Производство капрона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

по дисциплине «Общая химическая технология»

на тему: Производство капрона

Оглавление

Введение

1. Стадии производства капрона

2. Технология производства капрона

Заключение

Список литературы

Введение

Гетероцепные волокна - основной класс синтетических волокон, получивший наибольшее распространение. В промышленных масштабах вырабатываются в основном два вида гетероцепных волокон - полиамидные и полиэфирные.

Наибольшее распространение полиамидных волокон объясняется присущими им ценными свойствами, широкой сырьевой базой для их производства. Так же в значительной мере тем, что методы получение исходных материалов, а так же процессы формования и последующей обработки разработаны для полиамидных волокон раньше и более детально, чем для других гетероцепных волокон.

Капрон (поли-е-капроамид, найлон-6, полиамид-6)- синтетическое гетероцепное полиамидноеволокно, построенное из остатков е-аминокапроновой кислоты.

капроновый волокно полиамидный

Капрон -- бело-прозрачное твердое, очень прочное вещество, молекулярная масса зависит от условий получения данного полимера и лежит в пределах 10⁴ -3,5*10^4. Используется для формования капронового волокна.

Эластичность капронового волокна намного выше шелка. Прочность зависит от технологии и тщательности производства. Капроновая нить диаметром 0,1 миллиметра выдерживает 0,55 килограммов.

Наряду с высокой прочностью капроновые волокна характеризуются высокой химической и износостойкостью, устойчивы к действию многократной деформации (изгибов), к действию большинства растворителей, хорошо окрашиваются.

Безвредны и индифферентны по отношению к животным тканям, ферментам и бактериям, вследствие чего не рассасываются в организме.

Капроновые волокна не впитывают влагу, поэтому не теряют прочности во влажном состоянии. Но у капронового волокна есть и недостатки. Оно малоустойчиво к действию кислот -- макромолекулы капрона подвергаются гидролизу по месту амидных связей. Сравнительно невелика и теплостойкость капрона. При нагревании его прочность снижается, при 215 °С происходит плавление.

1. Стадии производства капрона

Как правило, капрон производится непосредственно на заводах синтетического волокна. Поэтому, подобное производство представляет единый технологический цикл, включающий следующие стадии:

- подготовка сырья (плавление мономера, приготовление водного раствора катализатора);

- полимеризация капролактама;

- обработка полимера (охлаждение и получение полимерной ленты, ее дробление и сушка);

- получение расплава поли- е-капроамида и формование волокна.

Сырьем для производства капрона являются фенол, бензол, толуол или циклогексан, получаемые из каменного угля или нефти. В настоящее время наиболее разработанным является способ промышленного производства капрона из фенола.Фенол рядом химических реакций превращается в капролактам (мономер), который затем путем полимеризации превращается в капрон.

Капролактамможет быть получен, например, в ходе Бекмановской перегруппировки:

Капролактам поступает на заводы синтетического волокна в полиэтиленовых мешках или в бумажных мешках, помещенных в мешки из прорезиненной ткани. Он транспортируется также в расплавленном состоянии в специальных цистернах, покрытых термоизоляцией и снабженных змеевиком для парового обогрева. При транспортировании расплава капролактама достигается значительный экономический эффект, так как отпадает операция плавления капролактама на заводе - потребителе и исключается загрязнение продукта. Расплавленный капролактам может храниться в обогреваемых и изолированных емкостях.

Процесс полимеризации капролактама - превращение циклов в линейные полимеры - называется полиамидированием. Он протекает только при сравнительно высокой температуре и повышенном, нормальном или пониженном давлении в присутствии активатора.

Активаторами могут служить органические или минеральные кислоты, а также вода, соль АГ (продукт взаимодействия эквимолекулярных количеств адипиновой кислоты и гексаметилендиамина [HOOC(CH₂)₄COOH-NH₂(CH₂)₆NH₂]), аминокапроновая кислота или другие соединения, которые в условиях процесса полиамидирования капролактама способны претерпевать химические превращения с выделением воды.

Кроме перечисленных соединений очень эффективными активаторами являются щелочи и металлический натрий, которые в десятки и сотни, раз сокращают продолжительность реакции полиамидирования. В производственных условиях в качестве активатора процесса полиамидирования капролактама чаще всего применяется вода.

Механизм реакции образования поли-е-капроамида зависит от характера применяемого активатора. В присутствии воды реакция полиамидирования капролактама протекает ступенчато по следующей схеме:

На начальной стадии процесса при взаимодействии капролактама с водой образуется аминокапроновая кислота:

Аминокапроновая кислота соединяется с молекулой капролактама и образуется димер:

Димер взаимодействует еще с одной молекулой капролактама и образуется тример:

Присоединение молекул капролактама происходит до образования поли-е-капроамида:

Реакция полиамидирования капролактама является равновесной и обратимой:

В связи с этим капролактам не полностью превращается в поли-е-капроамид и в полимере всегда содержится некоторое количество (около 10%) мономера и низкомолекулярных водорастворимых соединений (димера, тримера и капролактама), которые могут быть удалены промывкой горячей водой или отгонкой под вакуумом из расплавленного полимера.

К поли-е-капроамиду, предназначенному для переработки в волокно капрон, предъявляются определенные требования. В частности, он должен иметь достаточно большую молекулярную массу (не ниже 10⁴) и быть монолитным, т.е. не содержать большого числа пустот и раковин. Кроме того, в полимере не должно быть продуктов окисления (поли-е-капроамид белого цвета). Чтобы избежать окисления расплавленного поли-е-капроамида процесс ведется в атмосфере азота, подаваемого в аппаратуру на стадии расплавления и полимеризации мономера.

2. Технология производства капрона

Существует три способа производства капроновых нитей и волокон:

1) Периодический способ - периодический или непрерывный синтез полимера, периодические процессы экстракции и сушки крошки (гранул), формование комплексных нитей (в автоклавах под давлением).

2) Непрерывный способ с получением крошки - непрерывный синтез полимера, экстракция и сушка крошки, формование комплексных нитей.

3)Непрерывный способ с формованием комплексных нитей непосредственно из расплава (непрерывный синтез полимера и формование комплексных нитей непосредственно из расплава).

Первые два способа производства капроновых нитей состоят из одинаковых технологических стадий, но второй способ выгодно отличается от первого применением непрерывных процессов синтеза полимера, экстракции и сушки крошки, что значительно улучшает технологию производства и повышает качество полимера и нитей.

Третий способ предусматривает совмещение в едином технологическом процессе непрерывного способа получения полимера с формованием нитей из расплава без повторного плавления полимера, при этом коренным образом изменяется технология получения нитей.

Непрерывный процесс осуществлен в полном объеме при получении волокон и находит все большее применение в производстве текстильных нитей.

На рис.1 представлена технологическая схема производства капронового волокна непрерывным способом.

Твердый капролактам из бункера 1 поступает в плавитель 2, обогреваемый паром. Расплавленный мономер проходит фильтр 3 и подается в верхнюю часть реактора полимеризации колонного типа 4, в котором одновременно из аппарата 5 дозируется 50%-ный водный раствор соли АГ.

Смесь паров воды и не вступившего в реакцию капролактама из реактора поступает в холодильник-конденсатор 6, в котором капролактам конденсируется и стекает обратно в реактор, а вода собирается в сборнике 7. Для предотвращения окисления продуктов в плавитель 2 и реактор полимеризации 4 вводится азот. Расплавленный поли-е-капроамид выдавливается из реактора через щелевидную фильеру и поступает на охлаждаемый водой барабан 8. Образовавшаяся лента полимера подается в резательный станок 9, измельчается в крошку. Из станка крошка поступает в экстрактор 10, в котором из полимера вымываются водорастворимые мономер и другие соединения. Промытый поли-е-капроамид высушивается в сушилке 11 теплым воздухом и подается непосредственно на формование волокна в прядильную машину 12, или поступает на склад. Поступившая в прядильную машину крошка плавится в плавильной камере а, обогреваемой через змеевик, образовавший расплав прядильным насосом-дозатором б при температуре 250-290 єС под давлением 2-6 МПа подается через фильтр в через фильеру г. Выходящие из фильеры струйки охлаждаются в шахте машины д холодным воздухом и образуются волокна, которые через направляющие ролики подаются на намоточную машину и затем на дальнейшую обработку. Скорость формования капронового волокна зависит от его толщины и составляет 500-1200 м/мин.

Заключение

Поли-е-капроамид используется преимущественно для производства капронового волокна, применяемого в текстильной промышленности, и для изготовления технических тканей.

Из капрона изготовляют канаты, рыболовные сети, леску, гитарные струны, фильтровальные материалы, кордную ткань, а также штапельныеткани,чулкии другие бытовые товары. Изделия из капрона, и в сочетании с капроном, широко используются в быту. Из капроновых нитей шьют одежду, которая стоит намного дешевле, чем одежда из натуральных природных материалов. Из кордной ткани делают каркасы авто- и авиапокрышек.

Будучи термопластичной, капроновая смола используется и в качестве пластмассы для изготовления деталей машин и механизмов-- зубчатых колес, втулок, подшипников, крепежных деталей, отличающихся большой прочностью и износостойкостью. Также капрон используется в производстве электроизоляции.

В медицине применяется для изготовления протезов органов.

Список литературы

1. Соколов Р.С., ? Химическая технология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений: В 2 т. -- М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2000. -- Т. 2: Металлургические процессы. Переработка химического топлива. Производство органических веществ и полимерных материалов. -- 448 с.

2. Ермилов А.С. Теоретические основы процессов получения и переработки полимерных материалов: курс лекций/ А.С. Ермилов. - Пермь: Изд-во Перм. гос. Техн. ун-та, 2009. - 159с.

3. Тадмор З., Гогос К. Теоретические основы переработки полимеров. Пер. с англ. - М.: "Химия", 1984. - 632 с., ил. - Нью-Йорк. 1979.

4. Торнер Р.В. Основные процессы переработки полимеров. - М.: "Химия", 1972. - 452 с., ил.

5. Роговин З.А. Основы химии и технологии химических волокон. Т II. Изд.4-е, перераб. и доп. М.: Химия, 1974. - 344 с., ил.

6. Технология производства химических волокон: Учебник для техникумов. - 3-е изд., пераб. и доп. / А.Н. Ряузов., В.А. Груздев и др. - М.: Химия, 1980. - 448 с.

Размещено на Allbest.ru