Проект узла сополимеризации стирола с метилметакрилатом в производстве латекса

После дегазации латекс поступает  в смеситель поз.С4 для стабилизации. Стабилизация проходит при комнатной температуре, поэтому нет необходимости в установке в смесителе поверхности теплообмена. После стабилизации готовый латекс поступает на фасовку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Материальный расчет

Материальный баланс составляется на основе закона сохранения массы. Применительно к расчету материального баланса какого – либо процесса этот закон принимает следующую форму:

G_пр = G_пол + G_пот, где

G_пр – масса исходных продуктов, кг;

G_пол – масса полученного полимера, кг;

G_пот – масса потерь реагентов, кг;

На рисунке 2.2.1 представлена схема материальных потоков:

Рис.2– Схема материальных потоков

Годовая производительность цеха составляет 10000 т/год, процесс периодический.

Рецептура загрузки всех компонентов (% масс.):

Метилметакрилат                  y₁=60

Стирол                                   y₂=40

Вода                                     y₃=250

Перекись бензоила                y₄=1

Поливиниловый спирт          y₅=5

Дипроксид                           y₆=0,15

 

Число рабочих дней в году: Д = 365 – Р,

где Д – число рабочих дней в году,

Р – количество рабочих дней в году, отведенных на капитальный и другие виды ремонта, предусмотренного графиком планово – предупредительного ремонта (ППР) цеха

Д = 365 – 59 = 306 дней.

 

Количество циклов в год:

где - эффективный фонд работы оборудования,

ч,

- время одного цикла,  = 9 ч,

 

Производительность в  сутки без учета потерь:

 

Потери по стадиям:

• Приготовление водной фазы α₁= 0,2 %;
• Приготовление мономерной фазы α₂= 0,2 %;
• Сополимеризация α₃= 0,2 % ;
• Отделение незаполимеризовавшихся мономеров α₄= 0,3 %;
• Стадия стабилизации α₅= 0,2 %;
• Стадия фасовки α₆= 0,2 %;

 

Производительность в  сутки с учетом потерь:

 

 

 

 

Производительность в  сутки без учета потерь на абсолютно  сухой полимер (влажность готового продукта φ=0,5 %):

 

Производительность в сутки с учетом потерь на абсолютно сухой полимер:

 

 

Общие потери сополимера:

 

 

Постадийный материальный баланс

1) Приготовление водной и мономерной фаз

 

Суточный расход мономеров  с учетом всех потерь:

 

 

где  - эффективность инициирования перекисью бензоила, которую принимаем равной 1 для упрощения расчета; - молекулярная масса перекиси бензоила, кг/кмоль; - молекулярная масса активного радикала, кг/кмоль; - средняя степень превращения мономеров.

Загрузка реактора по мономерам:

 

Загрузка реактора по инициатору (перекись бензоила):

 

Суточный расход перекиси бензоила с учетом потерь:

 

Пероксид бензоила разлагается при нагревании по схеме:

 

Образующиеся радикалы участвуют  не только  в реакции сополимеризации, но и в побочных превращениях. Допускается  участие радикалов в реакции  рекомбинации с образованием дифенила:

Из взятого на реакцию  количества инициатора:

• На образование концевых групп расходуется:

 

• Остается непрореагировавшего инициатора:

 

• Образуется углекислого газа:

 

 

Загрузка реактора по эмульгатору (поливиниловый спирт):

 

Суточный расход ПВС с  учетом потерь:

 

Загрузка реактора по обессоленной воде:

 

Суточный расход обессоленной воды на приготовление водной фазы:

 

Загрузка реактора по регулятору молекулярной массы:

 

Суточный расход дипроксида:

 

 

Таблица 2– Приготовление  водной фазы

Приход	кг/сут	%	Расход	кг/сут	%
1. Вода 2. ПВС	83831,415 1676,628	98,04 2,96	1. Водная фаза, в т.ч.: - вода -ПВС 2. Потери, в т. ч.: - вода - ПВС	85337,027   83663,752 1673,275 171,016   167,663 3,353	99,8 97,84 1,96   0,2 0,196 0,004
Итого	85508,043	100	Итого	85508,043	100

 

Таблица 3 – Приготовление  мономерной фазы

Приход	кг/сут	%	Расход	кг/сут	%
1.Мономеры 2. ПБ 3.Дипроксид	33532,566 335,326 50,299	98,04 2,96	1.Мономерная фаза, в т.ч.: - мономеры -ПБ - дипроксид 2. Потери, в т. ч.: - мономеры - ПБ - дипроксид	33850,354   33465,501 334,655 50,198 67,837   67,065 0,671 0,101	99,8 98,66 0,9866 0,1534   0,2 0,1977 0,002 0,003
Итого	33918,191	100	Итого	33918,191	100

 

2. Стадия  сополимеризации

Количество образующегося  сополимера на стадии сополимеризации:

 

Останется непрореагировавших мономеров:

 

Потери сополимера на стадии сополимеризации:

 

Потери мономеров на стадии сополимеризации:

 

 

Потери воды на стадии сополимеризации:

  

Потери эмульгатора (ПВС):

   

Потери инициатора (ПБ):

   

Потери дипроксида:

   

Останется после полимеризации  в составе эмульсии:

• воды:

   

• эмульгатора:

;

• сополимера:

 

• дипроксида:

 

 

Таблица 4 – Стадия сополимеризации

Приход	кг/сут	%	Расход	кг/сут	%
1.Водная фаза, в т.ч.: - вода -эмульгатор (ПВС) 2.Мономерная фаза, в т.ч.: - мономеры - дипроксид -ПБ	85337,027   83663,752 1673,275   33850,354   33465,501 50,198 334,655		1.Эмульсия, в т.ч.: - вода - эмульгатор - дипроксид - сополимер - мономеры -ПБ 2. Потери, в т. ч.: - вода - эмульгатор - сополимер - мономеры - ПБ - дипроксид	118829,819   83412,761 1668,255 50,047 31806,200 1572,878 0 357,562   150,991 5,020 95,706 100,396 1,004 0,151	99,7   69,984 1,4 0,042 26,686 1,588   0,3   0,127 0,004 0,08 0,084 0,008 0,0001
Итого	119187,381	100	Итого	119187,381	100

 

3. Стадия  отгонки незаполимеризовавшихся мономеров

Отдувку мономеров проводим продувкой эмульсии инертным газом (азотом). Инертного газа на продувку берем в мольном соотношении к мономерам 3:1. Тогда необходимо подать азота на продувку:

 

Определяем количество мономеров  и азота, ушедших в газгольдер:

 

или   

 

или

Объемное содержание водяных  паров в газах, направляемых в  газгольдер при 50ºС:

 

где - мольная доля воды в суспензии, принимая, что сополимер практически не летуч; =12580 Па – парциальное давление насыщенных паров воды при 50ºС. Тогда количество паров воды, поступающих в газгольдер составит:

 

или  

Потери сополимера на стадии дегазации:

 

Потери мономеров на стадии дегазации:

 

Потери воды:

 

Потери ПВС:

 

Потери азота:

 

Потери дипроксида:

 

Определим количество оставшейся воды, мономеров, азота после дегазации:

 

 

 

Останется в эмульсии после  дегазации:

• сополимер:

 

• эмульгатор (ПВС):

  

• регулятор ММ (дипроксид):

 

 

Таблица 5 – Стадия отгонки  незаполимеризовавшихся мономеров

Приход	кг/сут	%	Расход	кг/сут	%
1.Эмульсия, в т.ч.: - вода - эмульгатор - дипроксид - сополимер - мономеры -ПБ 2. Азот	118829,819   83412,761 1668,255 50,047 31806,200 1572,878 0 647,575	99,46   69,816 1,396 0,042 26,622 1,316   0,54	1.Эмульсия, в т.ч.: - вода - эмульгатор - дипроксид - сополимер - мономеры - азот 2.Газы в газгольдер, в  т. ч.: - мономеры - азот - пары воды 3. Потери, в т.ч.: - вода - эмульгатор - сополимер - мономеры - дипроксид - азот	116434,335   83005,98 1663,250 49,897 31710,781 3,136 1,291   2365,907 1565,023 644.341 156,543 1220,474 250,238 5,005 958,419 4,719 0,150 1.943	97,45                 1,98       0,57
Итого	119477,394	100	Итого	119477,394	100

 

 

4. Стадия  стабилизации полученного латекса

Потери на стадии:

Воды:  

ПВС:    

Мономеры:

Дипроксида:   

Сополимера:

Останется в эмульсии:

Воды:    

ПВС:

Мономеров: 

Дипроксида:

Сополимера:

 

Таблица 6 – Стадия стабилизации полученного латекса

Приход	кг/сут	%	Расход	кг/сут	%
1.Эмульсия, в т.ч.: - вода - эмульгатор - дипроксид - сополимер - мономеры	116434,335   83005,98 1663,250 49,897 31710,781 3,136	100   71,29 1,43 0,043 27,23 0.007	1.Эмульсия, в т.ч.: - вода - эмульгатор - дипроксид - сополимер - мономеры 2. Потери, в т.ч.: - вода - эмульгатор - сополимер - мономеры - дипроксид	116200,177   82839,968 1659,923 49,797 31647,359 3,13 234,158 166,012 3,326 63,422 0,006 0,1	98   69,86 1,4 0,042 26,69 0,003 2 1,42 0,03 0,54 0,0002 0,0008
Итого	116434,335	100	Итого	116434,335	100

 

5. Стадия  фасовки

Потери на стадии:

Вода:  

ПВС:    

Мономеры:

Дипроксид:   

Сополимер:

Готовый латекс содержит: