3D проектирование установки производства сверхвысокомолекулярного полиэтилена

Н. В. Матвеева, Р. Р. Мусин

3D ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТАНОВКИ ПРОИЗВОДСТВА СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

Ключевые слова: сверхвысокомолекулярный полиэтилен, полимеризация, 3D модель, P&ID схема.

Проведено проектирование установки производства сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Разработана P&ID схема в программе AutoCAD P&ID, произведены технико-технологические, механические расчеты в программах MathCAD, Hysys, выполнены 3D модели оборудования, металлоконструкций и их обвязка в программе AutoCAD Plant 3D.

Keywords: Ultra-high-molecular-weightpolyethylene, polymerization, 3D model, P&ID scheme.

The ultra-high-molecular-weight-polyethylene installation model was designed. P&ID scheme was created using AutoCAD P&ID software. The applicable calculations were conducted in MathCAD and Hysys environment. AutoCAD Plant 3D was facilitated to build 3D model and structure tying.

Среди большого разнообразия марок полиэтилена наибольший интерес вызывает сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ). К СВМПЭ относятся полиэтилены, обладающие молекулярными массами более 1,5' 106. Благодаря своим исключительным свойствам СВМПЭ нашел применение в самых разнообразных областях: от химической промышленности до медицины. Более подробно свойства и сферы применения сверхвысомолекулярного полиэтилена описаны в литературе [1,2,3].

В России промышленное производство СВМПЭ на данный момент отсутствует, хотя

потребность в этом полиолефине по оценкам экспертов в нашей стране составляет 1000 тонн в год, а мировая потребность исчисляется 150 тыс. тонн [4].

Целью работы было проектирование установки производства сверхвысокомолекулярного полиэтилена, который по своим параметрам удовлетворял бы требования потребителей.

Для большинства областей применения необходимы полимеры с молекулярной массой более 3-106, с размером частиц менее 200 мкм, узким распределением частиц по размерам и высокой насыпной плотностью порошка в области 350-450г/л.

В результате проведенного патентного поиска предложен способ получения порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена с

требуемыми характеристиками [5]. Предлагается

проводить процесс получения СВМПЭ методом

суспензионной полимеризации этилена с использованием нанесенных титан-магниевых

катализаторов по двухреакторной схеме. Такая схема позволит не останавливать производство в случае планового ремонта и диагностирования оборудования.

С целью получения полимера с требуемыми характеристиками предлагается осуществлять реакцию полимеризации в две стадии. На первой стадии (стадии предполимеризации) процесс предлагается проводить при температуре 700С и давлении этилена 3 кгс/см2. На второй стадии (стадии основной полимеризации) температура процесса 600С и давление 6 кгс/см2. Характеристика порошка СВМПЭ, получаемого предлагаемым способом, приведена в таблице 1.

Таблица І - Характеристика порошка СВМПЭ, получаемого двухстадийным способом

Наименование параметра Значение параметра

молекулярная масса 4,7-106

насыпная плотность 410 г/л

выход полимера 12 кг/г кат

Анализ таблицы 1 позволяет сделать вывод, что при предлагаемом способе синтеза можно получить порошок СВМПЭ с требуемыми характеристиками (с высокой молекулярной массой, оптимальной насыпной плотностью и хорошим выходом полимера).

В работе были произведены расчеты материального и теплового баланса установки производства сверхвысокомолекулярного

полиэтилена, технико-технологические расчеты основного и вспомогательного оборудования с использованием современных расчетных программ Hysys и Mathcad.

Графическая часть работы содержит компоновку оборудования, обвязки оборудования технологическими трубопроводами, 3D модели основного и вспомогательного оборудования, металлоконструкций.

Создание 3D моделей в настоящее время является одним из основных направлений в области проектирования. Всё больше специалистов используют в своих работах методы трехмерного моделирования [6,7].

Использование 3D модели установки производства сверхвысокомолеклярного

полиэтилена позволяет получать двумерные и изометрические чертежи на ее основе, а также конструкторскую документацию в предельно короткие сроки.

Технологическая схема составлена с использованием программного обеспечения AutoCAD P&ID (рис. 1).

Графическая часть была выполнена в программе AutoCAD Plant 3D, представляющей собой самое современное средство трехмерного проектирования. Использование приложения

AutoCAD Plant 3D позволяет повысить качество проектирования за счет автоматического выявления коллизий, то есть пересечений элементов модели между собой. На рис. 2 показана трехмерная модель оборудования, спроектированного с использованием программы AutoCAD Plant 3D.

1~1 Ш

Рис. 1 - Технологическая схема узла полимеризации

Литература

1. Ю.М. Анненков, А.С. Ивашутенко, Перспективные материалы и технологии в электроизоляционной и кабельной технике. Изд-во Томского политехнического университета, Томск, 2011, с.127-128

2. Галибеев С.С., Хайруллин Р. З., Архиреев В. П. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен.

Тенденции и перспективы //Вестник КГТУ, 2008, №2, с.50-55

3. Михайлин Ю.А. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен // Полим. матер. 2003. № 3. С. 18-21; № 4; № 6; № 7. С. 16-19

4. Бронежилет из пакета [Электронный ресурс]//

«ЭПРО» № 5 т.6 2006г. URL: http://www.epr-

magazine.ru/business/innovations/fakel/ (дата

обращения: 03.05.2013)

5. Пат. Российской Федерации 2176649

6. Зиятдинова А.А., Гариева Ф.Р. 3D проектирование

узла алкилирования и трансалкилирования производства на цеолитном катализаторе//Вестник КГТУ, 2012,

Т.15,№10, с .220-221.

7. Абульханова Н.В., Мусин Р.Р. 3D проектирование установки вторичной деметанизации этан-этиленовой фракции//Вестник КГТУ, 2012, Т.15,№11, с.182-184.

Рис. 2 - 3D модель реактора-полимеризатора

© Н. В. Матвеева - магистр КНИТУ; Р. Р. Мусин - доцент каф. технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ, romanova_rg@mail'rU'