Введение 5
1 Теоретическая часть 7
1.1 Синтетический изопреновый каучук и его свойства 7
1.2 Физико-химические основы получения СКИ 8
1.2.1 Полимеризация изопрена 8
1.2.2 Дезактивация каталитического комплекса 10
1.2.3 Стабилизация полимера 11
1.2.4 Водная отмывка полимеризата 13
1.2.5 Дегазация полимеризата, выделение и сушка каучука 14
1.3 Описание устройства и принцип действия полимеризатора 16
1.4 Факторы, влияющие на процесс полимеризации изопрена 18
2 Технологическая часть 22
2.1 Характеристика сырья и готовой продукции 22
2.2 Технологическая схема полимеризации изопрена 23
2.3 Выбор направления модернизации процессов получения и
полимеризации изопрена 26
3 Расчетная часть 28
3.1 Расчет материального баланса полимеризации 28
3.2 Расчет теплового баланса полимеризации 32
3.3 Технологический расчет полимеризатора 36
4. Аналитический контроль производства 46
5. Безопасность и экологичность производства 49
5.1. Основные опасные факторы производства 49
5.2. Выбросы в атмосферу и сточные воды 50
Заключение 53
Список используемой литературы 54
Приложение А Патентный поиск 57
«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].
«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» [1] российским ученым С.В. Лебедевым.
Производство изопренового каучука на предприятии Тольятти каучук осуществляется с 1963 года. В течение всего этого продолжительного периода времени с целью получения высококачественного продукта процесс совершенствовался и оптимизировался.
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.
На производстве выпускаются две марки изопренового каучука СКИ-3 и СКИ-3С. Отличие этих марок заключается в типе используемого стабилизатора - окрашивающего (для СКИ-3) и не окрашивающего (для СКИ-3С).
Россия является крупнейшим производителем изопренового каучука, с долей в мировых мощностях более 50%. Основными производителями марки СКИ в России являются «Нижнекамскнефтехим» - 280 тыс. тонн/год, Стерлитамакский нефтехимический завод - 144 тыс. тонн/год и «Тольятти каучук» с производительностью - 82 тыс. тонн/год.
Проводимые на предприятии модернизации производств изопрена и полимеров на его основе, направлены на снижение расхода сырья и энергозатрат, повышение эффективности процессов и конкурентоспособности продукции.
Целью выпускной квалификационной работы является повышение производительности стадии полимеризации производства изопренового каучука и повышение качества полимеризата. В соответствии с указанной целью задачами данной работы являются:
- изучение физико-химических основ и способов получения
полимеров на основе изопрена;
- поиск путей снижения энергетических затрат в процессах,
протекающих при полимеризации изопрена;
- повышение производительности стадии полимеризации
производства изопренового каучука.
В данной работе проанализирован процесс полимеризации изопрена в ООО «Тольяттикаучук».
В основной части работы был рассмотрен химизм полимеризации изопрена в растворе с применением каталитической системы Л1(ИЗО-С4Н9)3 и TiCl4. Рассмотрено влияние концентрации изопрена и содержание микропримесей на активность процесса полимеризации.
В технологической части приведена характеристика сырья и готовой продукции, технологическая схема процесса полимеризации.
В технологической части была представлена характеристика сырья и готовой продукции. Разработана принципиальная технологическая схема полимеризации изопрена, описаны стадии производства изопренового каучука. Осуществлен поиск путей снижения энергетических затрат в процессах, протекающих при полимеризации изопрена.
Предложена замена реактора на установке полимеризации изопрена с увеличением рабочего объема для повышения его производительности по выходу полимера. Также для осуществления поставленной цели рассчитаны технологические параметры и геометрические размеры реактора идеального смешения для экзотермической реакции. Произведены расчет материального баланса на повышенную производительность реактора-полимеризатора и расчет теплового баланса в новых условиях. Рассчитана требуемая поверхность рубашки охлаждения и мощность привода мешалки. Также описан аналитический контроль производства. Хроматографический метод анализа позволяет устанавливать концентрации реагентов в анализируемых пробах и определять ряд примесей в реакционной смеси. Представлена таблица с основными данными о контроле качества СКИ.
1. Технологический регламент ИП-5-16-16, OOO «Тольяттикаучук», Характеристика производимой продукции.
2. Технологический регламент ИП-5-16-16, OOO «Тольяттикаучук», Описание технологического процесса полимеризации изопрена.
3. Пособие процесса производства синтетического изопренового каучука, ООО «Сибур Тольятти», М.А. Саяпина, Н.И. Пиминова, 2018 г.,
4. Огородников С.К., Идлис Г.С. Производство изопрена, Ленинград, «Химия», 1973. - 296 с.
5. Моисеев, В. В. Синтетические каучуки и материалы для их производства. Каталог-справочник/В. В. Моисеев, Ю. В. Перина. -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1990. -36 с
6. Башкатов Т. В., Жигалин Я. Л. Технология синтетических каучуков : Учебник для техникумов. - Л. : Химия, 1987. - 360 с.
7. Кирпичников П. А., Береснев В. В., Попова Л. М. Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука : учебное пособие для вузов. - Л. : Химия, 1986. - 224 с.
8. Biesenberger J.A., ebastianD.H. S. Principles of polymerization
engineering. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1983. 745 p.
9. Mingaleev V.Z., Zakharov V.P., Monakov Yu.B., Rus. J. App. Chem., 80, 7, 1130-1134 (2007).
10. Большой справочник резинщика. Часть 1. Каучуки и ингредиенты/. -М.: ООО «Издательский центр «Техинформ» МАИ», 2011. - 744 с.
11. Mittal V., Miniemulsion Polymerization Technology. Salem, Massachusetts, US: Scrivener Publishing LLC., 2010. 311c.
12. Каучук и резина. Наука и технология. Монография. Пер. с англ.: Научное издание/. -Долгопрудный: Интеллект: 2011. -768 с.
13. Chang C.C., Halasa A.F., Miller J.W. The reaction engineering of the anionic polymerization of isoprene//J. Appl. Polym. Sci.-2003.-V. 47, N. 9.-pp. 1589-1599.
14. Елфимов, В.В. Юленец Ю.П., Марков А.В., Аветисян А.Р., Елфимов П.В. Математическая модель процесса полимеризации изопрена в массе//Каучук и Резина. 2015. № 4. С. 38-41.
15. Огородников С. К. Справочник нефтехимика. В двух томах. Т. 1 / Под ред. С. К. Огородникова. -Л. : Химия, 1978. -496 с.
16. Постоянный технологический регламент производства диметилдиоксана из изобутилена и формальдегида ТР-И-6-40-11.
17. Постоянный технологический регламент производства изопрена термическим разложением ДМД и ВПП ТР-И-8-22-14.
18. Постоянный технологический регламент производства изопрена- ректификата ТР-И-9-26-12.
19. Tu J., Yeoh G.H., Liu C.. Computational Fluid Dynamics: A Practical Approach. Butterworth-Heinemann, 2007. 393 p.
20. Елфимов, В.В. Оптимальные режимы полимеризации изопрена в массе//Каучук и Резина. 2016. № 2. С. 54-57.
21. Монаков, Ю.Б. Толстиков, А.Г. Каталитическая полимеризация
1,3 диенов. М.: Наука, 1991.
22. Monakov Yu.B.., Sigaeva N.N., Urazbaev V.N., Active site or polymerization: multiplicity: stereospecific and kinetic heterogeneity. Ed. by Zaikov G.E. Leiden. The Netherlands: Koninkligke Brill NV, 2005. 399 р.
23. РФ Патент 2128636С1.Способ получения изопрена. Опубл.10.04.1999.
24. Курлянд, С. К. Морозостойкость эластомеров/С. К. Курлянд, М. Ф. Бухина -М.: Химия, 1999. -176 с.
25. Пиотровский, К. Б. Старение и стабилизация синтетических каучуков и вулканизатов/К. Б. Пиотровский, З. Н. Тарасова. -М.: Химия, 1998. -54 с.
26. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии.
Ч.1,2. / Ю. П. Дытнерский. -М. : Химия, 1995. -730 с.