Курсовая работа (т): Проект производства полиэфира П6-БА мощностью 1150 т/год

Проект производства полиэфира П6-БА мощностью 1150 т/год

РЕФЕРАТ

Ключевые слова: поликонденсация, полиэфир П6-БА, этиленгликоль, адипиновая кислота, 1,4-бутандиол, тетрабутоксититан.

Цель: спроектировать производство полиэфира П6-БА мощностью 1150т/год.

В расчетно-пояснительной записке приведены: технологическая схема производства, характеристика сырья, вспомогательных материалов и готового продукта, расчёт материального баланса и необходимого количества оборудования, механический расчет основного аппарата, тепловой расчёт.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

АДК - Адипиновая кислота

ЭГ - Этиленгликоль

ТБТ - Тетрабутоксититан

ПЭ - Полиэфир

ВВЕДЕНИЕ

Успешно развивающееся промышленное производство сложных полиэфиров всегда было значимым для страны. Всему миру был хорошо известен натуральный полиэфир - янтарь, но путь получения искусственного полиэфира был трудным, но достижимым. Технология получения полиэфиров была разработана в 1959-1962 гг. Первое на «Казанском заводе синтетического каучука» производство полиэфиров было организовано в 1966 году, а в 1979 году введено в действие производство полиэфира ПБА, марки полиэфиров ПБА I и ПБА III - в 1986 году [1].

Едва ли найдутся отрасли народного хозяйства, где бы ни применялись полиэфиры. При этом выделяются отрасли, в которых объем их потребления особенно велик. К ним относятся: судостроение, автомобилестроение и транспортное машиностроение, строительство, химическая промышленность, электротехническая промышленность, мебельная промышленность, товары народного потребления [1].

Полиэфиры служат основой для производства уретановых каучуков, монолитных и пористых изделий методом литья, для получения оптически чувствительных уретановых полимеров, а также в качестве компонента в клеевых композициях. Полиэфиры нашли широкое применение в резинотехнической промышленности, машиностроении, при изготовлении магнитных лент, а также для изготовления заливочных и лакокрасочных материалов.

Полиэтиленадипинаты устойчивы к старению, обладают низкой летучестью и хорошими миграционными свойствами, их окраска более светлая, к экстракции углеводородами они более устойчивы, чем например полиэтиленсебацинаты.

В промышленности полиэфиры применяют в качестве пластификаторов. Введение пластификаторов в каучуки облегчает их переработку, повышает пластичность резиновой смеси, способствует уменьшению разогрева при смешивании и снижает опасность под вулканизации.

Таким образом, достаточно многообразное применение полиэфиров во многих отраслях промышленности свидетельствует о их важности и значимости как в качестве целого, так и полупродукта в составе различных композиционных материалов.

1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ПРОИЗВОДСТВА

.1 Технико-экономическое сравнение существующих методов производства

Технология получения полиэфиров и на их основе - нового класса высокомолекулярных соединений - полиуретанов, превосходящих по износостойкости все известные полимерные материалы, разработана в 1959- 1962 гг. Опытное производство полиуретанов освоено на производственной базе ВНИИСК. Промышленное производство полиэфиров по непрерывной технологии организовано на «Казанском заводе синтетического каучука» в 1966 г., а в 1979г. введено в действие производство полиэфира ПБА.

Сложные полиэфиры адипиновой кислоты и различных гликолей (П-6, ПС, П6-БА, ПБА, ЭДА-50, П-9А) используются для получения полиуретанов методом литья, для вальцуемых полиуретановых каучуков, отличающихся высокими прочностными показателями, сочетанием высокой твердости с эластичностью, уникальной стойкостью к истиранию, растворителям, маслам, топливам, агрессивным средам, для получения компонент в клеевых композициях в обувной промышленности, машиностроении, при изготовлении магнитных лент, а также для изготовления заливочных и лакокрасочных материалов.

.2 Выбор района и площадки для строительства

Экономически целесообразное размещение предприятий промышленности синтетического каучука связано с особенностями производств. Место строительства обуславливается следующими признаками.

. Наличие энергоресурсов. Энергоресурсы поставляет ТЭЦ.

. Наличие сырья. Высокая материалоемкость приводит к необходимости размещения заводов СК вблизи заводов добычи сырья.

Сырье поставляется химическими предприятиями-производителями и хранится в непроизводственном помещении в специальных емкостях. Из емкостей подается в технологическую линию.

. Дороги положены полностью с твердым покрытием и обеспечивают доступность цеха со всех сторон.

. Цех полностью укомплектован рабочей силой. Источником квалифицированной рабочей силы являются учебные заведения города Казани.

. По уровню расхода воды заводы СК относятся к группе сверх водоемких производств, потребляющих свыше 1000 м3 воды на 1 тонну продукции, поэтому важное значение имеет наличие водных ресурсов.

Казанский ОАО «Завод СК им. С.М.Кирова» находится у озера Кабан.

Расположение Казанского ОАО «Завод СК им. С.М.Кирова» соответствует выше перечисленным требованиям.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Теоретические основы производства

Полиэфир П6-БА представляет собой продукт поликонденсации адипиновой кислоты, этиленгликоля, 1,4-бутандиола. В качестве катализатора используется тетрабутоксититан.

Поликонденсация протекает по реакции полиэтерификации в результате взаимодействия гидроксильных и карбоксильных групп исходных веществ и сопровождается выделением воды.

Важнейшая область применения П6-БА - производство некристаллизующихся уретановых каучуков, монолитных и пористых изделий, изготовляемых методом литья.

Способ получения сложных полиэфиров для полиуретанов поликонденсацией адипиновой кислоты и многоатомного спирта при температуре (195±5)°С, отличающийся тем, что в качестве многоатомного спирта берут этиленгликоль при молярном соотношении адипиновой кислоты и этиленгликоля 1:(1,5-1,6) соответственно и проводят поликонденсацию до кислотного числа 35-42 мг·КОН/г, после чего в реакционную смесь вводят катализатор тетрабутоксититан в количестве 0,0006-0,001% от массы адипиновой кислоты и ведут вакуумную поликонденсацию до кислотного числа не более 1мг·КОН/г.

.1.1 Химические и физико-химические основы производства

Реакция поликонденсации адипиновой кислоты, этиленгликоля, 1,4-бутандиола осуществляется в реакторе в присутствии тетрабутоксититана, как катализатора процесса. Реакция сопровождается поглощением теплоты. Процесс характеризуется малой скоростью, сравнительно большой энергией активации.

Уравнение реакции: H10O2+HOOC-(CH2)4-COOH + HOCH2CH2OH

→ H-[O-CH2CH2-OCO-CH2CH2CH2CH2-OCO] n-CH2CH2OH + H2O

Поликонденсация - процесс синтеза полимеров, в котором рост макромолекул происходит путем химического взаимодействия молекул исходных веществ друг с другом и с полимером, накопившимся в ходе реакции.

В поликонденсационной системе мономеры расходуются очень быстро после начала реакции, но увеличение молекулярной массы полимера происходит в течение всего процесса, поэтому для получения высокомолекулярного полимера необходимо достигать высокой степени конверсии исходных веществ. Отличительная особенность равновесной поликонденсации - это обратимый характер протекающих реакций, т.е. наряду с увеличением длины макромолекул возможны и деструктивные реакции. Образующийся низкомолекулярный продукт (вода) действует как деструктирующий агент. Его роль могут выполнять также низкомолекулярные соединения, имеющие одинаковую природу с одним из исходных мономеров, либо мономер, присутствующий в избытке.

В случае избытка одного из исходных веществ процесс поликонденсации может протекать лишь до тех пор, пока компонент, находящийся в недостатке не будет исчерпан. В этот момент, все образовавшиеся макромолекулы будут иметь на обоих концах цепи одинаковые функциональные группы, как у избыточного компонента и, поэтому часто уже не могут реагировать друг с другом, что приводит к остановке процесса поликонденсации.

В ряде случаев первоначально взятое соотношение функциональных групп нарушается в ходе реакции поликонденсации. Например, если один из мономеров обладает летучестью, то возможен унос его из реакционной среды вместе с низкомолекулярным продуктом реакции.

Присутствие в системе монофункциональных соединений приводит к заметному снижению молекулярной массы образующихся полимеров, т.к. даже при эквимолекулярном соотношении реагирующих бифункциональных соединений на концах полимерной образуются неактивные группы.

Скорость реакции поликонденсации зависит от температуры реакционной среды и от скорости удаления побочных продуктов реакции, в данном случае воды. Чем выше температура реакции и чем быстрее и полнее удаляется вода, тем больше скорость реакции, тем выше достигаемая степень ее завершения и значительнее молекулярная масса полимера.

При повышении температуры или создании более глубокого вакуума в системе равновесие может быть сдвинуто в сторону образования высокомолекулярного полимера за счет удаления из зоны реакции низкомолекулярного продукта. Важной причиной обрыва цепи при поликонденсации является химическая деструкция функциональных групп, превращая их в неактивные. Например, карбоксильные группы при повышенных температурах, часто применяемых в процессе поликонденсации, могут декарбоксилироваться:

~O(CH2)nOOC(CH2)mCOOH→~O(CH2)nOOC(CH2)m-1CH3+CO2↑

Температура деструкции карбоксильных групп зависит от природы дикарбоновой кислоты и других компонентов, присутствующих в системе. Адипиновая кислота при температуре ниже 240°С практически не разлагается, но при нагревании ее с этиленгликолем, выделение углекислого газа наблюдается уже при 150°С.

Остановка роста цепи зависит от ряда физических и химических причин.

Физические причины - это понижение концентрации реагирующих веществ и увеличение вязкости среды, которые резко уменьшают скорость реакции и затрудняют удаление воды. Химические причины - это потеря способности концевых групп растущей молекулы к дальнейшей реакции вследствие неэквивалентного соотношения исходных веществ и химического изменения концевых групп и др.

На образование и свойства полиэфиров влияют следующие факторы:

) Число функциональных групп в кислотах и спиртах и соотношение компонентов;

) Величина и строение молекул кислот и спиртов;

) Некоторые свойства кислот и спиртов (способность к полимеризации, окислению и др.).

.1.2 Технологические основы производства

При проведении поликонденсации в расплаве можно использовать такие исходные вещества, температура плавления которых ниже температуры их разложения. Этим методом получается полимер, который длительное время может находиться в расплавленном виде без заметной термической деструкции.

Процесс получения полиэфира проводится в три стадии при температуре реакционной массы не выше 210С и вакуумметрическом давлении до 0,96кгс/см2: Вначале смесь реагентов расплавляется и нагревается при перемешивании в токе инертного газа, при этом отгоняется основная масса низкомолекулярного продукта, затем процесс продолжается при перемешивании в вакууме с целью более полного удаления низкомолекулярного продукта из зоны реакции и повышения молекулярной массы полимера.

Процессы поликонденсации в расплаве имеют свои достоинства:

Сравнительная простота технологической схемы.

Возможность применения мономеров с пониженной реакционной способностью.

Высокий выход полимера.

Высокое качество и чистота получаемого полимера.

Отсутствие различных дополнительных операций по выделению полимера.

Однако этот наиболее широко распространенный в промышленности метод не лишен и ряда недостатков: высокая температура (200-300С), необходимость использования термически устойчивых мономеров, необходимость проведения реакции в инертной среде и применения вакуума на заключительных этапах, сравнительно большая длительность процесса.

.2 Характеристика исходного сырья, полуфабрикатов, энергетических средств

Таблица 2.1 - Характеристика сырья, полуфабрикатов, вспомогательных материалов, их контроль

2.3 Характеристика готовой продукции и отходов производства

Таблица 2.2 - Характеристика готовой продукции

Таблица 2.3- Характеристика твердых и жидких отходов производства

Конденсат гликолей от II и III стадии синтеза полиэфиров Масло из гидрозатворов Мешки бумажные Мешки полиэтиленовые Отработанный теплоноситель       В накопительные аппараты    На складе адипиновой кислоты На складе адипиновой кислоты  При выпуске продукции    При замене масла  При загрузке  При загрезке              Подвергаются разгонке на ректификационных колоннах  Сжигание  Сжигание или во втор. сырье Сжигание или во втор. сырье  На регенерацию             620 м /год