1. Вступ

Автоматизація виробничих процесів є основним засобом технічного прогресу, одним з найбільш ефективних шляхів підвищення продуктивності праці. Автоматичне управління і регулювання виробничих процесів дозволяє підвищити продуктивність обладнання і звільнити робітників від одноманітних і стомлюючих операцій по управлінню механізмами.

Автоматизація виробничих процесів може бути повною або частковою. Повна автоматизація передбачає автоматичний контроль і регулювання виробничих процесів, підтримання заданих або вибір автоматичних режимів роботи механізмів та агрегатів без участі обслуговуючого персоналу. При частковій автоматизації виробничих процесів ручна праця застосовується для управління виробничими операціями. В залежності від призначення пристроїв, які застосовують в системах автоматизації, виконують різні функції – контролю, захисту, сигналізації, керування, регулювання та ін. Пристрої автоматичного контролю призначені для перевірки окремих машин, агрегатів або окремих ділянок технологічного процесу. Вони не тільки фіксують отримані результати, але й перетворюють їх в сигнали (імпульси) для автоматичного регулювання (виконують функції датчиків).

Використання сучасної мікропроцесорної техніки, дає можливість покращити точність і якість керування процесом, стабілізувати основні технологічні параметри.

Хімічний реактор є основним апаратом технологічної схеми одержання практично будь-якого хімічного продукту .

Швидкість хімічної реакції визначається рівнянням кінетики та взаємодії гідродинамічних, масообмінних і теплових процесів у реакторі , від яких залежить концентрація нового продукту та умови протікання реакції . У свою чергу , хімічне перетворення в реакторі приводить до зміни теплових і гідродинамічних процесів . Реактори мають внутрішню і зворотні зв’язки , які можуть призводити до виникнення нестійких режимів , автоколивань параметрів процесу , зміни якості одержуваної речовини тощо. Ці характерні особливості реакторних процесів необхідно врахувати в процесі їх автоматизації .

Задачі керування безперервними та періодичними реакторами значно відрізняються . Для перших характерні задачі стабілізації параметрів на заданих значеннях , а для других – проведення процесу за ладанною програмою .

За динамічними характеристиками хімічні реактори дуже різні : в одних процеси протікають досить швидко , наприклад , синтез аміаку , полімеризація етилену під високим тиском, для яких сталі часу можуть дорівнювати від одиниць до десятків секунд ; інші реактори досить інерційні ,а їх сталі часу вже становлять до десятків хвилин . Істотною особливістю хімічних реакторів є значна не лінійність характеристик що ускладнює їх автоматизацію.

2. Опис технології процесу

Показником ефективності процесу хімічного перетворення є одержання нового продукту із заданою концентрацією . Мета керування – забезпечити цей показник на заданому рівні .

На процес реакції істотно впливають різні збурюючи фактори , які призводять до того , що швидкість , властива хімічній реакції , не завжди визначає швидкість перетворення реагуючих речовин . Такі фізичні явища , як теплообмін , перенесення маси , рух потоків і їх взаємне переміщування істотно впливають на технологічний процес . До сильних збурюючих факторів на сам перед належать температура, тиск і концентрації початкових речовин .

У 1873 р. полімеризацію етилену вперше вивчав А. М. Бутлеров, а в 1884 р. її здійснив російський хімік Г. Г. Густавсон, застосовуючи як каталізатор бромистий алюміній. Отримані полімери етилену представляли низькомолекулярні рідкі продукти. Надалі в різних країнах світу багато вчених займалися проблемою полімеризації етилену в високомолекулярні продукти. І лише в 1933-1936 рр. в СРСР і Англії вдалося отримати при тиску понад 100 МПа і температурі близько 200 ° С тверді високомолекулярні полімери етилену. Промислове виробництво поліетилену почалося в 1938 р. в Англії методом високого тиску, дещо пізніше - в Німеччині, США і СРСР.

Технологічний процес виробництва поліетилену методом високого тиску складний тим, що потрібно вести полімеризацію в апаратурі, що витримує великі тиски, виникає необхідність у неодноразової циркуляції етилену в реакційній системі через невисоку ступінь перетворення і т. д. Ці обставини змусили шукати нові шляхи полімеризації етилену. Великою подією стало відкриття в 1952 р. групою німецьких вчених, очолюваної К. Циглером, методу полімеризації етилену при нормальному тиску в присутності комплексних метало-органічних каталізаторів. Незабаром після опублікування робіт К. Циглера з'явилося повідомлення, що в США розроблено і впроваджується у промисловість кілька варіантів отримання поліетилену при невеликому тиску (3,5-7 МПа) у присутності простих окіснометалліческіх каталізаторів.

Є також повідомлення про отримання поліетилену принципово новими способами полімеризації - під дією проникаючих випромінювань або електричних розрядів і т. д. Але в даний час промислове виробництво поліетилену здійснюється трьома методами: 1) полімеризацією етилену при тиску 120 - 250 МПа у присутності невеликих кількостей кисню в як каталізатор: 2) полімеризацією етилену при низькому тиску (0,05 - 0, 6 МПа) з використанням комплексних металоорганічних каталізаторів, 3) полімеризацією етилену при середньому тиску (3,5-7 МПа) в вуглеводневих розчинниках з окненомсталлпічними каталізаторами.

Сировиною для виробництва поліетилену служить етилен-С2Н4 .- безбарвний газ, який представляє найпростіший олефін.

Цей метод простий, але вимагає великої кількості цінної хімічної сировини - етилового спирту, тому в даний час для отримання поліетилену використовують нафтові і супутні гази. У зв'язку з цим все нові промислові установки для виробництва поліетилену проектують і будують на основі використання етилену нафтових і супутних газів.

Полімеризація етилену при високому тиску являє собою ланцюговий процес, що протікає по вільнорадикальному механізму. Для зменшення енергії активації використовують ініціатори: в основному кисень, а також перекиси. Процес полімеризації протікає в три стадії: ініціювання, ріст ланцюга і обрив ланцюга.

Ініціювання процесу полягає в утворенні вільних радикалів за рахунок розпаду ініціатора при нагріванні. Утворившийся радикал взаємодіє з молекулою етилену. Завдяки дії температури і приєднанню вільного радикала молекула етилену набирає необхідну енергію активації, у результаті чого вона стає здатною приєднувати нові молекули етилену, передаючи їм енергію активації і починаючи, таким чином, зростання ланцюга полімеру.

За рахунок передачі ланцюга можуть утворитися молекули полімеру з бічними відгалуженнями, які можуть бути довго- або коротко-ланцюговими.

За цією схемою утворюються ланцюги полімеру з відгалуженням в середині молекули. Довжина бічного ланцюга може досягати довжини основного ланцюга.

За рахунок внутрішньомолекулярної передачі ланцюга утворюються коротколанцюгове відгалуження у вигляді наближеного шестичленного кільця.

Технологія отримання. Полімеризація етилену під високим тиском може здійснюватися двома способами: полімеризацією в масі і полімеризацією з розчинником або в суспензії.

Полімеризація етилену під високим тиском з розчинником або в суспензії отримала менше поширення. Реакція протікає в трубчастому реакторі з нержавіючої сталі приблизно при 200 ° С і 100 МПа.

Характеристичні властивості поліетилену (молекулярна маса, молекулярномасовий розподіл, розгалуженість), одержуваного методами високого тиску, можна змінювати у відомих межах зміною умов його отримання. Змінними величинами є тиск етилену, концентрація каталізатора, температура і час перебування в реакторі. Вплив цих величин на властивості полімеру і вихід його за один робочий цикл можна охарактеризувати декількома спрощеними положеннями: 1) більш високий тиск призводить до підвищення молекулярної маси, зменшення розгалуженості і підвищення ступеня перетворення, 2) більш висока концентрація ініціатора обумовлює зменшення молекулярної маси, підвищення вмісту кисню в полімері і підвищення перетворення етилену, 3) більш висока температура призводить до зменшення молекулярної маси, почастішання розгалуженості і підвищення ступеня перетворення; 4) більш тривалий час перебування в реакторі підвищує молекулярну масу і ступінь перетворення.

Методом високого тиску отримують поліетилен низької щільності (ГОСТ 16337-77Е). Цей вид поліетилену, що отримується в трубчастих реакторах або в реакторах з перемішуючим пристроєм із застосуванням ініціаторів радикального типу, випускають в чистому вигляді (базові марки) або у вигляді композицій з барвниками, стабілізаторами та іншими добавками.

Призначається він для виготовлення технічних виробів, а також виробів широкого споживання, які виробляються різними методами - екструзією, литтям, пресуванням і пр. Для виробів кабельної промисловості поліетилен не застосовують.