ВВЕДЕНИЕ

Латекс является одним из важнейших продуктов химической промышленности. По способу получения латексы делятся на: синтетические, натуральные и искусственные. Натуральные латексы получают из млечного сока бразильской гевеи, культивируемой преимущественно на плантациях Малайзии, Таиланда, Индонезии, Цейлона. Синтетические латексы представляют собой продукты, полученные путём эмульсионной полимеризации мономеров. Искусственный латекс — это продукт, изготовленный из синтетического каучука.

Использование латексов для производства резинотехнических изделий уменьшает капиталовложения и энергозатраты, а так же облегчает условия труда работников, так как переработка синтетического каучука в резину многостадийный и более энергоёмкий процесс, а латекс применяется для производства маканых изделий по простой технологии и на относительно не сложном оборудовании.

Основными получаемыми видами синтетических латексов в настоящее время являются бутадиен-стирольные латексы, имеющие множество модификаций. Доля бутадиен-стирольных латексов составляет около 80% от общего количества выпускаемых синтетических латексов. Кроме них, химической промышленностью выпускаются бутадиеновые, бутадиен-нитрильные, хлоропреновые, карбоксилатные, метилвинилпиридиновые, бутадиен-α-метилстирольные латексы.

Области применения синтетических латексов значительно шире, чем твёрдых каучуков. Из них вырабатывают не только эластичные изделия, но и пеноматериалы, клеи, покрытия для кожи и бумаги, пропитки корда и ткани, а так же изготавливают краски и ещё много другой нужной продукции. В ряде областей промышленности латексы вообще не могут быть заменены соответствующими твёрдыми каучуками. Широкому распространению латексов благоприятствует так же разнообразие способов их переработки.

Мировая, и в частности российская, шинная промышленность, основной потребитель каучуков и латексов, развивается; растут темпы производства, а следовательно, и темпы потребления каучуков и латексов. Эта отрасль промышленности относится к динамично развивающимся. Ключевой тенденцией развития мировой шинной промышленности в последние годы является постепенный перевод производственных мощностей на восток, а именно — в Восточную Европу и Азию. Это объясняется более дешёвыми операционными и капитальными затратами. Согласно прогнозам, производство на душу населения синтетических каучуков и латексов к 2015 г. должно составить 14,5 (против 8,0) кг/чел. Таким образом, производство латексов является очень перспективным направлением.

Однако в условиях роста и развития отрасли, к сырью предъявляются всё новые требования. Многие производства требуют модернизации и реконструкции. В процессе поиска решений мной был выбран следующий вариант модернизации существующей технологии — замена инициатора - гидроперекиси изопропилбензола на гидроперекись диизопропилбензола (ГПД). Так как ГПД более реакционноспособен, скорость процесса выше, следовательно уменьшится время реакции полимеризации. Это позволит увеличить производительность. Затраты на внедрение представляются относительно небольшими, так как изменения происходят на уже имеющейся материально-технической базе цеха Е-12-12А.

В пояснительной записке приведены обоснования технологической схемы, характеристика используемого сырья и готовой продукции, сделан расчёт материального и теплового балансов процесса производства товарного и модернизированного латекса БМВП-10Х.

Сделаны необходимые экономические расчёты для оценки эффективности принятых решений.

Подтвердив предлагаемые мероприятия расчётами, предполагаю, что полученные результаты могут быть использованы как рекомендации базовому предприятию, производящему товарный латекс БМВП-10Х.

1. Аналитический обзор

1.1. Общие сведения о полимеризации

Полимеризация — процесс образования полимеров из мономеров, содержащих реакционно-способные кратные связи или циклы (в отличие от поликонденсации не сопровождается образованием побочных низкомолекулярных продуктов).

Основными видами полимеризации являются радикальная и ионная полимеризация. Ионная, в свою очередь, делится на катионную, анионную и ионно-координационную.

Существует несколько способов проведения радикальной полимеризации. В основном её проводят в блоке (в массе), растворе, эмульсии, суспензии и газовой фазе. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки и подходит для определённых условий.

Полимеризация протекает по цепному механизму и включает следующие стадии:

• зарождение цепи (инициирование);

• рост цепи;

• обрыв цепи;

• передача цепи.

Стадия зарождения цепи заключается в образовании в реакционной системе радикала. Радикалы могут генерироваться в результате воздействия тепла (термическое инициирование), света (фотоинициирование) и т.д., но эти способы малоэффективны, поэтому используют химическое инициирование (добавление инициаторов). Наиболее распространёнными инициаторами являются пероксиды, гидропероксиды, азо- и диазосоединения, ацилпероксиды.

Рост цепи заключается в последовательном прикреплении молекул мономеров к активному центру с последующей передачей активного центра на конец цепи.

Обрыв цепи происходит в результате гибели активных центров. Обрыв цепи — процесс спонтанный, может наступить при любой длине макрорадикалов, может происходить путём их рекомбинации и диспропорционирования.

Процесс передачи цепи происходит путём отрыва атома или группы атомов от передатчика цепи. Макрорадикал превращается в макромолекулу, а возникший новый радикал развивает кинетическую цепь.

1.2. Способы проведения полимеризации

Радикальную полимеризацию проводят в основном в блоке (в массе), растворе, эмульсии, суспензии и газовой фазе. При этом процесс может протекать в гомогенных или гетерогенных условиях. Кроме того, фазовое состояние исходной реакционной смеси может меняться также в ходе полимеризации.

Полимеризация в блоке (в массе) проводится в реакционной смеси, состоящей только из мономера и инициатора. В зависимости от условий проведения процесса различают газо-, жидко- и твердофазную полимеризацию. Жидкофазная полимеризация — это основной способ полимеризации в массе мономера. Она может быть гомогенной и гетерогенной. В первом случае инициатор и образующийся полимер растворимы в мономере, во втором — полимер не растворим в мономере.

­Полимеризацию в растворе проводят двумя способами. По первому способу для полимеризации применяют растворитель, в котором растворяется и мономер, и полимер. Получаемый раствор используют как таковой или выделяют полимер осаждением либо испарением растворителя. По второму способу полимеризацию в растворе проводят в жидкости, в которой растворяется мономер, но не растворяется полимер. Полимер по мере образования выпадает в твёрдом виде и может быть отделён фильтрованием.

Полимеризация в суспензии (бисерная или гранульная) широко используется для синтеза различных полимеров. При этом мономер диспергируют в воде в виде капелек. Устойчивость дисперсии достигается механическим перемешиванием и введением в реакционную систему специальных добавок — стабилизаторов. При полимеризации в суспензии применяют растворимые в мономере инициаторы. Процесс полимеризации осуществляется в каплях мономера, которые можно рассматривать как микрореакторы блочной полимеризации.

Полимеризация в эмульсии также является широко распространённым способом получения полимеров. При эмульсионной полимеризации в качестве дисперсионной среды обычно используют воду, а в качестве эмульгатора — различные мыла. Для инициирования процесса чаще всего применяют водорастворимые инициаторы и окислительно-восстановительные системы. Полимеризация может протекать в молекулярном растворе мономера в воде, на поверхности раздела капля мономера-вода, на поверхности или внутри мицелл мыла, на поверхности или внутри образующихся полимерных частиц, набухших в мономере.