Произвести технологические расчеты по производству полисульфидного каучука ТВС. Детально разработать процесс поликонденсации

 

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 1. Описание аппаратурно-технологической схемы производства

 

 

Процесс получения жидких полисульфидных полимеров многостадийный и состоит из следующих основных стадий:

• приготовление шихты;
• поликонденсация и десульфирование;
• отмывка дисперсии тиокола;
• расщепление дисперсии тиокола;
• коагуляция водной дисперсии и отмывка коагулюма;
• отмывка, предварительное обезвоживание;
• сушка и фильтрация.

 

Приготовление шихты

Шихта готовится в  реакторе Р, куда по указателю уровня подается формаль. На имеющийся формаль  загружается рассчитанное количество ТХП по указателю уровня и производится перемешивание смеси не менее 1 часа. После получения шихты отбирают пробу на анализ. Шихта из реактора насосами подается в мерник по указателю уровня. При получении некондиционной шихты производится ее исправление путем добавки того или иного компонента, и перемешиваем не менее 1 часа.

 

Поликонденсация и десульфирование

Поликонденсация осуществляется в реакторе в 4 последовательные стадии:

Первая стадия – поликонденсация  формалевой шихты с тетрасульфидом натрия.

В реактор насосом  загружается раствор тетрасульфида  натрия и подогревается до температуры  от 45 до 50⁰C подачей пара в рубашку или змеевик аппарата, включается мешалка. Затем самотеком в реактор подается раствор едкого натра и раствор хлористого магния, температура смеси доводится до 60⁰C и начинается подача формалевой шихты в реактор при температуре от 60 до 65⁰С в течение не менее 30 минут. После подачи шихты проводится реакция поликонденсации при температуре от 90 до 95⁰C при непрерывном перемешивании реакционной массы в течение 130 минут. Реакция поликонденсации ведется в присутствии диспергатора, который образуется в результате реакции щелочи и хлористого магния.

Вторая стадия – десульфирование  дисперсии.

В реактор самотеком  загружается раствор едкого натра, и реакционная масса выдерживается  при непрерывном перемешивании  и температуре от 90 до 95⁰C, от 120 до 130 минут.

Третья стадия – повторная  поликонденсация, проводится для более  полного использования тетрасульфида  натрия.

В реактор самотеком  загружается расчетное количество формалевой шихты, и реакционная  масса выдерживается при температуре  от 90 до 95⁰C и непрерывном перемешивании от 60 до 70 минут.

Четвертая стадия – десульфирование  дисперсии.

В реактор самотеком  подается раствор едкого натра, и  реакционная масса выдерживается  при непрерывном перемешивании  и температуре от 90 до 95⁰C, от 60 до 70 минут.

После окончания поликонденсации водная дисперсия полимера охлаждается, путем подачи промышленной воды в рубашку или в змеевик аппарата и затем передавливается сжатым азотом давлением 2,5 кгс/см² на отмывку. Отдувки из реактора поступают на каплеотбойник. Конденсат из каплеотбойника сливается в емкость.

 

Отмывка дисперсии

Отмывка нерасщепленной дисперсии фильтрованной водой  производится с целью удаления из дисперсии не вошедшего в реакцию  раствора полисульфида натрия и солей, образовавшихся в процессе поликонденсации и десульфирования.

Дисперсия подвергается отмывке фильтрованной  водой, нагретой до температуры от 40 до 70⁰C в теплообменнике. Отмывка дисперсии осуществляется путем многократного повторения процессов:

• залив дисперсии водой при непрерывной работе мешалки;
• перемешивание;
• отстой дисперсии;
• слив воды в канализацию щелочных стоков через ловушку.

Отмывка дисперсии ведется  до бесцветной или слабо-желтой окраски  промывной воды, при этом число  отмывок должно быть не менее четырех. Срок хранения отмытой дисперсии до подачи на расщепление не более 24 часов.

 

Расщепление дисперсии

Расщепление дисперсии  тиокола – это процесс уменьшения молекулярного веса тиокола путем  деления молекулы с помощью расщепляющего  агента. Этим процессом регулируется вязкость тиокола. Расщепляющим агентом является сульфогидрат натрия. Сульфит натрия служит для связывания выделяющейся свободной серы. Одна молекула сульфогидрата натрия расщепляет молекулу тиокола на две части. Чем больше будет подано на расщепление сульфогидрата натрия, тем ниже вязкость тиокола и наоборот, т. е. в зависимости от количества расщепляющих реагентов при расщеплении дисперсии получаются тиоколы разных марок (1,2 или НВБ-2, ТСД, НВТС-25-1).

Раствор гидросульфида натрия принимается  по трубопроводу со склада жидких продуктов, откуда давлением азота до 2,5 кгс/см² передавливается в сборник. Раствор сульфита натрия принимается по трубопроводу в сборник.

После приема дисперсии в реактор  производится 12–15 минутное перемешивание. Затем отбирается проба на определение  массовой доли сухого остатка. По результатам анализа производится расчет необходимого количества сульфита натрия и гидросульфида натрия для проведения процесса расщепления.

Загруженную в реактор отмытую  дисперсию нагревают при перемешивании  до температуры от 35 до 45⁰C, при этой температуре в реактор загружают рассчитанное количество раствора сульфита натрия, затем реакционную смесь нагревают до температуры 75±5⁰C в течение не менее 30 минут и подают гидросульфид натрия. Реакционную смесь нагревают до 82⁰C при непрерывном перемешивании. Время подогрева реакционной массы не должно превышать 1,5 часа. Через 15 минут после достижения указанной температуры смесь охлаждается подачей промышленной воды в рубашку и змеевик аппарата (время охлаждения реакционной массы до температуры не более 40⁰C не должно превышать 1,5 часа, в летнее время допускается увеличение времени охлаждения). Для более полного удаления газов из реактора на систему нейтрализации производят продувку азотом в течение не менее 15 минут. Охлажденная, расщепленная дисперсия передавливается на коагуляцию.

Газы стравливания из реактора через  каплеотбойник поступают на нейтрализацию  на скруббер. Скруббер орошается циркулирующим  в системе раствором щелочи. Раствор  щелочи готовится в аппарате для  приготовления щелочи и оттуда непрерывно подается насосом в верхнюю часть скруббера, газы стравливания поступают снизу. По мере охлаждения через скруббер газы очищаются от сероводорода и сернистого газа за счет их вступления в реакцию со щелочью, и после очистки выбрасываются в атмосферу. Раствор щелочи со скруббера возвращается в аппарат для приготовления щелочи и вновь подается на орошение. Отработанный раствор щелочи (скрубберная жидкость) откачивается в корпус 451.

 

Коагуляция водной дисперсии  и отмывка коагулюма

Коагуляция расщепленной дисперсии  производится разбавленной серной кислотой в реакторе снабженным мешалкой, рубашкой и змеевиком для охлаждения промышленной водой и отогрева паром.

При добавлении разбавленной серной кислоты к расщепленной дисперсии  происходит взаимодействие диспергатора (гидроокиси магния) с кислотой, происходит разрыв оболочки диспергатора, частицы слипаются, укрупняются, образуя сплошную массу – коагулюм.

Разбавленная серная кислота принимается из корпуса 451 в мерники. Из мерников кислота самотеком небольшими порциями подается на коагуляцию в реактор при непрерывном перемешивании. Реакция экзотермическая, температура при проведении процесса коагуляции должна быть не более 30⁰C и поддерживается подачей охлаждающей воды в рубашку реактора.

Процесс коагуляции считается  законченным при pH среды от 3 до 5 pH. После окончания процесса коагуляции для более полного удаления образовавшихся при реакции газов из реактора, на систему нейтрализации производят продувку азотом в течение не менее 15 минут. Для отмывки коагулюма от кислоты в реактор заливается фильтрованная вода и включается в работу мешалка. После перемешивания мешалка выключается и дается отстой коагулюма от промывной воды в течение не менее 20 минут.

По окончании отстоя промывная вода отсифонивается из реактора в ловушку. Из ловушки через гидрозатвор кислые воды поступают в резервуар в корпусе 451.

Операция отмывки проводится до pH промывной воды от 6 до 6,5 pH и до нейтральной среды коагулюма (по метилоранжу). Отмытый коагулюм сжатым азотом передавливается в сборник. Периодически производится освобождение от коагулюма ловушки в сборник.

Газы стравливания из реактора через каплеотбойник поступают  на нейтрализацию в скруббер. Из скруббера газовая фаза непрерывно отсасывается в каплеотбойник вентилятором. Скруббер орошается циркулирующим раствором щелочи. Раствор щелочи готовится в аппарате для приготовления щелочи, откуда непрерывно подается насосом в верхнюю часть скруббера, газы стравливания поступают снизу. По мере прохождения через скруббер газы очищаются от сероводорода и сернистого газа за счет их вступления в реакцию со щелочью, и после очистки через каплеотбойник выбрасываются в атмосферу через воздушку вентилятора. Раствор щелочи со скруббера возвращается в аппарат для приготовления щелочи и вновь подается на орошение.

 

Отмывка и предварительное  обезвоживание

Отмывка коагулюма на центрифугах осуществляется горячей  фильтрованной водой, нагретой в  теплообменнике до температуры не выше 80⁰C.

Смесь воды и коагулюма  через эжектор поступает в центральное отверстие нижней крышки вращающегося ротора. Проходя через центральное отверстие, струя смеси разбивается о пластинку, отражается и отбрасывается к внутренней стенке ротора. Подхваченная ротором и увлеченная им во вращение смесь оказывается в поле действия центробежных сил. Так как удельные веса коагулюма и воды различны, то и развиваемые ими центробежные силы различны, поэтому движение смеси по ротору сопровождается разделением ее на обезвоженный коагулюм полимера и воду. Коагулюм полимера, обладающий большим удельным весом, отбрасывается к стенке ротора и через боковой канал верхней части ротора выходит на нижнюю тарелку, откуда сливается в сборник участка сушки полимера. В случае необходимости возможно повторное центрифугирование коагулюма из сборников участков сушки.

Вода, обладающая меньшим  удельным весом, чем коагулюм, вытесняется  к центру ротора и через центральные  каналы попадает на верхнюю тарелку, с которой сливается в ловушку.

Промывные воды через  ловушку и гидрозатвор сбрасываются в резервуар в корпусе 451.

Коагулюм, уловленный в  ловушке, через сборник возвращается на переработку. Коагулюм из центрифуги самотеком сливается в реактор  на стадии сушки.

 

Сушка

Сушка полимера производится при подачи пара в рубашку реактора и при вакуумметрическом давлении (не менее 0,85 кгс/см²) создаваемом вакуум-насосом. Реактор подключается к вакуум-насосу через каплеотбойник, в котором происходит конденсация паров влаги и улавливание коагулюма на вакуумной линии. Каплеотбойник периодически освобождается через нижний слив. Температура сушки не более 85⁰C.

В случае получения некондиционного  полимера его доводят до кондиции смешиванием разных технологических  операций в реакторе сушки или  в реакторе усреднения или дополнительной сушкой.

Полимер, полученный из полимерной суспензии, выпускается отдельной партией марки НВБ-2 или смешивается с серийными партиями полимера НВБ-2 на стадии сушки или усреднения.

Высушенный тиокол, при  соответствии по вязкости и влаге  требованиям к выпускаемой продукции, подеется через фильтры Ф в тару. В случае получения неконденсационного по вязкости тиокола, то он доводится до кондиции путем усреднения разных по вязкости тиоколов в реакторах Р VII после чего фильтруется.

После фильтрации тиокол разливается в тару. И из тары подаётся на паспортный анализ. При фильтрации тиокола в железнодорожные цистерны тиокол отбирается на паспортизацию.

 

 

 

Основные изменения, внесенные в проект

Наиболее длительной стадией производства тиокола является стадия отмывки дисперсии полисульфидного полимера от избытка полисульфида натрия, хлористого натрия и других минеральных солей.

На базовом производстве длительность этого процесса составляет 24 часа. Большая длительность отмывки приводит к простою других аппаратов, и, следовательно, уменьшению производственной мощности.

Для снижения длительности отмывки добавляем в реактор  полиакриламид, который увеличивает  скорость осаждения дисперсии. Время отмывки сокращается с 24 до 12 часов. Благодаря этому возрастает производительность реактора, уменьшается количество аппаратов и увеличивается производительная мощность.

Одним из показателей  качества тиокола является его окрашенность. Светлые тиоколы стоят дороже, чем темные. На базовом производстве получают темные полимеры.

Для получения более  светлых тиоколов на стадии расщепления  в реакционную массу вводят катапав, а на стадии коагуляции – трилон Б. Тиоколы, полученные с применением этих добавок, на 25% светлее. Улучшение качества продукта приводит к увеличению отпускной цены на, что увеличивает прибыль.

Полная схема получения  тиокола включает в себя около 20 технологических стадий в том  числе: синтез формаля, получение дисперсии, десульфирование, расщепление, коагуляция и так далее. Схематически синтез полисульфидных олигомеров можно изобразить в следующем виде.    

    Блок – схема существующей технологии

1. Синтез формаля
2. Получение дисперсии
3. Отмывка
4. Расщепление и коагуляция
5. Отмывка
6. Центрифугирование
7. Щелочные стоки
8. Локальная очистка
9. Кислые стоки