Проект узла сополимеризации стирола с метилметакрилатом в производстве латекса

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«НАЦИОНАЛЬНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Институт – Природных ресурсов (ХО)

Направление (специальность) – химическая технология и биотехнология

Кафедра – ТООС и ВМС

 

 

ПРОЕКТ УЗЛА СОПОЛИМЕРИЗАЦИИ СТИРОЛА С МЕТИЛМЕТАКРИЛАТОМ В ПРОИЗВОДСТВЕ ЛАТЕКСА

Выпускная квалификационная работа

на соискание  квалификации бакалавр

ФЮРА.240100.04.00.001 ПЗ

 

 

 

Студент гр.   5А73                _________________    Е.В. Вихарева

                                                                      (подпись)       

                                               _________________

                                                          (дата)

 

 

Руководитель                     _________________    Е.П. Фитерер

 канд. хим. наук                              (подпись)       

                                               _________________

                                                           (дата)

 

 

Допустить к защите:           _________________    Е.А. Краснокутская

Заведующий кафедрой                   (подпись)

                                               _________________

                                                           (дата)

 

 

 

 

Томск – 2011

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«НАЦИОНАЛЬНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

                                    Кафедра ТООС и ВМС

                        УТВЕРЖДАЮ:

                                               Зав.кафедрой Краснокутская Е.А.

                                                 

                                                  ____________________________                     

(подпись, дата)

 

ЗАДАНИЕ

 

на выполнение выпускной  квалификационной работы

Студенту  гр. 5А73 Вихаревой Е.В.

1.Тема выпускной квалификационной  работы ПРОЕКТ УЗЛА сополимеризации стирола  с метилметакрилатом в производстве латекса (утверждена приказом ректора (распоряжением декана)) от            №              .

2.Срок сдачи студентом  готовой работы                                                                .

3.Исходные данные к  работе Годовая производительность производства – 10000 т/год; годовой фонд рабочего времени – 306 дней. Рецептура загрузки (вес %): вода – 250, метилметакрилат – 60, стирол – 40, перекись бензоила – 1, поливиниловый спирт – 5, дипроксид – 0,15.

4.Содержание текстового  документа (перечень подлежащих разработке вопросов              Введение

Теоретическая часть

Технико – экономическое обоснование

Физико – химические основы процесса

Описание  технологического процесса

Материальные расчет

Технологический расчет основного аппарата

Аппаратурные  расчеты 

Контроль  производства

Безопасность  жизнедеятельности

Заключение

5.Перечень графического  материала (с точным указанием  обязательных чертежей):                                                                                                             .

5.1. Схема технологическая. На отдельном листе.

5.2. Реактор полимеризации. Общий вид. На отдельном листе.

5.3. Сборочные единицы. На отдельном листе.

6.Дата выдачи задания на выполнение выпускной квалификационной работы

                                                                                                                                .

 

 

                                                                             Руководитель Е.П.Фитерер

 

    ____________________________

                                                                                              (подпись, дата)

 

                                                                           Задание принял к исполнению

                                                Е.В.Вихарева

 

                                                                            __________________________

                                                                                              (подпись, дата)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

Выпускная квалификационная работа состоит из 69с., содержит 15 табл., 4 рис., 17 литературных источников, 3 л. граф. материала.

Объектом разработки является производство стирол – метилметакрилатного латекса. Целью проектирования является разработка комплекса взаимосвязанных процессов, обеспечивающих выработку латекса требуемого качества при минимальной себестоимости.

Выпускная проектная работа выполнена на кафедре ТООС под  руководством к.х.н. Е.П. Фитерер студенткой группы 5А73 Вихаревой Е.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение………………………………………………………………………….7

1. Теоретическая часть

1.1     Технико-экономическое обоснование…………………………………...10

1.1.1  Выбор и обоснование способа производства…………………………..12

1.1.2  Характеристика исходного сырья и готовой продукции……………...14

1.2 Химизм процесса сополимеризации стирола с

          метилметакрилатом в эмульсии…………………………………………17

1.3 Кинетика сополимеризации стирола с метилметакрилатом…………...21

1.4 Термодинамика сополимеризации стирола с метилметакрилатом…....22

1.5 Влияние различных факторов на скорость, молекулярную массу,

          выход и размеры образующегося латекса……………………………….23

2.  Технологическая часть

2.1 Описание технологической схемы………………………………………25

2.2 Материальный расчет…………………………………………………….27

2.3  Выбор материала и конструкции основного аппарата………………...36

2.4 Расчет объема реактора…………………………………………………..38

2.5  Тепловой расчет………………………………………………………….39

2.6      Аппаратурные расчеты…………………………………………………..43

2.6.1   Конструктивный расчет полимеризатора………………………………43

2.6.2  Расчет дополнительной аппаратуры…………………………………….46

2.7      Контроль производства…………………………………………………..46

2.7.1   Аналитический контроль………………………………………………...46

2.7.1.1 Анализ исходного  сырья………………………………………………...46

2.7.1.1.1 Определение массовой  доли стирола и органических  примесей                                                                        (фенилацетилена, дивинилбензола, ацетофенона)…………………...46

2.7.1.1.2 Определение массовой  доли метилметакрилата…………………….48

2.7.1.2    Анализ полученного латекса………………………………………….49

2.7.1.2.1 Определение массовой доли сухого вещества……………………….49

2.7.1.2.2 Определение стойкости латекса при разведении водой в

               соотношении 1:100…………………………………………………….50

2.7.1.2.3 Определение массовой  доли 

              незаполимеризованного стирола………………………………………51

2.7.1.2.4 Определение поверхностного  натяжения……………………………55

2.7.2      Автоматический контроль и управление процессом………………...58

2.8         Безопасность жизнедеятельности……………………………………..59

 

2.8.1      Основные требования безопасной эксплуатации

              производства…………………………..………………………………..59

2.8.2 Противоаварийная защита на производстве……………………………..60

2.8.3 Электробезопасность……………………………………………………...60

2.8.4 Индивидуальные и коллективные  средства защиты работающих……..61

Заключение……………………………………………………………………….62

Список использованной литературы…………………………………………...63

Приложение А……………………………………………………………………66

Спецификация……………………………………………………………………67

ФЮРА.240100.04.00.002.СТ. Схема технологическая…... ……………..На отдельном листе

ФЮРА.240100.04.00.003.ВО. Реактор. Вид общий……. .........................На отдельном листе

ФЮРА.240100.04.00.004.СБ. Реактор. Сборочные единицы …………...На отдельном листе

Диск

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Латексы – это водные дисперсии полимеров, которые вследствие своих специфических свойств и доступности нашли широкое применение. Латексы по способу получения делятся на натуральные, синтетические и искусственные.

Латекс натуральный - млечный сок каучуконосных растений. Плантации гевеи бразильской - главный промышленный источник натурального латекса, представляющего собой водную дисперсию глобул натурального каучука, содержащую также белки, соли и другие добавки. Наибольшее промышленное значение имеет латекс бразильской гевеи, из которого выделяют каучук натуральный. Из латекса натурального получают натуральный каучук, готовят тонкослойные "маканыe" (в том числе медицинские) и губчатые изделия, нити, клеи и прочее.  При получении и переработке латекса энергозатраты и загрязнение среды обитания минимальны.

Синтетические латексы - водные дисперсии синтетических каучуков, образующиеся в результате эмульсионной полимеризации. К синтетическим латексам относят также дисперсии пластиков, например поливинилхлорида, поливинилацетата. Искусственные латексы (искусственные дисперсии) - продукты, которые образуются при диспергировании "готовых" полимеров в воде. Как правило, такие латексы получают из каучуков, синтезируемых полимеризацией в растворе, например бутилкаучука, изопреновых каучуков. Латекс состоит из мельчайших частичек жидкости, твёрдых частиц и других примесей.

Искусственные латексы изготавливают из твердых полимеров или их растворов в органических растворителях. К ним относятся латексы 1,4-цис-полиизопрена, силоксановых и других неэмульсионных каучуков.

Латекс, рассматриваемый  в данной работе, относится к синтетическим.

Синтетические латексы по ряду свойств сближаются с натуральным латексом. Это сходство объясняется тем, что как натуральный, так и синтетические латексы стабилизованы поверхностно-активными веществами. В натуральных латексах стабилизаторами являются протеины, а в синтетических - поверхностно-активные вещества.

Главной характеристикой  всякой коллоидной многокомпонентной  системы является степень дисперсности. Все синтетические латексы относятся  к полидисперсным системам, размер частиц которых колеблется от сотых  долей до нескольких микрометров.

Синтетические латексы представляют собой более высокодисперсные системы, чем натуральный латекс. Частицы  синтетических латексов меньше и  более однородны по размерам, чем  частицы натурального латекса (0,05 мкм  в синтетических латексах, 0,15 - 14 мкм в натуральном). Благодаря высокой дисперсности синтетические латексы обладают рядом преимуществ по сравнению с натуральным латексом. К ним относятся: большая устойчивость синтетических латексов, лучшая диффузионная способность и так далее.

Заряд частицы латексов удерживается благодаря абсорбированному на их поверхности  стабилизатору (эмульгатору). В настоящее  время разработана рецептура  полимеризации, которая позволяет  получать латексы с частицами  заданной величины. От размера частиц латекса зависят многие их свойства. Характерным свойством синтетических  латексов является их меньшая подверженность самопроизвольному расслаиванию, или  сливкоотделению, по сравнению с натуральным латексом. Для концентрирования таких латексов применяют особые приемы.

Вязкость, или коэффициент  внутреннего трения, является одним  из наиболее важных свойств коллоидной системы. Вязкость синтетических латексов зависит от их концентрации, температуры, наличия электролита и других. С увеличением концентрации латекса вязкость его возрастает, причем для каждого вида латекса имеется своя критическая концентрация пастообразования.

Синтетические латексы обладают достаточно высокой химической устойчивостью, что обеспечивает возможность практического  их применения.

Латекс может коагулироваться  при механических и температурных  воздействиях, при разведении, при  введении в него электролитов, инертных наполнителей и так далее. Устойчивость латексов к механическим воздействиям представляет интерес не только для характеристики коллоидного состояния системы, но является весьма важным технологическим показателем.