Производство ВМС на предпр. НХ. Производство ВМС на предпр. Лекции по курсу производство вмс на предприятиях нефтехимии

Название	Лекции по курсу производство вмс на предприятиях нефтехимии
Анкор	Производство ВМС на предпр. НХ.docx
Дата	03.05.2017
Размер	2.6 Mb.
Формат файла
Имя файла	Производство ВМС на предпр. НХ.docx
Тип	Лекции #6751
страница	2 из 48

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 48

Общие понятия

Термин полимерные материалы или пластмассы объединяет весьма значительный по объему и чрезвычайно обширный по номенклатуре и способам применения класс синтетических материалов с разнообразными физическими, технологическими, потребительскими и эксплуатационными свойствами. В настоящее время полимерные материалы используются во всех отраслях промышленности, сельского хозяйства. в обеспечении комфортной жизнедеятельности людей.

Полимерные материалы (ПМ) характеризуются сложным составом, обязательной частью которого, связующим, является синтетический полимер. Кроме того, в ПМ могут входить различные наполнители и вещества, обеспечивающие те или иные технологические и потребительские качества (текучесть, пластичность, плотность, прочность, долговечность, негорючесть, тепло- или электропроводность, звукопоглощение и пр.).

Успехи развития полимерной отрасли в глобальном масштабе объясняются многочисленными причинами, важнейшими из которых являются следующие:

Технология полимерных материалов позволяет варьировать их состав и свойства, создавая пластмассы с комплексом требуемых и специфических характеристик, не встречающихся у традиционных природных материалов. Так, например, изменяя вид полимера, состав, морфологию и содержание наполнителей и различных целевых добавок, получают пластики, превосходящие по прочности металлы и их сплавы, обладающие теплоизолирующими и регулируемыми электропроводящими качествами и при этом легкие, коррозионно-стойкие и долговечные.

Основное сырье для большинства пластмасс широко распространено и недорого. Главным образом это продукты нефте- и газопереработки, из общего объема которых на пластмассы приходится всего около 6 %.

Технология синтеза полимеров и производства пластмасс не требует значительных затрат энергии, а строительство предприятий полимерной отрасли и их эксплуатация окупаются значительно быстрее, чем, например, в металлургической, силикатной и других отраслях, производящих материалы.

Пластмассы перерабатываются в изделия высокопроизводительными и рентабельными методами, что обеспечивает устойчивый рост спроса на поступающее на рынок полимерное сырье.

Состояние и тенденции развития полимерной отрасли

В настоящее время мировое производство пластмасс составляет порядка 180 млн т, в том числе в государствах Северной Америки, Западной Европы, в странах Азии и Океании производится примерно по 50 млн т.

Последние 10-15 лет прирост производств синтеза пластмасс в таких странах, как Индия, Пакистан, Малайзия, Китай происходит быстрее, чем в государствах Европы и Северной Америки. Вместе с тем по потреблению пластмасс на душу населения экономически развитые страны намного опережают развивающиеся страны (табл. 1), причем кратность опережения по прогнозам сохранится и в 2015 г.

Таблица 1. Объем потребления полимерных материалов

Отмечается, что совокупное потребление ПМ на душу населения в регионах мира растет в процентном отношении явно быстрее совокупного валового внутреннего продукта. Этому способствуют новые технологии полимерных материалов, благодаря которым расширятся области применения IIM, причем главным образом за счет вытеснения традиционных металлов, сплавов и керамики. В начале третьего тысячелетия именно такая ситуация отмечается в автомобилестроении, аэрокосмической отрасли, судостроении и даже в строительстве.

В 1980-е гг. изменилась и модель развития промышленности IIM. Ранее предполагалось, что на передний план выдвинется создание новых полимеров с существенно повышенной теплостойкостью и улучшенными термодеформационными характеристиками.

По прогнозу аналитиков, выполненному в 1975 г. (рис. 1) предполагалось, что в 2000 г. наиболее интенсивно будут развиваться группы термопластов инженерно-технического назначения (поликарбонат, полибутилентерефталат, полиэтилентерефталат, полиамид, полиоксиметилен, АБС-пластики, полиметилметакрилаг) и специального конструкционного назначения (полиарилен, полиэфирсульфон, полиэфирэфиркетон, полиимид, полифениленсульфон). Прогнозируемое развитие потребовало бы создания новых производств, разработки новых технологических процессов и разновидностей оборудования для синтеза полимеров, что невозможно без весьма значительных инвестиций в отрасль.

$\\stas\обменник\лакеев\нефтяной институт\лекции\лекции технология полимерных мат\media\image2.png$

Однако вопреки прогнозам к 2000 году сформировалось направление модификационного совершенствования положительно зарекомендовавших себя крупнотоннажных термопластов общетехнического назначения и реактопластов со специальными свойствами, осуществлялся поиск и разработка более эффективных технолого- экономических решений, выполненных с учетом существенно возросших экологических требований.

В результате, фактически в 2000 г. доминирующей оказалась группа полимеров общетехнического назначения (полиэтилен, линейный полиэтилен низкой плотности, поливинилхлорид, полистирол) и инженерно-технические материалы, а производство предполагавшихся к ускоренному развитию новых марок высокоэффективных пластиков не превысило границ двадцатипятилетней давности.

Улучшение комплекса свойств крупнотоннажных полимеров было достигнуто в результате оптимизации условий синтеза, направленного регулирования молекулярной массы и молекулярно-массового распределения на нано-, микро- и макроуровнях.

Значительную роль в решении этой задачи сыграло совершенствование процессов производства пластмасс на основе улучшенных полимерных связующих и усовершенствования способов подготовки сырьевых компонентов, методов и приемов смешения композиций.

Таким образом, именно совершенствование технологии полимерных материалов позволило улучшить качество, расширить ассортимент и увеличить производство рентабельных синтетических пластиков.

По отраслям применения полимерные материалы распределяются весьма неравномерно (табл. 2).

Европейская статистика свидетельствует, что более трети объема производства полимеров расходуется на тару и упаковку, то есть на производство таких изделий, потребительская ценность которых теряется задолго до утраты полимерным материалом, из которого они изготовлены, своих исходных свойств.

Таким образом, приблизительно из 45 млн. т полимерных материалов, ежегодно расходуемых странами Европы, почти 25 млн. т представляют собой вполне реальное вторичное сырье, подлежащее возврату в технический оборот.

Таблица 2. Объем потребления полимерных материалов по отраслям промышленности *• "*

$\\stas\обменник\лакеев\нефтяной институт\лекции\лекции технология полимерных мат\media\image3.png$

До недавнего времени использование вторичного полимерного сырья являлось прерогативой предприятий по производству изделий. Однако расширение как ассортимента возвращаемых в технический оборот пластиков, так и разновидностей отработавших свой, в ряде случаев весьма немалый ресурс, изделий (трубы, сайдинг, пленки, профиль, емкости) привели к необходимости разработки новых химико-технологических процессов восстановления свойств в различной степени деградированных полимеров, модификации, в том числе содержащего неорганические фракции, вторичного сырья, создания технологии смесевых составов из полимеров с различной степенью совместимости. В конечном счете, сформировалось самостоятельное направление — рециклирование пластмасс, разрабатывающее специфические комбинированные технологические процессы.

Рециклинг огромного количества пластмасс, измеряемого десятками миллионов тонн, способствует решению не только сырьевых, но и экологических проблем, в частности, защиты окружающей среды.

Особым разделом проблемы использования вторичного полимерного сырья являются вопросы его химической переработки и извлечения энергии. Химические процессы деполимеризации позволяют получать сырье для производства мономеров, олигомеров и иных химических сырьевых материалов с помощью экономически оправданных методов. Энергетическим подходом ко вторичному сырью решаются вопросы использования пластмасс, деструктированных настолько, что ни один из способов восстановления их исходных свойств либо неприменим, либо экономически неэффективен.

Ассортиментная структура полимерной промышленности России в принципе близка производству пластмасс в экономически развитых странах. Приблизительно 85 % выпуска термопластов приходится на марки общетехнического назначения (ПЭНП, ПЭВП, ПП, ПВХ, ПС), около 12-14 % — на термопласты инженерно-технического назначения (ПА, ПК, ПЭТФ, ПБТФ) и оставшаяся часть ассортимента (менее 1 %) на ПАР, ПФС, ПИ, АПА.

Крупнотоннажные полимеры являются основой для производства широкого спектра конкретных марок пластмасс со специальными характеристиками. Таких разновидностей насчитывается всего около 4000. Только ассортимент ПЭНП по данным каталога ОН ПО «Пластполимер» составлял в 1996 г. более ста разновидностей, отличающихся деформационно-прочностными, теплофизическими, электрическими, реологическими и некоторыми другими технологическими и эксплуатационными характеристиками (литьевые, экструзионные, негорючие, прозрачные и так далее).

Особенности отечественной отрасли пластмасс заключаются в следующем.

После глубокого, общего для РФ, спада промышленного производства в 1990-е гг. выпуск полимерных материалов быстро восстанавливается с темпом прироста до 10 % в год.
Мощности по производству большинства термопластов используются на 93-96 % (в Западной Европе -85 %), что свидетельствует об острой необходимости строительства новых предприятий синтеза. Применительно к полистирольным пластикам эта задача уже успешно решается созданием высокоэффективных современных предприятий. Так, если в 2000 г. производство ПС составляло 131 тыс. т, то в 2004 г. оно возросло до 190 тыс. т.
В потреблении ряда марок термопластов значительное место занимает импортируемая продукция. Так, в 2004 г. доля импорта составила для ПА почти 70 %, а для ПЭТФ-88%.
В ассортименте производства пластмасс значительное место занимают термореактивные олигомеры и композиты на их основе. Около 20 % годового выпуска приходится на аминопласты, около 8 % — на фенопласты, порядка 1,5 % — на эпоксидные олигомеры.
Как отмечалось в предисловии, в России сформировалась отрасль производства пластмасс на закупаемом полимерном сырье. Соответствующими предприятиями особо востребованы ПЭНП, ПЭВП, ПП, ПВХ и ПС, на основе которых выпускаются разнообразнейшие наполненные, смесевые и модифицированные композиты. Мощность новой отрасли исчисляется сотнями тысяч тонн в год.

В совершенствовании отечественных технологических процессов, выведении полимерной промышленности на высокий технический уровень, в производстве продукции, конкурентоспособной на международном рынке, решающая роль принадлежит специалистам-технологам — создателям высокоэффективных технологических процессов и оборудования, организаторам производства.
Групповая классификация полимерных материалов

Классификация ПМ может быть основана на различных химических, физических, рецептурных, эксплуатационных, потребительских и иных признаках. Учитывая, что ПМ состоят из полимерного связующего и комплекса гетерофазных или иных по химическому строению относительно полимера компонентов, в дампом учебном пособии используется две группы квалификационных признаков, а именно — для полимеров и для материалов на их основе.

Полимеры

По поведению при нагревании подразделяются на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Термопласты при нагревании сохраняют химическое строение, при этом вследствие постепенного ослабления физических межмолекулярных связей они размягчаются и расплавляются. При охлаждении межмолекулярные связи восстанавливаются, расплав (размягченный полимер) затвердевает и полимер восстанавливает исходные физические свойства. Такая особенность позволяет многократно расплавлять (размягчать) и охлаждать синтезированные термопласты, что является основой их дальнейшей переработки в изделия.

Реактопласты (отвержденные) в процессе нагревания могут размягчаться, а при дальнейшем увеличении температуры деструктируют в результате разрушения ковалентных химических связей. При этом изменяется химическое строение и состав полимера, который необратимо утрачивает исходные свойства. При получении изделий реактопласты перерабатываются (отверждаются) однократно.

По способу синтеза полимеры подразделяются на:

получаемые по реакциям цепной полимеризации;
получаемые по реакциям ступенчатой полимеризации;
получаемые по реакциям поликонденсации;
получаемые с использованием химических реакций модификации синтетических или природных полимеров.

По особенностям химизма процесса полимеризации различают полимеры, полученные:

радикальной полимеризацией;
ионной полимеризацией; ионно-коордипационной полимеризацией; сополимеризацией; реакцией в цепях.
способу полимеризации различают полимеры, полученные: газофазной полимеризацией в массе;
жидкофазной гомогенной или гетерогенной полимеризацией в массе; полимеризацией в суспензии; полимеризацией в эмульсии,

Пластические массы

По виду связующего подразделяются на термопластичные (термопласты) и термореактивныс (реактопласты).

По наличию и содержанию наполнителя подразделяются на; ненаполненные (содержат только добавки);

низконаполненные (до 20 %);

высоконаполненные (до 95 %).

По морфологии наполнителя подразделяются на:

дисперснонаполнснные;

волокнонаполненньге;

армированные.

По назначению подразделяются на ПМ:

общетехнические;

инженерно-технические;

высокопрочные конструкционные;

пластмассы со специальными свойствами.

Предлагаемая классификация является в определенной степени условной и неполной, что продиктовано, в частности, лаконизмом учебного пособия.

ЛЕКЦИЯ 2. Общие сведения о полимерах и их номенклатура. Методы получения синтетических полимеров. Молекулярные характеристики полимеров. Физическая структура и состояния полимеров. Пластификация полимеров.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 48