курсовая. тос к4урсач. Высшая школа технологии и энергетики

• Название: Высшая школа технологии и энергетики
• Анкор: курсовая
• Дата: 24.10.2022
• Размер: 279.53 Kb.
• Имя файла: тос к4урсач.docx
• Тип: Реферат; #752422

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ВЫСШАЯ ШКОЛА ТЕХНОЛОГИИ И ЭНЕРГЕТИКИ
Институт технологии

Направление подготовки (специальность) 18.03.01 Химическая технология

(профиль Химическая технология органических веществ

Кафедра органической химии

Учебная дисциплина Технология органического

синтеза


КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему «Технология получения каучука СКИ-3»


Исполнитель: студентка учебной группы 145

Жукова Алина Ивановна

Руководитель: канд. хим. наук

Чунин Евгений Данилович

Санкт-Петербург

2022

Реферат

Курсовая работа: стр. 30, рис. 10, источников литературы 3.

Тема: технология получения каучука СКИ-3.

Цель работы: описание способов получения, химизма и технологии процесса получения каучука СКИ-3.

В данной работе рассмотрены теоретические аспекты реакций, лежащие в основе производства каучука СКИ-3.

Описан технологический процесс производства каучука СКИ-3.

Ключевые слова: каучук СКИ-3.

Содержание

Введение 3

1.Характеристика сырья, полупродуктов и конечной продукции 4

2.Характеристика процессов получения каучука СКИ-3 6

3. Технологическая схема получения каучука СКИ-3 7

4.Оценка эффективности стадии синтеза каучука СКИ-3 24

5.Области применения каучука СКИ-3 27

Заключение 28

Список литературы 29

Введение

Каучук был синтезирован во второй половине XIX века. Но технологию производства и необходимое оборудование разработали только в ХХ веке. Все необходимое для производства синтетического каучука было представлено российским ученым С.В. Лебедевым.

Изопрен является мономером натурального каучука, а также исходным строительным материалом широкого ряда других природных соединений – изопреноидов и терпеноидов. Способность при определенных условиях образовывать полимер, очень близкий по своим свойствам к натуральному каучуку явилась причиной высокого интереса к этому мономеру крупнотоннажной химической промышленности.

Изопреновый каучук - синтетический каучук, получаемый применением новых комплексных катализаторов стереоспецифической полимеризации в растворителях. Химический состав изопрена приблизительно идентичен натуральному каучуку. Поэтому, свойства этих двух эластомеров похожи.

1. Характеристика сырья, полупродуктов и конечной продукции

Изопреновый каучук — продукт стереоспецифической растворной полимеризации изопрена. Микроструктура полиизопренов оказывает решающее влияние на физико-механические свойства резин на их основе. В зависимости от порядка раскрытия двойных связей при полимеризации изопрена возможно образование четырех типов звеньев:



Рисунок 1.1. - Структура каучука СКИ-3

Синтетические стереорегулярные изопреновые каучуки получают стереоспецифической полимеризацией изопрена в среде инертного растворителя с использованием литиевых, литийорганических катализаторов и катализаторов Циглера – Натта. Использование комплексных катализаторов на основе производных титана и алюминия – каучуки типа СКИ-3 с высоким содержанием цис-1,4-звеньев.

Изопрен (2-метилбутадиен-1, 3) — жидкость, легко полимеризу- ющаяся. Предельно допустимая концентрация — 40 мг/м. Обладает раздражающим и общетоксическим действием. При остром отравлении наблюдаются общая слабость, недомогание, головная боль, сонливость, не резко выраженное раздражение слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей, диспепсические расстройства. Хроническое отравление: Наиболее типичны неврастенический синдром, явления вегетативно-сосудистой дисфункции, могут быть легкая органическая симптоматика и симптомы вегетативного полиневрита. Довольно часто увеличение щитовидной железы, могут быть явления токсического гепатита и дизурические расстройства. Возможны явления аллергического дерматита.

Каучук СКИ 3 обладает отличным сопротивлением к истиранию, разрыву, высокой прочностью, эластичностью, надежностью, электроизоляционной стойкостью, может эксплуатироваться при температурах от -60 до +85 С.

Вследствие высокой непредельности вулканизацию СКИ-3 можно осуществлять с применением вулканизующих систем, содержащих серу и органические ускорители вулканизации, а также бессерными системами: тиурамом, органическими перекисями, фенолформальдегидными смолами, производными малеимида и другими веществами. В промышленности применяются главным образом серные вулканизующие системы. Обычно температура вулканизации серных смесей на основе СКИ-3 равна 133—151 °C. Для них характерно наличие оптимума вулканизации по сопротивлению разрыву и небольшое плато вулканизации.

Поскольку СКИ склонен к кристаллизации, то вулканизаты на его основе, даже не наполненные, обладают высокой прочностью до 30 МПа. При повышенных температурах сопротивление раздиру и прочность понижаются. Благодаря отсутствию азотсодержащих веществ и малой зольности СКИ характеризуются хорошей водостойкостью и высокими диэлектрическими показателями.

В настоящее время Россия занимает одно из лидирующих мест по производству каучуков такого типа; изопреновый каучук занимает доминирующее положение в общем объеме производства каучуков и латексов в нашей стране.

Резиновая промышленность США, Японии, европейских стран всегда использовала значительное количество натурального каучука, поэтому потребность его в синтетическом аналоге не была высокой, и в промышленности синтетического каучука этих стран доля производства 1,4-цис-полизопрена относительно невелика.

2. Характеристика процессов получения каучука СКИ-3

В России наиболее распространенной каталитической системой при получении 1,4-цис-изопренового каучука СКИ-3 является титановая, получаемся из TiCl4 и алюминийорганического соединения (АОС).

Из алюминийорганических соединений наиболее эффективны триизобутил-, трифенил-, три-n-толилалюминий. Для промышленных систем чаще всего используют триизобутилалюминий (ТИБА), позволяющий проводить процесс с высокой воспроизводимостью. Поскольку органические соединения алюминия чрезвычайно пирофорны, их опасно транспортировать на значительные расстояния. Поэтому ТИБА обычно синтезируют непосредственно на заводе-производителе СКИ-3, причем используют его в виде раствора 20%-й концентрации. Интерес представляют также менее опасные в работе высшие гомологи алюминийалкилов. Такие каталитические системы обладают достаточно высокой стереоселективностью и менее чувствительны к различным примесям.

Технологическое оформление процессов получения изопреновых каучуков с использованием различных каталитических систем не имеет принципиальных отличий.

Так, процесс получения изопрено­вого каучука СКИ-3 в растворе изопентана состоит из следующих основных операций: осушка растворителя; приготовление катали­тического комплекса; полимеризация изопрена; дезактивация ката­лизатора; отмывка и стабилизация полимеризата; выделение кау­чука из растворителя; выделение каучука из пульпы; сушка и упа­ковка каучука.

Вспомогательными операциями являются: приго­товление суспензии стабилизатора и раствора стоппера; приготовле­ние компонентов антиагломератора; азеотропная осушка возврат­ного растворителя; отгонка фракции С4 и ректификация изопентан-изопреновой фракции.

3. Технологическая схема получения каучука СКИ-3

Осушка растворителя



Рисунок 2.1 - Схема осушки растворителя и регенерации алюмогеля:

1, 5, 11 — насосы; 2, 12 — холодильники; 31 – 33 — осушители; 4, 10 — емкости; 6 — сепа­ратор; 7,8 — конденсаторы; 9 — отстойник; 13 — газодувка; 14 — трубчатая печь.

I — растворитель со склада; II — жидкий пропан; III — пар; IV — вода; V — вода на отпарку органических соединений; VI — растворитель на склад; VII — азот; VIII — растворитель на щелочную отмывку; IX — растворитель на полимеризацию; X — охлажденная вода.

Очищенная изопреновая фракция из промежуточного склада (рис. 2.1) подается в холодильник 2, где охлаждается испаряющимся при 0°С пропаном; сепарация парожидкостной смеси осуществ­ляется через отделитель. Охлажденная до 10 °С изопентан-изопреновая фракция подается на осушку в осушители 3, заполненные алюмогелем. Осушенный растворитель направляется на полимери­зацию. Осушители работают в периодическом режиме: один осуши­тель находится в работе, второй на регенерации, третий — в резерве. Растворитель из выключенного на регенерацию осушителя пере­водится в емкость 4, откуда периодически насосом 5 откачивается на щелочную отмывку. Перед регенерацией осушитель пропаривается перегретым паром с температурой 400—450 °С. Отпаренные угле­водороды вместе с водяным паром поступают из осушителей 3 в се­паратор 6 и далее в конденсатор 7, охлаждаемый промышленной водой. Несконденсированные пары углеводородов поступают в кон­денсатор 8, охлаждаемый охлажденной водой. Конденсат углево­дородов с водой сливается в отстойник 9, откуда верхний органический слой самотеком поступает в емкость 10, а из нее насосом 11 подается на склад. Нижний слой из отстойника 9 направляется на отпарку углеводородов.

После пропарки осушителя перегретым паром проводится реге­нерация алюмогеля горячим азотом. Сжатый азот под давлением около 0,25 МПа подается на подпитку в систему циркуляции азота в линию всасывания газодувки 13, оттуда в печь 14, где подогре­вается до 400 °С, и затем в осушители. Азот нагревается в печи 14 за счет теплоты, выделяющейся при сгорании топливного газа, ко­торый подается из сети. Горячий азот из осушителей 3 проходит сепаратор 6, охлаждается в конденсаторах 7 и 8 и холодильнике 12, подается в линию всасывания газодувки 13, подпитывается свежим азотом и подогревается в печи 14. Циркуляция азота газодувкой 13 через печь 14 и осушители 3 производится в течение 6—7 ч, после чего осушители 3 охлаждаются до 10 °С циркулирующим холодным азотом. По окончании охлаждения осушители 3 включают на прием изопентан-изопреновой фракции.

Приготовление каталитического комплекса

Приготовление каталитического комплекса (рис.) осуществ­ляется в атмосфере азота, очищенного от примесей кислорода и воды. Тетрахлорид титана поступает со склада в мерник 1. При наличии примесей тетрахлорид титана переиспаряется в колонне 2, заполненной насадкой из медной стружки. Очищенный продукт конденсируется в водяном конденсаторе 3, охлаждается в рассольном холодильнике 4 и поступает в мерник 5.




Рисунок 2.2 - Схема получения каталитического комплекса при получении СКИ-3;

1, 5, 6, 7, 8, 11 — мерники; 2 — отгонная колонна; 3 — конденсатор; 4 — холодильник; 9 — реактор; 10 — насос.

I — азот; II — тетрахлорид титана; III — пар; IV — триизобутилалюминий; V — толуол; VI — модифицирующий агент; VII — жидкий пропан; VIII — каталитический комплекс на полимеризацию; IX — рассол; X — шлам.

Каталитический комплекс готовится в реакторе 9, снабженном мешалкой и рубашкой, в которую подается хладоагент. Реактор 9 продувается азотом, после чего в него загружаются необходимые количества толуола из мерника 7 и триизобутилалюминия из мер­ника 6, включается мешалка и вводится необходимое количество тетрахлорида титана из мерника 5 и модификатора из мерника 8. Порядок загрузки компонентов каталитического комплекса можно варьировать. Чтобы образующийся при смешении нерастворимый в толуоле каталитический комплекс не оседал, осуществляется его циркуляция насосом 10. Теплота, выделяющаяся при взаимодействии компонентов, отводится хладоагентом, подаваемым в рубашку реак­тора 9. Готовый каталитический комплекс насосом 10 перекачивается в мерник 11, где хранится при охлаждении и дозируется на поли­меризацию.

Температура приготовления и соотношение компонентов в моди­фицированных катализаторах Циглера—Натта оказывает суще­ственное влияние на их активность: комплексы, приготовленные при низких температурах (до —70 °С), являются более активными по сравнению с приготовленными при высоких температурах. Скорость полимеризации изопрена на модифицированном катализаторе выше, чем на двухкомпонентном, что позволяет снизить дозировку катали­затора и повысить стабильность полиизопрена за счет уменьшения содержания в нем металлов переменной валентности. В качестве мо­дификаторов используют анизол, n-хлоранил, дифенилоксид. Чтобы гетерогенный катализатор имел стабильную активность и не про­исходило бы агломерации его частиц (только при этом достигается воспроизводимость процесса полимеризации), следует поддерживать условия, обеспечивающие необходимый тепло- и массообмен, исклю­чающие протекание вторичных реакций с образованием продуктов, которые снижают активность и стереоспецифичность каталитиче­ского комплекса и ухудшают свойства полимера.

Контроль приготовления модифицированного каталитического комплекса осуществляется по составу его гетерогенной или раство­римой части, по электрохимическим или магнитным параметрам. В настоящее время разработаны, автоматические методы контроля и соответствующая аппаратура, обеспечивающие получение каталити­ческого комплекса с высокой активностью, однородного по составу и с заданным соотношением компонентов.

Полимеризация изопрена

Полимеризация изопрена с титановыми катализаторами прово­дится в изопентане, вязкость растворов полимера в котором мини­мальна. Осушенная изопентан-изопреновая фракция подпитывается изопреном до его содержания 12—15% и подается в холодильник 1 (рис.), охлаждаемый испаряющимся при температуре -20 °С пропаном. Модифицированный каталитический комплекс (до 1% в расчете на изопрен) подается на полимеризацию с помощью спе­циального дозирующего устройства, регулирующего автоматически подачу катализатора в зависимости от вязкости полимеризата, через холодильник 2. Полимеризация изопрена осуществляется в батарее, состоящей из двух последовательно соединенных полимеризато­ров 31 и 32 объемом 20 м3. При использовании двухкомпонентного каталитического комплекса полимеризация осуществляется в бата­рее из 4—6 аналогичных аппаратов.



Рисунок 2.3 - Схема полимеризации, дезактивации, отмывки полимеризата и стабилизации кау­чука при получении СКИ-3:

1,2 — холодильники; 31, З2 — полимеризаторы, 4, 7, 10, 13 — интенсивные смесители; 5 — аппарат с мешалкой; 6, 9, 12 — насосы; 8, 11 — отстойники.

I — изопентан; II — изопрен; III — каталитический комплекс, IV — пропан; V — рас­сол; VI — этилен; VII — стоппер, VIII — обессоленная вода, IX — супензия стабилизатора; X — полимеризат на дегазацию, XI — вода на отпарку органических соединений.

Полимеризаторами служат аппараты с мешалками, снабженными лопастями и скребками, обеспечивающими интенсивное равномерное перемешивание во всем объеме полимеризатора и непрерывную очистку поверхности теплообмена, что необходимо для достижения высокого коэффициента теплопередачи. Съем теплоты, выделя­ющейся при полимеризации изопрена (удельная теплота реакции полимеризации 1050 кДж/кг) осуществляется через рубашку поли­меризатора, охлаждаемую рассолом. Температуру полимеризации повышают по ходу процесса с 45 ± 5 °С в полимеризаторе 31 до 55 ± 5 °С в полимеризаторе 32, что обеспечивает конверсию изо­прена 85—90% при достаточно низкой вязкости полимеризата. Известен также метод охлаждения реакционной массы за счет ча­стичного испарения растворителя и мономера. Давление в полимеризаторах 1 —1,2 МПа.

Дезактивация каталитического комплекса

Назначение этой технологической стадии заключается в обрыве реакции полимеризации при достижении заданной конверсии и превращение компонентов катализатора в соединения, которые не вызывают при дальнейшей обработке полимеризата вторичных про­цессов (деструкции и структурирования), приводящих к снижению качества изопренового каучука. Для дезактивации катализатора применяются соединения, реагирующие с компонентами катализа­тора с образованием растворимых в воде продуктов, — алифатиче­ские спирты, кислоты, амины и др. В промышленности для этой цели чаще всего используют метиловый спирт, который можно регенерировать из отмывной воды, или воду. Смешение полимери­зата с дезактиватором (стоппером) осуществляется в интенсивном смесителе 4 (рис.). Для обеспечения полной конверсии активных компонентов катализатора стоппер подается в значительном избытке по сравнению со стехиометрическим количеством.

Из интенсивного смесителя 4 полимеризат поступает в аппарат с мешалкой 5, где в течение 15—20 мин завершается процесс дез­активации катализатора. Этот же аппарат одновременно служит емкостью, в которой осуществляется снижение давления в системе. Полимеризат из емкости 5 насосом 6 подается в интенсивный смеси­тель 7 на смешение с циркуляционной водой, подаваемой из отстой­ника 8 насосом 9, и расслаивается в отстойнике 8. Частично отмы­тый от продуктов дезактивации полимеризат направляется в интен­сивный смеситель 10, куда подается умягченная вода. Смесь расслаи­вается в отстойнике 11. Отмытый полимеризат подается в интенсивный смеситель 13 на смешение со стабилизатором, который подается в виде углеводородного раствора или водной суспензии, и направ­ляется на дегазацию. Продукты дезактивации каталитического ком­плекса выводятся насосами 9 и 12 на химическую очистку.

В качестве стабилизаторов для каучука СКИ-3 используют со­единения аминного и фенольного типа: смесь N-фенил-β-нафтил-амина (нафтам-2) и N,N'-дифенил-n-фенилендиамина (ДФФДА) в соотношении 1 : 1 при дозировке 0,6—0,8% в расчете на каучук; для получения светлых марок каучука 2,6-ди-трет-бутил-4-метил-фенол (ионол).



Рисунок 2.4 - Схема дезактивации катализатора и отмывки полимеризата:

1,4,8 — интенсивные смесители; 2 — аппарат с мешалкой; 3, 7, 9, 10 — насосы; 5 — отстой­ник; 6 — промывная колонна.

I — полимеризат; II — растворитель; III — стоппер; IV — подкисленная вода; V — полимеризат на дегазацию; VI — вода на отпарку органических соединений; VII — суспензия стабилизатора

В некоторых производствах СКИ-3 для обеспечения более пол­ной отмывки полимеризата от водорастворимых продуктов исполь­зуют роторную промывную колонну, имеющую 7 турбинных мешалок на общем валу и 8 отстойных зон. По этой схеме полимеризат поступает в интенсивный смеситель 1 (рис.) на разрушение каталитического комплекса, куда подается и стоппер, чаще всего метиловый спирт. Из интенсивного смесителя 1 полимеризат переводится в аппарат с мешалкой 2, где смесь полимеризата со стоппером выдерживается 15—20 мин. Этот же аппарат одновременно служит промежуточной емкостью. Полимеризат из емкости 2 насосом 3 подается в интенсив­ный смеситель 4, куда насосом 7 из куба промывной колонны 6 вво­дится часть промывной воды. Смесь полимеризата с водой поступает в отстойник 5, где разделяется на два слоя. Нижний водный слой насосом 10 выводится из системы, а верхний слой, представляющий собой частично отмытый полимеризат, поступает в промывную ко­лонну 6, в которой полимеризат окончательно отмывается от про­дуктов разложения каталитического комплекса. Для промывки применяется смесь возвратной воды из системы дегазации и частично умягченной обескислороженной воды, подкисляемой соляной кис­лотой до рН 3.

Отмытый полимеризат отводится из верха колонны 6 в интенсив­ный смеситель 8, куда насосом 9 подается водная суспензия стабили­затора. Полимеризат, заправленный стабилизатором, поступает в отстойник-усреднитель.

Дегазация полимеризата

Водная дегазация полимеризата проводится в двух последова­тельно соединенных дегазаторах (рис.). Полимеризат из усредни­теля 1 насосом 2 последовательно подается в интенсивные смеси­тели 3 и 4, где происходит образование водной эмульсии полимери­зата. Для этого в интенсивный смеситель 3 вводится циркуляционная вода в количестве 20% от объема полимеризата, заправленная антиагломератором и 2%-ным раствором едкого кали для поддер­жания рН 7—8. Остальное количество циркуляционной воды по­дается в интенсивный смеситель 4. Образовавшаяся эмульсия полимеризата через инжектор 5, куда поступает пар давлением 1,02 МПа, направляется в нижнюю часть дегазатора первой ступени 6, который представляет собой полый аппарат. В нижнюю часть дегазатора 6 также подается циркуляционная вода из концентратора 8. Из верх­ней части дегазатора 6 отводятся пары углеводородов и воды.

Из нижней части дегазатора 6 выводится пульпа с содержанием каучука 5%, которая насосом 7 подается в концентратор крошки 8, где за счет отделения воды концентрируется до содержания каучука 10%. Для предотвращения налипания крошки на перфораторы кон­центратора через пульсатор 9 вводится азот под давлением 0,6 МПа. Концентрированная пульпа поступает на вторую ступень дегаза­ции — в верхнюю часть дегазатора 10, который секционирован по высоте тарелками; нижняя часть аппарата 10 представляет собой сепаратор. Пульпа из дегазатора второй ступени 10 по внешней переточной трубе дросселируется в сепаратор 14, где за счет сниже­ния давления с 0,35 до 0,12 МПа происходит частичное испарение воды. Водяной пар выводится из сепарационной части под нижнюю тарелку дегазатора второй ступени 10 инжектором 11, в который подается пар давлением 1,02—3,0 МПа. Пульпа из сепарационной части дегазатора 10 насосом 12 подается на концентрирование.



Рисунок 2.5 - Схема водной дегазации при получении СКИ-3:

1 – усреднитель; 2, 7, 12, 20, 22 — насосы; 3,4 — интенсивные смесители; 5, 11 — инжекторы; 6 — дегазатор первой ступени; 8 — концентратор; 9 — пульсатор; 10 — дегазатор второй ступени; 13 — воздушный конденсатор; 14 — сепаратор; 15, 16, 17 — конденсаторы; 18 — отстойник; 19, 21 — сборники.

I — полимеризат; II — вода циркуляционная, антиагломератор, раствор едкого кали; III – пар; IV — азот, V — пульпа в концентратор; VI — вода на отмывку полимеризата; VII — вода на отпарку органических соединений; VIII — возвратные продукты на щелочную отмывку; IX — свежий растворитель; X - рассол; XI — воздух; XII - умягченная вода.

Из верхней части дегазатора второй ступени 10, направляются в нижнюю часть дегазатора первой ступени 6. В оба дегазатора через барботеры подается острый пар давлением 0,6 МПа. Пары из дегазатора первой ступени 6 поступают в воздушный конденсатор 13, где конденсируются за счет охлаждения воздухом, нагнетаемым вентилятором. Конденсат через сепаратор 14 поступает в конденсатор 15, охлаждаемый водой. Несконденсированные пары из сепаратора 14 направляются в конденсатор-холодильник 16, охлаж­даемый водой, затем в конденсатор 17, охлаждаемый рассолом. Кон­денсат из аппаратов 15, 16, 17 собирается в отстойник 18, где про­исходит его расслаивание. Нижний водный слой собирается в сбор­ник 19, откуда насосом 20 выводится на отмывку полимеризата. В сборник 19 подается свежая умягченная вода. Верхний углево­дородный слой из отстойника 18 поступает в сборник 21, где происходит дополнительное расслаивание. Водный слой отбирается из аппарата 21 снизу и направляется на отпарку углеводородов, а углеводородный слой насосом 22 подается на щелочную отмывку. В аппа­рат 21 подается свежий растворитель со склада.

Выделение, сушка и упаковка каучука

Водная пульпа крошки каучука с концентрацией 5% отделяется в концентраторе 1 (рис.) от основной массы воды. Вода из кон­центратора самотеком сливается в сборник 14, откуда насосом 15 частично возвращается в концентратор 1, частично выводится в ка­нализацию, а крошка каучука из верха аппарата шнековым транс­портером подается в одночервячный отжимной пресс 2 (экспеллер), где механически отжимается вода из каучука, собирающаяся в сбор­ник 4.



Рисунок 2.6 - Схема выделения, сушки и упаковки каучука

1 – концентратор; 2 – экспеллер; 3 – экспандер; 4 – сушилка; 5 – спиральный виброподъёмник; 6­ – горизонтальный вибротранспортер; 7 — вибропитатель; 8 — загрузочный бункер; 9 – брикетировочный пресс; 10, 13 — калориферы; 11, 12 - воздуходувки; 14 — сборник; 15 – насос; 16 — шнековый траиспортер.

I –пульпа с дегазации; II — вода в канализацию; III — воздух; IV — каучук на упаковку; V – воздух на очистку.

Крошка каучука с влажностью от 3 до 10% из пресса 2 поступает в одночервячный сушильный пресс 3 (экспандер), где каучук сжи­мается под давлением 5,1 МПа и нагревается до 180 °С за счет теп­лоты, выделяющейся в результате трения каучука о поверхность шнека и корпуса. Для уменьшения теплопотерь и для разогрева при пуске корпус шнека снабжен рубашками, обогреваемыми паром давлением 1,7 МПа. Каучук, содержащий перегретую воду, через калибровочную диафрагму, имеющую несколько отверстий, выво­дится из пресса 3 в виде жгутов, которые разрезаются на куски дли­ной 10—15 мм вращающимися ножами. Перегретая вода, содержа­щаяся внутри каучука, при дросселировании от 5,1 до 0,1 МПа испаряется и разрывает каучук, который в виде крошки выбрасы­вается в сушильную камеру на горизонтальный вибротранспортер в сушилке 4. В камеру и под днище вибротранспортера при помощи вентиляторов подается воздух, нагретый в калориферах до 110— 140 °С. Насыщенный водяными парами воздух отсасывается вытяж­ным вентилятором и выбрасывается в атмосферу.

Высушенный каучук в виде крошки с остаточной влажностью 0,5% горизонтальным вибротранспортером в сушилке 4 подается в зону, охлаждения, охлаждается до 40—50 °С и направляется на спиральный - виброподъемник 5. При помощи виброподъемника 5, на котором происходит удаление воды с поверхности каучука, го­ризонтального вибротранспортера 6 и вибропитателя 7 крошка каучука подается в загрузочный бункер автоматических весов 8. Из бункера каучук порциями поступает в брикетировочный пресс 9 и из него в виде брикетов массой 25—30 кг ленточным транспорте­ром подается на машину для упаковки в полиэтиленовую пленку. Упакованные брикеты укладывают в контейнеры и отправляют на склад товарной продукции.

В качестве червячных машин используют агрегаты отечествен­ного (ЛК-4, ЛК-8, «Нева-8») или зарубежного [фирм «Крупп» (ФРГ),
«Андерсен» (США)] производства.

На некоторых производствах каучук сушат горячим воздухом в конвейерных сушилках различной конструкции при 100—110 °С.
Вспомогательные процессы

Приготовление суспензии стабилизатора и раствора стоппера



Рисунок 2.7 - Схема приготовления суспензии стабилизатора и раствора стоппера.

1, 8 — мерники; 2, 4, 10 — насосы; 3 — аппарат для приготовление дисперсии; 5 — бункер; 6 — коллоидная мельница; 7 — интенсивный смеситель, 9 — емкость.

I — суспензия на заправку полимеризата; II — смягченная вода; III — стабилизатор; IV — стоппер; V — на заправку полимеризата.

Водная суспензия стабилизатора готовится периодически в аппарате 3, куда заливается необходимое количество умягченной и обескислороженной воды и из бункера 5 загружается необходимое количество стабилизатора. Смесь перемешивается до получения дисперсии. Чтобы дисперсия была более тонкой и поддерживалась во взвешенном состоянии, осуществляется непрерывная циркуляция смеси насосом 4 через интенсивный смеситель 7 и коллоидную мель­ницу 6. Готовая суспензия насосом 4 подается в мерник 1, откуда насосом 2 дозируется на заправку полимеризата и в мерник 8 на приготовление стоппера.

Стоппер со склада поступает в емкость 9, смешивается с суспензией стабилизатора в циркуляционном контуре, создаваемом на­сосом 10, и подается на дезактивацию каталитического комплекса.

Приготовление антиагломератора

Раствор едкого кали с концентрацией 40% поступает со склада в мерник 1, а оттуда самотеком в аппарат с мешалкой 2 на разбавление частично умягченной водой. Раствор щелочи с концентрацией 2% после насоса 3 разде­ляется на два потока: половина его подается в линию циркуляцион­ной вод, половина — в аппарат 4 на приготовление раствора стеарата калия. В аппарат 4 из бункера 5 загружается стеариновая кислота.



Рисунок 2.8 - Схема приготовления компонентов для получения антиагломератора:

1 — мерник; 2 – аппарат для приготовления раствора щелочи; 3, 6, 10 — насосы; 4 — аппарат для приготовления стеарата калия; 5, 9 — бункеры; 7, 11 — фильтры; 8 — аппарат для приготовления раствора хлорида кальция.

I — умягченная вода; II – раствор едкого кали; III — растворы едкого кали, стеарата калия и хлорида кальция на заправку полимеризата; IV — стеариновая кислота; V — хлорид кальция; VI — пар.

Образовавшийся стеарат калия насосом 6 через фильтр 7 подается в линию циркуляционной воды. Аппараты 2 и 4 снабжены змеевиками для обогрева паром давлением 0,6 МПа и штуцерами для вывода шлама на переработку. В аппарат 8 из бункера 9 загружается хлорид кальция и необходимое количе­ство частично умягченной воды. Раствор насосом 10 через фильтр 11 подается в линию циркуляционной воды (см. рис.), где при взаи­модействии едкого кали, стеарата калия и хлорида кальция обра­зуется свежеосажденный стеарат кальция, который направляется в систему дегазации.
Разделение возвратных продуктов



Рисунок 2.9 - Схема разделения возвратных продуктов производства СКИ-3:

1 — подогреватель; 2, 10, 17, 26 — ректификационные колонны; 3, 11, 18, 27 — кипятиль­ники; 4, 12, 19, 28 — конденсаторы; 5, 22, 25 — холодильники; 6 — отстойник; 7, 13, 20, 23, 29 — сборники; 8, 9, 14, 16, 21, 24, 30 — насосы; 15 — рекуперативный теплообменник.

I — возвратные продукты; II — углеводороды С4 на склад; III — углеводороды С6 на склад; IV — углеводороды на выделение толуола; V – пар; VI - горячая вода; VII - охлажденная вода; VIII — вода на отпарку органических соединений.

Возвратные про­дукты после щелочной отмывки поступают в подогреватель 1, где нагреваются до 42 °С горячей водой, и затем в верхнюю часть ко­лонны 2. Эта колонна обогревается горячей водой, подаваемой в межтрубное пространство кипятильника 3. Пары изопентан-изопреновой фракции вместе с водяными парами отбираются из верха колонны 2 и поступают в межтрубное пространство конденсатора 4, охлаждаемого промышленной водой с температурой 25 °С. Конденсат охлаждается до 10 °С в холодильнике 5 водой с температурой 7 °С. Углеводороды с водой из холодильника 5 поступают в отстой­ник 6, где происходит расслаивание. Водный слой из низа отстой­ника 6 выводится на отпарку углеводородов, а верхний углеводород­ный слой сливается в сборник 7, откуда насосом 8 подается в тепло­обменник 15. В теплообменнике 15 углеводороды нагреваются до 38 °С за счет теплоты, подаваемой в межтрубное пространство тепло­обменника кубовой жидкости колонны 10 и поступают в колонну 10 на отгонку фракции С4. Колонна 10 обогревается горячей водой, подаваемой в межтрубное пространство кипятильника 11. Пары фракции С4 из верха колонны 10 поступают в конденсатор 12, охлаж­даемый холодной водой. Конденсат сливается в сборник 13, откуда насосом 14 частично возвращается в виде флегмы на орошение колонны 10. Остальное количество фракции С4 направляется на склад.

Кубовая жидкость из низа колонны 10 поступает в рекупера­тивный теплообменник 15, охлаждается до 43 °С и возвращается на орошение колонны азеотропной осушки 2.

Осушенная изопентан-изопреновая фракция из куба колонны 2 насосом 9 подается в колонну 17 на ректификацию от толуола и высококипящих углеводородов. Колонна 17 обогревается водяным паром давлением 0,6 МПа, подаваемым в межтрубное пространство кипятильника 18. Пары фракции С6 из верха колонны 17 поступают в конденсатор 19, охлаждаемый промышленной водой. Часть кон­денсата из емкости 20 насосом 21 подается на орошение колонны 17 в виде флегмы, а часть тем же насосом через холодильник 22 отка­чивается на склад для последующего приготовления шихты.

Кубовая жидкость колонны 17, содержащая изопентан, изопрен, толуол и тяжелые углеводороды, поступает в сборник 23, откуда насосом 24 через холодильник 25, охлаждаемый промышленной водой, направляется на ректификацию в колонну 26. Эта колонна обогревается водяным паром давлением 0,6 МПа, который подается в межтрубное пространство выносного кипятильника 27. Отходящие из верха колонны 26 пары конденсируются в аппарате 28, охлаждае­мом промышленной водой. Конденсат сливается в сборник 29, откуда насосом 30 частично возвращается в виде флегмы в колонну 26, частично — в колонну 17. Кубовая жидкость колонны 26 поступает на охлаждение и выделение толуола.

4. Оценка эффективности стадии синтеза каучука СКИ-3

Для оценки эффективности отдельных этапов ХТП необходимо использовать такие показатели эффективности, которые наиболее полно отражают химическую и физико-химическую сущность явлений, происходящих в отдельных аппаратах технологической схемы.

В качестве таких показателей принято, прежде всего, использовать:

1. 
   Степень превращения исходного реагента (конверсию);
   
2. 
   Селективность (избирательность);
   
3. 
   Выход продукта.
   

Они с разных сторон характеризуют полноту использования возможностей осуществления конкретной химической реакции. Степень превращения, или конверсия, вещества (реагента) определяется по формуле:

,

где – количество вещества і в исходной реакционной смеси; – количество вещества і в реакционной смеси, выходящей из аппарата или находящейся в реакторе; – изменение количества вещества і в ходе химической реакции.

Количество вещества в формуле может быть представлено массой в граммах или килограммах, количеством молей или киломолей, объемом в кубических метрах в случае реакций, проводимых в газовой фазе. Степень превращения изменяется от 0 до 1. Часто ее выражают в процентах.

Обычно конверсию определяют по основному исходному продукту, но можно и по другим исходным реагентам. Степень превращения – очень важный показатель в химической технологии, показывающий расход сырья. Она может изменяться в широких пределах – от 4 до 100 %.

Для сложных реакций знания конверсии недостаточно, так как в ней заключена только информация о превращении основного исходного компонента и нет сведений о реакциях, в которых он расходуется. В таких случаях направление превращения определяется селективностью и выходом.

Селективность (избирательность) S_i^A – отношение количества полученного целевого продукта n_i (моль, кмоль) к теоретически возможному его количеству n_i0теор (моль, кмоль) при данной степени превращения исходного реагента с учетом количественных соотношений участников реакции:



где А - индекс, обозначающий исходное вещество, по которому рассчитывается селективность; і – индекс, обозначающий продукт реакции, для которого рассчитывается селективность.

Селективность показывает долю полезно израсходованного на целевой продукт сырья. В технологии селективность изменяется от 40 до 100 %. Повышение селективности иногда даже на доли процента дает большой экономический эффект и является путем к интенсификации процессов.

Выход продукта, или так называемый выход от теории на пропущенное сырье А_i^A – это отношение реально полученного количества продукта к максимально возможному его количеству, которое могло бы быть получено при данных условиях протекания химической реакции (или отношение количества молей реально полученного продукта к количеству молей взятого исходного сырья с учетом стехиометрических коэффициентов):



где – стереохимический коэффициент.

В проектировании технологических процессов важное место занимают термодинамические расчеты химической реакции. Термодинамический анализа, показал, что реакция экзотермическая во всем температурном интервале, оптимальная температура процесса 40^оС. С увеличением температуры энтропия реакции увеличивается. Во всем температурном интервале ΔG<0, следовательно, реакции идут самопроизвольно. Кр>>1, следовательно, реакции смещены в прямом направлении (в сторону образования продуктов).

В данной технологии достигается высокая степень превращения изопрена95%. Метод получения каучука СКИ-3 из изопрена с применением катализаторов Циглера-Натта в растворе является самым распространенным, так как полиизопрены содержат до 98,5% звеньев 1,4-цис-, степень конверсии и выход продукта 98-100%.

4. Области применения каучука СКИ-3

В соответствии с комплексом технических свойств синтетический каучук СКИ-3 находит широкое применение в производстве шин, транспортных лент, напорных и всасывающих рукавов, формовых и неформовых резиновых изделий, для обкладки валов бумажных машин, в производстве резиновой обуви, эбонита, кабельных, губчатых, медицинских изделий.

Заключение

В данной курсовой работе был проведен аналитический обзор каучука СКИ-3, исследованы процессы и разные виды синтеза, определены оптимальные условия протекания процесса, рассмотрена технологическая схема, на основе которой определены технико-экономические показатели данной продукции.

Основным методом получения каучука СКИ-3 является метод полимеризации изопрена в растворе с применением катализатора Циглера-Натта, получаемые полиизопрены содержат до 98,5% звеньев 1,4-цис-, степень конверсии и выход продукта 98-100%.

Список литературы

1. 
   Аверко-Антонович Л.А., Химия и технология синтетического каучука / Аверко-Антонович Л.А., Аверко-Антонович Ю.О., И.М. Давлетбаева, П.А. Кирпичников // М.: Химия, КолоС, 2008. – 357с.
   
2. 
   Кирпичников П.А., Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука: учеб. пособие для вузов / П.А. Кирпичников, В.В. Береснев, Л.М. Попова // – 2-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1986. - 224с.
   
3. 
   Ж. С. Шашок, Технология эластомерных композиций: учеб. -метод. пособие для студентов специальности 1-48 01 02 «Химическая технология органических веществ, материалов и изделий» специализации 1-48 01 02 05 «Технология переработки эластомеров» / Ж. С. Шашок, К. В. Вишневский. – Минск: БГТУ, 2014. – 100 с.