Промышленные трубчатые реакторы-полимеризаторы представляют собой последовательно соединённые теплообменники типа "труба в трубе". Трубки реактора имеют переменный диаметр (50 – 70 мм). Отдельные звенья "трубчатки" соединяют массивными полыми плитами-калачами. Трубы и калачи снабжены рубашками, последовательно соединёнными между собой. В качестве теплоносителя для подогрева этилена и отвода избыточного тепла применяют перегретую воду с температурой 190 – 230 0 С, которая поступает в рубашку трубчатого реактора противотоком к этилену и к потоку реакционной массы. Применение высоких температур необходимо для предотвращения образования плёнки полимера на стенках труб. Для поддержания постоянного температурного режима в реакторе и обеспечения эффективного теплосъёма производится дополнительный ввод этилена и инициатора в различные зоны по длине реактора. Многозонный реактор более производителен, чем однозонный. Однозонный реактор при максимальной температуре реакции (300 0 С) обеспечивае 15 – 17 % превращения этилена за один проход. Двухзонный реактор достигает при этой же температуре 21 – 24 % превращения. В трёхзонном реакторе степень превращения увеличивается до 26 – 30 %. Производительность четырёхзонного аппарата по сравнению с трёхзонным увеличивается незначительно.

Для получения постоянных показателей свойств полиэтилена необходимо поддерживать температуру в реакторе по зонам на одном уровне.

Производительность реактора зависит от его размеров, поэтому в настоящее время применяются с различной длиной труб и диаметром. Для реакторов большой мощности длина труб достигает 1000 м и более.

Технологический процесс производства полиэтилена высокого давления в трубчатом реакторе состоит из следующих стадий:

· смешение свежего этилена с возвратным газом и кислородом,

· двухкаскадное сжатия газа,

· полимеризация этилена в конденсированной фазе (плотность этилена 400 – 500 кг/м 3),

· разделение полиэтилена высокого давления и непрореагировавшего этилена, поступающего в рецикл,

· грануляция полиэтилена.

Для окрашивания, стабилизации и наполнения в полиэтилен высокого давления вводят соответствующие добавки, после чего его расплавляют и гранулируют.

На рис.1. представлена принципиальная схема получения полиэтилена высокого давления в трубчатом реакторе непрерывным способом.

Из цеха газоразделения свежий этилен под давлением 0,8 - 1,1 МПа поступает в коллектор 1 и затем в смеситель 2 , в котором с возвратным этиленом никого давления. Далее в поток вводят кислород и смесь поступает в трёхступенчатый компрессор первого каскада 3 , где сжимается до 25 МПа. После каждой ступени сжатия этилен охлаждается в холодильниках, отделяется от смазки в сепараторах, а затем поступает в смеситель 4 , в котором смешивается с возвратным этиленом высокого давления из отделителя 7 . Затем смесь направляется в двухступенчатый компрессор 5 второго каскада, где сжимается до 245 МПа. После первой ступени сжатия этилен охлаждается в холодильнике, очищается от смазки в сепараторах, а после второй ступени при температуре около 70 0 С без охлаждения по трём вводам поступает в трубчатый реактор 6 на полимеризацию.

Чаще всего производственный бизнес связан с большим вложением первоначального капитала. К тому же для человека, незнакомого с технологическим процессом, освоение нового дела может оказаться достаточно сложным. Производство полиэтилена можно смело отнести к приятным исключениям из общих правил. Для успешного старта нет необходимости тратить сразу много денег, потому что бизнес быстро окупается и начинает приносить стабильную прибыль. Но прежде чем наладить производство полиэтилена, изучим его особенности, разновидности, возможности применения и попробуем составить небольшой бизнес-план.

Что такое полиэтилен?

Так называется синтетический полимерный материал на основе этилена – органического бесцветного газа со слабо выраженным запахом. Это самый производительный материал в мире. Из него синтезируются такие известные продукты, как этиловый спирт, стирол, этилбензол, уксусная кислота, винилхлорид и многие другие.

Полиэтилен выпускают в виде прозрачных или цветных гранул различной формы. Размер их составляет обычно от трех до пяти миллиметров. Производство гранул полиэтилена заключается в процессе полимеризации газа этилена в условиях высокого, низкого давления, а также с применением дополнительных условий. Основные предприятия, занимающиеся изготовлением полимерных материалов, находятся в России, Узбекистане, Беларуси, Южной Корее.

Благодаря особым свойствам различают следующие марки полиэтилена:

• HDPE – высокой плотности;
• LDPE – низкой плотности;
• LLDPE – линейный;
• mLLDPE, MPE – металлоценовый линейный;
• MDPE – средней плотности;
• HMWPE, VHMWPE – высокомолекулярный;
• UHMWPE – сверхвысокомолекулярный;
• EPE – вспенивающийся;
• PEC – хлорированный.

Известно также немало материалов, относящихся к категории сополимеров. Проанализируем несколько видов, наиболее часто встречающихся в промышленной переработке.

Полиэтилен низкой плотности

Материал имеет пластичную и мягкую структуру. Производство полиэтилена высокого давления (ПЭВД) предполагает полимеризацию этилена в трубчатом реакторе или автоклаве. Процесс протекает при температуре около 750 о С под давлением 1,5–3 кгс/см 2 . В результате получается гранулят низкой плотности. Полученное сырье направляется на производство упаковки из полиэтилена, контактирующего с сухими и сыпучими веществами. Пакеты, изготовленные из такого материала, способны выдерживать до четырех килограммов веса.

Полимер высокой плотности

Производство полиэтилена низкого давления (ПЭНД) заключается в процессе полимеризации с применением катализаторных систем. В итоге получают жесткие гранулы с высоким уровнем плотности – 0,960 г/см 3 . Они пригодны для выпуска пищевой пленки. Товарный гранулят выпускают окрашенным и бесцветным. Иногда готовая продукция имеет вид порошка.

Как выглядит вспенивающийся полиэтилен

Так называют синтетический материал, имеющий закрыто-пористую структуру. Производство вспененного полиэтилена основано на сильном разогреве сырья и последующем взбивании с помощью газа (бутана, фреона и других). На практике пенополиэтилен широко применяется как отличный теплоизолятор универсального назначения.

Что такое сшитый полиэтилен?

Производство особо прочного гранулята основано на применении сверхвысокого давления. В результате процесса происходит прочное сцепление молекул исходного вещества. Модифицированный полимер отличают высокие технические характеристики:

• Устойчивость к воздействию высоких температур. Материал размягчается только при температуре свыше 150 о С, плавится при 200 о С, а загорается лишь при достижении 400 о С.
• Повышенная степень жесткости и прочности на разрыв.
• Сохранение основных признаков при резком изменении окружающих условий, а также при воздействии химических или биологических разрушителей.
• Высокие паро- и гидроизолирующие свойства.

Сшитый полиэтилен активно применяется в производстве напорных труб холодного и горячего водоснабжения. Кроме того, его используют в изготовлении элементов отопительных систем и специальных стройматериалов.

С чего начинается устройство бизнеса

Завод по производству полиэтилена может включать в себя несколько технологических линий по выпуску различных изделий: полимерных пленок, пакетов, крышек, тары, труб, бутылочных пробок и многого другого. Не стоит организовывать сразу несколько направлений. Целесообразнее войти в рынок полимеров в качестве производителя полиэтиленовой пленки и пакетов. Наладив стабильную работу, можно постепенно расширять ассортимент выпускаемой продукции.

Практический опыт показывает, что производство полиэтилена в России гарантировано обеспечивает уровень рентабельности не менее 15 %. До запуска предприятия нужно позаботиться об оформлении разрешительных документов. Вам придется посетить городскую администрацию, энергонадзор, санэпидстанцию, пожарную охрану, экологическую службу. Если заняться этими вопросами плотно, то можно вполне уложиться в срок месяц – полтора. Накладные расходы составят всего 15–20 тысяч рублей.

Вопрос переработки остатков

Прежде чем вы начнете организовывать производство изделий из полиэтилена, хорошо продумайте вопрос утилизации отходов. Закапывать в землю или сжигать обрезки пластика нельзя ни в коем случае. Во-первых, это приносит огромный вред окружающей среде. А во-вторых, за подобные действия грозит серьезное наказание.

Проще и дешевле всего сдавать полимерные остатки на предприятие по переработке пластмасс. Но стоит иметь в виду, что такого завода может не оказаться в вашем населенном пункте. Если будет запланировано производство вторичного полиэтилена, то лучше всего наладить выпуск мусорных пакетов. Для этого придется произвести дополнительные расходы на покупку технологической линии. Зато в конечном итоге затраты окупятся быстрой реализацией популярных товаров, пользующихся устойчивым спросом у населения.

Закупка основного оборудования

Выбор производственных линий сегодня достаточно велик. В качестве примера рассмотрим перечень станков и агрегатов, которые потребуются для выпуска пленки с дальнейшим формированием из нее пакетов бытового назначения.

Необходимое оборудование для производства полиэтилена:

• Экструдер (экструзионная установка) – машина для преобразования сырьевых гранул в пленку методом раздува снизу вверх. Ширина рукава должна соответствовать размерам выпускаемых пакетов (300–550 мм). В комплект агрегата также входит устройство для фальцевания швов.
• Пакетоделательная машина – станок для порезки пленки или рукава на заготовки определенной длины. Устройство также запаивает заготовку с одной стороны, формируя готовое изделие.
• Вырубной пресс с комплектом форм для производства пакетов–маек или сумок с прорезной ручкой.
• Станок для изготовления пластиковых зажимов для упаковки.
• Флексограф – машинка для нанесения печатных изображений на рукав пакета.

Если стартового капитала не очень много, то на первых порах можно вполне обойтись без печатного устройства. Разумнее будет обратиться за услугой по нанесению рисунков в специализированные полиграфические центры.

Для переработки отходов производства нужно будет приобрести специальный аппарат для дробления. Примерная стоимость технологической линии с доставкой и настройкой станков - 1,5–2 миллиона рублей.

Дополнительные элементы оборудования

Производство полиэтилена требует также покупки складского оборудования (стеллажи, столы, стенды, ящики и прочее) для хранения сырья и готовой продукции. Не стоит забывать и об оснащении офисов. Дополнительное оборудование может увеличить общую сумму расходов на 50–60 тысяч рублей.

Производственные цеха нуждаются в обустройстве качественной мощной вентиляционной установки и противопожарной системы. Особые требования предъявляются к складским помещениям: первичное сырье для производства полиэтилена (гранулят) имеет свойство поглощать испарения и газы. Несоблюдение правил хранения сырого материала может привести к ухудшению качества изготавливаемых изделий.

Необходимое сырье

Основной синтетический материал для производства изделий из полиэтилена – полимерные гранулы. Они имеют размеры 3–5 мм и выпускаются в форме шара, куба, цилиндра или мелкой крошки. Второй источник сырья – вторичная переработка отходов или остатков технологического процесса.

Получение пленки

Технология производства полиэтилена включает в себя несколько этапов, которые нужно пройти, чтобы из сырьевого материала получить яркие и удобные пакеты.

• Полимерные гранулы загружают в бункерный отсек экструдера. Отсюда они забираются с помощью питающего шнека. В емкости поддерживается постоянная температура в диапазоне от 180 до 240 градусов. В процессе передвижения гранулы, сильно нагреваясь, переплавляются в однородную массу. Получившаяся смесь продавливается через формующее отверстие, в результате получается полиэтиленовая пленка в виде рукава (или трубы). Автоматическая настройка экструдера позволяет выпускать готовое полотно заданной толщины и ширины.
• Получившийся рукав постепенно охлаждается и подвергается раскатыванию вальцами.
• Автоматический нож разрезает полотно на две полосы одинаковой ширины.
• Готовый рукав поступает в намотчик, который скручивает пленку в рулоны. Обрезки упаковываются отдельно, в дальнейшем их пускают на вторичную переработку.

Нанесение рисунка

При необходимости производится печать цветного изображения методом флексографии.

• Специальную краску разводят спиртом и постоянно перемешивают. Это необходимо для того, чтобы раствор не утратил нужную вязкость.
• Дозатор направляет определенные порции красителя на валики, которые делают на пленке оттиск. После нанесения рисунка полиэтилен вновь сматывается в рулон.

Формирование пакетов

Следующий этап позволяет создавать основу для кулечков.

• Рулон с нанесенным изображением помещают в пакетоделательный станок. С помощью специальных приспособлений из пленки вырезается «выкройка» будущей сумки и формируется донная складочка.
• Пропуская через клеймовочный пресс полиэтиленовые заготовки, проделывают отверстия для ручек. Гильотина отсекает верхнюю часть пакета для дальнейшего закрепления пластиковых ручек, или вырезает майку.
• Сварочный нож соединяет края пакета при температуре 180 градусов, в итоге получается целое изделие.

Финальный процесс – проверка качества швов и креплений застежек.

Заключение

Как мы смогли убедиться, производство полиэтилена – это достаточно сложный химический процесс, который под силу только крупным промышленным предприятиям специализированного направления. А технология переработки готовых гранул представляется довольно простым делом, не требующим углубленных знаний. Начав свое дело с установки какой-либо производственной линии, можно через 2–3 года полностью вернуть затраченные средства.

Полиэтилен – самый распространенный в мире полимер, который выпускается двумя способами: при высоком и низком давлении. Разница между этими двумя материалами весьма существенна. Полиэтилен низкого давления отличается высокой плотностью и улучшенными эксплуатационными свойствами, а высокого давления имеет меньшую плотность, более эластичный и мягкий.

Как получают полиэтилен низкого давления?

Синтез данного материала стал возможен только после открытия катализатора Циглера – Натты. Эти два выдающихся химика конкурировали друг с другом, и их исследовательские команды независимо и почти одновременно смогли получить металлорганические катализаторы, запустившие настоящую революцию в синтезе полимеров.

В целом гранулы ПНД синтезируются следующим образом:

• В реактор загружается раствор этилена в гексане. Это наиболее распространенный и экономически оправданный способ, хотя возможна полимеризация суспензии и газовой фазы.
• Раствор разогревается до температуры от 160 до 2500 градусов под давлением до 5,3 Мпа, чаще всего даже менее 1 Мпа. На 10 – 15 минут раствор контактирует с катализатором.
• Спустя 15 минут полимеризация происходит, однако чистый полимер нужно выделить из раствора, очистив его от примесей. Этот процесс происходит в испарителе, а затем – в сепараторе.
• Финальный этап – грануляция. Формируются гранулы округлой формы, пропариваются водяным паром, остывают и ссыпаются в специальную тару.

В результате добывается готовый к дальнейшей переработки материал. Отметим, что для достижения нужных характеристик могут добавляться дополнительные присадки.

Особенности технологии полиэтилена высокого давления

В свою очередь ПВД получают без катализатора, а температурные параметры существенно отличаются. Для полимеризации используется газ этилен, он подается в автоклавный или трубчатый реактор и разогревается до температуры 300 градусов. Добавляется инициатор – кислород и органические пероксиды.

С помощь компрессора нагнетается давление около 25 Мпа, после чего сырье перемещается во вторую часть реактора, где давление увеличивается до 130 – 250 Мпа, а температура снижается ориентировочно до 190 градусов. В результате запускается радикальный механизм полимеризации. После прохождения реакции сырье очищается от остатков этилена, гранулируется и упаковывается.