для
равномерного распределения подаваемого этилена и создания кипящего слоя.
Составлен материальный баланс установки производства полиэтилена низкого
давления мощностью 350 тыс. тонн в год.
Выполнены
технологические
расчеты
основного
оборудования
реактора
полимеризации, сепаратора высокого давления, дегазатора.
Таким образом, решены поставленные задачи в полном объеме, цель дипломной
работы достигнута, изучена технология производства полиэтилена низкого давления на
примере действующей установки ООО «ЗапСибНефтехим».
8