OBTINEREA POLIETILENEI

1. OBTINEREA POLIETILENEI

Polietilena obtinuta prin procedeul Ziegler este cunoscuta sub numele de polietilena de mare densitate, (0,97 g/cm3) sau polietilena dura. Pe langa utilizarile clasice in domeniul ambalajelor, ea are si alte intrebuintari, cum ar fi: conducte de presiune, izolatii electrice, rezervoare foarte mari, ambarcatiuni usoare sau chiar roti dintate.

Acest      procedeu a revolutionat tehnologia de obtinere a polietilenei, permitand obtinerea industriala a acesteia la presiuni de numai cateva atmosfere. Aceasta polietilena este formata in principal din macromolecule liniare, cu foarte putine ramificatii, ceea ce permite impachetarea usoara a macromoleculelor. Drept urmare, creste continutul in faza cristalina pana la 94%, iar proprietatile termomecanice ale acestui material plastic sunt considerabil imbunatatite.

Descoperirea lui Karl Ziegler a fost dezvoltata cu succes de lucrarile lui Giulio Natta si ale scolii sale. In anul 1955 Giulio Natta pune bazele polimerizarii stereospecifice care permite obtinerea polimerilor stereoregulati, folosind drept catalizator de polimerizare produsii de reactie ai combinatiilor organo-aluminice cu compusii materialelor traditionale.

Polietena este un polimer al vinilinului. Procedeul de obtinere se numeste polimerizarea etenei care are loc in urma reactiei:

Capacitatea polimerilor de a polimeriza, precum si desfasurarea proceselor de polimerizare si copolimerizare sunt influentate de o serie de factori precum :

gradul de nesaturarea al monomerilor ;

structura monomerilor ;

conjugarea dublelor legaturi ;

polaritatile moleculei ;

caracteristicile coplanare sau spatiale ale monomerilor disubstituiti ;

Prin introducerea unor substituenti, in molecula etenei, capacitatea de polimerizare creste substantial in functie de natura substituentilor :

H < CH ₃ < C ₂H ₅ < C ₆ H ₅ < RCOO < J < Br < Cl

Introducerea unui substituent asimetric in molecula de etilena provoaca o modificare a densitatii de electroni la cei doi atomi de carbon uniti printr-o dubla legatura si in consecinta apare o polarizare a moleculei care favorizeaza procesul de polimerizare .

CH = CH₂      CH₂ = CH

CH₃      Cl

Radicalul metil este un substituent donor de electroni si va respinge electronii spre atomul de carbon nesubstituit, in timp ce clorul fiind un substituent acceptor de electroni, mareste densitatea de electroni la atomul de carbon substituit .

Materia prima folosita la fabricarea polietilenei este etena.

Pentru polimerizarea etenei la presiuni mari, etena trebuie :

sa fie de puritate inalta , minim 99,85 % ;

ca initiatori se pot folosi: oxigen, peroxizi organici sau hidroperoxizi

Pentru polimerizarea la presiuni joase, se folosesc:

catalizatori organo-metalici, obtinuti prin amestecarea Al(C₂H₅)₃ cu TiCl₄ in solvent (exemplu : motorina sau benzi

FABRICAREA POLIETILENEI DE INALTA PRESIUNE

Polimerizarea etenei la presiune ridicata decurge dupa procedeul de polimerizare in bloc si se desfasoara dupa un mecanism radicalic .

Notand cu R radicalul liber format si cu I initiatorul, procesul se realizeaza dupa urmatoarea schema :

In etapa de initiere

I 2R

In a doua etapa, etapa de propagare se produc reactiile de transfer de lant cu formarea unor macroradicali :

R . + CH ₂ = CH ₂      R - CH ₂ - CH ₂ .

R - CH ₂ - CH ₂ + CH ₂ = CH ₂      R - CH ₂ - CH ₂ - CH ₂ - CH ₂.     

In a treia etapa, etapa de intrerupere, se produc intreruperi de lant prin recombinari de radicali :

2R - (CH - CH ₂ - ) _n - CH ₂ - CH ₂- R - ( - CH ₂ - CH ₂ - ) _n - CH ₂ - CH₂ - .

CH ₂ - CH ₂ - ( - CH ₂ - CH ₂ ) n - R

Pentru polimerizarea etenei la presiune ridicata se pot folosi ca initializatori oxigenul, peroxizii organici, hidroperoxizii si diazo, a carora concentratie trebuie sa fie riguros controlata deoarece conditioneaza masa moleculara a produsului si conversia la o trecere a etenei prin zona de reactie.

4. DESCRIEREA PROCESULUI TEHNOLOGIC

Etena se introduce in vasul pentru etena 1, de unde se trimite la compresorul 2 pentru prima treapta de comprimare, care se realizeaza la 800 - 1000 atmosfere, urmand apoi sa se realizeze racirea in racitorul

Dupa comprimare si preincalzire pana la 100 - 200 C, etena se trece la treapta a doua de comprimare de la 1500-2000 atmosfere, se face o racire in racitorul 5, apoi etena impreuna cu initiatorul, este introdusa in reactorul de polimerizare 6.

In functie de initiatorii folositi, in intervalul de temperatura in care se face preincalzirea, incepe procesul de polimerizare.

Datorita caracterului puternic exoterm al procesului, temperatura se poate ridica pana la 250-300 C. Pentru a mentine regimul termic constant in zona de reactie, caldura de reactie este prelucrata prin intermediul unui agent de transfer termic, care circula prin mantaua de racire a reactorului .

Racirea amestecului de reactie se face in continuare pe parcursul transportului polimerului la separator, unde se separa polietilena care este trecuta la instalatia de omogenizare si granulare, iar etena nereactionata este recirculata .

Eficienta procesului de polimerizare in reactor este influentat de urmatorii parametrii :

dimensiunile reactorului ;

natura agentului de transfer termic ;

temperatura agentului de transfer termic ;

temperatura de initiere a procesului,care depinde de natura initiatorului;

temperatura maxima realizata in timpul reactiei ;

presiunea de reactor ;

viteza si numarul de puncte prin care se alimenteaza monomerul si initiatorul ;

metoda de eliminare a polimerului din reactor .

In reactorul cu agitator, etena se introduce direct, cu sau fara initiator in amestecul de polimerizare la temperatura de circa 250 C .

Etena se incalzeste pe seama caldurii de reactie si contribuie astfel la mentinerea unui regim termic constant in zona de reactie .

Racirea suplimentara a reactorului se face si in acest caz prin intermediul unui agent de transfer termic extern .

Procesul de polimerizare a etenei in reactoarele cu agitare se poate realiza in una, doua sau trei zone separate intre ele, in regim termic diferentiat, cu initiatorii si sisteme de agitare diferite.

Continutul din fiecare zona de reactie este agitat continuu pentru a se realiza dispersia si indepartarea caldurii din zona de reactie .

Regimul termic se poate regla prin dozarea initiatorului, care se introduce in mai multe puncte ale zonei de reactie cu ajutorul unor pompe dozatoare a carora functionare este integrata intr-un sistem de actionare automata

5. SCHEMA TEHNOLOGICA A INSTALATIEI DE FABRICARE A

POLIETILENEI LA PRESIUNE INALTA

1 - filtru 7 - ventil de detenta;

2 - compresor 8-racitor tip teava in teava

3 - filtru 9 - separator;

4 - compresor buncar

5 - racitor 11 - extruder .

6. FABRICAREA POLIETILENEI DE JOASA PRESIUNE

7. DESCRIEREA PROCESULUI TEHNOLOGIC

Polimerizarea are loc la 1 - 10 at, la 70C, in suspensie, cu ajutorul catalizatorilor organo-metalici .

Catalizatorul se prepara prin amestecarea A1( C₂H₅ )₃ cu TiCl₄ in solvent (benzina, motorina).

Fazele procesului tehnologic la fabricarea polietilenei la presiune joasa sunt:

purificarea monomerului ;

prepararea catalizatorului ;

polimerizarea etenei ;

separarea polimerului ;

recuperarea solventului .

Etena se trimite in coloana de purificare 1, unde are loc purificarea etenei prin procedeul de distilare, eliberandu - se de impuritatile care ar inactiva catalizatorul. Etena pura este evacuata pe la parte inferioara si se trimite in reactorul de polimerizare 3, unde se aduce prin pulverizare amestecul catalizator si solvent.

Catalizatorul este de tip Ziegler - Natta, format din TiCl₄ si trietil-aluminiu (Al(C₂H₅)₃).

In reactorul 3, prevazut cu manta si o buna agitare, are loc reactia de polimerizare la temperatura de 70 ^◦C si presiune de 1 - 10 atmosfere tehnice.

Reactia are loc cu o conversia totala foarte buna 95-98%, dupa procedeul in suspensie.

Se trimite apoi la vasul de separare 4, unde se separa solventul, in cea mai mare parte . Tot aici se introduce si apa pentru dezactivarea catalizatorului. Solventul separat se regenereaza prin rectificare in doua etape succesive .

Suspensia de polimer ce rezulta la separatoare este trecut printr-un sistem de filtrare pentru separarea apei, iar polietilena se trece in final in dispozitivele de omogenizare si granulare .

Economia procesului de polimerizare a etenei la presiune joasa este influentata de alegerea adecvata a solventului organic ce constituie mediul de polimerizare .

Pretul de cost al solventului, posibilitatile de recuperare si implicatiile pe care le aduce folosirea acestui solvent in structura schemei tehnologice a procedeului, influenteaza dimensiunile investitiilor si cheltuielilor de productie.

8. SCHEMA TEHNOLOGICA A INSTALATIEI DE FABRICAREA      A

POLIETILENEI LA PRESIUNE JOASA

reziduu

1 - coloana de purificare a monomerului;

2 - vas de preparare catalizator ;

3 - reactor de polimerizare;

separator ;

5 - coloana de purificare a solventului.