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.

Актуальность работы: Производство полиэтилена в России растет
достаточно быстрыми темпами в последние годы. Полиэтилен один из самых
распространенных полимеров, на него приходится почти 60% мирового спроса
на полимеры. Изделия из полиэтилена обладают высокой стойкостью, высокой
диэлектрической
способностью,
прочностью,
морозостойкостью,
нетоксичностью.
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,
сделать описание и обосновать выбор производства полиэтилена, привести
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.

Структура, свойства и применение полиэтилена
Полиэтилен – термопластичный насыщенный полимерный углеводород, молекулы которого
состоят из этиленовых звеньев 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.
Изготовление
изделий
санитарнобезнапорных труб
Изготовление
изделий
санитарнотехнического
назначения
Изготовление
пленок и тары
Полиэтилен
ММР
- Высокого давления
15000-40000 а.е.м.
- Низкого давления
50000-1000000 а.е.м.
Производство труб
и шлангов для
полива, обогрева и
орошения
Применение
Полиэтилена
Изготовление
изделий кабельной
промышленности
3

4.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОЛИМЕРИЗАЦИИ
ЭТИЛЕНА ПРИ НИЗКОМ ДАВЛЕНИИ
Технологическая схема производства ПЭНД
1 – реактор-полимеризатор; 2 –
отделитель; 3 – емкость для продувки; 4 –
емкость для катализатора; 5 – воздушный
холодильник; 6 – циркуляционный
компрессор.
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