Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Рабочая тетрадь по междисциплинарному курсу




В производствах различных типов полимеров имеется много общего, хотя каждый метод обладает своими характерными особенностями. В этой связи ниже рассмотрим взаимосвязь процессов и их характерные особенности и комплектование аппаратов в технологические схемы производства полистирола.

Высокомолекулярный полистирол в промышленности получают разными способами: в блоке, суспензии, эмульсии, в присутствии инициаторов и без них.

Блочная полимеризация стирола. Полистирол по этому методу получают в реакторах колонного типа (с полной конверсией) и в батареях реакторов (с неполной конверсией). Технологическая схема производства блочного полистирола в каскаде реакторов смешения включает следующие стадии: полимеризация стирола, удаление и ректификация непрореагировавшего мономера, грануляция продукта (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Схема процесса производства блочного полистирола в каскаде реакторов с перемешиванием: 1 – емкость для стирола; 2 – теплообменник; 3,4,5 – каскад реакторов полимеризации; 6 – холодильники; 7 – насосы; 8 – вакуум-камера; 9 – экструдер с гранулятором; 10 – вакуум-насос

Как видно из рис. 1, стирол из емкости 1 дозировочным насосом подается через теплообменник 2. Он обеспечивает предварительный подогрев стирола до 40 °С. Полимеризация стирола протекает последовательно в трех реакторах. В первом реакторе 3 процесс ведут при температуре около 110…120 °С, при этом реакционная смесь выходит из него с содержанием полистирола примерно 30 %, во втором реакторе 4 реакция проходит уже при 125…135 °С до конверсии мономера 60 % и заканчивается процесс превращения стирола в полимер в третьем реакторе 5 при 140…150 °С до конверсии 80…85 %. Снятие тепла реакции полимеризации в реакторах происходит через рубашки аппаратов и за счет испарения части мономера.

Передача реакционной массы из одного реактора в другой и далее в вакуум-камеру 8 осуществляется насосами 7. В вакуум-камере удаля- ется мономер под остаточным давлением. Пары стирола поступают на регенерацию и затем вновь возвращаются в емкость 1. Расплав полистирола из вакуум-камеры 8 поступает затем в экструдер 9 на грануляцию.

Особенностью полимеризации стирола в массе является высокая вязкость реакционной среды, которая колеблется от 1 до 103 сП. Для обеспечения заданного теплообмена в реакторах выбирают мешалки определенного типа и рассчитывают мощность, затрачиваемую на перемешивание. При больших вязкостях реакционной среды более выгодны ленточные (спиральные) мешалки.

Способ блочной полимеризации стирола с неполной конверсией имеет следующие преимущества перед способом с полной конверсией мономера:

• полистирол получается с более высокими физико-механическими показателями (выше молекулярная масса и ниже полидисперсность), так как процесс протекает при более низких температурах и при меньшей продолжительности;

• аппаратурное оформление позволяет регулировать технологические параметры процесса и получать полимеры различного качества в зависимости от требований потребителя;

• полистирол по выходе из вакуум-камеры содержит меньше остаточного мономера (до 0,3 %), чем полистирол, полученный с полной конверсией (0,5 %);

• производительность агрегата для полимеризации повышается более чем в 2 раза за счет сокращения капиталовложений и энергозатрат.

Производство суспензионного полистирола. Суспензионная полимеризация стирола проводится в водной фазе в присутствии инициаторов радикального типа, которые нерастворимы в воде, но растворимы в мономере. При перемешивании реакционной массы стирол диспергируется в воде, образуя дисперсию, в которую для придания устойчивости вводят стабилизаторы (поливиниловый спирт, фосфаты и др.). Реакция в суспензии осуществляется как бы в объеме маленького блока. После завершения полимеризации стирола в суспензии частицы полимера имеют размер порядка 0,5…1,5 мм. После прекращения перемешивания гранулы полистирола оседают на дне реактора и отделяются от воды центрифугированием или фильтрованием. Технологический процесс производства суспензионного полистирола осуществляется периодическим способом и состоит из следующих стадий:

• подготовка сырья (очистка стирола от гидрохинона, приготовление раствора стабилизатора в воде, приготовление инициа- тора в стироле и др.);

• смешение компонентов;

• полимеризация;

• отсев крупных частиц размером более 5 мм;

• промывка полимера и отжим на центрифуге;

• сушка;

• гранулирование и упаковка готового полимера.

На рис. 2 представлена технологическая схема производства суспензионного полистирола периодическим способом.

Рис. 2. Схема процесса производства суспензионного полистирола: 1 – аппарат для приготовления водной фазы; 2 – емкость для приготовления мономерной фазы; 3 – реактор полимеризации, 4 – промежуточная емкость; 5 – насос; 6 – сито; 7 – центрифуга; 8 – сушилка

Растворы инициаторов из емкостей 1 и стирол из емкости 2 подаются в реактор 3 на полимеризацию. Полимеризация стирола проводится при непрерывном перемешивании в течение 12…15 ч при 85…130 °С. После завершения процесса реакционная смесь охлаждается до 40…50 °С. Затем суспензия полимера в водной фазе перекачивается насосом 5 через сито 6 в промежуточную емкость 4, в которой полистирол поддерживается мешалкой во взвешенном состоянии. Далее полимер поступает на центрифугу 7 для отделения от водной фазы и промывки. Отжатый полистирол с содержанием влаги около 4 % подается в сушилку 8.

При периодическом процессе используют сушилку барабанного типа. Суспензионный способ получения полистирола имеет ряд преимуществ по сравнению с блочным методом.

Так, благодаря наличию водной фазы облегчен отвод тепла экзотермической реакции, что упрощает управление процесса регулирования режима работы реактора. Кроме того, при этом методе образуется более высокомолекулярный продукт с меньшей полидисперсностью по сравнению с блочным полистиролом, что обусловливает его большую вязкость и теплостойкость. Такой полистирол можно применять для производства изделий, соприкасающихся с пищевыми продуктами.

К недостаткам метода суспензионной полимеризации стирола следует отнести его многостадийность, наличие значительного количества сточных вод, требующих очистки, а также трудоемкость перевода на непрерывную схему. Производство эмульсионного полистирола. При эмульсионной полимеризации стирола в качестве дисперсионной среды используется вода. В качестве эмульгаторов применяются мыла (соли жирных кислот), соли сульфокислот парафинового и ароматического рядов (например некаль). Инициаторами полимеризации стирола являются пероксид водорода, персульфат калия или аммония и др. Коагуляцию латекса обычно осуществляют электролитами – кислотами или солями (алюминиевые квасцы и др.).

Технологический процесс производства эмульсионного полистирола состоит из следующих стадий: подготовка сырья, полимеризация стирола, коагуляция (осаждение) полимера, промывка и центрифугирование полимера, сушка продукта, просев и грануляция, расфасовка и упаковка готового продукта. Перед полимеризацией из мономера удаляют ингибитор промывкой его 5…10%-м раствором щелочи с последующей отмывкой щелочи водой. Полимеризацию проводят при 95…98 °С в течение 7…8 ч до содержания остаточного мономера в полимере не более 0,5 %.

Схема процесса производства эмульсионного полистирола периодическим способом представлена на рис. 3.

 

 

Рис.7.3. Схема производства полистирола в эмульсии периодическим методом: 1 – емкость для приготовления водной фазы; 2 – реактор; 3 – холодильник; 4 – приемник; 5 – сборник латекса; 6 – осадитель; 7 – промыватель; 8 – центрифуга; 9 – сушилка; 10 – бункер

В аппарате 1 готовят водную фазу – раствор в дименирализованной воде эмульгатора (олеат натрия), инициатора (персульфат калия) и различных добавок, и смесь загружают в реактор 2. Эмульсию готовят введением стирола при сильном перемешивании рамно-лопастной или турбинной мешалкой. Содержимое реактора 2 через рубашку нагревают до 70…95 °С и процесс ведут в течение 1,5 ч. Холодильник 3 работает как обратный и обеспечивает возврат сконденсированных паров водно- стирольной смеси. При остаточном содержании непрореагировавшего стирола не более 0,5 % реакцию прекращают. Образовавшийся латекс, из которого острым паром отгоняют свободный стирол, собирают в приемник 4. Латекс охлаждают до 50 °С и сливают в сборник 5. Выделение полимера из латекса проводят в осадителе 6 с добавлением водного раствора алюмокалиевых квасцов. Электролит нарушает устойчивость латекса и вызывает выпадение частиц полистирола. Из аппарата 6 суспензия полимера поступает в промыватель, снабженный рамной мешалкой. После фильтрования водный раствор поступает на очистку, а полимер промывают при перемешивании свежей порцией воды с температурой 70…80 °С. После 3…5 промывок взмученную в воде суспензию полимера подают на центрифугу 8 для полного обезвоживания. Порошок полистирола с влажностью 60 % поступает в сушилку 9, а после сушки с влажностью около 0,5 % – в бункер 10. Затем высушенный полимер просеивают на сите и подвергают гранулированию. Полистирол имеет молекулярную массу около 1000000 и очень низкую текучесть при литье под давлением. В этой связи за счет частичной деструкции при гранулировании снижается молекулярная масса и облегчается при этом литье под давлением.

Производство полистирола в растворе. Полимеризация стирола в растворе не имеет широкого применения, так как полимер образуется с низкой молекулярной массой и выделение его из реакционной смеси представляет значительные трудности. К тому же полистирол не может быть использован в виде раствора (лака, клея и т. п.) из-за хрупкости лакового покрытия (низкая ударная прочность). На рис. 4 представлена схема полимеризации стирола в растворе с неполной конверсией.

Рис. 4. Схема полимеризации стирола в растворителе: 1 – насос; 2,3,4 – реакторы полимеризации, 5 – испаритель, 6 – экструдер; 7 – водяная ванна; 8 – дробилка; 9 – бункер; 10 – фасовочная машина; 11 – насосы

Смесь стирола и растворителя подают насосом 1 в три реактора 2, 3, 4. Все они снабжены мешалками и имеют рубашки с регулируемым обогревом. Реакционная масса поступает в реакторы сверху и перекачивается в следующие реакторы шестеренчатыми насосами. Раствор полимера из третьего реактора поступает в испаритель 5, где разделяется дырчатой тарелкой на много отдельных струек, что способствует быстрому испарению мономера и растворителя, которые конденсируются в холодильнике и возвращаются в производство. Из испарите- ля полимер поступает на экструзионную установку 6, из которой выходят нити полимера и направляются в водяную ванну 7. В дробилке 8 они режутся на гранулы. Гранулы подаются пневмотранспортом на барабанный грохот, подвергаясь поверхностной смазке и поступают в бункер 9, а из него на фасовочную машину 10. Свойства полистирола зависят от метода его получения. Так, блочный полистирол прозрачен, он пропускает до 90 % видимого света. Это обеспечивает применение его для изготовления оптических стекол. Эмульсионный полистирол широко применяется в производстве некоторых марок пенополистирола прессовым методом, который используется в качестве теплоизоляционного материала. Блочный полимер имеет самое высокое содержание мономера. Его применяют для изготовления технических деталей и множества изделий бытового назначения. Суспензионный метод получения полистирола обеспечивает более низкое содержание свободного стирола в готовом продукте (0,1…0,5 %) и позволяет получать широкий ассортимент материалов.

 

Рабочая тетрадь по междисциплинарному курсу

«Теоретические и методические аспекты организации игровой деятельности детей раннего и дошкольного возраста»

 

Специальность 050144 «Дошкольное образование»

Квалификация: «Воспитатель детей дошкольного возраста»

Студент 1-А - Э группы

________________________

(Ф.И.О.)

 

Санкт-Петербург

200___ год







Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 921. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2019 год . (0.004 сек.) русская версия | украинская версия