Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия и технология мономеров. Лабораторный практикум
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ
МОНОМЕРОВ
Лабораторный практикум
Казань
Издательство КНИТУ
2017
УДК 54-124 (076)
ББК Г714.21я7
Х46
Х46
Авторы: Р. А. Ахмедьянова, А. П. Рахматуллина,
Д. В. Бескровный, М. Е. Цыганова, Д. Г. Милославский,
Э. Ш. Байгускарова
Химия и технология мономеров : лабораторный практикум /
Р. А. Ахмедьянова [и др.]; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед.
технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2017. – 80 с.
ISBN 978-5-7882-2258-5
ISBN 978-5-7882-2258-5
©
Ахмедьянова Р. А., Рахматуллина А. П.,
Бескровный Д. В., Цыганова М. Е.,
Милославский Д. Г.,
Байгускарова Э. Ш., 2017
©
Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2017
УДК 54-124 (076)
ББК Г714.21я7
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского национального исследовательского технологического университета
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. Л. А. Абдрахманова
канд. хим. наук Г. М. Рахматуллина
Даны рекомендации по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Химия и технология мономеров». Приведены теоретические положения, лежащие в основе проводимых реакций, методики выполнения синтезов,
рассмотрены методы контроля хода процесса и анализа образующихся продуктов, расчета основных показателей процессов получения мономеров.
Предназначен для обучающихся по направлению подготовки 18.03.01
«Химическая технология», профили «Химическая технология органических
веществ» и «Технология и переработка полимеров», а также по направлению
подготовки 18.04.01 «Химическая технология» по программам подготовки:
«Химическая технология синтетического каучука», «Химия и технология мономеров», «Каталитические технологии в производстве полимеров».
Подготовлен на кафедре технологии синтетического каучука.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
БД – бутадиен-1,3
БЧ – бромное число
ГЖХ – газожидкостная хроматография
ДМД – 4,4-диметилдиоксан-1,3
ДМДС – диметилдисульфид
ДТП – детектор по теплопроводности
ЗИА – закалочно-испарительный аппарат
КОРБ – кубовые остатки ректификации бензола
ЛПС – легкая пиролизная смола
МТБЭ – метилтретбутиловый эфир
НПС – нефтеполимерные смолы
ОП – оксид пропилена
ПДК – предельно допустимая концентрация (в воздухе рабочей зоны)
ПП – предварительный подогреватель
СД – степень дезактивации
ТМК – триметилкарбинол
УВ – углеводороды
ЭБ – этилбензол
DMDS – диметилдисульфид
TBPS 454 – дитретбутилполисульфид
V
– критический объем
кр.
P
– критическое давление
кр.
Т
– температура возгонки
возг.
Т
– температура кипения
кип.
T
– критическая температура
кр.
Т
самовоспл.
х
n
d
х
d
4
– температура самовоспламенения
– оптическая плотность (где х – температура, °С)
– плотность (где х – температура, °С)
3
Лабораторная работа 1
ПИРОЛИЗ УГЛЕВОДОРОДОВ
Цель работы: проведение пиролиза углеводородов, исследование влияния параметров проведения процесса (температуры, времени
контакта, вида используемого сырья) на выход и состав газообразных
и жидких продуктов пиролиза углеводородов.
Исходное сырье:
1) Бензин прямогонный (табл. 2, 3): Т
ные пределы взрываемости – 0,79-5,48 %; d
= 40-180 С; концентрацион-
кип.
20
= 0,7-0,71 г/см3; ПДК –
4
100 мг/м3.
2) Гептан: Т
= 98,42 С, Т
кип.
= -4 С, d
всп.
-103,7
= 0,6795 г/см3, бесцвет-
4
ная жидкость, хорошо растворим в большинстве органических растворителей, нерастворим в воде.
3) Пропан. Т
= -42,09 С, d
кип.
-103,7
= 0,5005 г/см3, бесцветный газ без
4
запаха. Малорастворим в воде, точка замерзания -188 °C, образует с
воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров от 2,1 до
9,5 %. Температура самовоспламенения пропана в воздухе при давлении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) составляет 466 °С. Критическая температура пропана Tкр = 370 К, критическое давление Pкр = 4,27 МПа, критический удельный объем V
= 0,00444 м3/кг, плотность сжиженного
кр.
пропана при 298 K 0,493 г/см3.
Продукты пиролиза:
1) Этилен (СН2=СН2): Т
-103,7
d
= 0,5699 г/см3; Т
4
= -103,7 С; Т
кип.
самовоспл.
= 540 С; растворим в спирте, воде,
= -136,1 С;
всп.
эфире; концентрационные пределы взрываемости 3-34 %, обладает
слабым наркотическим действием, ПДК 50 мг/м3.
2) Пропилен (СН3-СН=СН2): Т
Т
самовоспл.
= 410 С; растворим в спирте, эфире, плохо в воде; концен-
= -47,75 С; Т
кип.
= -107,8 С;
всп.
трационные пределы взрываемости 2,2-10,3 %; обладает слабым наркотическим действием; ПДК 30 мг/м3.
3) Бутадиен-1,3: Т
= -4,43 С; d
кип.
-103,7
= 0,6211 г/см3; газ с характер-
4
ным неприятным запахом, малорастворимый в воде, хорошо растворим в бензоле, диэтиловом эфире, плохо растворим в метаноле и этаноле.
4
4) Изобутилен. Т
Характеристики
Прямогонный бензин
40-175 °С
40-193 °С
1
2
3
Внешний вид
Бесцветная
прозрачная
жидкость
Бесцветная
прозрачная
жидкость
Плотность при 20С, г/см3
0,706
0,727
Фракционный состав, С:
начало кипения (н.к.)
30 %
50 %
90 %
конец кипения (к.к.)
40
77
100
156
175
40
83
119
163
193
= -6,9С; d
кип.
-103,7
= 0,5879 г/см3; малорастворим в
4
воде, хорошо растворим в бензоле, диэтиловом эфире, плохо растворим в метаноле и этаноле;
5) Бензол (С6Н6). Т
Т
= -12С; Т
всп.
самовоспл.
= 80,1С; d
кип.
20
= 0,879 г/см3; n
4
= 534С; практически нерастворим в воде; сме-
20
= 1,5011;
d
шивается с неполярными органическими растворителями; концентрационные пределы взрываемости 1,4-7,1 %; ПДК 5 мг/м3.
Пиролиз - ключевой крупномасштабный процесс, обеспечивающий функционирование промышленности нефтегазохимического
синтеза. На его основе получают около 75 % всех нефтехимических
продуктов. Первоначально пиролиз предназначался для получения
этилена, который используется для производства полиэтилена, этиленпропиленового каучука, винилхлорида, этиленоксида и соответствующего гликоля, этилбензола и стирола, α-олефинов, этанола, винилацетата и т.д. В настоящее время пиролиз является основным и крупнотоннажным источником этилена, пропилена, бензола, бутадиена-1,3
(БД) и других продуктов (рис. 1) и не имеет себе равных по значимости и мощности в нефтехимическом синтезе [1].
Таблица 1
Физико-химические характеристики прямогонного бензина
5
1
2
3
Содержание фактических
смол, мг/100 см3
< 2,0
< 2,0
Групповой состав, % мас.:
н-парафины
изопарафины
нафтены
ароматические углеводороды
непредельные углеводороды
32,3
36,3
24,0
6,7
0,2
29,8
34,4
25,5
9,8
0,2
Содержание общей серы, %
мас.
0,0251
0,0267
Йодный индекс, г I2/100 г /
в пересчете на непредельные
УВ, % мас.
0,48/0,19
0,53/0,21
Содержание влаги, % мас.
отс.
отс.
Наименование
компонента
Прямогонный
бензин фрак-
ции
40-175 °С
Прямогонный
бензин фрак-
ции
40-193 °С
1
2
3
Парафиновые углеводороды,
в том числе:
32,34
29,77
н-Бутан
0,87
0,75
н-Пентан
9,18
7,99
н-Гексан
5,76
5,02
н-Гептан
5,63
4,91
н-Октан
5,09
4,43
Нонан
3,90
4,34
Декан
1,57
1,85
Ундекан
0,29
0,42
Додекан
0,04
0,05
Углеводородный состав прямогонного бензина
Окончание табл. 1
Таблица 2
6
Продолжение табл.2
1
2
3
Тридекан
0,01
0,01
Изопарафиновые углеводороды,
в том числе:
36,26
34,38
изо-Бутан
0,32
0,27
изо-Пентан
4,77
4,29
нео-Пентан
0,01
0,01
Изомеры гексана
7,66
6,88
Изомеры гептана
6,62
5,95
Изомеры октана
7,47
6,71
Изомеры нонана
4,68
4,21
Изомеры декана
3,10
3,57
Изомеры ундекана
1,57
1,86
Изомеры додекана
0,05
0,13
Изомеры тридекана
0,01
0,50
Нафтеновые углеводороды,
в том числе:
24,00
25,51
Циклопентан
0,42
0,42
Метилциклопентан
2,28
2,14
Циклогексан
1,29
1,18
Сумма нафтеновых углеводородов
С7Н14
2,83
2,64
Метилциклогексан
2,88
2,74
Этилциклопентан
0,98
0,89
Сумма нафтеновых углеводородов
С8Н16
6,45
6,53
Сумма нафтеновых углеводородов
С9Н18
4,87
5,46
Сумма нафтеновых углеводородов
С10Н20
1,55
2,53
Сумма нафтеновых углеводородов
С11Н22
0,33
0,75
Сумма нафтеновых углеводородов
С12Н24
0,12
0,23
7
Окончание табл. 2
1
2
3
Ароматические углеводороды,
в том числе:
6,67
9,84
Бензол
0,25
0,23
Толуол
0,88
0,82
Этилбензол
0,97
1,01
Ксилолы
1,76
1,93
изо-Пропилбензол
0,22
0,79
Пропилбензол
0,36
0,75
Сумма аромат. углеводородов С9Н12
1,49
2,84
Сумма аромат. углеводородов С10Н14
0,69
1,21
Сумма аромат. углеводородов С10Н12
0,05
0,26
Непредельные углеводороды,
в том числе
0,21
0,21
Бутилены
0,0123
0,0111
Амилены
0,0512
0,0456
Пиперилены
0,0766
0,0754
Сумма изомеров гексена
0,0326
0,0314
Сумма изомеров гептена
0,0293
0,0279
Сумма изомеров октена
-
0,0084
Циклопентен
0,008
0,0070
Сумма неидентифицированных компонентов
0,520
0,286
Итого
100,00
100,00
Физико-химические основы пиролиза
Пиролиз – это процесс деструктивного и целенаправленного
превращения исходных углеводородов (предпочтительно насыщенных) в низшие олефины при температуре выше 750 °С в присутствии
перегретого водяного пара с последующим резким охлаждением продуктов до 370-420 °С [1, 2]. Для пиролиза характерно очень глубокое
8
разложение исходного сырья. При этом все протекающие при пироли-
C20H
42
C10H20 + C10H
22
C8H16 + C12H
26
C5H12 + C15H
30
C2H6 + C18H
36
CH4 + C19H
38
C4H
10
C3H6 + CH
4
C2H4 + C2H
6
C3H
8
C2H4 + CH
4
зе реакции можно разделить на первичные и вторичные.
Первичные реакции могут протекать по двум направлениям.
Основная первичная реакция – крекинг исходного углеводорода с образованием водорода, метана, этилена, пропилена и других олефинов и
парафинов. Протекает разрыв цепи по связи С-С с образованием предельного и непредельного углеводородов
Например:
С повышением температуры начинают протекать реакции с
разрывом связи С-Н (реакции дегидрирования):
В результате дегидрирования при 600-650 °С появляются реакционноспособные диены, например бутадиен-1,3. Первое направление термодинамически более вероятно, так как энергия разрыва связи С-С
меньше, чем связи С-Н. Обе реакции идут с поглощением тепла и увеличением объема. Поэтому им благоприятствуют высокие температуры и низкие давления.
Циклические углеводороды (УВ), присутствующие в нефтепродуктах, в этих условиях отщепляют боковые цепи, а нафтеновые
кольца раскрываются с образованием олефинов:
9
Пиролиз
Этилен
Пропилен
Бутадиен
Изобутилен
Полиэтилен
Винилхлорид
Поливинил-
Оксид этилена Этиленгликоль
Антифриз
Полиэфирные
H
2
O
Этилбензол
Стирол
Полистирол
волокна
Сополимерные
каучуки
Сополимер с диеновым мономером Каучуки
Полипропилен
Кумол (изопропилбензол)
Фенол
Ацетон
Акрилонитрил Полиакрилонитрил Волокна
Изопропанол Ацетон Растворитель
Оксид пропилена Простые полиэфиры
Пропиленгликоль
диизоцианат
Полиуретаны
Пенопласты
Простые
полиэфиры
Оксоспирты
фталевый
ангидрид
Фталаты Пластификаторы
хлорид
Хлоропрен Полихлоропрен
Полибутадиен
Бутадиенстирольный, АБС, нитрильный каучуки
Полиизобутилен Клей, присадки
Бутилкаучук
Хлорбутилкаучук,
Диизобутилен Нонанол
Нонилфталат
Пластификатор
CO + H
2
бромбутилкаучук
Этан
Пропан
Бутан
Нафта
Газойль
Ароматические
соединения:
бензол, толуол,
ксилол
10
10
Рис. 1. Продукты пиролиза и их применение
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]