Федеральне агентство з освіти
Державне освітня установа вищої професійної освіти
В«ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ В»
ВИПУСКНА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
На тему:
" Удосконалення виробництва труб з поліетилену низького тиску шляхом застосування суперконцентратів "
2009
Введення
Сьогодні полімерні матеріали широко використовуються практично у усіх галузях промисловості і в побуті, в тому числі і для виготовлення відповідальних і високонавантажених виробів. Світовий обсяг виробництва полімерних матеріалів постійно зростає.
Все різноманіття полімерних матеріалів підрозділяють на 3 великі класи. Перший - це матеріали загальнотехнічного призначення: поліетилен, поліпропілен, полістирол і його співполімери, полівінілхлорид і ін Ці матеріали виробляються в Світ десятками мільйонів тонн. Вони мають відносно невисоку ціну, темпи зростання обсягів їх виробництва - 3 - 4% на рік. Другий клас - це матеріали інженерно-технічного призначення. До цього класу прийнято відносити лише шість типів полімерів: поліаміди, полікарбонат, поліацетали, полібутілентерефталат, модифікований поліфеніленоксід і термоеластопласт. Обсяги їх сучасного виробництва досягли в 2000 р. 4,7 млн. тонн, а щорічні темпи зростання за останні п'ять років знаходяться в межах 5-7%. Третій клас - це суперконструкціонние матеріали. Обсяг їх виробництва відносно невеликий і вимірюється в сотнях тисяч тонн. До цього класу відносять полісульфон і його модифікації, поліфеніленсульфід і полі-ефіріміди, поліефірефіркетон та ін [1, 2]. Найбільший обсяг виробництва базових термопластів припадає на поліетилен.
До числа самих великотоннажних полімерів відноситься поліетилен низького тиску. В даний час ПЕНД (в тому числі лінійний поліетилен низької щільності ЛПЕНД) виробляють на 140 заводах, що належать 114 фірмам. США належать кілька більш 40% світових потужностей ПЕНД, Японії - близько 7%.
Потужності з виробництва поліетилену на різних підприємствах становлять від 25 тис. т на рік до 400 тис. т в рік і часто залежать від обсягів виробництва етилену на даному підприємстві [3]. Підприємства, що виробляють синтетичні полімерні матеріали (смоли, реактопластів, термопласти), базуються в основному, на безперервних технологічних процесах.
Сировиною для виробництва синтетичних полімерних матеріалів, як правило, служать продукти нафтопереробки, нафтохімії і газопереробки. В останні 10-15 років проявилася тенденція організації виробництва синтетичних полімерних матеріалів не на самостійно функціонуючих підприємствах, виробляють тільки полімерні смоли і пластмаси, а як продовження технологічного ланцюжка підприємств нафтопереробки і нафтохімії. Такі підприємства, виробляючи мономери й напівпродукти з нафти і газу, перестають постачати мономери як товарну продукцію, а організовують виробництво полімерів як заключний етап технологічного ланцюжка або навіть виробляючи з полімерного матеріалу готові вироби промислового призначення і поставляючи в якості готової продукції не мономери і не гранульовані полімерні матеріали, а вироби з полімерних матеріалів.
Незважаючи на постійне зниження рівня виробництва за минулі роки, виробництво термопластів поки залишається рентабельним. Хоча рівень рентабельності також поступово знижується, навіть при збереженні існуючого парку устаткування (хоча і значно застарілого) і існуючих у даний час обсягів і постачальників сировини, виробництво термопластів залишиться рентабельним ще близько 10 років. Важливим чинником збереження виробництва термопластів є заміна застарілого обладнання та застарілих технологічних процесів на сучасні, забезпечення сировинної бази та зниження собівартості продукції.
У сучасних ринкових умовах актуальним питанням для підприємства є розширення асортименту, при збереженні конкурентоспроможності продукції, тобто збільшення міцнісних характеристик і поліпшення зовнішнього виду виробів.
У зв'язку з цим в даному дипломному проекті пропонується вдосконалення виробництва труб з поліетилену низького тиску шляхом застосування суперконцентратів для фарбування в різні кольори з метою поліпшення їх зовнішнього вигляду, міцності і збільшення асортименту.
1. Технологічний розділ
1.1 Інформаційний аналіз
1.1.1 Властивості промислових поліетиленів
Вихідним сировиною для отримання поліетилену є етилен. При нормальних умовах етилен - безбарвний газ з температурою кипіння рівній 103,8 0 С. Межа вибуховості 3-34% об'ємних. Стійкий при нагріванні до температури 350 0 С, вище розкладається з виділенням метану, ацетилену, водню і твердого вуглецю. Розчинний у спиртах, діхлоретане, ефірі, погано розчинний у воді.
Отримують піролізом неграничних вуглеводнів при 870-830 0 С. Для цієї мети використовують попутні гази, що виділяються при видобутку нафти, природні вуглеводневі гази. В даний час для виробництва поліетилену застосовують три технології:
1. Полімеризація етилену при високому тиску (ПЕВТ).
Здійснюється по реакції радикальної полімеризації етилену в конденсованої газовій фазі мономеру в присутності радикальних ініціаторів (кисень, органічні перекису) при тиску 150-300 МПа і температурі 200-280 0 С. Такий поліетилен називають поліетиленом високого тиску або низької щільності. Він має щільність r = 920-930 кг/м 3 , молекулярну масу від 80000 до 500000, ступінь кристалічності 50-65%. Високомолекулярний поліетилен утворюється тільки при високій концентрації етилену, чому сприяє створення високого тиску (при тиску реакції концентрація етилену вище приблизно в 450-500 разів, ніж при атмосферному тиску).
2. Полімеризацію етилену при низькому тиску (ПЕНД).
Полімеризація здійснюється в середовищі органічного розчинника при тиску, що не перевищує 0,5 МПа, і температурі нижче 80 0 С. Каталізаторами є комплекси Циглера-Натта.
Великий інтерес для промисловості представляє радіаційна полімеризація етилену, протікає під дією Оі-променів при 13-20 атм. і кімнатній температурі.
3. Полімеризацію етилену при середньому тиску (ПЕСД).
Полімеризацію проводять у середовищі розріджувача при 3,5-4,0 МПа і 125-150 0 С на окисно-металевих каталізаторах.
В залежності від умов полімеризації розрізняють три види поліетилену [4]: ​​поліетилен високого тиску (ПЕВТ, або низької щільності - ПЕНП), поліетилен середнього тиску ПЕСД і поліетилен низького тиску ПЕНД (або високої щільності, ПЕВП). Незважаючи на те, що різні види поліетилену отримують з одного і того ж мономеру, вони являють собою абсолютно різні матеріали (табл. 1.1.). Це пояснюється різною будовою макромолекул і різною здатністю до кристалізації.
Наприклад, ПЕНП складається з розгалужених макромолекул і являє собою м'який і еластичний матеріал, ПЕСД і ПЕНД (ПЕВП), що мають лінійна будівля і досить високий ступінь кристалічності (85-90%), - жорсткі продукти. Істотним недоліком поліетиленів є швидке старіння під дією кисню і УФ-випромінювання. Старіння можна різко сповільнити введенням антиоксидантів, світлостабілізаторів або хімічним модифікуванням [5].
Поліетилен добре зварюється, що дозволяє легко створювати складні конструкції з відрізків виробів, крім того, він широко застосовується для захисту металів методом газопламенного напилення.
Поліетилен низької щільності - ПЕНП - напівпрозорий еластичний матеріал молочного кольору з хорошими діелектричними властивостями і низьким водопоглинанням [6-8].
Таблиця 1.1
Властивості
|
