Docstoc

Referat_ Petrolul_ Chimie

Document Sample
Referat_ Petrolul_ Chimie Powered By Docstoc
					                                                         Cuprins



Introducere ................................................................................................................. 2

I.Petrolul - resursă energetică şi de materii prime ....................................................... 3

  A. Petrolul ca resursă .............................................................................................. 3

  B. Proprietăţile petrolului ........................................................................................ 3

  C. Filiere de prelucrare a petrolului ......................................................................... 5

II. Prelucrarea petrolului în rafinărie. Caracteristicile produselor petroliere................ 7

III. Industria petrochimică ........................................................................................ 15

     A.Fabricarea materialelor plastice ...................................................................... 16

     B. Fabricarea cauciucurilor sintetice .................................................................. 18

     C. Prelucrarea materialelor plastice şi cauciucurilor ........................................... 19

     D. Fabricarea fibrelor sintetice ........................................................................... 23

     E. Prelucrarea firelor şi fibrelor sintetice ............................................................ 25

Bibligrafie ................................................................................................................ 28




                                                              1
                                              Introducere

       Petrolul este o resursă importantă de materii prime şi de energie, contribuind cu o pondere de
la acoperirea balanţei energetice mondiale.
       Valorificarea petrolului are ca scop:
       1-separarea gazelor de sondă şi a altor materiale utile conţinute în petrolul brut;
       2-prelucrarea în rafinării pentru obţinerea de carburanţi, combustibili, lubrifianţi şi materii
prime petrochimice;
       3-valorificarea superioară a hidrocarburilor pentru fabricarea unor produse petrochimice
importante: materiale plastice, elastomeri, fibre şi fire sintetice, detergenţi, pesticide, medicamente.
       Este prezentat procesul de fabricare a carburanţilor şi lubrifianţilor în instalaţii DAV,
insistîndu-se asupra aspectelor tehnico-economice; sunt prezentate principalele produse petroliere şi
caracteristicile lor.
       De asemenea este prezentată la nivel de principiu prelucrarea petrolului şi a fracţiilor
petroliere prin procedee termocatalitice, în scopul fabricării de carburanţi de calitate superioară şi
materii prime petrochimice.
       În final se fac precizări asupra procesului de polimerizare, se prezintă proprietăţile specifice
polimerilor, domeniile lor de utilizare, procedeele de fabricare şi de prelucrare în vederea obţinerii
de produse finite cu valoarea de întrebuinţare mare.




                                                    2
                    I.Petrolul - resursă energetică şi de materii prime



A. Petrolul ca resursă

       Petrolul (ţiţeiul), unul din cei mai importanţi combustibili fosili este practic inutilizabil în
starea în care a fost extras din zăcămînt. Prelucrat prin diferite procese tehnologice duce la obţinerea
unei game largi de produse de importanţă deosebită pentru o economie modernă.
       Produsele obţinute din petrol reprezintă aproape jumătate din totalul resurselor energetice pe
plan mondial şi sunt utilizate nu numai pentru motoarele de automobile, tractoare, camioane, nave,
avioane şi rachete, dar şi pentru încălzirea locuinţei.
       În mod direct prin ardere, sau indirect prin producere de electricitate, petrolul reprezintă o
sursă de lumină artificială.
       Fracţiile petroliere sunt folosite pentru a obţine fire şi fibre pentru industria textilă,
cauciucuri sintetice, mase plastice, detergenţi, săpunuri, vopsele, lacuri, intermediari pentru
producţia de fertilizanţi, pesticide, medicamente etc.
       Deoarece sunt necesare resurse importante de capital şi trebuie realizate mereu noi investiţii,
de obicei în acest domeniu sunt implicate firme mari de stat sau particulare, care realizează
operaţiile de explorare, exploatare, transport, prelucrare şi vînzare a petrolului neprelucrat, precum
şi a produselor derivate.
       Deoarece este indispensabil, în timp de pace, găsirea zăcămintelor de petrol reprezintă o
preocupare constantă atît pentru firme, cît şi pentru naţiuni. Accesul la rezervele de petrol este un
domeniu prioritar al politicilor comerciale şi guvernamentale.
       Pentru firmele producătoare de petrol, perspectiva unui plafon ridicat al preţului petrolului
direcţionează industria respectivă spre sporirea eforturilor în domeniul activităţii de cercetare şi
dezvoltare, urmărind creşterea eficienţei proceselor tehnologice şi reducerea costurilor, în special în
cazul unor mari proiecte neconvenţionale de dezvoltare.




       B. Proprietăţile petrolului

       Petrolul este un lichid de culoare brun închis pînă la negru, cu fluorescentă verde sau
albastră. Conţine peste 90% hidrocarburi lichide, solide şi gazoase şi cantităţi mici de compuşi

                                                    3
organici cu sulf, azot, oxigen. Compoziţia elementară a petrolului variază în limitele 81-86% C, 12-
14% H, 0,05-7% S, O, N. Se mai găsesc şi unele microelemente.
       Hidrocarburile din petrol fac parte din următoarele clase: alcani sau hidrocarburi parafinice,
cicloalcani sau naftene şi hidrocarburi aromatice.
       Nu există petrol care să nu conţină toate cele trei clase de hidrocarburi, dar proporţia în care
se găsesc diferă mult atît la produsul iniţial, cît şi la fracţiile care se obţin prin prelucrare. Acest
aspect prezintă o importanţă deosebită pentru stabilirea valorii şi posibilităţilor de prelucrare a
fiecărui tip de petrol.
       Compuşii cu sulf au fost identificaţi în petrol sub diferite forme: hidrogen sulfurat,
mercaptani, sulfuri şi disulfuri etc. Prezenţa acestor substanţe este dăunătoare întrucît provoacă
greutăţi la prelucrarea petrolului. Sunt corozivi şi acţionează ca otrăvuri pentru catalizatori.
       Petrolul cu un conţinut de 0,5% sulf se găseşte rar (petrolurile romîneşti se încadrează în
această gurpă); de cele mai multe ori conţine 0,5 - 3 % sulf (unele petroluri din Orientul Mijlociu şi
Mexic conţin peste 5 % sulf.)
       Compuşii cu oxigen se găsesc în petrol în proporţie de 0,1% şi s-au identificat sub formă de
acizi (naftenici, alifatici), fenol, substanţe heterociclice etc.
       Compuşii cu azot sunt prezenţi în cantităţi foarte mici (sub 0,1 % N) cu excepţia unor
petroluri din Mexic, America de Sud (0,2 - 0,5 % N) şi din California (peste 1 % N). Uneori, este
necesară îndepărtarea lor, deoarece produc dezactivarea catalizatorilor folosiţi în procesele de
prelucrare.
       Substanţele răşinoase şi asfaltenele sunt compuşi policiclici cu structură complexă în
compoziţia cărora intră C, H, O, S şi N. La distilarea petrolului aceste substanţe se concentrează în
reziduu, influenţînd calitatea păcurii şi comportarea acesteia la prelucrarea ulterioară.
       Metalele sunt prezente în petrol fie sub formă de săruri anorganice, ca sulfaţi, cloruri sau
organice, fie sub formă de combinaţii complexe cu structură macromoleculară.
       Deşi, se găsesc în cantităţi mici prezenţa acestor substanţe prezintă inconveniente în ceea ce
priveşte prelucrarea, precum şi calitatea produselor obţinute deoarece: măresc acţiunea corozivă a
petrolului, favorizează formarea emulsiilor stabile şi deci, fac dificilă separarea apei din petrol,
măresc conţinutul în cenuşă al combustibililor; produc dezactivarea catalizatorilor folosiţi în
procesele de prelucrare a fracţiilor petroliere.
       Densitatea petrolului este cuprinsă între 0,70 - 0,97 g/cm3 . După densitate se deosebesc: -
petrol uşor bogat în hidrocarburi parafinoase, cu densitatea mai mică de 0,85 g/cm 3; - petrol
mijlociu bogat în hidrocarburi semiparafinoase, cu densitatea 0,85 - 0,88 g/cm3; -petrol greu,
asfaltos cu densitatea mai mare de 0,88 g/cm3.


                                                      4
       C. Filiere de prelucrare a petrolului

       Compoziţia complexă şi variată a petrolului face posibilă prelucrarea lui într-o gamă largă de
produse care pot fi utilizate cu eficienţă economică, în diferite scopuri energetice sau tehnologice.
       Dacă se considera valoarea petrolului egală cu 1 ea creşte prin chimizare astfel: fenol de 10
ori; butedienă 16 ori; acrilonitril 18 ori; polietilenă 15-20 ori; cauciuc CAROM 18-25 ori;
policlorură de vinii 18-21 ori; glicerina 24-26 ori; alcooli graşi 28-37 ori; polistiren şi copolimeri
40-45 ori; răşini poliesterice 40-120 ori; polipropilenă 70 ori; fibre poliesterice 60-80 ori etc.
       Înainte de prelucrare, petrolul se prepară prin diferite procese fizice şi chimice, în scopul
separării unor compuşi utili (gaze de sondă, brom etc.), şi îndepărtării apei saline, care este corozivă
pentru instalaţii şi produce emulsii la încălzire. Cele mai importante procedee de preparare sunt:
    separarea gazelor de sondă, a apei şi a impurităţilor mecanice;
    desalinizarea petrolului, respectiv îndepărtarea apei şi a sărurilor minerale solubile în apă.
       Procedeele de prelucrare a petrolului urmăresc două direcţii principale:
    obţinerea de carburanţi, lubrifianţi, combustibili;
    obţinerea de materii prime petrochimice: etenă, propenă, butene, butadienă, izopren,
       hidrocarburi aromatice: benzen, toluen, xileni etc.
       Aceste produse se obţin în rafinării, prin prelucrarea nedistructivă a petrolului şi apoi prin
prelucrarea distructivă a fracţiilor petroliere. Produsele de rafinărie rezultă prin prelucrarea a circa
90% din petrolul extras, la nivel mondial. Cantităţile de produse rezultate sunt de ordinul
milioanelor de tone pe an, dar au valoarea mult mai mică decît produsele petrochimice.
   1. Procesele de prelucrare primară, nedistructive au la bază operaţii fizice:
    distilarea petrolului la presiune atmosferică (DA);
    distilarea păcurii în vid (DV);
    fracţionarea gazelor de sondă, a gazolinei (fracţia C 5 – C 6 ) şi a gazelor de rafinărie etc.
   2. Procese de prelucrare secundară, distructive au la bază operaţii fizico-chimice:
     procese termice: cracare, micşorarea viscozităţii, cocsare, piroliză;
     procese termocatalitice: cracare, reformare, hidrocracare etc.;
   3. Procese de rafinare a produselor petroliere se aplică atît produselor rezultate de la
prelucrarea primară, cît şi celor de la prelucrarea secundară.
       Structura principalelor procese tehnologice de prelucrare variază în funcţie de natura
petrolului utilizat ca materie primă şi de cerinţele de calitate impuse produselor obţinute.




                                                    5
                       Tabelul 1. Principalele procese de prelucrare a petrolului

  Nr.     Denumire procedeu Scop                                  Procese tehnologice             Produse obţinute
  crt.
                                1. P r o c e s e f i z i c e
  1.1.    Distilarea            Obţinerea unor fracţiuni de Dstilare, fracţionare                 Gazele de rafinărie,
          atmosferică şi оn vid distilare                                                         benzină, petrol
                                                                                                  lampant, motorină,
                                                                                                  uleiuri minerare
  1.2.    Fracţionarea         şi Obţinerea unor                    Răcire, condensare            Fracţii C1- C4, fracţia
          purificarea gazelor     hidrocarburi sau fracţiiuni absorbţie, adsorbţie                C5, heliu
                                  de gaze prin procese de
                                  chimizare din gazele de
                                  sondă sau de rafinărie
  2.1.    Reducerea                   2. P r o c e d e e d e        Cracare termică               Gaze: H2,C1,C2, C3,
          viscizităţii. Cocsarea p r e l u c r a r e prin                                         C4, benzine, distilate
          оntîrziată              procese termice:                                                cu viscozitate scăzută
                                      Prelucarea produselor                                       pentru uz general, cocs
                                  reziduale de la distilarea оn                                   de petrol
                                  vid şi atmosferică.
                                       Obţinere a
                                  combustibililor lichizi şi a
                                  cocsului
  2.2.        Piroliza                Obţinerea de olefine      Piroliză cu vapori de apă sau     Etern, propenă,
                                      etc                       oxigen, dehidrogenări             butadienă, alte
                                                                                                  produse
  3.1.        Cracarea                 3. P r o c e d e e d e p       Cracarea catalitică         Benzină cu CO
              catalitică         r e l u c r a r e prin procese                                   ridicată, gaze C3- C4,
                                 catalitice                                                       motorină cu conţinut
                                       Obţinerea benzinelor                                       ridicat de aromate
                                 cu cifră octanică ridicată şi
                                 de mare stabilitate.
                                       Olefine pentru sinteze
                                 chimice
  3.2.        Reformare          Transformarea benzinelor         Dehidrogenare,                  Benzine cu CO
              catalitică         grele de distilare primară şi    ciclizare,                      ridicată, hidrocarburi
                                 parţial a celor de la            dehidrociclizare,               aromatice, hidrogen
                                 cracarea termică şi              dehidroizomerizare,
                                 hidrocracare оn benzine cu       Hidrocracare
                                 CO ridicată
  3.3.        Hidrocracarea      Obţinerea de hidrocarburi        Dehidrogenare, izomerizări,      Materii prime pentru
                                 uşoare C4- C5. Benzinele cu      cracări catalitice, hidrogenarea petrochimie, benzine,
                                 CO ridicată. Combustibili        produselor nesaturate            carburanţi pentru
                                 pentru reactoare şi                                               reactoare
                                 motoareDiesel.
                                 Recuperarea tehnologică a
                                 H2




         Valorificarea petrolului se poate face în condiţii avantajoase din punct de vedere tehnologic
şi economic printr-o producţie echilibrată de materii prime pentru petrochimie şi de combustibili de

                                                            6
calitate superioară, în complexul petrochimic. Complexul cuprinde rafinăria şi instalaţiile de
prelucrare petrochimică, în care se prelucrează materii prime derivate din petrol şi din metan la
produse intermediare sau finite. Complexul trebuie să fie astfel proiectat încît să se poată dezvolta
prin integrarea unor noi procese tehnologice, care să asigure prelucrarea produselor intermediare în
produse finite, pentru care există cerere, o valorificare cît mai completă şi complexă a materiilor
prime, să permită prelucrarea de noi materii prime în funcţie de conjunctura economică, să modifice
tehnologia pentru diversificarea gamei de produse destinate consumului.
       În general, producţia acestor mari unităţi industriale este orientată spre fabricarea de
materiale plastice, elastomeri, fire şi fibre sintetice, antidăunători, detergenţi, agenţi frigorifici,
lacuri, solvenţi, plastifianţi etc. În Tabelul 1. am prezentat principalele procedee de prelucrare a
petrolului şi a fracţilor petroliere.




   II. Prelucrarea petrolului în rafinărie. Caracteristicile produselor petroliere
        A.Distilarea petrolului la presiune atmosferică şi în vid (DAV)
        Prelucrarea nedistructivă a petrolului se realizează prin distilare atmosferică, cînd se obţin
fracţii petroliere care corespund unor produse albe, solicitate direct de consumatori, sau care sunt
prelucrate în continuare distructiv. Instalaţiile de distilare atmosferică pot să funcţioneze
independent, sau cuplate cu instalaţii de distilare la presiune redusă.
        Prelucrarea se realizează prin distilarea fracţionată sau rectificare care reprezintă o
succesiune de vaporizări şi condensări rezultate din schimbul de căldură şi de masă între vapori şi
reflux (condensatul returnat în coloana de distilare).
        Se realizează astfel un proces de vaporizare-condensare la echilibru.
        În cazul în care distilarea fracţionată se aplică direct petrolului şi are loc la presiunea
atmosferică, poartă denumirea de distilare primară sau atmosferică (DA), iar cînd se aplică
reziduului de la distilarea primară, respectiv păcurii are loc la presiune scăzută (vid) şi se numeşte
distilare secundară sau în vid.
        Distilare primară (atmosferică)
        Prin distilare primară se obţin fracţii petroliere cu intervale de fierbere diferite:
        -   gaze necondensabile;
        -   benzine (uşoare, medii, grele) cu temperaturi de distilare între 3O-2000C reprezentînd
circa 1216% din petrol
        -   white-spirit în intervalul 160-2050C ,circa 2-6% din petrol
        -   petrol lampant, în intervalul 200-2500C, circa 18% din petrol

                                                     7
       -   motorine (uşoare şi medii) în intervalul 25O-3500C, circa 5% din
petrol păcura (reziduu de distilare), peste 350°C, circa 40-55% din petrol.
       Instalaţia de distilare atît primară, cît şi secundară este formată dintr-un cuptor tubular şi o
coloană cu talere şi clopote.
       Cuptorul tubular este alcătuit dintr-o cameră paralelipipedică de cărămidă refractară în care
se află un ecran de ţevi pentru circulaţia petrolului şi în care se arde metan sau păcură. Gazele arse
trec printr-un schimbător de căldură care recuperează o parte din energie.
       Operaţia de punere în contact a petrolului lichid şi a vaporilor de petrol se realizează în
coloana cu talere şi clopote, al cărei regim termic variază de la bază (350°C) spre vîrf (40°).
       Schematic elementele unei astfel de coloane sunt prezentate în fig. 2.2.




       Fig.2. Secţiune prin coloana de distilare L -lichid; V -vapori; 1-taler;
2-clopot; 3-preplin.


       Talerul este o placă orizontală prevăzută cu ştuţuri acoperite cu clopoţei (pot fi cîteva sute pe
fiecare taler). Vaporii care urcă prin ştuţ, datorită clopotului cufundat în lichidul de pe taler care
realizează închiderea hidraulică, vor barbota prin lichid.
       Amestecul care trebuie separat este introdus pe un anumit taler al coloanei, curge din taler
prin preaplin pierzînd treptat componenţii mai uşor volatili (care fierb la temperatură mai scăzută)
în timp ce componenţii mai grei ai vaporilor ce urcă în contracurent, condensează în contact cu
lichidul.aflat mai sus in coloană, deci la o temperatură mai coborîtă.
       În cursul acestui proces, o parte din lichidul mai volatil se vaporizează şi o parte din vaporii
mai puţin volatili se condensează, astfel încît faza gazoasă se îmbogăţeşte în componenţi mai uşor
volatili, iar lichidul în componenţi mai greu volatili.
       La ieşirea din coloană, vaporii sunt condensaţi într-un schimbător de căldură; o parte din
condensat se întoarece ca reflux, iar restul condensatului este evacuat ca produs.
       Rolul refluxului este să condenseze componenţii grei ai vaporilor, realizînd o îmbunătăţire a
calităţii produselor.



                                                    8
       La partea inferioară a coloanei se injectează abur supraîncălzit, ceea ce provoacă o nouă
vaporizare a lichidului, iar vaporii formaţi urcă din taler în taler asigurînd concentrarea lichidului
prin vaporizări succesive.
       Pentru a obţine compoziţii constante ale fracţiilor se urmăreşte temperatura petrolului la
ieşirea din cuptor, precum şi debitele şi temperaturile refluxurilor.
       Gradul de separare şi calitatea produselor obţinute la distilare depind de numărul de talere
din coloana de fracţionare şi de debitul refluxului.
       Reziduul de la distilarea primară, păcura reprezintă materia primă pentru fabricarea
uleiurilor minerale şi a parafinei, poate fi utilizată la cracare sau drept combustibil.
       Distilarea în vid
       Pentru obţinerea uleiurilor, păcura este distilată în vid, astfel încît să fie coborîtă
temperatura de fierbere a componenţilor acesteia, spre a nu se produce degradări termice.
       Distilarea în vid a păcurii se execută în instalaţii asemănătoare celor de la distilarea primară.
Instalaţia este alcătuită dintr-un cuptor tubular în care păcura este încălzită la cca.350° C, după care
intră în coloana cu talere şi clopote.
       Fiecare fracţie obţinută (ulei uşor, mediu, greu) este supusă unei operaţii de rafinare.
       Din considerente economice, instalaţiile de distilare atmosferică se construiesc cuplate cu
instalaţiile de distilare în vid, realizîndu-se o instalaţie de distilare atmosferică şi în vid (D.A.V.) fig.
3.




      Fig. 3. Instalaţie DAV. 1-cuptor tubular; 2-coIoanг de distilare atmosfericг;
      3-coloanг de distilare оn vid.
                                                     9
       Consumurile de combustibil şi materiale auxiliare raportate la materia primă prelucrată scad pe
măsură ce creşte capacitatea de prelucrare a instalaţiei. Capacitatea optimă se situează la cea. 3
milioane tone petrol/an.

                                 Caracteristicile produselor petroliere

       Produsele petroliere trebuie să corespundă calitativ cerinţelor consumatorilor. Principalele
caracteristici sunt: interval de distilare, densitate, culoare, proprietăţi de ungere la lubrifianţi,
proprietăţi antidetonante la benzine şi motorine (cifră octanică, cetanică, punct de inflamabilitate)
etc.
       Benzine
Benzinele comercializate reprezintă amestecuri de benzine de DA, cracare catalitică şi reformare
catalitică. Conţin hidrocarburi parafinice, izoparafinice şi aromatice. După intervalul de distilare
benzinele se grupează în: -benzine auto cu intervalul de distilare 55-2000C; -benzine de avion (4O-
18O0C); -benzine de extracţie (65-120°C); benzine grele (125-200°C).
       Comportarea benzinelor la ardere (autoaprindere) se determină cu ajutorul cifrei octanice (CO).
       Cifra octanică reprezintă procentul în volume de izo-octan în amestec cu n-heptan care la ardere
în motorul standard se comportă ca şi benzina studiată.
       Cifra octanică poate avea valori de la 0 - 100, alegîndu-se ca hidrocarburi de referinţă: izo-
octanul CgHig căruia i s-a atribuit CO = 100 şi n-heptanul cu CO = 0. Aceste hidrocarburi nu sunt
conţinute de benzine. De exemplu, o benzină cu CO = 70 se comportă ca un amestec format din
70% izooctan şi 30% n-heptan. în funcţie de autoaprindere clasele de hidrocarburi se situează în
ordinea: parafine < naftene < izoparafine < aromate
          CO a benzinelor se poate mări şi prin adăugarea de 1,2 g tetraetil-plumb/litru, sau eteri
MTBE, ETBE etc. Benzina cu plumb este mai poluantă, deoarece elimină oxizi de plumb în gazele
de eşapament.
          Prin creşterea CO, de exemplu de la 69 la 92, puterea motorului creşte cu 40%, iar consumul
de benzină scade cu 15%.
          Motorine (300-3700C interval de distilare)
          Pentru caracterizarea motorinelor se foloseşte cifra cetanică. Drept hidrocarburi de referinţă
s-au ales : cetanul C16H34 cu CC = 100 şi a-metilnaftalina (C 10H7 -CH3) cu CC = 0.
          Cifra cetanică reprezintă procentul în volume de cetan în amestec cu alfa metiln aftalina care
are aceeaşi sensibilitate la autoaprindere în motorul Diesel standard ca şi motorina studiată.
          Motorinele au în general valori ale CC de 35 -55. Motorinele cu CC 35-40 se folosesc pentru
motoare cu turaţie mică, cel cu CC 40-45, pentru motoarele cu turaţie medie, iar cele cu CC 45
pentru turaţie mare.
                                                    10
          Păcura utilizată drept combustibil, are o putere calorică mare 9400-9500 kcal/kg, cu un
conţinut de sulf de cea. 1% şi cenuşe de 0,3%. Se utilizează la fabricarea uleiurilor minerale,
cocsului metalurgic şi în procese de cracare termică şi catalitică.
          Uleiurile minerale
          Uleiurile minerale (lubrifianţi) împiedică degradarea suprafeţelor metalice sub acţiunea
creşterii temperaturii, deoarece formează filme (pelicule) care determină o frecare fluidă cu un
consum de energie redus.
          în general uleiurile se clasifică în uleiuri de motoare şi industriale. Fiecare grupă conţine
apoi sute de specificaţii de uleiuri. Pentru a satisface cerinţele de exploatare a motoarelor la variaţii
de temperatură a mediului se fabrică uleiuri multigrad, obţinute din uleiuri rafinate, cu viscozitate
redusă, aditivate cu polimeri, detergenţi, antioxidanţi.

          B. Prelucrarea fracţiilor petroliere în scopul obţinerii materiilor prime petrochimice
          Procedeele distructive de prelucrare a produselor petroliere au drept scop, obţinerea de
combustibili superiori şi de materii prime petrochimice. După condiţiile de lucru, aceste procedee
pot fi:
    - procedee termice, care au loc sub influenţa temperaturii şi a presiunii; -        procedee catalitice,
influenţate de temperatură, presiune şi catalizatori. Cele mai utilizate procedee tehnologice sunt:
piroliza cracarea termică, cracarea       catalitică şi reformarea catalitică.
          Cracarea termică şi piroliza
          Cracarea termică valorifică superior fracţiile ce rezultă în procesul DAV. Cracarea termică
se realizează prin intermediul unor reacţii ce au drept efect scindarea hidrocarburilor cu mase
moleculare mari şi redistribuirea atomilor de hidrogen prin dehidrogenarea parafinelor ce trec în
olefine. Procesul de cracare termică se realizează la temperaturi de 450-520°C, în funcţie de
condiţiile de lucru şi de calitatea materiei prime, obţinînd în proporţii variate produse cu mase
moleculare mai mici şi cu proprietăţi de curgere ameliorate.
          Principalele reacţii care au loc sunt: - ruperea lanţului de atomi de carbon (scindare, cracare)
rezultînd parafine cu număr de carbon mai mic şi olefine;
      -     dehidrogenare;
      -     formare de cocs (cocsare).
          Piroliza este o variantă a cracării termice, care are loc la 750-800°C şi este utilizată în special
pentru obţinerea olefinelor din gaze de sondă. Olefinele (etena şi propena) sunt materii prime pentru
obţinerea materialelor plastice în petrochimie.
          Procedeele tehnologice de piroliza pentru obţinerea unor produse de mare tonaj s-au
dezvoltat pe două direcţii:

                                                      11
        1/ dehidrogenarea termică a etanului la etenă folosind ca materie primă gazele naturale sau
gazele de rafinărie;
       21 cracarea termică cu vapori de apă folosind ca materii prime fracţii petroliere uşoare, medii
sau grele.
       În procesul de obţinere a olefinelor, materia primă determină structura cheltuielilor de
producţie în proporţie de 60-75%. Piroliza materiilor prime grele nu poate concura din punct de
vedere economic cu procedeul de cracare a etanului, decît în cazul recuperării totale a olefinelor
superioare.
       Deci, costul mai scăzut al fracţiilor grele este anihilat de necesitatea unor investiţii mari
făcute în scopul recuperării coproduselor de mai sus.
       Mărirea capacităţilor producţiei de olefine, în ultimii ani a fost determinată de creşterea
consumului de produse derivate din etenă şi de progresele tehnologice realizate în domeniul
valorificării coproduselor: propenă şi butene.
       Cîteva din produsele care se pot obţine din etenă şi propenă sunt prezentate în continuare:




       Butenele servesc ca materie primă la fabricarea butadienei - intermediar la fabricarea
cauciucului sintetic.
       Cracarea catalitică
       Scopul acestui proces este fabricarea benzinelor cu CO ridicată şi de mare stabilitate în timp;
concomitent se obţin hidrocarburi olefinice.
       Randamentul în benzine a acestui procedeu este foarte ridicat, posibilitatea de formare a
produselor grele fiind redusă.
       Catalizatorii folosiţi sunt de tip alumosilicaţi de sodiu SiCh • AI2O3. Na20, naturali (argile
active) sau sintetici. În practica industrială se utilizează catalizatorii sintetici.
       Principalele reacţii care au loc sunt de: - cracare; - dehidrogenare; -izomerizare; -cocsare
(nedorit).
                                                      12
       Activitatea catalizatorilor de cracare a hidrocarburilor este influenţată favorabil de aciditate
şi de dimensiunile suprafeţei specifice. Modificarea reţelei cristaline sub acţiunea temperaturii
ridicate în prezenţa apei sub formă de vapori, determină dezactivarea catalizatorilor.
       Prezenţa în materia primă a unor compuşi cu azot, vanadiu, nichel, cupru sau fier, chiar în
cantităţi foarte mici, modifică sensibil activitatea şi selectivitatea catalizatorilor în detrimentul
formării benzinelor.
       Catalizatorii de cracare au o durată de funcţionare de 10 - 15 minute, după care se
regenerează cu aer cald şi vapori de apă, pentru îndepărtarea stratului fin de cocs depus în timpul
cracării. Durata de funcţionare în condiţii optime (viaţa catalizatorului) a unui catalizator sintetic
este de 6 - 12 luni, iar a celui natural de 3 - 6 luni.
       Îmbătrînirea catalizatorului este condiţionată de regimul termic din reactor, mai ales în
perioada regenerării, cînd la temperaturi mai ridicate se produc sinterizări ale suprafeţei.
       Catalizatorul se prezintă sub formă de granule sferice, cu diametrul de ordinul zecilor de
microni, avînd astfel porozitate foarte mare, care asigură o suprafaţă activă de 500 - 600 m.p./g.
       Materia primă pentru cracarea catalitică este formată dintr-o gamă largă de fracţii petroliere:
motorine uşoare, medii şi grele, distilate grele de vid şi chiar reziduuri. Randamentul proceselor de
cracare catalitică şi calitatea produselor finite sunt influenţate de calitatea materiei prime, de
activitatea catalizatorului şi de parametrii termodinamici şi cinetici de lucru: temperatură, presiune,
timp de contact sau viteza de volum.
        Procesul are loc la o temperatură de 460-540°C şi o presiune egală cu presiunea atmosferică.
Există mai multe tipuri de instalaţii de cracare catalitică avînd catalizatorul dispus în strat fix, în
strat fluidizat sau în strat mobil. 85 % din instalaţiile de cracare catalitică funcţionează în strat
fluidizat, întrucît acest procedeu este deosebit de eficient (fig.2.4).
       Produsele obţinute în urma acestui proces sunt: benzine de cracare catalitică, hidrocarburi
gazoase şi motorine de cracare catalitică.
       Produsele prezintă stabilitate mai mare decît cele obţinute în procesele de cracare termică a
unor materii prime similare. Benzinele de cracare catalitică au cifra octanică mai mare (86 - 92)
comparativ cu cele de cracare termică (75) datorită formării izoparafinelor în prezenţa
catalizatorului. Motorina uşoară de cracare catalitică are un conţinut ridicat de hidrocarburi
aromatice, fapt care îi conferă proprietăţi superioare de carburant.




                                                      13
                                 Fig 4. Schema de cracare catalitică în strat fluidizat
                 1-conductă treapta I de reacţie; 2- separator;3-5 coloane distilare;
                 4- reactor treapta II de reacţie; 6-7 regeneratoare catalizator.


       Reformarea catalitică
        Scopul acestui proces este obţinerea benzinei cu cifră octanică ridicată, (CO=98) avînd un
conţinut de cea. 16% hidrocarburi aromatice şi cca.35% olefine.
       în acelaşi timp se mai obţine un concentrat de hidrocarburi aromatice (BTX), hidrocarburi
C1-4 şi în calitate de coproduse, olefine şi hidrogen.
       Materiile prime sunt benzine de DA şi cracare.
       Catalizatorii folosiţi în proces au o funcţie dublă. Sunt formaţi dintr-un metal precum
Pt,Rh,Re, care este activ şi selectiv pentru reacţiile de dehidrogenare, aşezat pe un suport de
aluminosilicaţi şi activ în reacţiile de izomerizare şi ciclizare.
       Procesul are loc la temperaturi de 490-520°C şi presiune de 10-25 atm. Odată cu creşterea
temperaturii, creşte cantitatea de aromate în produse, deci cifra octanică creşte, dar creşte şi viteza
de cocsare a catalizatorului, fapt ce duce la dezactivarea catalizatorului şi la scurtarea intervalului
de regenerare.
       Industrial, procesul se realizează în mai multe variante tehnologice care diferă în special prin
modul de regenerare a catalizatorului. Se cunosc procedee continue regenerative în care există 2
reactoare cu funcţionare ciclică, care sunt foarte flexibile datorită unei game foarte largi de materii
prime folosite, dar cu investiţii foarte mari.
       Există şi procedee regenerative semicontinue, care durează 60-80 zile.
       Calitatea benzinelor obţinute este superioară în cazul procedeelor continue.
       În anumite situaţii se mai utilizează şi procedee de hidrofinare şi hidrocracare.

                                                      14
       Hidrofmarea este un procedeu de rafinare a produselor petroliere prin hidrogenare, care
urmăreşte îndepărtarea compuşilor cu sulf, oxigen şi azot din amestecul de hidrocarburi şi
transformarea acestora în H2 S, H2O, NH3 .
       Hidrocracarea este un proces de hidrogenare severă prin care se prelucrează unele fracţii
grele de ţiţei în scopul obţinerii atît a unor carburanţi superiori, cît şi a unor materii prime
petrochimice.
       Procesele de hidrocrare sunt cuplate cu cele de reformare catalitică în vederea obţinerii de
hidrocarburi şi fracţii petroliere uşor chimizabile.
Sub aspect economic, hidrocararea se justifică prin necesitatea de a transforma păcura (al cărui preţ
este în prezent inferior celui al ţiţeiului din care provine) în produse albe (benzine sau motorine)
mult solicitate.


       III. Industria petrochimică

       Preţul ţiţeiului influenţează preţul materiilor prime petrochimice şi a cunoscut fluctuaţii. Cu
toate şocurile petroliere care au provocat crize în aprovizionarea cu ţiţei şi a variaţiei preţurilor,
industria petrochimică s-a dezvoltat continuu.
       Cel puţin 4 factori pot modifica perspectivele industriei petrochimice pe termen scurt şi
       lung:
       - probleme de funcţionare tehnologică;
       - balanţa cerere-ofertă;
       - micşorarea numărului furnizorilor ;
       - managementul în domeniul rezervelor.
       Pentru investiţii se acordă atenţie progresului tehnologic, selecţiei şi flexibilităţii materiei
prime, dimensiunii instalaţiilor şi amplasamentul lor. Factorii importanţi pentru viitorul
petrochimiei sunt consideraţi: calitatea materiilor prime, costurile cît mai scăzute ale acestora,
consumul energetic scăzut şi managementul tehnologic.
       Prelucrarea ţiţeiului în rafinărie se realizează cu o creştere valorică de 1:4. Aceeaşi cantitate
de ţiţei prelucrată în industria petrochimică are un indice de creştere valorică de 1:40, transformarea
în fibre sintetice are un indice de creştere de 1:400, iar transformarea în medicamente 1:750.
       Dezvoltarea industriei petrochimice este condiţionată în special de dinamica de dezvoltare a
consumului de compuşi macromoleculari (materiale plastice, cauciucuri sintetice, fire şi fibre
sintetice) pentru care industria petrochimică asigură materiile prime de bază (monomerii).
Dezvoltarea producţiei de produşi macromoleculari a fost favorizată de proprietăţile acestora:
densitate mică, proprietăţi electroizolante, rezistenţă la acţiunea agenţilor chimici şi atmosferici,

                                                   15
rezistenţă mecanică deosebită, prelucrarea în condiţii energetice economice, costuri relativ reduse.
Datorită acestor considerente, produşii macromoleculari au pătruns practic în toate domeniile:
industria textilă, a anvelopelor, electrotehnică, construcţii de maşini, materiale de construcţii, bunuri
de consum, agricultură , transporturi etc.
       Aceşti produşii macromoleculari se caracterizează prin faptul că au o masă moleculară, M,
cuprinsă între cîteva mii şi milioane de unităţi atomice de masă. Se obţin în urma unor procese de
polimerizare la care participă substanţe organice cu duble sau triple legături, sau procese de
policondensare, din substanţe care conţin anumite grupe funcţionale capabile să interacţioneze, cu
eliminarea unor molecule simple (H 2O, NH3), formînd lanţuri macromoleculare.


       A.Fabricarea materialelor plastice
       Principalele materiale plastice (produse macromoleculare cu proprietăţi plastice la
prelucrare) sunt: polietilena, polipropilena, policlorura de vinii şi polistirenul. Proprietăţile acestor
materiale depind de: calitatea materiei prime, de sistemul catalitic folosit, parametrii de lucru
(temperatură, presiune), sistemul de transfer termic, modul de agitare şi natura mediului de reacţie.
       Polietilena
       Polietilena se obţine prin mai multe variante tehnologice care se diferenţiază în funcţie de
presiunea la care au loc:
       1) la presiune ridicată, 1500-2000 atm, temperatură de 250°C, în fază gazoasă, în prezenţa
unor iniţiatori de reacţie ca peroxizi organici sau chiar oxigen;
       2) la presiune medie, 100 atm. şi 200°C, folosind catalizatori solizi, în solvenţi organici;
       3) la presiune joasă, 1-10 atm, 70°C , catalizator specific, în solvent.
       Polietilena, cel mai ieftin material termoplastic obţinut prin unul din procedeele descrise, se
caracterizează prin proprietăţi mecanice şi electrice remarcabile, stabilitate termică, rezistenţă
ridicată la acţiunea agenţilor chimici, impermeabilitate la gaze şi lichide, densitate mică şi
prelucrabilitate uşoară.
       Procesul de polimerizare a etenei la presiune ridicată se desfăşoară după un mecanism care
în mod simplificat se poate prezenta printr-o succesiune de reacţii: iniţierea reacţiei, propagarea şi
întreruperea lanţului polimeric. Reacţia de polimerizare a etenei este următoarea:
              n CH2 = CH2 -> [- CH2- CH2-] n Schema de flux tehnologic a
       polimerizării etilenei este prezentată fig.5.




                                                   16
                                   Fig. 5. Fluxul tehnologic de fabricare a polietilenei


       Polimerizarea în prezenţă de catalizatori reduce presiunea şi în consecinţă consumurile
energetice şi costurile, dar ridică probleme privind puritatea monomerului, alegerea solventului etc.
Rezultă însă polimeri cu structură spaţială ordonată şi caracteristici mecanice mai bune, datorate
atît structurii cît şi masei moleculare mai mari.
       Polietilena se poate utiliza în industria electrotehnică ca electroizolant ideal, sub formă de
filme la confecţionarea ambalajelor, iar foliile de polietilenă au o largă utilizare în agricultură,
construcţii. Din polietilenă se pot realiza conducte pentru drenare şi diferite articole pentru
laboratoare şi uz casnic. După prelucrare prin filare, se poate folosi în scopuri industriale, firele
obţinute fiind comparabile cu firele de nylon.
       Polipropilena prezintă proprietăţi fizico-mecanice comparabile cu ale polietilenei, dar are
temperatura de topire mai mare şi este mai sensibilă la acţiunea oxigenului în special la temperaturi
ridicate.
       Policlorura de vinii (PCV) este unul din cei mai importanţi polimeri termoplastici
înregistrînd un ritm de creştere din cele mai ridicate. Principalii consumatori ai PCV sunt industriile
care asigură confortul social: mobilă, construcţii, bunuri de consum, industria electrotehnică,
maşini, ambalaje etc.
       Clorura de vinii se polimerizează în soluţie apoasă, în suspensie sau în emulsie. Calitatea
polimerului (inclusiv dimensiunile) este influenţată de condiţiile de racţie. Clorura de vinii înainte
de polimerizare este purificată, datorită faptului că unele impurităţi pot acţiona ca inhibitori ai
procesului de polimerizare. Prin polimerizarea clorurii de vinil în suspensie (procedul cel mai
răspîndit) se obţin două categorii de PCV:
       - compact normal, format din particule sferice, incolore, transparente, cu structură cristalină
şi care prezintă dificultăţi de prelucrare;
                                                    17
       - amestec uscat, format din particule aglomerate, amorfe, care se prelucrează mai uşor, dar
de calitate mai slabă.
       Proprietăţile PCV sunt determinate de masa moleculară a polimerului, de dispersia masei
moleculare şi de gradul de ramificare a lanţului. PCV-ul are stabilitate redusă în timp, deficienţă
ameliorată prin folosirea unor stabilizatori şi plastifianţi ce modifică rigiditatea produsului şi
permite prelucrarea lui în condiţii mai economice.


                B. Fabricarea cauciucurilor sintetice

       Cauciucurile sintetice sunt produse macromoleculare care la prelucrare suferă o deformare
elastică (alungire pînă la 200%), revenind la forma iniţială după încetarea acţiunii de întindere. Se
mai numesc şi elastomeri.
       Producţia mondială de cauciuc determină evoluţia mijloacelor moderne de transport, precum
şi a unor importante sectoare din industria bunurilor de consum.
       Producţia de cauciuc este formată din: cauciuc natural - produs natural macromolecular a
cărui unitate structurală este izoprenul şi cauciucuri sintetice (produse macromoleculare,
vulcanizabile, cu proprietăţi înalt elastice).
       Cauciucurile sintetice se pot grupa în două categorii:
       - cauciuc de uz general folosit pentru anvelope, produse de larg consum;
       - cauciucuri speciale: cloroprenice, izobutilenice, siliconice, etc.
       Cauciucul natural este un cauciuc poliizoprenic, ce conţine 98% unităţi structurale cu o
configuraţie de tip "cis", care îi conferă proprietăţi speciale: elasticitate înaltă, sensibilitate la O2 şi
solvenţi, rezistentă limitată la uzură.
        Reacţia de polimerizare prin care se formează cauciucul este:
        nCH2=C-CH=CH2- ► iCH2-C=CH-CH?Jn

                CH3                       CH3
            izopren              cauciuc poliizoprenic
       Cauciucurile      sintetice    cele       mai   utilizate   sunt   cauciucurile    polibutadienice,
polibutadienstirenice şi poliizoprenice.
       Problemele dificile pe care le ridică sinteza cauciucurilor constau în necesitatea de a întruni,
într-un singur produs, calităţi mecanice superioare, constante în intervale largi de temperatură, cu o
mare stabilitate chimică faţă de oxigen şi hidrocarburi.
       Cauciucul butadien-stirenic (CAROM) are poderea cea mai mare în producţia mondială de
elastomeri; se obţine din monomeri de puritate ridicată, butadienă şi stiren sau a - metilstiren.


                                                       18
        Fabricarea lui se realizează prin copolimerizarea în emulsie, fie la 50°C (procedeul cald), fie
la 5-6°C (procedeul rece). în procedeul de copolimerizare se folosesc iniţiatori, emulgatori,
electroliţi. Rezistenţa la rupere, flexibilitatea, rezistenţa la abraziune şi alte proprietăţi mecanice
depind în principal de masa moleculară.
        Pentru a îmbunătăţi proprietăţile tehnologice ale cauciucului se introduce ulei mineral sau
negru de fum în latexul de cauciuc în faza premergătoare coagulării (şarjarea cu ulei a cauciucului).
Prin această operaţie se îmbunătăţesc proprietăţile fizico-mecanice ale elastomerului, se elimină
faza de plastifiere în procesul de prelucrare şi se realizează o scădere a cheltuielilor de producţie
prin scăderea consumului de monomeri. Creşte durata de rulare a anvelopelor cu 15-20 % dacă se
utilizează cauciucuri şarjate cu ulei şi cu 25% dacă se utilizează cauciuc şarjat cu negru de fum.
Şarjarea cu negru de fum se poate realiza şi la prelucrarea cauciucului, dar cu consumuri energetice
mai ridicate.
        Dublele legături care rămîn în catena principală a produsului macromolecular determină
caracterul înalt elastic al acestor produşi şi oferă multiple posibilităţi de prelucrare a polimerului,
cea mai importantă fiind vulcanizarea.
        Cauciucurile stirenice sunt inferioare cauciucurilor naturale în ce privesc proprietăţile
plastice şi rezistenţa la deformări repetate. Ele au însă o rezistenţă mai mare la uzură şi la agenţii de
oxidare decît cauciucul natural. Au proprietăţi dielectrice bune şi impermeabilitate faţă de aer, apă,
abur.

        Apariţia unor noi tipuri de cauciuc sintetic cu unele proprietăţi superioare cauciucului natural
a extins domeniul de utilizare a acestor produse macromoleculare, astfel că în prezent, practic nu
există nici o ramură industrială care să nu consume cauciuc sub o formă sau alta.


                        C. Prelucrarea materialelor plastice şi cauciucurilor

        Materialele plastice şi elastomerii se deosebesc din punct de vedere al structurii şi prin unele
caracteristici, dar din punct de vedere al prelucrării pentru obţinerea de produse finite comportă
unele operaţii similare. Procesul de prelucrare a acestor produse macromoleculare este prezentat în
tabelul 2.
                     Tabelul 2. Fluxul tehnologic de prelucrare a polimerilor
  Fazele fluxului de prelucrare                              Operaţii de prelucrare
  Dozarea ingredienţilor
  Prepararea amestecurilor                                   Malaxarea Vălţ uire
  Obţinerea semifabricatelor şi a unor produse brute         Presare Injecţie Extrudere
                                                             Calandrare
  Finisare                                                   Strunjire, ştanţare
                                                             Găurire Sudare, Rectificare

                                                       19
       După cum se observă prelucrarea se realizează prin unele operaţii similare celor aplicate în
industria constructoare de maşini.
          Scopul acestor prelucrări este obţinerea unor piese sau obiecte finite de diferite dimensiuni şi
forme geometrice, care au multiple utilizări.
       Prelucrarea materialelor plastice începe cu pregătirea componentelor şi dozarea acestora, în
funcţie de calităţile impuse produsului finit şi pentru a ajunge la un echilibru între atingerea
scopului propus şi costul adaosurilor folosite.
       Materialele de umplutură (ingredienţii) sunt în general, substanţe ieftine care modifică
proprietăţile mecanice, electrice etc. Se utilizează : făină de lemn, fibre textile, care conferă
rezistenţă la şocuri, azbest pentru creşterea termostabilitîţii, mică pentru sporirea rezistivităţii
electrice, grafit pentru reducerea coeficientului de frecare, ingredienţi cu acţiune specifică
(fungicide) pentru creşterea rezistenţei la microorganisme, plastifianţi pentru mărirea intervalului de
înmuiere şi coloranţi.
          In cazul elastomerilor, în vederea obţinerii amestecurilor de cauciuc de tip semifabricate se
înglobează: agenţi de vulcanizare, plastifianţi, antioxidanţi sau stabilizatori, negru de fum, şarje
minerale (ulei) etc.
     Prepararea amestecurilor se realizează prin omogenizarea ingredientelor şi se bazează pe
fenomene de deformare mecanică şi termică. Aceste fenomene pot continua şi în timpul obţinerii
pieselor şi imprimă în final anumite proprietăţi materialelor: rezistenţă mecanică, elasticitate,
rezistenţă la acţiunea agenţilor chimici şi atmosferici etc.
       Malaxarea implică dispersarea ingredienţilor în masa polimerului şi necesită condiţii optime
de amestecare. Se utilizează diferite tipuri de malaxoare. Pentru producţii mari este utilizat
malaxorul capsulat, în care amestecarea se datoreşte frecării şi apăsării materialului în interiorul şi
pe pereţii utilajului.
       In fig.8 este redată schiţa unui malaxor capsulat. Avantajele acestui tip de malaxor sunt
următoarele: timp de lucru redus, capacitate de producţie mare, pericol de accidente redus, poluare
redusă.




                                           Evacuare

                                           Fig.8 Schiţa unui malaxor capsulat
                                                     20
          Prepararea poate continua prin vălţuire este o operaţie de omogenizare aplicată în special
amestecurilor de cauciuc. Se realizată pe valţuri formate din doi cilindri de fontă aşezaţi orizontal şi
care se rotesc în sens invers cu viteze egale sau diferite. Cilindrii sunt prevăzuţi cu dispozitive de
încălzire sau răcire a materialului în funcţie de necesităţi. Amestecarea constă în trecerea repetată a
materialelor printre cilindrii de lucru, distanţa dintre ei putînd fi modificată după scopul urmărit.
           în general utilajele pentru amestecare sunt utilaje costisitoare, cu construcţie robustă şi cu
un timp de amortizare a investiţiilor îndelungat. Acest fapt determină pe mulţi producători să
folosescă utilajele şi după amortizarea lor, rezultatul fiind ca modernizarea acestui sector să fie
determinată mai ales de realizarea unor capacităţi de producţie.
          Prelucrarea prin presare se realizează la cald, în matriţe, prin două operaţii:
          - comprimare pentru materiale termorigide sau termoreactive, care sub influenţa
temperaturii se rigidizează datorită continuării procesului de polimerizare;
          - injecţie pentru materialele termoplastice şi elastomeri, putîndu-se obţine obiecte
complicate, cu diferite utilizări şi mase pînă la 20 kg/ bucată.
          După construcţia matriţei se pot obţine unul sau mai multe obiecte, fapt ce influenţează
producţia orară a utilajului. Această prelucrare se utilizează pentru polietilenă, polistiren , PCV,
poliamide, polimetacrilat de metil etc.
          Prelucrarea prin injecţie se caracterizează prin durata redusă a ciclului de fabricaţie a
produselor şi prin completa automatizare a procesului tehnologic
          Extrudarea este o operaţie continuă, de obţinere a unor semifabricate din cauciuc sau
materiale plastice. Materialul adus în stare de curgere printr-un tratament termic şi mecanic este
transportat de un melc şi forţat să treacă printr-o filieră de profil apropiat celui dorit, obţinîndu-se
materiale semifabricate cu suprafeţe şi muchii netede şi cu stabilitate dimensională în limitele
cerute.
          Prin extrudare se pot obţine tuburi, filamente, foi şi filme subţiri (folii), obiecte matriţate cu




profiluri complicate, fire din elastomeri (naturali şi cloropren).
          Producţia extruderului şi calităţile produselor depind de compoziţia şi structura amestecului
supus prelucrării. în cazul elastomerilor, prezenţa plastifianţilor uşurează extrudarea compoziţiilor
şarjate cu negru de fum, permiţînd viteze de lucru mari, în vreme ce adausurile pentru mărirea
adeziunii, cum este bitumul, reduc viteza de extrudare.

                                                      21
       Calandrarea este o operaţie de laminare aplicată polimerilor pentru obţinerea unor foi
netede sau profilate, de o anumită grosime; se aplică şi pentru dublarea foliilor sau acoperirea unor
suporturi textile.
       Calandrul este format din 2-5 cilindri de lucru suprapuşi, prevăzuţi cu dispozitive de reglare
a distanţei dintre ei, vitezei de rotaţie şi temperaturii.
       Există un număr foarte mare de calandri, construcţia lor fiind determinată de materialul
prelucrat şi calităţile foilor, cu grosimi uniforme de la sutimi de mm la cea 1 mm.
       Mărirea producţiei calandrilor este posibila prin creşterea lungimii cilindrilor (role) şi prin
mărirea vitezei de lucru, care poate atinge 90 m/minut.
       Prelucrarea latexurilor şi a soluţiilor de polimer se realizează prin:
       - turnare, în care spuma obţinută din latex în condiţii speciale, în prezenţa unor spumanţi şi
stabilizatori de spumă este turnată în matriţe şi vulcanizată, rezultînd spume elastice sau
rigide.Aceste spume trebuie să aibă o comportare bună la comprimări repetate;
       -imersie, operaţie în care se realizează depunerea unui film de latex pe o formă adecvată,
prevăzută sau nu cu un suport textil (ex. obţinerea mînuşilor chirurgicale sau de protecţie).
        Vulcanizarea se aplică elastomerilor în scopul îmbunătăţirii unor caracteristici ale acestora:
reducerea plasticităţii, creşterea elasticităţii pe un domeniu larg de temperaturi (este elastic la rece
iar la cald nu se mai înmoaie), creşterea rezistenţei la rupere, dispariţia solubilităţii etc.
       În principiu, vulcanizarea are loc prin încălzirea unui amestec de cauciuc cu sulf la
temperaturi mai mari decît temperatura de topire a sulfului (115 0C). Durata vulcanizării este
variabilă (de la cîteva minute la zeci de minute), la temperatura de 170-180°C. în timpul operaţiei
apar punţi de sulf între macromoleculele de cauciuc, formîndu-se structuri tridimensionale care duc
la rigidizarea cauciucului:




       Practic, vulcanizarea se realizează în autoclave orizontale cu aer cald sau abur pentru benzi
elastice, obiecte mici confecţionate din cauciuc (încălţăminte, mînuşi etc.), sau în prese-autoclave
pentru vulcanizarea directă în matriţe a obiectelelor de gabarit mare, ca în cazul anvelopelor auto.


                                                      22
        Din punct de vedere energetic, prelucrarea elastomerilor implică consumuri mari de energie
mecanică, electrică, termică.


D. Fabricarea fibrelor sintetice

        Clasificarea fibrelor textile şi importanţa lor
        Fibrele textile sunt corpuri solide, de origine vegetală, animală, minerală sau obţinute pe cale
chimică din polimeri naturali sau sintetici, caracterizate prin anumite proprietăţi fizico-mecanice,
fizico-chimice şi tehnologice, putînd fi transformate cu uşurinţă în produse textile.
        Fibrele textile se clasifică în fibre naturale şi fibre obţinute pe cale chimică.
        Fibrele naturale sunt :
        - de origine vegetală: bumbac, in cînepă, iută;
        - de origine animală (compuse din substanţe proteice): lînă, mătase;
        - minerale (din minereuri fibroase, din care, prin diferite prelucrări mecanice, se extrag fibre
textile), de exemplu azbest.
        Fibrele chimice pot fi artificiale şi sintetice. Fibrele artificiale se obţin prin prelucrarea
celulozei (de exemplu viscoza), iar cele sintetice se obţin prin reacţii de polimerizare sau de
policondensare din monomeri adecvaţi. Se obţin astfel fibrele poliamidice, poliacrilonitrilice şi
poliesterice.
        Proprietăţi generale ale fibrelor
        Fibrele naturale şi chimice au o serie de proprietăţi specifice care justifică utilizarea acestora
în diferite domenii.
        a) Proprietăţile fizice ale fibrelor
        Cele mai importante proprietăţi fizice ale fibrelor sunt: lungimea, fineţea, umiditatea şi
higroscopicitatea.
        Lungimea clasifică fibrele în : fibre scurte (bumbacul, lîna, fibrele liberiene cotonizate,
azbestul etc.); fibre lungi (inul, cînepa, iuta etc.); filamente (mătasea, fibrele obţinute pe cale
chimică).
        Lungimea fibrelor obţinute pe cale chimică este practic determinată de mărimea formatelor
(forme de livrare: scul, bobină).
        Fineţea este dată de grosimea fibrelor textile. Se exprimă prin mărimi convenţionale. Astfel,
pentru firele de bumbac, lînă şi înlocuitori, fineţea se exprimă prin număr metric Nm, care
reprezintă numărul de metri dintr-un gram de fir; în cazul firelor subţiri de tip mătase, fineţea se
exprimă prin den (den=denier= număr de grame la 9000m fir) sau tex (număr de grame la 1000m
fir).

                                                     23
       O fineţe mare influenţează favorabil rezistenţa firului, datorită faptului că într-o secţiune sunt
cuprinse mai multe fibre.
Umiditatea unui material textil Ur este cantiatea de apă pe care acesta o conţine la un moment dat,
exprimată în procente faţă de masa materialului uscat.
       Pentru amestecul de diferite tipuri de fibre, umiditatea se calculează astfel: m1
                     . u1 + m2 . u2 + ... + mn . u n
               U =--------------------------------------        , %
                              100
în care: mi ; m2 ... mn = masa procentuală a fibrelor care intră în componenţa firului;
ui, U2 ... u n = umiditatea firelor componente care intră în componenţa firului. Higroscopicitatea
este proprietatea fibrelor textile de a absorbi vapori de apă din mediul ambiant.
       Pentru ca un produs să fie igienic este necesar ca fibrele să aibă umiditatea de 6 % la o
temperatura de 20°C la umiditatea relativă atmosferică de 65 %. Masa, dimensiunile şi proprietăţile
fizico-mecanice se modifcă odată cu modificarea conţinutului de apă.
       La majoritatea fibrelor, rezistenţa la tracţiune scade, iar alungirea la rupere creşte cu cît
umiditatea este mai mare. Cu modificarea umidităţii fibrelor se schimbă şi : elasticitatea, rezistenţa
la frecare, rezistenţa la îndoiri repetate, capacitatea de încărcare electrostatică, stabilitatea faţă de
microorganisme, la agenţi atmosferici etc.
       Alte proprietăţi:
       Stabilitatea fibrelor faţă de lumina solară şi starea atmosferică. Degradarea fibrelor datorită
luminii solare şi agenţilor atmosferici se produce din cauza procesului de oxidare. Fibrele
poliacrilonitrilice sunt cele mai stabile la acţiunea luminii şi a agenţilor atmosferici, iar fibrelor de
mătase şi de viscoză sunt cele mai puţin stabile.
       Rezistenţa faţă de microorganisme. Pentru combaterea dezvoltării microorganismelor, fibrele
textile se tratează cu substanţe antiseptice şi se depozitează în locuri uscate, prevăzute cu sisteme de
condiţionare a aerului.
       Comportarea fibrelor la frecare. Frecarea între fibre influenţează procesele de filare şi
parţial tuşeul produselor, rezistenţa la întindere, elasiticitatea, rezistenţa la uzură, stabilitatea
dimensională etc.
        Cu cît fibrele componente ale unui ţesături au un grad de elasiticitate mai mare, cu atît
produsul finit are o stabilitate de deformare mai mare, deci are o valoare de întrebuinţare mai mare.
       Plasticitatea este proprietatea fibrelor de a-şi menţine forma imprimată în anumite condiţii
de către forţe exterioare, chiar după ce acestea nu mai acţionează asupra fibrelor.
      Fabricarea firelor şi fibrelor sintetice
      Fibrele sintetice se obţin prin filarea produselor macromoleculare din soluţii sau topituri.
                                                           24
       Pe lîngă capacitatea de a fi folosite în diferite domenii, creşterea producţiei de fibre sintetice
a fost influenţată şi de proprietăţile acestora: densitate mică, stabilitate şi rezistenţă în timp ridicate,
prelucrare uşoară, eventual în amestec cu fibre naturale şi artificiale.
       Calităţile fibrelor sintetice sunt determinate de proprietăţile polimerilor filabili şi de
tehnologia folosită pentru transformarea acestor polimeri în fibre şi se comercializează sub diferite
denumiri, fiind în principal înlocuitori de fibre naturale şi artificiale. Astfel poliesterii au denumiri
comerciale de tercot, tergal, terom şi sunt utilizate pentru ţesături de tip bumbac şi lînă. Poliamidele
sunt comercializate sub denumirea de relon, orlon, dralon şi sunt înlocuitori de mătase.
Poliacrilonitrilul cunoscut sub denumirea de PNA sau melană este înlocuitor de lînă pentru stofe,
covoare, blănuri sintetice.


       E. Prelucrarea firelor şi fibrelor sintetice

           Indiferent de natura polimerului, acesta este transformat în fire sau fibre prin procesul de
filare. Totalitatea proprietăţilor unui polimer care caracterizează capacitatea sa de a se transforma în
fire sau fibre în urma unui proces de filare se numeşte fiabilitate şi este determinată de
caracteristicile structurale ale polimerului, ca şi de condiţiile tehnologice de prelucrare.
           Firul reprezintă produsul filat, depus pe o bobină fără întreruperi pe toată lungimea lui, iar
fibrele (fire scurte) se obţin în mod similar, dar sunt tăiate în procesul de filare la diferite lungimi,
rezultînd un puf similar lînei sau bumbacului.
       În funcţie de procedeul de polimerizare sau policondensare aplicat pentru obţinerea
polimerului filabil, procesul de filare se poate realiza în două variante diferite: din topitură şi din
soluţie.
       Filarea din topitură presupune presarea masei topite a polimerului prin dispozitive prevăzute
cu orificii fine, numite filiere, după care urmează solidificarea prin răcire, polimerul rămînînd sub
formă de filament.
            Schema fluxului de obţinere a fibrelor poliamidice şi poliesterice este următoarea:




                                                     25
        Topirea are loc pe grătare la 290°C, iar topitură rezultată este preluată de o pompă dozatoare
şi dirijată spre filiere. Firul rezultat trece printr-un canal de 3-4 m lungime, unde este răcit cu aer şi
se bobinează cu o viteză de 800-1000 turaţii/minut. Bobinele rezultate se depozitează în vederea
utilizării ulterioare.
        în procedeele moderne este posibilă filarea direct din topitură, fără a mai fi necesară
granularea polimerului, ceea ce reduce considerabil costurile de fabricaţie, asigurînd calitatea
produsului şi caracterul continuu al procesului.
       Filarea din soluţie se aplică polimerilor care se pot descompune la temperatura de topire şi
care au fost obţinuţi prin polimerizare în soluţie, cum este cazul poliacrilonitrilului PNA. Filarea se
poate face direct din această soluţie sau prin dizolvarea pulberii de polimer într-un solvent adecvat.
        Soluţia de polimer se trece printr-o filieră şi imediat printr-o baie de coagulare de compoziţie
chimică bine determinată (carbonat de etilena), la o anumită temperatură şi un anumit timp.
Lungimea băii fiind constantă, timpul de imersie al filamentului este modificat prin variaţia vitezei
de filare.
       Filarea din topitură permite viteze mari de filare de 500-1200 m/minut, spre deosebire de
filarea din soluţie, în care, datorită etapei de coagulare, viteza este de numai 60-80 m/min.
        Pentru obţinerea în continuare a unor caracteristici fizico-chimice corespunzătoare, firele
obţinute sunt supuse unor operaţii cu specific textil şi anume:
        - etirare (întindere );
        - finisare textilă (avivare, antistatizare, vopsire, matisare).
       Etirarea, aplicată fibrelor sintetice, asigură starea de cristalinitate a firului şi îi măreşte
rezistenţa mecanică, stabilizînd firul faţă de acţiunea agenţilor chimici şi atmosferici. Etirarea se
aplică pînă la rapoarte de întindere între 1:3 - 1:10, în funcţie de tipul de fibră şi de procedeul de
fabricaţie aplicat, crescînd în acest fel fineţea firului.
       La filarea din soluţie, etirarea este executată în continuarea liniei de filare, după coagulare; la
filarea din topitură, urmează o fază de condiţionare în timp numită maturare, după care se aplică
etirarea.
       În funcţie de natura polimerului, etirarea are loc la rece (47°C pentru fibrele poliamidice),
sau la cald (80˚C pentru fibrele poliesterice).
        Operaţiile de finisare textilă urmăresc să confere firului caracteristicile impuse de beneficiar:
tuşeu plăcut, reducerea încărcării electrostatice, ameliorarea luciului sticlos, un anumit colorit.
        Datorită structurii lor şi a higroscopicităţii reduse, firele sintetice se încarcă puternic cu
electricitate statică, determinată de frecarea firelor între ele sau de frecarea de diferite suprafaţe
metalice cu care vin în contact. Umiditatea aerului influenţează invers proporţional acumularea
electrostatică.
                                                      26
       Pentru eliminarea acestui inconvenient atît la prelucrările ulterioare (pericol de autoaprindere
în ţesătorie), cît şi la purtare şi pentru a conferi fibrelor o anumită moliciune este necesară tratarea
acestora în băi de avivare - antistatizare cu substanţe chimice tensioactive (alcooli graşi sulfataţi,
săruri ale acidului oleic pentru fire poliamidice, produse polietoxilate, săruri cuaternare de amoniu
pentru fire poliacrilonitrilice).
       Pentru prelucrare textilă a firelor sintetice se iau măsuri speciale, prin climatizarea şi
menţinerea umidităţii constante a aerului în halele de lucru, precum şi prin legarea la pămînt a
utilajelor de prelucrare (maşini de etirat, maşini de bobinat, războaie de ţesut, maşini de tricotat etc).
        Vopsirea firelor se face cu diferiţi coloranţi în funcţie de natura lor şi a grupelor reactive
capabile să reacţioneze cu colorantul. Astfel pentru firele poliamidice care conţin grupe -NH2 cu
caracter bazic se utilizează coloranţi acizi, obţinîndu-se culori intense ca în cazul mătăsii naturale şi
a lînei. Pentru atenuarea coloritului, datorat neomogenităţii structurale se utilizează coloranţi de
dispersie, care nu reacţionează cu fibrele, ci difuzează în spaţiile intermoleculare ale acesteia.




                                                   27
                                          Bibligrafie

1.     Angelescu A., Vişan S., Socolescu A., "Tehnologie industrială", Ed.ASE, Bucureşti, 2002;
2.     Angelescu A., Ponoran I., Ciobotaru V., "Tehnologii industriale şi de construcţii",
     Ed.ASE, Bucureşti, 1999;
3.      Stanciu I. ş.a, "Calitatea şi sortimentul mărfurilor nealimentare", Ed. Oscar Point,
     Bucureşti, 1997;
4.      Pumnea C. ş.a., "Tehnologie industrială", vol.l, Ed.Didactică şi Pedagogică, Bucureşti,
5. 1992;
6.      Creţu S., Vişan S., ""Bazele tehnologiei industriale", Ed.ASE, Bucureşti, 1997;
7.      Părăuşanu V., Ponoran I.,"Tehnologie şi inovare tehnologică", Ed.Sylvi, Bucureşti, 2000;
8.      Ponoran I., Angelescu A.,Vişan S., "Tehnologie şi dezvoltare tehnologică", Ed.Fundaţiei
     Romînia de mîine, Bucureşti, 1999.




                                               28

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Stats:
views:6273
posted:5/7/2010
language:Romanian
pages:28