Введение 5
1 Теоретическая часть 6
1.1 Производство бутилкаучука 6
1.2 Характеристика сырья и продуктов 7
1.3 Физико-химические основы процесса полимеризации 11
1.3.1 Механизм полимеризации 11
1.3.2 Катализаторы процесса полимеризации 13
2 Технологическая часть 17
2.1 Подготовка углеводородной фракции и сырья 17
2.2 Сополимеризация изобутилена с изопреном 19
2.3 Процесс дегазации бутилкаучука 21
2.4 Процесс сушки и упаковки бутилкаучука 22
2.5 Аналитический контроль производства 24
3 Расчётная часть 26
3.1 Материальный баланс 26
3.2 Тепловой и энергетический баланс 30
3.3 Конструктивный расчет смесителя 35
3.3.1 Расчет гидравлических потерь 38
Заключение 42
Список используемой литературы и используемых источников 43
Приложение А Схема смесителя типа «диффузор-конфузор» 46
На сегодняшний день, большую роль в производстве резинотехнических изделий и автомобильных камер имеет производство бутилкаучука. Он образуется при проведении катионной сополимеризации в растворе смеси изобутилена с небольшим содержанием изопрена (1-5 % мас.) [1]-[3].
Впервые бутилкаучук был синтезирован в 1937 году в США двумя учёными Р.М. Томасом и Дж. Спарксом. Промышленное производство за рубежом было запущено уже через 4 года.
«На предприятии ООО «Тольяттикаучук» осуществляется производство бутилкаучука, получаемого сополимеризацией изобутилена с изопреном в присутствии хлористого этилена и изопентана с применением водной дегазации для удаления растворителя и незаполимеризовавшихся мономеров» [15].
В 2022 году на предприятии была достигнута мощность производства в 75000 т/год [3].
Полимеризатор Л-25, который используется в процессе синтеза бутилкаучука на предприятии ООО «Тольяттикаучук» имеет возможность для модернизации. Модернизировать данный аппарат можно с помощью изменения типа ввода шихты. Это необходим, так как, в рабочих условиях проведения полимеризации при оптимальных температурах, давлении и концентраций сырья не всегда удается добиться достаточной степени однородности полей всех характеристик.
Для решения данной проблемы возможно использование малообъёмных предреакторов, которые устанавливают перед основными аппаратами . Также их применяют, когда присутствует несколько параллельно работающих полимеризаторов.
В качестве модернизации было предложено использование смесителя с каналом «диффузор-конфузорного» типа для обеспечения интенсивного смешения различных компонентов реакционной смеси .
В ходе работы была предложена оптимизация процесса синтеза бутилкаучука на предприятии ООО «Тольяттикаучук».
В теоретической части работы были рассмотрены физико-химические свойства процесса, исходного сырья и продукта, механизм полимеризации и катализаторы, также произведен патентный поиск.
В технологической части были рассмотрены стадии производства бутилкаучука от подготовки сырья до упаковки готового каучука и дано описание технологической схемы.
В расчетной части был составлен материальный, тепловой и энергетический баланс процесса синтеза бутилкаучука.
Также представлены аналитический контроль процесса, безопасность и экологичность производства.
Графическая часть состоит из 6 плакатов: химизм процесса, технологическая схема синтеза бутилкаучука, модернизированная технологическая схема синтеза бутилкаучука, чертеж (приложение А) теплообменника «труба в трубе», таблица материального баланса, таблица теплового баланса.
По результатам конструктивного расчета был выбран смеситель с каналом диффузор-конфузорного (Приложение А, рисунок А 1) типа, который является наиболее эффективным для данной оптимизации по сравнению с кожухотрубчатым теплообменником.
Таким образом, характерное время турбулентного микросмешения для смесителя с каналом диффузор-конфузорного типа составляет 2,58Т0-2с, это означает, что «растущие полимерные цепи распределены по объему аппарата достаточно однородно как на микро-, так и на макроуровне» [25]. Такое низкое значение времени турбулентного микросмешения достигается за счет трапециевидной конструкции конверсию вырабатываемой продукции..
