聚乙烯开题报告

1 / 12 聚乙烯开题报告 沈阳工业大学 本科生毕业设计开题报告 毕业设计题目： 学 院： 石油化工学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 开题时间：年月日 1、摘 要 工作目的、意义、研究方法、成果和结论 工作目的 本次设计要达到的目标就是完成设备的物料和热量衡算以及聚合釜选型的工艺设计，确定聚乙烯粉末车间的工艺流程和操作工艺参数，完成物料平衡图和工艺流程图的绘制， 编制聚乙烯生产车间的工艺设计说明书。 设计意义 通过完成本次设计，可以更加深入地了解聚乙烯合成的工艺流程，设备装置及操作环境，进一步补充了专业课程及入厂实习的不足。另外，在设计过程中，培养我独立分析问题解决问题的能力，为以后的工作打下良好的基础。 研究方法 2 / 12 在 CA、 CNKI 上查找大量文献资料，在设计之前了解聚乙烯的背景和历史，以及国内外聚乙烯各种生产路线、生产工艺和国内外聚乙烯供需状况及未来发展前景。依据设计任务书的设计任务，确定工艺流程，确定设备及操作参数，在设计之 前对整个工艺做全面的认识和了解。 成果和结论 本设计主要工作是聚乙烯生产车间的工艺设计，专题部分是聚合釜工艺设计。设计过程中要分别完成从聚合工段到分离干燥工段过程中的聚合釜、闪蒸系统、分离系统和干燥系统的物料及热量衡算及核算产量。在核算完成的前提下，继续完成设备设计计算。最后要用 Auto CAD 绘制物料平衡图和带控制点的工艺流程图。 关键词：聚乙烯 催化剂 茂金属 PE 薄膜 1 2、设计方案 聚乙烯简介 聚乙烯英文名 称： polyethylene ，简称 PE，分子结构通式为 CH2-CH2 n，它是由乙烯的发生加成聚合反应而成的一种热塑热塑性树脂。聚乙烯树脂为无毒、无味的白色粉末或颗粒，外观呈乳白色，有似蜡的手感，吸水率低，小于 %。聚乙烯具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀，常温下不溶于一般溶剂，但由于其为线3 / 12 性分子可缓慢溶于某些有机，且不发生溶胀，电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力是很敏感的，耐热老化性差。聚乙烯膜透明，并随结晶度的提高而降低。聚乙烯膜的透水率低但透气性较大，不适于保鲜包装而适于防 潮包装。易燃、氧指数为，燃烧时低烟，有少量熔融落滴，火焰上黄下篮，有石蜡气味。聚乙烯的耐水性较好。制品表面无极性，难以粘合和印刷，经表面处理有所改善。支链多其耐光降解和耐氧化能力差。 目前工业生产的聚乙烯可分为以下类型产品。 高压，低密度聚乙烯 包括密度为 /cm3 的均聚物和含有少量极性基团的由乙烯与醋酸 乙烯酯，丙烯酸乙酯共聚得到的共聚物。均聚物分子中含有 1 8 个碳原子或更长。 线型低密度和中等密度聚乙烯为乙烯和烯 烃的共聚物。其密度为 g/cm3，烯烃主要为1- 丁烯。 1-己烯或 1-辛烯。除有些密度为 g/cm3 的 产品用以硅胶为载体的三氯化铬催化剂 合成外，多数用 Ziegler 催化剂金兴乙烯聚合货共聚。 高密度聚乙烯 包括用 Phillips 催化剂或 Ziegler 4 / 12 1 催化剂合成密度为 g/cm3 的均聚物和密度为 g/cm3 的乙烯与 1-丁烯或 1-己烯的共聚物。 超高分子量聚乙烯其分子量约 10 倍于高分子量 的 HDPE，其支链甚少，要求用特殊方法进行合成与加工。 改性聚乙烯包括交联聚乙烯、硅烷接枝水解聚乙烯，含离子 化羧基的聚乙烯氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯以及接 枝聚乙烯等。 聚乙烯的用途 1 聚乙烯发展史 1933 年，英国卜内门化学工业公司发现乙烯在高压下可聚合生成聚乙烯。此法于 1939 年工业化，通称为高压法。 1953 年联邦德国 K.齐格勒发现以 TiCl4-Al3 为催化剂，乙烯在较低压力下也可聚合。此法由联邦德国赫斯 特公司于1955 年投入工业化生产，通称为低压法聚乙烯。 50 年代初期，美国菲利浦石油公司发现以氧化铬 -硅铝胶为催化剂，乙烯在中压下可聚合生成高密度聚乙烯，并于 1957 年实现工业化生产。 60 年代，加拿大杜邦公司开始以乙烯和 烯烃用溶液法制成低密度聚乙烯。 1977 年，美国联合碳化物5 / 12 公司和陶氏化学公司先后采用低压法制成低密度聚乙烯，称作线型低密度聚乙烯，其中以联合碳化物公司的气相法最为重要。线型低密度聚乙烯性能与低密度聚乙烯相似，而又兼有高密度聚乙烯的若干特性，加之生产中能量消耗低，因此发展极为迅速，成为最令人 注目的新合成树脂之一。 低压法的核心技术在于催化剂。德国齐格勒发明的TiCl4-Al3 体 系为聚烯烃的第一代催化剂，催化效率较低，每克钛约得数千克聚乙烯。 1963 年比利时索尔维公司首创以镁化合物为载体的第二代催化剂，催化效率达每克钛得数万至数十万克聚乙烯。采用第二代催化剂还可省去脱除催化剂残渣的后处理工序。以后又发展了气相法高效催化剂。 1975年，意大利蒙特爱迪生集团公司研制成可省去造粒而直接生产球状聚乙烯的催化剂，被称作第三代催化剂，是高密度聚乙烯生产的又一变革。 国内外聚乙烯 工业现状 1 一、聚乙烯醇的制备 聚乙烯醇的制备方法 原料路线 聚乙烯醇是由醋酸乙烯经聚合醇解而制成，生产 PVA通常有两种原料路线，一种是以乙烯为原料制备醋酸乙烯，再制得聚乙烯醇；另外一种是以乙炔为原料制备醋酸乙烯，6 / 12 再制得聚乙烯醇。 乙烯直接合成法 石油裂解乙烯直接合成法，由日本可乐丽公司首次开发成功并用于工业化生产。目前，国际上生产聚乙烯醇的工艺路线以乙烯法占主导地位，其数量约占总生产能力的72。美国已完成了乙炔法向 乙烯法的转变，日本的乙烯法也占 70以上，而中国的生产企业只有两家为乙烯法。其工艺流程包括：乙烯的获取及醋酸乙烯合成、精馏、聚合、聚醋酸乙烯醇解、醋酸和甲醇回收五个工序。石油乙烯法的工艺特点：生产规模较乙炔法大，产品质量好，设备易于维护、管理和清洗、热利用率高，能量节约明显，生产成本较乙炔法低 30以上。 电石乙炔合成法 电石乙炔合成法，最早实现工业化生产，其工艺特点是操作比较简单、产率高、副产物易于分离，因而国内至今仍有 1O 家工厂沿用此法生产，且大部分应用高碱法生产聚乙烯醇。但由于乙炔高碱法工艺路线产品能耗高、质量差、成本高，生产过程产生的杂质污染环境 亦较为严重，缺乏市场竞争力，属逐渐淘汰工艺。国外先进国家早于 20 世纪 7O 年代已全部用低碱法生产工艺。 天然气乙炔合成法 天然气乙炔为原料的 Borden 法，不但技术成熟，而7 / 12 且生产的乙炔有利于综合利用， VAc 的生产成本较电石乙炔法低 50 70，但天然气乙炔法投资和技术难度都较大。在天然气、煤和电力丰富的地区，天然气乙炔法仍具有生命力。欧洲及朝鲜等国家以天然 气乙炔为主，我国也有套生产装臵采用该方法。 醇解法制备聚乙烯醇 聚乙烯醇是不能直接通过单体聚合得到的，而是由其酯类 聚乙酸 乙烯酯醇解或水解来制备。由于醇解法所生成的 PVA 精制容易，纯度较高，主产物性能较好，因而工业上多采用醇解法。 聚乙酸乙烯酯的醇解可以在酸性或者碱性条件下进行。酸性条件下的醇解反应由于痕酸量很难从 PVA 中除去，而残留的酸可以加速 PVA 的脱水作用，使产物变黄或不溶于水，因此目前多采用碱性醇解法制备 PVA。碱性条件下的醇解反应有湿法和干法两种，也就是 人们常说的高碱法和低碱法。 湿法醇解工艺就是在原料聚醋酸乙烯甲醇溶液中含有 1 2的水，催化剂碱也配制成水溶液，碱摩尔比大。高碱法的优点是醇解速度较快，设备生产能力高，缺点是副反应多，生成的醋酸钠多，需要回收设备，聚乙烯醇产品中醋酸钠含量较多，造成聚乙烯醇纯度偏低，灰分偏高，影响8 / 12 产品的内在质量。 干法醇解，就是聚醋酸乙烯甲醇溶液含水率小于l，几乎是在 无水的情况下进行醇解，碱摩尔比小。低碱法的突出优点是，采用低碱摩尔比，氢氧化钠耗量仅为高碱法的十分之一，副反应少，副产醋 酸钠也相应较少，缺点是醇解速度慢，聚乙烯醇产品中的醋酸钠因结构致密而不易洗去。由于低碱醇解法有许多优点，目前已经成为生产聚乙烯醇的主要方法。 制备过程如下： 本实验用甲醇为醇解剂， NaOH 为催化剂，反应式如下： 从反应式也可以看出，醇解反应实际上是甲醇和高分子聚醋酸乙烯醇之间的酯交换反应。这种使聚合物结构发生变化的化学反应在高分子化学中被称为高分子化学反应。 影响反应的因素主要有以下几点： A、聚合物浓度 其它条件不变，随聚合物浓度的提 高，醇解度下降。但浓度太低，溶剂损失和回收工作量太大，一般为 22。 B、 NaOH 用量 加大用量对醇解速度、醇解率影响不大，但会增加体系中醋酸钠含量，影响反应质量。一般 NaOH/PVAc 的摩尔9 / 12 比为。 C、反应温度 提高温度会加快醇解速度，但副反应也相应提高。工业上一般选择 45 48。 D、相变 由于 PVAc 可溶于甲醇而 PVA 不溶于甲醇，因此在反应过程中会发生相变。在实验室中醇解进行好坏的关键在于体系中刚出现冻胶时，必须用强烈搅拌将其打碎 ，才能保证醇解较完全地进行。 二、 性质 聚乙烯醇是目前已发现的唯一具有水溶性且无毒的高聚物，别名为 PVA,Poval。它是近三十年来发展起来的高分子化合物，由于合成技术的不断提高和价格的不断下降，其用途日益广泛，发展速度很快。其性能介于橡胶和塑料之间，按用途可分为纤维和非纤维两大用途。 聚乙烯醇的性能 聚乙烯醇是一种无色塑胶，由聚乙烯酯受酸或碱水解作用而得。完全水解的聚乙烯醇，仍含约 5%剩余乙酸基在内。聚乙烯醇的物理性质、抗水性及与韧化剂的混合性等与其水解 程度有关，即与其在最终制品中的乙酸基与氢氧基之比例有关。聚乙烯醇对于有机溶剂及气体皆为不透性，亦不能与之混和。除多元醇类、氨醇类以外，对能与水混合的多10 / 12 数溶剂皆能抗耐。完全水解的聚乙烯醇能溶于热水。水解程度愈低，对水的抗力愈大，加入各种添加物亦能增加其抗水性。聚合物粘度可通过调节其最初所用聚乙烯乙酸 酯的粘度进行控制。 干燥无塑性的聚乙烯醇为有机化合物，白色片状、絮状或粉末状固体，无味，无污染。可在 80-90水中溶解，不溶于汽油、煤油、植物油、苯、甲苯、二氯乙烷、四氯化碳、丙酮、醋酸 乙酯、甲醇、乙二醇等，微溶于二甲基亚砜。聚乙烯醇是重要的化工原料，有良好的耐磨性， 粘结力极强，耐油及化学药品，具有长链多元醇酯化、醚化、缩醛化等化学性质，用于制造聚乙烯醇缩醛、耐汽油管道和维尼纶合成纤维、织物处理剂、乳化剂、纸张涂层、粘合剂等。 聚乙烯醇的毒性 聚乙烯醇水玻璃内墙涂料无臭、无毒；聚乙烯醇外墙绦料无毒、无味；聚乙烯醇缩甲醛脏为无毒、无味、水溶性胶体，掺入水泥可增强粘结力永溶性聚乙烯醇缩甲醛涂料无毒、耐水。 聚乙烯醇的常用数据 比重 1 27 1 31；折光率 1 49 1 53；闪点 200；抗张强度抗张强度；伸长率 l80 250%；抗扯强度高；耐油脂、有机溶剂；耐日光性优良；中毒燃烧性。 聚乙烯醇的水溶性 11 / 12 近十几年来，国际市场上 PVA 作为粘结剂用品种发展很快，而国内这方面的发展较慢，仍以纤维使用为主。在这方面存在如下问题 :国内生产的纤维级 PVA 聚合度很高，醇解度大于 99%，由于其侧基 H 和 OH 的体积小，可进入结晶点中而不造成应力，故 PVA 大分子中的羟基之间会以氢键形式相互缔合在一起，大分子之间排列 开 题报告写作要求 一、开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工