Материальный и объемный расчет процесса эмульсионной полимеризации метилметакрилата

Стереорегулярный  изотактический полиметилметакрилат, полученный при низких температурах, имеет температуру стеклования 45°С и темп. пл. 160°С; синдиотактический полимер — температуру стеклования 115°С и темп. пл. 200 °С.

Под действием  внешних сил, главным образом  растягивающих усилий, в органическом стекле часто появляются трещины, которые в ряде случаев образуют полости с полным внутренним отражением. Это явление, получившее название «серебрение», значительно снижает качество органического стекла, ухудшает его свойства. Повышению стойкости органического стекла к растрескиванию способствуют пластификация и ориентация полимера, нагретого до 140—150°С, растяжением в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Это приводит также к увеличению ударной вязкости в 7—10 раз. При нагревании полимеров эфиров метакриловой кислоты до 160°С происходит их плавление, выше этой температуры начинается деструкция. Так, полиметилметакрилат деструктируется при 300°С с образованием исходного мономера (80%).

3. Описание технологического  процесса 

Метод эмульсионной (латексной) полимеризации  очень эффективен в случае применения полимеров в виде латексов в качестве лакокрасочных материалов и вспомогательных  веществ для различных отраслей промышленности. После испарения воды полимер образует пленку, которая в зависимости от состава сополимера может быть от мягкой и эластичной до твердой.

Эмульсионную  полимеризацию метакриловых эфиров проводят так же, как и других виниловых мономеров (стирола, винилацетата), периодическим или непрерывным  методом. Процесс производства акрилатов  в эмульсии, подобный процессу получения  эмульсионного ПС осуществляется по определенной рецептуре и состоит  из следующих стадий: приготовление  водной фазы, приготовление мономерной фазы, полимеризация мономера с получением латекса. В случае необходимости полимер можно выделить в виде мелкодисперсного порошка, разрушая эмульсию с помощью электролитов.

В качестве эмульгаторов применяют натриевые  или аммониевые соли органических кислот (олеиновой, диспропорционированной канифоли и др.) и сульфокислот (додецилбензолсульфокислоты, лаурилсульфокислоты, дибутилнафталинсульфокислоты, сульфокислоты С_8-12 и др.). Инициаторами служат водорастворимые перекиси: персульфаты натрия, калия и аммония, перекись водорода, если процесс проводят при 40-90°С, или смеси перекисей с восстановителями, если процесс проводят при 5-30°С. 

 

Полимеризацию проводят в нейтральной или слегка кислой среде. При эмульсионной полимеризации в смеситель 3 при перемешивании загружают из мерников 1 и 2 мономер, воду с эмульгатором и вспомогательные вещества. Образующаяся в смесителе эмульсия самотеком поступает в обогреваемый реактор 4, в котором происходит полимеризация. Во избежание разделения фаз и для обеспечения наилучшего эмульгирования мономера в верхней части реактора установлена мешалка. Основная часть латекса подается в реактор 5 для созревания. Реактор 5 соединен с реактором 4. Готовый латекс самотеком через холодильник 6 поступает в сборник 7. Оба реактора и смеситель соединены между собой трубопроводом для быстрой разгрузки установки при чистке, а также на случай аварии.

4. Расчетная часть 

4.1. Материальный расчет процесса эмульсионной полимеризации метилметакрилата 

 Исходные  данные:

• Производительность 10 тыс. т/год
• Число рабочих дней  - 320
• Общие потери – 4%

Рассчитать  расходные коэффициенты по сырью  в производстве эмульсионного полиметилметакрилата периодическим способом. 

Процесс проводят по следующей рецептуре [1, с. 113]:

 

1) Определяем суточную производительность готового продукта без учета потерь: 

где П - производительность, Д – число рабочих дней в году.

 2) Определяем суточную производительность готового продукта с учетом потерь: 

де а  – общая доля потерь на всех стадиях  процесса.

 3) Определяем  абсолютную величину потерь на  всех стадиях процесса: 

 4) Определяем  расход каждого из видов сырья: 

 101,35 (сумма масс.ч. за вычетом масс.ч. воды и эмульгатора) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5) Составляем  материальный баланс:

 

 6) Определяем  расходные коэффициенты по сырью: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.2. Объемный расчет процесса эмульсионной полимеризации метилметакрилата 

Рассчитать  количество полимеризаторов для процесса эмульсионной полимеризации метилметакрилата. 

1) Определяем суточный объем перерабатываемых материалов: 
 
 

 

     

В качестве инициатора используем персульфат аммония [2, с. 166]

     

В качестве эмульгатора используем олеиновое мыло [1, с. 115]

        

Объемами  красителя, ускорителя и регулятора пренебрегаем из-за малых значений.

       
 

2) Определяем  количество операций, совершаемых  одним аппаратом в сутки: 

где τ  – длительность стадии технологического процесса, τ 
 
 
 
 

  [1, с. 116] 
 
 
 

 3) Определяем рабочую емкость всех аппаратов в данной технологической стадии: 
 
 

 ) Определяем  общий объем всех аппаратов: 
 

 где φ – коэффициент заполнения аппарата, φ = 0,75. 
 
 

5) По  ГОСТу выбираем аппарат для  данного технологического процесса и рассчитываем количество аппаратов.

Принимаем номинальный объем аппарата равным 16 м³. [3]  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 5. Охрана труда и окружающей среды 

Эфиры низших спиртов метакриловой кислоты  представляют собой летучие легкогорючие вещества, которые с воздухом образуют взрывоопасные смеси.

Области воспламенения метилметакрилата при 25°С и атмосферном давлении [в % (об.)]: нижний предел – 1,5; верхний предел – 11,6. Действие паров метилметакрилата на глаза вызывает раздражение слизистых оболочек. При горении ПММА не выделяет никаких ядовитых газов.

Помещение, в котором производится работа с  мономерами, должно быть обеспечено хорошей  вентиляцией; необходимо исключить возможность возникновения статического электричества и избегать применения открытого огня.

Производственные  помещения должны быть оборудованы  общеобменной и местной вентиляцией. Вентиляционные выбросы и сточные воды подлежат дегазации и очистке на специальных установках.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Список используемой литературы

1. Николаев А.Ф. Технология пластических масс. Л., «Химия», 1977. 368 с.

2. Технология пластических масс. Под ред. В. В. Коршака. Изд. 2-е, перераб. и доп.

М., «Химия», 1976. 608 с.

3. ГОСТ 20680-2002

4. Николаев А. Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. Изд. 2-е.         М. — Л., «Химия», 1966. 768 с.

5. Материалы свободной энциклопедии «Википедия».  URL: http://ru.wikipedia.org/