UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURESTI

FACULTATEA DE CHIMIE APLICATA SI STIINTA MATERIALELOR

SPECIALIZAREA SIPOL

Proiect de an la disciplina Reactoare Chimice

Dimensionarea unui reactor de tip autoclava cu amestecare mecanica pentru polimerizarea metacrilatului de metil in solutie prin procedeul discontinuu

Coordonnator stiintific: Student:

SL. dr. ing. Ionut BANU Simona-Ioana Tiron

2014-2015

Cuprins

1.Date de proiectare

2.Importanță PMMA

3.Descrierea procesului tehnologic

4.Determinarea dimensiunilor geometrice ale reactorului

1. Date de proiectare

Să se proiecteze un reactor de tip autoclavă cu amestecare mecanică pentru polimerizarea metacrilatului de metil in soluție prin procedeu discontinuu.Reactorul este separat izoterm si drept solvent se va folosi toluen.

Densitatea (kg/m^3) Vascozitatea ( CP) Conductivitate termica ( W/mK)Toluen 866.9 0.59 0.151MMA 940 0.6Apa 998 1.002 0.609Abur 958 0.281 0.679

Căldura specifică (KJ/Kg* k) Temp de fierbere ( ◦ C)Toluen 1.72 -95 110.8MMA -48 101Apa 4.182 100

Temp de topire (◦ C )

2.Importanță PMMA

PMMA-ul este un polimer termoplastic foarte transparent, obținut prinpolimerizarea monomerului metilmetacrilat.

El poate fi o alternativă mai usoară a sticlei datorită transparenței , aspectul său estetic și o rezistența la zgârieturi (“sticlă acrilică”).

Proprietățile polimetilmetacrilatului

Solubilitatea. Polimetilmetacrilatul este solubil în esteri , cetone, derivați clorurați , hidrocarburi aromatice , acid formic si acid acetic glacial. Este insolubit in apa , alcooli , hidrocarburi alifactice si esteri.

Proprietăți chimice.Polimetilmetacrilatul se distinge prin rezistenta ridicata la agenti atmosferici , la actiunea benzinelor, uleiurilor vegetale si minerale, acizilor si bazelor diluate. Acizii si bazele puternice distrug polimetilmetacrilatul.

Proprietăți termice. La temperaturi mai mari de 250 – 300 C ⁰polimetilmetacrilatul depolimerizeaza cu randamente foarte mari (>95℅) , lucru foarte important pentru recuperarea deșeurilor. In ceea ce privește prelucrabilitatea polimerului , la 125 C polimetilmetacrilatul se inmoaie si poate ⁰fi prelucrat prin formare in vaccum, iar la 180-200 C prin extrudere sau presare.⁰

Proprietăți optice. Una din cele mai importante calități ale polimetilmetacrilatul este transparenta si lipsa culorii.Aceste Proprietăți corelate cu rezistență foarte bună la agenți atmosferici , au facut posibilă intrebuințarea polimetilmetacrilatului în industria optică ca “sticlă organica”. Datorită acestui fapt, polimetilmetacrilatul este cunoscut sub denumirea de “plexiglas”.

Principalele Proprietăți optice ale polimetilmetacrilatului se refera la :- transparența 98% pentru lumina vizibilă, 75% pentru radiațiile

ultraviolete, 50% pentru radiațiile infraroșii- indice de refracție : 1,49-1,5

PMMA se folosește pentru:

-panouri de protecție-geamuri foarte rezistente (avioane)-datorită gradului mare de biocompatibilitate mai este folosit ca lentile de contact,ciment osos-în chirurgia cosmetică , mici microsfere de PMMA sunt introduse intr-un fluid biologic care va fi injectat sub piele pentru a reduce ridurile sau cicatricile

3.Tehnologii de polimerizare a metilmetacrilatului:

Polimetilmetacrilatul(PMMA) se obține prin polimerizarea radicalică a metacrilatului de metil.

MMA este un monomer reactiv ce dă naștere la radicali cu reactivitate scăzută , ca urmare , reacțiile de transfer de lanț cu polimerul sunt foarte slabe ca intenstitate și polimerizarea poate fi condusă la conversii mari.

Procesul de polimerizare este insoțit de un efect puternic de autoaccelerare ( efect de gel).Acest lucru se datorează faptului ca polimerizarea conduce la polimer cu masă

moleculara mare incă din primele stadii ale conversiei având ca rezultat o viscozitate ridicată a mediului de reacție.

Reacția de propagare decurge aproape exclusiv prin adiții cap-coadă , iar terminarea are loc preponderent prin disproporționarea radicalilor( aprox 70% ).

Principalele procedee de polimerizare a MMA la nivel industrial sunt:polimerizarea in masă si polimerizarea in suspensie.

Polimerizarea in soluție la nivel industrial a MMA este mai puțin utilizată deoarece polimerizarea in soluție este cel mai dezavantajos procedeu de polimerizare din punct de vedere economic .Se realizeaza in vederea obtinerii lacurilor , aditivilor pentru uleiuri sau adezivilor.

Masa moleculara a polimerilor obtinuri prin acest procedeu poate fi reglata prin alegerea solventului (toluen) in care se realizeaza polimerizarea.

Procesul de polimerizare a MMA in soluție constă in dizolvarea intr-un solvent ( toluen ) atât a monomerului cat și a polimerului.Mediul de reacție este omogen , iar viscozitatea crește odata cu creșterea conversiei monomerului si cu concentrația de polimer.

S-a determinat experimental că polimerizarea metilmetacrilatului in soluție(toluen) poate fi descrisă de următoarea lege:

-d M/dt=k[M]*[I]1/2 *(k M/1+kM)1/2

Ordinul de reacție față de concentrația de inițiator este întotdeauna 0.5 dar față de monomer variază în funcție de concentrația acestuia:egal cu 1 pentru concentrații mari si 3/2 pentru soluții diluate.

Acest comportament se datorează cel mai probabil reacției de terminare a macroradicalilor cu radicalii inițiali care are loc preponderent la concentrații scăzute de monomer.

Inițiatorii sunt peroxizi organici sau anorganici,utilizați în special in cazul polimerizării in soluție,suspensie sau emulsie.Cei mai utilizați inițiatori sunt:

a) Peroxidul de benzoil : [C6H5C(O)]2O2

b) Peroxidul de lauroilc) Peracetatul de terțbutild) Peroxidul de acetil

e) Persulfatul de potasiu K2S2O8

Avantaje și dezavantaje ale polimerizării in soluție:

Avantaje: Datorită concentrației inițiale mai scăzute de monomer , viteza

procesului de polimerizare este mai redusă și prin urmare cantitatea de căldură degajată în unitatea de timp este mai mică.

Datorită prezenței solventului , cantitatea de căldură degajată în unitatea de timp pe unitatea de volum de reactor este mai mică , de unde rezultă faptul ca transferul termic este mult ușurat.

Prezența solventului face ca temperatura în mediul de reacție să fie mai uniformă ccea ce face ca polimerii care rezultă sa aibă un indice de polidispersitate mai scăzut.

Proprietățile polimerului ce rezultă pot fi controlate mai ușor.

Dezavantaje:

Utilizarea mai puțin eficientă a reactorului de polimerizare , comparativ cu polimerizarea in masă datorită prezenței solventului.

Solventul utilizat ca mediu de reacție trebuie recuperat , purificat , și reutilizat după separarea polimerului. Acest lucru mărește mult costurile de producție.

Indiferent de metoda de desolventare utilizată(distilare sub vacuum sau precipitare cu monosolvenți) nu se poate elimina complet solventul,acesta influențând negativ principalele proprietăți ale polimetilmetactilatului , în special termostabilitatea.

4.Dimensionarea reactorului

Se caculează constantele vitezelor de reactie pentru inițiator ( AIBN) cu urmatoarele formule de calcul:

Temperatura de reacție fiind:

iar

vor rezulta următoarele valori:

kd T( ) 0.011

kp T( ) 6.406 104

kt T( ) 2.189 109

kd T( ) 6.321016 e

30660

R T

T 340 n 357

R 1.987cal

mol K