Автор работы: Пользователь скрыл имя, 18 Мая 2013 в 12:44, дипломная работа
В дипломном проекте предлагается разработка непрерывного производ-ства латекса марки СКМС-30АРК, путём совместной полимеризации бутадиена и -метилстирола с увеличением производственной мощности по данному виду продукции за счет замены инициатора. Для
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 про-цессом
7. Безопасная эксплуатация производства
8. Экономическая оценка проектных решений
│ │
Н―С ― СН3
│
СН3
СН3
½
¾ С ¾
½
ООН
Концентрация ее 100%. Эта гидроперекись примерно на 30% активнее, чем моногидроперекись диизопропилбензола, и исходные продукты для получения ее (бензол и стирол) вполне доступны. Ввиду этого применение гидроперекиси 1,1-дифенилэтана в производстве дивинил-стирольного каучука наиболее целесообразно, несмотря на то, что процесс получения ее довольно сложен.
Однако, возможность его использования проблематична, потому что возникают сложности с отводом тепла из реакционной зоны.
При необходимости можно применять в производстве менее активную гидроперекись изопропилбензола (гипериз). В этом случае продолжительность полимеризации возрастает примерно в 1,5 раза. Процесс полимеризации под влиянием гидроперекиси изопропилбензола протекает вначале с высокой скоростью, которая затем несколько замедляется. [2, 3]
Активаторы.
Скорость процесса полимеризации под действием первичного инициатора может быть увеличена в результате добавления к системе некоторых соединений, называемых обычно активаторами.
Активаторы – вещества, которые взаимодействуют с инициатором полимеризации и ускоряют его распад, приводящий к образованию свободных радикалов.
Скорость образования
Скорость образования
До 1946 года в промышленном производстве синтетических каучуков в качестве инициаторов полимеризации применяли почти исключительно персульфаты калия или аммония. С тех пор все большее значение стали приобретать окислительно-восстановительные системы в качестве инициаторов полимеризации. При взаимодействии между окислителем и восстановителем происходит интенсивное образование радикалов; на этом основано применение соответствующих окислительно-восстановительных систем при совместной полимеризации дивинила и метилстирола. Окислительно-восстановительные системы дают возможность осуществлять полимеризацию при низких температурах – около нуля и даже ниже. Каучуки, получаемые полимеризацией при пониженных температурах, обладают лучшими свойствами по сравнению с каучуками, полученными при температуре полимеризации 40-50 0С. Это обусловлено в большой степени тем, что структура полимеров и, соответственно, их свойства определяются температурой полимеризации. Путем понижения температуры полимеризации (например, с 50 0С до 5 0С) можно значительно уменьшить содержание низкомолекулярной фракции в полимерах, увеличить однородность их с точки зрения молекулярно-массового распределения, уменьшить разветвленность молекулярных цепей и в итоге увеличить регулярность их структуры, а именно увеличить относительное содержание в молекулярных цепях транс-конфигураций цепи и полностью исключить цис-форму. Эти структурные изменения обуславливают значительное улучшение общих технических свойств полимеров. Таким образом, при выборе температуры полимеризации приходится учитывать, с одной стороны, качество получаемого полимера, а с другой стороны – практически приемлемую скорость реакции.
Общий смысл окислительно-
В системах окислительно-
Особенно сильное влияние на скорость распада перекисных инициаторов оказывают соединения, способные в условиях полимеризации окисляться перекисями. Так, например, с введением в полимеризационную систему солей двухвалентного железа скорость распада перекиси бензоила увеличивается в сотни раз.
Применение окислительно-
Необходимо, однако, иметь в виду, что быстрый распад перекисей при инициировании такого рода имеет и свою отрицательную сторону: инициатор практически полностью расходуется уже в самой начальной стадии реакции и полимеризация прекращается задолго до исчерпания мономера. Ввиду этого в процессах эмульсионной полимеризации, для уменьшения скорости окислительно-восстановительной реакции, вводятся в систему соли железа в виде труднорастворимых комплексов (например, пирофосфатных), благодаря чему обеспечивается низкая концентрация ионов Fe2+ в системе и уменьшается скорость распада перекиси. Кроме того, для поддержания постоянства концентрации ионов Fe2+ , а следовательно, и скорости инициирования, в систему в некоторых случаях вводят еще второй восстановитель – вещество, восстанавливающее ионы Fe3+ в Fe2+ (например, углеводы).
Активирующие группы состоят из восстановителей, реагирующих с инициатором, комплексообразователей, регулирующих концентрацию этих восстановителей в реакционной зоне, и регенераторов (вторичных восстановителей), реагирующих с окисленными восстановителями. Следует отметить, что имеются также системы, которые не содержат комплексообразователей или регенераторов.
К настоящему времени разработано
и изучено несколько десятков
окислительно-
Ниже дано описание сущности явлений, происходящих при окислительно-восстановительном активировании процессов полимеризации.
Действие компонентов
ROOR + HX ® RO· + ROH +X·
По-видимому, в результате молекулярных столкновений, вполне вероятных вследствие высокой концентрации мономера, радикал катализатора может присоединяться непосредственно к молекуле мономера, инициируя таким путем полимеризацию, например:
ROOR + XH + CH2=CHR ® RO-CH2-CHR· + ROH + X·
Если двухвалентное железо является восстановителем, например, когда система катализатора состоит из перекиси бензоила и соли Мора (в виде комплекса с пирофосфатом), то протекает аналогичная реакция между окислителем и восстановителем:
ROOR + Fe2+ ® 2RO· + Fe3+
В том же случае, когда к нормальной окислительно-восстановительной паре добавлено небольшое количество соли железа, т.е. когда система катализатора состоит из окислителя, восстановителя и соли закисного железа, то последнюю можно рассматривать как «переносчик». Закись железа вызывает распад перекиси с образованием свободных радикалов и при этом окисляется до трехвалентного железа, которое взаимодействием с восстановителем способно восстанавливаться до двухвалентного. Таким образом, распад перекиси осуществляется с помощью малых количеств соли закисного железа:
ROOR + Fe2+ ® RO· + Fe3+ + RO¾
Fe3+ +XH ® Fe2+ +X· +H+
Следовательно, в данном случае в
противоположность простым
Все известные до настоящего времени окислительно-восстановительные системы, в которых реакция между окислителем и восстановителем сопровождается образованием одного свободного радикала, например:
ROOH + Men ® RO· + Men+1+HO¾
В системах этого типа участвуют ионы металлов переменной валентности, и в частности соли железа, которые каталитически ускоряют распад перекиси: при этом реакция всегда сопровождается переходом металла в высшую степень окисления.
В настоящее время наиболее признанными являются следующие представления о цепном механизме разложения перекиси (например перекиси водорода) под влиянием солей металлов переменной валентности:
Fe2+ + HOOH ® Fe3+ + HO¾ +HO·
HO· + HOOH ® H2O + HO2·
HO2· + HOOH ® O2 + H2O + HO·
Закисные соли железа участвуют только в начальных актах инициирования реакции; в дальнейшем развивается цепной процесс разложения перикиси под влиянием попеременно возникающих радикалов НО· и НО2·. Обрыв процесса может произойти в результате реакции:
Fe2+ + НО· ® Fe3+ + НО¾
Реакции такого рода были использованы для инициирования процесса полимеризации в водных средах, с применением окислительно-восстановительных систем, состоящих из органических перекисей и Fe2+:
ROOH + Fe2+ ® RO· + Fe3+ + HO¾
O O
║
║
C6H5C-O-O-C-C6H5 + Fe2+ ® C6H5C + Fe3+ + C6H5
Эти реакции в углеводородных средах
протекают практически
К первому типу окислительно-
углеводородный слой
Fe2+ стеарат Fe3+ стеарат + радикалы + анионы
перекись
Fe2+ пирофосфатный комплекс Fe3+ пирофосфатный комплекс
В водном слое, где находится основное количество железа в виде пирофосфатного комплекса, сорбоза восстанавливает Fe3+ в Fe2+ , далее следует процесс частичного перехода Fe2+ в углеводородную (мономерную) фазу в виде стеарата. Инициирование полимеризации связано с реакцией окисления Fe2+ в Fe3+ в углеводородной (мономерной) фазе.
В связи с попеременным окислением и восстановлением солей железа такая окислительно-восстановительная система относится к типу обратимых систем. Следует отметить, что сложный путь миграции солей железа из водной в углеводородную фазу и обратно после каждого элементарного химического акта окисления и восстановления, по-видимому, не является необходимым условием для действия системы.
Эффективность обратимой системы с сорбозой или глюкозой для инициирования полимеризации при низкой температуре (около 0 0С) сравнительно не высока, что связано со слабыми восстановительными свойствами сахаров в этих условиях. Для создания более эффективных систем применяли в качестве восстановителей диоксималеиновую и аскорбиновую кислоты, восстановительные свойства которых хорошо проявляются как в щелочных, так и в кислых средах.
Различные
варианты обратимых окислительно-
В
окислительно-
ROOH + AH ® RO· +H2O + A·
Такая реакция может быть реализована только в тех случаях, когда хотя бы один из образующихся радикалов весьма стабилен и образование его не требует значительных затрат энергии. Ввиду этого, а также в связи с образованием продуктов окисления экзотермического характера, реакция становится более выгодной чем реакция термического разложения гидроперекиси.