work_2_Zybina D_A
.docxМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Школа: Инженерная школа природных ресурсов
Направление подготовки (специальность) 18.03.01 Химическая технология
Отделение школы (НОЦ): Отделение химической инженерии
Расчет материального баланса стадий подготовки сырья и полимеризации для процесса получения полиметилметакрилата суспензионным способом
Задание № 2
Вариант (4)
по дисциплине «Основы проектирования производств продуктов нефтегазохимии и полимеров»
Исполнитель Д.А. Зыбина
Студент группы (подпись) З-2Д11
14.03.2026
Руководитель
Профессор ОХИ, ИШПР
Доктор технических наук (подпись) В.Г. Бондалетов
14.03.2026
Томск 2026
1 Цель задания: Рассчитать материальный баланс стадий подготовки сырья и полимеризации для процесса получения полиметилметакрилата суспензионным способом.
Исходные данные
Таблица 1 – Общая информация
Годовая производительность цеха, N, т/год |
1700 |
Годовой фонд рабочего времени, Д, дни |
320 |
Степень превращения метилметакрилата, x |
0,90 |
Влажность готового продукта, % |
1,2 |
Таблица 2 – Потери по стадиям, %
Потери при транспортировке и загрузке сырья, α1 |
0,3 |
Потери на в процессе полимеризации, α2 |
0,6 |
Таблица 3 – Рецептура загрузки сырья на полимеризацию, %
Метилметакрилат, |
100 |
Вода, |
220 |
Инициатор
(перекись бензоила),
|
0,6 |
Эффективность
инициирования перекиси бензоила,
|
0,8 |
Стабилизатор,
|
2,5 |
Краткое описание суспензионной полимеризации [1]
Процесс суспензионной полимеризации полиметилметакрилата (ПММА) включает следующие этапы: приготовление водной и мономерной фаз; полимеризацию; фильтрацию; центрифугирование с промывкой; сушку полимера; грануляцию полимера.
Мономерная фаза (мономер и инициатор) и водная фаза (вода, регулятор молекулярной массы и стабилизатор суспензии) готовятся в отдельных емкостях в соответствии с рецептурой. Суспензионная полимеризация метилметакрилата осуществляется в реакторах с мешалкой и рубашкой для нагрева и охлаждения.
П
олученная
суспензия самотеком подается в центрифугу
через коркоотделитель, где вводится
деминерализованная вода для промывки
полимера. Отжатый до заданной влажности
полимер шнеком транспортируется на
сушку до остаточной влажности 1 %. Сухие
гранулы полимера подвергаются экструзии
для получения гранул большего размера
по сравнению с выходом из сушилки.
Рисунок 1 – Блок-схема процесса полимеризации
Химизм реакции:
Перекись бензоила разлагается при нагревании по схеме:
Образующиеся радикалы участвуют не только в реакции полимеризации, но и в побочных превращениях:
Из взятого на реакцию количества инициатора на образование концевых групп по реакции расходуется:
Материальный баланс
Производительность в сутки без учета потерь:
Пересчет производительности на сухой мономер:
Производительность с учетом потерь:
Общие потери полиметилметакрилата составляют:
Суточный расход метилметакрилата с учетом всех потерь:
где
− эффективность инициирования перекиси
бензоила;
− молекулярная масса перекиси бензоила,
кг/кмоль;
– молекулярная масса активного радикала,
кг/кмоль; 𝑥
– степень превращения метилметакрилата.
Мономер:
Загрузка в реактор |
|
Количество в реакторе |
|
Потери на стадии загрузки |
|
Непрор. часть |
|
Потери на стадии полимер. |
|
Количество в суспензии |
|
Инициатор:
Загрузка в реактор |
|
Количество в реакторе |
|
Потери на стадии загрузки |
|
Непрор. часть |
|
Потери на стадии полимер. |
|
Количество в суспензии |
|
Стабилизатор:
Загрузка в реактор |
|
Количество в реакторе |
|
Потери на стадии загрузки |
|
Потери на стадии полимер. |
|
Количество в суспензии |
|
Вода:
Загрузка в реактор |
|
Количество в реакторе |
|
Потери на стадии загрузки |
|
Потери на стадии полимер. |
|
Количество в суспензии |
|
Полимер:
Получено |
|
Потери на стадии полимер. |
|
Количество в суспензии |
|
Материальный баланс приготовления водной и мономерной фаз приведены в таблице 1 и 2.
Таблица 1 – Приготовление водной фазы
Приход |
кг/сут |
% |
Расход |
кг/сут |
% |
1. Вода 2. Стабилизатор
|
12916,635 146,780 |
98,88 1,12
|
1. Водная фаза: Вода Стабилизатор 2. Потери: Вода Стабилизатор
|
13024,225 12877,885 146,340 39,190 38,750 0,440
|
99,70
0,30 |
Всего |
13063,415 |
100 |
Всего |
13063,415 |
100 |
Таблица 2 – Приготовление мономерной фазы
Приход |
кг/сут |
% |
Расход |
кг/сут |
% |
1. Метилметакрилат 2. Перекись бензоила
|
5871,198 35,227 |
99,40 0,60 |
1. Мономерная фаза: Метилметакрилат Перекись бензоила 2. Потери: Метилметакрилат Перекись бензоила |
5888,705 5853,584 35,121 17,720 17,614 0,106 |
99,70
0,30 |
Всего |
5906,425 |
100 |
Всего |
5906,425 |
100 |
Материальный баланс стадии полимеризации приведен в таблице 3.
Таблица 3 – Стадия полимеризации
Приход |
кг/сут |
% |
Расход |
кг/сут |
% |
1. Водная фаза: Вода Стабилизатор 2. Мономерная фаза: Метилметакрилат Перекись бензоила |
13024,225 12877,885 146,340 5888,705 5853,584 35,121
|
68,86
31,14 |
1. Суспензия ПММА: Вода Стабилизатор ММА ПММА Перекись бензоила 2. Потери: Вода Стабилизатор ММА ПММА Перекись бензоила
|
18767,675 12800,618 145,462 550,236 5264,546 6,813 145,256 77,267 0,878 35,122 31,778 0,211
|
99,23
0,77 |
Всего |
18912,93 |
100 |
Всего |
18912,93 |
100 |
Список используемых источников
1. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: учебник – Москва: Альянс, 2013. – 592 с.