КП ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИЭФИРА ЛАПРОЛ 805У. Производство простого полиэфира марки Лапрол 805 У
 Скачать 2.46 Mb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования. «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых». Институт архитектуры, строительства и энергетики Кафедра «Химические технологии» Курсовая работа на тему: «Производство простого полиэфира марки Лапрол 805 У» Принял Выполнила Студентка 2 курса группы ЗХТмд-120 Владимир 2022 СОДЕРЖАНИЕ Введение
ВВЕДЕНИЕ Простые полиэфиры представляют собой олигомерные продукты, содержащие в основной цепи простые эфирные связи С-О-С.В зависимости от природы углеводородного фрагмента основной цепи простые полиэфиры подразделяются на алифатические и ароматические. Практическое применение нашли лишь немногие представители простых полиэфиров: из алифатических- полиметиленоксид, полиэтиленоксид, пентапласт; из ароматических- поли- 2,6- диметил- и –фениленоксид и полиариленсульфоны. Алифатические полиэфиры растворяются в хлорированных и ароматических углеводородах, эфирах, кетонах; растворимость в воде уменьшается с увеличением молекулярной массы. Алифатические полиэфиры легко гидролизуются кислотами, способны окисляться устойчивы к действию щелочей, не деструктируют до 300оС. Получают: катионной полимеризацией циклических окисей или поликонденсацией гликолей. Ароматические полиэфиры растворяются в полярных ароматических растворителях и хлорированных углеводородах, не растворяются в воде. Устойчивы к растворам щелочей, минеральных кислот и солей. Не деструктируют до 350-400оС. По концевым ОН-группам вступают в реакции с диизоцианатами и другими реагентами. Получают: поликонденсацией n- или м- галогенфенолятов щелочных металлов либо поликонденсацией щелочных солей дифенолов с ароматическими дигалогенидами. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОСТЫХ ПОЛИЭФИРОВ. Простые полиэфиры представляют собой вязкие прозрачные жидкости от бесцветного до светло-желтого цвета. Хорошо растворяются в большинстве органических растворителях (спиртах, эфирах, ацетоне, четыреххлористом углероде и др.). Растворимость в воде неодинакова для разных марок простых полиэфиров. С повышением температуры их растворимость в воде снижается. простые полиэфиры отличаются узким унимодальным молекулярно-массовым распределением, однородным химическим и функциональным составом. ПОЛУЧЕНИЕ. Для получения простых полиэфиров главным образом используют ионную полимеризацию и поликонденсацию. Исходные мономеры- альдегиды, кетоны, циклические эфиры, ацетали, спирты, гликоли. Простые полиэфиры получают полимеризацией этиленоксида или пропиленоксида в присутствии полифункциональных спиртов и аминов. Обычно используют полимеры пропиленоксида, поскольку полиоксипропиленовая цепь обладает большей гидрофобностью, чем полиоксиэтиленовая или блоксополимеры пропиленоксида и этиленоксида с концевыми оксиэтильными группами: -О-(-СН2-СН-О-)n-(-СН2-О-)m-Н. Полимеризацию алкиленоксидов чаще всего проводят в присутствии глицерина, триметилпропана и этилендимина. Структуры образующихся полифункциональных гидроксилсодержащих олигомеров можно представить следующим образом: полиоксипропиленовый глицерин- олигомерный триол: СН2-(-ОСН2-СН-)n-ОН СН3 СН2-(-ОСН2-СН-)n-ОН СН3 СН2-(-ОСН2-СН-)n-ОН СН3 Полиоксипропиленовый этилендиамин- олигомерний тетраол: CH3 (Н(ОСН2-СН-)n-N-CH2-CH2-N-(CH-CH2O)n-H)2. CH3 Для синтеза высокомолекулярных продуктов наибольшее распространение получил метод катионной полимеризации. По анионному механизму полимеризуются только эпоксиды и альдегиды. Полимеризация по радикальному механизму крайне затруднена из-за относительно высокой энергии разрыва связи С-О. В настоящее время для простых олигоэфиров применяются следующие технические (товарные) названия: Лапрол- для гидроксилсодержащих олигомеров Лапромол- для азотосодержащих полиспиртов Лапромат- для олигомеров, содержащих концевые циклокарбонатные группы. ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И УСЛОВИЯ ХРАНЕНИЯ ПРОСТЫХ ОЛИГОЭФИРОВ. Простые олигоэфиры относятся к категории умеренно или малотоксичных веществ с ЛД50=5-26 г/кг. Кумулятивными свойствами практически не обладают, однако при длительном воздействии на кожные покровы способны вызвать поражения печени и почек. При работе с ними следует соблюдать обычные меры предосторожности, исключающие попадание в олигоэфиры атмосферной влаги. Рекомендуется хранить олигоэфиры в атмосфере инертного газа в герметично закрытой таре. 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. 1.1. ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ.
Лапрол 805 У по ТУ 6-55-1679-89 представляет собой продукт оксипропилирования пятиатомного спирта- ксилита. Лапрол 805 У растворяется в воде, спиртах, ацетоне и некоторых других органических растворителях. Применяется в качестве сырья в производстве жестких пенополиуретанов. 1.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛАПРОЛА 805 У.
ХИМИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА. 1. Плавление ксилита и едкого калия: СН2ОН СН2ОК СНОН КОН СНОН СНОН + СНОН +Н2О СНОН СНОН СН2ОН СН2ОН 2. Полимеризация окиси пропилена: СН2ОК СН2О-(-СН2-СН-О-)n/5-К СНОН СН СНО-(-СН2-СН-О-)n/5-Н СНОН + n СН-СН СНО-(-СН2-СН-О-)n/5-Н СНОН О СНО-(-СН2-СН-О-)n/5-Н СН2ОН СН2О-(-СН2-СН-О-)n/5-Н 3. Нейтрализация щелочного полимеризата: СН2О-(-СН2-СН-О-)n/5-К СН2О-(-СН2-СН-О-)n/5-Н СНО-(-СН2-СН-О-)n/5-Н СНО-(-СН2-СН-О-)n/5-Н СНО-(-СН2-СН-О-)n/5-Н +СН3СООН СНО-(-СН2-СН-О-)n/5-Н +СН3ОК СНО-(-СН2-СН-О-)n/5-Н СНО-(-СН2-СН-О-)n/5-Н СН2О-(-СН2-СН-О-)n/5-Н СН2О-(-СН2-СН-О-)n/5-Н 1.3.ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. 1. Подготовка оборудования. Перед началом операции все технологическое оборудование и коммуникации должны быть промыты, высушены и проверены на герметичность. Промывка оборудования и коммуникаций производится непосредственно перед пуском, после длительной остановки, после ремонта, при переходе на выработку другого вида продукции. Промывка может производиться как отдельных аппаратов и узлов, так и всей установки в целом. Для этого сначала проводят тщательное опорожнение аппаратов и коммуникаций от полиэфира путем слива из разогретых до 100-120оС аппаратов, затем аппараты заливают холодной водой, включают мешалку и перемешивают 30 минут при температуре не выше 50оС, воду сливают. Ополаскивают аппараты горячей водой, затем конденсатом. Горячий аппарат тщательно продувают азотом или воздухом, вакуумируют, стравливают азотом, затем аппараты и коммуникации проверяют на герметичность. При постоянной работе оборудования проверка на герметичность перед каждым синтезом проводится по упрощенной схеме: заполняют аппарат азотом до давления 3,0кгс/см2. Падение давления за 1 час не должно превышать 0,1кгс/см2. Мерник окиси пропилена промывают только в случае необходимости очистки от ржавчины. Обычно мерник продувают азотом, ополаскивают окисью пропилена и в случае необходимости проверяют на герметичность. 2. Подготовка сырья. Окись пропилена со склада окиси пропилена передавливают азотом давлением до 4 кгс/см2 в приемный мерник (сборник). Мерник снабжен переливной линией и аварийной емкостью. Приемный сборник и мерник охлаждаются водой для предотвращения потерь окиси пропилена при испарении. Из мерника окиси пропилена отбирают пробу на содержание влаги. Ксилит кристаллический загружают вручную через бункер в плавитель, снабженный рубашкой и змеевиком. Взвешенное количество едкого калия или едкого натрия загружают вручную в плавитель. Гидрохинон взвешивают на весах и загружают в нейтрализатор через люк вручную. Ледяную уксусную кислоту в необходимом количестве загружают с помощью вакуума в монтус и оттуда передают в мерник уксусной кислоты. Допускается загрузка кислоты непосредственно через люк нейтрализатора. 3. Плавление ксилита и едкого калия. В разогретый плавитель загружают через бункер ксилит. Плавление ксилита проводится подачей пара в рубашку или змеевик плавителя при постоянном подъеме температуры до 80-90оС, под давлением азота не ниже 0,2 кгс/см2. При температуре 80-90оС включают мешалку и постоянно поднимают температуру до 90-100оС. После полного расплавления ксилита давление сбрасывают, загружают через люк вручную гидроокись калия. Плавление КОН производят под давлением азота 0,2 кгс/см2 при температуре 90-100оС. Процесс подготовки раствора катализатора (плавление ксилита и растворение гидроксида калия) должен проводиться так, чтобы избежать излишнего потемнения продуктов. Температуру в плавителе поддерживают автоматически, регулируя подачу пара в рубашку и змеевик. 4. Полимеризация окиси пропилена. Перед сливом расплава полимеризатор вакуумируют в течении 30 минут. Затем сливают расплавленный ксилит и после слива в полимеризаторе создается давление азота через сливную линию расплава из плавителя ксилита. После того, как в полимеризаторе таким образом будет создано давление азота 0,1-0,3 кгс/см2, вентиль на линии слива раствора закрывают, включают мешалку и разогревают полимеризатор через рубашку паром до 95-105оС. Затем быстро создают вакуум (остаточное давление 50-70 мм рт.ст.), сразу же стравливают вакуум подачей окиси пропилена из мерника окиси пропилена, в котором предварительно создают давление азота 1 кгс/см2. Время пребывания полимеризатора под вакуумом должно быть сведено до минимума для того, чтобы избежать окисления расплавленного ксилита. После того как давление в мернике и полимеризаторе уровняется, продолжают перемешивание и поддерживают температуру 100-110оС. Первые 2-4 часа поглощение окиси пропилена идет очень медленно, затем после вступления в реакцию 70-100л окиси пропилена реакция ускоряется и подача окиси пропилена может быть увеличена. Для этого постепенно повышают давление азота в мернике окиси пропилена до 2-2,5 кгс/см2 и постепенно увеличивают скорость подачи окиси пропилена. Экзотермическое тепло реакции(около 400 ккал/кг) снимают подачей холодной воды в обратный холодильник и в змеевик полимеризатора. В особых случаях допустима также подача холодной воды в рубашку полимеризатора. В первоначальный период начала дозировки температура может подняться до 120оС в течении 10-12мин, а затем установиться не более 113оС. При температуре в полимеризаторе 100-113оС и давлении 2,5 кгс/см2, скорость дозировки окиси пропилена может быть доведена до 500-700л/час. В случае, если давление в полимеризаторе достигает 2,8 кгс/см2, либо температура превысила 115оС или упала ниже 95оС, закрывают подачу окиси пропилена, устанавливают заданную температуру и затем продолжают процесс. Подачу окиси пропилена немедленно прекращают также при отключении электроэнергии, сжатого воздуха или холодной воды. После прекращения подачи требуемого количества окиси пропилена происходит постепенное снижение давления при постоянном перемешивании. При давлении в полимеризаторе ниже 0,3 кгс/см2 включают циркуляционный насос, нагревают аппарат до 115-120оС и выдерживают при этой температуре 3 часа. Во время выдержки в полимеризаторе поддерживают давление азотом не ниже 0,3 кгс/см2. После выдержки полимеризатор охлаждают до 90оС и отбирают пробу на щелочность, вязкость и остаточную окись пропилена. Щелочной полимеризат должен удовлетворять следующим требованиям: Общая щелочность гидроксида калия 0,27-0,3% Солевая щелочность не более 30% от общей Массовая доля остаточной окиси пропилена не более 0,1% Вязкость при 25оС 2000-4500 сПз. Щелочной полимеризат, удовлетворяющий требованиям, передают насосом и передавливают азотом в нейтрализатор. 5. Нейтрализация щелочного полимеризата. При получении полиэфира марки Лапрол 805 У щелочной полимеризат нейтрализуется ледяной уксусной кислотой. Нейтрализатор перед приемкой очередного синтеза должен быть тщательно продут азотом. В перерыве между операциями нейтрализатор должен всегда находиться под небольшим избыточным давлении азота. После загрузки щелочного полимеризата в нейтрализатор подают уксусную кислоту. После загрузки кислоты в аппарат вносится 0,2% (от веса щелочного полимеризата) гидрохинона или топанола. В нейтрализаторе создается давление азота 0,2-0,3атм, включается перемешивание и при температуре 95-105оС проводится нейтрализация в течении 2 ч. После окончании нейтрализации отбирается проба на анализ. Отнейтрализованный продукт должен удовлетворять следующим требованиям: Массовая доля воды не более 0,3%; рН 6,0-7,8; кислотное число не более 0,8 мгКОН/г. При несоответствии показателей указанным нормам проводится дополнительная нейтрализация. После окончании нейтрализации Лапрол 805 У охлаждают до температуры 60-70оС и передавливают в усреднитель, предназначенный для усреднения разовых партий. 6. Усреднение партий. Усреднение партий производится при температуре 60-70оС перемешиванием не менее 1 часа циркуляционным насосом. В усреднителе могут быть смешены любые партии, соответствующие ТУ, а также партии с незначительными отклонениями от ТУ. Температуру в нейтрализаторе регулируют изменением подачи пара в рубашку. Давление в нейтрализаторе регулируют подачей азота. Температуру в усреднителе поддерживают подачей пара в рубашку или воды в змеевик. 7. Упаковка, маркировка и отгрузка Лапрола 805 У. Усредненная (из 3-4 синтезов) партия Лапрола 805 У проверяется на соответствие требованиям ТУ и при положительных результатах насосом откачивается на склад готовой продукции. Перед началом откачки линия от цеха до склада и приемочный сборник (на склад) тщательно продуваются азотом. Лапрол 805 У заливают в чистые, сухие, предварительно продутые азотом бочки. Лапрол 805 У должен храниться в крытых складских помещениях, при температуре не выше 35оС. Допускается хранение под навесом или на площадке, защищенной от действия прямых солнечных лучей и атмосферных осадков не более 1 месяца. Гарантийный срок хранения Лапрола 805 У 9 месяцев со дня изготовления. По истечению указанного срока продукт анализируют и, при соответствии его качества требованиям ТУ, может быть использован для переработки. 1.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. Автоматизация технологических процессов является одним из основных направлений НТД. Особенно велика роль автоматизации в химической промышленности, так как химические реакции, как правило, протекают с большой скоростью, сопровождаются выделением вредных веществ, пожаро- и взрывоопасны. Применение средств автоматизации дает возможность проводить технологические процессы при оптимальных условиях, снизить расходные коэффициенты по сырью, энергетике; увеличивает срок службы оборудования, снижает выпуск брака и количество обслуживающего персонала. Любая автоматическая система регулирования состоит из двух взаимодействующих между собой частей: объекта регулирования и регулятора. Существует большое количество разнообразных типов регуляторов, однако они все представляют собой совокупность некоторых элементов, выполняющих определенные функции: датчика, устройства сравнения, задающего устройства, управляющего устройства, исполнительного механизма и регулирующего органа. Датчик производит непрерывное измерение текущего значения регулируемой величины в объекте управления, который испытывает возмущающее воздействие, и преобразует эту величину в сигнал. Задающее устройство выдает сигнал, соответствующий заданному значению регулируемой величины. Устройство сравнения сравнивает сигналы от датчика и задатчика и , в случае их различия, выдает сигнал рассогласования (разбаланса) на управляющее устройство. управляющее устройство преобразует, а в случае необходимости усиливает этот сигнал, и с помощью исполнительного механизма и регулирующего органа осуществляет управляющее воздействие на объект управления, изменяя входную величину так, чтобы входная величина приняла первоначальное значение. В конкретных случаях отдельные элементы регулятора могут быть объединены в одном блоке или вовсе отсутствовать. Все элементы регулятора (кроме задающего устройства) образуют замкнутую цепь воздействий, в которой соблюдается принцип детектирования (сигнал от выхода к входу проходит в одном направлении). СПЕЦИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ.
1.5. ОХРАНА ТРУДА И ПРОТИВОПОЖАРНАЯ ТЕХНИКА. Основными факторами опасности в производстве лапрола 805 У являются: наличие пожаро- и взрывоопасных и вредных веществ, а также процессов, проводимых с применением теплоносителей. Для безопасного ведения технологического процесса необходимо: 1. строгое соблюдение технологического регламента, инструкций по технике безопасности, а также инструкций по рабочему месту. 2. точная дозировка загружаемого сырья и материалов, строгое соблюдение технологического режима. 3. все технологические операции получения лапрола 805 У производятся только при исправном оборудовании. Движущиеся части оборудования должны иметь ограждения. Во избежание накопления зарядов статического электричества оборудование и трубопроводы должны быть обеспечены надежным заземлением. 4. класс точности применяемых контрольно-измерительных приборов и САР обеспечивают нормальное ведение и воспроизводимость технологического процесса. 5. на случай повышения ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны, на рабочем месте необходимо иметь фильтрующий противогаз с коробкой марки «КД». 6. установленное электрооборудование должно иметь взрывозащищенное исполнение. 7. все работы по обслуживанию рабочих мест осуществляются в спецодежде и спецобуви. 8. во избежание ранений, ушибов, термических ожогов уборку в труднодоступных местах (под оборудованием, ограждениями), ремонт оборудования производить только после полной остановки оборудования. 9. для соблюдения санитарных норм воздуха рабочей зоны реакторное отделение должно быть обеспечено вентиляцией с кратностью воздухообмена равной 8 путем подбора веткамеры с необходимой производительностью, должны быть газосигнализаторы: СВК, сблокированные с аварийной вентиляцией. 1.6. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ. Контроль за состоянием окружающей среды в производстве лапрола 805 У проводится санитарно-гигиеническим сектором центральной заводской лаборатории. Твердых и жидких отходов в производстве Лапрола 805 У не имеется. Вода от промывки оборудования, содержащая следы растворенных в ней продуктов, собирается в емкость, где нейтрализуется до необходимых значений рН и направляется в канализацию грязных стоков. Стоки с вакуум-насоса содержат незначительные количества примесей органических веществ и спускаются в канализацию грязных стоков. Выбросы в атмосферу. Инертный газ (азот) после продувки оборудования (мерник окиси пропилена-60 м3/т; реактор-полимеризатор-70 м3/т; нейтрализатор-10 м3/т; усреднитель-20 м3/т; плавитель-10 м3/т) и передавливания сырья в количестве 170 м3/т. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. 1. Грицыхин Е.А., Шульгина Э.С.- «Технология пластических масс», Ленинград 1982 г. 2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А.- «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии», Ленинград 1987 г. 3. Беляева Л.А., Смирнов Л.М., Макарова С.В.- методическое пособие «Требования к содержанию и оформлению курсового и дипломного проекта», Владимир 2004г. 2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ. 2.1.МАТЕРИАЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ И МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОИЗВОДСТВА. Исходные данные: Процесс периодический Мощность N=2000 т/г n=35 дней Потери по стадиям: 1.плавление ксилита и едкого калия- 3% 2.полимеризация- 2% 3.нейтрализация щелочного полимеризата- 3% 4.усреднение готового продукта- 1% Сумма потерь- 9% Рецептура: ксилит- 157,25 м.ч.; едкий калий- 2,96 м.ч.; уксусная кислота- 2,96 м.ч.; гидрохинон- 0,433 м.ч.; окись пропилена- 683,85 м.ч. 1.Рассчитываем теоретический расход компонентов. |