Анализ и технологическая оценка химического производства

Страница 3

Поликонденсация в растворе (мономеры раство­ряются в растворителе) проходит при малых скоростях, так как могут образовываться циклические соединения, и тогда затрудняется удале­ние низкомолекулярных продуктов реакции.

Полимеризация на поверхности раздела фаз проводится в несмешивающихся жидкостях, при этом взаимо­действие мономеров между собой происходит быстро при низких тем­пературах, так как выделяемые продукты выводятся из сферы реак­ции. Образующиеся высокоплавкие полимеры имеют высокий молеку­лярный вес. Такой способ получения полимера можно совместить с переработкой полимера в изделие.

Кроме основных методов получения высокомолекулярных соедине­ний, находят применение методы блок- и привитой полимеризации.

В технике высокомолекулярные соединения являются основой для получения синтетических полимерных материалов. Большое зна­чение из полимерных материалов имеют пластические массы, каучук и резина, химическое волокно, пленочные материалы, лаки, целлю­лоза и др.

5.Производство химических волокон

Волокнами называют тела, длина которых во много раз превышает очень малые (микроны) размеры их поперечного сечения.

По происхождению волокна делят на природные натуральные и химические.

Химические волокна разделяют на искусственные, получаемые из природных полимерных соединений, и синтетические, получаемые из полимеров. Особую группу составляет стеклянное волокно.

Искусственные волокна делят на целлюлозные (вискозные, медно-аммиачные, ацетатные) и белковые (казеиновые, соевобовые), а син­тетические — на карбоцепные и гетероцепные. К карбоцепным волокнам относят: хлорин, нитрон, политен, виньон, саран, винол и др., а к гетероцепным — полиамидные, полиэфирные, полиуретановые и др.

Для получения химических волокон применяются различные ме­тоды, имеющие много общего; но вместе с тем каждый метод имеет и свои особенности. Независимо от применяемого сырья технология изготовления волокон складывается из следующих стадий:

а) получение исходного материала;

б) приготовление прядильной массы;

в) формирование волокна;

г) отделка.

Высокомолекулярные соединения, применяемые для получения волокон, должны иметь высокую степень чистоты, растворяться или

плавиться.

Получение исходных материалов для изготовления синтетических волокон состоит из синтеза полимера — смолы, а для получения искусственного волокна необходимо отделение примесей от природных полимеров.

Приготовление прядильной массы для формирования волокон состоит из растворения полимеров в растворителях (спирте, Щелочи, ацетоне и др.) или расплавления смолы. Приготовленный раствор или расплав перед поступлением на формование очищают фильтрованием от примесей (примеси снижают прочность) и освобо­ждают от пузырьков воздуха. В случае необходимости в раствор или в расплав вводят красители ддя придания волокну окраски, мато­вости и т. д

Формование волокна осуществляют по мокрому и сухому способам прядения из раствора и по сухому способу — из расплава. Независимо от способа формования приготовленную прядильную мас­су продавливают через фильеру (нитеобразователь), имеющую до 25000 отверстий диаметром от0,04ли< и выше. Образовавшиеся тонкие струйки раствора или нити расплава охлаждают или химически об­рабатывают.

К искусственным волокнам относятся вискозные, ацетатные, медно-.аммиачные и др. Вискозное волокно находит наибольшее применение в технике. Для получения вискозного волокна прядильный раствор готовят из листов целлюлозы, обрабатываемой раствором едкого нат­ра (18—20%), в результате чего образуется щелочная целлюлоза

6. Производство пластмасс

Пластические массы делят на простые (ненаполненные) и сложные (композиционные). Основу пластических масс составляет высокомо­лекулярное соединение — смола, которая при нагревании и давлении переходит в пластическое состояние, формуется под воздействием внешних сил и после охлаждения сохраняет полученную форму.

Простые пластмассы получают только из одной смо­лы, например полиэтилена.

Сложные пластмассы состоят из смолы, наполните­лей, пластификаторов, красителей, стабилизаторов, отвердителей и др. Смола, являясь связующим веществом, придает смеси пластичность и формуемость.

Наполнители снижают стоимость пластмассы, придают или усили­вают определенные механические и диэлектрические свойства, сни­жают горючесть изделий, улучшают внешний вид и т. п. В качестве наполнителей применяют порошковые (древесная, кварцевая мука, графит, тальк, асбест и др.) и волокнистые (ткани, асбестовое волокно и др.) материалы.

Пластификаторы повышают пластичность, эластичность компози­ции, но при увеличении их количества прочность на разрыв и сжатие резко снижается. В качестве пластификаторов используют малолету­чие вещества (камфору, касторовое масло, дибутклфталаты. трикре-зилфосфат). Красители придают пластическим массам желаемую ок­раску. Они должны хорошо смешиваться и совмещаться со смолой и выдерживать воздействие температуры, воды и т. п., сохраняя цвет как в процессе формования, так и при применении изделия.

Отвердители — вещества, способные превращать линейную струк­туру полимера в результате сшивания макромолекул в трехмерную структуру. К ним относятся уротропин, гексаметилентетрамин и др.

Кроме перечисленных веществ, в состав сложной пластмассы вво­дят стабилизаторы, способствующие сохранению первоначальных свойств; смазки, облегчающие прессование; порошкообразователи — для получения пено- и поропластов.

Пластические массы (пластмассы) имеют низкую плотность (900— 1750 кг/м3), высокие механические и хорошие электроизоляционные свойства, высокую водостойкость, теплостойкость и химическую стой­кость, красивый внешний вид и т. д. Стоимость некоторых пластиче­ских масс не превышает стоимости цветных, а в некоторых случаях и черных металлов при расчете на 1 м3 материала. Такие технико-эконо­мические преимущества пластических масс перед другими материала­ми обусловили широкое их применение. Но пластмассы имеют низкую теплостойкость (60—300° С), подвержены «старению», что снижает их свойства.

Промышленность выпускает большое количество синтетических смол и пластмасс на их основе, поэтому для примера рассмотрим тех­нологию получения и свойства наиболее важнейших смол и пластмасс на их основе.

Полимеризационные смолы для получения пластмасс используют без наполнителей. Они термопластичны, обладают хорошими диэлек­трическими свойствами, высокой ударной прочностью (кроме полисти­рола), химически стойки, но большинство из них имеет низкую тепло­стойкость.

Сырьем для получения полистирола является стирол (С6Н5СН=СН2). Полимеризацию стирола проводят лаковым, эмульсионным и блочным способами. Процесс полимеризации проходит по следующей схеме:

7.Синтезы на основе ацетилена

Ацетилен СН=СН — газ, легко вступающий в самые различные химические реакции с образованием многочисленных соединений, ис­пользуемых при получении волокон, каучуков, смол и т. д. Например, из ацетилена получают ацетальдегид, этиловый спирт, бутадиен, этил-ацетат, хлористый винил, винилацетат, хлоропрен, акрилонитрил и др. Он используется для получения высоких температур (3200° С) при сварке и резке металлов.

Ацетилен получают путем обработки карбида кальция водой (СаС2 + 2Н2О ->Са(ОН)2 + С2Н2) или путем термоокислительного крекинга при 1400—1500°С различных углеводородов (СН4, С2Н4 и до.)

Для примера рассмотрим синтез ацетальдегидана основе ацети­лена.

Ацетальдегид СНзСНО — альдегид уксусной кислоты, летучая жидкость с резким запахом, хорошо смешивается с водой и спиртом. Он используется для получения уксусной кислоты.

В промышленности ацетальдегид по одной из схем (рис.5) получают следующим образом. Очищенный от примесей ацетилен, сме­шанный с циркуляционным газом, непрерывно подается в гидрататор 1, в котором находится нагретая до 80—100° С жидкость, содержащая сульфаты железа и ртути (в 1 л Н2О 200 е H2S04, 0,4 г Hg, 40 г окислов железа). Ацетилен, барботируя через жидкость, переходит в ацетальде­гид по реакции: