Синтез эпоксидных олигомеров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Опис технічного процесу.
1. Змішення та приготування суміші.

Сировина, яка іде на виробництво  повинна мати паспорт відділу  контролю з показниками обов’язковим для перевірки.

Епіхлоргідрин з цехового складу насосами перекачується в вагову мірку. З  мірника розрахована кількість  епіхлоргідрину зливають у реактор. Діамет Х у мішках подають до ліфта  з сировинної площадки до реактору і через загрузочний люк (при  вакуумі не менше 5мм. рт. ст. )загружають до реактора. Вакуум у реакторі утворюють  вакуум – насосом типу ВВН-12 через  вакуум – приймач і холодильник.

Їдкий натр у барабанах  підіймають ліфтом до реактору, зважують з допомогою  вакууму через резиновий шланг  загружають у реактор.

Вуглекислота у балонах подається  з центрального родовища на вуглекислотну  рамку цеху, звідки через ресивер, або безпосередньо через реактор  вуглекислий газ подають у  реактор через грибковий клапан.

Фетр або фланель вирізають  за габаритами фальшивого дна нутч- фільтра і викладають на рельсову сітку, яка лежить на фальшивому дні.

Сітка латунна вирізається за габаритами фільтруючої склянки, встановленої на лінії зливу готового продукту з реактора.

При температурі не вище 308 К загружають через лічильник розраховану  кількість води, епіхлоргідрину вмикають мішалку та завантажують діамет Х.

2. Поліконденсація.

Після завантаження холодильник вмикають  на зворотній і реакційну суміш  нагрівають353 К та витримують в продовж 5 – 6 годин. Температуру підтримують  завдяки парі, тиском 1,5 атм. в сорочку  реактора. Під час поліконденсації  можливе кипіння реакційної маси. Контроль ведуть по оглядовому ліхтарю  після холодильника та оглядовому склу на кришці реактору. Не повинно бути перекидання суміші.

Як тільки 6 годин пройдуть температуру  знижують до 323 – 333 К, це здійснюється завдяки зниження тиску водяного пару у сорочці до 0,5 атм.

3. Фільтрація.

Фільтрацію розчину олігомера  в епіхлоргідрині від солі проводять  при температурі кінця дехлорування. Розчин солі зливають у чистий та сухий  нутч – фільтр. З нутч – фільтру  розчин олігомеру в епіхлоргідрині підіймають під вакуумом у реактор. Сіль на фільтрі промивають водою  у кількості 300 літрів.

4. Нейтралізація.

Відфільтрований розчин олігомеру  у епіхлоргідрині піднятий вакуумом у добре омилений від солі реактор.

З ціллю нейтралізації непрореагованої  луги у реактори через барботажну лінію у грибковий клапан подають  вуглекислоту. Нейтральність визначають за пробою водної витяжки з фенолфталеїном. Пробу відбирають через кожні 15 – 20 хвилин поки замість окисленого хлору  не буде дорівнювати 1,5  %.

5. Промивка олігомеру.

При закінченні нейтралізації та зупинений  мішалці у реактор заливають  воду та проводять перемішування  розчину олігомеру з допомогою  вакууму впродовж 2 – 3 хвилин при  температурі не вище 308 К.

Потім роблять відстій 2,5 години при 308 К. Після цього у низу знаходиться  розчин олігомеру у епіхлоргідрині, у верхньому водносолевий розчин, розчини розділяють, потім розчин олігомеру, підіймають у чистий реактор, перемішують і відбирають пробу  для визначення хлор іону в олігомері.

При отриманні результатів аналізу  на вміст хлору не більш 1,5 % то на вміст хлор іона не більш 0,1 % проводять  відгін води і фільтрацію, через  патронний фільтр. Розчин олігомеру  підіймають у чистий реактор і  перевіряють хлор – іон. При отриманні  замість хлор – іону не більше 0,03 % приступають до сушки.

6. Сушка.

Розчин олігомеру реакторі перевіряють  на нейтральність. Після цього в  реакторі створюють вакуум(500 мм. рт. ст.) і підігрівають розчин олігомеру  до температури кипіння. Контроль за відгоном епіхлоргідрину ведуть у оглядове скло. Температура конденсату повинна  бути не більше 313 К. По мірі відгону  епіхлоргідрину до окремих струмочків у реактор подають азот для  більш повного виділення летучих  речовин.

7. Злив олігомеру.

Знімають у реактора вакуум, закривають подачу в рубашку реактора, зливають олігомер у бідони, через латунну  сітку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Тепловий розрахунок стадії поліконденсації.

Розрахунок теплоємкості діамету  Х, епіхлоргідрину, олігомеру та інших  продуктів за атомними теплоємкості.

С_і =

C_aт – атомна теплоємкість елементу

n – кількість однойменних атомів

М – молекулярна маса

Теплоємкість діамету Х:

С_діамет =

Теплоємкість епіхлоргідрину:

С_епіх. =

Теплоємкість води:

С_води = 4200

Теплоємкість гліцерину:

С_гліц. = 2772

Теплоємкість луга:

С_NaOH = 1470

Теплоємкість хлористого натру:

С_NaCl = 1151

Теплоємкість олігомеру марки  ЕХД:

С_{олігомер} =

Підігрів реакційної суміші.

Кількість тепла для обігріву Q_{обігрів} = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₁¹

Де Q₁ – тепло на підігрів реакційної суміші

Q₁¹ – тепло на підігрів води

Q₂ – тепло на підігрів апарати

Q₃ – втрати тепла

Тепло на підігрів реакційної суміші

Q₁ = G_суміш*(t₂ – t₁)

G_суміш – теплоємкість суміші

t₂ – кінцева температура, К     t₂ = 353 К

t₁ – початкова температура, К          t₁ = 323К

Кількість діамету Х  583,5 кг – 16,0 %

Кількість епіхлоргідрину  3115,8 кг – 84,0 %

Теплоємкість суміші діамету Х  та епіхлоргідрину: С_суміш =

Q₁ = 3709,3*0,444*(80-20)=4,15*10⁸

Тепло на підігрів води:

Q₁¹ = G_води * С_води*(t₂ – t₁)

Q₁¹ = 475,2*1*(80-20)=1,198*10⁸

Теплота на підігрів апарату:

Q₂ = G_ап * С_ап(t₂ – t₁)

Q₂ = 5000*0,12*(90-20)=1,764*1010⁸

Втрати тепла .

Приймаємо, що тепло в навколишнє середовище проходить тільки у кришці реактора, так, як усі інші вузли  реактора гарно ізольовані Q₃ = (t_s + t_повне)*

= 8,4*0,06*(348 - 293)=49140

Q₃ = 11,7*5*(348-293)=1,35*10⁷

Розхід пари для обігріву:

G_пари =

 G_пари =

Стадія - поліконденсація

Теплота хімічної реакції визначається за законом Гесса та залежить тільки від початкового та кінцевого  стану та не залежить від шляху  реакції. Тепловий ефект реакції  визначається як різниця суми теплот утворення кінцевих та початкових продуктів.

G_{реакцій} = ( g_утв)_кінц. – ( g_утв)_почат

Теплоти утворення можна розрахувати  за теплотами згорання, як різницю  між теплотою згорання елементів  та теплотою згорання самих сполук.

g_утвор. = *g_{елем.згор} – g_{спол.згор.}

n – кількість однойменних атомів у молекулі

Теплоти утворення:

Їдкий натр NaOH = 428358 Дж/моль

Хлорид натрію NaCl = 412986 Дж/моль

Вода H₂O = 289800 Дж/моль

Теплота згорання рідких органічних сполук може бути визначена за Кармом

g_{спол.згор.} =26, 05*n +

n – кількість змішуючихся електронів з орбіти на орбіту кисню при згоранню

- теплова поправка

 – кількість однакових замісників

Розрахунок теплоти утворення  епіхлоргідрину

n = 3*4+4*1=16

: R – Cl = -6.5

= - 1,13

g_{згор. епіхлор} = 26,05*16+(-6,5-1,13)=1717,8 кДж/моль

g_{утв.епіхлор} = 3*94, 38+5*34, 19-409=189318 кДж/моль

Розрахунок теплоти утворення  олігомеру.

n_{олігомеру} = (22*4+24*1)*0,874+25*4+28*1=224,14

: лактон = - 1,3

амін = 19,5

R – Cl = - 6, 5

g_{згор.олігомер} = 26,05*224,14+4*(-1,3)+2*19,5-2*6,5-2*0,874*1,3+2*0,874*19,5+13*0,814=24744,3 кДж/моль

g_{утвор.олігомер} = 25*24,38+28*34,19+22*0,874*94,38+24*34,19*0,874-5891,15=806820 кДж/моль

Розрахунок теплоти утворення  діамету Х

n = 13*4+9*1=61

: Ar – NH₂ = 6,5

R – Cl = - 6, 5

g_{згор.дыамеХ} = 26,05*61+2*(-6,5)+2*6,5=6674220 Дж/моль

g_{утв.дыамеХ} = 1394,38+11*34,19-1589,1=58506 Дж/моль

Теплота згорання твердих речовин  визначається з поправкою на агрегатний стан:

g_{утв.дыамеХ} = g_{елем.згор} - g_{згор.дыамеХ} – g_плав.

g_плав. = ^плав=Дж/моль

g_{утв.дыамеХ} = 13,93 – 13,8=546 Дж/моль

Розрахунок теплового ефекту реакції

g_p = [g_{утвор.олігомер} + (3n+4)*g_{утвор.NaCl}+(3n+4)*g_{утворення води}]-[(n-1) g_{утв.дыамеХ}+(3n+4)* g_{утв.епіхлор}+(3n+4)*g_NaOH]=[192.1+(3*0,887+4)*98,3+(3*0,874+4)*69]-[1,874*0,13+(3*0,874+4)45,09+13*0,874+4*101,99]=1369 кДж/моль

Тепловий ефект реакції

Q_конд = N* g_p= L*1000* g_p/M= 27,4*10⁸Дж/моль

Загальна кількість тепла на стадії поліконденсації

Q_заг = Q_конд – Q₂ – Q₃ – Q₄

Q₂ = 351,7*0,35*(353-293)=7385,7

Q₃ = 601*119,8= 11333,8

Q₄ = 11,4*5(348-293)=3135,5 

Q_заг = -7385,7-11333,8-3135,5  =43147,9

Розрахунок кількості пари

D = Q_заг/r*k=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Тривалість стадій
1. Загрузка та приготування суміші – 1,5
2. Поліконденсація – 15
3. Фільтрація – 3
4. Нейтралізація – 1,5
5. Промивка олігомера – 4
6. Злив олігомера – 4
7. Підготування до наступного циклу – 1

Загальний час тривалості циклу  – 30 годин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Розрахунок кількості апаратів .

Для розрахунку кількості апаратів задано:

1. Завдання на рік – 2500 т/рік
2. Об’єм реактору – 6,3 м²
3. Коефіцієнт заповнення – 0,75 0,8

Розрахунок кількості операцій проведених за добу у одному апараті:

24/ _ц   

= 24/30=0,8

Розрахунок кількості операцій за добу, для забезпечення заданої  продуктивності

= V_доб./V_p.

Добова продуктивність одного реактору

V_доб = 2500/365=6, 85 т/рік=6, 85/1, 8=5, 71 м³/добу

Корисний об’єм реактору

V_p. = *V_а

 – коефіцієнт заповнення реактора = 0,8

V_а – об’єм реактора = 6, 3 м³

V_p. = 0, 8*6, 3=5, 04 м³

= 5,71/5,04=1,133

Кількість реакторів:n =

З урахуванням запасу продуктивності( ) кількість установлених реакторів буде:

n’ = n*(1 - )=1.416*(1+15/100)=1,628

Округляємо: n’ = 2

Розрахунок кількості додаткових обладнань:

1). Мірник для епіхлоргідрину  – 1 шт.

2). Холодильник – 2 шт.

3). Вакуумприймач для епіхлоргідрину  – 2 шт.

4). Нутч – фільтр – 2 шт.

5). Вакуум – насос – 4 шт.

6). Вакуумприймач – 2 шт.