5. Материальный расчет производства

Исходные данные для составления материального баланса:

Производительность по СКИ 3 НП 160000 тыс. тонн в год.

Показатели технологического процесса( на основе литературных данных):

1.Концентрация изопрена 15%;

2.Трехкомпонентный каталитический комплекс 0,4%;

3.Конверсия изопрена 90%;

4.Стабилизаторы 1%;

5.Модификаторы 0.3%.

Находим часовую производительность по СКИ 3:

G=160000*1000/(365-30)*24=19900 кг/ч;

Расход мономера с учетом степени конверсии:

G_мон=19900/0,9=22111 кг/ч;

Возвратное количество мономера:

G_{возв.мон.}=22111-19900=2211 кг/ч;

Количество растворителя:

G_раств.=22111/15*85=125295,7 кг/ч;

Количество каталитического комплекса:

G_раств.=22111/100*0,4=88,4 кг/ч;

Количество стабилизатора:

G_стаб.=19900/100*1=199 кг/ч;

Количество модификатора:

G_модиф.=19900/100*0,3=59,7 кг/ч;

Состав раствора полимера:

19900+199+57,9=20158 кг/ч;

Таблица1:

№	Приход	Масса		Расход		Масса
						Кг/ч		%,м
		Кг/ч	%,м
1	Шихта: Мономер Растворитель	22111 125295,7	14,96 84,8		Полимер Возвратный мономер Растворитель		20158 2211 125295,7		13,64 1,5 84,8
2	Катлизатор Стабилизатор Модификатор	88,4 199 57,9	0,06 0,13 0,04		Катализатор		88,4		0,06
	итого	147753,8	100		Итого		147753,8		100

6. Тепловой баланс

Исходные данные:

1.Степень превращения 90%;

2.Температура шихты -20 ⁰С;

3.Температура рассола на входе -20⁰С;

4. Температура рассола на входе 40⁰С;

5.Температура полимеризации 50⁰С.

Уравнение теплового баланса:

Q₁+Q₂+Q₃=Q₄+Q₅+Q₆;

Q₁ – тепловой эффект химической реакции;

Q₂ – теплота, вносимая в аппарат с веществами, участвующих в процессе;

Q₃ – количество теплоты, вносимое с мешалкой ( 10% от входящего тепла );

Q₄ - количество теплоты, необходимое отводить с рассолом;

Q₅ - количество теплоты, уносимое веществами, участвующими в процессе;

Q₆ – тепловые потери в атмосферу ( 5% от входящего тепла ).

Тепловой эффект химической реакции:

n(C₅H₈)→ (C₅H₈)n +75 кДЖ/моль;

М(C₅H₈)=0,068 кг/моль

Q₁=Q*G*α*0.01/М=75*22111*90*0,01/0,068=22387,4 МДЖ/ч;

Теплота, вносимая в аппарат с веществами, участвующих в процессе :

Q₂=G*C_p*T

T=-20+273=253 К

Q_2мон=22111*2,08*253=11635,7 4 МДЖ/ч;

Q_2паств125295,7*1,89*253=59912,6 МДЖ/ч;

Количество теплоты, вносимое с мешалкой:

Q₃=0,1(Q₁+Q₂);

Q₃=0,1( 11635,7+59912,6+22387,4 )=9393,5 МДЖ/ч;

Тепловые потери в атмосферу:

Q₆= 0,05(Q₁+Q₂+Q₃);

Q₆=0,05( 11635,7+59912,6+22387,4+9393,5)=5166 МДЖ/ч;

Количество теплоты, уносимое веществами, участвующими в процессе:

Q₅=G*C_p*T

T=50+273=323 К;

Q_5полим=2,08*20158*323=13542,9 МДЖ/ч;

Q_5раств=1,89*125295,7*323=76489 МДЖ/ч;

Количество теплоты, необходимое отводить с рассолом:

Q₄= Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₆-Q₅;

Q₄=22387,4+( 11635,7+59912,6 )+9393,5-5166+( 13542,9+76489 )=8131,9 МДЖ/ч;

Необходимое количество рассола:

Ϫt=40-(-20)=60

G= Q₄/ C_p*Ϫt=8131,9*10³/2,7*60=50197 кг/ч

Переводим Дж/ч в Вт*ч:

1 ДЖ=2,78*10^-4 Вт*ч

1. 71548 МДЖ/ч =1,9*10⁶ Вт*ч

2. 22387,4 МДЖ/ч =0,6*10⁶ Вт*ч

3. 9393,5 МДЖ/ч =0,3*10⁶ Вт*ч

4. 90031 МДЖ/ч =2,5*10⁶ Вт*ч

5. 8131,9 МДЖ/ч =0,2*10⁶ Вт*ч

6. 5166 МДЖ/ч =0,1*10⁶ Вт*ч

Таблица 2

Приход	Вт*ч *106	Расход	Вт*ч*106
теплота, вносимая в аппарат с веществами, участвующих в процессе	1,9	количество теплоты, уносимое веществами, участвующими в процессе	2,5
тепловой эффект химической реакции	0,6	количество теплоты, необходимое отводить с рассолом	0,2
количество теплоты, вносимое с мешалкой	0,3	тепловые потери в атмосферу	0,1
Итого	2,8	Итого	2,8

Заключение

Процесс получения каучука обычно складывается из нескольких основных стадий: 1) приготовление катализатора (или компонентов каталитического комплекса); 2) полимеризация; 3) дезактивация катализатора и отмывка раствора полимера от продуктов дезактивации катализатора; 4) отгонка мономера и растворителей (дегазация) и выделение каучука; 5) регенерация возвратных продуктов и очистка сточных вод.

Наиболее распространенной каталитической системой при получении 1,4-цис-изопренового каучука является титановая, состоящая из β-TiCI3 и алюминийорганического соединения. В нашей стране каучук, получаемый на таких катализаторах, имеет марку СКИ-3.

Полимеризация изопрена может осуществляться в различных алифатических и ароматических углеводородах, хорошо растворяющих образующийся каучук. Скорость полимеризации в большинстве случаев симбатна скорости растворения полимера в растворителе. При недостаточно высокой скорости растворения полимер обволакивает активные центры катализатора, что приводит к замедлению полимеризации в тем большей степени, чем медленнее растворяется полимер. Наиболее высока скорость полимеризации при использовании бензола и изопентана, в промышленности нашел применение только изопентан.

Каучук, содержащий остатки катализатора, более подвержен термоокислительной деструкции, чем полимер, освобожденный от них. Поэтому полимеризат после выхода из последнего полимеризатора подвергается соответствующей обработке с целью разрушения катализатора. Процессы дезактивации катализатора подразделяют на три группы:

1) процессы, в которых происходит разрушение остатков каталитического комплекса, но переходный металл не переводится в неактивную форму, и поэтому необходима отмывка полимера;

2) дезактивация катализатора за счет его перевода в неактивную форму, при этом отпадает необходимость отмывки полимера;

3) дезактивация путем разрушения каталитического комплекса и последующего связывания металлов с целью перевода их в неактивное состояние.

Полимеризат после дезактивации катализатора направляется на отмывку; при этом нецелесообразно применять значительные количества воды, так как увеличение объёма промывной воды до 80 % вместо 50 % не повышает эффективность отмывки.

Дегазация проводится по непрерывной схеме и, как правило, с использованием двух ступеней дегазации, работающих противоточно. Число ступеней может быть и большим, и с увеличением числа ступеней дегазации при одном и том же содержании остаточного растворителя расход пара уменьшается. К такому же эффекту приводит увеличение продолжительности пребывания крошки каучука в дегазаторе.

Водная дисперсия каучука после дегазатора второй ступени направляется на выделение и сушку полимера. Высушенный каучук в виде крошки с остаточной влажностью 0,5 % (масс.) горизонтальным вибротранспортером подается в зону охлаждения и с температурой 40—50 °С направляется на спиральный виброподъемник. Здесь крошка обдувается горячим воздухом для удаления влаги с наружной поверхности. Окончательно высушенная крошка горизонтальным вибротранспортером и вибропитателём подается в загрузочный бункер автоматических весов и далее в брикетировочный пресс.

Для предотвращения окисления на воздухе каучук заправлен смесью ДФФД (дифенилендиамин) или ВТС-60, или диафеном-13, или агидолом-1 (агидолом -2), или дусантоксом L.

Список использованной литературы

1.    Болдырев А. П., Подвальный С. Л. Управление технологическими процессами в производстве стереорегулярного полиизопренового каучука СКИ-3. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1982.

2.    Будтов В. П., Консетов В. В. Тепломассоперенос в полимеризационных процессах.-Л.: Химия, 1983.

3.    Кирпичников П.А., Береснев В.В., Попова Л.М. Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука. -Л.:Химия.1986.-224с.

4.    Кирпичников П.А., Авереко-Антонович Л.А., Авереко-Антонович Ю.О. Химия и технология синтитичёского каучука. -Л.. Химия. 1987.-424с.

5.    Рейсфельд В.О., Еркова Л.Н. Оборудование производств основного органического синтеза и синтитических каучуков. - Л.Химия., 1974.-440с.

6.    Рейсфельд В.О., Шеин B.C., Ермаков В.И. Реакционная аппаратура и машины заводов основного органического синтеза и синтетического каучука.-Л.:Химия,1975.-392с.

7.    З.Соколов Р.С. Химическая технология. - М.:Владос,2000.-1.2т.

8.    Синтетический каучук/Под ред. И. В. Гармонова. - 2-е изд.—Л.: Химия, 1983.

9.    Стереорегулярные каучуки/Под ред. У. Солтмена. Пер. с англ. 3. 3. Высоцкого. - М.: Мир,-1981.

10.  Хананашвили Л. М., Андрианов К. А. Технология элементорганических мономеров и полимеров. - 2-е изд. - М.: Химия, 1983.

11.  Чаушеску Е. Новые исследования в области высокомолекулярных соединений/Пер. с румынского под ред. А. Н. Праведникова. - М.: Химия, 1983.

12.  Эмульсионная полимеризация и ее применение в промышленности Елисеева В. И., Иванчев С. С., Кучанов С. И., Лебедев А. В.-М.: Химия, 1976.