FACTORII CARE INFLUENTEAZA PROCESUL
7.1.Sectiunea 100-Preparare catalizatori
7.1.1.Influenta raportului final Cl/Al asupra polimerizarii
Cand se utilizeaza catalizatorii AD si TF ca un simplu amestec, acesta nu confera activitatea care este ceruta catalizatorilor pentru fabricarea polipropilenei. Activitatea catalizatorilor pentru fabricarea polipropilenei este obtinuta prin reactia dintre compusul clorurat AD (C2H5AlCl2) si compusul fluorurat TF (K2TiF6). In urma acestei reactii o parte din componentul clorurat este inlocuita cu component fluorurat, iar reactia este denumita "sinteza PA".
Capacitatea de catalizare a complexului PA, pentru obtinerea polipropilenei, este indicata de variatia productivitatii (ca masura a activitatii catalitice) si a indicelui de izotacticitate total al polimerului produs (II total).
In fig. 7-1 se arata influenta raportului Cl/Al asupra activitatii catalitice si a II total al polimerului obtinut.
S-a ales valoarea raportului final Cl/Al = 0,55 la care s-a gasit cea mai mare activitate catalitica posibila si un indice de izotacticitate total foarte bun.
NOTA:
polimer izotactic
II total = -------- ----- ------ ----- ----- ------ * 100 (%)
polimer total in suspensie
7.1.2.Reglarea temperaturii de reactie la sinteza catalizatorului PA
Raportul Cl/Al este foarte important pentru realizarea activitatii optime a catalizatorului. De aceea, pentru a obtine raportul final Cl/Al dorit pentru fiecare sarja de sinteza a cat. PA, se prelevezeaza probe din D-102 din timp in timp. Pentru a reduce la minim frecventa probelor este de dorit ca sa se pastreze acelasi grafic al cresterii temperaturii si maturarii ca in fig. 7-2 pentru toate sarjele. Pentru a mentine temperatura de 600C in vasul de preparare D-102 se actioneaza sistemul de control automat TRCS-111.
7.1.3. Capacitatea unei sarje la sinteza PA
Mecanismul reactiei la sinteza PA nu este foarte clar, dar se pare ca acest complex are formula:
C2H5Al * Cl0.55F1.45.
Conditiile de operare la sinteza PA sunt:
- Cat. AD/ Cat. TF 6.0 mol/mol
- Concentratie cat. AD 0.5 mol/ l sol.
- Temp. de operare la reactie 60 C
- Raport final Cl/Al 0.55 mol/mol
- Turatie agitator 130 rpm
Consumul de catalizator pe sarja este:
- Cat. TF 300 kg ( 150 kg/ butoi * 2 butoaie)
- Cat. AD 952 kg ( 1700 kg/ container)
Solvent pentru catalizator
Hexan 14.2 m³ = 9230 kg
Deoarece 300 kg cat. TF reprezinta 1.25 kg mol, cantitatea necesara de cat. AD pentru sinteza PA este 1.25 * 6 = 7.5 kg mol = 952 kg. Volumul total de sol. PA este 7.5 kg mol / 0.5 kg mol/ m³ = 15 m³, ceea ce inseamna ca sunt necesari 14.2 m³ hexan.
Capacitatea unei sarje la sinteza PA poate fi calculata astfel:
- randament 65 %
- recuperare PA lichid 90 %
ceea ce inseamna:
- randament general PA lichid 65 % * 90 % = 58.5 %
- capacitatea unei sarje
7.5 kg mol * 58.5 % = 4.388 mol/ sarja
7.1.4. Graficul de timp standard la sinteza PA
Incarcare hexan, cat. AD si cat. TF 3 h
Incalzire 1 h
Reactie si maturare 14 h
Racire 1 h
Sedimentare 24 h
Descarcare PA lichid, incarcare hexan si agitare 3 h
Sedimentare 24 h
Descarcare PA lichid, incarcare hexan si agitare 3 h
Tratare namol 4 h
Total 77 h
Aceasta inseamna ca sunt necesare 4 zile pentru o sarja de catalizator.Intrucat consumul de catalizator pentru 60000 t PP/ an este prevazut sa fie 30 - 40 mol/h, asta inseamna ca sinteza PA este facuta la fiecare 146 h - 109 h.
7.1.5. Prepararea catalizatorului P-1
Conditiile de operare la sinteza P-1 sunt:
- Cat. TA/ Cat. PA lichid 1.0 mol/mol
- Concentratie cat. P-1 0.25 mol/ l sol.
Consumul de catalizator pe sarja este:
- Cat. TA 180 kg ( 180 kg/ butoi * 1 butoi) = 900 mol/sarja
- Cat. PA 900 mol * 1.0 = 900 mol/ sarja
- Hexan Hexan suplimentar
--------- - (PA lichid incarcat) (l)
Concentratia cat. P-1 poate fi atat de diluata, astfel incat valoarea molara ceruta a catalizatorului sa poata fi acoperita de capacitatea pompelor P-103A,B.
7.1.6. Prepararea catalizatorului OA
Raportul cat. OA/ cat. P-1 este de 0.15 mol/mol. Cantitatea necesara de cat. OA este foarte mica, dar trebuie controlata cu precizie. Pentru aceasta, se dilueaza cu hexan la 0.5 mol / l sol., in asa fel ca debitul de alimentare sa ajunga in domeniul reglabil al pompelor P-108 A sau B.
- Cat. OA 135 mol/ B = 15.4 kg/B = 20 l/ B
- Hexan 135/0.5 - 20 = 250 l/B = 162 kg/B
7.1.7. Raportul cat. OA/cat. TA
Cantitatea optima de cat. OA (ABE) ce trebuie adaugata este stabilita pe baza graficului din fig.7-3. Avand in vedere ca ABE nu poate fi separat complet prin distilare, s-a ales un raport mic (ABE/Ti = 0,15 mol/mol).
7.1.8. Determinarea temperaturii de polimerizare la catalizatorul P-2
Determinarea temperaturii de polimerizare la catalizatorul P-2 este prezentata in fig. 7-4. 818b15i
Conform noii tehnologii, intregul sistem catalitic prezentat mai sus nu se mai utilizeaza.
7.2.Sectiunea 200 - Polimerizare
7.2.1.Conditii specifice de operare
7.2.1.1. Aranjarea reactoarelor si conditii specifice de operare pentru homopolimeri
1) Aranjarea reactoarelor
2) Conditii specifice de operare
D201 D202 D203 D204 D205
-Temperatura (0C) 70 70 70 70 60
-Presiune (kg/cm²G) 12 10 7 5 0,2
-Volum de lucru (m3) 54 42 42 42 -
-Concentratie suspensie
(kg/m3 lichid) 400 450 450 450 450
-Alimentare cu materie prima:
-propilena da (l) da (l) da(v) da(v)
-etilena nu nu nu nu
-hidrogen da da da da
-catalizatori da nu nu nu
-hexan da da da da
7.2.1.2.Aranjarea reactoarelor si conditii specifice de operare pentru sorturile de J-630, F-630, F-635
1) Aranjarea reactoarelor
2) Conditii specifice de operare
D201 D202 D203 D204 D205
-Temperatura (0C) 60 60 60 60 60
-Presiune (kg/cm²G) 12 10 7 5,5 0,2
-Volum de lucru (m3) 54 42 42 42 -
-Concentratie suspensie
(kg/m3 lichid) 400 400 400 400 400
-Alimentare cu materie prima:
-propilena da (l) da (l) da(v) da(v)
-etilena da da da da
-hidrogen da da da da
-catalizatori da nu nu nu
-hexan da da da da
7.2.1.3. Aranjarea reactoarelor si conditii specifice de operare pentru sortul J-730
1) Aranjarea reactoarelor
2) Conditii specifice de operare
D201 D202 D203 D204 D205
-Temperatura (0C) 60 60 60 60 60
-Presiune (kg/cm²G) 10 8 7 5,5 0,2
-Volum de lucru (m3) 54 42 42 42 -
-Concentratie suspensie
(kg/m3 lichid) 400 400 400 400 400
-Alimentare cu materie prima:
-propilena da (l) da (l) da(v) da(v)
-etilena nu nu da da
-hidrogen da da da da
-catalizatori da nu nu nu
-hexan da da da da
7.2.1.4. Aranjarea reactoarelor si conditii specifice de operare pentru sortul J-440
1) Aranjarea reactoarelor
2) Conditii specifice de operare
D201 D202 D205 D203 D204
-Temperatura (0C) 60 60 60 /60 60
-Presiune (kg/cm²G) 12 6 0,2 1,5 3
-Volum de lucru (m3) 54 42 - 42 42
-Concentratie suspensie
(kg/m3 lichid) 400 400 400 400 400
-Alimentare cu materie prima:
-propilena da (l) da(v) da(v) da(v)
-etilena nu nu da da
-hidrogen da nu nu da
-catalizatori da nu nu nu
-hexan da da da da
7.2.1.5. Aranjarea reactoarelor si conditii specifice de operare pentru sortul J-330
1) Aranjarea reactoarelor
2) Conditii specifice de operare
D201 D202 D205 D203 D204
-Temperatura (0C) 60 60 60 60 60
-Presiune (kg/cm²G) 10 5,1 0,2 1,5 3
-Volum de lucru (m3) 54 42 - 42 42
-Concentratie suspensie
(kg/m3 lichid) 400 400 400 400 400
-Alimentare cu materie prima:
-propilena da (l) da(v) da(v) nu(v)
-etilena nu nu da da
-hidrogen da nu nu da
-catalizatori da nu nu nu
-hexan da da da da
7.2.2. Controlul temperaturii in reactor
Din cele 4 reactoare in care are loc reactia de polimerizare, cantitatea cea mai mare de polimer se obtine in primul reactor D-201. De aceea, acest reactor este prevazut cu un sistem special de preluare al caldurii de reactie. Pentru celelalte reactoare, deoarece racirea prin manta si sicane nu este eficienta, s-a prevazut cate un racitor tip "teava in teava" pe suspensie.
Deoarec
e variatiile de temperatura in
fiecare reactor au influenta negativa asupra proprietatilor polimerului, se
impune mentinerea temperaturii in reactoare cat mai
a) Reglarea temperaturii in D-201 (vezi fig. 7-5)
Se urmaresc aparatele de masura si control :
-TIC-211 valoare prescrisa 350C
-TRC-213 valoare prescrisa 700C pentru homopolimeri si 600C pentru copolimeri
-FRC-213 valoare prescrisa 800 m3/h - 3750 m3/h
FRC-213 este prescris in domeniul 800 m3/h - 3750 m³/h (in conditiile de refulare), pentru a preveni pericolul antrenarii de polimer in E-201. In acest caz, debitul minim de 800 m3/h (in conditiile de refulare) trebuie mentinut pentru a preveni infundarea conductelor . Se va acorda atentie valorii de deschidere a robinetului de reglare TRCV -213 in asa fel incat sa fie mentinuta intr-un domeniu controlabil prin reglarea valorilor de prescriere la FRC- 213 si TIC- 211. Iarna, cand scade temperatura pe circuitul de apa de racire, este posibil ca deschiderea robinetului TRCV- 213 sa fie atat de mica, incat sa nu permita un control normal, chiar daca FRC- 213 este fixat pe debit minim. Intr-o astfel de situatie, se micsoreaza deschiderea robinetului de izolare din amonte de TRCV- 213. Pentru a stabili daca suflanta C-201 poate fi operata fie cu o suflanta , fie cu 2 suflante in functiune, se observa in primul rand deschiderea robinetului de reglare de la FRCV -213 si daca se gaseste ca aceasta este prea ingusta pentru a permite un control usor, se pun in functiune doua suflante C-201.
b) Reglarea temperaturii pe D-202
Se va urmari deschiderea robinetului de reglare TRCV- 221 pentru a fi mentinuta intr-un domeniu usor controlabil, prin reglarea alimentarii cu apa recirculata (CW) la E -212 si la sicanele reactorului.
c) Reglarea temperaturii pe D-203
Se va urmari deschiderea robinetului de reglare TRCV -231 pentru a fi mentinuta intr-un domeniu usor controlabil, prin reglarea alimentarii cu apa recirculata (CW) la sicanele reactorului. Cand se obtin sorturile J-440, J-630 sau J-730, se controleaza alimentarea cu apa recirculata (CW) si la E- 213.
d) Reglarea temperaturii pe D-204
Se va urmari deschiderea robinetului de reglare TRCV -241, pentru a fi mentinuta intr-un domeniu usor controlabil, prin reglarea alimentarii cu apa recirculata (CW) la sicanele reactorului. Cand se obtine sortul J-330, se controleaza si alimentarea cu apa recirculata (CW) la E -214.
7.2.3. Controlul alimentarii cu propilena
Debitele de alimentare cu propilena la fiecare din cele patru reactoare sunt in conformitate cu datele din bilanturile de materiale . In practica, aceste debite vor fi variate putin, in functie de conditiile de operare specifice fiecarui reactor.In special, FRQ- 201 care arata debitul total de alimentare cu propilena, va fi fixat la o valoare care sa corespunda atat productiei de polimer a instalatiei, cat si mentinerii presiunii pe reactor in domeniul de lucru specificat. Variatiile admise in presiunea de lucru a fiecarui reactor corelate cu debitele de alimentare cu propilena, sunt:
a) Productia de homopolimeri si sortul J-630
1.FRC -211
PRA- 212 valoare prescrisa 12 ± 0,5 kg/cm²G
2.FRC -221
PRA -221 valoare prescrisa 10 ± 0,5 kg/cm²G
3.FRC -231
PRA -231 valoare prescrisa 7 ± 0,5 kg/cm²G
4.FRC -241
PRA -241 valoare prescrisa 5 ± 0,5 kg/cm²G
b)Productia de block copolimer J-330
1.FRC -211
PRA -212 valoare prescrisa 10 ± 0,5 kg/cm²G
2.FRC- 221
PRA -221 valoare prescrisa 5,1 ± 0,5 kg/cm²G
3.FRC -231 si FRC -241 nu vor fi controlate, pentru acest sort, prin presiunea din reactoare, dar sunt fixate la valorile din bilanturile de materiale.
c)Productia de block copolimer J-440
1.FRC -211
PRA -212 valoare prescrisa 10 ± 0,5 kg/cm²G
2.FRC- 221
PRA- 221 valoare prescrisa 6 ± 0,5 kg/cm²G
3.FRC- 231 si FRC- 241 nu vor fi controlate, pentru acest sort, prin presiunea din reactoare, dar sunt fixate la valorile din bilanturile de materiale.
d)Productia de J-730
1.FRC- 211
PRA- 212 valoare prescrisa 10 ± 0,5 kg/cm²G
2.FRC -221
PRA -221 valoare prescrisa 8 ± 0,5 kg/cm²G
3.FRC -231
PRA -231 valoare prescrisa 7 ± 0,5 kg/cm²G
4.FRC- 241
PRA -241 valoare prescrisa 5,5 ± 0,5 kg/cm²G
NOTA: Diferenta de presiune intre reactoarele alaturate va fi mentinuta la 1 kg/cm²G sau mai ridicata, deoarece transferul suspensiei intre doua reactoare adiacente se face prin diferenta de presiune.
7.2.4. Debitul de alimentare cu catalizatori
Dupa ce a fost stabilita distributia de presiune dintre reactoare (pct. 7.2.3.), se regleaza debitul de alimentare cu catalizator la reactorul D-201 prin varierea cursei pistonului pompei dozatoare pentru catalizator P1 -P 103 B si a pompei de catalizator OA - P-108 A sau B, urmarind concomitent consumul total de propilena indicat la FRQ -201, pana cand ajunge la valoarea indicata pentru functionarea instalatiei pe sortul aflat in productie.
La ora actuala, la reactoarul D-201 se alimenteaza catalizator P1,prin varierea cursei pistonului pompei dozatoare pentru catalizator P1 -P 103A, B,C.
Se recomanda ca de fiecare data, modificarile sa nu depaseasca 1 pana la 2 mol/h si intre doua reglari sa existe un interval de 4 5 ore.
7.2.5. Controlul nivelului suspensiei in reactoare
Nivelul suspensiei este controlat prin LRCV montat pe circuitul de suspensie la iesirea din reactor.
La reglarea nivelului din reactoare, se va urmari variatia sa intre urmatoarele conditii limita:
1. Cand nivelul de lichid creste excesiv, exista posibilitatea ca discul de dispersie sa vina in contact cu suspensia.
2. Cand nivelul de lichid scade excesiv, suspensia va fi imprastiata de impelerul agitatorului.
3. Intre cele doua conditii limita, se admit variatii ale nivelului suspensiei in reactoare, in functie de cantitatea de polimer produsa.
In special se va urmari controlul nivelului in primul reactor, pentru a preveni antrenarea suspensiei in gazul-reciclu la suflante. Controlul nivelului se efectueaza masurand diferenta intre temperatura fazei gazoase si temperatura fazei lichide (masurata cat mai aproape de nivelul lichidului) cu TDRA -212. Aceasta diferenta de temperatura trebuie sa fie intre 5 - 150C.
7.2.6. Controlul concentratiei suspensiei
Polimerul produs este transferat sub forma de suspensie in reactorul imediat urmator . Cand concentratia suspensiei este prea mare, transferul devine dificil si poate cauza infundarea conductelor, a robinetilor de reglare, etc. Cand concentratia suspensiei este prea mica, timpul de stationare in reactor se micsoreaza si se reduce productivitatea catalizatorului. De aceea, este necesar sa se pastreze variatia concentratiei suspensiei intr-un anumit domeniu.
NOTA: Productivitatea este definita astfel:
Productia totala de polimer (kg/h)
Productivitatea = -------- ----- ------ ----- ----- --------- ----- ----
(kg / kg Ti) Debitul de catalizator TA (kg/h)
Productia totala de polimer (kg/h)
0.2 * Debitul de alimentare catalizator (mol/h)
Concentratia suspensiei poate fi definita astfel:
Debitul de polimer produs (g/h)
Concentratia suspensiei (S) = -------- ----- ------ ----- ----- ----------------
(g/l lichid) Debitul de lichid in reactor (l/h)
(propilena+hexan)
Concentratia suspensiei se calculeaza pe baza bilantului de materiale. Se da urmatorul exemplu , pe baza conditiilor de operare prezentate in fig. 7 - 6. In aceasta calculatie se face referire la tabela de proprietati fizice.
a) Debitul de gaz-reciclu
Compozitia gazului-reciclu este masurata la iesirea din E-202 la echilibru, care este la 0.2 kg/cm²G si 35 C si este:
Y C 3 ' = 73 mol %
Y C 6 = 27 mol %
De aceea, debitul de gaz-reciclu se calculeaza astfel:
C 3 ' : ----- ----- ----- * 42 = 680 kg/h
C 6 : ----- ----- ----- * 86 = 520 kg/h
b) Bilant de materiale la D-201
Pe langa hexanul alimentat controlat la 3300 kg/h prin FRC-216, in D-201 se mai alimenteaza urmatoarele cantitati:
FG-2105 400 l/h
FG-2106 400 l/h
FG-2107 400 l/h
FG-2108 400 l/h
spalarea cu HX la P-207AB 200 l/h
Hx cu catalizator 130 l/h
1930 l / h = 1250 kg/h
ceea ce inseamna ca hexanul total care iese din D-201 este:
3300 + 520 + 1250 = 5070 kg/h
Cantitatea de propilena care iese din D-201 se calculeaza, luand in considerare solubilitatea propilenei in hexan, astfel:
Solubilitatea propilenei in hexan la 12 kg/cm²G si 70 C este de 42 mol %, adica 26.1 % gr.
De aceea, cantitatea de propilena dizolvata in hexan care iese din D-201 este:
5070 * ----------- = 1790 kg/h
In acelasi timp, cantitatea totala de propilena alimentata la D-201 care include sin propilena proaspata si propilena recirculata este:
5900 + 680 = 6580 kg/h
Corespunzator, cantitatea de polimer produsa in D-201 se calculeaza astfel:
6580 - 1790 = 4790 kg/h
Functie de bilantul de materiale de mai sus, concentratia suspensiei in D-201 se poate calcula astfel:
Concentratia suspensiei (S) = ----- ----- ------------- = 380 g / l lichid
1790 5070
-------- + ---------
0.61
c) Concentratia suspensiei din celelalte reactoare D-202-----> D-204 se calculeaza asemanator.
Un model de calcul al concentratiei suspensiei este prezentat in tabelul 7-1.
7.2.7. Controlul ICT-ului
ICT-ul este una din cele mai importante proprietati ale polimerului. Obiectivul controlului ICT-ului este de a face ca ICT-ul produsului obtinut sa corespunda valorilor specificate. Controlul ICT-ului in Sectiunea "Polimerizare" determina in totalitate ICT-ul polimerului produs in instalatie. De aceea, este esentiala mentinerea acelor variabile care au efect determinant asupra ICT-ului in perioada cand polimerul este in reactor.
ICT-ul granulelor este diferit de ICT-ul polimerului din Sectiunea "Polimerizare", datorita usoarelor degradarilor la care este supus polimerul in Sectiunile "Uscare" si "Granulare". Aceasta diferenta este numita "Δ ICT' si, in general, variaza in functie de tipul de polimer.
Pentru a usura controlul ICT-ului in reactie se vor urmari domeniile tipice de ICT date in "Lista conditiilor de operare" ( vezi cap.10.3.3).
ICT-ul din Sectiunea "Polimerizare" este functie de concentratia hidrogenului in reactoare. Aceasta variatie este aratata in fig. 7-7 si 7-8.
In practica, se determina concentratia de hidrogen in reactor care sa corespunda unei anumite valori a ICT-ului ce se intentioneaza a se produce si apoi se regleaza debitul de alimentare cu hidrogen, fixand valoarea prescrisa la FRC- 215, FRC- 223, FRC- 233 si FRC -43, in asa fel incat valorile indicate la AR -211, AR -221, AR- 231 si AR- 241 sa fie cuprinse in domeniul admis.
Urmatoarea etapa de reglare se face in functie de valoarea ICT-ului determinat din fiecare proba de polimer, luata periodic (la 2-4 ore).
7.2.7.1.Controlul ICT-ului in D-201 si D-202
Control in cascada pentru D 201: ARC- 211
FRC- 215
Control in cascada pentru D 202: ARC -221
FRC- 223
Cantitatea de polimer care se obtine in D-201 si D-202 este cu mult mai mare decat cantitatea polimerului obtinuta in reactoarele D-203 si D-204. Aceasta impune un control foarte riguros al ICT-ului in primele doua reactoare.
De aceea, este foarte important controlul ICT-ului in D-201 si D-202. Controlul in cascada la ARC si FRC in asa fel incat continutul de hidrogen in faza gazoasa in reactoarele D-201 si D-202 sa fie mentinut la valoarea specificata. Controlul continutului de hidrogen este realizat prin prescrierea la ARC-ul fiecarui reactor valorii specificate pentru fiecare sort de polimer .
7.2.7.2.Controlul ICT-ului in D-203 si D-204
Control in cascada pentru D 203: AR -231
FRC- 233
Control in cascada pentru D 204: AR -241
FRC -243
Deoarece polimerul format in reactoarele D-203 si D-204 este in cantitate mai mica, concentratia hidrogenului este mentinuta in domeniul specificat prin reglarea valorii prescrise la FRC , urmarind concentratiile indicate de AR -231 si AR- 241.
NOTA:
1.Debitul de hidrogen necesar acopera un domeniu destul de larg, variind in functie de sortul de polimer . De aceea, analizorul de hidrogen este proiectat ca un analizor cu mai multe trepte (2 pana la 3), fiecare domeniu fiind fixat pe o scala separata. Treapta respectiva este aleasa cu ajutorul unui selector montat pe panoul central. Domeniul corespunzator va fi selectat in functie de indicatia de la FRC.
2. Din aceleasi motive ca la pct. 1, s-au prevazut diverse tipuri de robineti de reglare. Pentru un anumit debit se alege ventilul care sa ofere o posibilitate de control sporita , urmarind debitul.
7.2.8. Fabricarea copolimerilor
7.2.8.1. Sortul J-330
1) Secventa de polimerizare
homopolimer -> homopolimer -> degazare -> random copolimer -> block-copolimer
2) Proprietati functie de conditiile de operare
Factori Actiune YS BT Randament
W3/(W1 + W2) -
[PE/PP]3
W4/(W1 + W2)
[PE/PP]4
%H2 in al 3-lea reactor -
Legenda:
Wi = cantitatea de polimer ce se obtine in reactorul "i" i=1,2,3,4
[PE/PP] i = raport etilena / propilena (polimerizarea in reactorul "i")
YS = rezistenta la tractiune la curgere
BT = temperatura de fragilitate
Este important sa se pastreze W1 + W2 = constant
W3/(W1 + W2) are cea mai mare influenta asupra cantitatii produse. O diferenta de 1% a acestui
raport creaza urmatoarele diferente:
YS = 7 10 kg/cm²
BT = 3 4 0C
O diferenta de 10 % a raportului [PE/PP]3 produce o schimbare a YS cu cca. 10 kg/cm²
3) Conditii de operare standard
continut C2 ' = total 30 % mol
W3/(W1 + W2) = 10/90 gr/gr
[PE/PP]3 = 70/30 mol/mol
4) Determinarea debitului de alimentare cu etilena
Mai intai se calculeaza cantitatea de propilena polimerizata in fiecare treapta ca si in cazul fabricarii sortului J-630, ignorand cantitatea de etilena. Pentru a face acest calcul, reactorul nr. 4 nu trebuie luat in calcul , iar pentru calculul cantitatii de propilena dizolvata in reactorul nr. 3 trebuie folosita ca presiune totala
P( 1 - yc =2) in locul presiunii P - valoarea de la PRC-231.
yc =2 = fractia molara de etilena din faza gazoasa din reactor
Apoi se calculeaza cantitatea de etilena polimerizata in D-203 si D-204, ignorand solubilitatea etilenei in hexan. Dupa finalizarea calculului se compara rezultatele cu cele specificate la pct. 3) de mai sus, FRC-232 si respectiv FRC-242.
Proprietatile importante ale sortului J-330 sunt YS (rezistenta la tractiune la curgere), BT (temperatura de fragilitate) si luciul. Pentru a nu afecta luciul, care este o caracteristica importanta a polimerului, continutul total al etilenei trebuie sa fie pastrat pana la valoarea de 35 % mol.
In general, este ideal sa se obtina polimeri cu temperaturi scazute de fragilitate si cu rezistenta la tractiune la curgere ridicata, BT si YS fiind proprietati contradictorii si anume imbunatatirea uneia conduce la inrautatirea celeilalte. Este important sa se obtina un produs care sa realizeze un echilibru intre BT si YS.
7.2.8.2.Sortul J-440
1) Secventa de polimerizare
homopolimer -> homopolimer -> degazare -> random copolimer -> random copolimer
2) Proprietati functie de conditiile de operare
In general, predomina urmatoarele tendinte:
Factori Actiune YS BT Randament
W3/(W1 + W2) -
[PE/PP]3
[PE/PP]4
Total PE/Total PP
%H2 in al 3-lea reactor -
Legenda:
Wi = cantitatea de polimer ce se obtine in reactorul "i" i=1,2,3,4
[PE/PP] i = raport etilena / propilena (polimerizarea in reactorul "i")
YS = rezistenta la tractiune la curgere
BT = temperatura de fragilitate
3) Conditii de operare standard
W3/(W1 + W2) = 10/90 (gr/gr)
[PE/PP]3 = [PE/PP]4 = 75/25 (mol/mol)
continut C2 ' = total 14 % mol
4) Determinarea debitului de alimentare cu etilena
Debitul de alimentare cu etilena poate fi calculat, in principiu, cu aceeasi metoda mentionata pentru
sortul J-330.
7.2.8.3. Sorturile J-630, F-630, F-635
1) Secventa de polimerizare
random copolimer -> random copolimer -> (random copolimer -> random copolimer) -> degazare
2) Proprietati functie de conditiile de operare
Factor Actiune YS BT Randament
[PE/PP]
ICT
3) Conditiile de operare standard
continut C2 ' = total 3.6 % mol
ICT = 8,5
Fiecare reactor se va controla astfel incat sa fie mentinut acelasi raport etilena/propilena polimerizata .
Continutul de
hidrogen in fiecare reactor este controlat astfel incat sa se mentina o valoare
4) Determinarea debitului de alimentare cu etilena
Diferenta intre sorturile J-630, F-630 si F-635 consta numai in stabilizarea realizata in Sectiunea "Granulare".
Pentru a determina debitul de alimentare cu etilena pentru reactoarele respective , se calculeaza cantitatea de polimer produsa in fiecare reactor, in conformitate cu metoda de calcul prezentata in cap. 7.2.6. si apoi se calculeaza cantitatea de etilena copolimerizata in fiecare treapta pe baza continutului de etilena in polimer dat (3.6 % mol). In acest caz, efectul solubilitatii etilenei in hexan in bilantul de materiale poate fi ignorat, avand in vedere ca aceasta este neglijabila comparativ cu solubilitatea propilenei in hexan. S-au gasit diferente mici intre continutul de etilena in polimer calculat prin aceasta metoda si valorile obtinute prin analiza de laborator, relatie prezentata in fig. 7-9.
Debitul de etilena acopera un domeniu larg de valori variind in functie de sortul de polimer . De aceea, FRC-ul care regleaza acest debit este proiectat ca un indicator cu 1 sau 4 trepte, fiecarui domeniu îi corespunde o scala separata, iar alegerea scalei se face cu un selector de domeniu montat pe panoul de control.
Domeniul caracteristic va fi ales in functie de indicatia de la FRC. Alegerea traseului de alimentare cu etilena se face in functie de sortul de polimer care se produce(vezi fig. 7-10).
Calculul de verificare a continutului de etilena trebuie facut zilnic si se va face o reglare dupa fiecare calcul. Turta umeda tinde sa devina lipicioasa cand continutul de etilena(dupa analiza de laborator) creste peste 5 % mol. De aceea, continutul de etilena al granulelor produse pentru sorturile J-630, F-630 si F-635
trebuie sa fie mentinut intre 3,8 - 4,4 % mol, monitorizand analizele de laborator.
7.2.8.4.Sortul J-730
1) Secventa de polimerizare
homopolimer -> homopolimer -> random copolimer -> random copolimer -> degazare
2) Proprietati functie de conditiile de operare
Factori Actiune YS BT Randament
[PE/PP]3 = [PE/PP]4
(W3 + W4)/(W1 + W2)
%H2 in al 3-lea si
al 4-lea reactor
3) Conditiile de operare standard
continut C2 ' = total 3.5 % mol
[PE/PP]3 = [PE/PP]4 = 15/85 mol/mol
(W3 + W4)/(W1 + W2) = 20/80 gr/gr
4) Determinarea debitului de alimentare cu etilena
Initial se calculeaza cantitatea de propilena polimerizata in fiecare treapta, similar cu sortul J-630, ignorand cantitatea de etilena. Apoi, se calculeaza cantitatea de etilena polimerizata in D-203 si respectiv D-204, ignorand solubilitatea etilenei in hexan.
Dupa finalizarea calculului, se compara rezultatele cu cele specificate la pct. 3). Daca rezultatele nu corespund , se reseteaza valorile la FRC-232 si respectiv FRC-242.
7.3. Sectiunea 300 - Dezactivare
7.3.1. Conditii de dezactivare
7.3.1.1. Temperatura de dezactivare
Temperatura in dezactivatorul D-301 este controlata cu TRCA- 311.
Pentru fiecare sort de polipropilena este specifica o anumita temperatura de dezactivare.
O consecinta a cresterii temperaturii este cresterea gonflarii polimerului, accesul liber al metanolului la catalizator si posibilitatea acestuia de a reactiona cu catalizatorul . Daca temperatura creste excesiv, suprafata topita a polimerului blocheaza deschiderea porior si impiedica contactul intre metanol si catalizator, iar la o ulterioara racire se asigura indepartarea cenusii (solubila in metanol) de pe suprafata particulei de polimer. Datorita acestui fenomen, temperatura de dezactivare este limitata la maxim 100 0C. In special, cand se produc random copolimer, se va evita cresterea temperaturii de dezactivare deoarece polimerul poate deveni atat de lipicios incat va influenta negativ fluiditatea pudrei in Sectiunea "Uscare".
Temperatura de dezactivare poate fi crescuta in conformitate cu procedura descrisa in cap. 7.3.1.4. pentru sorturile de homopolimeri, depinzand de continutul de titan din pudra , insa temperatura de dezactivare specificata nu va fi depasita in cazul copolimerilor.
7.3.1.2. Debitul de alimentare cu metanol
In general, eficienta operatiei de dezactivare creste cu marirea debitului de alimentare cu metanol. Insa, daca debitul de alimentare cu metanol este marit peste anumite limite, eficienta dezactivarii
scade datorita unui contact redus intre metanol si polimer.
Relatia intre concentratia de metanol in hexan si continutul in titan al pudrei este indicata in fig.7-11. In mod normal, se alimenteaza metanolul in cantitatea care sa mentina raportul metanol/hexan la valoarea specificata. Pentru calcularea raportului metanol/hexan se apeleaza la fig. 7-12.
Prin raportul metanol/hexan se intelege:
debitul volumetric de metanol la temperatura de dezactivare (m3/h)
MeOH/HX = -------- ----- ------ -------- ----- ------ ----- ----- ------
(m3/m3) debitul volumetric de hexan la temperatura de dezactivare (m3/h)
7.3.1.3. Conditii tipice de dezactivare
Functie de sortul de polipropilena, raportul metanol/hexan va avea urmatoarele valori:
MeOH/Hexan (vol/vol) Temperatura (0C)
Homopolimeri 20/80 95
Block-copolimeri J-330, 35/65 90
J-440 35/65 90
Random copolimeri F-630, F-635,J-630 35/65 84
J-730 35/65 80
7.3.1.4. Schimbarea conditiilor de dezactivare
Cand pudra are un continut mare de cenusa, se vor lua urmatoarele masuri:
a) Se ridica treptat temperatura de dezactivare cu cate 2 0C de fiecare data, astfel incat sa nu se depaseasca temperatura de 1000C.
b) Se mareste raportul metanol/hexan. Domeniul admisibil pentru acest raport este intre 20/80 si 35/65. De exemplu, daca s-a lucrat cu un raport metanol/hexan de 20/80, raportul urmator va fi 25/75, etc.
c) Se mareste debitul de alimentare cu apa de proces la D-304 cu grija, pentru a nu antrena polimer in apele metanolice.
NOTA: Cand se produc sorturi de homopolimeri, se efectueaza treptat operatiile indicate la pct. a,b,c pana cand se atinge productivitatea dorita. Cand se produc sorturi de copolimeri, se efectueaza numai operatiile de la pct. b si c.
7.3.2. Conditii de spalare
Debitul de apa de proces introdusa in D-304 difera functie de sortul de polipropilena produs:
-homopolimeri FRC-311 9,5 t/h
-copolimeri FRC-311 14,5 t/h
Operarea S300 se va face astfel incat sa se mentina urmatoarele valori pentru parametrii de mai jos:
- temperatura D-304 55 C
- pH la D-304 10.3-10.8
Ca si debitul de alimentare cu metanol la D-301 si debitul de apa de proces pentru spalare la D-304 poate fi marit in cazul in care indepartarea cenusii nu este completa. Chiar in aceste cazuri, continutul de metanol in apele metanolice din blazul coloanei D-304 va fi pastrat in domeniul 20-30% gr.
Variatii puternice ale concentratiei de metanol pot influenta negativ operarea Sectiunii "Recuperare metanol".
Conform PV-CTE nr. 52/2.04.1999, s-au avizat, pentru reducerea consumurilor, urmatoarele modificari ( vezi fig.7 - 12a) :
A) S-a inlocuit injectia de abur cu condens la manta D-305
Aburul (condensul) se va folosi doar in situatii speciale care vor fi prevazute prin dispozitii scrise, iar in mod normal conducta LS va fi blindata in dreptul ventilului V-3.
B) S-a redus debitul de PW prin introducerea de LC in PW.
debitul de PW va fi mentinut la aprox 1 t/h cu FRC-311
Completarea se va face cu LC prin TRC-321, care este comandat de TI-1318.
Valoarea de functionare : 55-65 C
Debitul de LC, masurat cu FR-304, va fi de min. 5t/h
Valoarea raportului dintre debitul de spalare la D-304 (reprezentand debitele cumulate de PW si LC) si debitul total de propilena prelucrata se va mentine in intervalul 1.25-1.5.
La introducerea de condens, V-1 va fi inchis si V-9 deschis ( in conditiile in care nu este nexesar condens la TK-931).
V-2 si V-4 vor fi deschise, iar V-10 inchis.
La oprirea alimentarii de condens, se va inchide V-4 si se va deschide V-11, pentru scurgere.
C)
Pentru mentinerea
Acesta are 2 posibilitati de introducere solutie NaOH in D-304:
a) prin ventilul V-7
b) prin ventilele V-5 si V-4
Varianta b) are avantajul ca asigura un timp de contact mai mare fiind mai sus.
NOTA: 1) Cele doua variante se vor utiliza in parallel.
In cazul opririi, se vor sufla cu LS, apoi cu N2, dupa care se inched V-7 si V-5, lasand deschisa scurgerea la V-12.
2) Schimbarea variantei se va face numai prin dispozitia scrisa de seful de instalatie.
7.3.3. Controlul indicelui de izotacticitate
Indicele de izotacticitate(II) este o alta proprietate importanta a polimerului, pe langa ICT. Definirea II nu poate fi aplicata in cazul copolimerilor.
7.3.3.1. Definirea indicelui de izotacticitate (II)
Se pot determina:
-indicele de izotacticitate al granulelor obtinute (Pellet II)
-indicele de izotacticitate al polimerului din Sectiunea "Polimerizare" numit Indice de izotacticitate total (Total II)
Continut de polimer izotactic in granule
P - II = -------- ----- ------ ----- ----- -----------
(Polimer atactic + polimer izotactic) in granule
Polimer izotactic in suspensie (la iesirea din Sectiunea "Polimerizare")
T - II = -------- ----- ------ -------- ----- ------ ----- ----- -----
(Polimer atactic + polimer izotactic) in suspensie
7.3.3.2. Controlul indicelui de izotacticitate
Polimerul atactic este solubil in hexan si solubilitatea sa este influentata de cresterea temperaturii. De aceea, o actiune preliminara pentru controlul indicelui de izotacticitate la valoarea prescrisa se efectueaza
regland temperatura in D-305, inainte ca suspensia sa fie separata in turta umeda si lichid-muma in centrifuga M-301.
Relatia intre variatia P-II si temperatura in D-305 este data in fig. 7-13.
Valoarea temperaturii in vasul D-305 , masurata pe TRC-321 este data in "Lista conditiilor de operare" ( vezi cap.10.3.3) si poate fi reglata functie de analiza de laborator a granulelor.
TRC-321 va fi operat astfel:
a) Se regleaza TRC-321 la temperatura corespunzatoare sortului de polimer care se produce
b) Se deschide ventilul de izolare TRCV-321 si se alimenteaza hexan vapori in D-305
c) Este posibil sa se alimenteze abur LS in manta la D-305 pentru a reduce consumul de hexan.
7.3.4. Debitul de alimentare cu suspensie la centrifuga M-301
Momentul de torsiune al axului transportorului centrifugei variaza in functie de variatiile de sarcina ale centrifugei. Debite foarte mari de alimentare, chiar daca sunt de scurta durata, provoaca ruperea boltului si in consecinta se opreste centrifuga.
De aceea, pentru ca alimentarea sa fie facuta cat mai constant, se va controla manual si nu prin sistemul LRC . Aceasta inseamna ca operatorul din tabloul de comanda va controla HC -321, astfel incat nivelul in D-305 sa fie mentinut intre 40%-60% la LRA- 321, urmarind cu atentie ca momentul de torsiune la XRA- 321 si amperajul la II-321sa nu depaseasca limitele admise.
7.4.Sectiunea 400 - Uscare
7.4.1. Punctul de roua al gazului de uscare
1) Capacitatile calorice ale hexanului si metanolului sunt mult mai mari decat capacitatea calorica a azotului. Pentru gazul de uscare sunt importante urmatoarele proprietati: capacitate calorica ridicata, afinitate scazuta pentru polimer, punct de roua scazut.
2) In prima treapta de uscare este necesara o cantitate mare de caldura, deoarece umiditatea turtei de cca. 35-45% gr. hexan se reduce la cca. 10% gr. hexan. De aceea, in aceasta treapta se foloseste un gaz de uscare cu o capacitate calorica ridicata (cu punct de roua mai ridicat).
3) In a doua treapta de uscare este obligatoriu ca punctul de roua al gazului de uscare sa fie de -200C, deoarece continutul de umiditate al pudrei trebuie sa fie redus pana la o valoare de 0,1 % gr. hexan. Relatia intre punctul de roua al gazului de uscare si continutul de umiditate al polimerului este data in fig. 7-14.
Fig. 7 - 14. Relatia intre punctul de roua al gazului de uscare si umiditatea pudrei
7.4.2. Temperatura gazului de uscare
1) Prima treapta de uscare are loc intr-un uscator pneumatic, unde expunerea polimerului la un curent cald de gaz de uscare nu modifica calitatea polimerului, avand in vedere ca perioada de stationare a polimerului in acest curent este de cca. 5 sec., iar polimerul intra in uscator sub forma de turta umeda cu un continut de umiditate de aprox. 35-40% gr. hexan. De aceea, in functie de analiza continutului de substante volatile in pudra si/sau de starea patului fluidizat din uscatorul din a doua treapta de uscare, temperatura de uscare poate fi marita treptat pana la maxim 1400C.
2) A doua treapta de uscare are loc intr-un uscator in pat fluidizat, unde timpul de stationare al polimerului este de cca. 15 min. In acest uscator temperatura nu trebuie sa atinga 1300C, deoarece in astfel de situatii pudra poate sa se topeasca si/sau sa se degradeze in patul fluidizat.
Degradarea polimerului nestabilizat are loc astfel:
|
Temperatura (0C) |
Timp permis de stationare ( ore) |
Vascozitate intrinseca |
|
|
N2 |
Aer |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7.4.3. Debitul de alimentare gaz de uscare
1) Pentru toate sorturile de polimer produse , la prima treapta de uscare gazul de uscare este alimentat la un debit constant de cca. 18000 Nm3/h. In functie de analiza continutului de substante volatile in pudra si/sau de starea de fluiditate in a doua treapta de uscare, debitul de gaz de uscare poate fi ridicat pana la cca. 20000 Nm3/h, ceea ce reprezinta limita superioara.
2) La uscatorul M-402 gazul de uscare nu va fi alimentat la un debit excesiv, deoarece poate provoca antrenarea pudrei in coloana T-402. Debitul normal de gaz de uscare este de 6500 Nm3/h.
In cazul in care se produc random copolimeri, gazul de uscare va fi alimentat la un debit ceva mai mare, pentru a preintampina sinterizarea polimerului, care poate sa se produca in uscatorul in pat fluidizat,
datorita aderentei marite a acestui tip de polimer.
In functie de analiza de laborator a substantelor volatile din pudra si/sau functie de starea de fluiditate din uscatorul in pat fluidizat, debitul de gaz de uscare va fi marit la o valoare de 115% din valoarea normala. In acest caz, se va verifica vizual daca exista antrenare de polimer in coloana T-402. Daca este necesar, se reduce corespunzator debitul de gaz de uscare.
3) Distributia debitului de gaz de uscare intre FRC-421 si FRC-422 se va face 50% - 50%. In general, cand scade fluiditatea in uscatorul M-402, se mareste cu 10% unul dintre debite si se reduce cu 10 % celalalt debit, pentru a restabili conditiile normale de lucru (proportia intre debite va deveni 40% - 60% in aceasta perioada).
7.4.4. Distributia presiunilor gazului de uscare
Pentru marirea eficientei uscarii, este important sa se amestece gazul pentru prima treapta de uscare, care are un punct de roua mai ridicat, cu gazul pentru a doua treapta de uscare, al carui punct de roua este mai scazut. De aceea, se va urmari ca presiunea gazului de uscare din sistemul uscatorului M-402 sa fie mentinuta la o valoare mai ridicata decat aceea din sistemul uscatorului M-401. De aceea, PDI- 415 va fi pastrat intr-un domeniu de lucru de presiuni negative.
7.5.Sectiunea 500 - Granulare
7.5.1. Operarea mixerului (Z 502) si extruderului (Z 501)
Caracteristicile generale de perfomanta ale mixerului(Z-502) si extruderului(Z-501) sunt descrise in cap. 7.5.6 si 7.5.7. Consideratiile speciale ce trebuie date cu privire la operare sunt urmatoarele:
1) In cazul modificarii debitului de alimentare la Z-502, se urmareste pastrarea unui echilibru intre functionarea lui Z-502 si Z-501, prin reglarea turatiei la Z-501, in vederea evitarii pericolului functionarii in suprasarcina a lui Z-501.
2) La iesirea din Z-502, polimerul va trebui sa fie sub forma de gel. Daca polimerul nu este complet gelifiat, fluxul de polimer de la Z-502 sufera intreruperi si alimentarea lui Z-501 devine neregulata ,iar ca urmare, extruderul va functiona in suprasarcina.
3) In cazul unei cresteri excesive a temperaturii polimerului, se produce degradarea acestuia, asa cum este descris in cap. 7.5.4 De aceea, se va recircula apa de racire prin manta la cilindru si snec, in scopul mentinerii temperaturii polimerului in domeniul specificat.
4) Z-501 avand motor de actionare cu moment constant, puterea descreste cu reducerea turatiei. De aceea, Z-501 nu va fi supus la sarcini foarte ridicate la viteze de rotatie foarte mici.
7.5.2.Relatia dintre ICT si energia specifica
Cu cat ICT-ul este mai mic, cu atat energia specifica necesara este mai mare
Energia de alimentare la arborele snecului (kw)
Energia specifica (Esp) = -------- ----- ------ ----- ----- --------------- Debit de produs (kg/h)
Fig. 7 - 15. Relatia intre ICT si Esp la mixer
Fig. 7 - 16. Relatia intre ICT si Esp la extruder
7.5.3. Vascozitatea polimerului topit
Polimerul topit este un fluid ne-Newtonian. Vascozitatea este in functie de viteza de forfecare si de temperatura.
Relatia dintre vascozitatea polimerului si viteza de forfecare pentru fiecare sort de polimer este prezentata in fig.7-17. In fig. 7-18 este prezentata relatia intre vascozitate si temperatura la o viteza de forfecare data.
Fig. 7 - 17. Vascozitatea polimerului topit
7.5.4. Degradarea polimerului
Polipropilena este susceptibila la degradare. Desi se adauga diverse tipuri de stabilizatori pentru a preveni degradarea in timpul granularii, degradarea datorita expunerii la oxigen si temperatura. Oxigenul are cea mai mare influenta si de aceea nu este admisa prezenta oxigenului in mixer si extruder.
In fig. 7-19 este prezentata influenta oxigenului asupra degradarii polimerului, iar in fig. 7-20 se prezinta degradarea termica a polimerului la fiecare sort de polimer.
7.5.5. Diametrul granulelor
Polimerul topit este supus la presiuni uriase in timpul extruderii, de 100-200 kg/cm². Cand iese prin placa perforata, polimerul se destinde si ca urmare are loc o gonflarea a granulelor. Fenomenul de gonflare se observa din diametrul granulelor care este mai mare decat diametrul orificiului placii perforate.
Diametrul granulelor
Raportul de gonflare = -------- ----- ------ ----- ----- --------- ----- ----
Diametrul orificiului placii perforate
Raportul de gonflare este in functie de viteza cu care polimerul trece prin orificiile placii perforate, ca in fig. 7-21.
Fig. 7 -21. Viteza prin orificiile placii perforate
7.5.6. Mixerul Z-502
Energia specifica (Esp) este adeseori folosita ca un criteriu de definire al gradului de amestecare al polimerului in mixerul Z-502. Energia specifica este definita prin :
Energia de alimentare la arborele snecului (kw)
Esp (kw.h/kg) = -------- ----- ------ -------- ----- ------ ------------
Debitul de produs (kg/h)
Metodele de obtinere a unei bune amestecari, deci de marire a energiei specifice, sunt urmatoarele:
1) Cresterea forfecarii polimerului
2) Faciliterea transferului de energie de amestecare polimerului prin indepartarea unei parti din caldura generata .
Apar situatii limitative datorita degradarii polimerului, deoarece marirea energiei specifice este insotita de cresterea temperaturii polimerului. In acest caz, factorul limitativ il reprezinta capacitatea de racire, astfel incat energia specifica poate fi crescuta fara a genera o crestere a temperaturii polimerului.
Conditiile de operare ale mixerului Z-502, care influenteaza energia specifica sunt: turatia snecului, latimea fantei de descarcare, debitul de alimentare cu polimer, incalzirea sau racirea cilindrului si snecului, proiectarea snecului , etc. Pentru a mari energia specifica sunt necesare urmatoarele actiuni:
a) Marirea turatiei de rotatie a snecului
b) Micsorarea latimii fantei
c) Reducerea debitului de alimentare cu polimer
d) Racirea cilindrului si snecului.
7.5.6.1. Latimea fantei si energia specifica
Cu cat latimea fantei se reduce, cu atat creste mai puternic energia specifica, vezi fig. 7-22.
Energia specifica creste de la 0,04 la 0,06 kw h/kg la aceeasi latime a fantei, cand sunt racite atat snecul cat si cilindrul.
7.5.6.2. Viteza de rotatie a snecului si energia specifica
Cu cat creste viteza de rotatie a snecului, cu atat creste forta de forfecare si, ca urmare, creste energia specifica, asa cum e aratat in fig. 7-23.
Fig. 7 - 23
7.5.6.3. Debitul de alimentare cu polimer si energia specifica
Fig. 7-24
7.5.6.4. Energia specifica si temperatura polimerului
Energia electrica este transformata in final in energie calorica care tinde sa creasca temperatura polimerului.
Relatia dintre energia specifica si temperatura polimerului este redata in fig.7-25.
7.5.6.5. Conditiile de operare si capacitatea de productie a mixerului Z-502
Conditiile de operare care influenteaza capacitatea de productie sunt:
1) Latimea fantei
2) Viteza de rotatie a snecului
3) Metodele de racire si de incalzire ale cilindrului
In fig. 7-26 se arata relatia intre latimea fantei si capacitatea de productie.
Daca latimea fantei devine destul de mare, capacitatea de productie nu este influentata de latimea fantei. Cand latimea fantei devine mai ingusta, energia specifica creste si ca urmare capacitatea de productie scade. Reducerea capacitatii de productie este cauzata de limita de capacitate a motorului. Cand latimea fantei devine si mai mica, presiunea polimerului pe fanta creste, iar polimerul alimentat in Z-502 nu poate fi transportat inainte cu usurinta, ceea ce conduce la o si mai mare descrestere a capacitatii de productie.
Dupa cum se vede din fig.7-26, schimbarea latimii fantei are aceleasi efecte ca si schimbarea energiei specifice, deci cand energia specifica este modificata in concordanta cu sortul de polimer ce trtebuie amestecat, capacitatea de productie se schimba in mod corespunzator.
7.5.7. Extruderul Z-501
Caracteristicile snecului extruderului sunt exprimate prin relatia:
PB
W = α * N - ß - ------
unde:
W - capacitatea de productie (kg/h)
N - turatia snecului (rpm.)
PB- presiunea pe placa de rupere (kg/cm2G)
μ - vascozitatea (poise)
α,ß - factori
Factorii α si ß sunt calculati pe baza dimensiunilor geometrice ale snecului.
Primul termen se refera la valoarea debitului de antrenare (ca urmare a actiunii de transport a snecului) si al doilea termen se refera la actiunea presiunii (ca o reactie la debitul de antrenare, datorata presiunii pe placa de rupere si uneori se refera la un reflux in cilindrul extruderului) datorat presiunii pe placa de rupere.
Pe de alta parte, caracteristicile placii perforate sunt date de relatia :
PB
W = K *------
unde:
W - capacitatea de productie (kg/h)
PB- presiunea pe placa de rupere (kg/cm2G)
μ - vascozitatea
K - factor
Factorul K este calculat pe baza dimensiunilor geometrice ale orificiilor placii perforate.
Considerand ca parametru de referinta vascozitatea polimerului, in fig.7-27 se arata caracteristicile snecului si ale placii perforate. Vascozitatea depinde de viteza de forfecare. Influenta vitezei de forfecare asupra vascozitatii nu este atat de mare in cazul snecului, dar este semnificativa in cazul orificiilor placii perforate si al ochiurilor sitei. De aceea, relatia caracteristica a snecului intre W si PB este exprimata ca o functie lineara, in timp ce relatia caracteristica a placii perforate intre W si PB este exprimata ca o functie nelineara. Punctul de intersectie intre curba snecului si curba placii perforate indica punctul optim de operare al extruderului.
Daca ICT-ul polimerului descreste sau temperatura scade, vascozitatea μ creste.
Conform fig.7-27, polimerii cu ICT-ul mic au o valoare a PB mai ridicata, dar conduc la capacitate marita de lucru a extruderului, in timp ce polimerii cu ICT-ul mare au o valoare PB mai mica si conduc la
micsorarea capacitatii de lucru a extruderului in functie de cresterea presiunii debitului de polimer in cilindru.
In timpul operarii instalatiei, se foloseste urmatoarea metoda:
1) La producerea sorturilor cu ICT mic, cand vascozitatea polimerului este ridicata, necesarul de energie electrica al extruderului creste. Atunci, se mareste temperatura in mixer Z-502.
2) La producerea sorturilor cu ICT mare, curgerea inversa creste datorita vascozitatii scazute a polimerului. Atunci este nevoie ca polimerul sa fie racit in extruder.
7.5.8. Sistemul de omogenizare a granulelor
Capacitatea maxima a unui buncar de omogenizare este de 400 m3, respectiv 183 t granule, care reprezinta productia dintr-o zi ce se stocheaza intr-un buncar. Din experienta instalatiei, recircularea de 4 ori a continutului total de granule dintr-un buncar da o omogenitate suficienta a continutului.
Se va verifica calitatea lotului de granule inainte de trimiterea la Instalatia de ambalare. Timpul necesar pentru verificarea calitatii depinde de sortul de polimer. Un grafic de timp tipic pentru operarea buncarelor de omogenizare , in cazul producerii unui sort de film, este prezentat in fig.7-28.
7.6. Sectiunea 600 - Recuperare metanol
7.6.1. Ratia de reflux
Datele de proiectare pentru coloana T-601 sunt:
- concentratia metanolului in alimentarea cu metanol impurificat 33 % gr.
- continutul de apa in metanolul pur 100 ppm gr.
- continut de metanol in produsul de blaz, apa uzata 20 ppm gr.
- ratia de reflux intern 1.8
Pentru a asigura eficienta dezactivarii in D-301, continutul maxim admisibil de apa in metanol este de 200 ppm. De aceea, ratia de reflux poate fi scazuta la 1.5 pentru reducerea consumului de abur .
Cand se reduce ratia de reflux , se va controla continutul de apa in metanolul produs ca sa fie in limitele admisibile, pe baza analizelor de laborator . De asemenea, se va controla concentratia metanolului in apa uzata, deoarece coloana T-601 are sensibilitate in functionare, datorita murdaririi cu reziduu de catalizator si polimer a talerelor de sub talerul de alimentare. In fig. 7-29 este prezentata relatia intre ratia de reflux extern si ratia de reflux intern.
In situatia in care se opereaza cu o ratie de reflux intern de 1.8, cand temperatura refluxului de metanol este de 40 C, masurata la TI-1615, Sectiunea 600 va fi operata astfel:
1) Se determina ratia de reflux extern din fig. 7-29. In acest caz, se fixeaza TI-1615 la 40 C, ratia de reflux intern la 1.8 si ratia de reflux extern la 1.7
2) Se obtine valoarea lui FR-916 (debitul de metanol produs). Se alege un debit de 4700 kg/h.
Ratia de reflux extern inseamna raportul FRC-613/ FR-614. De aceea, se seteaza FRC-613 la o valoare de :
4700 * 1.7 = 7990 kg/h.
7.6.2. Distributia temperaturii in coloana T-601
Distributia temperaturii standard in coloana T-601 este prezentata in fig. 7-30.
1) Cand indicatia la TR-613 (temperatura lichidului pe talerul 15) depaseste 69 C, continutul de apa al metanolului produs va creste. De aceea, se va mari repede ratia de reflux. Se reduce debitul de alimentare , daca este necesar sa se mentina eficienta de distilare a coloanei.
2) Concentratia metanolului in apa uzata din blazul coloanei T-601 este mai mica de 20 ppm.
Pentru a mentine concentratia, se seteaza TRC-612(temperatura lichidului pe talerul 45) in domeniul 95 - 100 C.
Cand sarcina de alimentare a coloanei T-601 este ridicata, valoarea prescrisa la TRC-612 va fi de asemenea mare si invers.
7.7. Sectiunea 700 - Recuperare hexan
7.7.1. Ratia de reflux
7.7.1.1. Ratia de reflux a coloanei T-701
Rolul coloanei T-701 este de a separa resturile catalitice si produsii mai grei din hexan. Ratia de reflux intern de proiect a coloanei T-701 este de 0.8, dar aceasta nu este o conditie necesara de operare.
Metoda de calcul pentru valoarea prescrisa la FRC-734 si FRC-613 este descrisa la cap. 7.6.1. Relatia intre ratia de reflux intern si ratia de reflux extern este prezentata in fig. 7-31.
7.7.1.2. Ratia de reflux a coloanei T-702
Rolul coloanei T-702 este de a separa apa din hexan. Conditiile de proiectare ale acestei coloane sunt:
-continut de apa in hexanul purificat 10 ppm gr.
-ratia de reflux intern 0.37
Separarea apei din hexan trebuie facuta cat mai minutios posibil. De aceea, este important sa se pastreze permanent ratia de reflux intern de 0,37. O anumita valoare este predeterminata, considerand relatia intre FR-735 si FR-737 prezentata in fig. 7-32.
De exemplu, cand FR-737 indica 14000 kg/h, atunci valoarea prescrisa pentru FRC-736 va fi astfel reglata incat FR-735 sa indice 18600 kg/h, daca TI-1733 este 40 C.
7.7.2. Debitul de reciclu de la T-701 la D-710
Partea inferioara a coloanei T-701 functioneaza ca un scruber care separa polimerul atactic antrenat de hexanul vaporizat alimentat la T-701. Polimerul atactic acumulat in blazul coloanei T-701 este recirculat la D-710. Catalizatorul se acumuleaza in partea superioara a blazului coloanei T-701.in mod corespunzator, va fi descarcat in D-710 prin partea inferioara a balzului coloanei T-701. Debitul la FRC- 733 va fi fixat astfel incat cca. 15% din hexanul produs sa fie recirculat la D-710.
7.7.3. Operarea preconcentratorului de AP D-710
In operarea preconcentratorului D-710 se vor urmari urmatoarele aspecte:
1) Pentru a mentine temperatura in D-710 la o valoare care sa permita polimerului izotactic sa fie complet dizolvat in hexan, pentru a preintampina murdarirea refierbatorului E-717.
2) Se va evita cresterea excesiva a vascozitatii solutiei de polimer atactic in D-710, pentru a asigura o circulatie corecta a fluidului si pentru a nu se crea suprasarcini in operarea pompelor P-720 si P-721.
Sistemul de aparate de masura si control aferente preconcentratorului D-710 este prezentat in fig. 7-33.
Fig. 7-33. Sistemul aparaturii la D-710
7.7.3.1. Debitul de alimentare
Debitul de alimentare cu solutie de polimer atactic la D-710 este controlat cu FRC -721. Valoarea prescrisa va fi determinata pe baza cantitatii de hexan folosita in instalatie si a nivelelor din TK-701 si respectiv TK-702.
7.7.3.2. Temperatura in D-710
Temperatura in D-710 este indicata la TR- 722 si se determina la PRC -721, in functie de presiunea vaporilor saturati de hexan. Aceasta temperatura va fi mentinuta peste temperatura la care polimerul izotactic este dizolvat complet in hexan. Deoarece temperatura la care polimerul izotactic este dizolvat in hexan este de aprox. 1200C , temperatura in D-710 este prevazuta sa fie de 1400C.
7.7.3.3. Controlul concentratiei
Concentratia polimerului in D-710 se controleaza pe baza raportului dintre solutia de polimer atactic alimentata si solutia de polimer atactic evacuata la M-701, prin raportul FRC -721/FRC -724. Acest raport indica aprox. gradul de concentratie de polimer atactic in solutie.
Vascozitatea solutiei de polimer atactic este dependenta de concentratie. De exemplu, pentru sortul J-440 (sortul cu vascozitatea cea mai ridicata), aceasta dependenta este ilustrata in fig.7-34. Vascozitatea este dependenta, pe langa concentratie, si de continutul de polimer izotactic.
Desi vascozitatea prevazuta la pompele P-720 si P-721 este de 150 cP, se recomanda o vascozitate mai mica de 100 cP in D-710, luand in considerare variatia continutului de polimer izotactic, etc.
In cazul sortului J-440, concentratia polimerului atactic in lichidul-muma de la centrifuga este de 4% gr. maxim, in timp ce limita maxima admisibila in D-710 este de cca. 15% gr. De aceea, este important ca D-710 sa fie operat la un raport al concentratiei, FRC-721/FRC-724 de 4 sau mai mic.
Vascozitatea pentru alte sorturi de polimer este:
J-330 aprox. echivalenta cu cea sortului J-440
B-200 si J-630 aprox. 1/10 din cea a sortului J-440
alte sorturi intre 1/15 si 1/100 din cea a sortului J-440.
Cu exceptia sortului J-330, raportul concentratiei trebuie sa fie marit pana la sarcina termica a schimbatorul E-717 si/sau la debitul minim de functionare a pompei P-721.
7.7.4. Evaporatorul in film pelicular M-701
7.7.4.1.Debitul de alimentare la M-701
Debitul de alimentare la M-701 este controlata cu FRC- 724. Debitul de alimentare va fi determinat conform metodologiei prezentata la cap. 7.7.3.3. Pompele P-721 sunt pompe tip "Sundyne", la care apare fenomenul de cavitatie cand sunt operate la debite mici. Pentru a preintampina acest fenomen, pompele sunt prevazute cu un traseu pentru debit minim si cu control de presiune PCV -722. Valoarea prescrisa la PCV- 722 va fi stabilita in functie de performantele pompei.
7.7.4.2. Temperatura de preincalzire
Alimentarea la M-701 este preincalzita in E-718, pentru a reduce sarcina termica a evaporatorului pelicular M-701. Temperatura de preincalzire este controlata cu TRC -721. Pentru a reduce momentul de torsiune al evaporatorului pelicular M-701 se recomanda asigurarea unei temperaturi ridicate a alimentarii cu solutie atactica, pentru a scadea vascozitatea solutiei. In consecinta, pentru a reduce continutul final de hexan in solutia atactic, este necesar ca temperatura polimerului atactic la iesirea din M-701 sa fie ridicata. Fata de cele de mai sus, se recomanda setarea TRC -721 la valoarea de 2200C.
Relatia intre temperatura de preincalzire si temperatura dupa evaporare este data in fig.7-35. Diagrama din fig. 7-35 este trasata pe baza modelului urmator si de aceea, pot aparea modificari functie de datele de operare reale.
Model de calcul
Treapta II
Treapta I Hexan vapori (t1 C)
Solutie atactica----- ----- -------------->
(t C) Detenta Polimer topit (t1 C)
(Schimbare
izoentalpica)
In cazul unei concentratii de 10 % AP si temp = 220 C
7.7.4.3.Continutul de hexan in polimerul atactic
Relatia intre continutul final de hexan si temperatura polimerului atactic este data in fig.7-36. Pentru o estimare grosiera a continutului de hexan , se citeste TR- 723, fara a face analiza de laborator a polimerului atactic.
Fig. 7 -36. Relatia intre continutul final de hexan si temperatura polimerului atactic
7.7.4.4. Vascozitatea polimerului atactic
Vascozitatea polimerului atactic obtinut ca subprodus la fabricarea polipropilenei pentru diferite sorturi este prezentata in fig. 7-37.
Vascozitatea variaza cu continutul de polimer izotactic.
7.7.5. Striperul de hexan
Desi temperatura de operare a striperului de hexan D-706 trebuie sa fie crescuta pentru a reduce continutul de hexan in polimerul evacuat , dar cresterea temperaturii este insotita de cresterea continutului de apa in azeotropul hexan-apa, ceea ce mareste consumul de abur.
Relatia intre temperatura de operare si continutul in hexan in polimer este data in fig.7-38.
|
