Полимеризация

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 11 бет
Таңдаулыға:

Ақтөбе политехникалық колледжі

Тақырыбы: Полимерлеу

Орындаған: Қасенова А

Тексерген: Қайжанова Г

2014 оқу жылы

Жоспар

Жобаланатын процеске қысқаша сипаттама жәнесхеманы таңдау негізі
Дайын өнімнің қолданылуы
Процестің теориялық негіздері
Негізгі қондырғылардың таңдалуы және сипаттамасы

Полимерлеу деп химиялық құрамы бірдей молекулалық салмақтары әртүрлі, кез-келген қосылысты айтады. Полимерлеу әдісімен алынған заттың элементтік құрамы бастапқы мономердің құрамынан өзгермейді және реакция кезінде қосалқы зат бөлінбейді.

Полимерлену қанықпаған көмірсутектердің сипаттамалық реакция болып табылады. Көмірсутектердің шексіз дәрежесі жоғарылаған сайын полимерлену жоғарылайды. Ацетилен этиленге қарағанда жеңіл, ал бутадиен бутиленге қарағанда жеңіл полимерленеді.

Жоғары молекулалық және төменгі молекулалық қосылыстардың молекулаларының мөлшері бір-бірінен алшақ жатқандықтан бұлардың қасиеттері де әр түрлі болады. Мысалы: полимердің жоғары беріктілігі, қаттылығы, созылғыштығы, әртүрлі әсерлерге төзімділігі олардың молекулалық салмағына, яғни мөлшеріне байланысты.

Олефиндерді полимерлеу төменгі молекулалы олигомерге дейін (ди, три, тетра және т. б. ) немесе жоғары молекулалы полимерге дейін жүреді. Мысалы: Н ₃ РО ₄

4С ₃ Н ₆ С ₁₂ Н ₂₄ (1)

пропилен тетра пропилен

Аl*R ₃ *TiCl ₄

NC ₂ H ₄ (-CH ₂ -CH ₂ -) n (2)

этилен полиэтилен

Бірінші реакция пропиленді полимерлеумен қатар (кейде бутиленмен бірге) өндірістік әдіс арқылы кейбір олефиндерді алуға және жоғары октанды компонент, яғни полимербензинді алуға болады. Жоғары октанды компонент жоғары октанды бензин алуға қолданылады және мұнай химиялық синтезге шикізат және сонымен бірге майларға қондырма

ретінде қолданылады. Екінші реакция арқылы бағалы полимерлі материалдар алуға болады. Осы заттың ішінде ең қажеттілері полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен және синтетикалық каучуктер.

Олефиндерді полимерлеу кезіндегі температура С ₂ -С ₄ -160-550 ⁰ С, қысым 1-ден 2000 кгс/см ² тең. Катализаторды қолдануда, қысымды жоғарылату сияқты, реакция температурасын төмендетуге болады.

Полимербензинді алуға каталитикалық полимерлеу қолданылады және ол реакторда 160-250 ⁰ С-де, қысымы 25-80 кгс/см ² және катализатор қатысында жүзеге асырылады.

Термиялық полимерлеумен салсытырғанда бүтін өнім шығымы көбейеді, - процесс селективті түрде жүреді, полимер крекинг болмайды. Каталитикалық полимерлену кезінде реакцияға жеңіл түсетін - изобутилен, содан кейін н-бутилен, пропилен, ал этилен қиындау түседі.

Негізгі реакция алкилфосфорлы эфирлердің түзілуімен жүреді. Олар ыдырайды да бөлінген олефиндер полимерленеді.

С ₃ - С ₄ олефиндерін полимерлеу процесінде катализатор ретінде фосфор қышқылы қолданылады. Оған мына параметрлер әсер етеді: қышқылдар концентрациясы, қысым және температура.

Олифиндерді полимерлеу кезінде екіншілік, тримерлер, пропилен (немесе бутилен) алу үшін дәрі тәріздес катализатор қолданылады. Ол негізінен ортофосфор қышқылынан және қызылгурдан тұрады. Ол негізінен ортофосфор қышқылынан және қызылгурдан тұрады. Құрамында (%) жалпы Р ₂ О ₅ -57-64%, бос Р ₂ О ₅ -15-20%, сумен байланысты - 5-10%. Пропилен бойынша салыстырмалы активтілігі -96%-тен кем емес.

Катализатор - пирофосфор қышқылын (109%-тік Н ₃ РО ₄ -ке сәйкес) қызылгурмен араластыру арқылы алынады. Алынған массамызды дәрі тәрізді етіп жасайды. Катализатор цилиндр түрінде болып шығады, оның диаметрі 2-3 мм және ұзындығы 10-15 мм.

Олефиндердің айналу тереңдігі катализатордың қатысында (%) :

Изобутилен 100%, н-бутилен 90-100%, пропилен 70-90%, этилен 20-30%.

Полимерлену реакциясы кезінде көп мөлшерде, яғни 1548 кДж/кг жылу бөлінеді.

Егер процестің қысымын көтерсек су мөлшері шикізатта көп болған жағдайда реактордағы су буының парциалды қысымының көтерілуіне әкеледі, нәтижесінде катализатор жұмсарады және реактор құбырларының бітелуі пайда болады. Бірақ су мөлшері өте аз болса ауыр полимерлер түзіліп, катализатордың тез күйіп кетуіне әкеледі.

Ортофосфор қышқылын қыздыру кезінде су бөлінеді және пирофосфорға айналады да полимерленудің катализаторы болып тбылады. Оның активтілігі төмен болады. 300 ⁰ С температурада пирофосфор қышқылы метафосфор қышқылына НРО ₃ айналады және полимерлену реакциясында каталитикалық активтілігі болмайды. Фосфор қышқылының дегидрленуін болдырмау және оның активтілігін сақтау үшін полимерлену реакциясын жүргізеді. Жоғарыда айтыллғандай су буының қатысында. Мұнай химиялық синтезде көмірсутектерді, олефиндерді полимерлеуде катализатор ретінде фосфор қышқылынан басқа күкірт қышқылын, хлорлы алюминиді, фторлы борды, мыс пирофосфатын, металлорганикалық катализаторлар және т. б. қолданылады.

Полимерлену қондырғыларының шикізаты болып пропан-пропилен және бутан-бутилен фракциялары қолданылады. Пропан-пропилен фракциясын олигомерлеуді екі бағытта жүргізеді:

Мақсаттыөнім есебінде полимербензин алумен;
Пропиленнен мұнай-химия өндірісінде шикізат алумен тримерлер

(С ₉ фракциясын) және тетраметрлер (С ₁₂ фракциясын) . Полимербензин құрамында 93-95% алкендер болады, олардың октан саны жоғары және химиялық тұрақтылығы төмен.

Осы уақытқа дейін мұнай өңдеу өндірісіндегі полимерлену процесінің басты бағыты полимербензин алу болатын. Осындай басқа газ тәріздес олефиндерді пайдалану арқылыбензин шығымын ұлғайтады. Полимерленуді поликрилонитрил (нитрон талшығы), полиметакрилат (органикалық әйнек) және басқа синтетикалық полимерлерді алуға қолданылады.

Мақсатты өнім ретінде 175-215 ⁰ С (тетрамер пропилен) және 215-260 ⁰ С фракция (пентамер пропилен) алынады. Мақсатты өнімді көп мөлшерде алу үшін 50-175 ⁰ С (жеңіл полимерлер) фракциясы рецекулят ретінде қолданылады.

Орташа полимербензиннің шығуы шикізатта орналасқан пропиленнің мөлшерінің 80% тең.

Полимербензиннің октан саны 80-85% құрайды және өте жоғары араласу сипатына ие болады. Полимербензин басқа бензиндермен араласқаннан кейін өнім тәріздес болып келеді және октан саны 90-135-ке дейін жетед. Полимербензиннің құрамына қанықпаған көмірсутектердің болуы оның тұрақтылығын төмендетеді, бірақ оған антитотықтырғыш қосқан жағдайда оны қолдануға және сақтауға болады.

Осы уақытқа дейін мұнай өңдеу өндірісіндегі полимерлену процесі басты бағыты полимербензин алу болатын. Осындай басқа газ тәріздес олефиндерді пайдалану арқылы бензин шығымын ұлғайтады. Полимерленуді поликрилонитрол (нитрон талшығы), полиметакрилат

(органикалық әйнек) және басқа синтетикалық полимерлерді алуға қолданады.

Орта есеппен мұнайдың бұл бөлігінің молекулалық массасы 300-ден 1000-ға дейінгі аралықта. Мұнайдың бұл бөлігі әртүрлі құрамдағы қоспа заттар болып саналады. Осы қоспаға кіретін кейбір қосылыстарын шамамен былай атауға болады:

- С _n H _2n -дан C _n H _2n-10 дейін ұзын немесе қысқа бүйірлі алкандар тізбегі бар бір және көпсақиналы сақинаалкандар;

-С _n H _{2n -6} -дан C _n H _2n-36 дейін бүйірлі алкандар тізбегі бар бір және көпсақиналы арендер;

- С _n H _{2n -8} -дан C _n H _2n-22 дейін бүйірлі алкандар тізбегі бар аралас құрылымды көпсақиналы сақинаалкан-арендер;

- көпсақиналы аралас құрылымды әртүрлі органикалық қосылыстар, молекулалары таза көміртегілер сақинасынан құрамында мынадай гетероатомдары бар - күкірт, кейбір кезде оттегі мен азот, сонымен қабат, ұзын немесе қысқа алкандар тізбегі бар сақиналардан тұратын;

-шайыр-асфальтенді заттар - шайырлар және асфальтендер; мұнайдың бұл құрылысы жағынан өте күрделі заттар құрылымы жағынан көпсақиналы болып келеді және құрамына міндетті түрде оттегі кіреді, оларда сонымен қабат, азоттың және металдардың негізгі бөлігі жинақталады; кейбір мұнайларда шайырдың мөлшері 30-40% дейін жетеді.

Соңғы жылдары пропилен полимеризациясы көп қажет етеді. Негізгі мақсаты жоғары сапалы синтетикалық өнімдер, сонымен қатар полимербензин, пропиленнің тетрамері және полипропилен алу болып табылады. Полимеризация процестің шикізаты болып пропан-пропилен фракциясы болып табылады (ППФ), күкіртсутегінен тазартылған. Шикізат құрамына кіретін нег. Компоненттер - пропан СН ₃ - СН ₂ - СН ₃ және пропилен СН ₂ = CH - CH ₃ . Полимеризациялауға тек ғана пропилен ұшырайды.

Пропиленнің екі молекуласының қосылу кезінде дишер түзіледі, оны гексилен деп атайды. Гексиленнің структураның формуласы 17 изомералық формасынан тұрады. Осы структуралық формасына байланысты оның температурасы өзгеріп отырады.

Пропиленнің тримері С ₉ Н ₁₅ нонилен деп аталады, оның изомерлері көп болып келеді.

Пропиленнің тетрамері С ₁₂ Н ₂₄ додацилен деп аталады. Изомер структурасына байлансыты олардың қайнау температурасы 170 - 236 ⁰ С дейін.

Осыған орай, пропанды полимеризациялау кезінде димер, тример, тетрамер және де жоғарымолекулалық қосылыстар түзіледі.

Көбінесе пропан пропиленді полимеризациялау өндірісте терең қолданылатын катализатор фосфорлы қышқыл болып табылады. Көбінесе ең тұрақты катализатор болып, кизельгурдегі фофорлы қышқыл және кварц құмындағы фосфорлы қышқыл болып табылады.

Бетте пропан-пропилен фракциясының (технологиялық схемасы көрсетілген) фосфорлы қышқыл қатысындағы технологиялық схемасы көрсетілген.

Нағыз қондырғының мақсаты - полимер өнімнің терең фракциясын алу және ректификациялық колонна арқасында олардды бөлу болып табылады.

Процестің шикізаты болып пропан-пропилен фракциясы болып табылады. ППФ газфракциялаушы қондырғыдан алынады.

Полимеризация процесы полимер бензиндерді өндіруде және де, түрлі жеңіл полимерлер: три, - тетра - және пентамер пропилендер алуға және жуушы заттар дайындауда кең түрде пайдаланады.

Олефиндерді полимеризациялау фосфорлы, күкіртті және фторсутекті қышқылдар қатысында, фторлы бар және хлорлы алюминий қатысында жүргізуге болады. Негізгі кең тараған түрі фосфор қышқылының қатысында жүргізу. Катализатор қатысында олефиндердің өзгеру тереңдігі келесідей: изобутилен-100%, н-бутилен 90-100%, пропилен - 70 - 90 % және этилен-20-30%. Олефиндерді полимеризациялау кезінде шамамен жылуы 370 ккал/кг пропилен және шамамен 170 ккал/кг бутилен асығады.

Процестің негізгі шарты катализатордың табиғатына, шикізатқа және амынатың өнім ассортиментіне байланысты. Осылай, полимерирация процесі пропан-пропилен фракциясы ортофосфыр қышқылында пропиленнің тетрамер алу мақсатында келесі шақттар орындалады.

Мақсатты өнімге 175 - 215 ⁰ Сжәне 215 - 260 ⁰ С (проманның пентамеры) алынады фракциялар алынады. 50-175 ^о С (жеңіл полимерлер) мақсатты өнімдердің шығуын көбейіп шығуы үшін рециркуляциялауға жібереді.

Полимерлерді ортофосфор қышқылында полимербензин алу мақсатында полимерлеуді 220 - 230 ⁰ С, 65 - 70 МПа қысымда, шикізаттың берілу көлемдік жылдамдығы 1, 7 - 2, 9 сағ ^-1

Көп қолданылатын кварциті қабылдағыш болып табылады себебі ол инертті зат және фосфор қышқылмен қосылыс түзілмейді. Құмды қышқылмен толтыру үшін техникалық 75-85%-тік фосфор қышқылы қолданылуы мүмкін. Фосфор қышқылы тез коррозияға ұшырайтын зат болып табылады. Көмір сутектермен, ол құбырөткізгіштерді ж/е аппараттарды коррозияға ұшыратады. Реактор ішіндегі қышқыл басқа аппараттарға және құбыр өткізгіштерге өтпеу үшін, реактордың төменін кварцтық құмның қабатына көпшік тәрізді керамикалық сақиналар орналастырылады, ал сақиналардың астарына известкіні толтырып салады, осылай фосфор қышқылы толық нейтраланады. Одан бөлек реактор мен колоннаның арасында сепаратор аулағыш орналастырады, ол да известкамен толтырылған.

Қазіргі катализатордың негізгі белгілері, оның полимеризация қондырғысында дайындалуы. Катализатор жеңіл регенерацияланады: құмы және буландырып, қайтадан фосфор қышқылын қосса (5-8 %), фосфор қышқылының активтілігін жоғарылатады, шығынын азайтады, шығатын полимердің сапасын жақсартады.

Полимеризация процесінің 2 типі бар, олар, термиялық және каталитикалық.

Термиялық полимеризация катализатор қатысынсыз жүргізіледі. Өндіріс практикаларында термиялық полимеризациясын 480-550 ^о С температурада және 100-135 Мпа қысымда жүргізіледі. Бұл шарттарда полимеризация проблемасі жақсы жүреді.

Әрбір олефиндерге өздерінің оптималдың шарттары бар. Мысалы, этилен термиялық полимеризация шартында пропаннан қарағанда жеңіл полимеризацияланады, ал пропилен, бутиленнен қарағанда жеңіл полимерлерды.

Термиялық полимеризацияның біршама жетіспеушіліктері бар: селективтілігінің жақтығы, шикізаттың және полимерлердің бөлінуі, мақсатты өнімдердің аздау болуы.

Каталитикалық полимеризация каализатор қатысында жүргізіледі, олар процесске өздерінің жақсы көрсеткішін береді. Катализатор қатысында жүргізу полимеризация процесін жұмсақ шарттарда температура және қысым қатысында азмөлшерде жүргізілді.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.