乙烯聚合反應(yīng)過程是一個強烈的放熱過程。乙烯的聚合熱約為93.5kJ/mol(或3.3kJ/g),在235MPa、150~300℃下乙烯的比熱容為2.51~2.85J/(g·℃),反應(yīng)熱如果不能及時移去,每1%乙烯發(fā)生聚合將使溫度升高12~13℃。如果溫度過高,還會導(dǎo)致乙烯分解。
在高壓下,乙烯已被壓縮到密度為0.5g/mL的氣密相狀態(tài),近似于不能再壓縮的液體,此時乙烯分子間的距離顯著縮短,從而增加了游離基與乙烯分子的碰撞概率,所以容易發(fā)生聚合反應(yīng)。
低密度聚乙烯按聚合方法,可分為高壓法和低壓法。按照反應(yīng)器類型可分為釜式法和管式法。以乙烯為原料,送入反應(yīng)器,在引發(fā)劑的作用下以高壓壓縮進行聚合反應(yīng),從反應(yīng)器出來的物料,經(jīng)分離器除去未反應(yīng)的乙烯之后,經(jīng)熔融擠出造粒,干燥、摻合,送去包裝。
LLDPE的“延伸時柔軟”的特性在吹膜過程中是一個缺點。LLDPE的吹塑薄膜膜泡不象 LDPE的那么穩(wěn)定。一般的單唇風(fēng)環(huán)對 LDPE的穩(wěn)定足夠使用.LLDPE的特有的膜泡要求更完善的雙唇風(fēng)環(huán)來穩(wěn)定。用雙唇風(fēng)環(huán)冷卻內(nèi)部膜泡可增加膜泡穩(wěn)定性,同時在高生產(chǎn)率下提高薄膜生產(chǎn)能力。除了膜泡的更好冷卻外,很多薄膜生產(chǎn)廠采用與LDPE共混方法以增強LLDPE溶道理上,LLDPE的擠塑可以在現(xiàn)有LDPE薄膜設(shè)備上完成,當(dāng)LDPE的共混物中 LLDPE的濃度達 50%時。加工 LLDPE或富含 LLDPE的與LDPE共混材料時,采用一般的LDPE擠塑機,必需改進設(shè)備。
圍繞聚合裝置的一系列設(shè)備,如壓縮機、反應(yīng)器、分離器、管道、泵等設(shè)備,都要求能在100MPa以上的壓下使用,即使是分離工序和回收工序的設(shè)備,有的也要求在100-350MPa下操作,因此不論從設(shè)備上還是從操作上來看,整個工藝過程都存在著很多難點。
乙烯聚合熱比其他單體聚合熱高很多。在聚合反應(yīng)中,一瞬間聚合率就達到10%-20%,甚至30%-40%,因此,在工藝上如何去除聚合熱成為工藝流程中的重要課題,也是提高單程轉(zhuǎn)化率、降低能耗的關(guān)鍵之一。
從高壓分離器出來的循環(huán)乙烯中所含低分子量聚乙烯蠟狀物如何很好地除去也是個問題圍繞解決這些問題,各公司開發(fā)了多種生產(chǎn)工藝。按反應(yīng)器類型可分為管式法流程和釜式法流程兩大類。管式反應(yīng)器的主要特點是物流在管內(nèi)呈柱塞狀流動,沒有返混現(xiàn)象;反應(yīng)溫度沿反應(yīng)管的長度而有變化,因此反應(yīng)溫度有高峰,所以所得聚乙烯的分子量分布較寬。而釜式反應(yīng)器,物料可以充分混合,所以反應(yīng)溫度均勻,還可以分區(qū)操作,以使各反應(yīng)區(qū)具有不同的溫度,從而獲得分子量分布較窄的聚乙烯。
管式聚合反應(yīng)器內(nèi)徑通常為2.5~2.7cm的細(xì)長型高壓合金鋼管。為了提高單線生產(chǎn)能力,管徑增加至5.0~7.5cm。直徑與長度之比為1:250~1:40000,管式反應(yīng)器長900~1500m。反應(yīng)壓力約為200~350MPa,溫度為250~330℃,流體速度10~15m/s,單程轉(zhuǎn)化率為20%~34%,單線生產(chǎn)能力大達10萬噸/年。釜式反應(yīng)器的形狀有細(xì)長型(圖2.2)和矮胖型兩種規(guī)格。細(xì)長型聚合釜的內(nèi)徑與長度之比為1:20~1:4,而矮胖型內(nèi)徑與長度比為1:4~1:2,反應(yīng)壓力通常比管式法流程低,為110~250MPa,溫度為130~280℃,單程轉(zhuǎn)化率為20%~25%,單線生產(chǎn)能力大達18萬噸/年。釜式反應(yīng)器一般是將帶動攪拌器的電動機安裝在釜內(nèi),以減少攪拌軸的軸封在設(shè)計上的困難。隨著機械密封技術(shù)的發(fā)展,也可以將電動機安裝在釜外。釜式反應(yīng)器已進一步大型化,ICI公司的反應(yīng)器有1000L,而法國CdF公司的反應(yīng)釜容積達1600L,是世界上大的反應(yīng)釜之一。據(jù)統(tǒng)計全世界高壓法聚乙烯中55%是用管式反應(yīng)器生產(chǎn)的,其余45%是用釜式反應(yīng)器生產(chǎn)的。