Процесс получения бутадиен – нитрильного каучука СКН с различным содержанием акрилонитрила

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

      «ТОЛЬЯТТИНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра « Химия » 

                                         УТВЕРЖДАЮ:_______________

                ^{(Подпись)}

Зав. Кафедрой_________________

                                                           

                                                              «____» _______________2010г.   

 

                            (наименование темы проекта или работы)

___________________________________________________________________________

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

____  к_____________________________________________________________________ (вид документа – проект дипломный, курсовой, исследовательская работа или часть)

___________________________________________________________________________

(фамилия,  имя, отчество)

Руководитель

________________   __._____

( подпись)                                       (фамилия и. о.)

 

«________» ___________________ 2010г.

                                                  

Студент

________________   _.______

( подпись)                                       (фамилия и. о.)

 

«________» ___________ 2010г.________________

    (группа, шифр)

Проект  защищен «___»__________ 2010_г.

Протокол    №      __________________

                                                 С оценкой            __________________

 

Тольятти 2010г

 
 

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

      «ТОЛЬЯТТИНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ» 

                            Кафедра   Химии

 

                                         УТВЕРЖДАЮ: _____________

                ^{(Подпись)}

____________________________

                                                              

         «____»  _______________2009г.  

                                                            

ЗАДАНИЕ

на выполнение  квалификационной работы

 

Студенту   ______________________________________________

 

1 Тема  квалификационной работы (курсового проекта)

____ ______________________________

2 Срок  сдачи студентом готовой работы  ___________

3  Исходные данные к  работе________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4 Содержание  текстового документа (перечень  подлежащих разработке вопросов)

__________________________________________________________

5 Перечень  графического материала (с точным  указанием обязательных чертежей)

5.1_______________________________________________________

5.2_______________________________________________________

 

6 Дата  выдачи задания на выполнение  выпускной квалификационной работы (курсового проекта) 

Руководитель________________  (ФИО)

(подпись,  дата)

Задание принял к исполнению

____________________________ (ФИО)

(подпись,  дата)

 
 

Реферат

    Цель  работы: Составление литературного  обзора процесса получения бутадиен – нитрильного каучука СКН с различным содержанием акрилонитрила, описание всех стадий технологического процесса, расчет материального и теплового балансов технологии производства СКН производительность 40 тыс. тонн/год.

    За  основу был взят один из существующих методов получения метод низкотемпературной полимеризации.

    Работа  представлена на  странице, содержит 13 таблиц,1 технологическая схема производства, 1 схема реактора низкотемпературной полимеризации, литературный список 13 библиографических наименований.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

Введение 5

1. Литературный обзор 7

1.1. Общие сведения 7

1.2. Основные  процессы, протекающие 

       при полимеризации в эмульсии 9

3. Модифицированные CКН 14 
4. Свойства и области применения

бутадиен  – нитрильных каучуков 16

2. Физико – химические основы процесса 20
3. Характеристика сырья и готовой продукции 27
4. Описание технологический схемы 32
5. Материальный баланс реакционного узла 34
6. Тепловой баланс реакционного узла 36
7. Контроль производства 39
8. Безопасность и экологичность 43

Заключение 46

Список использованной литературы 47 
Введение.

Бутадиен  – нитрильные каучуки представляют собой статистические сополимеры бутадиена с акрилонитрилом (НАК)

 [ - CH₂ – CH = CH – CH₂ - ]_n                   [ - CH₂ – CH -]_m   

                                                                              CN

Молекулы  СКН состоят из чередующихся звеньев  бутадиена и НАК.

[- CH₂ – CH = CH – CH₂ - CH₂ – CH - CH₂ – CH - CH₂  – CH- ]_n                  

                                                       CN                  CH = CH₂ CN

Основными типами бутадиен – нитрильных эластомеров  являются СКН – 18, СКН – 26 и СКН  – 40.Числовой индекс в марках указывает  на количество звеньев акрилонитрила  в полимере.

Большое число полярных заместителей в макромолекуле  каучука обуславливает ряд специфических  свойств. Главным, из которых является повышенная устойчивость к действию различных масел, жиров, алифатических углеводородов (в том числе к пропану, бутану, бензинам, керосину). По устойчивости к действию подобных растворителей СКН значительно превосходят натуральный каучук и все каучуки общего назначения. Бутадиен – нитрильные каучуки являются каучуками специального назначения. Объем их производства невысок.

Вулканизаты бутадиен – нитрильных каучуков превосходят  резины из натурального каучука по устойчивости ко всем видам старения, теплостойкости и сопротивлению  истиранию. Свойства вулканизатов определяются содержанием нитрильных групп в цепи полимера, с увеличением количества нитрильных групп возрастает устойчивость вулканизатов каучука к действию растворителей. 

Бутадиен  – нитрильные каучуки обладают некоторой электропроводностью – это связано с наличием большого числа полярных групп в полимерной цепи. Эти каучуки можно использовать для рассеивания статистических зарядов или для изготовления электронагревательных элементов.

На основе свойства устойчивости СКН изготавливают бензомаслостойкие резино – технические изделия. Резины из бутадиен – нитрильных каучуков мало набухают в воде и антифризах.

СКН хорошо совмещаются с полярными полимерами. Это дает возможность их модифицировать. Так как модифицированные полимеры дешевле, имеют повышенные  свето - , озоно -  и огнестойкость, а также стойкость к истиранию и раздиру. [1].

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Литературный  обзор.

 

1. Общие сведения.[7]

 

Статические сополимеры бутадиена и акрилонитрила  известны с 1931г., а промышленный синтез таких каучуков путем полимеризации  в эмульсии был начат в Германии в 1937г. В настоящее время бутадиен – нитрильные каучуки являются одними из самых массовых каучуков специального назначения, около 20 стран производят их.

СКН получают радикальной сополимеризацией бутадиена  с нитрилом акриловой кислоты (НАК, акрилонитрил) в водной эмульсии при 30 °С (высокотемпературные) и при 5°С (низко - температурные).          Низкотемпературные СКН обладают лучшими технологическими свойствами, чем высокотемпературные, а их вулканизаты – хорошими физико – механическими свойствами. Молекулы СКН состоят из статистически чередующихся звеньев бутадиена и НАК.

Сополимеризация бутадиена с акрилонитрилом идет по радикальному механизму. Константы  сополимеризации незначительно  зависят от температуры. Учитывая закономерности статистической сополимеризации, эта пара мономеров должна иметь азеотропный состав, соответствующий (при 50 °С) около 40 % акрилонитрила в смеси мономеров. При более низких дозировках акрилонитрила сополимер всегда обогащен звеньями этого 
мономера, и интегральный состав сополимера существенно зависит от степени превращения.

В ряде случаев получают сшитые (структурированные) бутадиен-нитрильные каучуки, вводимые в небольшом количестве в каучуки обычного типа для улучшения перерабатываемости  последних. Для получения сшитых каучуков применяют третий мономер с двумя изолированными ненасыщенными группами, например дивинил бензол.

При проведении эмульсионной сополимеризации акрилонитрил может вступать в различные побочные реакции (образование в цепи амидных и карбоксильных групп; а также образование 4 – цианоциклогексена – придает каучуку неприятный запах). Поэтому для сополимеризации условия подбираются так, чтобы свести к минимуму все побочные реакции.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Основные  процессы, протекающие  при полимеризации  в эмульсии.[1].

 
 

         Процесс получения бутадиен - нитрильного каучука СКН            состоит из следующих стадий: приготовление углеводородной и водной       фаз; приготовление раствора инициатора, регулятора и стабилизатора; сополимеризация бутадиена с НАК; дегазация латекса; выделение          каучука из латекса, сушка и упаковка.

       Сополимеризация проводится по непрерывной схеме в батарее полимеризаторов, состоящих из 12 аппаратов, не менее 10 из которых должны находится  в работе. Каждый аппарат батареи представляет собой стандартный полимеризатор емкостью 12 м³, снабженный рамной мешалкой, рубашкой и змеевиком, что позволяет применять аппараты и для проведения полимеризации при температуре 5⁰С. Поверхность рубашки в таком аппарате 20м² , поверхность змеевика 26 м² .

При температуре  полимеризации 30⁰С степень превращения мономеров 65 – 70%.  Акрилонитрил, освобожденный от гидрохинона путем перегонки, и бутадиен смешиваются в нужном соотношении для приготовления мономерной фазы. При этом в смеситель подается 98% расчетного количества акрилонитрила. Остальное количество акрилонитрила используется для приготовления раствора регулятора молекулярного веса. Для лучшего смешения мономеров производится циркуляция смеси. Отдельно приготавливается водная фаза в аппаратах с покрытием из полуэбонита, снабженных мешалками.         

 Состав  водной фазы: