Повышение эффективности процесса полимеризации латекса СКМС30-АРК в цехе Е-1-9-10 ОАО «Омский каучук», с изменением инициирующей системы

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

 

КАФЕДРА  «Технология органических веществ»

 

 

                                                                                      Допускается к защите

                                                                                      Заведующий кафедрой

                                                                                    

                                                                                      ____________________

                                                                                     

                                                                                     “___”__________2003 г. 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 

 

К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ

 

 

“Повышение эффективности  процесса полимеризации латекса  СКМС30-АРК в цехе Е-1-9-10 ОАО «Омский  каучук», с изменением инициирующей системы”

Студент гр. ХТ-518  Шинкевич Алексей  Евгеньевич

 

 

 

 

 

 

Консультанты:                                          Руководитель проекта

 

Скутин Е. Д.                                             Нелин А. Г.

 

Юсова Г. Г.                                                Разработал

 

Пащенко Л. Н.                                           Шинкевич А. Е.

 

      

РЕФЕРАТ

 

  Дипломный проект: 102 лист, 34 таблицы, 6 листов чертежей.

  Ключевые слова: полимер, мономер, полимеризация, сополимеризация, эмульсия, эмульгатор, инициатор, латекс, каучук, полимеризатор.

 В дипломном проекте  предлагается разработка непрерывного  производства латекса марки СКМС-30АРК, путём совместной полимеризации бутадиена и a-метилстирола с увеличением производственной мощности по данному виду продукции за счет замены инициатора. Для этого предлагается использовать существующую, на данный момент на ОАО “Омский каучук”, технологическую линию. Такое решение приведёт к снижению себестоимости латекса. 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение
2. Аналитический обзор

2.1. Критический анализ  технологии базового производства

2.2. Литературный обзор

3. Описание технологического  процесса и схемы

3.1. Описание технологического  процесса

3.2. Описание технологической  схемы

4. Характеристика сырья  и производимой продукции.

5. Расчет материального  баланса

6. Автоматический контроль  и управление технологическим  процессом

7. Безопасная эксплуатация производства

8. Экономическая оценка  проектных решений

1. ВВЕДЕНИЕ.

Каучук относится к  числу материалов, имеющих важное значение для народного хозяйства  любой страны. Из каучука, после смешения его с соответствующими ингредиентами  и последующей вулканизации, получают резину.

Резина является своеобразным и единственным в своем роде конструкционным  материалом. Она обладает, как известно, весьма ценными техническими свойствами, к числу которых относятся: эластичность в широком диапазоне температур, высокое сопротивление истиранию, малая проницаемость по отношению к газам и воздуху, стойкость по отношению к многократным деформациям и др.

Каучук в смеси с  ингредиентами образует так называемые сырые резиновые смеси, обладающие термопластичностью. Сырые смеси можно необратимо деформировать, придавая им любую форму. Для этого есть много технологических приемов: формование, шприцевание, каландрование, конвекция, литье под давлением, штампование. Последующей стадией технологического процесса – вулканизацией – приданная сырой резине форма фиксируется. После вулканизации готовое резиновое изделие приобретает способность к упругим деформациям при относительно малых усилиях.

Размер и число деформаций, которым резина может быть подвергнута  без признаков разрушения, в тысячи раз больше, чем у металлов, а удельные усилия, требующиеся для этого, во много тысяч раз меньше, чем при деформации твердых тел.

Области применения каучука  и резины весьма обширны. Ассортимент  резинотехнических изделий, применяемых  в самых разнообразных отраслях промышленности, в строительстве, медицине, быту, насчитывает десятки тысяч наименований. Достаточно перечислить только некоторые из резиновых изделий, чтобы понять, как важны и необходимы каучук и резина для успешного развития всех отраслей народного хозяйства. Автомобильные и авиационные детали, резиновые приводные ремни, всевозможные шланги и рукава, резиновая обувь, надувные лодки, резиновая изоляция кабелей и проводов, хирургические перчатки, мячи, игрушки и многие другие резиновые изделия давно стали предметами первейшей необходимости.

Большое значение имеет  каучук для современного механизированного  транспорта, прежде всего автомобильного; в нашей стране на производство автомобильных шин расходуется более половины всего потребляемого каучука.

Автомобиль современной  конструкции необходимо снабдить не только шинами, но также и сотнями  других самых разнообразных резиновых  деталей.[1]

Состояние производства каучуков в настоящее время является весьма сложным. Итоги работы промышленности СК в России за 2001 год в сравнении с 2000 представлены следующим образом:

Таблица 2.1

Год	2000	2001
Всего по России	833 тыс. тонн	916 тыс. тонн
В т.ч. ОАО «Омский каучук»	26 тыс. тонн	38,7 тыс. тонн

 

Основным мономером  в промышленности СК после изопрена является бутадиен. Развитие производства бутадиена и бутадиенсодержащих каучуков иллюстрируют данные следующей таблицы:

Таблица 2.2

Год	1998	1999	2000	2001
Бутадиен, (всего по России), тыс. тонн	217	270	308	337,4
В т.ч. ОАО «Омский каучук», тыс. тонн	¾	¾	13	28,7
Каучуков СКС и СКМС, (всего по России), тыс. тонн	143	198	230	238,1
В т.ч. ОАО «Омский каучук», тыс. тонн	18	21	26	37,8

 

Экспорт каучуков.

Экспортные поставки каучуков являются важной составляющей выработки продукции. Начиная с 1999 года, наблюдается стабилизация экспортных поставок. Усредненные данные о стоимости продаваемых каучуков,  начиная с 1995 года, приведены ниже:

Таблица 2.3

Год	1995	1996	1997	1998	1999	2000
Среднеэкспортная цена за 1 тонну каучука СКС (СКМС), в $	984	996	747	602	524	589

 

Из приведенных данных отчетливо видно, что цены на каучук по сравнению с 1995 годом существенно  снизились.

Год	1998	1999	2000	2001
ОАО «Воронежсинтезкаучук»	47,1	43,4	39,6	25,0
ООО «Тольятти каучук»	10,2	9,5	23,1	23,7
ЗАО «Каучук» г. Стерлитамак	41,8	17,7	20,1	26,1
ОАО «Омский каучук»	0,9	29,4	17,2	25,2

Данные о долевом  распределении экспорта каучука  СКС (СКМС) между предприятиями (в  процентах):

Таблица 2.4

 

 

Экспорт бутадиенсодержащих каучуков возрос с 20,5% в 1999 году до 37,9% в 2000 году, от общего объема их производства. Как и другие полимеры, каучуки СКС и СКМС упали в цене.

 

Внутренний  рынок.

В 2001 году на внутренний рынок было поставлено 578 тыс. тонн каучуков и латексов, в т.ч. СКС и СКМС 7,5 тыс. тонн. Шинная промышленность потребляет 67% данного каучука, остальное идет на изготовление различного рода резинотехнических изделий. [1]

 

Из приведенных данных можно сделать выводы. А именно, растет объем производства каучука  СКС и СКМС, следовательно, есть спрос  на данную продукцию, а значит, есть смысл заниматься изучением  и совершенствованием технологии получения данного каучука. И, хотя большое внимание сейчас уделяется так называемой растворной и регулируемой  полимеризации, от эмульсионной еще не отказались.

Также нужно сказать  о том, что цена на каучук СКС и СКМС по сравнению с 1995 годом упала почти вдвое. Следовательно, нужно повышать экономическую эффективность данного технологического процесса.

Что касается конкурентоспособности, то можно сказать, что рынок в 2001 году по сравнению с 1998 годом стабилизировался, и объемы продаж каждого из заводов-изготовителей каучука СКС и СКМС практически уровнялись.

На Омском заводе производят только метилстирольный каучук, в  частности СКМС-30 АРК. Повышение  эффективности данного процесса можно произвести за счет изменения инициирующей системы.

2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ  ОБЗОР.

2.1. Критический  анализ технологии базового производства.

Существующая технология базового производства использует в качестве инициатора гидроперекись изопропилбензола, которая обладает некоторыми недостатками, а именно: во-первых, низкая активность как инициатора, во-вторых, нелинейная активность. Следствием данных недостатков является не очень эффективная реализация процесса полимеризации латекса СКМС-30 АРК. Также при низкой скорости процесса происходит более быстрое «обрастание» термополимером (коагулюмом) рубашки и змеевиков охлаждения полимеризаторов.

 

2.2. Литературный  обзор.

Инициаторы.

Осуществление совместной полимеризации  дивинила и стирола (альфа-метилстирола) путем нагрева смеси при 55 ⁰С и без добавления инициаторов потребует около 5 месяцев; при этом получается нерастворимый и неэластичный полимер, который при переработке на вальцах крошится. В присутствии инициаторов эмульсионная полимеризация осуществляется во много раз быстрее.

В качестве инициаторов  высокотемпературной полимеризации (при 50 ⁰С) могут быть применены такие вещества, как перекись бензоила или перекиси жирных кислот, растворимые в мономере, но в обычных системах полимеризации они значительно менее эффективны, чем водорастворимые инициаторы (например, перекись водорода, персульфат калия, диазониевые соли и др.). В промышленности применяют главным образом соли надкислот, например, персульфаты или пербораты. Выбор инициатора зависит от природы других компонентов полимеризуемой системы.

Обычно имеется оптимальная  концентрация инициатора, зависящая  от состава той или иной системы.

В производстве дивинил-стирольных и  дивинил-метилстирольных каучуков низкотемпературной полимеризации (при 4-10 ⁰С) инициатором полимеризации является гидроперекись углеводорода, применяющаяся в небольшом количестве (0,08 - 0,12 вес. ч. на 100 вес. ч. мономеров). Можно полагать, что при этом гидроперекись почти полностью расходуется только на реакцию инициирования полимеризации. Отсутствие гидроперекиси в латексе облегчает процесс обрыва полимеризации и позволяет устранить вредное действие гидроперекиси на каучук в процессе его выделения и сушки.

Применение увеличенного количества инициатора является нежелательным, так  как в этом случае смогут протекать другие реакции – регулирование, разветвление и сшивание полимерных цепей, которые создают условия, затрудняющие обрыв полимеризации и предохранение каучука от деструкции и структурирования.

 

 

Формула гидроперекиси изопропилбензола (гипериз):

 

      СН₃

      │

  ―СООН

    │

         СН₃

 

Моногидроперекись диизопропилбензола (ГПД) – технический продукт с  содержанием около 40% действующего начала, получается в результате окисления кислородом воздуха фракции диизопропилбензола (с температурой кипения 200-220 ⁰С).

Формула моногидроперекиси  диизопропилбензола:

СН₃

     │

             СН₃       ― СООН