تدوین دانش فنی افزایش تدریجی آغازگر برای بهبود خواص محصولPVC و كاهش مدت زمان واكنش
محور پژوهش
مواد پیشرفته و محصولات مبتنی بر فناوری های شیمیایی
پژوهشکده/دانشکده
مهندسی شیمی
حوزه پژوهش
بسته‌های دانش فنی واحدهای پالایشی و پتروشیمی
عنوان
تدوین دانش فنی افزایش تدریجی آغازگر برای بهبود خواص محصولPVC و كاهش مدت زمان واكنش
هدف از اجرای پژوهش، کاربردها، مزیت‌ها و ضرورت انجام پروژه
: یکی از مهمترین شاخه های صنایع پتروشیمی، صنعت پلیمر است. از مهمترین محصولات پلیمری می توان پلی (وینیل کلراید) را نام برد كه عموم مردم آن را به نام " پی وی سی" (PVC) می شناسند. امروزه PVC یکی از مهمترین و پرمصرف ترین ترموپلاست ها در دنیا می باشد به طوریکه بعد از پلی اتیلن و پلی پروپیلن بیشترین تولید را دارد و بیش از 37 میلیون تن در جهان تولید می شود، دلیل این امر ارزان بودن قیمت، سبک، شفاف، انعطاف پذیر بودن و کاربردهای متنوع این ماده می باشد. از جمله كاربردهای این پلیمر محبوب می توان به موارد زیر اشاره كرد: ساخت انواع لوله های آب و فاضلاب، درب و پنجره های پی وی سی، دكوراسیون و تزیینات ساختمانی و اداری مثل كفپوشها، روكشهای میز و صندلی، پرده ،روكش سیم های برق به عنوان عایق الكتریكی، چرم مصنوعی و صنایع پوشاك، ساخت بطریهای مختلف در كاربردهای متنوع، شیمیایی، صنعتی و صنایع غذایی، ساخت اسباب بازی ها، تجهیزات پزشكی، صنایع بسته بندی و حمل و نقل هشتاد درصد از PVC تولیدی در دنیا توسط فرآیند پلیمریزاسیون تعلیقی تولید می شود. پلیمریزاسیون سوسپانسیونی یا تعلیقی PVC درصنعت بصورت ناپیوسته ( batch) و در راكتورهای همزن دار انجام می شود و مدت زمان بسیاری برای یک فرایند ناپیوسته طول می کشد. لذا سرعت تولید كم خواهد بود. در فرآیند ناپیوسته همه مواد اولیه مورد نیاز برای واكنش یكجا و در ابتدا وارد راكتور شده، سپس درب راكتور بسته شده و با افزایش دما واكنش آغاز می شود. در این شرایط كنترل دما و فشار راكتور هم از نظر تهیه محصول مناسب و هم از نظر ایمنی بسیار مهم است. به عبارتی چون همه مواد اولیه از ابتدا به راكتور شارژ می شود، احتمال عملكرد نامناسب كاتالیست و یا انتقال حرارت نامناسب سبب بروز خطر انفجار و یا آسیب رسیدن به تجهیزات راكتور و یا محصول معیوب می گردد. لذا استفاده از تکنیک هایی که بتواند مدت زمان فرایند را کاهش دهد، می تواند مصرف انرژی را کاهش داده و تولیدپذیری راکتور را افزایش دهد. این کار باعث می شود که بتوان سرعت تولید محصول را افزایش داد. برای این منظور لازم است شرایط عملیاتی و متغیرهای کنترل کننده انتقال حرارت را به گونه ای تنظیم کرد که در مدت زمان كمتری بتوان محصول مورد نظر را تولید کرد. معمولاً برای افزایش نرخ تولید (تولیدپذیری)، توسعه تکنولوژیکی نیاز می باشد که تابع ایجاد تجهیزات با کارایی بیشتر و سرمایه گذاری زیاد است، ولی همانطور که گفته شد گاهی می توان بدون تغییرات تکنولوژیکی و تجهیزاتی زیاد و با تغییراتی در شرایط و نوع عملیات فرآیندی، به این مهم دست یافت، بطوریكه نتایج این پژوهش نمونه ای از این اقدام را نشان می دهد. در این پژوهش برای اینکه سرعت واکنش در طول فرایند ثابت باشد از تزریق تدریجی یک آغازگر خیلی تُند با نیمه عمر پایین استفاده شد که هم در ابتدای فرآیند با تجزیه سریع باعث افزایش سرعت واكنش شود و هم با اضافه کردن در طول فرآیند از کاهش سرعت پلیمریزاسیون جلوگیری کند به طوری که سرعت واکنش و نرخ تولید حرارت در طول واکنش ثابت باشد. در این صورت از ظرفیت حرارتی راکتور بخوبی استفاده شده و مدت زمان کل فرایند کاهش پیدا می کند. لازم به توضیح است، روش اجرا شده در این طرح نیاز به تجهیزات ویژه یا تكنولوژی پیچیده ندارد، در حالیكه می تواند تا حد قابل ملاحظه ای نرخ تولید PVC را افزایش دهد. گزارش و شرح زیرساخت‌ها، فعالیت‌ها، و دستاوردها این پژوهش طی قراردادی فیمابین دانشگاه صنعتی اصفهان و شركت پژوهش و فناوری پتروشیمی، و بر مبنای واحدهای تولید PVC جنوب كشور( پتروشیمی بندر امام خمینی) تعریف و تصویب شد و در مركز ماهشهر اجرا گردید و نتایج ارزنده ای به همراه داشت. در راستای انجام این طرح بدلیل تحریم ها و شرایط خاص خرید و انتقال آغاز گر تُند از شركتهای خارجی، سنتز آغازگر مورد نیاز نیز در دستور كار قرار گرفت و با مشخصات كامل در داخل سنتز شد و مورد استفاده قرار گرفت. همچنین جهت اجرای این طرح، یك سامانه آزمایشی شامل رآكتور، كندانسور، پمپ، سیركولاتورها و مخازن زخیره و... ( تصویر زیر) طراحی، ساخته و نصب شد و مورد استفاده قرار گرفت كه می توان پروژه های دیگری را نیز در آن اجرا كرد. با انجام این طرح در یك راكتور پیشتاز( 50 لیتری)، دانش فنی تولید PVC به روش تزریق تدریجی آغازگر تند و كاهش مدت زمان واكنش ( به میزان بیش از 45 درصد) و دستیابی به محصولی با كیفیت بالاتر نسبت به روش مرسوم قبلی تولید PVC ، تدوین شد. ضمن آنكه اجرای پلیمریزاسیون در این روش از ایمنی بسیار بالایی برخوردار است و در صورت بروز هرگونه مشكل در حین واكنش، می توان تزریق كاتالیست( آغازگر) را قطع كرد و واكنش را متوقف نمود. لازم به توضیح است این روش، كه انقلابی در فرآیند تولید PVC است، تنها در چند شركت تولید PVC در جهان از جمله كشورهای آلمان، اسپانیا و روسیه به اجرا درآمده است و امید است با اجرای نتایج بدست آمده از این طرح در مقیاسهای پایلوت و نیمه صنعتی بتوانیم آن را به خط تولید صنعتی برسانیم. دستاوردهای ویژه این طرح پژوهشی بطور خلاصه، شامل موارد زیر بوده است: - دستیابی به دانش فنی افزایش تدریجی آغازگر تند جهت افزایش قابل ملاحظه ظرفیت تولید برای اولین بار در كشور - بهبود خواص محصول و بهینه سازی فرآیند - كاهش مصرف انرژی در فرآیند تولید و كاهش هزینه ها - افزایش ایمنی فرآیند و آسیب های احتمالی - احداث واحد پیشتاز كوچك - سنتز یك آغازگر جدید ( كاتالیست) و استفاده در راكتور با روش تزریق تدریجی - ثبت اختراع با عنوان " فرآیند پلیمریزاسیون وینیل كلراید با افزایش تدریجی آغازگر" - چاپ 5 مقاله در ژورنالهای معتبر بین المللی - توسعه ارتباط دانشگاه با صنعت و تعریف تز دكترای دانشجو به عنوان بخشی از این طرح و نیز ارتباط با واحدهای مختلف تولید PVC كشور - تعیین و تصویب قطب بندی وزارتخانه ای نفت در دانشگاه صنعتی اصفهان با عنوان گروه پژوهشی " قطب پلی( وینیل كلراید)" - برگزیده شدن طرح به عنوان یكی از طرحهای پژوهشی برتر وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - آماده سازی راكتور 1000 لیتری در منطقه جنوب، جهت پیاده كردن نتایج این پژوهش. - قابلیت صنعتی شدن طرح تصویری از سامانه طراحی و ساخته شده:
