Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Декабря 2013 в 21:53, курсовая работа
Полимерлену процестерінің өнеркәсібі қазіргі кезде анағұрлым қуатты және органикалық синтездің анағұрлым дамушы салалардың бірі болып келеді.
Полимерлік материалдар авиақұрылыста (реактопластар, термопластар, резиналар, герметиктер, лак-бояулар), көлік құрылысында ( резиналар, лак-бояулар), медицинада (медициналық-техникалық қолданыста, хирургияда, травматологияда, офтальмологияда, стомотологияда), радиоэлектроникада, құрылыста, электротехникада, темір жол көліктерінде кеңінен қолданылады.
Бағдарланған полистиролды картонды қораптарда «терезе» үшін қолданады. Қалың қабыршақты тауарлық автоматтар үшін стакандар, таза ет үшін табақ түріндегі орама үшін қолданады.
Қазіргі уақыттағы құрылыс индустриясында, сонымен қатар басқа да салаларда экструзияланған полистиролды жиі қолданады. Мөлдір табақтарды жасау үшін үстемелердің аз пайыздық құрамымен полистиролды қолданады.Сонда жалпы қолданыстағы полистиролды алады. Ол салыстырмалы морт сынғыштыққа және аз иілгіштікке ие болып келеді.
Жалпы қолданыстағы экструзияланған полистирол мөлдір, сүт тәрізді, түсті табақтар түрінде жасалынады. Бұл типті материал өндірісі үшін қолданылатын жабдық – экструзиялық тегіс саңылаулы линиялар болып келеді. Экструзияланған полистирол – тұрақты ультракүлгін сәулелердің әсерінен ұзақ эксплуатациялау кезінде жұмыс істейтін табақты пластик. Жалпы қолданыстағы экструзияланған полистирол: бөлме ішінде (құрылыс); терезе айналарын алмастырады; қалқалар, жуынатын кабиналар, оранжереялар и теплицалар, тіреулер, баға көрсеткіштер, есіктер жасауда қолданады.
Экструзияланған полистиролдың техникалық сипаттамалары:
- тығыздық – 1,05 г/см3
- мөлдірлігі – 90%
- салыстырмалы ұзаруы – 1,3%
- созылу кезіндегі беріктік шегі – 45-55 МПа
- майыстыру кезіндегі беріктік шегі – 75-80 МПа
- тегістілік модулі – 3200-3500 МПа
- соққы тұтқырлығы – 14 кДж/м2
- Риквелл бойынша қаттылығы – 105
Полистиролдың көптеген бағалы және жаңа қолданылуы оның жақсы оптикалық қасиеттерімен түсіндіріледі. Бұл пластиктің жарық өткізгіштігі полиметилметакрилаттан төмен болғанымен, бірақ ең жақсы терезе айнасынан жақсы болып келеді. Полиметакрилат сияқты полистирол мөлдірлігіне байланысты сынбайтын аспаптарға арналған айна үшін, терезе және линзалар және көптеген арнайы бұйымдар үшін қолданылады. Полистирол жоғары сыну көрсеткішке (1,60) ие. Осыған байланысты полистирол көрсеткіштердің және циферблаттардың бұрыштық жарықтандыру, рефлекторлардың өндірісінде қолданылуы мүмкін.
Өнеркәсіпте полистиролды және стиролдың сополимерлерін массада және сулы эмульсияда радикалды полимерлеу арқылы алады. Қысым астында құю, экструзиямен, престеумен және вакуум-қалыптаумен қайта өндейді. Полистиролды тұрмыс техникасының құралдарын,орамаларды, ойыншықтарды, фурнитураны жасау үшін қолданылады. Соққыға берік полистиролдан және АБС-пластиктен радио- және телеаппаратураның корпустары, автомобиль, мұздатқыш бөлшектерін, құбырлар, жиһаз жасайды.
Көлемдік және беттік электр өтімділігі және полистирол қуатының коэффициенті шамамен нөлге тең. Сонымен қатар, бұл қасиеттер температураның және ылғалдылықтың өзгерісімен сәл өзгереді және оларға спирттер, қышқылдар мен сілтілер әсер етпейді. Осы себептен конденсаторлар, оқшаулағыштар, катушкалар, кабельдер және тағы басқа электротехникалық өнеркәсібінде жасалынатын бұйымдар өндірісінде полистирол кең қолданылады. Полистирол пластификаттармен жақсы әрекеттеседі және жақсы боялады. Полистирол жалпы техникалық қолданыстағы конструкционды материал болып келеді.
Полистирол лак және бояулар аймағында төмен молекулалық стиролды шайырлар және стиролды шайырлар ретінде органикалық қолданылуын тапты.
Құрылыс техникада полистиролды негізінен полистиролды поризациялау әдісімен көбікті полистирол өндірісі үшін қолданады. Көбікті полистиролдардың әр түрлі маркалары (ПС-1, ПС-4, ПС-Б жне т.б.) жылу оқшаулағыш материал ретінде кең қолданылады.
Құрылыста полистирол бөлмелерге арналған плиткалар ретінде қолданылыс тапты. Полистиролдан тағы экструзия әдісімен электр өтімділік үшін трубкалар жасайды. ГОСТ 12998-73 тізбекті полистиролдан әртүрлі маркалы және түрлі полистиролды қабыршақ жасайды.
2.1 Полистиролды алудың технологиялық сызбасы
Сурет 2 - Стиролдың блокты полимерленуіне арналған агрегат:
1-стиролға арналған қысымды бак; 2-форполимеризатор; 3-полимеризатор колоннасы; 4-шнек-қабылдағыш; 5-монша; 6-созғыш қондырғы және түйіршіктендіргіш.
2.2 Технологиялық сызбаның суреттемесі
Стирол полимерленуінің тізбекті әдісі. Тізбекті полимерлену инициатор және басқа толықтырғыштарсыз, тек қана жылудың әсерінен жүреді, сондықтан полимер өте таза және жоғары диэлектрлік көрсеткіштермен шығады. Стиролдың массада (тізбекті әдісі) полимеризациясы мерзімді және үздіксіз тәсілдермен жүреді, әдетте 2 сатыда өтеді: алдымен құрамында 30-35% полистирол бар сироп тәрізді полимер ерітіндісін (форполимер) алады; кейін 0,5-1% стирол бар дайын полимер түзіледі.
Бастапқы сатысы қарқынды араластыру және жылуды интенсивті бұрып жіберу кезінде үлкен массамен жүреді, реакциялық қоспаның төмен тұтқырлығы кезінде мүмкін болады. Соңғы сатысында түзілген форполимер үлкен емес пішінді сиымдылыққа ауыстырылады. Онда үлкен дәрежеде полимерлену процесін бақылау және реттеу мүмкін болады.
Техникада кең қолданысқа стиролдың тізбекті полимерленуінің үздіксіз тәсілі ие болды. Жоғары молекулалық массалы және қалдықты мономерден бос полимердің алынуын қамтамасыз етеді. Үздіксіз полимерлену мұнарада (мұнаралы тәсіл) жүзеге асырылады, ол «идеалды ығыстыру» принципімен салынған. Бұл аппараттың әрекеті бастапқы заттардың үздіксіз берілуінен құралады, олар жоғарыдан төмен қарай араластырылады және әрекеттесу нәтижесінде полимер түзеді. Соңғысы үздіксіз жоғары бөлігінен жіберілген реакциялық қоспамен мұнарадан ығыстырылады.
Үздіксіз тізбекті термиялық полимерлену полистирол өндірісінің мұнаралы тәсілі 2–суретте көрсетілген.
Қондырғы 2 аммонийлі реактордан 1 және мұнарадан ( колонна) 2 құралады, ол хром никельді болаттан жасалған. Реакторда стиролдың алдын-ала полимерленуі шамамен 35% конверсияға дейін жүргізіледі. Реакторлар 2 м3 сиымдылыққа ие, және араластырғыштармен, сонымен қатар қоршағыш және орамалармен жабдықталған, олар бойынша индукционды мерзім бойында ыстық су және полимерлену процесінің мұздай суы циркуляцияланады. Суыту нәтижесінде реакторда 75-85ºС температурасын орнықтырады және ұстап тұрады.
Мономер және полимер қоспасы реакторларда шамамен 60 сағ бойы болады, стиролдың және полистиролдың ауа оттегісімен тотығуын болдырмау үшін азотты үздіксіз жібереді. Реакторлардан алынған форполимер жайлап соңғы полимерленуі үшін мұнараға түседі. Биіктігі 7 м және диаметрі 0,65 м болатын мұнара 6 секциядан құралады. Жоғарғысы ысыту қоршағышына ие, ал қалғаны орамалармен жабдықталған. Секцияның ысытылуы жоғары қайнайтын органикалық жылу тасымалдағыштармен ─ дифенилдің эфтектикалық қоспасымен С6Н5-С6Н5 ( 26,5% ) және дифенилоксидпен С6Н5-О-С6Н5 (73,5%) жүзеге асырылады. Рекциялық қоспаның колоннада болу уақыты 25-30 сағ ішінде полимерлену аяқталсын десек, әр секция үшін жылулық режимді орнықтырады. Бірінші секцияда тұрақты температура 100-110ºС болған кезде , неғұрлым мұнара секцияларында температура өсетін болса, соғұрлым полимеризация процесі тез жүреді, демек, соғұрлым мұнараның өнімділігі жоғары болады. Бірақ алынатын полимердің сапасы және оның молекулалық массасы төмендейді. Полимерлену мұнарада форполимердің деңгейі тұрақты болып, азот атмосферасында жүреді, колоннадан шығатын стирол булары тоңазытқышпен ұсталады. Құрамында мономер жоқ балқыған полистирол төменгі секциядан 180ºС-нен 235ºС дейін температура кезінде 3 шнекпен байланысқан мұнараның конус тәрізді бөлігіне үздіксіз беріледі. Соңғысы дайын полимерді ауалы тоңазытқышқа 4 сығады, одан ол майдалауға түседі.
Тізбекті полистиролды майда немесе ірі дәнді ұнтақ түрінде, сонымен қатар 10-6 мм мөлшердегі гранулалар түрінде шығарады.
2.3 Негізгі жабдықтардың сипаттамасы
Стиролдың үздіксіз блокты полимерленуінің агрегаты (2-сурет) стиролға арналған қысымды бактардан 1, екі форполимеризатордан 2, полимерлеу колоннасынан 3, шнек-қабылдағыштан 4, шыбықты полимерлерді суытуға арналған моншадан 5 және пышақты гранулятордан 6 тұрады.
3-суретте бейнеленген форполимеризатор араластырғышы мен екі секциялы жейдесі бар, 3 м3 сыйымдылықтағы қарапайым реакциялық қазан болып табылады. Стирол үздіксіз түрде аппараттың жоғарғы бөлігіне беріледі, мономердегі полимердің ерітіндісі штуцер арқылы қазан түбінен шығарылады. Қуатты рамалы араластырғыш (50-60 айн/мин) аппараттың тегіс қақпағында орналасқан редуктор арқылы электрлі қозғалтқышпен айналдырылады.
Осылайша, реакциялық қоспадағы мөлшері 20-25% дейінгі стирол полимерленуінің бірінші сатысы араластыру мен ығыстырудың құрастырмалы схемасы бойынша жасалады. Осы сатыдағы қоспаның қажетті 350-365К-ге (75-90оС) дейінгі қыздырылуы бойлерден келетін, жейдеде циркуляцияланатын ыстық сумен қамтамасыз етіледі.
Аппараттың алюминийлі корпусы фланецтермен жалғасқан, диаметрі 1300 мм-лі екі жеке царгалардан жасалады. Жоғарғы царга пісірілген жейдемен, ал төменгі царга алмалы-салмалы жейдемен жабдықталған. Жетектегі бастың конструкциясы жақсы шешілген. Оның ішінде тік біліктің байланыстырушы муфтасының астындағы екі радиалды подшипник орнатылған және осылайша сальникті торап бүйір жүктемелерінен босатылған. Жоғарғы қақпақта стирол мен азотты енгізуге арналған штуцерлер және кедергі термометрлеріне арналған патрубкалар орналасқан.
Сурет 3 – Форплолимеризатор:
1-жоғарғы царга; 2-төменгі царга; 3- қақпақ; 4-араластырғыш;5-жетек; 6-мотор.
4 суретте бейнеленген колонна форполимеризаторларға қарағанда «идеалды ығыстырудың» қарапайым реакторы болып табылады. Мономердегі полимердің 28%-тік ерітіндісі аппараттың жоғарғы царгасына енгізіледі, дайын полимердің балқымасы аппараттың төменгі конусындағы штуцер арқылы шнек-қабылдағышқа үздіксіз салынады. Аппараттағы реакциялық массаның қозғалу жылдамдығы 0,1 м/сағ- тан аспауы керек. Бұл тұтқырлықтың жоғарғы мәндерін ескерген жағдайда ағынның ламинарлы сипатын білдіреді.
Аппараттың корпус биіктігі 8 метрден жоғары болғанда полимерлеу процесі 30-40 сағатқа созылады, сонымен қатар реакциялық көлемде температура 373К-нен (100оС) 473-493К-ге (200-220оС) дейін жоғарылайды. Аппарат корпусы алты цилиндрлік царгадан 1-6, төменгі конустан 7 және қақпақтан 8 тұрады. Сөйтіп, жоғары температуралық қыздыруға арналған жеке жейделермен жабдықталған жеті температуралық зонаны құрайды. Сонымен қатар царгаларға осы мақсатта ішкі орамалар 9 және 10 орнатылған. Жылу алмасуды қарқындату (әсіресе реакциялық массаның ламинарлы қозғалу жағдайында қажетті болатын) үшін әр жейде қуысының ішінен оның қабырғасына жылу тасымалдағыштың ағынына арналған серіппелі жүрісті құрайтын сызық пісірілген.
38х2 диаметрлі цилиндрлі орамалар Х18Н9Т маркалы тот баспайтын болаттан жасалған. Реактордың царгасы мен конусы осы болаттан жасалады және өзара болатты фланецтер көмегімен байланысады. Кейде жылу тасымалдағыш ретінде жоғары қайнайтын органикалық жылу тасымалдағыш динил (дифенил мен дифенилоксидтің азеотропты қоспасы) қолданылады. Мұндай шешім жалғыз мүмкін шешім болып табылмайды, себебі реакциялық массаның жоғарыда көрсетілген температуралары кезінде конус жейдесіне келіп түсетін жылу тасымалдағыштың максималды температурасы 503К-нен (230оС) аспайды, демек, басқа жылу тасымалдағыштар (мысалы, дитолилметан ДТМ) қолданылуы мүмкін.
Сурет 4 - Полимеризациялық колонна:
1-6-царгалар; 7-конус; 8-қақпақ; 9-10-орамалар (орамалар шартты түрде тек жоғарғы царгаларда көрсетілген).
Динилді қыздырудың схемасы бес бөлек циркуляциялық жүйе түрінде (жоғарғы 1,2,3 царгаларына бір жүйеден, 4 және 5 царгаларына жалпы бір жүйеден, 6 царгаға жалпы бір жүйеден және конус) жасалған. Олардың әрқайсысы динилдің электрлі қыздырғышынан, циркуляциялық насостарынан, кеңейткіш ыдысынан және колоннаның жылу алмасуының тиісті секциясынан тұрады.
Динилді қыздырудың бір жүйесінің схемасы 5-суретте келтірілген. Динил қыздырғыштарда 3 осы аппараттың корпусына оралған серіппелермен қыздырылады және параллельді ағындармен полимеризатордың 2 берілген царгасының жейдесіне және оның екі орамасына келіп түседі. Бірнеше градусқа суытылған динил насостармен 5 электрлі қыздырғыштарға айдалады. Кеңейткіш насос 1 полимеризаторды қыздырудың барлық бес жүйесіне қызмет етеді және 300-503К (қыздыру жүйесін қосқанда және толтырғанда) температуралар аралығында динилдің меншікті көлемінің өзгерістерін компенсациялайды.
Сурет 5 - Колоннаның бір царгасының қыздырылу сызбасы:
1-динилге арналған кеңейткіш ыдыс; 2-полимерлендіргіш колонна; 3-электрлі қыздырғыш; 4-коллектор; 5-орталыққа тартқыш сорап.
Полистиролды блокты әдіспен өндіру
Материалдық есептеу үшін берілген бастапқы мәліметтер
Блокты әдіспен полистиролды өндіру бойынша өнімділік:
150000т/жылына
Шикізат:
- стирол;
- бензойл пероксиді
Стирол сұйық күйінде жеткізіледі. Полимерлерді алудың негізгі екі әдісі бар. Полистирол полимерлену реакциясы бойынша массада, ерітіндіде, суспензияда, эмульсияда алынуы мүмкін. Полимерлену реакциясы мономер молекулаларының тізбекті түрде бір бірімен қосыла отырып үлкен молекуланың түзілу процесі болып табылады. Полимерлену процесінде тек мономер және процесті иницирлеу үшін инициатор ғана қатыса алады.