4,5. Пэвд(пэнп). Получение, свойства и применение. Производство в автоклаве с мешалкой, в трубчатом реакторе.

В промышленности ПЭНП (920-930 кг/м³) получают непрерывным методом пу­тем полимеризации этилена ( СН₂ = СН₂) в трубчатом реакторе или в автоклаве.

Этилен - газ, кипит при -103,8 °С, замерзает при -169,2 С, имеет плотность 567 кг/м³ (при температуре кипения).

Полимеризация в трубчатом реакторе осуществляется при давлении 150 300 МПа и температуре 240-280°С в присутствии инициаторов радикального типа (кислорода, пероксидов и др.) В процессе полимеризации, кислород, взаимодействуя с этиленом, приводит к образованию радикалов R^ легко реагирующих с этиленом. Получающиеся при этом радикалы присоединяются к другим молекулам этиле­на. Рост цепи заканчивается обрывом, который может происходить по механизму рекомбинации макрорадикалов, диспропорционирования или передачей цепи.

К возникшему радикальному центру могут присоединяться молекулы этилена, что приводит к образованию боковых цепей различной длины (С₂-С₆). Технологический процесс включает следующие основные стадии: смешение эти­лена с инициатором и возвратным газом, сжатие этилена, полимеризация этилена, отделение непрореагировавшего этилена от полиэтилена, гранулирование и выгрузка ПЭ.

Схема производства полиэтилена низкой плотности при высоком давлении в при­сутствии инициатора кислорода: 1  хранилище этилена; 2  смеситель этилена низкого давления; 3  компрессор первого каскада; 4  смеситель этилена высоко­го давления; 5  компрессор второго каскада; 6  трубчатый реактор; 7 отдели­тель высокого давления; 8  отделитель низкого давления; 9  экструдер-гранулятор; 10, 13  циклоны; 11, 14 холодильники; 12, 15  фильтры

Свежий этилен (чистоты не менее 99,9 %) из хранилища 1 под давлением 0,8-1,2 МПа и возвратный этилен из отделителя низкого давления 8 поступают в смеси­тель 2, в котором смешиваются с инициатором — кислородом [до 0,002-0,006 % (об.)], а затем, в многоступенчатый компрессор первого каскада 3. Этилен, сжатый до 25-30 МПа, смешивается в смесителе с возвратным этиленом, поступающим из отдели­теля высокого давления и при температуре 40-45°С направляется в компрессор вто­рого каскада 5. В поршневых компрессорах происходит многоступенчатое последовательное сжатие­тие этилена. Между ступенями сжатия этилен пропускают через холодильники для охлаждения и сепараторы для отделения смазки, просачивающейся через уплотнительные узлы компрессора (вазелиновое и индустриальное масло, глицерин).

Этилен, сжатый до 150-300 МПа, при температуре 70-75 °С поступает в трубчатый реактор 6. Он может быть введен как в первую, так и последующие зоны реактора. В реакторе происходит лишь частичная полимеризация этилена (10-12 %) при 180-280°С. Смесь расплавленного ПЭ и этилена при температуре 260-280°С поступает в отделитель высокого давления 7, в котором давление снижают до 25 МПа. При этом непрореагировавший этилен отделяется от ПЭ и рециклируется через циклон 10, холодильник 11 и фильтр 12 на смешение со свежим мономером.

ПЭ в виде расплава из нижней части отделителя 7 поступает в отделитель низкого давления 8, в котором снижают давление до 0,13-0,18 МПа. Непрореагировавший этилен возвращается в цикл после последовательного прохождения циклона 13, холодильника 14, фильтра 15 и компрессора для сжатия до 0,8-1,2 МПа. Расплавлен­ный ПЭ поступает в экструдер с высокопроизводительным коротким червяком 9, продавливается через фильеры в виде стренгов, которые режутся вращающимся ро­тационным ножом на гранулы. В расплав до его грануляции могут вводится специаль­ные добавки: термостабилизаторы, антиоксиданты, красители, пигменты, что опреде­ляет марочный ассортимент ПЭ. Трубчатый реактор состоит из прямых отрезков труб, соединенных изогнутыми трубами (калачами) последовательно друг с другом и снабженных рубашками. Реак­тор обогревается перегретой водой с температурой 190-200 °С. В первой его части происходит подогрев этилена до 180-200 °С, во второй части — полимеризация эти­лена при 180-280 С. Повышение температуры во второй части реактора частично обусловлено тем, что полимеризация этилена сопровождается выделением большого количества тепла. При работе трубчатых реакторов в них периодически ступенчато (до 10-15 МПа) сбрасывают давление (хлопки) в целях отделения полиэтилена, налипшего на внут­ренние поверхности труб и ухудшающего теплопередачу к реакционной среде.

Автоклавный способ получения ПЭВД осуществляется по схеме, близкой к схеме производства ПЭ в трубчатом реакторе. Различия заключаются в конст­рукции реактора, который представляет собой автоклав с мешалкой (скорость вра­щения мешалки 10-15с^-1), а также в методике подготовки инициаторов полимери­зации (используют чаще всего пероксиды и пероксиэфиры, которые растворяют в маслах и подают в автоклав с помощью плунжерных насосов). Между автоклавом и отделителем высокого давления для охлаждения расплава ПЭ (он может содержать остаток инициатора) и прекращения реакции полимеризации этилена установ­лен холодильник типа «труба в трубе»,. Температура подаваемого этилена 35-40С, температура реакции 150-280 °С, давление 100-300 МПа.