Технологія хімічного виробництва вінілацетату (стр. 1 из 3)

Зміст

Вступ

1. Фізико-хімічна характеристика процесу

1.1 Існуючі методи одержання вінілацетату, їх стисла характеристика. Вибір методу

1.2 Теоретичні основи вибраного методу отримання вінілацетату

2. Технологічна характеристика процесу

2.1 Основні фізико - хімічні властивості сировини, допоміжних матеріалів, готової продукції

2.2 Опис технологічної схеми

2.3 Відходи виробництва, їх використання

2.4 Новизна в проекті

Література

Вступ

Хімія високомолекулярних сполук за останні роки розвивається винятково швидкими темпами. Величезне число досліджень у цій області привело до нагромадження багатого експериментального матеріалу, на основі якого був зроблений ряд теоретичних узагальнень. Хімія високомолекулярних сполук перетворилася в самостійний великий розділ хімічної науки. Промисловість синтетичних високомолекулярних сполук, що охоплює виробництво пластичних мас, плівок, синтетичного каучуку й синтетичного волокна, що зародилася на початку XX століття, розвивалася в значному відриві від хімічної науки, тому технічні досягнення часто були результатом чисто емпіричних досліджень і випереджали наукове вивчення відповідних процесів. У тридцятих роках відбулися істотні зміни у взаєминах між хімією й технологією синтетичних високополімерів. Промисловість стала виготовляти цілий ряд нових технічних високополімерів, синтез яких почав базуватися на глибокому вивченні реакцій полімеризації й поліконденсації і перетворень у ланцюгах високополімерів. Бурхливий розвиток промисловості пластичних мас, синтетичного каучуку й синтетичного волокна у свою чергу стимулювало подальше розширення об'єму досліджень і поглиблене вивчення складного механізму процесів утворення високополімерів, їхніх властивостей і залежності фізичних показників від структури.

Полімери на основі вінілацетату володіють рядом цінних і специфічних властивостей і, незважаючи на відносно невелику потребу в них у порівнянні із загальною потребою в полімерних матеріалах, відіграють важливу роль у розвитку різних галузей промисловості. Методи їхнього одержання пов'язані з використанням техніки полімеризації в розчинниках, суспензії й емульсії, статистичної й щепленої сополімерізації, численних реакцій полімераналогічних перетворень. Найважливішими особливостями цього класу полімерів є їх універсальні адгезійні та сполучні властивості, висока міцність волокон і плівкових матеріалів, виготовлених з їхнім застосуванням. У цей час важко назвати яку-небудь галузь народного господарства, де б не застосовувалися полімери на основі вінілацетату.

До полівінілацетатних пластиків відносять полівінілацетат і сополімери вінілацетату, які випускають у вигляді гранул, розчинів і дисперсій, полівініловий спирт і полівінілацетати.

Більше 60% колишнього СРСР виробляємого вінілацетату витрачається на виробництво полівінілацетатної дисперсії. Одержаний емульсійною полімеризацією вінілацетат в присутності захисних колоїдів або емульгаторів і окислювально-відновних ініціюючих систем використовується у вигляді 50 % водного продукту такого як клеї, що зв'язуют, плівкоутворювачів. Перевагами полівінілацетатних дисперсій перед іншими клеями є їхня низька вартість, негорючість, нешкідливість, стійкість до старіння, дії жирів, мастил і нафтопродуктів, гарні адгезійні властивості.

Полівінілацетатні дисперсії широко використаються для склеювання паперу, картону, гофрокартону, деревини, пінополістиролу, шкіри, тканин, а також у якості сполук у водоемульсійних фарбах, компоненту композиції для кріплення керамічної плитки і багатьох інших призначень. Недарма полівінілацетатні дисперсії називають «матеріалом тисячі можливостей».

Лакофарбові матеріали на основі дисперсій полівінілацетату є чудовим покриттям для вбираючих прокладок, наприклад штукатурки, бетону, цегли, асбоцементу. Вони швидко висихають і мають здатність «дихати», тобто пропускати вологу з прокладки, при цьому не відбувається ні відлущування покриття, ні утворення в ньому міхурів.

Водоемульсійні полівінілацетатні фарби заміняють мастильні, що дозволяє зменшити використання для технічних цілей харчової сировини. Так, застосування 1 тони полівінілацетатної дисперсії у вигляді фарби дозволяє заощадити 900 кілограмів натуральної оліфи, що виготовляється із соняшникової олії.

Розмаїття областей застосування полівінілацетатної дисперсії зробило необхідним створення різноманітних сортів цього продукту. У цей час промисловими підприємствами випускається 25 марок полівінілацетатних дисперсій, що розрізняються в'язкістю, складом і природою пластифікаторів, розміром часток.

Розроблено спосіб підвищення морозостійкості (до —40° С) дисперсій, пластифіцированого 15% дибутілфталату. Підвищення морозостійкості має істотне значення для транспортування й зберігання дисперсій і фарб на їхній основі в різних кліматичних умовах.

Однак застосування пластифікаторів, здатних згодом випаровуватись з покриттів і мігрувати в субстрати, погіршує споживчі властивості полівінілацетатних дисперсій. Цих недоліків позбавлені дисперсії сополімерів вінілацетату зі складними ефірами ненасичених моно- і дікарбонових кислот, іншими складними вініловими ефірами, етиленом, що є внутрішньо пластифіцированими продуктами. Крім того, дисперсії сополімерів вінілацетату відрізняються від гомополімерної полівінілацетатної дисперсії більш високою адгезією до різних матеріалів, а плівки на їхній основі стійкі до лужного гідролізу.

Особливий інтерес представляють дисперсії сополімерів вінілацетату з етиленом. Не поступаючись за властивостями іншим сополімерним дисперсіям, вони мають ту перевагу, що для їхнього виробництва використовується дешева й легкодоступна сировина - етилен. Ці дисперсії стійкі при низьких температурах, утворюють високоеластичний клейовий шов, здатний міцно зклеювати папір і дерево з полівінілхлоридною плівкою й у майбутньому зможуть майже повністю замінити гомополімерні полівінілацетатні дисперсії.

Сополімери вінілового спирту з етиленом поєднують високу еластичність із водостійкістю, зберігаючи інші властивості полівінілового спирту: газонепроникність, стійкість до дії мастил, жирів, нафтопродуктів, більшості органічних розчинників. Ці сополімери можуть знайти застосування в якості плівкових і конструкційних матеріалів.

Потреба народного господарства в полімерах на основі вінілацетату систематично випереджає ріст обсягу виробництва. Це обумовлено високою економічною ефективністю застосування полівінілацетатних пластиків у різних галузях народного господарства. Для більш повного задоволення потреби в них необхідне створення великих виробництв із великою потужністю технологічних ліній періодичної й безперервної дії й подальше розширення марочних асортиментів. [1]

1. Фізико-хімічна характеристика процесу

1.1 Існуючі методи одержання вінілацетату, їх стисла характеристика. Вибір методу

Рідкофазний процес синтезу вінілацетату

У першому патенті Клат’є опис процесу дається в наступному виді: 250 м безводної оцтової кислоти змішуються з 10 м сірчанокислого закису ртуті. Через суміш при температурі 60—100°С при перемішуванні пропускається ацетилен. Після припинення абсорбції ацетилену реакційна суміш переганяється під вакуумом. При цьому відганяється дуже невелика кількість вінілацетату й у залишку перебуває непрореагована оцтова кислота й етілідендіацетат. Таким чином, у цьому процесі реакція йде головним чином у бік етілідендіацетату. Таким методом можуть бути отримані етіліденові ефіри оцтової, моно-, ді- і тріхлороцтової, пропіонової, молочної, бензойної й іншої кислот.

Рисунок 1:1(АВ) – автоклав; 2(СР) – сорочка; 3(М) – мішалка; 4(ТМ) – термометр; 5(МН) – монометр; 6(Л) – лаз; 7(СК) – спускний кран; 8(Т) – труба;9,16(ТР1,2) – трубопровід; 10(СТ1) – стовпчик для фракчіонування; 11(ХК) – холодильник; 12-14(П1-3) – приймач; 15(ВН) – вакуум-насос.

Схема виробництва вінілацетату за рідкофазним процесом із застосуванням підвищеного тиску рисунок 1.

Основним апаратом є автоклав (1) (АВ), футерований склом. Автоклав з термометром (4) (ТМ), манометром (5) (МН), завантажувальним лазом (6) (Л), мішалкою (3) (М),сорочкою для охолодження й обігріву (2) (СР),відвідною трубою (8) (Т), спускним краном (7) (СК) і трубопроводами (9, 16) (ТР 1,2).

В автоклав завантажується 600 частин оцтової кислоти, 30 частин сірчанокислої ртуті і 100 частин сірчанокислого окису заліза. Після завантаження реакційна суміш прохолоджується шляхом додавання в сорочку охолодженого розчину, автоклав продувається азотом і при роботі мішалки нагнітається ацетиленом. Температура підтримується близько 10°С. Протягом 5-6 годин поглинається 142 частин ацетилену, після чого до реакційної суміші додається 50 частин безводного оцетокислого натрію (для нейтралізації сірчаної кислоти), надлишок ацетилену відділяється і суміш піддається діленню у вакуумі за допомогою вакуум-насосу (1) (ВН). Пара проходить через мідний стовпчик для фракціонування (10) (СТ1) в алюмінієвий холодильник (11) (ХК) і конденсуються. У приймачах (12-14) (П1-3) відбираються фракції, що відповідають вінілацетату, оцтовій кислоті й етилідендіацетату. Сірчанокислий натрій і ртутні солі, що залишається в автоклаві віддаляються при промиванні автоклаву, і ртуть піддається регенерації.

У результаті виходить 100 частин вінілацетату, близько 5 частин етилідендіацетату і рекуперується 360 частин оцтової кислоти. Вихід вінілацетату на прореаговану оцтову кислоту становить близько 42 ваг. %.

Основні методи одержання вінілацетату в газовій фазі зводяться до наступного. Синтез вінілацетату здійснюється шляхом проходження суміші ацетилену з парою оцтової кислоти через нагрітий каталізатор. Каталізаторами служать солі цинку й кадмію (оцтові й фосфорнокислі). Як носій каталізатора застосовуються силікагель або активоване вугілля. Температура реакції лежить у межах 210–250°.