Вопрос 3: Производство полиэтилена высокого давления в автоклаве с мешалкой

Промышленные автоклавы предст. собой вертикальные толстостенные аппараты непрерывного действия с винтовой мешалкой, расположенной по высоте аппарата, и с наружной охлаждающей рубашкой. Обычно такие реакторы имеют высоту около 6 м, диаметр≈300 мм, емкость 0,5 м³. Их изготавливают из специальной высококачественной стали. Производительность реактора составляет 15000 т/год полиэтилена.

При получении ПЭВД в автоклаве с мешалкой в качестве инициатора полим-ции применяют пероксид ди-трет-бутила, пероксид лаурила и трет-бутилпербензоат, которые вводятся в виде 4-25%-ного р-ра в очищенных парафино­вых маслах. Полим-цию этилена проводят по режиму:

Температура, °С 250-270

Давление, МПа 196-245

Концентрация инициатора, % 0,2—0,4

Степень конверсии этилена, % 15—19

При необходимости автоклавный реактор можно разделить перегородками на три зоны. В каждой зоне устанавливается своя темп-ра и используется свой инициатор. При этом варьирование конфигурации мешалки, частоты ее вращения, распределения газа в зонах реактора, выбор инициатора, его концентрация и распределение по зонам дает возможность получать полимеры с заданными св-вами.

При проведении полим-ции в автоклаве время пребывания этилена в реакторе составляет около 2 мин. Выделение тепла через стенку аппарата практически отсутствует. Фактически реактор работает в адиабатич. режиме. Выделяющаяся теплота р-ции расходуется на подогрев свежего этилена, поступающего в реактор после предварительного охлаждения до 35-40 °С. Глубина превращения мономера (конверсия) определяется в адиабатич. процессе разностью темп-р на выходе и входе в реактор. Макс. темп-ра процесса (при получении ПЭВД с миним. ММ) при рабочем давлении 196 МПа может достигать 250°С. Соответственно макс. конверсия составляет 19%. При получении более высокомолекулярного продукта необходимо понижать темп-ру процесса (и одновременно конверсию), уменьшая количество инициатора, подаваемого в реактор. Интенсификация процесса на действующих установках за счет увеличения частоты вращения мешалки автоклава от 1000 до 1500 об/мин позволяет повысить скорость подачи этилена в реактор на 20-30% и увеличить производительность реактора. При этом достигается лучшее распределение инициатора в массе мономера.

Благодаря сравнительно однородному температурному полю в реакторе смешения получаемый продукт имеет относительно узкое молекулярно-массовое распределение.

Трубчатый реактор имеет ряд преимуществ по сравнению с автоклавным.

Во-первых, в трубчатом реакторе осуществляется больший теплосъем через стенку, чем в автоклаве, поэтому полим-ция протекает по иному режиму. Конверсия этилена в ПЭ в автоклаве ниже (чисто адиабатич. режим), поскольку адиабатич. составляющая суммарного выхода продукта в трубчатом реакторе существенно меньше (перепад темп-р всего 70°С по сравнению с 200-220°С в автоклаве). Однако наличие температурного профиля по длине трубчатого реактора позволяет получать продукт с более широким ММР, что важно при произв-ве пленок, некоторых сортов кабельных покрытий и др.

Во-вторых, при полим-ции в трубчатом реакторе можно использовать в качестве инициатора дешевый кислород, т. е. исключить подачу парафинового масла с пероксидным инициатором.

Подача различных инициаторов в разные зоны реактора позволяет варьировать св-ва получаемого ПЭ.

Билет 16