Proiect Reactoare [PDF]

Zitiervorschau

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 solu ție prin procedeu discontinuu.Reactorul este separat izoterm si drept solvent se va folosi toluen. Date Proiect n  17 Temperatura de reactie

T  340  n  357

K Mol

Concentratia initiala a initiatorului IO  0.02  0.0012 n  0.04 Capacitatea de productie Numar ore functionare

4

4

CP  10  500 n  1.85  10 Tfunct  8000

h

r  2  0.1 n  3.7

Coeficient de umplere

Cfc  0.75

Durata totala a operatiilor aux

an

an

Raport solvent monomer

Conversia finala a monomerului

t

xf  0.85  0.005 n  0.935 d  3 h

L

2.Importanță PMMA PMMA-ul este un polimer termoplastic foarte transparent, ob ținut prin polimerizarea monomerului metilmetacrilat. El poate fi o alternativă mai usoară a sticlei datorită transparen ței , aspectul său estetic și o rezistența la zgârieturi (“sticlă acrilică”). Proprietățile polimetilmetacrilatului Solubilitatea. Polimetilmetacrilatul este solubil în esteri , cetone, deriva ți 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 – 300⁰ C polimetilmetacrilatul depolimerizeaza cu randamente foarte mari (>95℅) , lucru foarte important pentru recuperarea de șeurilor. In ceea ce prive ște prelucrabilitatea polimerului , la 125 ⁰ C polimetilmetacrilatul se inmoaie si poate fi prelucrat prin formare in vaccum, iar la 180-200 ⁰ C prin extrudere sau presare. Proprietăți optice. Una din cele mai importante calități ale polimetilmetacrilatul este transparenta si lipsa culorii.Aceste Proprietă ți corelate cu rezistență foarte bună la agenți atmosferici , au facut posibilă intrebuin țarea 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 radia țiile ultraviolete, 50% pentru radiațiile infraro șii - 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 adi ții cap-coadă , iar terminarea are loc preponderent prin dispropor ționarea 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 reac ție este omogen , iar viscozitatea crește odata cu creșterea conversiei monomerului si cu concentra ția de polimer.

S-a determinat experimental că polimerizarea metilmetacrilatului in solu ție(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 ini țiator este întotdeauna 0.5 dar fa ță de monomer variază în funcție de concentra ția acestuia:egal cu 1 pentru concentra ții mari si 3/2 pentru soluții diluate. Acest comportament se datorează cel mai probabil reac ției de terminare a macroradicalilor cu radicalii inițiali care are loc preponderent la concentra ții scăzute de monomer.

Inițiatorii sunt peroxizi organici sau anorganici,utiliza ți în special in cazul polimerizării in soluție,suspensie sau emulsie.Cei mai utiliza ți ini țiatori sunt: a) Peroxidul de benzoil : [C6H5C(O)]2O2 b) Peroxidul de lauroil c) Peracetatul de terțbutil d) Peroxidul de acetil e) Persulfatul de potasiu K2S2O8 

Avantaje și dezavantaje ale polimerizării in solu ție: 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 u șurat.  Prezența solventului face ca temperatura în mediul de reac ție 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 u șor.

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 măre ște 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 proprietă ți ale polimetilmetactilatului , în special termostabilitatea.

4.Dimensionarea reactorului Se caculează constantele vitezelor de reactie pentru ini țiator ( AIBN) cu urmatoarele formule de calcul:

 4350

 30660 16

kd ( T)  6.32 10  e

R T

Temperatura de reacție iar

cal

R  1.987

mol  K

vor rezulta următoarele valori: kd ( T)  0.011 4

kp ( T)  6.406  10

9

kt( T)  2.189  10

7

kp ( T)  2.95 10  e

 701

R T

T  340  n  357

9

kt ( T)  5.88 10  e

fiind:

R T