Анализ и расчет физико-химический свойств мономера, сополимера обращающихся в технологическом процессе

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Октября 2012 в 23:23, курсовая работа

Описание

Современная жизнь общества тесно связана с материалами и продуктами химической промышленности. Химическими предприятиями синтезируются и выпускаются сотни тысяч простых и сложных веществ, используемых в быту, на объектах общественного назначения, на производстве. Так в настоящее время почти в каждой отрасли промышленности используют пластические массы и химические волокна.

Содержание

Введение…………………………………………………………………….
3
Анализ и расчет физико-химический свойств мономера, сополимера обращающихся в технологическом процессе…………………………..

6
Расчет брутто формулы, структурной формулы мономера, сополимер, определение их принадлежности к определенному классу углеводородов…………………………………………………………….


6
Анализ электронного и геометрического строения мономера (сополимера). Определение их функциональности……………………..

8
Расчетно-аналитическое определение физико-химический свойств полимерной системы……………………………………………………...

13
Обоснование схемы получения макромолекулы полимера…………...
16
Анализ механизма образования макромолекулы полимера…………..
16
Установление структурной единицы полимерной системы, названия...
16
Классификация полимерной системы: по происхождению; в соответствии с химической природой; по построению главной полимерной цепи; по строению главной цепи в пространстве; по используемым свойствам…………………………………………………..



19
Анализ химических свойств макромолекулы полимера, записать схемы реакций………………………………………………………………

20
Установление фактора определяющего механическую прочность макромолекулы. Запись фрагмента макромолекулы с учетом этого фактора. Определение коэффициента полимеризации макромолекулы..


26
Анализ механизма реакции термодеструкции макромолекулы полимера. Определение продуктов реакции, кислородного индекс полимерной системы………………………………………………………


26
Предложить и обосновать упрощенную примерную технологическую схему производства заданной полимерной системы. Схематическое её изображение………………………………………………………………….


32
Анализ возможных опасностей производства полипропилена методом низкого давления в присутствии металлоорганических катализаторов…

35
Анализ возможных опасностей при истечении газопаровоздушной смеси…………………………………………………………………………..

38
Заключение…………………………………………………………………..
48
Список литературы…………………………………………………………
49

Работа состоит из  1 файл

курсовая 16 вариант химия.docx

— 533.96 Кб (Скачать документ)

Реакции усложнения полимеров - в этих реакциях происходит увеличение степени полимеризации. Если макромолекулы не содержат ненасыщенных групп, их сшивка осуществляется пероксидами, распадающимися при высокой температуре на радикалы. Радикалы отрывают атомы водорода от макромолекул, срединные радикалы соединяются, образуя сшивку.

Полимераналогичные  реакции

Под действием хлорирующего агента, заданная полимерная система может подвергаться хлорированию:

Наличие двойной связи обуславливает  высокую реакционную активность данного полимера.

Так же возможно протекание реакции гидрирования, в  результате образуется продукт подобный полиэтилену:

 

Реакции усложнения полимеров

В этих реакциях происходит увеличение степени полимеризации. Для бутадиеновых полимеров это, например, реакция при которой происходит сшивание молекул полимера в единую пространственную сетку. При этом повышаются прочностные характеристики и химическая стойкость в результате исчезновения двойной ненасыщенной связи. Для молекулы сополи(бутадиен/этилена) данную реакцию можно изобразить так:


 

Реакции деструкции полимеров

При хранении и эксплуатации полимеры «стареют», свойства их ухудшаются. Старение может  быть следствием как физических процессов (кристаллизация или «выпотевание»  пластификатора), так и химических процессов, из которых большое значение имеет деструкция полимеров. Деструкция может протекать в результате разрыва основной цепи (деполимеризация), отщепления или разрушения заместителей (боковых групп).

Деструкция  бывает физической и химической. Физическая деструкция протекает под действием  тепла, света, излучений высокой  энергии, при механических воздействиях. Соответственно она называется термической, фотохимической, радиационной и механохимической. Химическая деструкция вызывается действием химических реагентов (кислот, щелочей, О2 и др.). Поскольку переработка, а часто и эксплуатация полимеров связаны с действием высоких температур, при этом имеется и контакт с воздухом, наибольшее значение имеют термическая и термоокислительная  деструкции.

 

Термическая деструкция

Термическая деструкция протекает  при высокой температуре в  инертной атмосфере или в вакууме. В большинстве случаев термический распад полимеров протекает как цепной радикальный процесс со стадиями инициирования, роста, передачи и обрыва цепи. Инициирование термического распада осуществляется за счет разрыва химических связей двух типов - слабых, например аллильных или пероксидных, и повторяющихся связей основной цепи.

Термоокислительная  деструкция

Инициаторами  реакции являются примеси – остатки  инициатора, соединения металлов с  переменной валентностью, легко окисляющиеся вещества и др. Реакция имеет радикальный  цепной характер. При окислении ненасыщенных полимеров кислород может присоединяться по двойной связи с последующим разрывом макромолекулы или образованием гидроперекиси:

Общая схема  механизма реакции:

Возможно  также непосредственное образование  гидроперекисей ненасыщенных углеводородов  с присоединением кислорода к  метиленовой группе, находящейся  в α-положении по отношению к  двойной связи:

Горение

Полимеры, подверженные термоокислительной деструкции, и при определенных условиях будут  гореть или поддерживать горение. Одним  из условий горения полимерных материалов является достаточная концентрация окислителя. Запишем схему реакции  горения заданной полимерной системы:

Стандартным методом измерения горючести  является определение кислородного индекса. Кислородный индекс (КИ)  выражается относительным содержанием  О2 в мольных % в смеси, в которой еще возможно горение. Используя табличные данные определяем КИ для сополи(бутадиен/этилена) КИ = 17-20 %.

 

3.6. Установление фактора определяющего  механическую прочность макромолекулы.  Запись фрагмента макромолекулы  с учетом этого фактора. Определение  коэффициента полимеризации макромолекулы.

Гибкость и эластичность молекулы обусловлена наличием групп          – СН2 –.

Рассчитываем  коэффициент полимеризации п+m по формуле:

 

n+m = 20300/(2·54+28) = 149

 

3.7. Анализ механизма реакции термодеструкции  макромолекулы полимера. Определение  продуктов реакции, кислородного  индекс полимерной системы.

Как было указано выше данная полимерная подвержена термической деструкции.  Термическая  деструкция может протекать по следующим  направлениям:

Разрыв  связей С-С основной цепи

В результате образуются полимерные молекулы с меньшим  молекулярным весом.

Стандартным методом измерения горючести  является определение кислородного индекса. Кислородный индекс (КИ)  выражается относительным содержанием О2 в мольных % в смеси, в которой еще возможно горение.

Полимеры с КИ < 27% считаются  легкогорючими, причем если КИ < 20%, то горение протекает быстро, а при  КИ = 20-26% — медленно. Полимеры с КИ > 27% относятся к самозатухающим при выносе их из огня и считаются трудногорючими.

Используя табличные данные, определяем КИ для заданной полимерной системы

КИ = 17-20%

 

3.8. Анализ путей снижения пожарной  опасности полимерной системы,  их преимущество и недостатки. Запись схемы реакции.

Пути повышения огнестойкости  полимерных материалов

 

К путям  снижения пожарной опасности полимерных систем относятся:

1. Использование  огнезащитных покрытий.

2. Введение  наполнителей.

3. Введение  замедлителей горения.

4.Модификация  полимерного материала.

Повышение огнестойкости достигается введением  веществ, которые содержат фрагменты, препятствующие развитию горения материалов. Такие вещества называют химически  активными замедлителями горения  или антипиренами. Чаще всего применяют соединения галогенов (хлора, брома), фосфора, бора (борат цинка, Н3ВО3, Na2B2O7•10H2O), азота, декабромдифенилоксид, трехокись сурьмы. В процессе отверждения при сополимеризации и сополиконденсации антипирены могут быть сшивающими агентами. Часто используют галогенсодержащие ненасыщенные мономеры (монохлорстирол, фосфосодержащие мономеры).

Наибольшее  распространение получил метод  введения антипиренов на стадии образования  полимера или на стадии получения  олигомера.

Применение  замедлителей горения, а также способы  их введения в материал или способы  модификации полимеров во многом зависят от свойств самого материала  и его горючести.

С целью повышения огнестойкости  модификацию полимеров проводят путем хлорирования, хлорсульфирования  или фосфорилирования. Хлорированию подвергают каучуки, поливинилхлорид (ПВХ), полиолефины.

Для предложенной полимерной системы выбираем процесс хлорирования, который будет протекать по схеме:

 

3.9. Предложить и обосновать упрощенную  примерную технологическую схему  производства заданной полимерной  системы. Схематическое её изображение.

Полиэтилен  является одним из основных видов термопластичных полимеров, имеющих большое техническое значение. Высокая механическая прочность, устойчивость

при низких температурах, отличные электроизоляционные  свойства, химическая стойкость во многих агрессивных средах (концентрированных  минеральных кислотах, щелочах), влагостойкость и др., легкость переработки в  различные изделия вызвали бурный рост производства полиэтилена и  определили области его применения.

Сырьем  для производства полиэтилена является этилен (С2Н4), который получают термическим крекингом бутана (С4Н10), являющимся одним из продуктов переработки «жирных» попутных газов.

Попутными газами, называются газы, растворенные в нефти и добываемые вместе с  нею. «Жирные» попутные газы отбензинивают  – отделяя газовый бензин, от «сухого » газа. В газовом бензине  содержаться пентан и другие высшие углеводороды. Легкие углеводороды отделяются ректификацией после стабилизации газового бензина.

«Сухой» газ, состоит из метана, этана, пропана, бутана. Из «сухого» газа бутан можно  выделить различными методами, но наиболее эффективным, является непрерывный  адсорбционный метод, который заключается  в избирательном поглощении углеводородов  активированным углем и дальнейшей отгонкой сорбированного углеводорода из угля водяным паром.

Выделенный  бутан подвергают парафазному крекингу (при температуре 650-9000С,   и атмосферном давлении). Данный процесс связан с глубокими изменениями в молекуле углерода, более половины сырь превращается в газы- алканы и алкены,  и до 15% ароматических углеводородов.

Процесс протекает по схеме:

 

Производство бутадиена из углеводородов  С4 (н-бутан и н-бутены) методами каталитического дегидрирования является основным направлением в современной технологии получения бутадиена. В промышленности используют различные технологические варианты получения бутадиена дегидрированием углеводородов С4. Применяемые процессы можно условно разделить на следующие группы: дегидрирование бутана в бутены, дегидрирование бутенов; одностадийное дегидрирование бутана в бутадиен.

Характерной особенностью реакций  дегидрирования с образованием олефинов является ограничение степени превращения  условиями равновесия.

Реакции дегидрирования всегда являются эндотермическими и, следовательно, равновесие в сторону образования ненасыщенных углеводородов должно сдвигаться с повышением температуры. Степень превращения углеводородов возрастает с повышением температуры и понижением давления. На практике притемпературах выше 773-823 К даже в отсутствие катализаторов предельные углеводороды претерпевают реакции изомеризации, крекинга и др. Поэтому процесс дегидрирования бутана проводят при температурах до 923-973 К, т.е. при температурах более низких, чем термодинамически оптимальные. Применение катализаторов позволяет достигнуть высокой скорости процесса при относительно низкой температуре, когда еще не существенен вклад побочных реакций. Ввиду обратимости реакций дегидрирования –гидрирования и, следовательно, способности катализаторов ускорять обратимые реакции в обоих направлениях, эти реакции катализируются одними и теми же соединениями.

При дегидрировании вследствие отщепления водорода всегда происходит увеличение объема газа и понижение давления благоприятствует повышению степени конверсии. По этой причине процессы дегидрирования проводят при давлении, близком к атмосферному, а в некоторых случаях процесс осуществляют в вакууме.

Иногда вместо применения вакуума  предпочтительнее разбавлять реакционную  массу газом, инертным в условиях реакции, или паром, что также приводит к снижению парциальных давлений реагентов и возрастанию равновесной степени конверсии. Снижение парциального давления позволяет также понизить температуру реакции и, следовательно, уменьшить образование побочных продуктов. Дегидрирование бутана в бутен осуществляется в "кипящем слое" алюмохромового катализатора при температуре в реакторе 838-853 К.

 

 

 

 

 

Примерная упрощенная технологическая  схема производства полиэтилена





 








 


 


 

 

 


 

 

 

4. Изучение и анализ некоторых  опасностей, возникающих в процессе  производства предложенной полимерной  системы

 

4.1. Анализ опасностей одной из  стадий получения полимерной  системы.

И мономер и сополимер образуют взрывоопасные смеси с воздухом. Оборудование и коммуникации в отделениях синтеза полимера должны быть герметичными. Производственные помещения должны иметь общую приточно-вытяжную вентиляцию, а перерабатывающее оборудование — местные отсосы. Нельзя допускать утечки бутадиена и этилена в производственное помещение, так как в этом случае возможно образование опасных концентраций локального характера. Что может привести к взрыву. Есть угроза выхода газа под большим давлением в производственное помещение, и за короткий промежуток времени может образовываться концентрации в пределах взрыва. Система защиты должна обеспечивать сброс давления, путем стравливания газа в атмосферу.

Аварийная разгерметизация оборудования может привести к неконтролируемой реакции полимеризации в которой  выделяется тепло. Все это может  привести к пожару и взрыву.

 

5. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ОПАСНОСТЕЙ  ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИПРОПИЛЕНА МЕТОДОМ  НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ В ПРИСУТСТВИИ  МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИХ КАТАЛИЗАТОРОВ

Информация о работе Анализ и расчет физико-химический свойств мономера, сополимера обращающихся в технологическом процессе