polistiren in suspensie.docx

Upload: bucarciuc-serghei

Post on 02-Jun-2018

566 views

Category:

Documents


27 download

TRANSCRIPT

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    1/24

    POLISTIREN IN SUSPENSIE -Descrierea fluxului tehnologic

    UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

    FACULTATEA DE CHIMIE APLICATA SI STIINTA MATERIALELOR

    SPECIALIZAREA TEHNOLOGIA COMPUSILOR MACROMOLECULARI

    POLISTIREN IN SUSPENSIE

    Capitolul 1 Referat literatura

    Capitolul 2 Descrierea fluxului tehnologic

    2.1. Operatiile principale ale fluxului

    2.2 Descrierea detaliata a fluxului tehnologic

    Capitolul 3 Determinarea capacitatii sarjei

    3.1. Bilantul timpilor tehnologici

    3.2 Calculul duratei sarjei

    3.3 Calculul capacitatii unei sarje

    Capitolul 4 Bilant de materiale

    4.1 Calcul preliminar

    4.2 Bilant de materiale pentru o sarja

    4.3 Bilant total pe instalatie

    4.4 Consumuri specifice de materii prime si materiale auxiliare

    Capitolul 5 Bilant termic

    5.1 Bilant termic pentru o sarja

    5.2 Consumuri specifice de utilitati

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    2/24

    Capitolul 6 Dimensionarea sumara a principalelor utilaje doin schema fluxului tehnologic

    6.1 Calculul volumetric al recipientilor

    6.2 Calculul agitatoarelor

    6.3 Calculul pompelor

    6.3.1 Calculul detaliat al pompei???

    6.3.2 Calculul estimativ al celorlalte pompe

    6.4 Calculul utilajelor de schimb termic

    (6.5 Calculul altor utilaje)

    Capitolul 7 Consum specific de energie electrica

    Capitolul 8 Dimensionarea reactorului de polimerizare

    8.1 Calcul cinetic

    8.2 Calcul volumetric

    8.3 Calculul agitatorului

    8.4 Calcul termic

    8.5 Calculul racordului

    8.6 Calculul grosimii izolatiei termice

    Capitolul 9 Lista de utilaje

    Capitolul 10 Elemente de automatizare

    Capitolul 11 Elemente de protectia muncii si a mediului

    CAPITOLUL 1

    REFERAT LITERATURA

    1.1. Scurt istoric.

    Stirenul a fost printre primii monomeri descoperiti, fiind cunoscut inca din secolul alXVIII-lea, sub numele de stirol, un ulei aromat, care la incalzire se solidifica, produs denumitstirol oxid. Odata cu aceste descoperiri, cercetarile asupra stirenului si polistirenului s-au extins.

    Astfel, in anul 1845, Glenart si Boudault obtin stiren prin distilarea unei rasini de palmier, iar Hofman si Blythe obtin polistirenul prin incalzirea stirenului la 200C .

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    3/24

    In 1869 se obtine polistiren prin dehidrogenarea etil-benzenului, procedeu inca folosit lascara industriala.

    Fabricarea la scara industriala a polistirenului a inceput inca din anul 1930, fiind printre primii polimeri sintetici industriali.

    Bazele tehnologiei actuale de polimerizare a stirenului au fost puse de Ostromislenski siStaudinger, productia dezvoltandu-se in paralel cu cea de cauciuc butadien-stirenic, fapt ce a dusla fabricarea stirenului in instalatii de capacitati mari.

    La momentul actual, polistirenul detine aproximativ 8% din productia totala de materiale polimerice, fiind fabricat industrial prin toate procedeele de polimerizare cunoscute: in bloc, insolutie, suspensie si emulsie. De asemenea, se fabrica si diferite sorturi de copolimeri aistirenului cu acrilonitril sau alti comonomeri, polistiren compoundat cu cauciucuri, polistiren

    plastifiat, polistiren armat cu fibra de sticla.

    1.2. Stiren. Generalitati. Obtinere. Proprietati.

    Stirenul, sau etil-benzenul, se prezinta ca un ulei incolor, ce se evapora rapid, cu mirosdulce la concentratii mici. In afara arborelui de stirax, de la care isi trage si numele, stirenul semai poate gasi in natura in concentratii mici in plante, fructe, legume, carne .

    Datorita legaturii vinilice foarte reactiva, stirenul a capatat o mare importanta industriala,fiind folosit ca monomer sau comonomer in obtinerea unor produsi ca: polistirenul, ABS(acrtilonitril-butadiena-stiren), cauciucul butadien-stirenic, stiren-divinil-benzenul, SIS (stiren-

    izopren-stiren), poliesteri nesaturati. O gama atat de larga de utilizari a dus la dezvoltarea industriei stirenului, fiind produs

    anual in cantitati foarte mari. Metoda industriala cea mai folosita este dehidrogenarea catalitica aetilbenzenului.

    Dehidrogenarea catalitica a etilbenzenului se poate realiza prin mai multe procedee:

    - Dehidrogenare termica;

    - Dehidrogenare oxidativa prin via metil-fenil-carbinol;

    - Dehidrogenare oxidativa prin via peroxidului etil-benzenului.

    Dehidrogenarea termica a etilbenzenului are loc la temperaturi foarte ridicate, avandca rezultat formarea in cantitati mici si a unor produsi secundari ca: izopropilbenzen, -metilstiren, difeniletan, stilben, oligomeri ai stirenului, etc.[2]

    Reactia de dehidrogenare este:

    Reactiile secundare ce au loc:

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    4/24

    - Dehidrogenarea stirenului la fenilacetilena:

    - Disproportionarea stirenului:

    - Dezalchilarea etilbenzenului:

    - Dezalchilare in prezenta de H 2:

    - Cracare in prezenta de H 2:

    - Descompunere in elemente:

    Dintre toate reactiile prezentate mai sus, descompunerea in elemente este cea mainedorita, deoarece conduce la cocsarea catalizatorului si impune necesitatea regenerarii acestuia.Pentru diminuarea ponderii acestei reactii, etilbenzenul supus dehidrogenarii este diluat cuvapori de apa.

    Catalizatorii utilizati pentru dehidrogenare sunt amestecuri complexe de oxizi, preponderent fiind insa oxidul de zinc sau de crom.[2]

    Dehidrogenarea oxidativa prin via fenil-metil-carbinol consta in oxidarea in fazalichida a etilbenzenului la fenil-metil-carbinol in prezenta de acetat de mangan. Acesta estedeshidratat apoi la 300C pe un catalizator pe baza de TiO 2 la stiren.[2]

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    5/24

    Dehidrogenarea oxidativa prin via hidroperoxidului etilbenzenului are loc prinoxidarea etilbenzenului la hidroperoxid la temperatura de 130C si presiunea de 5atm. Printratarea acestuia cu propen la 110C in prezenta de naftenat de wolfram sau molibden se obtine

    metil-fenil-carbinol si propenoxidul. Fenil-metil-carbinolul obtinut este apoi deshidratat lastiren.[2]

    Caracteristicile stirenului sunt redate in tabelul 1.1.

    Tabel 1.1 Constatele fizice ale stirenului [3]

    Constanta Valoarea Masa moleculara 104,14 Densitatea la 25C, g/cm 3 0,9019 Indicele de refractie la 25C 1,5439 Viscozitatea la 25C, cP 0,730 Tensiunea superficiala la 25C, dyn/cm

    31,7

    Coeficientul de expansiune la 25C, cm 3/grd 0,000971 Temperatura de fierbere, C 145,2 Caldura de vaporizare la 25C, cal/g 102,65 Temperatura de congelare in aer la 1 at, C -30,62 Caldura de topire, cal/g 25,4 Caldura specifica la 25C, cal/g.grd. 0,41 Caldura de combustie la 25C, kcal/g 10,08 Temperatura critica, C 373 Presiunea critica, at 40 Densitatea critica, g/cm 3 0,30 Temperatura de inflamabilitate, C 30 Temperatura de aprindere, C 34 Limitele de explozie in aer, % vol 1,1-6,1 Caldura de polimerizare, cal/g 160,2

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    6/24

    Contractia volumului la polimerizare, % 17 Solubilitatea in dizolvanti organici buna

    Stirenul are o actiune iritanta asupra ochilor si cailor respiratorii, in special asupra plaminilor si o actiune depresiva asupra sistemului nervos central, putand duce la pierdereacunostintei si la moarte.

    Concentratia maxima tolerata timp de 60 min fara efecte grave este de 2500 p.p.m, iarconcentratia maxima tolerata zilnic timp de 7 h, de 650 p.p.m.[3]

    Conditiile de calitate impuse stirenului pentru polimerizare sunt enumerate in tabelul 1.2

    Tabel 1.2 Conditii de calitate stiren[3]

    Conditia Valoarea Puritatea stirenului, % greut 99,5 99,7Fenil-acetilena, % greut. max. 0,02 Aldehide (sub forma de benzaldehida), % greut. 0,02 0,01 Clor, % greut. 0,02 0,004 Peroxid (ca dietil-peroxid), % greut. 0,02 0,001 Polimeri, % greut. 0,1 0,0 Temperatura de congelare, C -30,6-30,8 Greutatea specifica, gf/cm 3 0,9038 0,9057 Viscozitatea la 25C, cP max 0,87 Etil-benzen + izopropil-benzen, % greut -,3 p-tert-ButiI-pirocatechina, p.p.m. 10 Inhibitor lipsa

    Utilizarile stirenului sunt multe in domeniul macormolecular, insa alte utilizari aleacestuia sunt minore.

    Homopolimerul, impreuna cu copolimerii cu acrilonitril, metil-metacrilat, clorura de vinilconstituie aproximativ 25-30% din productia materialelor termoplastice. Domeniile de utilizareale stirenului sunt repartizate aproximativ astfel: 57% polistiren, 27% cauciuc butadien-stirenic,5% poliesteri, 11% alte domenii.[3]

    1.3. Polimerizarea stirenului. Reactie, particularitati.

    Toate procedeele de fabricare a polistirenului au la baza polimerizarea prin radicali liberi.Polimerizarea cationica, anionica sau ionic coordinativa a acestui monomer, nu si-au gasitaplicatii la nivel industrial.

    Dubla legatura vinilica si nucleul benzenic cojugate confera stirenului o deosebitareactivitate ca monomer in polimerizarea radicalica si in acelasi timp o activitate scazuta aradicalului respectiv.

    Initierea polimerizarii radicalice a stirenului se poate face termic, fotochimic, radiochimicsau cu initiatori. Polimerizarea termica este o consecinta a reactivitatii mari a acestui monomer.

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    7/24

    Polimerizarea stirenului poate fi initiata, de asemenea, de un numar foarte mare desubstante capabile de a se descompune in radicali sub actiunea caldurii.

    In mod curent se folosesc peroxizi, hidroperoxizi sau azocombinatii.

    Polimerizarea radicalica cuprinde 3 etape:

    Initierea:

    a.

    Termica

    b. Cu substante termic labile:

    - peroxid de benzoil:

    -

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    8/24

    azoizobutironitril

    Propagare

    a

    Terminare

    a. Prin combinare

    c. Printransfer

    - Cu

    monomerul :

    - Cu

    initiatorul :

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    9/24

    - Cu solventul:

    - Cu polimerul:

    Folosind initiatori radioactivi si urmarind fragmentele acestuia in macromoleculele de polimer s-a ajuns la concluzia ca reactia de terminare intre doi radicali de polistiren are locaproape exclusiv prin recombinare.

    La inceputul polimerizarii sunt numarul ramificatiilor lanturilor macromoleculare estemic, dar lungimea lor este mare; spre sfarsitul procesului numarul de ramificatii creste (mult

    polimer), dar lungimea scade (putin monomer).[1]

    Efectul de gel la polimerizarea stirenului este mai scazut decat in cazul altor monomeri sinu incepe sa se manifeste decat la conversie ridicata.

    Reactivitatea scazuta a macroradicalului conditioneaza procesele de transfer de lant cumonomerul, polimerul si solventul, caracterizate prin valori relativ scazute ale constantelor detransfer.

    In afara de inhibitorii uzuali (fenoli, amine aromatice, chinone, nitroderivati aromatici)oxigenul, sulful sau clorura ferica, manifesta de asemenea o actiune inhibitoare in reactia de

    polimerizare a stirenului.

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    10/24

    1.4. Procedee de sinteza ale polistirenului.

    Dupa cum s-a aratat mai inainte, polimerizarea stirenului la scara industriala se realizeaza pe baza mecanismului radicalic. Se poate desfasura in bloc, in solutie, in emulsie si in suspensie.

    Polimerizarea in bloc

    Polimerizarea in bloc poate fi condusa in prezenta initiatorilor sau sub influentatemperaturii. Utilizarea initiatorilor poate conduce la desfatuarea necontrolata a procesului saula reactii de oxidare, care conduc la ingalbenirea polimerului. Din aceasta cauza, industrial seaplica initierea termica, la 150-230 C. Temperaturile atat de ridicate sunt determinate de faptulca la 100C, viteza de reactie este mica(conversii de 2% pe ora), iar in final (la conversii maimari de 90%) viteza de polimerizare scade foarte mult si numai ridicarea temperaturii la 230C

    poate conduce la polimer cu un continut de monomer mai mic de 1%. Industrial polimerizarea in bloc poate avea loc in instalatii discontinue sau continue , ultimele fiind cele mai utilizate.Principala dificultate, in conducerea procesului o constituie cresterea viscozitatii mediului, careface dificila eliminarea caldurii de reactie. [3]

    Polimerizarea discontinua in masa consta in introducerea in forme , din sticla, a stirenuluiin prealabil purificat, care, sub actiunea caldurii, in prezenta sau absenta initiatorilor, in mediu deaer sau gaz inert, se transforma intr-o masa dura, care a capatat forma vasului. Se obtine un

    polimer polidipers, datorita dificultatilor de indepartare a caldurii de reactie si a conductibilitatiitermice scazute a polimerului. Faptul ca transformarea monomerului nu este completa, conducela imbatranirea produsului, proces ce se manifesta prin opacizare si fisurari.

    Polimerizarea continua in masa a stirenului permite obtinerea unui polimer lipsit de urmede monomer, caracterizat printr-o masa moleculara ridicata. Ea se realizeaza in turnuri de

    polimerizare sau camere de uscare sub vid prevazut cu valt. [4] Pentru a se inlatura anumite neajunsuri s-au utilizat diferite tipuri de reactoare, fiind

    cunoscute urmatoarele instalatii de polimerizare in bloc:

    - instalatie de polimerizare cu reactor tubular cu deplasare;

    - instalatie de polimerizare cu reactoare tubulare cu agitare;

    - instalatie de polimerizare pe valturi;

    - instalatie de polimerizare in reactoare orizontale.

    Polimerizarea stirenului in emulsie

    Polimerizarea in emulsie decurge mai rapid decat in bloc sau in solutie, procesul fiindcontrolat si reglat usor. Aceasta permite obtinerea unui polistiren cu masa molecularamedie(100.000- 200.000) la o viteza mare de polimerizare. Polistirenul obtinut prin aceastametoda are un continut redus de monomer si se obtine sub forma de pulbere fina, adecvata pentru

    prelucrare ulterioara prin presare sau valtuire. Contaminarea polimerului cu emulgator este principalul dezavantaj al procedeului de polimerizare in emulsie. Datorita cantitatii importantede emulgator folosit in polimerizare si greutatii eliminarii lui, metoda de polimerizare in emulsienu permite obtinerea unui polistiren incolor si transparent. In cazul utilizarii polistirenului pentrufabricarea de lacuri si vopsele procesul tehnologic se poate opri la faza de obtinere a emulsiei,care se filtreaza pentru a elimina particulele mai mari care s-ar fi putut forma. Emulsiile astfel

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    11/24

    formate pot fi livrate fie ca atare sau pot fi concentrate prin distilarea unei parti a apei prin vid,fie printr-o centrifugare moderata. Prin adaugarea unor substante ca metan sau glicerina,emulsiile de polistiren pot fi facute rezistente la inghet. Diametrul particulelor de polistirenemulsie variaza intre 500 si 5000 A. [5]

    Polimerizarea stirenului in suspensie

    Procedeul de polimerizare in suspensie a stirenului este aplicat pe scara larga inindustrie si se afla in continua dezvoltare. Principiul acestui procedeu consta in polimerizareastirenului dispersat in apa cu ajutorul unor stabilizatori de suspensie organici sau anorganici cede exemplu alcool polivinilic sau fosfat de calciu.[1]

    Solubilitatea stirenului in apa este atat de mica, iincat se poate considera ca este practicinsolubil in apa, ceea ce permite conducerea procesului de polimerizare in suspensie in mediuapos.

    Procedeul consta in dispersarea monomerului in picaturi foarte fine in apa, prin agitare, polimerizarea avand loc in picaturile de monomer, deci in microbloc. Datorita acestui fapt, polimerizarea in suspensie prezinta avantajul obtinerii unui polimer cu masa moleculara mare si puritate ridicata, realizandu-se in acelasi timp si o eliminare eficienta a caldurii de reactie.[1]

    Pe masura ce reactia de polimerizare avanseaza, viscozitatea perlelor creste continuu pana la conversia de circa 20%, ele devin lipicioase deoarece polimerul format ramane dizolvatin monomer si prezinta pericol de aglomerare. Pentru a impedica unirea perlelor in acest stadiuse folosesc agenti de suspensie. Acestia au rolul de a mari viscozitatea fazei apoase (ceea cecontrubuie la o dispersare mai fina a monomerului in apa) si de a inconjura picaturile demonomer cu un strat fin de agent inert care impiedica unirea acestora in faza critica. Stratul deagent de suspensie care inconjoara picatura de monomer nu permite patrunderea altor particule in

    perle, ceea ce impune ca initiatorul sa fie solubil in monomer si procesul de polimerizare sa nuaiba loc de reflux. Agentii de suspensie utilizati pot fi impartiti in trei grupe:

    - compusi macromoleculari naturali (amidon, gelatina,etc);

    - compusi macromoleculari sintetici sau derivati celulozici solubili in apa (alcool polivinilic, polietilenoxizi, copolimer acetat de vinil-anhidrida maleica);

    - pulberi anorganice hidrofile: Mg(OH) 2; BaSO 4; CaCl 2; Na 3PO 4.

    1.5. Caracteristicile produsului

    Polistirenul, ca homopolimer integral in forma denumita natur', adica cu insusirile de baza ce se obtin prin sinteza, este transparent si incolor.

    Cele mai apropiate materiale plastice cu care eventual ar putea fi confundat sunt polimeriiacrilici si esterii celulozici. Diferentierea de aceste materiale este destul de clara princomportarea lor in flacara. Polistirenul arde linistit cu fum mult, cu flacara galbena-portocalie,degajand miros de stiren (similar celei de zambile); polimerii acrilici ard cu o flacara galbena-albastruie, cu fum putin si imprastie un miros asemanator cu cel de alcool. Derivatii celulozici(cu exceptia nitrocelulozei care arde exploziv) ard mai greu, cu fum putin si degaja mirosuldiferitilor acizi organici (acetic, butiric etc).

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    12/24

    Polistirenul este un material plastic dur, rigid, transparent sau opac, avand indice derefractie ridicat (1,59); este un produs lipsit de miros si de gust; are o greutate specifica mica(1,054).

    Homopolimerul stirenului, copolimerii si componentii acestora sunt materialetermoplastice cu o structura predominant amorfa.

    Caracteristici chimice

    In general, materialele plastice sunt inerte fata de multi agenti chimici in care majoritateacelorlalte materiale reactioneaza. Materialele din grupa polistirenului prezinta in general o bunarezistenta chimica.

    In ceea ce priveste produsele la care aceste materiale sunt sensibile, trebuie diferentiatidizolvantii care chimic nu modifica produsele si ca atare constituie si baza posibilitatilor deimbinare prin lipire, de agentii oxidanti care modifica chimic si ireversibil structura polimerilor.

    Caracteristici fizice

    Masa moleculara a polistirenului.

    Polistirenul este un polimer in care predomina hidrocarbura (C 8H8)n cu masa molecularamare, valoarea lui n fiind cuprinsa intre 500 si 2.000. In polimer se mai gasesc mici cantitati destiren, etil-benzen, urme de catalizatori si polimeri cu masa moleculara mica, cantitati carevariaza in functie de procedeul de polimerizare folosit.

    Distributia masei moleculare influenteaza proprietatile polistirenului si indeosebirezistenta la tractiune, rezistenta la soc, viscozitatea, respectiv curgerea atat de importanta intimpul prelucrarii prin injectie sau extrudere.

    Componenta cu masa moleculara mica a polimerului influenteaza la randul ei curgerea,stabilitatea la lumina, proprietatile electrice, stabilitatea chimica, etc.

    Componentii cu masa moleculara mica pot fi: stirenul nepolimerizat, substante saturatesau nepolimerizabile ca: aldehide, etil-benzen etc. si di, ti, tetrameri etc.

    Solubilitatea polistirenului.

    Polistirenul este solubil intr-o serie de dizolvanti organici ca: CCl 4, benzen, CHCI 2,tetralina, dioxan. Este insolubil in hidrocarburi alifatice, alcooli, benzina, eteri, acid acetic.

    Caracteristici mecanice.

    La temperatura camerei, materialele din grupa polistirenului sunt rigide, homopolimerulfiind cel mai dur dintre ele si casant. Alaturi de copolimerul cu acrilonitril, el prezinta un modulde elasticitate care-i situeaza printre cele mai rigide termoplastice.

    Caracteristici termice.

    La temperatura ambianta, produsele din grupa polistirenului sunt rigide. La temperaturi joase, rigiditatea si casanta lor cresc.

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    13/24

    Prin incalzire, rigiditatea materialelor scade, devenind succesiv elastice, plastice, visco-elastice si in final vascoase.

    Caracteristici electrice.

    Produsele din grupe polistirenului au proprietati electrice deosebit de ridicate.

    Aceste caracteristici au facut din poiistiren, copolimerii si aliajele lor, materiale de bazain industria electrotehnica si electronica, inclusiv ca izolator in domeniul curentilor de inaltafrecventa.

    Caracteristici optice.

    Caracteristicile optice ale materialelor plastice sunt de obicei intelese numai drept criteriide transparenta, desi gama efectelor luminii asupra materialelor este mult mai larga.

    Polistirenul, in special cel obtinut prin polimerizare in bloc, prezinta o transparenta foarternare, motiv pentru care tipurile de polistiren putin aditivate se numesc cristal'.

    Rezistenta chimica.

    Polistirenul sufera un proces de oxidare lenta in conditii atmosferice si in prezentaluminii solare, proces care conduce la ingalbenirea polimerului .

    La actiunea acizilor si bazelor concentrate, rezista pana la temperatura de 50C.

    Prezenta inelelor benzenice in structura polimerului confera polistirenului o reactivitatemai mare decat in cazul polietilenei. Reactiile specifice grupelor fenil (clorurare, hidrogenare,nitrare, sulfonare) se pot efectua si pe polistiren. In timpul acestor reactii insa au loc in paralel

    procese de rupere a catenelor si decolorarea polimerului.

    Oxidantii puternici, la temperaturi ridicate, provoaca degradarea rapida a polistirenului.

    1.6. Importanta si utilizarile produsului.

    1.6.1. Dinamica productiei. Importanta pe plan mondial.

    Polistirenul este una dintre primele si cele mai studiate mase plastice de polimerizare. El

    are proprietati remarcabile: absorbtie de apa aproape nula, stabilitate chimica mare, proprietatidielectrice excelente si transparenta. Primele incercari de utilizare in tehnica a polistirenului auintampinat mari dificultati, din cauza imbatranirii lui rapide, a descompunerii spontane si afragilitatii lui. Numai treptat, pe masura ce s-au invins o serie de dificultati in legatura cuobtinerea stirenului pur, si datorita procedeelor actuale de polimerizare, s-a reusit obtinerea unui

    polimer cu propietati standardizate si stabile. Acest fapt a asigurat utilizarea larga a polistirenuluinu numai in electrotehnica ci si in alte ramuri industriale. [6]

    In afara homo polistirenului, pentru imbunatatirea proprietatilor acestuia se fabrica :copolimeri cu acrilonitrilul sau alti comonomeri, polistiren rezistent la soc ( prin copoundare cucauciucuri sau prin plastifiere), polistiren expandat, copolimer ABS, polistiren armat cu fibre desticla.

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    14/24

    Cresterea capacitatii de productie la nivel mondial este, in mare masura, determinata decererea de polimeri mentionati. Cererea tot mai crescuta de polimeri stirenici de dupa 1980 a dusla expansiunea capacitatii in cele trei mari regiuni de productie cum ar fi, America de Nord,Europa de Vest si estul Asiei. Capaciatea de productie a crescut cu 25 de procente intre anii1988 si 1992. Dupa 1996, productia a crescut in America de Nord si in Asia (Tabelul 1.3).

    Tabel 1.3 Productie anuala de polistiren intre 1988-1996

    Dinamica productiei mondiale

    Datele prezentate in Tabelul 1.4 se refera doar la productia de polistiren de uz general sicel de impact modificat (EPS si copolimerii nu sunt inclusi). Stoparea productiei, lucrarile dementenanta, reviziile tehnice pot reduce capacitatea de productie a unei instalatii cu pana la 10%.Astazi, cei mai mari 10 producatori de polistiren detin 50% din productia mondiala. De altfel,acestia isi produc stirenul in instalatiile proprii.

    Cresterea cerintei de polistiren variaza foarte mult de la o regiune la alta ( Tabelul 1.5 ). Factoriice afecteaza cererea sunt climatul economic, reglementarile guvernamentale, pretul si perfomantele polistirenului fata de celelalte tipuri de polimeri, considerentele de mediu si dereciclare precum si potentialul de dezvoltare al noilor aplicatii.

    In 1998, consumul de mase plastice s-a ridicat la 158 mtone. Cei 5 polimeriimportanti (polietilena, polipropilena, policlorura de vinil,polistiren si nylon) reprezintaimpreuna, aproximativ 70% din aceasta cantitate, iar polistirenul 9,7%. Consumul total de mase

    plastice pentru anul 2000 este de 175 mtone. De la inceputul anilor 1980, piata asiatica continuasa se dezvolte, cu preponderenta cea din China. [7]

    Tabelul 1.4 Productia anuala de polistiren intre 1995 - 2000

    Capacitate de productie anuala de polistiren

    (1,000 t) 1988 1992 1996

    Europa de Vest 3490 4025 4280

    Europa de Est 1295 1200 1230

    America de Nord 1 4980 5910 6365

    America de Sud 370 430 560 Africa/Asia Vest 385 425 485

    Japonia 1710 2290 2970

    China 100 270 635

    Australia 770 1870 2175

    Mondial 13100 16420 18700 1incluzand Mexic

    Sursa: BASF ZZS/M

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    15/24

    Tabelul 1.5 - Consumul de polistiren pana in anul 2000

    Capacitate de productie anuala de polistiren

    (1,000 t) 1995 1998 2000 Variatia

    1998-2000

    % p.a. Europa de Vest 2005 2190 2350 3,6

    Europa de Est 318 270 300 5,4

    America de Nord 1 2503 2850 3150 5,1

    America de Sud 323 330 350 3,0

    Africa/Asia Vest 124 170 200 8,5

    Japonia 1277 1162 1300 5,8

    Australia 2050 2670 2950 5,2

    Mondial 8600 9650 10600 4,8

    1incluzand Mexic

    Sursa: BASF ZZS/M

    Consumul de polistiren pana in anul 2000 Tabel 3. Per capita consumtion in kg Variatia

    1995-2000

    % p.a.

    1995 1998 2000

    estimativ

    Europa de Vest 4,87 5,43 5,78 3,5

    Europa de Est 0,62 0,59 0,6 -0,8

    America de Nord1

    6,62 7,37 7,79 3,3 America de Sud 0,97 1,04 1,11 2,7

    Africa/Asia Vest 0,25 0,35 0,37 8,3

    Japonia 7,92 7,22 7,87 -0,1

    Australia 0,77 0,86 0,94 4,0

    Mondial 1,51 1,62 1,72 2,7 1incluzand Mexic

    Sursa: BASF ZZS/M

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    16/24

    1.6.2. Utilizari

    Polistirenul cu masa moleculara de ordinul 50.000 se utilizeaza in special pentru lacuri, intimp ce cel cu 200.000-300.000 se prelucreaza prin presare si injectie.

    Polimerul se prelucreaza cu usurinta prin presare, extrudare, injectie si suflare.

    Presarea este aplicata intr-o masura limitata, deoarece dupa presarea la cald polistirenultrebuie racit sub presiune.

    Datorita capacitatii sale pronuntate de curgere, principalul procedeu de prelucrare esteformarea prin injectie. In acest scop, polimerul se furnizeaza sub forma de pulbere sau granule.Injectia se efectueaza in timp scurt, la 180-220C si presiune de 500-2000 kgf/cm 2.

    Extrudarea permite transformarea polistirenului in bare, vergele, tevi, placi sau pelicule.

    Blocurile si placile din polistiren se prelucreaza in special pe piese electrotehnice silentile.

    Imbunatatirea flexibilitatii PSt se realizeaza uneori prin introducerea de plastifianti, preferabil fiind cei cu polaritate scazuta, pentru a nu se inrautati proprietatile dielectrice.

    In baza caracteristicilor sale, PSt se utilizeaza in radiotehnica pentru fabricarea peliculelor condensatoarelor de inalta frecventa ca si pentru izolatii de cabluri de inaltafrecventa. Din acest polimer se fabrica condensatoare, izolatori, antene, dulii, carcase pentru

    bobine, vase de laborator, vase pentru pastrarea acidului fluorhidric ambalaje pentru industriaalimentara si farmaceutica, jucarii, bacuri pentru acumulatori cu acizi, conducte pentru acizi.

    Polistirenul se foloseste si in poligrafie unde inlocuieste plumbul pentru litere.Lacurile polistirenice se utilizeaza atat in industria chimica cat si in cea radiotehnica.

    Prin presarea la 120-150C a tesaturilor si fibrelor polistirenice se obtine un materialstratificat ce se prezinta monolit, transparent si pastreaza structura stratificata.

    Polistirenul expandat se foloseste in constructii ca termoizolant, ca strat izolator larealizarea constructiilor usoare si rezistente, la instalatii frigorifice, la izolarea frigiderelor,cazanelor, autoclavelor; de asemenea se utilizeaza pentru izolatii fonice.

    1.7. Alti produsi de sinteza ai stirenului. Copolimeri.

    Copolimerizarea este reactia de sinteza a compusilor macromoleculari care consta in polimerizarea simultana a doi sau mai multi monomeri. Substantele de plecare sunt desemnatedrept comonomeri , iar produsul rezultat poarta denumirea de copolimer .

    Importanta teoretica a copolimerizarii rezida in faptul ca ea furnizeaza date privindcapacitatea de reactie a diferitilor monomeri, radicali, carbanioni si carbocationi implicati in

    procesul polimerizarii, explicand totodata influenta structurii lor chimice asupra capacitatii dereactie.

    Sub aspect tehnologic, copolimerizarea ofera posibilitatea obtinerii de polimeri cu proprietati prestabilite si conduce la o gama variata de produse prin schimbarea naturii siraportului comonomerilor in polimer. Astfel, daca polistirenul este un material plastic casant, cu

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    17/24

    vascozitate scazuta si stabilitate redusa la actiunea solventilor, s-a reusit obtinerea de copolimeri binari si ternari ai monomerului sau cu proprietati prestabilite [].

    Cei mai importanti copolimeri sunt:

    Copolimerul stiren-metacrilat de metil se obtine prin copolimerizare in bloc, solutie sau

    suspensie. Structuri alternative sunt derivate in prezenta ZnCl 2 si EtAlCl 2. Este interesantdatorita stabilitatii ridicate la lumina, in aer liber si la vreme, poseda o buna transparenta [],indici fizico-chimici buni, termostabilitate. Stabilitatea la imbatranire este superioara

    polistirenului, dar proprietatile dielectrice sunt mai slabe. Se prelucreaza bine prin presare,injectie si extrudere.

    Copolimerul stiren- -metil-stiren se obtine in special .prin copolimerizarea in emulsie. Sedeosebeste de polistiren printr-o termostabilitate mai buna (peste 100C); datorita bunelor sale

    proprietati electroizolante se utilizeaza ca dielectric pentru frecvente inalte. Se prelucreaza bine prin aceleasi procedee ca si polistirenul.

    Copolimerul stiren-divinil-benzen datorita structurii sale reticulate este insolubil si infuzibil. Sedistinge printr-o termostabilitate superioara (100C), este un bun dielectric pentru frecventeleinalte. [..] Tehnica de polimerizare folosita este polimerizarea in granule. Porozitatea polimerului

    poate fi controlata prin adaugarea polistirenului care poate fi extras dupa ce polimerizarea s-aterminat. Sulfonarea unor astfel de retele este un procedeu de obtinere a rasinilor schimbatoarede ioni. Rasinile schimbatoare de anioni pot fi sintetizate prin clorometilare urmata de inlocuireanucleofila a clorinei cu grupari de amine si cuaternizarea grupelor amino.

    Copolimerul stiren-anhidrida maleica. Copolimerizarea stirenului cu anhidrida maleica duce laobtinerea de structuri alternative, probabil datorita formarii unui complex de transfer de sarcina.Copolimerii statistici sunt produsi daca prelucrarea are loc intr-un reactor cu functionare ciclica.Copolimerii cu cantitati mici de anhidrida maleica constituie baza pentru numeroase produsecomerciale.

    Copolimerul stiren-acrilonitril este probabil cel mai important copolimer al stirenului datoritarezistentei sale chimice marite, proprietatilor mecanice mai bune si stabilitatii superioare.Dezavantajul este ca o mare cantitate de acrilonitril rezidual in copolimer duce adesea laobtinerea de produse galbene (se folosesc sistemele cu 70 - 85% stiren). Copolimerizarea esteinitiata de radicali si are loc in bloc, solutie, suspensie si emulsie. Copolimeri alternanti se obtinsi daca se adauga in amestecul de monomeri, ZnCl 2 si EtAlCl 2.

    Copolimerul acrilonitril-butadien-stirenic (ABS) constituie o perfectionare a copolimeruluistiren-acrilonitril si a polistirenului antisoc; poseda o buna rezistenta datorita componentuluielastic. Copolimerul ABS e produs in solutie sau emulsie. Polibutadiena este, in general,

    preparata separat. Apoi este pornita copolimerizarea stiren-acrilonitril in prezenta unei cantitatide polibutadiena. In anumite conditii, cauciucul este grefat de lantul crescator. Copolimeriistiren-acrilonitril si acrilonitril-butadien-stiren sunt termoplastici, primul fiind mai transparent siavand o densitate mai mare[..].

    CAPITOLUL 2

    Descrierea fluxului tehnologic

    2.1. Schema operatiilor principale.

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    18/24

    2.2. Descrierea detaliata a fluxului tehnologic.

    Procesul tehnologic cuprinde urmatoarele etape:

    Dezinhibarea stirenului;

    Preparare faza apoasa;

    Preparare faza organica;

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    19/24

    Polimerizare;

    Spalare;

    Centrifugare;

    Uscare;

    Extrudare;

    Ambalare.

    Stirenul se depoziteaza in prezenta unor inhibitori, ce trebuie inlaturati, pentru ca acesta sa poata fi polimerizat. Dezinhibarea stirenului se face prin spalare cu solutie de NaOH, deconcentratie 10%, in raport cu masic fata de stiren 1:1. Stirenul inhibat din vasul de depozitare 1este filtrat prin filtrul 2, apoi transportat cu ajutorul pompei cetrifuge 2 la vasul de masura 4, de

    unde merge in vasul de dezinhibare 5. Solutia de NaOH este preparata in reactorul 13, din apademineralizata provenita de la sursa 38 si NaOH solid. Hidroxidul sub forma de granule estedepozitat in buncarul cu roata celulara 9, dozat prin roata celulara pe banda transportoare 10, ceil transporta la cantarul 11, de unde este din nou preluat de o banda transportoare, 12, si introdusin reactorul 13. Pompa 14 transporta solutia de NaOH in vasul de dezinhibare a stirenului.

    Solutia de stiren este pompata cu ajutorul pompei centrifuge 6 in separatorul de faze 7, deunde se elimina reziduul la canal, iar pompa 8 pompeaza stirenul dezinhibat catre reactorul de

    preparare a fazei organice, 19.

    Strearatul de butil folosit ca lubrefiant este depozitat in vasul 15, filtrat prin filtrul 16, si

    pompat prin pompa 17 in vasul de masurare, 18, si trecut apoi in reactorul 19.

    Cei doi initiatori folositi, peroxidul de benzoil si perbenzoatul de tertbutil, se introduc tot inreactorul de preparare a fazei organice prin palnia cu care este prevazut reactorul. temperatura,deoarece polimerizarea stirenului se desfasoara la o temperatura maxima de 120C, peroxidul de

    benzoil avand o temperatura de degradare in jurul valorii de 90C. Perbenzoatul de tertbutil seactiveaza in intervalul 80-90C, avand o temperatura de degradare mai mare.

    Faza apoasa este preparata in reactorul 23, prevazut cu manta de incalzire, din apademineralizata provenita de la sursa 38 si dozata in vasul de masurare 22, si alcool polivinilicfolosit ca stabilizator, ce se introduce in reactor prin palnia cu care este prevazut reactorul.

    Faza apoasa este pompata prin pompa 24 in reactorul de polimerizare 21, iar apoi seintroduce si faza organica, cu ajutorul pompei 20.

    Reactorul de polimerizare 21 este confectionat din otel inoxidabil si prevazut cu agitator tipelice sau paleta si cu manta de incalzire.

    Procesul de polimerizare are loc in intervalul 90-120C. Dupa terminarea procesuui de polimerizare, sistemul se raceste pana la temperatura de 20C.

    Dupa polimerizare, suspensia de polistiren este trecuta prin sita vibratoare 25, pentru adezaglomera perlele de polimer. Ce ramane pe sita va merge direct la extruderul 33. Perlele finede suspensie trec apoi in vasul de spalare 26, unde se adauga si detergent pentru spalarea

    polimerului. Spalarea polimerului se face pentru indepartarea completa a urmelor de lubrefianti

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    20/24

    si agent de stabilizare. Polimerul spalat este pompat cu pompa 27 la sita centrifuga 28, unde sespala cu apa de la sursa 38. Reziduul va merge apoi la recuperare, iar perlele de polimer spalatesunt transportate pe banda transportoare 29 la uscatorul rotativ 30. Uscatorul functioneaza cu aerincalzit la 110-120C , provenit de la schimbatorul de caldura 31.

    Dupa uscare, polistirenul este transportat cu banda 32 catre extruderul 33. Extruderul

    functioneaza intr-un regim de temperatura cuprins intre 185 si 230C.

    Ciclonul 35 antreneaza praful de polimer, il filtreaza, particulele de polistiren ajungand laextrudare, iar aerul filtrat prin filtrul 36 este pompat cu pompa de aer 37 la exterior.

    Dupa extrudare, granulele de polimer sunt depozitate in buncarul cu roata celulara 34, deunde sunt preluate pentru ambalare.

    In prezentul proiect se propune urmatoarea reteta de fabricatie:

    Concentratie inhibitor: 0.5% (procente masice);

    Concentratie solutie NaOH: 10% (procente masice);

    La extractie raportul masic Stiren:NaOH = 1:1;

    Concentratie stearat de butil (lubrefiant) : 3% fata de monomer;

    Concentratie initiatori:

    - Peroxid de benzoil: 510 -3 mol/l fata de monomer;

    - Perbenzoat de tertbutil: 510 -3 mol/l fata de monomer.

    Concentratie alcool polivinilic (stabilizator): 0.5% fata de faza apoasa;

    Concentratie suspensie: 50%.

    Conversia polimerului : 100%;

    Fractia de aglomerate: 1% perle;

    Concentratie detergent: 0.5% fata de suspensie;

    Umiditate precipitat dupa centrifugare: 10%;

    Necesar apa spalare: 2:1 fata de umiditatea precipitatului;

    Umiditatea dupa uscare: neglijabila;

    Se considera urmatoarele pierderi tehnologice:

    - Filtrare: 0.5%;

    - Transport cu banda transportoare: 1%;

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    21/24

    - Centrifugare: 1.5%;

    - Uscare: 1%;

    - Particule antrenate de aer si separate in ciclon: 5%;

    - Extrudare: 0.5%.

    CAPITOLUL 3

    Determinarea capacitatii sarjei

    3.1. Bilantul timpilor tehnologici.

    Faza Operatia Utilaj Durata (min) Dozare Stiren Alimentare 4 (1, 2, 3) 30

    Evacuare 4 (5) 30 Total 60 Preparare solutieNaOH

    Alimentare Apa 13 (28) 25 Alimentare NaOH 13 (11, 12) 5 Omogenizare 13 10 Evacuare 13 (5, 4) 30

    Total 70 Dezinhibare stiren Alimentare stiren 5 (4) 30

    Alimentare solutie NaOh 5 (13, 14) 30 Extractie 5 30 Evacuare 5 (6, 7) 30

    Total 120 Separare faze Alimentare 7 (5, 6) 30

    Linistire 7 5 Evacuare stiren 7 (8, 19) 20 Evacuare reziduu 7 10

    Total 65 Dozare lubrefiant Alimentare 18 (15, 16, 17) 5

    Evacuare 18 (19) 5

    Total 10 Prepararefazaorganica

    Alimentare stiren 19 (7, 8) 20 Alimentare lubrefiant 19 (18) 5 Alimentare initiatori 19 5 Omogenizare 19 5 Evacuare 19 (20, 21) 30

    Total 65 Preparare fazaapoasa

    Alimentare apa 23 (22, 38) 30 Alimentare alcool

    polivinilic(stabilizator) 23 5

    Omogenizare 23 20 Evacuare 23 (24, 21) 30

    Total 85

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    22/24

    Polimerizare Alimentare faza apoasa 21 (23, 24) 30 Alimentare faza organica 21 (19, 20) 30 Incalzire 20 - 80C 21 60 Etapa izoterma (t=80C) 21 60

    Incalzire 80 - 90C 21 30 Etapa izoterma (t=90C) 21 360 Incalzire 90 -100C 21 30 Etapa izoterma (t=100C) 21 60 Incalzire 100 - 110C 21 30 Etapa izoterma (t=110C) 21 30 Incalzire 110 - 125C 21 15 Etapa izoterma (t=125C) 21 105 Racire 125 - 40C 21 100 Evacuare 21 (25, 26) 60

    Total 1000 Spalare Alimentare suspensiePolistiren

    26 (25, 21) 60

    Alimentare detergent 26 5 Spalare 26 20 Evacuare in portii incentrifuga (20 min x 40

    portii)

    26 (27, 28) 800

    Total 885 Centrifugare 40 portii x 20 min 28 800 Uscare 40 portii x 20 min 30 800 Extrudare 40 portii x 20 min 33 800

    3.2. Calculul duratei sarjei

    Durata naturala a sarjei reprezinta intervalul de timp scurs din momentul in care materia prima pleaca din depozit si pana in momentul in care este din depozitata sub forma de produsfinit.

    Durata tehnologica a sarjei este definita ca intervalul de timp dintre doua livrari succesivede produs finit catre depozit.

    Durata tehno;ogica a sarjei depinde de duratele de lucru pe utilaj, precum si de modul deinlantuire a sarjelor. Acestea pot fi:

    - Sarje succesive. Daca se foloseste acest mod de lucru, nu se va incepenicio operatie pana cand sarja anterioara nu a fost complet incheiata.Dezavantajul utilizarii sarjelor de tip cap la cap este acela cautilajele au un coeficient de utilizare al timpului de lucru foarte redus,ele ramanand neutilizate un timp destul de indelungat.

    - Sarje intercalate. In acest mod de lucru se incearca ca pentru cel putinun utilaj sa se asigure timpul maxim de functionare fara timp destationare. Utilajul care functioneaza fara intrerupere se va numi

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    23/24

    utilaj -cheie sau utilaj conducator si este acel utilaj cu durata defunctionare individuala cea mai mare.

    In prezentul proiect se adopta modul de lucru cu sarje intercalate.

    Durata tehnica a sarjei pentru acest mod de lucru este data de timpul individual de lucru

    pentru utilajul conducator. Din figura 3.1 reiese ca in cazul procesului de polimerizare astirenului, utilajul conducator este reactorul de polimerizare (21).

    Astfel, durata tehnologica a unei sarje va fi :

    t = 1000 minute.

    A doua sarja va incepe odata cu evacuarea reactorului de polimerizare.

    Fig 3.1 Durata naturala a sarjei

    3.3 Calculul capacitatii unei sarje.

    Bibliografie:

    1. Tehnologia sintezei polimerilor, M. Dimonie, Ghe. Hubca, Institutul PolitehnicBucuresti, 1978

    2. Tehnologia sintezei monomerilor, Hubca;

    3. Monomeri de polimerizare,.

    4. Tehnologia Compusilor Macromoleculari, D. Feldman, Editura Tehnica, 1974

    5. Polistiren, Hodos, Nicolae, Editura Tehnica,1974

    6. Tehnologia Maselor Plastice, Barg E.I. (tradus din L. Rusa), Editura Tehnica,Bucuresti, 1957

  • 8/10/2019 POLISTIREN IN SUSPENSIE.docx

    24/24

    7. Polystyrene: Synthesis, Production and Applications, J.R. Wunsch, RapraTechnology Limited, Smithers Rapra, 2000

    9.5