Внедрение производства суспензионного ПВХ в наше время

4







СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………...4

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР…………………………………………….5

Общие сведения о поливинилхлориде……………………………………….5

 Характеристика сырья, вспомогательных материалов и полупродуктов....7

Способы получения суспензионного ПВХ………………………………….11

Описание технологического процесса ………………………………………17

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ…………………………………..24

2.1 Разработка требований по качеству сырья и конечного продукта…………24

2.2 Основные свойства конечного продукта…………………………………….26

2.3 Технические требования по качеству готового продукта…………………..28

2.4 Влияние коркообразование на производства суспензионного ПВХ………30

ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………………………33

3.1 Технологический процесс производства поливинилхлорида……………...33

3.2 Описание технологической схемы поливинилхлорида…………………….35

3.3.1 Полимеризация поливинилхлорида………………………………………..35

3.3.2 Дегазация суспензии в емкостных дегазаторах…………………………...42

3.3.3 Сушка и рассев поливинилхлорида………………………………………..44

3.3 Описание работы основного оборудования…………………………………46

3.4 Материальный баланс…………………………………………………………48

3.5 Тепловой баланс……………………………………………………………….54

3.6 Технологический расчет основного аппарата……………………………….61

ГЛАВА 4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА…………………………….69

4.1 Выбор и обоснование средств контроля и регулирования…………………69

4.2 Описание схемы контрольно-измерительных приборов…………………..70

ГЛАВА 5. ОХРАНА ТРУДА И ПРОТИВОПОЖАРНАЯ ЗАЩИТА…………..75

5.1 Обеспечение безопасности труда рабочих…………………………………..75

5.1.1 Индивидуальные и коллективные средства защиты рабочих……………77

5.2 Разработка мероприятий по охране труда…………………………………...78

5.2.1 Разработка мероприятий по очистке сточных вод………………………...80

5.2.2 Влияние отходов на окружающую среду…………………………………..82

5.3 Производственная санитария…………………………………………………82

ГЛАВА 6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…………………………………………85

6.1 Расчет производственной программы……………………………………….85

6.2 Расчет капитальных вложений……………………………………………….87

6.3 Расчет нормируемых оборотных средств……………………………………90

6.4 Расчет показателей по труду и заработной плате…………………………...94

6.5 Технико-экономические показатели производства ПВХ………………….104

6.6 Обоснование экономической эффективности проектного решения……...105

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………...113

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………….114





























ВВЕДЕНИЕ

Поливинилхлорид (ПВХ) – термопластичный полимер, полученный полимеризацией винилхлорида. По объему производства ПВХ занимает второе место после полиэтилена. 

В наше время наибольшее распространение в мире получил суспензионный метод полимеризации винилхлорида, которым производится до 90% от всего объема ПВХ. Это обусловлено рядом преимуществ: эффективностью отвода тепла реакции, высокой производительностью, относительной чистотой полимера, хорошей совмещаемостью его с компонентами при переработке в материалы и изделия, широкими возможностями модификации свойств ПВХ путем введения различных добавок и изменения параметров процесса полимеризации винилхлорида (ВХ). Причинами сохраняющегося спроса на ПВХ и роста его производства является не только возможность расширения ассортиментов материалов и изделий из ПВХ, но и доступность, относительная дешевизна сырья и эффективное решение экологических проблем защиты окружающей среды от загрязнений. 

Данный метод получения ПВХ нашел промышленное применение на Стерлитамакском АО «БСК» производство «Каустик» в цехе №11.

Современные потребности в ПВХ высоки и продолжают расти, поэтому совершенствование технологии получения ПВХ является актуальной задачей.

Поливинилхлорид является одним из самых важных продуктов промышленности органического синтеза. За последние десятилетия он нашел широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. ПВХ – это универсальный полимер, который в зависимости от способа получения, рецептуры и технологии переработки дает большой ассортимент материалов и изделий: жестких, мягких, прозрачных и непрoзрачных, эксплуатирующихся в интервале температур от - 80 до  + 90 – + 110 ?С.

        Внедрение производства суспензионного ПВХ в наше время  успешно развивается и приносит предприятию огромную прибыль, поскольку ПВХ на мировом и российском рынках пользуется большим спросом.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР



Общие сведения о поливинилхлориде





Поливинилхлорид или ПВХ – современный синтетический полимер, относится к числу так называемых  базовых полимеров. ПВХ был впервые синтезирован еще в 1870 году, а с 1930 выпускается в промышленном масштабе. С 1912 года начали поиски возможностей промышленного выпуска ПВХ, а в 1931 году концерном "BASF" были выпущены первые тонны этого материала.	Поливинилхлорид относится к группе термопластов. Чистый ПВХ - это порошок, который на 44% состоит из этилена (продукта нефтехимии) и на 56% из связанного хлора, получаемого из поваренной соли. Для производства листовых пластиков и оконного профиля в порошок добавляют стабилизаторы, пластификаторы, пигменты и вспомогательные добавки [1, c.728].

ПВХ обладают достаточной механической прочностью и влагостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, хорошей химической стойкостью: не растворяются в бензине и керосине, стойки к действию кислот и щелочей, имеют красивый внешний вид, легко подвергаются резке, формованию, сварке и склеиванию. 			Поливинилхлорид (ПВХ) - универсальный термопластичный полимер, получаемый суспензионной полимеризацией винилхлорида. ПВХ был одним из первых полимеров, получивших широкое коммерческое распространение, и на сегодня он является одним и самых популярных. Сегодня ПВХ занимает второе место после полиэтилена по потреблению среди синтетических полимеров.Марочный ассортимент ПВХ сложился к 90-м годам и с тех пор не претерпел существенных изменений. В ассортименте присутствуют и крупнотоннажные марки ПВХ, предлагаемые на рынке практически всеми производителями, и специальные малотоннажные марки, производимые лишь отдельными фирмами в основном в развитых зарубежных странах. Из новых марок, которые появились в последние 20лет, нужно отметить марки суспензионного и эмульсионного ударопрочного ПВХ - привитого сополимера на анриловый эластомер, используемые в производстве оконных и во многих строительных профилей. Наметилась тенденция по снижению молекулярной массы ПВХ при производстве экструзионных и каландровых материалов, что позволяет повысить производительность и снизить энергозатраты при переработке ПВХ. В сooтветствии с потребностями на рынке появились марки ПВХ, отличающиеся от прежних пониженным на   1-2 единицы значением константы Фикентчера (Кф), являющейся характеристикой молекулярной массы ПВХ [2, c 431].

	 В марке ПВХ цифрами показывается значение константы Фикентчера, группу насыпной плотности и, если это необходимо, остаток на сите № 0063. Буквы после цифры указывают на рекомендуемую область применения (М - в мягкие изделия, Ж - в жесткие, С - средневязкие пасты). Например, ПВХ-6358 Ж означает: С - суспензионный, значение константы Фикентчера-3, группа насыпной плотности 5, то есть 0,45-0,60 г/см3, остаток на сите 8 %, рекомендуется для производства жестких изделий.						Сегодня в мире более семидесяти процентов смол ПВХ производится методом суспензионной полимеризации. Этим способом получают ПВХ в виде порошка со средним диаметром частиц 100-200 мкм. Контролируя кинетику реакции с помощью специально подобранных инициаторов (лучше всего это делать  на протяжении всего цикла), получают полимер определенной средней молекулярной массы, характеризующейся константой Фикентчера (числом К).

Области применения С- ПВХ представлены ниже  в таблице 1.1[1,2].

                                                    









Таблица 1.1 – Область применения С - ПВХ

Конструкционный профиль

Оконный профиль, дверной профиль

Строительно-отделочный профиль

Подоконники, стеновые панели, сайдинг, настенные кабельные короба, напольный плинтус, системы оконных откосов, строительные уголки, раскладки, откосы, уплотнители, накладки на ступени и перила, мебельный оконтовочный профиль, фурнитура для профильных изделий и т.д.

Трубы

Для изоляции экокропроводки, для канализации, для холодного водоснабжения, для дренажа

Листы

Строительство, изготовление сендвич-панелей, промышленное формование, наружная реклама, изготовление пластиковых карт, фотография и электроника.

Кабельные  и обувные пластикаты

Электроизоляция кабелей, подошвы для обуви

Каландрирование и экструзия



Пленки

Технические пластифицированные пленки, пленка для ламинации изображений, декоративные пленки для облицовки поверхностей, самоклеящиеся пленки, термоусадочные пленки, стретч пленки, пленки с твист-эффектом, пленки, используемые для упаковки текстильных, кожгалантерейных изделий и канцелярии (100-200 мкм), жесткие пленки, используемые для термо- и ваккумоформования (200-1000 мкм)

Литье под давлением



Фурнитура

Мебельная фурнитура, фурнитура для профильно-погонажных изделий







1.2 Характеристика сырья, вспомогательных материалах и полупродуктов



Эмпирическая формула поливинилхлорида имеет вид (1.1):



,				(1.1)

где   n – число звеньев винилхлорида, входящих в одну полимерную цепь, колеблется обычно в пределах от 300 до 2800. При обычных условиях ПВХ представляет собой белый однородный порошок аморфной структуры. Молекулярная масса может достигать 300000 – 400000. Плотность ПВХ составляет 1350 – 1400 , теплостойкость ? 70 – 80, удельная теплоемкость – 1,05 – 1,46 , коэффициент теплопроводности равен 0,16 [3]. Поливинилхлорид растворяется в дихлорэтане, хлорбензоле, нитробензоле, тетрагидрофуране, циклогексаноне; устойчив к действию влаги, кислот, щелочей, растворов солей, углеводородов нефти. Указанные свойства являются определяющими при использовании ПВХ в разных отраслях промышленности. ПВХ  хорошо совмещается со многими пластификаторами, а также пластифицируется некоторыми полимерами, например, бутадиен-нитрильным каучуком.  При температуре выше 140?С поливинилхлорид разлагается с выделением оксида углерода СО и хлороводорода. Добавлением к ПВХ стабилизаторов, способных связывать выделяющийся хлористый водород, а также ингибировать цепные реакции окисления и деструкции, можно существенно повысить термостабильность полимера. В качестве стабилизаторов используют соединения свинца, оксиды, гидроксиды, алкоголяты, карбонаты и жирнокислотные соли щелочных и щелочноземельных металлов, оловоорганические соединения, производные мочевины, эпоксисоединения, алкилфенолы, алкиларилфосфаты. Термостабильность и светостойкость поливинилхлорида сильно зависят от степени чистоты исходного мономера – винилхлорида [3, c.303].

Полимеризация винилхлорида является экзотермическим процессом, который сопровождается выделением больших количеств теплоты. Основной трудностью проведения реакции является отвод выделяющегося тепла и поддержание постоянной температуры реакции. Отвод тепла осуществляется через стенку реактора с помощью водяной рубашки, а также с помощью обратного конденсатора, установленного на крышке полимеризатора. Процесс полимеризации осуществляется по радикально-цепному механизму. Инициирование процесса полимеризации винилхлорида осуществляется свободными радикалами, образующимися при термическом распаде инициаторов при нагревании реакционной массы по уравнению (1.2):



,				(1.2)



где R – R – молекула инициатора;

–  свободный радикал.

Свободные радикалы инициируют полимеризацию путем проникновения в каплю мономера и образования с мономером активных центров.

Зарождение цепи происходит по уравнению (1.3):



                                 	,	         (1.3)



Под действием активных центров происходит рост цепи с образованием макромолекулы полимера (1.4):



(1.4)



Этот процесс образования макромолекулы идет с выделением тепла и с большой скоростью и продолжается до тех пор, пока макромолекула – радикал не вступит во взаимодействие с каким-либо реагентом или другим радикалом.      

В результате происходит обрыв цепи и образование активной макромолекулы [4,c. 288]. Реакцию полимеризации винилхлорида в общем виде можно представить следующим образом (1.5): 

кДж,              (1.5)		

где:  n – степень полимеризации, которая колеблется для промышленных марок ПВХ в пределах 640 – 2800

J – инициатор полимеризации;

Q – теплота реакции полимеризации, которая составляет 1500– 1675 кДж на 1кг винилхлорида, вступившего в реакцию [3, c. 439].

Важную роль при полимеризации винилхлорида играют качество загружаемых компонентов, температура полимеризации, точность дозировки, способ и порядок загрузки компонентов и наличие примесей в исходном сырье.

Наличие кислорода приводит к понижению рН реакционной среды, что в свою очередь обусловливает нестабильное протекание процесса и получение нестандартного полимера. Кислород обусловливает индукционный период процесса полимеризации, изменение скорости реакции, понижение средней молекулярной массы ПВХ. Кислород воздуха легко окисляет винилхлорид, образующиеся при этом перекисные соединения легко гидролизуются с образованием альдегидов, являющихся хорошими передатчиками цепи, а также хлористого водорода, замедляющего полимеризацию.

В присутствии кислорода понижается средняя молекулярная масса ПВХ, в полимере появляются разветвления, уменьшается его термостабильность, ухудшается совместимость его с пластификатором. 

Наличие примесей изопрена, винилиденхлдорида в техническом винилхлориде значительно влияет на степень полимеризации ПВХ, а также на его термостабильность. Бутадиен и винилацетилен оказывают ингибирующее действие и вызывают повышенное коркообразование.

Ацетилен и ацетальдегид являются сильными ингибиторами процесса полимеризации, в их присутствии уменьшается длина цепей ПВХ, они вызывают автоокисление винилхлорида. Дихлорэтан является передатчиком цепи и также снижает молекулярный вес полимера.

Хлористый водород в присутствии воды вызывает коррозию аппаратуры с образованием ионов железа, которые инициируют окисление винилхлорида. Получившие перекисные соединения в присутствии влаги гидролизуются образуя хлористый водород и карбонильные соединения, которые также вызывают окисление мономера. Ионы железа резко снижают стабилизирующее действие эмульгаторов [5, c.328].

Способ, порядок  загрузки компонентов должен обеспечивать наилучшее распределение их в реакционной смеси. При нарушении порядка т. е. при предварительном смешении мономера с водной фазой капли мономера обволакиваются защитной пленкой коллоида, которая препятствует растворению в мономере инициатора и других компонентов. Соотношение используемых количеств воды и мономера оказывает существенное влияние на отвод тепла в ходе реакции   полимеризации и однородность поливинилхлорида. Малое  количество воды в реакционной смеси может привести к перегревам внутри частиц, к усиленному дегидрохлорированию полимера и получению продукта с повышенной разветвленностью цепей и низкой термостабильностью. На практике используют соотношение воды к винилхлориду как 1,3 : 1 [6, c.368].





1.3 Способы получения суспензионного ПВХ



Поливинилхлорид получают тремя методами полимеризации винилхлорида: суспензионным – 80% от всего объема  обеспечивающей производства, эмульсионным  него (только  водную для производства  обеспечивающей пластиката – мягкого  проведении ПВХ) и блочным (или  пластизольной массовым) – приблизительно  полученный по 10%. Кроме того,  него сравнительно недавно  проведении получил распространение  кроме ПВХ, разработанный  эмульсионног для переработки  водной по пластизольной технологии. Его  полимерполучают микросуспензионным методом,  полимеризации являющимся в зависимости  эмульсионног от рецептуры и технологии  блочным разновидностью суспензионного  обеспечивающей либо эмульсионного  также способов полимеризации  данно ВХ [3].

Суспензионный метод  водную основан на проведении  изделия процесса полимеризации  кроме в каплях мономера, диспергированного в  обеспечивающей водной фазе  являющимся путем интенсивного  эмульсионног перемешивания. В мономере  него растворяется небольшое  эмульсионног количество инициатора,  пластизольной а в водную фазу  обеспечивающей вводится защитный  водной коллоид, препятствующий  пластизольной слипанию мономер-полимерных частиц. Как  данно и при полимеризации другими  кроме способами, процесс  проведении проводится при  эмульсионног заданной температуре (и  изделия соответствующем давлении),  изделия обеспечивающей получение  обеспечивающей полимера с необходимым  него молекулярным весом [7, c. 104].

Суспензионный ПВХ  блочным перерабатывается в изделия  также вальцеванием (каландрованием),  обеспечивающей экструзией, литьем  обеспечивающей под давлением  полимеризации и прессованием ПВХ,  полученный полученный в массе  полученный или суспензии,  кроме используется для  полимеризации производства жестких,  обеспечивающей а также полумягких  него и мягких, так  водную называемых пластифицированных,  водную пластических масс. Из  кроме него изготавливают  также специальные виды  полученный кабельного пластиката,  полимеризации пленки, искусственные  являющимся кожи, линолеум.

В  эмульсионног данном параграфе  будет описан суспензионный метод производства ПВХ, так как суспензионный (твердый) ПВХ наиболее распространен в химической промышленности по производству ПВХ.

 Это объясняется рядом важных достоинств данного способа. Полимеризация мономера, диспергированного в такой теплоемкой среде, как вода, протекает в условиях эффективного отвода тепла реакции, что позволяет получить полимер со сравнительно узким молекулярно-весовым распределением. Кроме того, в отличие от эмульсионной (латексной) полимеризации, при которой образующиеся очень мелкие полимерные частицы нельзя отделить из полученного латекса путем фильтрации, в результате суспензионной полимеризации образуются гранулы размером 50–200 мк, которые отделяются от водной фазы на центрифугах и легко промываются. Поэтому содержание посторонних примесей в суспензионном поливинилхлориде незначительно.

К недостаткам суспензионной полимеризации винилхлорида следует отнести трудность осуществления ее непрерывным способом [4].

Блочная полимеризация предполагает проводить процесс в среде мономера. Этот факт имеет свои достоинства:

– получение очень чистого полимера за счет того, что в полимеризационной среде отсутствуют такие вспомогательные продукты, как вода, эмульгатор или защитный коллоид и другие компоненты, обычно используемые для полимеризации винилхлорида эмульсионным или суспензионным методом.

– при полимеризации винилхлорида в массе отпадает необходимость в стадиях фильтрации и сушки, связанных с выделением полимера из водной суспензии или латекса, что значительно упрощает и удешевляет технологический процесс.

Главным существенным недостатком этого способа производства является трудность отвода тепла реакции, вследствие чего ПВХ обладает сравнительно широким молекулярно-весовым распределением. Условия теплосъема особенно ухудшаются ввиду того, что с увеличением степени превращения винилхлорида постепенно исчезает жидкая фаза и образуются крупные агрегаты полимера.

Для проведения полимеризации в эмульсии готовят реакционную смесь, состоящую из дистиллированной воды, содержащий эмульгатор, водорастворимый инициатор и стабилизатор. В готовую смесь вводят нужное количество мономера.

Эмульсионная полимеризация винилхлорида имеет ряд преимуществ:

– легкость отвода тепла реакции и поддержание постоянной температуры во всем объеме реакционной смеси, что позволяет получать весьма однородные по молекулярным весам полимеры.

– при этом методе полимеризации расширяются возможности регулирования скорости реакции, степени полимеризации.

– в отличие от суспензионного метода при эмульсионной полимеризации продукт реакции представляет собой мелкую стабильную водную дисперсию полимера, которая легко транспортируется.

Недостатком эмульсионного метода полимеризации винилхлорида является высокое содержание в полимере примесей: остатков эмульгатора, электролитов и других веществ. Кроме того, наличие примесей в эмульсионном ПВХ затрудняет подбор стабилизаторов при его переработке.

Эмульсионный ПВХ перерабатывается в изделия прессованием, литьем под давлением, вальцеванием, экструзией, а также в мягкие изделия через пасты (пластизоли). Он является материалом для высокопрочной искусственной кожи, пленок, плиток, пенопластов.

Реакция полимеризации винилхлорида в общем виде можно представить  следующим образом (1.6):



                    nCH2=CHCl [–CH2–CHCl–]n                                                               (1.6)



Процесс суспензионной полимеризации осуществляется в каплях эмульсии, полученных диспергированием ВХ в воде в присутствии высокомолекулярных стабилизаторов эмульсии (СЭ) и растворимого в мономере инициатора. В качестве реактора-полимеризатора я выбрал аппарат с мешалкой, оснащенный теплопередающей рубашкой, в котором обеспечивается равномерное распределение реагентов по объему и отвод тепла реакции.

На рисунке 1.1 представлена технологическая схема полимеризации с данным реактором [5, c.156]. 







Рис.1.1 Технологическая схема полимеризации ВХ в суспензии [5]



- емкость обессоленной воды; 2 – мерник ВХ; 3 – емкость приготовления раствора инициатора; 4 – емкость приготовления раствора стабилизатора эмульсии; 5 – фильтр; 6 – реактор-полимеризатор; 7 – усреднитель.



Преимуществом такого реактора - является возможность равномерного распределения компонентов и тепла в реакционной зоне, простота конструкции. Также стенки данного реактора проще удаляются от неизбежно образующейся корки полимера. Существенным же недостатком такой конструкции является то, что процесс полимеризации проходит в реакторе по периодической технологии, стадии загрузки, выгрузки, промывки и разогрева отнимают до 50% времени от всего цикла полимеризации.

Основой всех разработок непрерывного процесса суспензионной полимеризации являлось создание аппаратурного оформления непрерывного процесса, обеспечивающего узкое распределение по времени пребывания частиц в реакционной зоне. Это достигалось в основном двумя путями: использованием аппарата трубчатого типа, структура потока реагирующих компонентов в котором близка к режиму идеального вытеснения; использованием ряда последовательно соединённых реакционных зон или аппаратов, структура потока реагирующих компонентов в которых близка к режиму идеального смешения.

На рисунке 1.2 изображено устройство для непрерывной полимеризации, которое состоит из вертикальной цилиндрической емкости, разделенной с помощью вращающихся горизонтальных дисков на отдельные зоны, причем зоны связаны друг с другом отверстиями, и поток реакционной массы возможен только в одну сторону. Диски укреплены на вращающемся валу с увеличивающимися в направлении потока расстояниями между ними, причем соотношение длины и диаметра разделенных дисками зон составляет 0,1–0,6. В качестве перегородок, укрепленных на общем валу, используют перфорированные диски или сетки, а вал совершает не вращательное, а возвратно-поступательное пульсирующее движение. К общим недостаткам описанных систем относится необходимость разработки и изготовления специальной аппаратуры, сложность разборки и чистки аппаратов при забивке полимером реакционного пространства.

Существует также способ полимеризации, согласно которому полимеризацию проводят в 5–10 последовательно соединенных аппаратах с мешалками, расположенных вниз по вертикали. Каждый последующий реактор находится на 1/3 высоты ниже предыдущего и реакционная масса перетекает из одного аппарата в расположенный ниже него ближайший аппарат (см. рис. 2, б). Для предотвращения забивания переливных труб через систему реакторов пропускают инертный газ под давлением, превышающим давление насыщенных паров винилхлорида при температуре полимеризации. К достоинствам этого способа можно отнести возможность использования обычных аппаратов с мешалками, применяющихся при периодическом способе полимеризации ВХ, к недостаткам – громоздкость схемы и повышенную металлоемкость, высокую стоимость большого числа аппаратов, увеличение эксплуатационных расходов, трудность равномерного распределения тепловой нагрузки на реакторы, усложнение системы автоматизации для поддержания одинаковых условий полимеризации во всех реакторах [8, c.7].



Рис. 1.2. Устройство для непрерывной суспензионной полимеризации винилхлорида



а – реактор башенного типа; б – каскад реакторов.



Попытки создания непрерывного процесса суспензионной полимеризации ВХ предпринимались с начала 50-х годов. Однако до настоящего времени они не привели к разработке промышленного процесса. Одной из основных проблем является получение полимера требуемого качества. 





1.4 Описание технологического процесса





Компоненты, используемые при изготовлении поливинилхлорида:

1. Винилхлорид – основной компонент ПВХ.

Поливинилхлорид имеет широкое применение в технологии строительных полимерных материалов. Получают его полимеризацией винилхлорида (1.7):



                              (СН2 = СНС1).                                             (1.7)



Винилхлорид (хлористый винил) в нормальных условиях температуры и давления представляет собой газообразное бесцветное вещество, обладающее эфирным запахом.

Конденсация газа в прозрачную жидкость происходит при температуре -13,9°С; замерзает хлористый винил при температуре 159,7°С. Скрытая теплота испарения жидкости -85,7 ккал/кг, вязкость (при -20°С) 2,81 спз, плотность 0,97 г./см3. При давлении 1–2 атм. и комнатной температуре винилхлорид сохраняется в жидком виде. Критическое давление – 52,2 ати, температура +142°С; взрываемость смеси с воздухом 4–21,7% (объемных), температура самовоспламенения + 545°С. Молекулярный вес винилхлорида – 62,5 [7].

Технически чистый мономер содержит 99,9% винилхлорида; примесью является ацетилен и его высшие гомологи. Дихлорэтан легко растворяет винилхлорид; последний растворим также в ароматических и алифатических углеводородах, ацетоне и этиловом спирте.

Винилхлорид действует на организм человека как наркотик, поэтому содержание его в воздухе производственных помещений не должно превышать 0,03 мг/л.

Винилхлорид взрывоопасен и при хранении и транспортировке требует соблюдения особых мер предосторожности. Как правило, используют стальные емкости, заполняемые не более 85% вместимости и охлаждаемые до –20° и ниже.

Части аппаратуры, соприкасающиеся с мономером, не должны содержать меди во избежание образования взрывчатых ацетиленидов меди.

Известно много способов получения винилхлорида: из ацетилена, дихлорэтана, этилена и этана.

а). Способ получения из ацетилена.

Метод получения винилхлорида из ацетилена состоит в присоединении хлористого водорода по уравнению (1.8):



                          .                                (1.8)                    



Процесс гидрохлорирования может осуществляться в газовой и жидких фазах.

В газовой фазе процесс протекает на катализаторе хлорной ртути при температуре 160–2200С. В жидкой фазе при температуре 20–250С пропускают через концентрированный водный раствор соляной кислоты ацетилен. В качестве катализатора используют сулему. Процесс идет по следующим реакциям (1.9):



                      .                   (1.9)



б). Способы получения из дихлорэтана.

Из дихлорэтана хлористый винил получается омылением щелочью или путем пиролиза.

Действие водного раствора (42%-ного) едкой щелочи на дихлорэтан протекает по уравнению (1.10):



                              (1.10)



Пиролитическое разложение дихлорэтана происходит по уравнению (1.11): 



                          .                                  (1.11)



2. Инициаторы.

Наиболее распространенными инициаторами для производства поливинилхлорида являются: динитрил азодиизомаслянои кислоты, перекиси бензоила и водорода, персульфат аммония и др. Эти инициаторы выпускаются в широких промышленных масштабах.

Перекись бензоила (С6Н5СОО)2 в сухом состоянии является взрывчатым веществом, вспыхивающим со взрывом при нагревании, трении, ударе и действии концентрированной серной кислоты. Бесцветные кристаллы перекиси бензоила плавятся с разложением при 108 °С, дальнейшее нагревание приводит к взрыву. Вещество, нерастворимо в воде, но растворяется в ацетоне, дихлорэтане, бензоле, толуоле, серном эфире, ледяной уксусной кислоте, в горячем спирте.

Сырьем для получения перекиси бензоила служит бензойная кислота.

Динитрил азодиизомаслянои кислоты C8N4H12 представляет собой белый кристаллический порошок, молекула которого имеет следующую структуру 





                                                         СН3 СН3

              

	                                              СН3–С–N= N-С–СН                                     (1.12)



                                                           CN CN



Это вещество огнеопасно и при нагревании выше 80°С разлагается с выделением газов. Нерастворимо в воде, но растворяется в ацетоне, эфире, спирте и плавится при температуре не ниже 98°.

Перекись водорода Н202 применяется в виде 28–30%-го водного раствора.

Персульфат аммония (NH4)2S208, образующий бесцветные или зеленоватые кристаллы, разлагается при повышении температуры с улетучиванием продуктов разложения при длительном нагревании. Персульфат аммония получается как промежуточный продукт при электрохимическом способе выработки перекиси водорода.

Скорость реакции полимеризации с применением нерастворимой в воде перекиси бензоила незначительна; повышение концентрации инициатора в данном случае ограничено (не более 0,5% от веса мономера) ввиду чрезмерного выделения тепла при ускорении реакции этим способом. Более эффективным инициатором является динитрил азодиизомаслянои кислоты, продукт распада которого дает при омылении растворимые в воде вещества, легко удаляемые из полимера промывкой [9, c. 359-364].

3. Cтабилизаторы эмульсии.

Гидроокись магния. Наиболее удобным способом получения тонкой дисперсии Mg(OH)2 в воде является синтез непосредственно в водной фазе путем введения в нее эквимолярных количеств хлористого магния и едкого натра. При полимеризации винилхлорида получали поливинилхлорид, который представлял собой прозрачные однородные частицы правильной сферической формы. Наиболее мелкодисперсный полимер получали при содержании в водной фазе около 0,5% Mg(OH)2 (диаметр частиц менее 150 мк). Полученный поливинилхлорид обладает низкой удельной поверхностью и очень плохо поглощает пластификатор, в связи с чем он непригоден для переработки в пластифицированные изделия.

Поливиниловый спирт очень часто используется в качестве стабилизатора эмульсии при суспензионной полимеризации ПВХ. Наидолее пригодны для этой цели продукты неполного омыления поливинилацетата. Наличие в водной фазе 0,03–0,1% ПВС, содержащего около 20% ацетатных групп, обеспечивает надежную защиту полимеризующихся частиц от агрегации. В качестве стабилизатора эмульсии обычно используют высокомолекулярный поливиниловый спирт.

Метилцеллюлоза, как и поливиниловый спирт, часто применяется в качестве стабилизатора эмульсии при суспензионной полимеризации винилхлорида.

Достаточно надежная защита полимеризующихся частиц от слипания достигается при содержании в водной фазе 0,03–0,1% низковязкой водорастворимой метилцеллюлозы. Дисперсность ПВХ повышается с увеличением концентрации метилцеллюлозы в водной фазе.

4. Добавки.

а). Поверхностно-активные вещества типа мыл (ионогенные и неионогенные), снижая поверхностное натяжение на границе вода–мономер, способствует лучшему диспергированию винилхлорида, разрыхлению поверхности образующихся частиц, повышению пористости. К этому классу добавок можно отнести как водорастворимые вещества – различные алкил- или алкиларилсульфонаты, так и добавки, растворимые в мономере, например неполные эфиры многоатомных спиртов и высших жирных кислот.

б). Добавки, растворимые в мономере, способствуют образованию рыхлых пористых частиц ПВХ. В качестве таких могут применяться алкилфталаты, различные спирты, а также углеводороды, например бутан, толуол и др.

в). Окислы, гидроокиси или соли металлов – бария, кадмия, стронция, кальция, магния, свинца, нерастворимые ни в воде, ни в мономере, оседая на границе раздела фаз, влияют на морфологию образующегося полимера.

г). Антиоксиданты. Известно, что полностью удалить кислород из полимеризационной среды в условиях промышленного процесса не удается. Было установлено, что для связывания остаточного кислорода перед полимеризацией винилхлорида может оказаться полезным введение небольших количеств антиоксидантов. Наибольший эффект получен при использовании ионола (2,6 – ди-трет-бутил-4-метилфенола) в количестве 0,005–0,01% по отношению к мономеру.

д). Регуляторы pH. Для соблюдения постоянного значения pH при полимеризации вводят буферные добавки. В качестве таких добавок используются водорастворимые карбонаты или фосфаты, пирофосфат натрия и др.

е). Регуляторы молекулярного веса. Для снижения температуры полимеризации при получении низковязких марок ПВХ часто используют агенты переноса цепи (регуляторы молекулярного веса). К этой группе добавок относятся хлоруглеводороды, например трихлорэтилен, четыреххлористый углерод, а также меркаптаны и др. В качестве агента переноса цепи используют и изопропилбензол, который одновременно заметно увеличивает термостабильность полимера. Количество вводимого регулятора зависит от его активности, температуры полимеризации и может колебаться от десятых долей процента до 3% и более по отношению к массе мономера.

ж). Сополимеризующиеся добавки. Путем введения в цепь ПВХ редких звеньев второго винилового мономера, содержащего алкильные радикалы (1–10% от веса винилхлорида), достигается так называемая внутренняя пластификация полимера. Расплав такого ПВХ обладает повышенной текучестью, и полимер легче перерабатывается в жестких композициях. При внутренней пластификации полимера достигается большая морозостойкость, увеличивается его ударная стойкость. Для внутренней пластификации ПВХ используются винилалкиловые эфиры с числом атомов в алкильном радикале от 8 до 18, а также эфиры малеиновой, фумаровой, акриловой кислот, сложные эфиры аллилового спирта и др. [9].













ГЛАВА 2. эксперементальная часть



2.1 Разработка требований по качеству сырья и конечного продукта



Данный раздел содержит требования, предъявляемые к качеству сырья, информацию о свойствах конечного продукта, а также технические требования к качеству готового продукта.

Характеристика исходного сырья и материалов приведена в таблице 2.1 [10, c. 3].

         Таблица 2.1 - Характеристика исходного сырья, материалов.......................