Высокомолекулярные соединения

Содержание

 

 

1     Мономеры исходные продукты для получения ВМС                               3

2   Промышленное получение:

2.1 Этилена                                                                                                            5

2.2  Пропилена                                                                                                       7

2.3  Бутилена                                                                                                        10

2.4  Ароматических углеводородов                                                                    11

2.5  Фурфурола                                                                                                    13

3     Схемы синтеза полимеров на основе данных мономеров

3.1 Технологическая схема процесса производства полиэтилена

       в трубчатом   реакторе                                                                                 15

3.2  Технологическая схема процесса производства полипропилена             18

       Приложение                                                                                                   20

       Список  использованной литературы                                                           24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         1 Мономеры исходные продукты для получения ВМС

 

 

Мономер  — это низкомолекулярное вещество, образующее полимер в реакции полимеризации. Мономерами также называют повторяющиеся звенья (структурные единицы) в составе полимерных молекул.

Низкомолекулярные полимеры, образованные из небольшого количества мономеров и способные, в свою очередь, к полимеризации, принято  называть олигомерами.

Способность к полимеризации  в основном обусловлена наличием двойных связей в их молекулах.

Мономеры различают по функциональности. Бифункциональными  называют мономеры, имеющие две реакционноспособные  функциональные группы. Трифункциональными - соответственно три и т.д. Строго говоря, монофункциональными мономеры быть не могут, так как такие вещества не способны к полимеризации, "обрывая" растущую полимерную цепь, но всё же могут использоваться для модификации  молекулярной массы и молекулярно-массового  распределения готового полимера и  в качестве "активных разбавителей" для модификации технологических  свойств реакционной смеси.

Функциональность мономера не является постоянной величиной и  зависит от условий проведения реакции. Например, в реакциях с эпоксидными  или глицидиловыми группами глицерин при температурах ниже 80°C проявляет  себя как бифункциональный мономер. При температурах выше 120°C - как трифункциональный. Бифункциональные мономеры образуют линейные (строго говоря - линейно-разветвлённые) полимеры. Трифункциональные и с  более высокой функциональностью - сетчатые, "трёхмерные", характеризующиеся  неплавкостью и нерастворимостью.

 

 

 

 

 

 

 

 

Стоит отметить, что другие низкомолекулярные вещества принято  называть димерами, тримерами, тетрамерами, пентамерами и т. д., если они, соответственно, состоят из 2, 3, 4, и 5-ти мономеров.

Приставку олиго- (сахариды, меры, пептиды) добавляют в общем случае, когда полимер состоит из небольшого количества мономеров.

 

 

Мономеры могут быть как  органическими, так и неорганическими.

Примерами органических мономеров  могут служить молекулы ненасыщенных углеводородов, таких как алкены и алкины. К примеру, полимеризация  этена приводит к образованию  такой широко известной пластмассы, как полиэтилен.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Также в промышленности широко используют акриловые мономеры — акриловую кислоту, акриламид.

В результате полимеризации  природных мономеров — аминокислот, образуются белки. Мономеры глюкозы образуют различные полисахариды — например крахмал.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 Промышленное получение этилена

 

 

Этилен или этен — это  бесцветный горючий газ, обладающий слабым мускатным и сладким запахом. Его химическая формула C₂H₄. Этен является простейшим алкеном (ненасыщенные углеводороды, имеющие одну двойную связь между соседними атомами углерода). Молярная масса — 28,05 г/моль. Температура плавления — -169,2 °С, температура кипения — -103,7 °С. Температура вспышки — -136 °С, самовоспламенения — +542,8 °С.

В 1680 году И. Берхером (немецкий врач и химик) из винного спирта при воздействии на него купоросным маслом (так в то время называлась серная кислота) было впервые осуществлено получение этилена из этилового спирта.

 

 

 

 

 

 

Структурную формулу этилена  в 1860 году установил русский химик  А. М. Бутлеров в результате реакции  йодистого метилена с медью. Этот газ чуть легче воздуха, он плохо  растворяется в воде, в органических растворителях — хорошо.

Получение этилена и изучение его свойств, начало которого относится  к середине 19 века, привело сегодня  к тому, что этилен является самым  востребованным органическим соединением.

Этилен применяют в  качестве сырья в производстве полиэтиленов высокого и низкого давления, сэвилена и других полимерных материалов, полученных в процессе сополимеризации с  различными сомономерами.

Также его используют для  получения этилбензола и стирола, окиси этилена, винилхлорида, винилацетата, уксусной кислоты, этилового спирта и этиленгликоля.

Рост производственных мощностей  нацеленных на производство этилена главным образом обусловлен расширением рынка полимерных материалов. Полиэтилены различных типов потребляют более половины мирового производства этилена.

Этот полимерный материал является самым используемым в мире пластиком. Из него изготавливают пленки различного назначения. Другое важнейшее  направление использование этилена  — это его окисление с целью  получения окиси этилена, являющейся основным сырьем в производстве поверхностно-активные веществ и моющих средств.

Окись этилена подвергается гидратации, в результате получают этиленгликоль. Он широко используется в качестве автомобильного антифриза.

Сегодня получение этилена  осуществляется в основном в результате пиролиза прямогонного бензина или  широкой фракции легких углеводородов.

В России и бывших республиках  СССР действуют установки различной  мощности, построенные как по отечественным (Гипрокаучук, ВНИПИНефть, Башгипронефтехим), так и по зарубежным технологиям (Linde AG).

Действующие производства можно  разделить на три группы: небольшой  мощности (30 и 60 тыс. тонн этилена в  год), средней (100 и 200 тыс. тонн в год) и высокой (300 и 450 тыс. тонн этилена  в год).

Сейчас в мире эксплуатируются  установки с гораздо большей  мощностью: от 400 до 500 и даже до 800 тысяч  тонн этилена в год. Такой рост производства позволяет сокращать  удельные материальные, энергетические и капитальные затраты.

Получение этилена осуществляется на химических производствах, включающих установку пиролиза, установку газоразделения, установку химводоочистки.

 

 

Сырье - бензин или другая светлая фракция нефтедобычи  или нефтепереработки в смеси  с водяным паром (для снижения процесса образования кокса в  трубах печей).

Сырье поступает в печи пиролиза, где при температуре  от 750 до 900 °С образуется пирогаз, состоящий  из водорода и углеводородов, в молекулах  которых содержится от одного (метан) до двадцати углеродных атомов. Тепло  пирогаза утилизируется в специальных  аппаратах, где вырабатывается из химочищенной воды пар высокого давления, а охлажденный  пирогаз поступает на установку  выделения смолы пиролизной (тяжелой) и пироконденсата.

После этого пирогаз, содержащий в основном углеводороды от С₁ до С₄, подается на турбокомпрессор (турбины приводятся в действие паром высокого давления), откуда под давлением подается на ректификационные колонны установки газоразделения.

Здесь происходит выделение  таких основных продуктов, как этилен и пропилен (выход его, по сравнению  с этиленом, всегда в 2 раза меньше), а также побочных продуктов: водород, метан, этан, пропан, бутилен-бутадиеновая фракция, смола пиролизная легкая или  компоненты автомобильных бензинов.

Возможно также получение  этилена каталитическим пиролизом. В промышленных масштабах этот метод  не реализован, хотя его испытания  в нашей стране в свое время  проводились не только на лабораторных установках, но и в промышленных условиях.

Преимуществом его является возможность снижения температуры  пиролиза за счет применения катализаторов. В результате повышения избирательности (селективности) процесса повышается, по сравнению с термическим пиролизом, выход этилена и пропилена, сокращается образование побочных продуктов, а также кокса.

В настоящее время исследователи  в разных странах работают в направлении  поиска эффективного катализатора и  аппаратурного оформления процесса.

 

 

2.2 Промышленное получение пропилена

 

 

Пропилен (пропен) СН₂=СН-СН₃ — непредельный (ненасыщенный) углеводород ряда этилена. Пропилен представляет из себя газообразное вещество с низкой температурой  кипения t _кип = -47,7°С и температурой плавления t_пл= -187,6 °С, оптическая плотность d²⁰₄ = 0,5193. В газах крекинга нефти он содержится в количестве 5—18% (по массе).

В природе алкены встречаются  редко. Обычно пропилен выделяют из газов нефтепереработки (при крекинге сырой нефти в кипящем слое (процесс фирмы BASF), пиролизе бензиновых фракций) или попутных газов, а также из газов коксования угля.

Существует несколько  видов пиролиза пропилена: пиролиз  в трубчатых печах, пиролиз в реакторе с кварцевым теплоносителем (процесс фирмы Phillips Petroleum Co.), пиролиз в реакторе с коксовым теплоносителем (процесс фирмы Farbewerke Hoechst), пиролиз в реакторе с песком в качестве теплоносителя (процесс фирмы Lurgi), пиролиз в трубчатой печи (процесс фирмы Kellogg), процесс Лавровского—Бродского, автотермический пиролиз по Бартоломе.

 

 

 

 

 

В промышленности пропилен получают также дегидрированием алканов в присутствии катализатора (Сr₂О₃, Аl₂О₃). Промышленным способом получения пропилена наряду с крекингом служит дегидратация пропанола над оксидом алюминия:

 

 

 

 

 

Рассмотрим более подробно пиролиз в трубчатой печи (процесс фирмы Kellogg)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В разработанном фирмой Kellog. Со. (Нью-Йорк) процессе  используют в качестве сырья для пиролиза преимущественно тяжелую бензиновую фракцию или газойль. Исходный продукт предварительно нагревают в трубчатой печи до 590—680 °С в присутствии небольшого количества водяного пара. При этом уже происходит некоторый крекинг. Выходящий из трубчатой печи исходный продукт смешивается с водяным паром и подогревается в отдельно стоящем подогревателе до ~ 930 °С, после чего в изолированной трубе проводится пиролиз (время контакта не должно превышать 1с).

Пар обеспечивает пиролиз  необходимым теплом и должен уменьшить вторичные реакции путем снижения парциального давления углеводородов. Кроме того, добавка пара сильно сокращает выделение кокса. После окончания пиролиза газы попадают в котел-утилизатор для выработки пара высокого давления. Там они сразу охлаждаются до 200—260 °С. Благодаря очень хорошему теплообмену процесс, потребляющий так много пара, технически приемлем. Из котла-утилизатора газы направляются в ректификационную колонну, где отделяется кубовый остаток, применяемый в качестве топлива. Из верхней части колонны выходят водяной пар, легкие углеводороды и газ. Часть углеводородов вместе с водяным паром конденсируется и используется для орошения колонны, часть — отводится на разделение. Газ попадает в компрессорную установку и перерабатывается там обычным способом.

В таблице указанной ниже приведен выход продуктов при пиролизе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Значительное количество пропилена идет на получение кумола (изопропилбензола), который служит высокооктановой добавкой к моторному  топливу и исходным продуктом  для получения фенола и ацетона. Ацетон из пропилена получают также  другим путем — через изопропиловый  спирт.

Кроме того, пропилен используется как сырье для получения глицерина, акрилонитрила, синтетических моющих средств типа алкиларилсульфонатов, так называемого полимер-бензина  и др. Полимеризацией пропилена получают важный синтетический материал —  полипропилен.

 

 

2.3 Промышленное получение  бутилена

 

 

Бутилен  C₄H₈ — непредельный углеводород. Существуют 1-бутен (α - бутилен) СН₂—СНСН₂СН₃; 2-бутен (β - бутилен, псевдобутилен) СН₃СН—СНСН₃ (в виде цис- и транс-изомеров); изобутен (изобутилен, 2-метилпропен) (СН₃)₂С=СН₂ (изо-бутен). Бутены – бесцветные газы с резким, неприятным запахом.