高壓釜式高壓聚乙烯設(shè)備介紹、關(guān)鍵部件及設(shè)備一、設(shè)備介紹（一）設(shè)備開發(fā)和類型高壓聚乙烯是目前世界上產(chǎn)量最大，價格較低，用途廣泛的通用塑料之一。其薄膜制品，電器絕緣材料，注塑、吹塑制品，涂層，板材，管材在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到普遍應(yīng)用。由于生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展和共聚物產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，使之產(chǎn)品性能得到進一步的改善，用途日趨廣泛。高壓聚乙烯是以乙烯單體在100-300MPa（表）的高壓條件下，以有機過氧化物為催化劑聚合制備。因其產(chǎn)品密度一般為0.910-0.935（高密度聚乙烯的密度則為0.940—O.970），故又稱低密度聚乙烯。高壓聚乙烯從1939年開始工業(yè)化，至今已有六十多年的歷史了。高壓聚乙烯在聚乙烯生產(chǎn)中占優(yōu)先地位，近些年來大型單線生產(chǎn)能力20X104t/a以上的裝置還在繼續(xù)大規(guī)模發(fā)展，其主要原因是：該產(chǎn)品具有優(yōu)良的物理機械性能、電氣絕緣性、耐化學腐蝕性、耐低溫性和加工性能，因而用途廣泛。工藝過程簡單，不需采用復(fù)雜的催化劑系統(tǒng)，即可得到高純度聚乙烯產(chǎn)品，沒有催化劑和溶劑回收過程。在高壓條件下操作，反應(yīng)設(shè)備小，能力大，催化劑用量少，技術(shù)經(jīng)濟指標較好，成本較低，它是價格較低的塑料品種之一。高壓聚乙烯生產(chǎn)最顯著的特點就是操作壓力很高，不但有30MPa以上的高壓系統(tǒng)，而且有iOOMPa以上的超高壓系統(tǒng)。目前世界上高壓聚乙烯的生產(chǎn)方法很多，不下十余種，按反應(yīng)器形式劃分，大致可分為管式反應(yīng)器和釜式反應(yīng)器兩大類。一般來說，管式法生產(chǎn)的聚乙烯在反應(yīng)器中具有較大的壓力梯度和較寬的溫度分布、反應(yīng)時間短、所得聚合物的支鏈少、分子量分布寬，適宜制造薄膜和共聚物；單程轉(zhuǎn)化率高，但存在器內(nèi)粘壁、堵塞等問題。釜式法反應(yīng)壓力為100一250MPa，較管式法(200—350MPa)低，單程轉(zhuǎn)化率較低，反應(yīng)時間長，停留時間分布大，聚乙烯的長支鏈分子較多，分子量分布較狹窄，富于韌性，適宜于生產(chǎn)注塑、擠塑成型及涂層產(chǎn)品，尤其是多反應(yīng)釜的釜式法聚乙烯，每個反應(yīng)釜都可以進行多區(qū)的反應(yīng)，生產(chǎn)的產(chǎn)品具有許多優(yōu)良的性能。近年來，國外發(fā)展高壓聚乙烯的一個趨勢是生產(chǎn)規(guī)模越來越大。新建高壓聚乙烯規(guī)模基本都在20X104t/a以上，尤其是管式法聚乙烯。相應(yīng)的設(shè)備也不斷增大，如高壓釜式反應(yīng)器已達到750L，管式反應(yīng)器長度增至2000m以上，超高壓壓縮機最大壓縮量已達到80t/h以上，壓力為350MPa；另一個發(fā)展動向是聚合反應(yīng)器的高壓化，不少廠家聚合壓力達300~350MPa，甚至有高達500MPa者。從乙烯高壓反應(yīng)的機理來看，隨著反應(yīng)壓力的提高，反應(yīng)速度加快，同時可減少長支鏈分子的形成，提高結(jié)晶度和密度，對增大單位生產(chǎn)能力及提高產(chǎn)品質(zhì)量是有利的。燕化公司高壓釜式高壓聚乙烯是由住友化學株式會社引進的18X104t/a釜式法低密度聚乙烯成套裝置，于1976年建成。目前裝置的生產(chǎn)能力已經(jīng)超過21X104t/a。另外，燕化公司化工一廠20X104t/a生產(chǎn)能力的高壓管式法聚乙烯裝置也于2001年建成投產(chǎn)，利用釜式法高壓聚乙烯和管式法高壓聚乙烯不同的產(chǎn)品，生產(chǎn)出性能優(yōu)異和較高附加值的產(chǎn)品，進一步優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，是目前高壓裝置未來發(fā)展的趨勢。裝置組成和工藝流程裝置的主要單元組成高壓聚乙烯裝置的基本部件包括：壓縮裝置，聚合單元，分離造粒單元，混合空送單元。各單元作用介紹如下：壓縮裝置壓縮部分是將3.3MPa(表)、30°C的新鮮乙烯及高、低壓分離系統(tǒng)分離的未反應(yīng)乙烯通過一級壓縮機(C—1)，二次壓縮機(C—2)加壓至反應(yīng)所需的壓力，即130-250MPa(表)。聚合單元二次壓縮機送出的高壓乙烯氣進入反應(yīng)器A、B聚合成聚乙烯；反應(yīng)熱由中間冷卻器(E—15A)和反應(yīng)器的水冷夾套導(dǎo)出，反應(yīng)溫度為180-270~C,由注入引發(fā)劑的多少來控制。分離和造粒裝置由反應(yīng)器控制(R—3B)出來的乙烯、聚乙烯混合物，經(jīng)減壓、冷卻之后進入高壓分離器(V一2)。從聚乙烯中分離未反應(yīng)的乙烯，氣體經(jīng)分離去低聚物并冷卻后，絕大部分循環(huán)使用，少量經(jīng)減壓、加熱后返回乙烯裝置進行精制。高壓分離器底部的聚乙烯減壓后進入低壓分離器(D—10)，氣體經(jīng)冷卻后循環(huán)反應(yīng)，底部聚乙烯進熱進料擠壓機(X—1)，經(jīng)擠出，水下切粒、脫水、干燥得聚乙烯顆粒。混合和空氣輸送裝置造粒后的聚乙烯顆粒，空氣至混合段，進行計量、檢驗、摻混、儲存，之后送往包裝儲運。還有一些輔助系統(tǒng)，如引發(fā)劑配制系統(tǒng)、輔助油系統(tǒng)等。工藝流程釜式法高壓聚乙烯工藝是以乙烯車間送來的3.3MPa(表)、30C的乙烯為原料，經(jīng)一次壓縮機和二次壓縮機壓縮到反應(yīng)所需壓力(130—250MPa(表))，送人反應(yīng)器內(nèi)，以有機過氧化物作為引發(fā)劑，在高溫高壓條件下進行聚合，來自反應(yīng)器的材料將在高壓分離器中分離未反應(yīng)的乙烯和聚合物；然后在低壓分離器內(nèi)將未反應(yīng)的乙烯和聚合物作第二次分離，聚合物經(jīng)切粒后進行計量、混合，如不需均化的產(chǎn)品即可裝袋出廠。未反應(yīng)的乙烯少部分返回乙烯裝置，絕大部分根據(jù)壓力不同分別返回本裝置相應(yīng)部分循環(huán)使用。（三）化學反應(yīng)過程高壓聚乙烯是通過自由基聚合生產(chǎn)的，它的反應(yīng)歷程和一般的乙烯基化合物聚合反應(yīng)一樣，可以用下列單元反應(yīng)表示。鏈式引發(fā)反應(yīng)鏈起始是指乙烯分子在某些活性基團的作用下，打開雙鍵成為活性分子的過程，也就是單體轉(zhuǎn)變成自由基的過程。反應(yīng)引發(fā)所必需的自由基是由鏈引發(fā)劑（即催化劑）的遇熱分解生成的。引發(fā)劑一般使用氧、有機過氧化物及偶氮化合物等。鏈式增長反應(yīng)鏈式增長反應(yīng)是由引發(fā)劑引發(fā)后的活性乙烯分子與周圍的單體乙烯分子進行鏈鎖反應(yīng)而成為鏈狀大分子的過程。3.鏈終止反應(yīng)活性鏈自由基不會無限增長，由于自由基之間的相互作用，使鏈式增長反應(yīng)終止。（1）偶合終止反應(yīng)：兩條活性生長鏈的自由基相互結(jié)合或鏈在一起，導(dǎo)致鏈終止。（2）歧化終止反應(yīng)：兩個活性增長鏈之間，由于氫原子的轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生一個飽和分子，同時，形成了另一個含有不飽和端基的分子：4。鏈式轉(zhuǎn)移反應(yīng)在聚合反應(yīng)過程中，除了正常的鏈式增長反應(yīng)外，生長聚合物的活性可以轉(zhuǎn)移到另一個單元或大分子，和氫原子作用而生成新的自由基，此為鏈式轉(zhuǎn)移反應(yīng)。在乙烯的自由基聚合中，發(fā)生以下鏈式轉(zhuǎn)移反應(yīng)：（3）分子間的鏈轉(zhuǎn)移活性增長鏈和其他聚合物大分子發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移，生成新的自由基，如果乙烯分子繼續(xù)與這個新的活性自由基價鏈結(jié)合，便形成大分子內(nèi)的長鏈支化。這種長鏈支化若讓任其發(fā)展下去，便生成一種超高分子量的所謂“微觀凝膠’’效應(yīng)。這應(yīng)力求避免。因為這種微觀凝膠（魚眼產(chǎn)生的原因）能使該產(chǎn)品的光學性能下降。（4）分子內(nèi)鏈轉(zhuǎn)移活性增長鏈中氫原子為同一鏈所奪?。醋杂苫诜肿觾?nèi)部轉(zhuǎn)移），如果乙烯分子與這種活性的自由價鍵繼續(xù)結(jié)合，就發(fā)生分子內(nèi)的短鏈支化，這種短鏈支化直接影響聚合物聚集態(tài)的致密性，即高分子樹脂產(chǎn)品的密度和結(jié)晶度，以及產(chǎn)品的分子量和分子量分布大小，因此，在工藝制造過程中，利用短鏈支化，來控制產(chǎn)品性能，已成為重要手段之一。鏈式轉(zhuǎn)移反應(yīng)是聚合物自由基自身停止增長的一種終止反應(yīng)，因為自由基活性中心向其他分子轉(zhuǎn)移，總的自由基個數(shù)并沒有減少。所以，不影。向聚合速度，這一點與鏈終止反應(yīng)是不同的。（四）主要操作條件和技術(shù)特點由于工藝操作條件不同，主要操作條件也不同，表5—6列出常用生產(chǎn)牌號的主要操作條件。技術(shù)特點高壓聚乙烯裝置采用750L大型釜式反應(yīng)器，低密度聚乙烯采用雙釜串聯(lián)工藝生產(chǎn)。其特點如下：（1）由于設(shè)備規(guī)模大，實現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)系列化。在本裝置中單系列生產(chǎn)能力已達到6X10<fontface="Calibri">4t/a。使之建設(shè)費用大大降低，如用單系列6X10<fontface="Calibri">4t/a的裝置與兩系列能力各為3X10<fontface="Calibri">4t/a的裝置比較