ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИМЕРОВ, В ТОМ ЧИСЛЕ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ (ИТС 32-2022)

бонат подаётся на установку ДФК. Метанол извлекается с верхней части колонны сепа-

рации ДМК и хранится в резервуаре МЕ. Жидкость с низа реактора ДМК подаётся в ко-

лонну сепарации и дистиллируется. Метанол извлекается с верхней части колонны се-

парации и затем подаётся в резервуар МЕ. Смесь этиленгликоля, катализатора и тяжё-

лых компонентов извлекается с низа колонны сепарации и подаётся в колонну очистки.

В колонне очистки продукт этиленгликоля извлекается в качестве побочной фракции и

затем подаётся в ёмкости. Тяжёлые компоненты с катализатором сливаются с низа ко-

лонны очистки и затем подаются в ёмкость сточных вод. Метанол поступает обратно с

установки ДФК. Метанол, находящийся в резервуаре, подаётся в секцию реакции.

Синтез дифенилкарбоната ( ДФК)

Очистка сырого диметилкарбоната (ДМК) и дистиллята колонны МФК от метанола

производится в колонне очистки ДМК. Дистиллят колонны МФК подаётся в колонну

очистки ДМК. Метанол из колонны очистки ДМК направляется в резервуар МЕ. Кубовая

жидкость из колонны очистки ДМК выводится в колонну МФК.

Синтез метилфенилкарбоната (МФК) протекает в реакционной колонне МФК. Ка-

тализатор и рецикловый фенол подаётся в колонну МФК. Дистиллят колонны МФК пода-

ётся в колонну очистки ДМК, кубовая жидкость из куба колонны подаётся в колонну ДФК.

Синтез дифенилкарбоната протекает в реакционной колонне ДФК. Кубовый про-

дукт колонны МФК и катализатор кубового продукта колонны сепарации высококипящих

подаются в среднюю часть колонны ДФК. Дистиллят колонны ДФК выводится в резер-

вуар хранения смеси МФК и фенола, кубовая жидкость колонны откачивается в колонну

сепарации высококипящих.

Колонна сепарации высококипящих предназначена для выделения катализатора

из кубового продукта колонны ДФК. Кубовая жидкость колонны ДФК и кубовая жидкость

колонны подаются в кубовую часть колонны сепарации высококипящих. Дистиллят ко-

лонны выводится в колонну очистки ДФК, кубовая жидкость откачивается в колонну ДФК.

Колонна очистки ДФК предназначена для разделения верхнего продукта колонны

сепарации высококипящих с целью выделения чистого дифенилкарбоната. Дистиллят

колонны сепарации высококипящих поступает в колонну очистки ДФК. Дистиллят ко-

лонны подаётся в качестве питания в колонну выделения среднекипящих, в колонну

ДФК. ДФК выводится из колонны очистки ДФК боковым погоном в резервуары хранения

ДФК, а кубовая жидкость колонны откачивается в колонну регенерации фенола.

Колонна выделения анизола предназначена для очистки рециклового фенола от

анизола. Рецикловый фенол из резервуара хранения смеси МФК и фенола подаётся в

качестве питания в колонну. Дистиллят колонны выводится в резервуар хранения смеси

МФК и фенола, фракция анизола из бокового отбора колонны выводится в резервуар

хранения сточной жидкости, кубовая жидкость откачивается в резервуар хранения смеси

МФК и фенола.

Колонна регенерации фенола предназначена для выделения фенола из смеси по-

токов с установок ДФК и ПК. Дистиллят колонны направляется в резервуар хранения

фенола МФК, ДФК из бокового отбора направляется в колонну выделения среднекипя-

щих.

Синтез поликарбоната

Начальная смесь (НС) готовится расплавлением и смешиванием бисфенола-А

(БФА) с дифенилкарбонатом (ДФК) в ёмкости приготовления начальной смеси. Готовая

420

НС из ёмкости откачивается попеременно в ёмкости хранения готовой НС и подаётся в

первый предреактор.

В первом предреакторе осуществляется синтез поликарбоната методом поликон-

денсации дифенилкарбоната (ДФК) с бисфенолом А (БФA) с получением форполимера.

Форполимер из предреактора подаётся во второй предреактор.

Во втором предреакторе осуществляется синтез поликарбоната с увеличенной

молекулярной массой. Форполимер из второго предреактора выводится в первый реак-

тор подготовки. Выделяющиеся в процессе синтез поликарбоната фенол отводятся в

колонну регенерации фенола.

В первом реакторе подготовки производится насыщение форполимера азотом. По

мере движения вниз расплав полимера насыщается азотом. Насыщенный азотом фор-

полимер из реактора подаётся в первый главный реактор.

В первом главном реакторе осуществляется синтез поликарбоната с получением

расплава поликарбоната с повышенной молекулярной массой. Для снижения парциаль-

ного давления фенола в реактор подаётся азот. Расплав поликарбоната из реактора по-

даётся во второй реактор подготовки. Выделяющиеся в процессе синтеза поликарбо-

ната фенол отводится в колонну регенерации фенола.

Во втором реакторе подготовки производится насыщения расплава поликарбо-

ната азотом. По мере движения, расплав поликарбоната насыщается азотом. Насыщен-

ный азотом расплава поликарбоната из реактора подаётся во второй главный реактор

линии «А» и второй главный реактор линии «В».

Во втором главном реакторе линии «А» и во втором главном реакторе линии «В»

осуществляется синтез поликарбоната методом поликонденсации ДФК с БФA с получе-

нием расплава поликарбоната целевой молекулярной массой. Для снижения парциаль-

ного давления фенола в реактор подаётся азот. Расплав поликарбоната из реакторов

подаётся в экструдеры. Выделяющиеся в процессе синтеза поликарбоната фенол отво-

дится в колонну регенерации фенола.

В экструзии из расплава поликарбоната получается гранулированный поликарбо-

нат определённого размера гранул. Ввод расплава добавок производится в экструдеры,

где они смешиваются с расплавом полимера, после чего расплав полимера с добавками

экструдируется через фильеру с получением расплава полимера в виде нитей (стренг).

Стренги поступают в гранулятор, где образуются гранулы. Гранулы поликарбоната через

в приёмный бункер пневмотранспортом направляются в технологические бункеры для

накопления и сортировки.

421

Синтез бисфенола А

Получение бисфенола А основано на синтезе фенола с ацетоном в присутствии

кислотного катализатора (катионообменной смолы) в трех реакторах проточного типа,

установленных последовательно. Реакция является экзотермической.

С целью извлечения сырья (фенола и ацетона), не вступивших в реакцию в реак-

торах, выходящий из последнего реактора поток подается в колонну дегидратации. Эта

колонна работает под вакуумом, и отделяет бисфенол А (БФА) с фенолом (куб) от воды

и ацетона, который далее поступает в колонну регенерации ацетона для разделения на

ацетоновую фракцию (дистиллят) и фракцию воды с фенолом. Ацетоновая фракция из

колонны регенерации ацетона направляется в колонну очистки ацетона, для дополни-

тельной очистки от метанола, поступающего в незначительном количестве со свежим

ацетоном. Дистиллят колонны - фракция ацетона с метанолом, направляется на сжига-

ние в факельную систему. Кубовая часть - чистый ацетон, направляется обратно в ре-

акцию.

Фракция воды с фенолом из кубовой части колонны регенерации ацетона посту-

пают в колонну регенерации фенола, где осуществляется азеотропная дистилляция с

использованием этилбензола для выделения фенола. Сточные воды, содержащие не-

большое количество фенола, выводятся из верхней части колонны (дистиллят) и

направляются на переработку в производство фенола и ацетона (щелочная очистка от

фенола). Фракция фенола со смолистыми побочными продуктами реакции из кубовой

части колонны регенерации фенола поступает в колонну очистки фенола, где разделя-

ется на чистый фенол, который возвращается в реакцию и смолистый остаток БФА, куб

колонны, который направляется на сжигание в факельную систему.

Поток (БФА 20 % и фенол 80 %) из кубовой части колонны дегидратации поступает

в выпарные аппараты-концентраторы фенола, где происходит концентрирование БФА.

Часть фенола отделяется и возвращается обратно в блок реакции, а концентрированная

жидкость (БФА 52 % и фенол 48 %) из кубовой части поступает далее в кристаллизатор

для очистки БФА от посторонних примесей, таких как побочные продукты реакции: изо-

мер, трисфенол и производные хромана. Кристаллизатор работает под вакуумом, и кри-

сталлы аддукта (БФА : фенол (1:1)) осаждаются в результате адиабатного охлаждения

в результате испарения воды и фенола в вакууме. Суспензия (кристаллы аддукта и жид-

кость) поступает в горизонтальный вакуумный фильтр, где кристаллы отделяются от

жидкости, промываются фенолом и направляются в расплавитель. Фенол после про-

мывки кристаллов направляется в колонну-дегидратор рекристаллизатора для удаления

воды. Обезвоженный фенол направляется на переработку в концентраторы фенола.

Выделенная в колоннах -дегидраторах вода, используется повторно в процессах сме-

шения при вводе жидкости с высоким содержанием БФА в кристаллизатор и рекриста-

лизатор.

Расплавленные кристаллы аддукта из расплавителя подаются в рекристаллиза-

тор. Рекристаллизатор работает под вакуумом, и кристаллы аддукта осаждаются в ре-

зультате адиабатного охлаждения в результате испарения воды и фенола в вакууме.

Далее кристаллы Аддукта поступают в центрифугу, где отделяются от жидкости и про-

мываются фенолом. Отделенная жидкость с содержанием фенола после промывки

направляются в колонну-дегидратор рекристаллизатора для удаления влаги. Отделен-

ные кристаллы расплавляются в расплавителе и направляются в систему испарителей

422

фенола для удаления фенола. Остаточный фенол из БФА удаляется в отпарной колонне

путем непосредственного введения пара в колонну.

Гранулирование бисфенола А

Расплавленный БФА из кубовой части отпарной колонны поступает в верхнюю

часть грануляционной башни и распыляется по колонне. Распыленный БФА охлажда-

ется азотом, поступающим противотоком с низа башни и превращается при падении в

гранулы, которые выводятся из нижней части грануляционной башни и транспортиру-

ются в силосы хранения БФА для дальнейшей упаковки и отгрузки потребителю.

Выходящий из верхней части башни азот подается в рукавный фильтр для удале-

ния унесенных частиц порошкообразного БФА. Уловленные в фильтре частицы БФА рас-

плавляются и откачиваются в концентратор фенола.

Часть очищенного азота после рукавного фильтра вторично подается в грануля-

ционную башню, а часть направляется в адсорбер для более тонкой очистки азота. В

качестве адсорбента используется активированный уголь. После адсорбера очищенный

азот возвращается в рецикл в грануляционную башню.

Данный производственный процесс получения БФА - это процесс без применения

меркаптана, безвредный для окружающей среды и соответственно более безопасный с

точки зрения эксплуатации и экологии. Также производство бисфенола А имеет свою

факельную установку закрытого типа, обеспечивающую максимально возможную утили-

зацию образующихся на производстве отходов.

Схема процесса производства поликарбоната методом поликонденсации дифе-

нилкарбоната с бисфенолом А приведена на рисунке 10.3.

Рисунок 10.3 - Схема процесса производства поликарбоната

методом поликонденсации дифенилкарбоната с бисфенолом А

Описание технологического процесса приведено в таблице 10.1, перечень основ-

ного оборудования - в таблице 10.2.

423

Таблица 10.1 - Описание технологического процесса производства поликарбонатов

Выходной поток

Основное

Стадия техно-

Природоохран-

Основные, по-

Входной

Технологиче-

логического

ное оборудова-

бочные и про-

поток

ское оборудо-

Эмиссии

процесса

ние

межуточные

вание

продукты

3.1

3.2

Оксид эти-

Синтез этилен-

Этилен-карбо-

Реакторы, вы-

лена

карбоната

нат

парной аппа-

СО2

рат

Этилен-

Синтез диме-

ДМК,

Экструдеры

карбонат

тилкарбоната

Этиленгли-

Метанол

(ДМК)

коль

ДМК

Синтез дифе-

ДФК

Бункера гомо-

Фенол

нилкарбоната

генизации

(ДФК)

Фенол

Синтез и гра-

БФА

Реакторы рек-

Ацетон

нулирование

тификацион-

бисфенола А

ная колонна,

кристаллиза-

тор, грануля-

тор

ДФК

Синтез поли-

Поликарбонат

Реакторы, экс-

Бисфенол

карбоната

трудеры

Таблица

10.2 - Перечень основного технологического оборудования производства

поликарбонатов

Наименование

Назначение обору-

Существенные характеристики

оборудования

дования

технологического оборудования

Объем - 12,8 м³

Реактор

Синтез ЭК

Давление расч. - 12,955 МПа

Температура расч. - 300 °С

Объем - 16,1 м³

Реактор

Синтез ЭК

Давление расч. - 6,69 МПа

Температура расч. - 250 °С

Объем - 3,3 м³

Реактор

Синтез ЭК

Давление расч. - 6,69 МПа

Температура расч. - 250 °С

Поверхность теплообмена - 14,7 м²

Выпарной аппарат

Выделение ЭК

Давление расч. - полн. вакуум / 0,918 МПа

Температура расч. - 200 °С

424

Продолжение таблицы 10.2

Наименование

Назначение обору-

Существенные характеристики

оборудования

дования

технологического оборудования

Объем - 237 м³

Реактор сепарации

Давление расч. - 0,194 МПа/вакуум Темпе-

Синтез ДМК

ДМК

ратура расч. - 138 °С Насадка - ситчатые та-

релки

Объем - 39 м³

Давление расч. 0,194 МПа/вакуум

Колонна очистки ЭГ

ВыделениеЭГ

Температура расч. - 180 °С

Насадка - ситчатые тарелки

Объем - 63,5 м³

Колонна сепарации

Давление расч. - 1,73 МПа

Выделение ДМК

ДМК

Температура расч. - 240 °С

Насадка - ситчатые тарелки

Объем - 709 м³

Давление расч. - 1,18 МПа

Температура расч. - минус 32 / 300 °С

Реакционно-ректи-

Насадка - ситчатые тарелки (МФК)

фикационная

ко-

Синтез ДФК

Объем - 637 м³

лонна МФК, ДФК

Давление расч. - 0,39 МПа

Температура расч. - минус 32 / 250 °С, сит-

чатые тарелки

Объем - 122 м³

Колонна

очистки

Выделение ДФК

Давление расч. - 0,19 МПа

ДФК

Температура расч. - минус 32 / 250 °С

Объем - 13,6 м³

Колонна сепарации

Выделение ДФК

Давление расч. - 0,19 МПа

анизола

Температура расч. - минус 32 / 200 °С

Объем - 89,5 м³

Колонна регенера-

Выделение ДФК

Давление расч. - 0,19 МПа

ции фенола

Температура расч. - минус 32 / 200 °С

Объм - 156 м³

Первый главный ре-

Синтез поликарбо-

Давление расч. - 0,5 МПа

актор

ната

Температура расч. - 320 °С

Объм - 198 м³

Второй главный ре-

Синтез поликарбо-

Давление расч. - 0,5 МПа

актор

ната

Температура расч. - 320 °С

Производительность - 4100-4500 кг/час

Количество шнеков - 2

Экструзия и грану-

Экструдеры

Скорость вращения шнеков

100-150

ляция ПК

об/мин

Мощность электродвигателя - 315 кВт

425

Окончание таблицы 10.2

Наименование

Назначение обору-

Существенные характеристики

оборудования

дования

технологического оборудования

Объм - 225 м³

Технологические

Хранение ПК

Давление расч. - минус 5 / 70 mbar

блендеры

Температура расч. - 80 °С

Давление рабочее - до 0,65 МПа изб.

Температура рабочая - 80 °С

Главный реактор

Синтез БФА

Внутреннее устройство - колпачки Джон-

сона

Ректификационные

Давление рабочее - 0,01-0,99 МПа; Темпе-

Синтез БФА

колонны

ратура рабочая - 112-180 °С

Дегидраторы

Синтез БФА

Давление рабочее - 0,027 МПа (абс.)

Производительность - 88 м³/ч

Кристаллизатор

Синтез БФА

Рабочее давление - 19 торр

Рабочая температура - 45 °С

Колонна отгонки фе-

Давление рабочее - 1,5 кПа (изб.) Темпера-

Синтез БФА

нола

тура рабочая - 41-67 °С

Грануляционная

Гранулирование

Давление рабочее - 1,5 кПа (изб.) Темпера-

башня

БФА

тура рабочая - 41-67 °С

426

10.1.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Показатели потребления сырья и энергоресурсов (нормы расхода) при производ-

стве поликарбонатов приведены в таблице 10.3.

В таблицах 10.4-10.6 представлена информация по выбросам, сбросам и образо-

ванию отходов производства поликарбонатов.

Таблица 10.3 - Показатели потребления сырья и энергоресурсов* при производстве

поликарбонатов

Единицы изме-

Расход на 1 т продукции

Наименование

рения

Минимальный

Максимальный

Окись этилена

т/т ПК

0,194

0,224

Диоксид углерода

т/т ПК

0,195

0,235

Метанол

т/т ПК

0,022

0,028

Фенол

т/т ПК

0,035

0,059

Бисфенол-А

т/т ПК

0,89

0,899

Фенол

т/т БФА

0,85

Ацетон

т/т БФА

0,27

кВт·ч/т ПК

344

575

Электроэнергия

кВт·ч/т БФА

273

т/т ПК

9,924

11,5

Пар

Гкал/т БФА

2,78

нм³/т ПК

49,5

Азот

нм³/т БФА

183

Чистая вода

т/т ПК

0,328

0,505

* Удельные расходы по потреблению энергоресурсов показаны только по энергоресурсам, поставляе-

мым со стороны, собственные энергоресурсы в расчетах удельных показателей не учтены

Таблица 10.4 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве поли-

карбонатов

Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете

на 1 т продукции, кг/т

Производство поликарбона-

Совместное производство поли-

Метод

тов

карбонатов и бисфенола А

Наименование за-

очистки, обра-

грязняющего веще-

ботки, повтор-

Диапазон

Среднее

Диапазон

ства

ного использо-

значение

Мини-

вания

Макси-

Сред-

маль-

Минималь-

Максималь-

мальное

нее зна-

ное

ное значе-

значе-

чение

значе-

ние

Азота диоксид

0,512

Азота оксид

0,088

Метан

0,006

0,013

Углерода оксид

0,065

0,1

Фенол

0,0087

0,025

Спирт метиловый

0,283

0,09

Ацетон

0,006

Диметилкарбонат

0,05

0,04

(ДМК)

427

Таблица 10.5 - Сбросы загрязняющих веществ при производстве поликарбонатов

Показатели сбросов загрязняющих веществ в расчете

на 1 т продукции, кг/т

Производство поликар-

Совместное производство по-

бонатов

ликарбонатов и бисфенола А

Наименование

Направле-

Диапазон

Сред-

Диапазон

загрязняющего

ние сбросов

нее

Сред-

вещества

Мини-

Макси-

Мини-

Макси-

значе-

нее

маль-

мальное

ние

значе-

ное

значение

ние

значе-

ние

Фенол, гидрок-

Сточные

0,0038

0,57

0,223

сибензол

воды

ХПК

направля-

–

3,16

48,08

23,01

ются на ме-

–

0,003

Нефтепродукты

ханическую

(нефть)

и биологиче-

скую очистку

Таблица 10.6 - Отходы, образующиеся при производстве поликарбонатов

Масса образующихся от-

ходов производства в рас-

чете

Способ утилиза-

Класс

на 1 т продукции, кг/т

Источник обра-

ции, обезврежи-

Наименование

опас-

Диапазон

зования

вания, разме-

Сред-

ности

Мини-

щения

Макси-

нее

мальное

значе-

значение

ние

Выгрузка ката-

Передача дру-

лизатора из от-

гим предприя-

Катализатор на

деления синтеза

тиям для ис-

основе оксида

III

этилен- и диме-

пользования,

0,074

0,096

0,085

титана отрабо-

тилкарбоната

переработки

танный

Работа инсине-

или обезврежи-

ратора

вания

Передача дру-

Катализатор на

Выгрузка отра-

гим предприя-

основе поли-

ботанной кати-

тиям для ис-

мера стирол-ди-

III

оно-обменной

2,80

3,60

3,22

пользования,

винилбензола

смолы с реакто-

переработки и

отработанный

ров

обезвреживания

428

Окончание таблицы 10.6

Масса образующихся от-

ходов производства в рас-

чете

Способ утилиза-

Класс

на 1 т продукции, кг/т

Источник обра-

ции, обезврежи-

Наименование

опас-

Диапазон

зования

вания, разме-

Сред-

ности

Мини-

щения

Макси-

нее

мальное

значе-

мальное

значе-

значение

ние

Уголь активиро-

ванный отрабо-

Передача дру-

танный загряз-

Выгрузка отра-

гим предприя-

ненный негало-

ботанного акти-

тиям для ис-

генированными

вированного

0,032

0,041

0,036

пользования,

органическими

угля из аппара-

переработки и

веществами (со-

тов

обезвреживания

держание ме-

нее 15 %)

Лом и отходы

Стадия расфа-

изделий из по-

совки и транс-

Вторичное ис-

0,032

0,041

0,036

ликарбонатов

портировки по-

пользование

незагрязненные

ликарбонатов

10.2 Полиамиды и полиамидные технические нити

10.2.1 Полиамиды

Полиамиды - высокомолекулярные соединения, содержащие в основной цепи

амидные группы (-NH-CO-). Полиамиды получаются в результате полимеризационно-

поликонденсационных процессов, которые придают конкретные химические свойства ко-

нечным продуктам.

Современная химическая промышленность выпускает следующие основные мо-

дификации продуктов:

- алифатические полиамиды (аморфные полимеры, кристаллизующиеся гомо- и

сополимеры);

- ароматические и полуароматические полиамиды (кристаллизующийся поли-

фталамид и некоторые аморфные продукты);

- стеклонаполненные полиамиды (модифицированные композиты, состоящие из

вяжущей смолы, стеклянных наполнителей и полиамидных нитей).

Известно два промышленных способа образования амидной группы.

Таким образом, линейный полиамид можно разделить на два типа:

- тип AB - получают путем полимеризации лактамов (циклических амидов) или

аминокислот, где A обозначает аминогруппу и В - карбоксильную группу и оба являются

429

частью одной и той же молекулы мономера. Наиболее важным полиамидом этой группы

является полиамид 6 (ПА 6), где «6» указывает количество атомов углерода в исходном

мономере (в этом случае капролактамe). Другими продуктами этой группы полиамидов

являются полиамид 11 и полиамид 12. Основная реакция, раскрытие кольца и аддитив-

ная полимеризация капролактама показаны на рисунке 10.4.

Рисунок 10.4 - Основная реакция полиамидов типа AB

- тип AA-BB - получают путем полимеризации диамина (обозначенного AA) и ди-

карбоновой кислоты (обозначенной BB). Главным представителем этого типа является

полиамид 66, где «66» обозначает 6 атомов углерода между двумя аминогруппами диа-

мина и 6 атомов углерода дикарбоновой кислоты. Основная реакция 1,6-гександиамина

и адипиновой кислоты показана на рисунке 10.5.

Рисунок 10.5 - Основная реакция полиамидов типа AA-BB

430

Найлоны - это первые синтетические полукристаллические пластики, первые син-

тетические волокна и первые промышленные пластмассы.

Полиамиды легко принимают различные формы, они твердые, устойчивые к исти-

ранию, усадке и тепловым воздействиям. Выделяют также гибкие полиамиды, которые

устойчивы к различным видам воздействий. Полиамиды также устойчивы к действию

щелочей, нефтепродуктов и органических растворителей. Нагретый фенол, формальде-

гиды, ультрафиолетовое излучение и минеральные кислоты разрушают полиамиды.

Большинство полиамидов обладают свойствами к самозатуханию в случае пожара.

Наиболее известными промышленными марками полиамидов являются:

- полиамид 6 ([-NH(CH2)5CO-]n);

- полиамид 12 ([-NH(CH2)11CO-]n);

- полиамид 66 ([-NH(CH2)6NHCO(CH2)4-CO-]n);

- полиамид 610 ([-NH(CH2)6NHCO(CH2)8-CO-]n.

10.2.1.1 Описание технологических процессов, используемых в

настоящее время

10.2.1.1.1 Полиамиды

Полиамид 6 получают в процессе периодической и непрерывной полимеризации.

Периодическая полимеризация применяется при необходимости производства широ-

кого спектра конечных продуктов с различными молекулярными массами. Использова-

ние реакторов непрерывной полимеризации позволяет получить более высокую произ-

водительность, однако ограничивает выбор товарной продукции. Непрерывная полиме-

ризация используется для производства текстильных или промышленных волокон. В не-

прерывных процессах производства используется конфигурация с одним или двумя по-

следовательными реакторами.

Основными этапами процесса, используемыми для получения полиамида 6, явля-

ются:

- полимеризация - раскрытие кольца капролактама в присутствии воды (гидро-

лиз), присоединение линейной молекулы и образование макромолекулярной цепи (ад-

дитивная полимеризация), длина которой определяется наличием агента обрыва цепи

(например, уксусной кислоты);

- гранулирование - полимерный расплав проходит фильеру и с помощью ножей

срезается, образуются гранулы овальной формы;

- обрезка - полимерный расплав подвергают экструзии через пластину с отвер-

стиями (фильеру), получая цилиндрические гранулы (стружку);

- экстракция - удаление мономеров и циклических олигомеров из конечной

смеси. В условиях равновесия реакции аддитивной полимеризации выход ПА 6 состав-

ляет 89 % - 90 %, поэтому продукт загрязнен исходным мономером и циклическими

олигомерами, которые должны быть удалены. Мешающие соединения удаляются птуем

экстракции горячей дистиллированной водой в противотоке;

- сушка - удаление влаги из гранул полимера по окончании процесса экстракции

(12 % - 13 % воды). Влага удаляется в потоке горячего азота, при этом должна быть

достигнута высокая чистота азота, так как ПА 6 чувствителен к кислороду;

431

- получение вторичного лактама из экстракционных вод - капролактам и олиго-

меры, извлеченные из конечной смеси промывочной водой, повторно используются в

процессе. Для этого экстракты подаются в теплообменники, где происходит концентра-

ция смеси путем испарения воды.

Непрерывное получение ПА 6

Сырье (капролактам, деминерализованная вода, регулятор вязкости и замутняю-

щий агент) смешивается и непрерывно подается в верхнюю часть реактора (полимери-

зационную колонну). Реакция протекает в течение 15-20 ч при температуре до 300 °C

(при постоянном использовании теплоносителя для нагрева реактора). Протекая вниз по

реактору через разные температурные зоны, капролактам нагревается и полимеризу-

ется до ПА 6. Полиамид проходит через фильер, расположенный в нижней части ко-

лонны, охлаждается и разрезается на гранулы с помощью режущей машины. Выбросы,

образующиеся при охлаждении, направляются на установку очистки. Поскольку не весь

капролактам полимеризуется до полиамида, гранулы промываются в противотоке ди-

стиллированной воды в экстракторе. После промывки вода содержит высокие концен-

трации капролактама и, следовательно, направляется на концентрирование для повтор-

ного использования в процессе. Гранулят после экстракции поступает на стадию сушки,

где высушивается в потоке азота. Затем сухие гранулы отправляются в бункер для хра-

нения путем пневматической транспортировки.

На рисунке 10.6 показана упрощенная блок-схема процесса.

Рисунок 10.6 - Блок-схема процесса непрерывной поликонденсации ПА 6

432

10.2.1.1.2 Полиамид-6 марок Волгамид 25, 27, F34, 24, 24SD, 34

В настоящем разделе описано производство полиамида-6 различных марок на

следующих установках:

- установка по производству ПА-6 марок Волгамид 25, 27, F34;

- установка по производству ПА-6 марок Волгамид 24, 24SD;

- установка по производству ПА-6 марки Волгамид 24SD;

- установка по производству ПА-6 марок Волгамид 27, 34.

При производстве полиамида-6 марок Волгамид 25, Волгамид 27, Волгамид F34,

Волгамид 24, Волгамид 24SD, Волгамид 34 сырье (капролактам, химобессоленная вода,

стабилизатор вязкости (при необходимости)) смешивается и непрерывно подается в

верхнюю часть реактора (полимеризационную колонну). При производстве ПА-6 марки

Волгамид 24SD дополнительно подают матирующий агент (диоксида титана TiO2).

Гидролитическая полимеризация-поликонденсация протекает в течение 15-20 ч

при температуре до 300 °C (при постоянном использовании теплоносителя для нагрева

реактора). Реакционная смесь протекает вниз по колоннам полимеризации и поликон-

денсации через разные температурные зоны, что приводит к образованию расплава по-

лиамида-6.

Для регулирования степени полимеризации и стабилизации молекулярной массы

в процессе получения полиамида-6 используются стабилизаторы вязкости, которые поз-

воляют получить полимер с постоянной вязкостью.

Полиамид-6 при высоких температурах очень чувствителен к воздействию кисло-

рода, который вызывает протекание нежелательных побочных процессов. Поэтому про-

цессы полимеризации и поликонденсации ведутся под очищенным азотом, с остаточным

содержанием кислорода не более 5 ppm.

Далее расплав полимера поступает в гранулятор, где поток расплава фильтру-

ется, продавливается через перфорированную фильеру, нарезается в гранулы и охла-

ждается потоком химобессоленной воды. Для выпуска матированного и полуматирован-

ного гранулята полиамида-6 (марка Волгамид 24SD) в реакционную смесь перед поли-

меризацией или в расплав полимера непосредственно перед гранулированием вводят

определённое количество диоксида титана TiO2 в виде водного раствора или суперкон-

центрата. Суперконцентрат представляет собой гранулированный полимер с равно-

мерно распределенным в нем матирующим агентом TiO2, который полностью смешива-

ется с полимерным расплавом перед подачей на стадию гранулирования.

Поскольку реакция гидролитической полимеризации-поликонденсации обратима

в грануляте полиамида-6 остаётся некоторое количество низкомолекулярных соедине-

ний (НМС), которые удаляются из гранул при их промывке в экстракторе химобессолен-

ной водой, поступающей противотоком движению гранулята. После промывки экстрак-

ционная вода содержит значительные концентрации НМС, которые можно повторно ис-

пользовать. Поэтому экстракционная вода направляется для концентрирования на уста-

новку выпаривания. Упаренный раствор НМС, состоящий из капролактама и олигомеров,

направляется в полимеризационную колонну для повторного использования.

433

Описание технологического процесса приведено в таблице 10.7, перечень основ-

ного оборудования - в таблице 10.8.

Таблица 10.7 - Описание технологического процесса производства полиамидов ма-

рок Волгамид 25, 27, F34, 24, 24SD, 34

Выходной поток

Основное

Природо-

Стадия техно-

Входной

Технологи-

охранное

логического

Основные, побоч-

поток

ческое обо-

оборудо-

процесса

ные и промежуточ-

Эмиссии

рудование

вание

ные продукты

3.1

3.2

Стабилизатор

Приготовление

Раствор стабилиза-

Уксусная кис-

Бак приго-

молекулярной

и дозирование

тора

лота

тов-ления

массы поли-

стабилизатора

стабилиза-

мера

тора

Раствор стаби-

Гидролитиче-

Расплав

Гексагидро- 2Н-

Реактор

лизатора, ка-

ская полимери-

полиамида-6

азепин- 2-он

предполи-

пролактам

зация-поликон-

меризации

денсация

Реактор по-

ликон-ден-

сации

Расплав поли-

Грануляция

Гранулят поли-

Гексагидро- 2Н-

Гранулятор

амида-6

расплава поли-

амида-6 с НМС и

азепин- 2-он

Матирующий

амида-6

влагой

агент*

Гранулят поли-

Экстракция

Гранулят

Экстрактор

амида- 6 с НМС

гранулята

полиамида-6 с

и влагой

полиамида-6

влагой

Гранулят

Сушка грану-

Гранулят

Сушилка

полиамида- 6 с

лята поли-

полиамида-6

влагой

амида-6

Азот с содержа-

Очистка азота

Нагретый азот с со-

нием кислорода

от кислорода и

держанием кисло-

более 5ррm

нагревание

рода не более 5

азота

ppm

Экстракционная

Установка вы-

Концентрирован-

вода с содержа-

парки экстрак-

ный раствор капро-

нием НМС 10-

ционной воды

лактама и олигоме-

14 %

ров

Динил

Нагревание

Нагретые динил и

Динил (смесь

Терминол**

теплоносителя

терминол**

25 % дифенила

с 75 % 1,1'- окси-

дибензолом)

Терминол

(1,1',4',1''-терфе-

нил)

439

Окончание таблицы 10.7

Выходной поток

Основное

Природо-

Стадия техно-

Входной

Технологи-

охранное

логического

Основные, побоч-

поток

ческое обо-

оборудо-

процесса

ные и промежуточ-

Эмиссии

рудование

вание

ные продукты

3.1

3.2

Гранулят поли-

Транспор--ти-

Гранулят поли-

амида-6

ровка и хране-

амида-6

ние гранулята

полиамида-6

Гранулят поли-

Упаковка и от-

Гранулят поли-

Пыль поли-

амида-6

грузка грану-

амида-6

лята поли-

амида-6

* Для марки Волгамид 24SD

** Для марок Волгамид 25, Волгамид 27, Волгамид F34, Волгамид 24

Таблица 10.8 - Перечень основного технологического оборудования производства по-

лиамидов марок Волгамид 25, 27, F34, 24, 24SD, 34

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Габариты: Dy = 4240 х 20000 мм

V = 230 м³

Бункер гранулята

Для хранения гранулята

Ррас. = 0,045 бар

Траб=-30÷ +30 °С

Трас. = 100 °С

V = 2,968 м³

Ванна осаждения

Для приготовления сус-

Р раб. = атм

TiO2

пензии TiO2

Т = 30 °С

Поршневая азотодувка

Габариты: 4348 х 3480 х 2800 мм

Для транспортировки

Газодувка

Q = 14500 кг/ч

азота

Эл.привод: N = 250 кВт, n = 1485

об/мин

Dвн = 3500 / 3514 / 3512 мм

Газодувка центро-

для транспортировки

Нобщ. = 17004 мм

бежная

азота

V = 107 м³

Масса единицы = 15300 кг

Комплектно с электродвигателем

Газодувка центро-

для транспортировки

мощностью 200 кВт

бежная

азота

Масса единицы = 1900 кг

440

Продолжение таблицы 10.8

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Горизонтально установленный агре-

гат-подводный гранулятор

Гранулятор

Производство ПА

Q = 43 т/сут;

N = 140 кВт

Подводный гранулятор Q = 2500 кг/ч,

Для образования гранул

Гранулятор

m(гранулятор с приводом) = 610 кг,

из расплава

N = 15 кВт, n = 500 - 3600 об/мин

Вертикальный цилиндрический аппа-

рат с рубашкой

Габариты: Dy = 1350 мм

H = 4625 мм

Деполимеризатор

Производство ПА

V = 3,4 м³

Рраб. = 22,5 бар

Ррас. = 40 бар

Траб. = 230°C / 270 °C

Длина шнека = 1000 мм

для перемешивания

Диаметр шнека = 100 мм

Дозирующий шнек

плава с диоксидом ти-

n = 5-20 об./мин

тана

Двигатель 0,37 кВт

Кожухотрубный теплообменник

Габариты:

L = 12104 мм

Dy = 508 мм

Для концентрирования

Объем = 2,375 м³

Испаритель

экстракционной воды

Д = 610 мм

Меж.труб / Труб / Змеевик:

Pраб. = 0,455 / -0,71 / 0,2 МПа

Т = 86 / 69 / 69 С

Среда: конденсат / пар / лактам

Кожухотрубный теплообменник

Габариты:

L = 12159 мм

Dy = 610 мм

Для концентрирования

Испаритель

Объем = 3,28 м³

экстракционной воды

Д = 610 мм

Меж.труб / Труб.

Pраб. = -1 / 0,5 МПа Т = 69 / 55С

Среда: конденсат / пар

441

Продолжение таблицы 10.8

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Шахтная сушилка с интегрированным

охладителем гранулята

Габариты:

H = 15752 мм

Для удаления влаги из

Колонна сушки

Dy = 2800 х 2000 х 1400 мм

гранулята

V = 40 м³

Ррас. = 1 бар

Рраб. = 0,2 бар

Трас. = 170 °C

Винтовой компрессор

Габариты:

L = 2800 мм

Ш = 2108 мм

Для транспортировки

Н = 1150 мм

Компрессор азота

азота

Q = 1397 м³/ч

Ррас. = 2,5 бар

Трас. = 20 °C.

Электродвигатель: N = 110 кВт; n

= 2950 об/мин

Мощность 18,5 кВт

Подводный грануля-

для образования гранул

n = 800 - 2500 об/мин

тор

из расплава

Привод: мощность 0,55 кВт, n = 1500

об/мин

Вертикальный цилиндрический аппа-

рат с рубашкой, коническим днищем и

эллиптической крышкой

Габариты:

Dy = 1950 мм

Предварительный

H = 10188,5 мм

Для синтеза полимера

полимеризатор

m = 13200 кг

Аппарат: V = 21,95 м³,

Ррас. = 10 бар

Рраб. = 5 бар;

Трас. = 300 С

Траб. = 250-270 С

442

Продолжение таблицы 10.8

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Вертикальный цилиндрический аппа-

рат с коническим днищем и эллипти-

ческой крышкой, рубашкой обогрева и

встроенным змеевиком

Реактор дополни-

Габариты:

тельной полимери-

Для синтеза полимера

Dyвн/нар = 3000 х 26/3100 х 26 мм

зации

m = 19000 кг

Vаппарата = 33 м³

Ррас. = 3 бар; Рраб. = -0,2/3 бар.

Трас. = 300 °С; Траб. = 275 °С

Габариты:

Dвн = 2000 мм

Реактор поликон-

Для синтеза полимера

Нобщ. = 22054 мм

денсации

Масса единицы = 37 тн

V = 67,65 м³

Габариты:

Реактор поликон-

D с рубашкой = 2000 мм

Для синтеза полимера

денсации

Vвнут = 67650 м³

Масса единицы = 34700 кг

Габариты:

Реактор предполи-

D с рубашкой = 1800 мм

Для синтеза полимера

меризации

Vвнут = 29000 м³

Масса единицы = 18460 кг

Вертикальный цилиндрический аппа-

рат

Реактор предполи-

Габариты:

Для синтеза полимера

меризации

Dy = 1550 мм

L = 5900 мм

V = 7,3 м³

Габариты:

D с рубашкой = 1830 мм

Реактор-смеситель

Для синтеза полимера

Vвнут = 6380 м³

Масса единицы = 4150 кг

443

Продолжение таблицы 10.8

Наименование

Существенные характеристики

Назначение оборудования

оборудования

технологического оборудования

Вертикальный цилиндрический аппарат с

верхним эллиптическим, нижним кониче-

ским (60^о) днищами

Габариты:

Dy = 2524 мм

H = 6405 мм

Сборник гранулята

Для хранения гранулята

Ш = 3390 мм

V = 20 м³

Рраб. = 0,05 бар

Ррас. = 0,10 бар

Трас. = 120 °С

Траб. = 95 °С

Цилиндрическая емкость с обогревом

Габариты: 8344 х 2224 х 2900 мм

Dy = 2224 мм

V = 30 м³

Сборник для аварий-

Для хранения аварийного

Ррас. = 2 бар

ного слива

слива

Рраб. = 0,3 бар

Траб. мах = 320 °С

Траб. мин = 20 °С

Трас. = 350 °С

Вертикальный цельносварной аппарат с

эллиптическим днищем и наружным

змеевиком

Аппарат:

Габариты:

Для хранения капролак-

D = 3220 мм

Сборник капролактама

тама

Н = 7950 мм

V = 50 м³

Рраб. = 0,025 бар

Ррас. = 0,09 бар (изб.)

Трасч. = 160 °C

Траб. = 90 °С

Цилиндрическая емкость для хранения

воды

Габариты:

Dy = 1000 мм

Сборник лактамной

Для хранения лактамной

Н = 2162 мм

воды

V = 1,5 м³

Д = 1000 мм

Рраб = 0,22 кгс/см²

Т = 62 °С

444

Продолжение таблицы 10.8

Наименование

Назначение обору-

Существенные характеристики

оборудования

дования

технологического оборудования

Цилиндрический аппарат с рубашкой

Габариты:

Н = 4825 мм

Ш = 2488 мм

Для хранения реге-

Сборник регенери-

Dy = 1880 мм

нерированного лак-

рованного лактама

V = 5 м³

тама

Ррас. = 6 бар

Рраб. = 0,5 бар

Траб. мах = 130 °С

Трас. = 170 °С

Аппарат цилиндрический

Габариты:

Ёмкость для хране-

Силос гранулята

Dу = 3500-4200 мм

ния гранулята

L = 11250-14400 мм

V = 114-150 м³

ПК3

Габариты:

Предназначена для

Dвн. = 3500 мм

Сушилка

сушки гранулята

Нобщ. = 17312 мм

V = 115,220 м³

Масса единицы = 15850 кг

Габариты:

F = 1,276 м²

Dкорпус = 1,8 мм

Предназначена для

Сушилка

Ррас. = 0,01 бар

сушки гранулята

Трас. = 95 °C

N = 5,5 кВт

n = 1500 об/мин

Аппарат цилиндрический вертикальный

Габариты:

Предназначена для

Сушилка

Dу = 4000 мм

сушки гранулята

L = 17400 мм

V = 99 м³

Центрифуга с дырчатым барабаном

Габариты:

Н = 3000 мм

Предназначена для

Dy = 1000 мм

Центрифуга

отделения влаги от

Dyбарабана= 880 мм

гранулята

Электродвигатель:

N= 7,5 кВт

n = 720 об/мин

445

Окончание таблицы 10.8

Наименование

Назначение обору-

Существенные характеристики

оборудования

дования

технологического оборудования

ПК3:

Производительность = 60 м³/ч

Для циркуляции

Центробежный

Напор = 51,0 м, n = 2940 об/мин

транспортировочной

насос

Двигатель - тип V15 Еff2

воды

N = 50 кВт

n = 2940 об/мин

ПК3:

Центробежный

Для транспорти-

Производительность = 30 м³/ч

насос

ровки гранулята

Число ступеней = 5

n = 2900 об/мин

ПК3: .

Производительность расчетная = 5,0

м³/час

Напор расч. = 49,8 м n = 2895 об/мин

Центробежный

Насос для циркуля-

Двигатель N = 4,6 кВт n = 2895 об/мин

насос

ции теплоносителя

Масса единицы вкл. двигатель = 125 кг

ПК 1,2: Q = 5 м³/час

Напор - 49,8 м.ст.ж.

Двигатель: N = 5,5 кВт n = 2900 об/мин

Габариты:

Dвн = 4010 / 4012 / 4020 мм

Для экстрагирова-

Экстрактор

Нобщ. = 24689 мм

ния гранулята водой

Объем = 235,2 м³

Масса единицы = 23,414 тн.

ПК3:

Габариты:

Для экстрагирова-

Dвн = 3000 мм

Экстрактор

ния гранулята водой

Нобщ. = 24327 мм

V = 127,310 м³

Масса единицы = 13480 кг

10.2.1.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

10.2.1.2.1 Полиамиды

Показатели потребления сырья и энергоресурсов (нормы расхода) при производ-

стве полиамидов приведены в таблице 10.9.

В таблицах 10.10 - 10.12 представлена информация по выбросам, сбросам и об-

разованию отходов производства полиамидов.

446

Таблица

10.9

- Показатели потребления сырья, материалов и энергетических

ресурсов при производстве полиамидов

Расход на 1 т продукции

Единицы

Наименование

измерения

Минимальный

Максимальный

Электроэнергия

кВт·ч/т

207

263

Паровой конденсат

т/т

0,86

2,3

Пар

Гкал/т

0,35

1,51

Деминерализованная вода (химобессоленная)

м³/т

0,1

0,27

Азот

м³/т

120

Водород

м³/т

0,03

0,08

Капролактам

кг/т

1002

1003

Кислота уксусная

кг/т

1,1

Природный газ

м³/т

Теплоноситель

кг/т

0,001

0,18

3-диэтиламино-1-

кг/т

4,8

5,3

пропиламин

Кислота терефталевая

кг/т

5,0

5,7

Триацетондиамин

кг/т

1,4

1,6

Таблица 10.10 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве по-

лиамидов

Масса выбросов загрязняющих веществ после

Метод очистки, об-

очистки в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование загрязняющего ве-

работки, повтор-

Диапазон

щества

ного использова-

Среднее

Минимальное

Максимальное

ния

значение

Эпсилон-капролактам

(гекса-



0,03



гидро-2H-азепин-2-он)

1,4-Дифенилбензол



0,02



Углерода оксид



0,013



Метан



0,0002

Азота оксид



0,003



Азота диоксид



0,02



Пыль полиамида



0,008

Этановая кислота (уксусная кис-



0,005

лота)

1,1',

4',1''-Терфенил

(1,4-Дифе-



0,006

нилбензол)

2-(4-Изобутилфенил) пропионо-



0,0005

вая кислота [(ибупрофен)]

Бензол-1,4-дикарбоновая кислота



0,0005

(кислота терефталевая)

447

Таблица 10.11 - Сбросы загрязняющих веществ при производстве полиамидов

Показатели сбросов загрязняющих ве-

ществ в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование

загрязняющего

Направление сбросов

Диапазон

Среднее

вещества

Минимальное

Максимальное

значе-

значение

ние

Капролактам

0,005

Таблица 10.12 - Отходы, образующиеся при производстве полиамидов

Масса образующихся

отходов производства в рас-

Способ утили-

чете на 1 т продукции, кг/т

Класс

Источник об-

зации, обез-

Наименование

опас-

Диапазон

Сред-

разования

вреживания,

ности

нее

Мини-

Макси-

размещения

значе-

мальное

ние

значение

Отходы минеральных

III

0,29

масел комперссорных

Лом и отходы изделий

из полиамида незагряз-

0,002

0,005

0,0035

ненные

Отходы минеральных

III

0,003

0,008

0,0055

масел индустриальных

Ткань фильтровальная

из полимерных волокон,

загрязненная негалоге-

0,0001

0,0003

0,0002

нированными полиме-

рами

Катализатор на основе

оксида алюминия актив-

III

0,0002

0,001

0,0006

ного, содержащий пал-

ладий отработанный

10.2.1.2.2 Полиамид-6 марок Волгамид 25, 27, F34, 24, 24SD, 34

Показатели потребления сырья и энергоресурсов (нормы расхода) при производ-

стве полиамидов марок Волгамид 25, 27, F34, 24, 24SD, 34 приведены в таблице 10.13.

В таблицах 10.14 - 10.16 представлена информация по выбросам, сбросам и об-

разованию отходов производства полиамидов.

448

Таблица 10.13 - Показатели потребления сырья и энергоресурсов при производстве полиамидов марок Волгамид 25, 27, F34,

24, 24SD, 34

Расход на 1 т продукции

Волгамид 25, Волгамид

Волгамид 24,

Волгамид 24SD

Волгамид 27,

Единицы

Наименование

27, Волгамид F34

Волгамид 24SD

Волгамид 34

измерения

Минималь-

Макси-

Мини-

Макси-

Мини-

Макси-

Мини-

Макси-

ный

мальный

Капролактам

т/т

1,001

1,003

0,992

1,002

1,004

Природный газ

м³/т

Водород

м³/т

0,02

0,06

0,01

0,06

0,5

0,6

Азот

м³/т

130

105

Уксусная кислота (100 %) /

лимонная кислота

кг/т

1,1

1,6

0,03

0,04

2,3

(кроме марки Волгамид

F34)

Теплоноситель (динил)

кг/т

0,08

0,15

0,0001

0,15

0,0001

0,15

0,08

0,15

Теплоноситель (терми-

кг/т

0,1

0,15

0,0001

0,15

нол)

Терефталевая кислота

кг/т

Триацетондиамин

кг/т

1,4

1,6

1,4

1,6

3-диэтиламино-1-пропи-

кг/т

0,5

1,5

ламин

Диоксид титана

кг/т

7,9

Вода химобессоленная

м3/т

0,1

0,15

0,1

0,3

0,5

0,1

0,3

Пар

Гкал/т

0,5

1,15

0,5

1,15

0,7

1,7

Электроэнергия

кВт·ч/т

210

250

210

250

370

450

270

430

Паровой конденсат

т/т

1,7

0,8

1,7

0,4

1,5

0,8

Оборотная вода

м³/т

Таблица 10.14 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве полиамидов марок Волгамид 25, 27, F34, 24,

24SD, 34

Метод

Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 т продукции, кг/т

очистки, об-

Наименование за-

Волгамид 25, Волга-

работки, по-

Волгамид 24,

Волгамид 27, Волга-

грязняющего веще-

мид 27, Волгамид

Волгамид 24SD

вторного ис-

Волгамид 24SD

мид 34

ства

F34

пользо-ва-

Диапазон

ния

Средн.

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

Азота диоксид

0,013

0,016

0,014

0,020

0,045

0,029

0,018

0,051

0,029

0,10

0,11

0,10

Азота оксид

0,0025

0,0027

0,0025

0,0035

0,0090

0,0053

0,0058

0,0094

0,0071

0,022

0,032

0,025

Метан

0,010

0,011

0,010

0,0046

0,026

0,76

0,89

0,83

Углерода оксид

0,070

0,13

0,093

0,044

0,094

0,061

0,030

0,035

0,032

Динил (смесь 25 %

дифенила и

0,0035

0,0011

0,012

0,029

0,018

0,17

0,38

0,28

дифенилоксида)

Кислота уксусная

0,023

0,024

0,023

0,00090

0,0013

0,0010

1,1',4',1"-Терфенил

0,01

0,005

0,0029

0,0015

(1,4-дифенилбензол)

Пыль полиамида

0,0065

0,0087

0,012

0,0095

0,0038

0,0041

0,0039

0,0067

0,0075

0,0070

Эпсилон-капролак-

там (гексагидро-2H-

0,040

0,061

0,047

0,012

0,034

0,25

0,10

0,15

0,52

0,27

азепин-2-он)

Таблица 10.16 - Отходы, образующиеся при производстве полиамидов марок Волгамид 25, 27, F34, 24, 24SD, 34

Масса образующихся отходов производства в расчете на 1 т продукции, кг/т

Способ

утилиза-

Волгамид 25, Волга-

Класс

Источник

Волгамид 24, Волга-

Волгамид 27, Волга-

Наименова-

ции, обез-

мид 27, Волгамид

Волгамид 24SD

опас-

образова-

мид 24SD

мид 34

ние

врежива-

F34

ности

ния

ния, раз-

Диапазон

мещения

Средн.

Средн

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

Отходы ми-

Компрес-

неральных

сорное

Обезвре-

III

0,0088

0,077

0,00062

масел ком-

оборудо-

живание

перссорных

вание

Отходы ми-

Насосное

неральных

Обезвре-

III

оборудо-

0,0032

0,0033

0,0020

0,00031

масел инду-

живание

вание

стриальных

Катализа-

тор на ос-

нове оксида

Узел

алюминия

очистки

(обра-

активного

III

азота от

Утилизация

зование

содержа-

кисло-

раз в 10

щий палла-

рода

лет)

дий отрабо-

танный

Окончание таблицы 10.16

Способ

Масса образующихся отходов производства в расчете на 1 т продукции, кг/т

утилиза-

Волгамид 25, Волга-

Класс

Источник

ции,

Волгамид 24, Волга-

Волгамид 27, Волга-

Наименова-

мид 27, Волгамид

Волгамид 24SD

опас-

образо-

обезвре-

мид 24SD

мид 34

ние

F34

ности

вания

живания,

Диапазон

размеще-

Средн.

ния

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

Ткань филь-

тровальная из

Склад ка-

полимерных

пролак-

волокон за-

тама, гра-

Разме-

0,019

0,018

грязненная не-

нулиро-

щение

галогениро-

вание по-

ванными по-

лиамида

лимерами

Фильтр метал-

При под-

лический, за-

водном

Разме-

0,0063

0,0066

0,018

0,0062

грязненный

гранули-

щение

полиамидом

ровании

Катализатор

на основе ди-

Узел при-

оксида

ти-

готовле-

Утилиза-

татна, содер-

0,13

ния доба-

ция

жащий вана-

вок

дий не более

2 %

10.2.2 Полиамидные технические нити

Полиамидные нити предназначены для производства изделий технического

назначения (канатов, шнуров, веревок для промышленности, в т.ч. морских), сетеснаст-

ного оборудования для рыбоводства и рыболовства; армирующего текстиля в производ-

стве резинотехнических изделий (конвейерные ленты, пожарные рукава и т. п.); кордных

тканей для производства автомобильных и грузовых шин, фильтровальных тканей для

различных сред; геотекстиля для дорожного строительства и стройиндустрии.

10.2.2.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Сырье (гранулят полиамида-6, полимерный концентрат стабилизатора (ПКС) или

чистый термостабилизатор и при необходимости полимерный концентрат красителя

(ПКК)) смешивается и непрерывно подается в экструдер, где при температуре до 330 °C

происходит расплавление и гомогенизация сырья. Из экструдера расплав под высоким

давлением подается к дозирующим насосам формования, с помощью которых расплав

полимера в точно дозируемом количестве продавливается через фильерные комплекты.

Для защиты гранулята от окисления кислородом воздуха в расплав полимера по-

даётся азот, отработанный азот стравливается из верхней части бункера через гидроза-

твор.

Филаменты, выходящие из фильер, охлаждаются кондиционированным воздухом.

Атмосферный воздух очищается от механических промесей и сжимается на цен-

тробежных компрессорах. Затем сжатый воздух подается в ресивер для удаления кон-

денсата (влаги) из воздуха.

Образующиеся полиамидные нити, проходят обдувочную и сопроводительную

шахты и поступают в вытяжную часть машины.

Нить в этой части машины вытягивается, усаживается, термически фиксируется и

передается в намоточную часть машины.

Обработка нити замасливателем проводится с целью придания нити компактно-

сти, эластичности, антистатичности, улучшения её способности скольжения при прохож-

дении через нитепроводящую гарнитуру, вытяжные галеты на последующих стадиях ее

переработки. В качестве замасливателя используется замасливатель типа «Фазавин

2732» или его аналог.

Намоточный модуль предназначен для намотки готовой нити на бобины, которые

затем передаются на участок сортировки и упаковки.

Принципиальная схема производства полиамидных нитей представлена на ри-

сунке 10.11.

454

Таблица 10.17 - Описание технологического процесса производства полиамидных ни-

тей

Выходной поток

Стадия тех-

Основное

Природо-

Основные, по-

Входной

нологиче-

Технологи-

охранное

бочные и про-

поток

ского про-

ческое обо-

оборудова-

Эмиссии

межуточные

цесса

рудование

ние

продукты

3.1

3.2

Полимерный

Приготовле-

Расплав термо-

Гекса-

концентрат тер-

ние и дозиро-

стабилизатора,

гидро-

мостабилиза-

вание доба-

красителя и по-

2Н-азе-

тора (ПКС) и по-

вок

лиамида-6

пин-2-он

лимерный кон-

центрат краси-

теля (ПКК) и

гранулят поли-

амида-6

Расплав термо-

Экструзия

Расплав термо-

Гекса-

стабилизатора,

гранулята

стабилизатора,

гидро-

красителя и по-

полиамида-6

красителя и по-

2Н-азе-

лиамида-6

пин-2-он

Расплав термо-

Формование

Элементарные

Гекса-

стабилизатора,

полиамид-

полиамиданые

гидро-

красителя и по-

ной нити

нити

2Н-азе-

лиамида-6

пин-2-он

Элементарные

Вытягивание

Вытянутые по-

Гекса-

полиамидные

полиамид-

лиамидные

гидро-

нити и замасли-

ной нити

нити

2Н-азе-

ватель

пин-2-он

Вытянутые по-

Намотка по-

Полиамидные

лиамидные

лиамидной

нити, намотан-

нити

ные на бобины

Бобины с поли-

Транспорти-

Бобины с поли-

амидной нитью

ровка и хра-

амидной нитью

нение поли-

амидной

нити

456

Таблица 10.18 - Перечень основного технологического оборудования производства

полиамидных нитей

Наименование

Назначение оборудо-

Существенные характеристики

оборудования

вания

технологического оборудования

Адсорбционный осушитель

Осушка сжатого воз-

Сталь. Производительность - 27

сжатого воздуха

духа

м³/мин. Давление - 16 кгс/см²

Сталь механическая скорость

Диски вытяжные

Вытягивание нити

намотки - до 3500 м/мин

Приём нити для вытя-

Сталь 12х18н10 т, механическая

Диски приёмные

гивания

скорость намотки - 1500 м/мин

Дозатор

Дозирование добавок

Нержавеющая сталь

Дозатор

Дозирование добавок

Производительность - 1,5-14 кг/ч

Дозирование добавок

Мощность

- N

= 1,25 кВт;

Дозирующий насос

Р раб. - до 30 МПа

Нержавеющая сталь, углероди-

Гомогенизированный

стая

сталь.

Измерительная головка

расплав в аппарате, в

Т раб. - до 319 °C

рубашке динил

Р раб. - до 25 МПа

Вертикальный канал

Нержавеющая сталь, площадь об-

Камера охлаждения

поперечного обдува

дува - 1020 х 1500 мм

Канал для нити

Вертикальный канал

Нержавеющая сталь

Хладагент R 134 а

Холодопроизводительность =

1230-7030 кВт

Компрессионная холодиль-

Рраб.= 5,703 бар (изб.)

ная установка

Траб. = 4,0 °С

N = 313 кВт

n = 2987 об/мин

Давление рабочее - 4-20 бар

Компрессор

Мощность - 55-400 кВт

Корпус - сталь

Компрессор винтовой

Производительность

4,9-27

м³/мин

Габариты аппарата:

D = 168,3 мм

L = 428 мм

Конденсационный сепара-

Среда - динил.

тор

Траб. = 300 °С

Трасч. = 320 °С

Рраб. = 0,252 МПа

Ррасч. = 0,257 МПа

457

Продолжение таблицы 10.18

Наименование

Назначение оборудо-

Существенные характеристики

оборудования

вания

технологического оборудования

Получение необходи-

Производительность

150-200

Кондиционер

мых климатических по-

тыс. м³/час

казателей

Углеродистая сталь вместимо-

Поддержание теплоно-

стью 0,6 м³

Котёл динила

сителя в заданном тем-

Траб. - до 300 °С

пературном режиме

Р - до 0,25 МПа

Намотка нити на па-

Поперечно-кулачкового типа

Намоточное устройство

тронник

Рабочая скорость - 2500 м/мин

Мощность - 4-5,18 кВт

Намоточный модуль

Напряжение - 400 В

Нержавеющая сталь, мощность -

Насос центробежный

Перекачка

15 кВт

Выдвижная шахта со штуцерами

подачи обдувочного воздуха

сверху и штуцером возврата воз-

Обдувочная шахта

духа снизу

Диаметр - 300 мм

Длина - 5000 мм

Мощность вентилятора - 0,55 кВт

Расход воды - на менее 15 л/ч

Ороситель

Производительность по подаче

аэрозоля - не менее 700 м³/ч

19 кВт,

50 Гц,

380 V

Печь вакуумного пиролиза

L x W x H = 2320 x 1200 x 1850 мм

Углеродистая сталь

Печь вакуумной очистки

Обжиг деталей

Мощность нагрева - 36 кВт

Температура расчётная - 800 °С

Печь для подогрева филь-

Мощность - 19,5-24 кВт

ерных пакетов

Рмакс. = 500 бар

Прядильная балка

Тмакс. = 320 °С

N = 1,8 кВт

Прядильный насос

n = 1000 об/мин

Перемещение плава

Сталь 12х18н10 т.

внутри т/п, в межтруб-

Расплавопровод

Т раб. - до 319

ном

- теплоноситель

Р раб. - до 25 МПа

динил

Трасч.= 320 °С

Распределительный кожух

Ррасч = 300 бар

458

Продолжение таблицы 10.18

Наименование

Назначение оборудо-

Существенные характеристики

оборудования

вания

технологического оборудования

V = 3,0 м³

Сборник динила

Трасч. = 160 °С

Ррасч. = 0,64 бар

Корпус - сталь

Производительность

21-27

Сепаратор вода-масло

Отделение

м³/мин

Давление - 16 кгс/см²

Система трубопроводов различ-

ного диаметра с рубашкой обо-

Система

распределения

грева

расплава

Рмакс. = 160 бар

Тмакс. = 320 °С

Нержавеющая сталь

Ультразвуковая ванна

Обработка деталей

Частота ультразвуковых колеба-

ний в рабочем режиме - 22 кГц

Установка

просеивания

Удаление попадания

Чугун, сталь

пропантов

мелких пропантов

Площадь сит - 0,16 м²

Фильтр тонкой очистки от

Cталь

пыли

Производительность - 21 м³/мин

Cталь

Фильтр удаления пыли

Производительность - 21 м³/мин

Хладагент R 410а

Холодопроизводительность = 733

кВт

Холодильная установка с

Рмакс. воды = 16 бар

винтовым компрессором

Т макс. воды = 80 °С

Рмакс. фреона = 35 бар

Т макс. фреона = 95 °С;

N = 173 кВт

Экструдер горизонтальный

Нержавеющая сталь XD сплав,

Расплав ПА

с двигателем

тип -JK81A-105-150*25

Двигатель: N = 110-258 кВт

Экструдер с инвертором

n = 1460-1488 об/мин

Электроиспаритель

Котел мощностью 12-45 кW

459

Окончание таблицы 10.18

Наименование

Назначение оборудо-

Существенные характеристики

оборудования

вания

технологического оборудования

Траб. вх. = 148 °С

Траб. вых. = 380 °С

Тпр. = 450 °С;

Рраб. вх. = 4,5 бар

Электропароперегреватель

Рраб. вых. = 2,6 бар

Р пр. = 6 бар

Теплоемкость = 15 кW

Геометр. емкость = 530 дм³

Сталь Ст35, шамот мощность 18

Обжиг фильер в нит-

кВт

Электропечь

рите натрия

Число нагревательных спиралей

- 3

10.2.2.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Показатели потребления сырья и энергоресурсов (нормы расхода) при производ-

стве полиамидных нитей приведены в таблице 10.19.

Таблица 10.19 - Показатели потребления сырья и энергоресурсов при производстве

полиамидных нитей

Единицы из-

Расход на 1 т продукции

Наименование

мерения

Минимальный

Максимальный

Гранулят полиамида-6

т/т

1,02

1,2

Полимерный

концентрат

т/т

0,01

0,95

стабилизатора (ПКС)

Полимерный

концентрат

красителя на полиамидной

т/т

0,02

0,03

матрице (ПКК)

Замасливатель

кг/т

Теплоноситель (динил)

кг/т

0,08

Азот газообразный

м3/т

Электроэнергия

кВт·ч/т

3700

3900

Пар

Гкал/т

0,8

Вода обессоленная

м3/т

0,4

0,5

Конденсат возвратный

т/т

1,2

В таблицах 10.20-10.22 представлены данные о выбросах, сбросах загрязняющих

веществ, объемах образования отходов при получении полиамидных нитей.

460

Таблица 10.20 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве по-

лиамидных нитей

Масса выбросов загрязняющих ве-

Метод

ществ после очистки в расчете на 1 т

очистки, обра-

Наименование загрязняю-

продукции, кг/т

ботки, повтор-

щего вещества

Диапазон

ного использо-

Среднее

Минималь-

Максимальное

вания

значение

ное значение

значение

Аммиак

0,019

Углерода оксид

0,0056

0,92

0,25

Углеводороды

предельные

0,46

2,16

1,31

C12-C19

Динил (смесь 25 % дифенила

0,091

0,19

0,14

и 75 % дифенилоксида)

Триэтаноламин

0,00073

0,26

0,13

Эпсилон-капролактам (гекса-

0,38

3,32

1,34

гидро-2H-азепин-2-он)

Пыль полиамида

0,022

0,0056

Азота диоксид

0,00090

0,019

0,0096

Азота оксид

0,00050

0,017

0,0087

Углеводороды

предельные

0,13

0,061

C1-C-5 (исключая метан)

Углеводороды

предельные

7,52

16,39

11,9

C6-C10

Этиленгликоль (1,2-этандиол)

0,10

0,11

Таблица 10.21 - Сбросы загрязняющих веществ при производстве полиамидных ни-

тей

Показатели сбросов загрязняющих ве-

ществ в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование за-

грязняющего ве-

Направление сбросов

Диапазон

Среднее

щества

Минимальное

Максимальное

значение

Капролактам (гек-

Сточные воды направ-

сагидро-2H-азе-

ляют на установку нит-

0,017

0,11

0,056

пин-2-он)

риденитрификации или

агрегет сжигания

461

Таблица 10.22 - Отходы, образующиеся при производстве полиамидных нитей

Масса образующихся отходов

Способ ути-

производства в расчете на 1 т

Класс

лизации,

продукции, кг/т

Наименова-

Источник об-

опасно-

обезврежива-

Диапазон

Сред-

ние

разования

сти

ния, разме-

Мини-

Макси-

нее

щения

мальное

значе-

значение

ние

Отходы соле-

вых теплоно-

сителей

Фильерная

Обезврежи-

III

виде нитрит-

мастерская

вание

нитратных

смесей

0,11

0,97

0,47

Аккумуляторы

свинцовые от-

работанные

Электропо-

Обезврежи-

неповрежден-

грузчик

вание

ные, с элек-

тролитом

0,012

0,0032

Покрышки

пневматиче-

ских шин с ме-

Электропо-

Утилизация

таллическим

грузчик

кордом отра-

ботанные

0,032

0,014

10.3 Фторопласты

Фторопласты - синтетические

термопластичные полимеры, принадлежащие

к классу фторолефинов. Общая химическая формула для этих полимеров -

(-CF2-CF2-)n.

Ассортимент фторопластов, выпускаемых промышленностью, чрезвычайно ши-

рок. Разработаны фторопласты с разнообразным сочетанием физико-механических,

электрических, термических, химических, реологических свойств (рисунок 10.12).

462

Рисунок 10.13 - Блок-схема распределения сырья на выпуск

фторопластов

Политетрафторэтилен (ПТФЭ)

Самую большую группу реализуемых на рынке фторопластов составляют про-

дукты из ПТФЭ, которые составляют более 60 % от общего объема продаж фторопла-

стов. Эти полимеры обладают исключительной устойчивостью к воздействию химиче-

ских веществ, низким коэффициентом трения, низкой диэлектрической постоянной и ши-

роким диапазоном рабочих температур. Помимо своего обычного применения при про-

изводстве антипригарных покрытий для кухонного оборудования, ПТФЭ также применя-

ется при изготовлении герметизирующих материалов, сальников, обрабатываемых де-

талей, а также компонентов труб, арматуры и насосов. Благодаря биологической совме-

стимости с организмом человека политетрафторэтилен с успехом применяется для из-

готовления имплантатов для сердечнососудистой и общей хирургии, стоматологии, оф-

тальмологии.

Наполнители, улучшающие свойства фторопластов, вводятся каждый в отдельно-

сти или в различных сочетаниях (комбинированные наполнители) в зависимости от

назначения композиций.

Введение во фторопласты таких наполнителей, как стекловолокно, графит,

бронза, коксовая мука, дисульфид молибдена, силициды металлов, позволяет в 200-

1000 раз уменьшить износ уплотнительного элемента, в несколько раз увеличить тепло-

проводность, в 5-10 раз увеличить прочность при сжатии и твердость, уменьшить тре-

ние. Графит используют как наполнитель для повышения механической прочности и

стойкости; введение бронзы повышает теплопроводность, твердость, стабильность раз-

меров, в 450 раз увеличивает износостойкость композиции; введение дисульфида мо-

либдена увеличивает твердость и прочность, снижает коэффициент трения; введение

стекловолокна повышает износостойкость, стабильность размеров при водопоглощении

и усадке, теплостойкость, уменьшает коэффициент линейного расширения композиции

со стекловолокном; 5 % дисульфида молибдена используют для получения деталей, ра-

ботающих в условиях глубокого вакуума, сухого и влажного воздуха и газов; внедрение

углеродного волокна повышает износостойкость, твердость и удельную теплопровод-

ность, сопротивление ползучести, снижает деформацию при нагрузке, повышает модуль

упругости при сжатии и модуль пластичности; введение коллоидного графита повышает

464

жесткость и уменьшает хладотекучесть материала. При использовании в качестве

наполнителей стекловолокна, кремнезема, асбестовой ткани, металлической ваты уве-

личивается жесткость композита, уменьшается относительная деформация при невысо-

ких коэффициентах трения.

Фторопласт-4, марок Ф-4Д, Ф-4А, Ф-4ТГ, Ф-4ТМ и др. на его основе отличаются

исключительной химической инертностью этого полимера по отношению к практически

всем агрессивным средам. В России фтропласт-4 производится в соответствии

с ГОСТ 10007-80.

В связи с тем что фторопласт-4 не может переходить в высокоэластическое и вяз-

котекучее состояние, его переработка в изделия проводится методом предварительного

формования заготовки на холоду с последующим спеканием. Разработаны плавкие фто-

ропласты, которые могут подвергаться многократному высокотемпературному формо-

ванию, не претерпевая термодеструкции и не изменяя основных свойств. Это фторо-

пласт-4МБ, -40,42, -3,4Н, -ЗМ, -30, -32Л, -2, -2М, -3 и др. Плавкие фторопласты уступают

фторопласту-4 по теплостойкости, диэлектрическим, антифрикционным и антиадгезион-

ным свойствам, однако они надежны в работе при высоких механических нагрузках, по-

вышенной радиации, которых фторопласт-4 не выдерживает. Плавкие фторопласты мо-

гут быть получены в виде концентрированных суспензий. Покрытия из таких суспензий

отличаются повышенной адгезией к металлам. Покрытия можно получать методом по-

рошкового напыления.

Некоторые фторопласты (Ф-26, -32Л, -42, -4Н, -2, -2М) обладают избирательной

растворимостью в органических растворителях. Их применяют для получения пленок,

покрытий, лакотканей, волокон.

Гомологический ряд фторированных полимеров включает фторопласт-1 (поливи-

нилфторид), фторопласт-2 (поливинилиденфторид), фторопласт-3 (политрифторхло-

рэтилен) и фторопласт-4 (политетрафторэтилен). С уменьшением количества фтора в

полимере снижается плотность полимера, что позволяет снижать массу изделия, его

стоимость.

Разработаны различные разновидности фторопластов, позволяющие расширять

области практического использования и создавать материалы и изделия с комплексом

необходимых эксплуатационных характеристик.

Например, фторопласт-2М отличается от Ф-2 большей эластичностью и более

низкой температурой плавления. Фторопласты-2Б и -2МБ обладают более высокими

электрическими свойствами. Фторопласт-2БА превосходит все марки фторопластов на

основе ПВДФ по адгезии и обладает повышенными цвето- и светостабильностью. Фто-

ропласт-2МЭ пригоден для изготовления микропористых фильтров с высокой проница-

емостью, применяемых для ультрафильтрации агрессивных сред.

Модификацией фторопласта-3 получен фторопласт-ЗМ, отличающийся меньшей

скоростью кристаллизации, меньшим размером образующихся при кристаллизации сфе-

ролитов и более высокой молекулярной массой. Изделия из фторопласта-ЗМ более про-

зрачны, чем изделия из фторопласта-3. По физико-механическим свойствам он мало

отличается от фторопласта-3, но более эластичен.

Фторопласт-4МБ обладает почти всеми свойствами фторопласта-4, но способен

перерабатываться в изделия обычными для термопластов методами - экструзией, ли-

тьем под давлением, прессованием. Эта способность фторопласта-4 МБ обусловлена

пониженной вязкостью его расплава (103-105 Па·с при 300 °C) по сравнению с вязко-

стью расплава фторопласта-4 (1016 Па·с при 370 °C).

Фторопласт-4МБ-2 - разновидность фторопласта-4 МБ. Он отличается лучшей

термостабильностыо, более высокими диэлектрическими показателями. Фторопласт-4

МД выпускается в виде концентрированной водной суспензии и применяется для полу-

чения антикоррозионных, антиадгезионных, электроизоляционных, антифрикционных

покрытий, лакотканей и свободных пленок.

Фторопласт-40 по сравнению со фторопластом-4 имеет более высокую прочность,

твердость, износостойкость и способен перерабатываться в изделия обычными для тер-

мопластов методами. Изменяя условия полимеризации, можно получить полимер с раз-

личной молекулярной массой и вязкостью расплава 103-108 Па·с.

Фторопласт-400 имеет высокие оптические характеристики. Оптическая прозрач-

ность: светопропускание в видимой части спектра составляет 90 % - 95 %, светорассе-

яние- 5 % - 8 % и не зависит от толщины образца (до 10 мм). Высококачественные оп-

тические изделия можно получать методами прессования и экструзии без закалки. Из-

делия сохраняют свою прозрачность до 150 °C при выдержке в течение 3 ч. При 100 °C -

120 °C фторопласт-400 сохраняет высокую прочность при растяжении (24,5 МПа) и

не утрачивает эластичность при низких температурах.

10.3.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время

Политетрафторэтилен (ПТФЭ, фторопласт-4, фторлон-4), получаемый полимери-

зацией тетрафторэтилена, является полностью фторированным полиэтиленом.

В промышленных условиях производство высокомолекулярного ПТФЭ осуществ-

ляют полимеризацией ТФЭ в водной суспензии или в эмульсии. При проведении реакции

в растворе обычно получают теломеры с низкой молекулярной массой, используемые в

качестве масел и смазок, или низкомолекулярные жидкие вещества, например фтори-

рованные спирты H(CF2CF2)nCH2OH, где n = 1-6, пригодные для получения гидропер-

фторкарбоновых кислот - эмульгаторов эмульсионной полимеризации.

Процесс производства ПТФЭ полимеризацией ТФЭ в воде под давлением до

10 МПа в присутствии инициатора, но без применения эмульгатора носит название сус-

пензионного. Он состоит из следующих стадий: загрузка компонентов в автоклав, поли-

меризация ТФЭ, выделение, промывка и сушка полимера (см. рисунок 10.14).

466

1 - автоклав; 2, 5 - центрифуги; 3 - бункер порошка;

4 - дробилка; 6 - сушилка

Рисунок 10.14 - Схема производства политетрафторэтилена в суспензии

В автоклав 1, предварительно продутый азотом, который не содержит кислорода,

загружают деионизированную воду, инициатор (персульфат калия) и регулятор pH

cреды (буру). Затем после охлаждения и вакуумирования в автоклав вводят ТФЭ и при

перемешивании поднимают температуру до 70 °C - 80 °C. Реакцию проводят под дав-

лением 4-10 МПа. Обычно за 1 ч при 80 °C образуется 85 % - 90 % ПТФЭ. После окон-

чания процесса автоклав охлаждают, не вступивший в реакцию ТФЭ вытесняют азотом,

суспензию полимера в воде подают на центрифугу 2 и отделяют жидкую фазу. ПТФЭ

собирают в бункере 3, измельчают в дробилке 4, многократно промывают горячей водой

и после центрифугирования в центрифуге 5 сушат в сушилке 6 при 150 °C. ПТФЭ пред-

ставляет собой белый, непрозрачный, рыхлый, волокнистый порошок.

Введение в водную суспензию ПТФЭ поверхностно-активных веществ в количе-

стве 9 % - 12 % приводит к получению более концентрированных суспензий, содержа-

щих 50 % - 65 % полимера.

При эмульсионном способе получения ПТФЭ полимеризацию ТФЭ проводят

в воде в присутствии эмульгатора (аммониевой или калиевой соли перфторкарбоновой

или моногидроперфторкарбоновой кислоты) и инициатора при 55 °C - 70 °C и давлении

до 7 МПа в течение 25 ч. В результате реакции образуется латекс полимера в воде, со-

держащий частицы диаметром 0,1-1,0 мкм. Концентрирование латекса и выделение по-

лимера после разрушения эмульсии позволяют получить тонкодисперсный порошок.

Сополимеры ТФЭ с ВДФ, ГФП, ТФХЭ и этиленом получают по аналогичным схе-

мам.

Политрифторхлорэтилен (ПТФХЭ, фторопласт-З, фторлон-3) получают полиме-

ризацией трифторхлорэтилена (ТФХЭ) (CF2 = CFCl). Газообразный и жидкий ТФХЭ вза-

имодействует с кислородом воздуха при комнатной температуре и обычном давлении в

отсутствие света, образуя соединения, которые после гидролиза дают щавелевую кис-

лоту, фтористый и хлористый водород и небольшое количество перекиси. Соприкосно-

вение ТФХЭ с водой приводит к образованию продуктов гидролиза, содержащих ионы

фтора и хлора.

ТФХЭ полимеризуется в массе, в органическом растворителе и в водной среде.

Во всех случаях образующиеся высокомолекулярные продукты выпадают из раствора в

осадок, так как они не растворяются ни в жидком мономере, ни в других растворителях.

Полимеризацией в растворителе обычно получают низкомолекулярные продукты

(масла), а высокомолекулярный полимер синтезируют полимеризацией ТФХЭ в водной

среде (суспензионный метод). На скорость процесса большое влияние оказывает pH

среды, который должен быть в интервале 2,5-4,0.

После удаления непрореагировавшего ТФХЭ реактор разгружают, ПТФХЭ, пред-

ставляющий собой белый порошок, отделяют от водной среды, промывают несколько

раз горячей водой и сушат. Размолом порошка в органических жидкостях получают как

нестабилизированные (например, в спирте, в смеси спирта и ксилола), так и стабилизи-

рованные (например, в смеси спирта и воды) суспензии с добавкой поверхностно-актив-

ных веществ.

Сополимеры ТФХЭ с ВДФ, ГФП и этиленом получают аналогичным образом.

Низкомолекулярный ПТФХЭ синтезируют полимеризацией ТФХЭ в хлороформе

при 100 °C - 150 °C в присутствии пероксидов. Хлороформ является не только раство-

рителем, но и агентом переноса цепи, снижающим молекулярную массу полимера.

Описание технологического процесса приведено в таблице 10.23, перечень ос-

новного оборудования - в таблице 10.24.

Таблица 10.23- Описание технологического процесса производства фторопластов

Выходной поток

Основное

Природо-

Стадия техноло-

Основные, по-

Входной

технологиче-

охранное

гического про-

бочные и про-

поток

ское оборудо-

оборудова-

Эмиссии

цесса

межуточные

вание

ние

продукты

3.1

3.2

Компрессор

Прием, хране-

Мономер-4

Сборник

ние, выдача М-4

Конденсатор

Мономер-4

Высоко-очи-

щенная вода

Инициатор

Синтез фторо-

Фторопласто-

Пара-

Реактор-поли-

полимериза-

пласта-4

вая дисперсия

фин

меризатор

ции

Эмульгатор

Парафин

468

Окончание таблицы 10.23

Выходной поток

Основное

Природо-

Стадия техноло-

Основные, по-

Входной

технологиче-

охранное

гического про-

бочные и про-

поток

Эмиссии

ское оборудо-

оборудо-

цесса

межуточные

вание

продукты

3.1

3.2

Локальные

очистные

Дисперсия

сооруже-

фторопла-

ния

Мельницы по-

ста-4Д

Помол и отмывка

Фторопласт-4Д

очистки

Вода

мола

Вода

вы-

фторопласта-4

влажный

сточных

Коагулятор

соко-очи-

вод

от

щенная

взвешен-

ных

ве-

ществ

Полочные печи

Сборник-доза-

тор

Фторопласт-

Сушка

фторо-

Циклон

Фторопласт-4Д

Вода

4Д влажный

пласта-4

Рукавный

фильтр

Электро-кало-

рифер

Таблица

10.24 - Перечень основного технологического оборудования производства

фторопластов

Наименование

Назначение обору-

Существенные характеристики

оборудования

дования

технологического оборудования

D = 1400 мм

Вместимость - 3-6,3 м³

Реактор-полимери-

Синтез фторопла-

Р = 30 кгс/см²

затор

ста-4

Аппарат снабжен рубашкой, мешалкой,

предохранительной мембраной

Вместимость аппарата - 0,7 м³

D = 810 мм

Коагулятор

Коагуляция

Н = 1440 мм

Оборудован мешалкой

Оборудована вентилятором, калорифером

Полочные печи

Сушка

мощностью до 80 кВт, фильтром

Размеры - 4250 х 1000 х 1700 мм

Продолжение таблицы 10.24

Наименование

Назначение оборудо-

Существенные характеристики

оборудования

вания

технологического оборудования

Предназначен для передачи мономера-4.

Прием и передача мо-

Одно- и двухступенчатый

Компрессор

номера-4

Рраб. = 15-220 кгс/см²

Производительность - 20-60 м³/ч

Предназначен для приема, хранения и выдачи

мономера-4. Вертикальный ци-линдрический

аппарат с приварными сферическими дни-

Прием и хранение мо-

щами, с рубашкой, сифоном для выдачи М-4.

Сборник

номера-4

Вместимость аппарата - 10-15 м³

Р = 5 кгс/см²

Оборудован разрывной мембраной и рубаш-

кой для теплосъема

D = 1400 мм

Вместимость - 3,2 м³

Реактор-полимериза-

Р = 40 кгс/см²

Синтез фторопласта-4

тор

Аппарат снабжен рубашкой, мешалкой, двумя

предохранительными мембранами. Электро-

двигатель мощностью 11 кВт

Вместимость аппарата - 3 м³

Измельчение и от-

Промыватель

Снабжен рубашкой и пропеллерной мешалкой

мывка фторопласта

Электродвигатель мощностью 13-15 кВт

Измельчение фторо-

Вертикальная виброкавитационная мельница

Мельницы помола

пласта

Электродвигатель мощностью 13-55 кВт

D = 1100-1600 мм

Н = 1600-2000 мм

Сборник-дозатор

Сушка фторопласта

Вместимость - 1,5-4 м³

Оборудован рыхлителем и системой подачи

фторопласта

С рубашкой

Циклон

Сушка фторопласта

D = 550 мм

Высота - 2520 мм

Вертикальный цилиндрический аппарат со

съемной плоской крышкой и коническим дни-

Рукавный фильтр

Сушка фторопласта

щем. Площадь поверхности фильтрации - 58

м²

Аппарат прямоугольной формы с плоской

съемной крышкой. Оборудован нагреватель-

Электрокалорифер

Сушка фторопласта

ными секциями с ТЭНами. Потребляемая

мощность - 220 кВт

470

Окончание таблицы 10.24

Наименование

Назначение обору-

Существенные характеристики

оборудования

дования

технологического оборудования

Предназначен для конденсации газооб-

разного мономера-4

Вертикальный кожухотрубный теплооб-

менник

Конденсатор

Прием мономера

Д= 500 мм

F = 30 м²

Р = 16 кгс/см²

Снабжен предохранительной мембраной и

предохранительным клапаном

Предназначен для приема, хранения и вы-

дачи мономера-4. Вертикальный ци-лин-

дрический аппарат с приварными сфери-

ческими днищами, с рубашкой, сифоном

Прием и хранение

Сборник

для выдачи М-4

мономера

Вместимость аппарата - 1-1,2 м4

Р = 40,5 кгс/см²

Оборудован разрывной мембраной и ру-

башкой для теплосъема

10.3.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Показатели потребления сырья и энергоресурсов (нормы расхода) при производ-

стве фторопластов приведены в таблице 10.25.

Таблица 10.25 - Показатели потребления сырья и энергоресурсов при производстве

фторопластов

Единицы из-

Расход на 1 т продукции

Наименование

мерения

Минимальный

Максимальный

Мономер-4

т/т

1,02

1,2

Высокоочищенная вода

м³/т

Парафин

т/т

Холод минус 15

Гкал/т

0,15

6,1

Холод минус 40

Гкал/т

0,6

0,8

Электроэнергия

кВт·ч/т

1200

4900

Вода производственная

м³/т

600

Азот газообразный

м³/т

140

200

Воздух сжатый

м³/т

160

210

В таблицах 10.26-10.28 представлена информация по выбросам, сбросам и обра-

зованию отходов производства фторопластов.

Таблица 10.26 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве фто-

ропластов

Масса выбросов загрязняющих веществ по-

Метод очистки,

сле очистки в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование загряз-

обработки, по-

Диапазон

няющего вещества

вторного ис-

Среднее

Минимальное

Максимальное

пользования

значение

Тетрафторэтилен

2,36

Гексафторпропилен

0,19

Таблица 10.27 - Сбросы загрязняющих веществ при производстве фторопластов

Показатели сбросов загрязняющих ве-

ществ в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование загряз-

Направление

Диапазон

няющего вещества

сбросов

Среднее

Минимальное

Максимальное

значение

Фторид-анион

Проходят очистку

0,10

1,92

0,90

на локальных

Взвешенные вещества

очистных соору-

–

0,33

жениях

Таблица 10.28 - Отходы, образующиеся при производстве фторопластов

Масса образующихся отходов

Способ ути-

производства в расчете

Класс

лизации,

на 1 т продукции, кг/т

Наименова-

Источник об-

опасно-

обезврежива-

Диапазон

Сред-

ние

разования

сти

ния, разме-

Минималь-

Макси-

нее

щения

ное значе-

мальное

значе-

ние

значение

ние

Отходы по-

лимерные

от зачистки

оборудова-

ния произ-

Чистка техно-

водства из-

логического

Размещение

5,7

105,0

49,4

делий из

оборудования

разнород-

ных пласт-

масс (от-

ходы фто-

ропласта)

472

10.4 Сэвилен

Сэвилен - продукт сополимеризации этилена и винилацетата, представляющий

высокомолекулярное соединение, относящееся к полиолефинам:

Сэвилен получают методом, аналогичным методу производства полиэтилена вы-

сокого давления. Сэвилен превосходит полиэтилен по прозрачности и эластичности при

низких температурах, обладает повышенной адгезией к различным материалам.

Сэвилен имеет высокую прочность, низкую плотность, обладает электроизоляци-

онными свойствами, стоек ко многим агрессивным средам и обладает повышенной ад-

гезией к различным материалам. Сополимер хорошо растворим в кетонах, ароматиче-

ских и хлорированных углеводородах. Свойства сэвилена зависят главным образом от

содержания винилацетата (5-30 вес. %). С повышением содержания винилацетата

уменьшаются твердость, теплостойкость, кристалличность (разрушающее напряжение

при растяжении), в то время как плотность, эластичность, прозрачность и адгезия уве-

личиваются.

Сэвилен предназначен для изготовления изделий технического назначения, изде-

лий, контактирующих с пищевыми продуктами, восковых покрытий и упаковки пищевых

продуктов; изоляционных материалов и прокладок; ремонта и уплотнения узлов и дета-

лей систем хозяйственно-питьевого водоснабжения, клеевых композиций, продукции

для бытовой химии, покрытий стальных труб. Сэвилен используется в качестве депрес-

сорнрой присадки для нефтяных топлив.

В таблице 10.29 перечислены основные марки и области применения этого поли-

мера, а также рекомендуемые методы его переработки.

Таблица 10.29 - Рекомендуемые методы переработки и области применения

сэвилена

Базовая марка

Рекомендуемый метод

Основное рекомендуемое применение

сэвилена

переработки

11104-030

Изделия технического назначения, изде-

Экструзия, литье

11205-040

лия, контактирующие с сухими, сыпучими,

11306-075

водо- и жиросодержащими пищевыми про-

12206-007

дуктами, пленка сельскохозяйственная и

12306-020

технического назначения

12508-150

11407-027

Изделия технического назначения, клея-

Экструзия

11607-040

щий слой для покрытия стальных труб

Окончание таблицы 10.29

Базовая марка

Рекомендуемый метод

Основное рекомендуемое применение

сэвилена

переработки

11507-070

Для изготовления изоляционных материа-

Литье, компаундирова-

лов, прокладок и т. д. для ремонта и уплот-

ние

нения узлов и деталей систем хозяй-

ственно-питьевого водоснабжения, клее-

вых композиций.

Изделия технического назначения.

Основы клея-расплава

11708-210

Депрессорная присадка к нефтяным топли-

Компаундирование

11808-340

вам.

Использование в качестве клеев-распла-

вов

11708-210

В составе композиции ПКС-25 (парафин,

Компаундирование

11808-340

канифоль, сэвилен) для покрытия перга-

12206-007

мента и картона, предназначенных для

12306-020

упаковки сухих сыпучих продуктов

12508-150

11507-070

В составе покрытий тары и упаковки пище-

Экструзия

11708-210

вых продуктов, туалетного мыла

11808-340

12206-007

В составе композиций и сплавов для по-

Компаундирование, экс-

12306-020

крытия тары и упаковки пищевых продук-

трузия

12508-150

тов

Сэвилен низкомолекулярный предназначен для использования в резиновой про-

мышленности при изготовлении резиновых смесей различного назначения.

Характеристики низкомолекулярного сэвилена приведены в таблице 10.30.

Таблица 10.30 - Физико-химические показатели низкомолекулярного сэвилена

№

Наименование показателя

Норма

Внешний вид

Воско- или мазеподобная масса или

твердые куски различной величины от

светло-серого до темно-серого цвета

Массовая доля летучих веществ (в том

10,0

числе влаги), %, не более

Массовая доля золы, %, не более

0,1

Вязкость расплава, мПа·с

Не нормируется

10.4.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время

Сополимеры этилена с винилацетатом получают радикальной полимеризацией

при высоком давлении. Обычно процесс сополимеризации ведется в том же реакторе,

474

что и гомополимеризация этилена. Принципиальная схема установки по получению со-

полимеров этилена с винилацетатом представлена на рисунке 10.15.

Рисунок 10.15 - Схема процесса получения сэвилена

Основным сырьем при производстве сэвилена является этилен и винилацетат.

Свежий этилен по этиленопроводу поступает в отделение компрессии цеха в общий кол-

лектор компрессоров 1-го каскада где распределяется на две параллельно работающие

технологические системы («A», «B»,). Из общего коллектора этилен поступает в смеси-

тели НД, где смешивается с возвратным этиленом НД. После смешения газ идет на всас

компрессоров 1-го каскада систем «A», «B». Далее этилен поступает в смесители ВД, в

котором происходит его перемешивание с возвратным газом ВД в смеси со свежим ви-

нилацетатом, который дозируется насосами. После чего, смесь этилена с винилацета-

том разделяется на два потока и поступает на всас двух параллельно работающих ком-

прессоров 2-го каскада систем «A», «B».

При производстве сэвилена некоторых марок в смеситель НД поступает кислород,

который является инициатором реакции сополимеризации, где он смешивается со све-

жим и возвратным этиленом. При производстве остальных марок сэвилена используется

раствор инициатора.

Непрореагировавший винилацетат (винилацетат на ректификацию) откачивается

насосом в емкости, затем закачивается в ректификационную колонну. Далее винилаце-

тат-ректификат сливается, с последующей откачкой насосом в соотношении 1:3 со све-

жим винилацетатом в отделение полимеризации.

Сжатый до заданного «рабочего» давления этилен с винилацетатом по трубопро-

воду ВД подается в реактора «трубчатого типа». Для обеспечения процесса сополиме-

ризации в реактор подается смесь масла с инициатором.

Из реакторов технологических систем «A», «B» сополимерэтиленовая смесь по-

ступает в ОВД, где происходит разделение сополимера и газовой этилен-винилацетат-

ной смеси. Из обоих ОВД возвратный газ ВД направляется в систему очистки и охлажде-

ния, а расплав сополимера подается в ОНД, в котором происходит также отделение со-

полимера от непрореагировавшего этилен-винилацетатной смеси.

Из ОНД непрореагировавшая этилен-винилацетатная смесь направляется в воз-

вратный газ НД контура сэвилена, а расплав сополимера подается в загрузочную зону

экструдера. Сополимер захватывается шнеками, сжимается, перемешивается и переме-

щается в сторону фильеры. Срезанный гранулят охлаждается в трубопроводе и направ-

ляется на сушку в центробежную сушилку и направляется на сушильное качающееся,

где происходит разделение гранулята от воды, далее гранулят поступает через шлюзо-

вый питатель в трубопровод по которому транспортируется воздухом в отделение обра-

ботки.

Прием сэвилена происходит через автоматические порционные приемные весы в

один из трех анализных бункеров сэвилена. Перегонка сэилена пневмотранспортом из

анализных бункеров, предварительно с присвоенным номером партии, производится в

бункера ГП. Из бункеров ГП гранулят поступает для расфасовки на РУМ системами «А»,

«B». Расфасовка сэвилена на складе ГП происходит из бункеров ГП, гранулят поступает

в 10 расфасовочных машин. Фасовка осуществляется вручную. В каждый мешок отве-

шивается 25±0,25 (кг) гранулята.

Описание технологического процесса приведено в таблице 10.31, перечень ос-

новного оборудования - в таблице 10.32.

Таблица 10.31 - Описание технологического процесса производства сэвилена

Выходной поток

Основное

Стадия техноло-

Природоохран-

Входной

Основные, по-

Технологиче-

гического про-

ное оборудова-

поток

бочные и про-

Эмис-

ское оборудо-

цесса

ние

межуточные

сии

вание

продукты

3.1

3.2

Этилен

Компримирова-

Сжатая этилен-

Компрессоры

ние смеси эти-

винилацетатная

лена с винила-

смесь

цетатом

Этилен,

ви-

Сополимериза-

Расплав сэви-

Реакторы

нилацетат, кис-

ция

лена

лород, инициа-

торы

Расплав сэви-

Экструзия и гра-

Гранулирован-

Экструдеры

лена

нулирование

ный СЭВ

Гранули-рова-

Расфасовка и

Гранулы на рас-

ГОУ

ный сэвилен

паллетирование

фасовку, палле-

тирование и от-

грузку

476

Таблица 10.32 - Перечень основного технологического оборудования производства

сэвилена

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Производительность

1000 нм³/ч,

Сжатие этилена до рабо-

мощность эл/двигателя - 265 кВт.

Компрессор

чего давления

Производительность

3800 нм³/ч,

мощность э/двигателя - 480 кВт

Объем-370 л

Реактор

Полимеризация

Длина реактора - 350 м

Количество труб - 33 шт

Объем - 1050 л

Объем - 2,1 м³

Экструзия и гранулирова-

Экструдер

Производительность - 400-500 кг/ч

ние

Количество отверстий фильеры - 50-

300 шт, мощность привода - 24 кВт

10.4.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Показатели потребления сырья и энергоресурсов (нормы расхода) при производ-

стве сэвилена приведены в таблице 10.33.

Таблица 10.33 - Показатели потребления сырья и энергоресурсов* при производстве

сэвилена

Единицы из-

Расход на 1 т продукции

Наименование

мерения

Минимальный

Максимальный

Этилен

т/т

0,777

0,961

Винилацетат

т/т

0,278

Электроэнергия

кВт·ч/т

1588

Пар

Гкал/т

2,208

3,483

Вода оборотная

тыс.м³/т

0,425

Продувочный газ на факел

нм³/ч

* Удельные расходы по потреблению энергоресурсов показаны только по энергоресурсам, по-

ставляемым со стороны, собственные энергоресурсы в расчетах удельных показателей

не учтены

В таблицах 10.34-10.36 представлена информация по выбросам, сбросам и обра-

зованию отходов производства сэвилена.

Таблица 10.34 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве

сэвилена

Масса выбросов загрязняющих веществ по-

Метод очистки,

сле очистки в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование загряз-

обработки, по-

Диапазон

няющего вещества

вторного ис-

Среднее

Минимальное

Максимальное

пользования

значение

Этилен

0,971

Винилацетат

–

0,3

Полиэтилен

0,05

Таблица 10.35 - Сбросы загрязняющих веществ при производстве сэвилена

Показатели сбросов загрязняющих ве-

ществ в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование загрязняю-

Направление

Диапазон

щего вещества

сбросов

Среднее

Минимальное

Максимальное

значение

Нефтепродукты (нефть)

0,00278

Сточные воды

НСПАВ

(неионогенные

направляются на

синтетические

поверх-

механическую и

0,001

ностно-активные

веще-

биологическую

ства)

очистку

ХПК

0,3

Таблица 10.36 - Отходы, образующиеся при производстве сэвилена

Масса образующихся отхо-

дов производства в рас-

Способ ути-

чете

Класс

лизации,

Источник об-

на 1 т продукции, кг/т

Наименование

опас-

обезврежива-

разования

Диапазон

Сред-

ности

ния, разме-

Мини-

Макси-

нее

щения

мальное

значе-

значение

ние

Обезврежива-

Кубовые остатки

Получение

ние на терри-

производства ви-

7,44

сэвилена

тории пред-

нилацетата

приятия

478

Окончание таблицы 10.36

Масса образующихся отхо-

дов производства в рас-

Способ ути-

чете

Класс

лизации,

Источник об-

на 1 т продукции, кг/т

Наименование

опас-

обезврежива-

разования

Диапазон

Сред-

ности

ния, разме-

Мини-

Макси-

нее

щения

мальное

значе-

значение

ние

Воды промывки тех-

Обезврежива-

нологического обо-

Получение

ние на терри-

рудования в произ-

0,35

сэвилена

тории пред-

водстве винилаце-

приятия

тата

Чистка холо-

Передача

дильников,

Отходы негалогени-

другим пред-

решеток, ре-

рованных полиме-

приятиям для

акторов, ста-

ров от зачистки обо-

использова-

дия хранения

1,55

рудования (отходы

ния, перера-

и транспор-

низкомолекулярного

ботки или

тировки по-

полиэтилена)

обезврежива-

рошка поли-

ния

этилена

Наросты по-

лимеров ви-

нилацетата

на стенке ре-

Передача

Отходы зачистки

актора и ме-

другим пред-

оборудования про-

шалки. Поли-

приятиям для

изводства сэвилена

мерная

использова-

и винилацетата, со-

III

2,59

плёнка ви-

ния, перера-

держащие преиму-

нилацетата

ботки или

щественно сэвилен

на внутрен-

обезврежива-

и поливинилацетат

ней поверх-

ния

ности реак-

тора синтеза

и мешалки

10.5 Биоразлагаемые полимеры

Основным стимулом для разработки биоразлагаемых полимеров стала проблема

утилизации пластиковых отходов, прежде всего, полиэтилена и полипропилена, объемы

производства которых растут с каждым годом. Сегодня полимерная продукция состав-

ляет до 40 % объема промышленных и бытовых отходов.

Биоразлагаемые полимеры отличаются от прочих пластиков тем, что в окружаю-

щей среде под действием микроорганизмов (бактерий или грибков) и физических фак-

торов они разлагаются, в большинстве случаев продуцируя воду и диоксид углерода, а

также метан, биомассу и неорганические соединения. Обычно полимер считается био-

разлагаемым, если он деструктирует в почве или в воде за полгода.

Разложение продуктов, получаемых поликонденсацией (полиамиды, полиэфиры

и др.), происходит посредством гидролиза, а полимеров, основная полимерная цепочка

которых содержит только углеводородные атомы, - посредством окисления, за которым

могут происходить и реакции гидролиза продуктов окисления. О разложении полимеров

может свидетельствовать уменьшение длины полимерных цепочек, диагностируемое

измерением концентрации функциональных групп.

В то же время такие полимеры перерабатываются с использованием обычных тех-

нологий и оборудования производства пластмасс (экструзия, горячее, литьевое и выдув-

ное формование).

10.5.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время

Разработка процессов синтеза биоразлагаемых полимеров развивается по трем

ведущим направлениям: получение биоразлагаемых полиэфиров на базе гидроксикар-

боновых кислот, придание свойств биоразлагаемости выпускаемым в настоящие время

пластикам за счет смешения и модификации, производство новых пластиков на основе

воспроизводимых природных компонентов. Указанные технологии синтеза биоразлага-

емых полимеров интенсивно развиваются в США, Европе, Корее и Японии. В России

разработка таких технологий, существенно осложнявшаяся ранее ресурсами относи-

тельно дешевого сырья, находится в начале становления и развития.

Наиболее актуально в нашей стране использование биоразлагаемых полимеров

в производстве упаковочных материалов, а также в медицине.

Способы производства биоразлагаемых полимеров могут быть химическими или

биологическими (под воздействием микроорганизмов или ферментов).

Наиболее известны:

- получение из природных полимеров их механической и химической обработкой

(применительно к биоразлагаемым пластикам из деструктурированного крахмала);

- получение биотехнологическим способом из возобновляемых сырьевых источ-

ников (применительно к ферментации сахаров, при которой микроорганизмы синтези-

руют термопластичные алифатические полиэфиры, в частности, полигидроксибутират);

480

- химический синтез полимеров из мономеров, получаемых биопревращением

возобновляемых источников сырья (в частности, использование молочной кислоты, по-

лучаемой при ферментизации сахаров, для выработки химическим способом полимо-

лочной кислоты);

- химический синтез из продуктов переработки нефти и др. невозобновляемых

источников сырья.

Биоразлагаемые пластики, в основном, производятся из крахмала, полимолочной

кислоты, полигидроксиалканоатов, целлюлозы и лигнина (при этом все компоненты ма-

териала биоразлагаемы).

Доступны также т.н. биокомпозиты, представляющие собой смесь полимера (пла-

стика) с наполнителем, вводимым с целью снижения себестоимости материалов и/или

для улучшения химико-механических свойств продукта.

Добавление к небиоразлагаемому пластику природных биоразлагаемых наполни-

телей (типа крахмала и древесной муки) не делает результирующий товарный продукт

биоразлагаемым.

Биоразлагаемые пластики не требуют раздельного сбора, сортировки, перера-

ботки в сопоставлении с традиционными пластиками. Но для достижения максимальной

биологической разлагаемости они должны компостироваться вместе с органическими

отходами - наиболее распространенным аэробным способом компостирования, реже в

анаэробных условиях.

Блок-схема переработки полимеров выглядит следующим образом:

10.6 Полиарилат ДВ-524

10.6.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время

Получение полиарилата ДВ осуществляется по быстродействующей реакции по-

ликонденсации дифенилолпропана и дихлорангидридов изофталевой и терефталевой

кислоты в эмульсионной системе тетрагидрофуран-вода-хлористый натрий в присут-

ствии гидроокиси натрия.Синтез и высаживание полиарилата ДВ эмульсионного прово-

дится в реакторе. Для приготовления эмульсионной системы в реактор загружаются рас-

четные количества дистиллированной воды, хлористого натрия, регенерированного тет-

рагидрофурана, гидроокиси натрия, дифенилолпропана. Очистка тетрагидрофурана от

стабилизатора и примесей осуществляется путем регенерации на ректификационной ко-

лонне. Дихлорангидриды терефталевой и изофталевой кислоты расплавляются в пла-

вителе и сливаются в реактор. Реакция поликонденсации быстродействующая, после

выдержки нейтрализуют реакционную массу ортофосфорной кислотой и проводят выса-

живание полиарилата ДВ дистиллированной водой. Затем суспензию сливают на друк-

фильтр, где полиарилат ДВ четырехкратно промывается водой с отжимом промывной

воды сжатым азотом. Влажный полиарилат выгружается в противни и сушится в сушиль-

ном шкафе. Получение полиарилата ФВ осуществляется по быстродействующей реак-

ции поликонденсации фенолфталеина изофталевой кислоты в эмульсионной системе

тетрагидрофуран-вода-хлористый натрий в присутствии гидроокиси натрия. Синтез и

высаживание полиарилата ФВ осуществляется в реакторе. В реактор загружаются рас-

четные количества дистиллированной воды, хлористого натрия, регенерированного тет-

рагидрофурана, фенолфталеина, и почти одновременно загружается водный раствор

гидроокиси натрия и расплава изофталоилхлорида.

Сушка и смешение полиарилатов разных марок.

Экструзия полиарилата ДВ-524 порошкообразного с последующей резкой на гра-

нулирующем устройстве. Принципиальная схема процесса приведена на рисунке 10.16.

482

Рисунок 10.16 - Схема получения полиарилата ДВ-524

Описание технологического процесса приведено в таблице 10.37, перечень ос-

новного оборудования - в таблице 10.38.

Таблица 10.37 - Описание технологического процесса производства полиарилата ДВ-

524

Выходной поток

Природо-

Основные,

Стадия техноло-

Основное

Входной

охранное

побочные и

гического про-

технологическое

поток

оборудо-

промежу-

Эмиссии

цесса

оборудование

вание

точные про-

дукты

3.1

3.2

Полиарилат

Синтез и высажи-

Полиарилат

Отсут-

Реактор синтеза

ДВ эмульси-

вание полиари-

ДВ

ствуют

Плавитель

онный

лата ДВ

Друк-фильтры Рек-

тификационная ко-

лонна Сушильный

шкаф полочный с

электрообогревом

Полиарилат

Синтез и высажи-

Полиарилат

Отсут-

Реактор синтеза

ФВ

марки

вание полиари-

ФВ

ствуют

Плавитель

ФВ-1

лата ФВ

Друк-фильтры Рек-

тификационная ко-

лонна Сушильный

шкаф полочный с

электрообогревом

Окончание таблицы 10.37

Выходной поток

Природо-

Основные,

Стадия техноло-

Основное

Входной

охранное

побочные и

гического про-

технологическое

поток

оборудо-

промежу-

Эмиссии

цесса

оборудование

вание

точные про-

дукты

3.1

3.2

Полиарилат

Промывка

Полиарилат

Отсут-

Смеситель

Су-

ДВ-524

по-

сушка полиари-

ДВ-524 по-

ствуют

шильный шкаф с

рошко-образ-

лата ДВ

рошко-об-

электрообогревом

ный

разный

Полиарилат

Экструзия полиа-

Полиарилат

Отсут-

Экструдер

гранулиро-

рилата ДВ-524

гранулиро-

ствуют

Дозатор с заши-

ванный повы-

порошкообраз-

ванный по-

вочной промыш-

шенной тре-

ного с последую-

вышенной

ленной головкой

щиностойко-

щей резкой на

трещино-

сти марки ДВ-

гранулирующем

стойкости

524

устройстве

марки ДВ-

524

Таблица 10.38 - Перечень основного технологического оборудования производства

полиарилата ДВ-524

Наименование

Назначение оборудо-

Существенные характеристики

оборудования

вания

технологического оборудования

Вертикальный цилиндрический аппарат со

сферическим днищем и крышкой, рубаш-

кой, лопастной мешалкой. Ст. 12Х18Н10Т

D = 600 мм

Н = 1000 мм

Реактор синтеза

Синтез полиарилата

Vn = 0,154 м³

Vp = 0,095 м³

n меш. = - 735 мин-1

Sруб. = 6,5 м²

Электродвигатель:

N = 11,0 кВт, n = 750 мин-1

484

Окончание таблицы 10.38

Наименование

Назначение оборудо-

Существенные характеристики

оборудования

вания

технологического оборудования

Вертикальная цилиндрическая емкость с

мешалкой.

D = 1030 мм

Друк-фильтр

Н = 1400 мм

Промывка полиари-

с механической

Vп = 0,4 м³

лата

выгрузкой

Vр = 0,36 м³

n меш. = 45 мин-1

электродвигатель АИМ,

N = 0,75 кВт, n = 1500 мин-1

Горизонтальная прямоугольная емкость с

электрообогревом

Т = 250 ^оС

L = 1230 мм

Сушильный шкаф

Сушка полиарилата

В = 1977 мм

полочный

Н = 1200 мм

N = 18,0 кВт

Vр = 0,562 м³

Vп = 0,998 м³

Горизонтальная цилиндрическая емкость

D = 600 мм

Н = 1000 мм

Vn = 0,26 м³

Смеситель СРКШ-

Смешивание компо-

Vp = 0,2 м³

200

нентов

Электродвигатель ротора АИМ-160 м6

N = 15,0 кВт, n = 1000 мин-1

Электродвигатель шнека выгрузки:

N = 11,0 кВт, n = 1000 мин-1

Вертикальная цилиндрическая емкость c

Очистка тетрагидро-

Колонна ректифи-

кольцами Паля

фурана от стабилиза-

кационная

D = 400 мм

торов и примесей

Н = 6000 мм

Вертикальная цилиндрическая емкость

D - 400 мм

Мерник влажного

Н - 1038 мм

тетрагидрофурана

Vn = 0,1 м³

Vp = 0,063 м³

Вертикальная цилиндрическая емкость из

титана

Плавитель ИФХ,

D = 400 мм

ТФХ

Н = 400 мм

Vn = 0,03 м³

Vp = 0,024 м³

10.6.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Показатели потребления сырья и энергоресурсов (нормы расхода) при производ-

стве полиарилата ДВ-524 приведены в таблице 10.39.

Таблица 10.39 - Показатели потребления сырья и энергоресурсов при производстве

полиарилата ДВ-524

Расход на 1 т продукции

Единицы измере-

Наименование

Минималь-

Максималь-

ния

ный

Дифенилолпропан техн.

кг/т

758,11

Изофталоилхлорид

кг/т

823,15

Натрий хлористый хч.

кг/т

3199,02

Терефталоилхлорид

кг/т

524,12

Тетрагидрофуран

кг/т

8000,56

Натрий гидроокись хч (Na едк.жид.)

кг/т

510,45

Фенолфталеин чда

кг/т

264

Электроэнергия

тыс. кВт.ч./т

766,6

Холод

тыс кВт/т

6,9

Сжатый воздух

м³/т

2105,2

Вода

м³/т

61,3

Азот газообразный

м³/т

1725,1

Пар отборный п/ф

Гкал/т

46,1

В таблицах 10.40-10.42 представлена информация по выбросам, сбросам и обра-

зованию отходов производства полиарилата ДВ-524.

Таблица 10.40 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве по-

лиарилата ДВ-524

Масса выбросов загрязняющих ве-

Метод

ществ после очистки в расчете на 1 т

очистки, обра-

Наименование загрязняю-

продукции, кг/т

ботки, повтор-

щего вещества

Диапазон

ного использо-

Среднее

Минималь-

Максимальное

вания

значение

ное значение

значение

Натрий гидроксид (Натрия

гидроокись, Натр едкий, Сода

2,26

каустическая)

Натрий хлорид (поваренная

22,51

соль)

Дифенилолпропан

22,51

Терефталоила дихлорид

0,456

Красители органические три-

фенилметановые кислотные

22,51

(фенофталеин)

486

Окончание таблицы 10.40

Масса выбросов загрязняющих ве-

Метод

ществ после очистки в расчете на 1 т

очистки, обра-

Наименование загрязняю-

продукции, кг/т

ботки, повтор-

щего вещества

Диапазон

ного использо-

Среднее

Минималь-

Максимальное

вания

значение

ное значение

значение

Полиэфиры фталевых кислот

22,51

(пыль полиарилатов)

Ортофосфорная кислота

4,53

Тетрагидрофуран

1203,34

Таблица 10.41 - Сбросы загрязняющих веществ при производстве полиарилата ДВ-

524

Показатели сбросов загрязняющих ве-

ществ в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование загрязня-

Направление

Диапазон

ющего вещества

сбросов

Среднее

Минимальное

Максимальное

значение

Хлорид-анион (хлориды)

По договору на

0,268

Взвешенные вещества

отведение сточ-

–

0,522

pH (ед.)

ных вод через

7,2

7,5

7,4

централизован-

Фосфор общий

ную систему во-

0,025

доотведения

Таблица 10.42 - Отходы, образующиеся при производстве полиарилата ДВ-524

Масса образующихся от-

ходов производства в

Способ ути-

расчете

Класс

лизации,

на 1 т продукции, кг/т

Источник об-

Наименование

опас-

обезврежи-

Диапазон

Сред-

разования

ности

вания, раз-

Мини-

Макси-

нее

мещения

мальное

значе-

ние

Tара полиэтиленовая,

Упаковка из-

загрязненная фено-

под дифенил-

Захоронение

8,34

лами

олпропана

Упаковка из бумаги

Упаковка из-

Термическое

и/или картона, загряз-

под фенол-

Обезврежи-

5,7

ненная органическими

фталеин

вание

красителями

Окончание таблицы 10.42

Масса образующихся от-

ходов производства в

Способ ути-

расчете

Класс

лизации,

на 1 т продукции, кг/т

Источник об-

Наименование

опас-

обезврежи-

Диапазон

Сред-

разования

ности

вания, раз-

Мини-

Макси-

нее

мещения

мальное

значе-

ние

Тара из черных метал-

Тара из-под

лов, загрязненная нега-

Обезврежи-

тетрагидро-

933,4

логенсодержащими

вание

фурана

простыми эфирами

Тара из черных метал-

Тара из-под

лов, загрязненная жид-

изофталоил-

кими органическими га-

Обезврежи-

хлорида, те-

188,62

логенсодержащими ве-

вание

рефталоил-

ществами (содержание

хлорида

менее 10 %)

Упаковка полиэтилено-

Упаковка из-

вая, загрязненная не-

под натрия

Захоронение

15,78

органическими хлори-

хлористого

дами и/или сульфатами

Комки после

операции про-

сеивания, не-

Отходы термореактив-

исправимый

ной пластмассы при

брак, сметки

Захоронение

производстве изделий

пыли с обору-

из фенопласта

дования, слу-

чайные рос-

сыпи

488

10.7 Проппант полимерный на основе полидициклопентадиена

10.7.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время

Для очистки товарного ДЦПД от примесей каталитических ядов используется

фильтр, заполненный оксидом алюминия. Отфильтрованный ДЦПД, собранный в реак-

торе, подвергается термической олигомеризации. В реактор, заполненный 0,06 % рас-

твором поливинилового спирта, под слой жидкости подается смесь мономера с доб-

пвками и катализатором. Перемешивание в реакторе продолжают до тех пор, пока вяз-

кость органической фазы не достигнет 40 сП. Далее полученную суспензию нагревают в

реакторе при перемешивании.

По окончании выдержки суспензию из реактора сливают на вакуум-воронку, где

после отделения от маточника гранулы промываются водой от остатков стабилизатора.

Для отделения образовавшихся дефектных сферических частиц с газовыми включени-

ями ПДЦПД на накуум-воронке заливают 7 % раствором хлорида натрия. Всплывшие

частицы собирают, сачком с мелкой сеткой, в мешки и отправляют на утилизацию, соле-

вой раствор откачивается в перевозную емкость и далее - на сжигание. Отфильтрован-

ные осевшие гранулы далее обрабатываются антистатиком АЛКАПАВ и отправляются в

сушильный шкаф на предварительную сушку при температуре 50-60 °С. После сушки

гранулы ПДЦПД рассеивают на просейке.. Гранулы отправляют на стадию получения

проппанта в сушильный шкаф. Проппант получают методом высокотемпературного

пост-отверждения при температуре Охлажденные гранулы проппанта выгружают из су-

шильного шкафа и обрабатывают антистатиком. Обработанные антистатиком гранулы

проппанта отправляются на рассев на просейку или в вибрационный сепаратор с ис-

пользованием вибросита. Выделенные на вибросите целевые фракции проппанта от-

правляются на упаковку, отделенные нецелевые фракции - на хранение, для дальней-

шего использования на хозяйственные нужды предприятия. Принципиальная схема про-

цесса приведена на рисунке 10.17.

Рисунок 10.17 - Схема получения проппанта полимерный на основе ПДЦПД

Описание технологического процесса приведено в таблице 10.43, перечень ос-

новного оборудования - в таблице 10.44.

Таблица 10.43 - Описание технологического процесса производства проппанта поли-

мерный на основе ПДЦПД

Выходной поток

Основное

Природо-

Стадия техноло-

Основные, по-

Входной

технологи-

охранное

гического про-

бочные и про-

Эмис-

поток

ческое обо-

оборудова-

цесса

межуточные

сии

рудование

ние

продукты

3.1

3.2

Очистка и подго-

Дициклопента-

товка дицикло-

Олигомеризо-

Фильтр

диен (ДЦПД)

пентадиена

ванный ДЦПД

Реактор

(ДЦПД)

Получение сфе-

Реактор

Олигомеризо-

рических гранул

ПДЦПД

Вакуум-во-

ванный ДЦПД

полидициклопен-

ронка

тадиена (ПДЦПД)

Сушильный

шкаф

Проппант по-

Получение и про-

Вибрацион-

ПДЦПД

лимерный на

сейка проппанта

ный сепара-

основе ПДЦПД

тор

Просейка

490

Таблица 10.44 - Перечень основного технологического оборудования производства

проппанта полимерный на основе ПДЦПД

Наименование

Назначение оборудова-

Существенные характеристики

оборудования

ния

технологического оборудования

Vп. = 6,3 м³

Vр. = 5 м³

Vруб.= 1,18 м³

Fруб. = 13 м², теплоизолирован

Реактор

Полимеризация ДЦПД

nмеш. = 46 мин-1, с частотным преоб-

разователем,

Электродвигатель ВАО-52-4, исп.

IP44, N = 10 кВт, n = 1500 мин-1

Vп. = 6,3 м³

Vр. = 5 м³

Vруб. = 1,18 м³

Fруб. = 13 м², теплоизолирован

Реактор

Олигомеризация ДЦПД

nмеш. = 46 мин-1, с частотным преоб-

разователем,

Электродвигатель ВАО-52-4, исп.

IP44, N = 10 кВт, n = 1500 мин-1

Vп. = 1,2 м³

Фильтр

Очистка ДЦПД

Vр. = 1 м³

F = 0,44 м², теплоизолирован

Отделение

гранул

Vр над решеткой - 1,3 м³

Вакуум-воронка

ПДЦПД из раствора

F = 2,5 м²

1720 х 12420 х 3000 мм

Высокотемературное

Т = 30-350 ^оС

Сушильный шкаф

пост-отверждение гранул

N - не более 25 кВт

ПДЦПД

Vп. = 5,9 м³

Vр. = 4,7 м³

Вибрационный сепа-

N = 0,37 кВт

Просейка проппанта

ратор

n = 1460 мин-1

Q = 1000 кг/час, электродвигатель

Просейка

Просейка проппанта

АИМЛ8086,

N = 1,1 кВт, n = 980 мин-1

10.7.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Показатели потребления сырья и энергоресурсов (нормы расхода) при производ-

стве проппанта полимерного на основе ПДЦПД приведены в таблице 10.45.

Таблица 10.45 - Показатели потребления сырья и энергоресурсов при производстве

проппанта полимерного на основе ПДЦПД

Расход на 1 т продукции

Наименование

Единицы измерения

Минимальный

Максимальный

ДЦПД

т/т

1,917

Оксид алюминия

т/т

0,072

Поливиниловый спирт

т/т

0,005

Натрий хлористый

т/т

0,20543

Антистатик

шт./т

Азот

т/т

2,5

Вода обессоленная

т/т

8,333

Вода ПХВ

т/т

Воздух

т/т

2,4

Электроэнергия

тыс. кВт·ч/т

Пар

Гкал/т

В таблицах 10.46-10.48 представлена информация по выбросам, сбросам и обра-

зованию отходов производства проппанта полимерный на основе ПДЦПД

Таблица 10.46 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве про-

ппанта полимерного на основе ПДЦПД

Масса выбросов загрязняющих веществ

Метод очистки,

после очистки в расчете на 1 т продукции,

Наименование загрязняю-

обработки, по-

кг/т

щего вещества

вторного ис-

Диапазон

Среднее

пользования

Минимальное

Максимальное

значение

Диалюминий триоксид (в

7,083

пересчете на алюминий)

Натрий хлорид (поварен-

5,883

ная соль)

Поли(этандиол)

14,525

3а,4,7,7а-тетрагидро-4,7-

1,625

метано-1Н-инден

Дихлорметан

0,059

Алкил С10-16 триметилам-

0,588

монийхлорид

1-метил-1-фенилэтилгид-

1,433

ропероксид

492

Таблица 10.47 - Сбросы загрязняющих веществ при производстве проппанта поли-

мерного на основе ПДЦПД

Показатели сбросов загрязняющих ве-

ществ в расчете на 1 т продукции, кг/т

Наименование загряз-

Направление

Диапазон

няющего вещества

сбросов

Среднее

Минимальное

Максималь-

значение

ное

значение

Хлорид-анион

(хло-

0,268

риды)

Взвешенные вещества

0,522

pH (ед.)

–

7,2

7,5

7,4

Таблица 10.48 - Отходы, образующиеся при производстве проппанта полимерного на ос-

нове ПДЦПД

Масса образующихся отходов

производства в расчете

Способ утили-

Класс

на 1 т продукции, кг/т

Источник об-

зации, обез-

Наименование

опасно-

Диапазон

Сред-

разования

вреживания,

сти

Минималь-

Макси-

нее

размещения

ное значе-

мальное

значе-

ние

значение

ние

Тара из черных

25,2

металлов, загряз-

Тара из-под

ненная жидкими

4 68 118

Обезврежива-

хлористого

органическими га-

11 51 4

ние

метилена

логеносодержа-

щими веществами

Упаковка из раз-

0,75

нородных поли-

Упаковка из-

мерных материа-

4 38 193

под поливи-

лов, загрязненная

Захоронение

21 52 4

нилового

одно- и многоос-

спирта

новными спир-

тами

Тара из черных

230,04

металлов, загряз-

ненная нефтепро-

4 68 111

Тара из-под

Обезврежива-

дуктами (содержа-

02 51 4

ДЦПД

ние

ние нефтепродук-

тов менее 15 %)

Раздел 11 Производство синтетических латексов

11.1 Общая информация о производстве и номенклатура

латексов

Синтетические латексы представляют собой коллоидные дисперсии полимеров

(сополимеров), являющихся дисперсной фазой, в дисперсионной среде. Дисперсионной

средой является подготовленная вода с растворенными в ней поверхностно-активными

веществами (ПАВ), электролитами, добавками, определяющими pH среды, инициато-

ром, регулятором и другими необходимыми компонентами.

Синтетические латексы по ряду свойств сближаются с натуральным латексом. Это

сходство объясняется тем, что как натуральный, так и синтетические латексы стабили-

зированы поверхностно-активными веществами.

Все синтетические латексы относятся к полидисперсным системам, размер частиц

которых колеблется от сотых долей до нескольких микрометров.

Синтетические латексы представляют собой более высокодисперсные системы,

чем натуральный латекс. Частицы синтетических латексов меньше (0,05 мкм) и более

однородны по размерам, чем частицы натурального латекса (0,15-14 мкм). Благодаря

высокой дисперсности синтетические латексы обладают рядом преимуществ по сравне-

нию с натуральным латексом, например: большей устойчивостью, лучшей диффузион-

ной способностью и т. д.

От размера частиц латекса зависят многие их свойства. Характерным свойством

синтетических латексов является их меньшая подверженность самопроизвольному рас-

слаиванию, или сливкоотделению, по сравнению с натуральным латексом. Для концен-

трирования таких латексов применяют особые приемы.

Вязкость синтетических латексов зависит от их концентрации, температуры, нали-

чия электролита и др. С увеличением концентрации латекса вязкость его возрастает,

причем для каждого вида латекса имеется своя критическая концентрация пастообразо-

вания.

Синтетические латексы обладают достаточно высокой химической устойчиво-

стью, что обеспечивает возможность практического их применения.

На свойства синтетических латексов большое влияние оказывают состав и свой-

ства дисперсионной среды, главным образом природа эмульгатора или стабилизатора,

и чистота исходных мономеров. В производстве латекса используется более широкий

ассортимент эмульгаторов, чем для каучуков эмульсионной полимеризации. В большин-

стве случаев применяются анионоактивные эмульгаторы - соли жирных кислот, абиети-

новой кислоты, сульфокислот и др.

Производство первого промышленного синтетического латекса - хлоропренового

- было начато в 1936 г. Затем были разработаны и внедрены бутадиеновый, бутадиен-

стирольный, бутадиен-винилиденхлоридный, бутадиен-нитрильный и другие латексы. С

2010-х годов в России активно развивается производство сополимер-акриловых, акри-

ловых, стирол-акриловых, латексов на основе акриловой кислоты и акриламида.

Области применения латексов чрезвычайно разнообразны вследствие высокой

технико-экономической эффективности их использования в различных отраслях про-

мышленности.

494

Таблица 11.1 - Основные типы и марки синтетических латексов

Массовое

Темпера-

Массовое

Мономеры, мас-

Конверсия

содержание

тура поли-

содержание

№

Марка

совое соотноше-

Основной эмульгатор

мономе-

летучих ор-

Назначение

мериза-

сухого ве-

ние

ров, %

ганических

ции, °C

щества, %

веществ, %

Бутадиеновые латексы

Бутадиен и ме-

Некаль, сульфонол

Пропитка шин-

СКД-1

такриловая кис-

≥ 23

≤ 0,2

НП-3

ного корда

лота (100:2)

Изготовление во-

СКС-65

Те же (35:65)

Некаль, сульфонол НП-3

50-60

98-100

≥ 47

≤ 0,7

достойких красок

ГП

и обоев

Изготовление

БС-85

Те же (15:85)

То же

50-60

Глубокая

≥ 47

≤ 0,3

ковров

Другие бутадиенсодержащие латексы

Заменитель кожи

Бутадиен и вини-

и получение це-

ДВХБ-70

лиденхлорид

Мыло СЖК

55-60

25-40

≤ 0,3

ментно-латекс-

(30:70)

ных смесей

Сополимер-акриловые, акриловые латексы

Novopol

Стирол, эфир бу-

Аммонийная соль суль-

99,95

45-50

Меньше 0,05

Универсальный

110

тиловый акрило-

фата алкилподигликолие-

латекс для ЛКМ,

вой

кислоты

вого эфира

легкой промыш-

(19:25)

ленности

Основными синтетическими латексами в настоящее время являются акриловые и

стирол-акриловые латексы.

Производство синтетических латексов - это многостадийный процесс, который

включает: приготовление мономеров, водной фазы и растворов регулятора, эмульсион-

ную полимеризацию, отгонку незаполимеризовавшихся мономеров и введение антиок-

сидантов. Кроме того, часто бывают необходимы такие операции, как агломерация ча-

стиц и концентрирование латекса.

При производстве товарных латексов полимеризацию проводят до более глубоких

стадий (с доведением конверсии в большинстве случаев до 95 % - 100 %) по сравнению

с латексами-полупродуктами при получении эмульсионных каучуков. Как показала прак-

тика, на качество товарных латексов это почти не влияет, но позволяет в ряде случаев

существенно сократить расходы энергосредств на отгонку незаполимеризовавшихся мо-

номеров.

Продолжительность процесса полимеризации в производстве латексов меняется

в широких пределах: при получении латексов глубокой полимеризации продолжитель-

ность синтеза достигает 30-40 ч.

Получение крупнотоннажных синтетических латексов прежде осуществлялось не-

прерывным методом в батарее из 6-9 полимеризаторов объемом 12 м³. В настоящее

время в связи с резким сокращением объемов выпускаемого латекса экономически вы-

годно осуществлять процесс получения латексов периодическим способом.

В отличие от латексов эмульсионных каучуков температура полимеризации при

получении большинства синтетических латексов гораздо выше температуры при син-

тезе эмульсионных каучуков и составляет 40 °C - 100 °C.

В производстве латексов часто используют добавки, улучшающие те или иные

свойства латексов.

Основной трудностью при отгонке, особенно при использовании противоточной

схемы, является пенообразование, поэтому обычно вводят специальный пеногаситель.

Концентрирование латекса является дополнительной технологической операцией

в производстве товарных латексов некоторых типов. Получение концентрированных ла-

тексов необходимо в основном для адаптации к технологии предприятий-потребителей.

Производство сополимер-акрилового латекса

Процесс получения стирол-акриловой дисперсии основан на методе эмульсион-

ной сополимеризации стирола, бутилакрилата, метакриловой кислоты, акриловой кис-

лоты и акриламида. В зависимости от марки продукта (дисперсии) в процессе полиме-

ризации учавствуют: бутилакрилат, метилакрилат, метакриловая кислота, акриловая

кислота, 2-гидроксиэтилметакрилат, 2-этилгексилакрилат, метилолметакриламид.

Процесс осуществляется по периодической схеме.

Синтез сополимерной акриловой дисперсии проводят в следующей последова-

тельности: загрузка в реактор синтеза водной фазы → термостатирование водной фазы

до требуемой температуры → проведение затравочной полимеризации → проведение

стадии непрерывной дозировки → выдержка реакционной массы → проведение стадии

дополимеризации → охлаждение реакционной массы до 40 °С → проведение стадии

нейтрализации → ввод постдобавок → отбор пробы в ЛКК → охлаждение реакционной

массы до 25 °С → слив дисперсии.

498

В большей части процессов переработки синтетические латексы могут приме-

няться с концентрацией, с которой они обычно получаются на заводе (т. е. около 50 %).

Иногда латексы подвергаются разбавлению.

11.2 Описание технологических процессов, используемых в

настоящее время

Производство латексов методом эмульсионной полимеризации имеет ряд преиму-

ществ. Это прежде всего низкая пожаро- и взрывоопасность за счет наличия в полимери-

зационной системе, кроме органических соединений, воды в количестве до половины объ-

ема, значительно более низких энергозатрат в сравнении с производством латексов-полу-

продуктов эмульсионных каучуков, возможности легкого регулирования молекулярной

массы и состава сополимера, использования для теплосъема более дешевых хладоаген-

тов, существенно меньших требований к чистоте исходных мономеров.

В то же время недостатком производства является наличие большого количества

сточных вод. Однако в настоящее время практически все используемые компоненты би-

оразложимы и постоянно ведутся работы по сокращению объема сточных вод, приме-

нению менее токсичных компонентов и возврату сточных вод в производственный цикл.

Синтез карбоксилированных латексов БС-65Н, БСК-70/2 осуществляется методом

эмульсионной полимеризации основных мономеров (бутадиена, стирола с метакрило-

вой кислотой) в водной фазе.

Синтез латексов БС-50, СКС-65 ГП, БС-85 осуществляется методом эмульсион-

ной полимеризации основных мономеров (бутадиена и стирола) в водной фазе. Водная

фаза является непрерывной средой в латексах и содержит следующие основные компо-

ненты:

- воду;

- эмульгатор - сульфонол, или неонол АФ 9-10, или алкилсульфонат, или ал-

килбензолсульфонат щелочного металла, канифольное мыло или «ЭДиСКАН 5600», па-

рафинат калия, или олеат калия, или калиевое мыло «Пальмак 505», или калиевое мыло

«Прифрак 2920», вспомогательное вещество ОП-10;

- электролит - сернокислый натрий, хлористый калий;

- компонент, определяющий pH-водной фазы, - калия гидроксид;

- комплексообразователи - трилон Б, ронгалит;

- дополнительный эмульгатор для повышения температурной устойчивости -

диспергатор НФ (лейканол).

Перед использованием в полимеризации вода проходит специальную очистку на

ионообменных смолах или с использованием мембранных технологий от солей, обу-

славливающих постоянную и временную жесткость, и удаление кислорода.

Эмульгаторы вводятся в систему в количестве, превышающем критическую кон-

центрацию мицеллообразования для стабилизации образующейся эмульсии мономеров

в воде. Они являются поверхностно-активными веществами, способными адсорбиро-

ваться на границе раздела фаз.

499

Электролиты вводятся в систему для повышения мицеллярной растворимости

(солюбилизации) эмульгируемых мономеров, снижения поверхностного натяжения и по-

вышения устойчивости латекса. Кроме того, электролиты уменьшают вязкость латекса,

способствуя лучшему отводу тепла.

Значение pH водной фазы - важный параметр, определяющий коллоидно-хими-

ческие свойства латекса, в частности его устойчивость. Буферы предназначаются для

поддержания определенного значения pH.

Перед стадией полимеризации в водную фазу подаются мономеры, инициаторы,

регулятор, в конце полимеризации - стоппер.

Мономер или смесь мономеров образуют дисперсную фазу, которая, распределя-

ясь в дисперсной среде, образует эмульсию. Инициированные радикалами мономеры в

процессе полимеризации образуют полимерные частицы (макромолекулы).

Инициаторы - персульфат калия, персульфат аммония. Инициаторы - вещества,

распадающиеся в условиях реакции на свободные радикалы, являющиеся активными

центрами полимеризации.

Регулятор - третичный додецилмеркаптан. Регуляторы вводятся в систему для

регулирования молекулярной массы и степени разветвленности макромолекул.

Стоппер - диметилдитиокарбамат натрия (ДДК), карбанат МН. Стопперы прекра-

щают реакцию полимеризации, они вводятся в систему по достижении заданной степени

конверсии мономеров.

После отгонки в латексы БСК-70/2, БС-50 вводится антиоксидант - ирганокс 1010.

Антиоксиданты - это вещества, предотвращающие старение полимера в процессе его

транспортирования, хранения, переработки и эксплуатации.

Технологический процесс получения латексов состоит из следующих основных

стадий:

- приготовление растворов;

- приготовление водной фазы;

- приготовление углеводородной эмульсии;

- сополимеризация углеводородов в эмульсии;

- отгонка незаполимеризовавшихся мономеров;

- дополнительная стабилизация для отдельных марок латекса;

- концентрирование отдельных марок латексов;

- розлив латекса, хранение латекса и отгрузка его потребителям;

- локальная очистка латексных стоков.

Получение синтетических латексов в больших количествах осуществляется не-

прерывным методом в батарее из 6-9 полимеризаторов объемом 12 м³.

Полимеризация

Сополимеризация бутадиена со стиролом осуществляется в эмульсии в присут-

ствии эмульгатора, диспергатора, буфера, окислительно-восстановительной системы,

регулятора молекулярной массы в среде обессоленной и обескислороженной (деаэри-

рованной) воды.

В отличие от эмульсионных бутадиен-стирольных латексов, вырабатываемых для

получения каучуков, процесс полимеризации товарных латексов (т. е. латекс является

конечным товаром) проходит при более высоких температурах. Начало процесса поли-

500

ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИМЕРОВ, В ТОМ ЧИСЛЕ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ (ИТС 32-2022) - часть 6