高聚物合成工艺-第二章 生产单体的原料路线
生产单体的原料路线
高高分子子合成工工艺学
单体与原料-108-
水水蒸气气 ≺65⁰C馏分 石石脑油 分馏 145~200
⁰C馏分 65~145
⁰C馏分 催化重整 油气分离 液化 石石油气气 制H2 重整 生成油 C5馏分 后加氢 芳烃抽提 苯 混合 芳烃 蒸馏 甲苯 二甲苯 抽余油 预加氢 裂解 分离 H2 烯烃 裂解 汽油 裂解 焦油 燃料气 加氢裂 解汽油 加氢 C2H6
145~245 160~310
C C
高高分子子合成工工艺学
单体与原料-100-
石油化工路线生产单体及原料
乙烯 丙烯 丁烯 丁二烯
分离精制
石脑油
原油
石石油炼制
高高温裂解
裂解气
煤油和柴油 炼厂气
裂解轻油
重整
苯
加氢 催化重整
重整油
芳烃
抽提 甲苯
二甲苯 萘
高高分子子合成工工艺学
单体与原料-101-
3.2.1 石油裂解生产烯烃
H2
高高分子子合成工工艺学
1、 石油裂解原料和产物 石油裂解是将沸点为350℃以下的液态烃,在稀释剂水蒸气存在下, 于750℃~800℃高温热裂解(化)为低级烯烃和二烯烃的过程。 催化裂解:在催化剂铝硅酸盐、钙沸石等作用下高温裂解。 裂解产物: 裂解气(氢、甲烷、乙烷、、乙炔、乙烯、丙烯和C4馏分) 裂解轻油(裂解汽油、燃料油和柴油)
单体与原料-97-
3.2 石油化工路线生产单体及原料 根据所含主要碳氢化合物类 别,原油可分为:
石蜡基石油 环烷基石油 芳香基石油 混合基石油 石油加工可以制得各种油品: 汽油 煤油 柴油 机油 润滑油
原 油
从油田开采出来未经加工的石油称为原油
性质:褐红色至黑色的粘稠液体。比水 轻,不溶于水 主要成分: 碳氢化合物,还存在少量氧、含硫、或 含氮的有机化合物
#高聚物合成工艺学题集--四川大学
“聚合物合成原理及工艺学”习题集四川大学高分子科学和工程学院第一章绪论1.试述高分子合成工艺学的主要任务。
2.简述高分子材料的主要类型,主要品种以及发展方向。
3.用方块图表示高分子合成材料的生产过程,说明每一步骤的主要特点及意义。
4.如何评价生产工艺合理及先进性。
5.开发新产品或新工艺的步骤和需注意的问题有哪些?第二章生产单体的原料路线1.简述高分子合成材料的基本原料(即三烯、三苯、乙炔)的来源。
2.简述石油裂解制烯烃的工艺过程。
3.如何由石油原料制得芳烃?并写出其中的主要化学反应及工艺过程。
4.画出C4馏分中制取丁二烯的流程简图,并说明采用萃取精馏的目的。
5.简述从三烯(乙烯、丙烯、丁二烯)、三苯(苯、甲苯、二甲苯),乙炔出发制备高分子材料的主要单体合成路线(可用方程式或图表表示,并注明基本工艺条件)。
6.如何由煤炭路线及石油化工路线生产氯乙烯单体?7.简述苯乙烯的生产方法。
8.试述合成高分子材料所用单体的主要性能,在贮存、运输过程中以及在使用时应注意哪些问题?9.论述乙烯产量和高分子合成工艺的关系。
第三章游离基本体聚合生产工艺1.自由基聚合过程中反应速度和聚合物分子量和哪些因素有关?工艺过程中如何调节?2.自由基聚合所用引发剂有哪些类型,它们各有什么特点?3.引发剂的分解速率和哪些因素有关?引发剂的半衰期的含义是什么?生产中有何作用?4.引发剂的选择主要根据哪些因素考虑?为什么?5.举例说明在自由基聚合过程中,调节剂,阻聚剂,缓聚剂的作用。
6.为什么溶剂分子的Cs值比调节剂分子的Cs小的多,而对聚合物分子量的影响往往比调节剂大的多?7.以乙烯的本体聚合为例,说明本体聚合的特点。
8.根据合成高压聚乙烯的工艺条件和工艺过程特点,组织高压聚乙烯的生产工艺流程,并划出流程示意图。
9. 高压聚乙烯分子结构特点是怎样形成的,对聚合物的加工及性能有何影响。
10. 乙烯高压聚合的影响因素有哪些?11. 对比管式反应器及釜式反应器生产高压聚乙烯的生产工艺。
聚合物合成工艺学每章节后面的思考题
第一章课后思考题(聚合物合成工艺学)1.简述高分子化合物的生产过程?答:(1)原料准备与精制过程:包括单体、溶剂、去离子水等原料的贮存、洗涤、精制、干燥、调整浓度等过程相设备。
(2)催化剂(引发剂)配制过程:包括聚合用催化剂、引发剂和助剂的制造、溶解、贮存、调整浓度等过程与设备。
(3)聚合反应过程:包括聚合和以聚合釜为中心的有关热交换设备及反应物料输送过程与设备。
(4)分离过程:包括未反应单体的回收、脱除溶剂、催化剂,脱除低聚物等过程与设备。
(5)聚合物后处理过程:包括聚合物的输送、干燥、造粒、均匀化、贮存、包装等过程与设备。
(6)回收过程:主要是未反应单体和溶剂的回收与精制过程及设备。
此外三废处理和公用工程如供电、供气、供水等设备。
2.比较连续生产和间歇生产工艺特点?答:连续生产:优点:聚合反应条件稳定,容易实现操作过程中的自动化;若条件一致,则产品质量规格稳定;设备密闭,减少污染;适合大规模生产;劳动生产率高,成本较低。
缺点:不便于小批量生产某牌号产品。
间歇生产:优点:反应条件以控制;物料在聚合反应器内停留时间相同;便于改变工艺条件。
缺点:不易实现操作过程的全部自动化;必须按配方规定的顺序进行;不适合大规模生产,生产能力低。
3.合成橡胶和合成树脂在生产过程中的那两个过程?试比较他们在这两个生产过程上的主要差别是什么?答:主要差别是分离过程和聚合物后处理过程;分离过程:合成橡胶:不能用第二种溶剂以分离合成橡胶,其分离方法是将高粘度橡胶溶液喷入沸腾的水中,同时进行强烈搅拌,未反应的单体和溶剂与一部分水蒸气被蒸出,合成橡胶则以直径10~20mm左右的胶粒析出,且悬浮于水中,经过滤洗涤得到胶粒;合成树脂:将合成树脂溶液逐渐加入第二种非溶剂中,而此溶剂是可以与原来的容剂混溶的,再沉淀釜中搅拌则合成树脂呈粉末状固体析出,如果通过细孔进入沉淀用溶剂中,则生成纤维状产品。
后处理过程:合成橡胶:采用箱式干燥机活挤压膨胀干燥机进行干燥;合成树脂:用加热的空气作为载热体进行气流干燥,含有机溶剂时,用加热的氮气进行干燥。
第2章生产单体的原料路线
裂解反应比脱氢反应容易进行,碳链长的比碳链短易产 生断链反应。 石油有热裂化和催化裂化两种
热裂解
目的: 提高汽油的产量。通过加 热使分子能量升高,满足链断裂 所需能量,从而分解成其他物质。
缺点:温度过高,发生结焦现象
催化裂解
目的: 提高汽油的质量和产量。 降低反应温度,增加低碳烯烃 产率和轻质芳烃产率,提高裂 解产品分布的灵活性。
干燥的裂解气的分离: 裂解气除含低级烯烃、烷烃外,还有H2。它们在常 温下是气体,分离提纯困难。 制取高纯度的乙烯和丙烯必须用深度冷冻分离法(深 冷分离法)处理裂解气。 深冷分离法是将干燥的裂解气冷冻到-100℃左右, 使除H2和CH4以外的低级烃全部冷凝液化,然后将 它们在适当的温度和压力下逐一分离。而H2和CH4 的分离是将其冷冻到-165℃,使 CH4 液化,最后得 到富氢气体。 裂解气的冷冻是通过乙烯和丙烯冷冻系统来完成的。 低级烯烃经精馏分离得到的主要产品: 乙烯收率为25%~26%,丙烯收率为16%~18% , C4馏分收率为11%~12% 。副产品是H2和CH4。
压缩机:一系列用于气体物料压缩和冷冻系统提供动 力。
蒸馏塔: 一系列用来分离各种产品和副产品。
(4)裂解气分离精制:
高温裂解产物是多组分的低级烯烃与烷烃的混合物, 少量的酸性气体和炔烃等杂质,还有一些水蒸气。 生产高纯度的单一烯烃必须进行精制分离。
裂解气精制分离: 用3%~5%NaOH溶液洗涤裂解气,脱除酸性气体 (CO2、H2S等)。 炔烃(乙炔和甲基乙炔)杂质一般用钯催化剂,进行 选择性加氢转化为烯烃; 大部分水蒸汽在气体压缩过程中冷凝已除去,少量的 水则用分子筛进行干燥。
4. 聚氨酯类 所需单体:多异氰酸酯、多羟基化合物。 5. 有机硅聚合物 所需单体:甲基硅氧烷。 6. 酚醛树脂 所需单体:甲醛、苯酚。 7. 脲醛树脂 所需单体:甲醛、尿素。 8. 环氧树脂 所需单体:双酚A、环氧氯丙烷。
聚合物工艺学第二章_生产单体的原料路线
第二章 生产单体的原料路线
纤维素的反应
作业
1.要得到高纯度的本体聚合产品,为何通常采用高 真空脱除单体? 2.合成树脂和合成橡胶的聚合物溶液分离方法有何 不同?并解释原因。 3.生产单体的原料路线有几条,试比较它们的优缺 点?
2002 2003 中国能源生产总量(以标准煤计)
第二章 生产单体的原料路线
高聚物单体合成路线的转变
国际趋势:
目前,我国正处在向石油化工路线转变的过程中……
第二章 生产单体的原料路线
第二章 生产单体的原料路线
第二章 生产单体的原料路线
2.3其他原料路线 主要以农副产品或木材工业副产品为基本原 料,直接用作单体或经化学加工为单体。 优点:充分利用自然资源、变废为宝
丁苯橡胶 聚氧化乙烯
OH OH
维尼纶树脂
CH2 CH2
涤纶树脂
第二章 生产单体的原料路线
聚丙烯 乙丙橡胶 丙烯腈 丙烯 聚丙烯腈 丁腈橡胶 碳纤维 丙烯酸 聚丙烯酸 聚丙烯酸酯 聚甲基丙烯酸酯 酚醛树脂 环氧树脂
第二章 生产单体的原料路线
2.2煤炭原料路线
煤的开采
第二章 生产单体的原料路线
煤炭是我国能源的 主要提供者 煤炭占 59.4~63.2% 煤炭占71% 13.9亿吨 煤炭占71% 16.03亿吨 24.66~32.80亿吨 2020
2.1 石油化工路线 原油:从油田里开采出来的没有经过加工处理的石油。分为
石蜡基石油,环烷基石油,芳香基石油以及混合基石油。
杂质成分:水,氯化钙,氯化镁等盐类
油田 原油
危害:水---浪费燃料
盐----腐蚀设备
处理:脱水 脱盐
第二章 生产单体的原料路线
石油气 汽油 低沸点 煤油 沥青 常压蒸馏 原油 柴油 柴油 减压蒸馏 燃料油 高沸点 石蜡 润滑油
高聚物合成工艺
1生产单体的原料路线有哪几种?试比较它们的优缺点?答:①石油路线:目前最主要的单体原料路线②煤炭路线:乙炔,电石生产需大量电能,经济上不合理,由于我国历史原因和资源情况,乙炔仍是高分子合成的工业的重要原料。
③可再生资源路线? 喜怀渥悖 杀靖撸 浞掷 米匀蛔试矗 浞衔 Φ幕 ∩希 ×可 承┑ヌ宄龇⒌慊故强扇〉摹?2、如何有C4馏分制取1,3丁二烯?①用C4馏分分离出来的丁烯进行氧化脱氢制取②将裂解气分离得到的C4馏分用PM下进行萃取蒸馏抽提制取。
第三章本体聚合、简述高压聚乙烯工艺流程答:精制的乙烯进入一次压缩(一级);来自低压分离的循环乙烯与相对分子量调节剂混合后,进入一次压缩机入口,压缩至250MPa,然后与来自高压分离器循环乙烯混合后进行二级压缩;冷却单体进入聚合反应器,引发剂溶液用高压泵送入进料口或直接进入气相聚合;然后高压分离、低压分离挤出切粒,未反应单体分离循环使用。
、高压PE有哪两种主要工艺路线?各有什么特点?管式反应器进行、反应釜中进行两条主要工艺路线管式反应器反应中:物料在管内呈柱塞状流动,无返混现象,反应温度沿反应管长度而变化,得高压聚乙烯分子量分布较宽,耐高压。
无搅拌系统,长链分枝少。
生产能力取决于反应管参数。
釜式反应器:物料可充分混合,反应温度均匀,还可分区操作。
耐高压不如管式,反应能力可在较大范围内变化,反应易控制。
PE分布窄,长链分枝多。
、高压PE合成反应条件比较苛刻,具体条件如何?为什么采用这样的工艺条件?反应温度设在150℃330℃,原因有二:①乙烯无任何取代基,分子结构对称,纯乙烯在350℃以上爆炸性分解,从安全角度,避免因某些特殊不可预知的因素造成温度上升,引发事故,故使T<330℃②PE熔点为130℃,当T<130℃时造成大量PE凝固,堵塞管道,同样造成反应难以进行,造成事故,故最低温度不低于130℃,一般温度大于150℃。
反应在低压下进行,原因:乙烯常压下位气体,分子间距离远,不易反应,压缩后,分子间距离显著缩短,极大增加了自由基与单体分子之间碰撞几率,易反应,在100300MPa下,接近液态烃,近似不可压缩状态,其次T上升,需压力也增加,才能使PE与单体形成均相状态,保持反应顺利进行。
材料生产单体的原料路线
材料生产单体的原料路线1. 引言材料生产单体是指用于制造各种材料的基础物质。
不同类型的材料生产单体需要不同的原料路线。
本文将针对材料生产单体的原料路线进行探讨和介绍。
2. 常见材料生产单体及其原料路线2.1 金属材料生产单体金属材料生产单体是制造金属材料的基础物质。
常见金属材料的原料路线如下:•矿石开采:金属材料的原料通常来自矿石。
首先需要进行矿石的开采工作,包括矿石的挖掘和运输等。
•矿石选矿:开采得到的矿石中通常含有多种金属成分,需要进行矿石选矿的过程,将有用的金属成分进行分离和提取。
•冶炼:选矿后的金属矿石需要进行冶炼,通过高温处理使金属成分得以分离和提纯。
•精炼:冶炼得到的金属需要进行进一步的精炼,以提高其纯度和品质。
•加工和制造:经过精炼的金属可以进行加工和制造,制成各种金属材料,如铁、铜、铝等。
2.2 塑料材料生产单体塑料材料生产单体是制造塑料材料的基础物质。
常见塑料材料的原料路线如下:•石油提炼:塑料的原料主要来源于石油。
首先需要对石油进行提炼,将其分解为多种化合物。
•裂解:石油提炼后的化合物需要进行裂解,将其分解为较低分子量的化合物。
•聚合:裂解得到的化合物需要进行聚合反应,将其重组成高分子量的聚合物。
•加工和制造:经过聚合的塑料可以进行加工和制造,制成各种塑料制品,如塑料袋、塑料容器等。
2.3 纺织材料生产单体纺织材料生产单体是制造纺织材料的基础物质。
常见纺织材料的原料路线如下:•天然纤维采集:纺织材料的原料可以是天然纤维,如棉花、亚麻等。
首先需要进行天然纤维的采集工作,包括植物的种植、收获和处理等。
•纤维制造:采集得到的天然纤维需要进行纤维制造的过程,将其进行纺织、编织或织造等工艺,制成纺织材料。
•化纤制造:纺织材料的原料也可以是化学纤维,如聚酯纤维、尼龙等。
化纤的制造过程包括聚合、纺丝、拉丝等工艺。
•加工和制造:经过纤维制造或化纤制造的材料可以进行加工和制造,制成各种纺织制品,如衣物、家居用品等。
(高分子合成工艺学课件)第二章生产单体的原料路线
• 合成高聚物的原料又叫单体,多数为脂肪族化合物, 少数是芳香族化合物(特种高分子的主要原料)。
乙烯 丙烯 丁二烯
三烯
最主要的 单体原料
三苯
苯 甲苯 二甲苯
• 合成高聚物材料目前最重要的单体来源路线
3个:
单体来源路线
。 石油化工路线
煤炭路线
农副产品和 木材工业副 产品路线
C6 H5 - C2 H5
CH2 =CH
聚苯乙烯 丁苯橡胶
交联聚苯乙烯 磺化 C6H6 氯甲基化
丁腈橡胶 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 NH (CH2)5 尼 龙 -6 CO COOH (CH2)4 COOH H2 N(CH2)6 NH2 尼 龙 -66
氨基化 O H2 C6 H12 [O] C6 H11 OOH [O]
煤炭路线
煤炭经炼焦生成煤气、氨、煤焦油和焦炭。 由煤焦油经分离可得苯、甲苯、苯酚、沥青 等。焦炭与石灰石在电炉中高温反应得到电 石,电石与水反应生成乙炔,由乙炔可合成 一系列乙烯基单体或其它有机化工原料。
其它原料路线
主要是农副产品或木材工业副产品为原料, 直接用作单体或经化学加工成单体。原料来 源不充足,成本高。
乙 烷
丙炔加氢 脱 丙 烷 塔
C4馏
脱 丁 烷 塔
分
脱 丙 烯 塔
丙 烯
丙 烷
裂解 汽油
图2-2
石脑油裂解生产烯烃流程图
2.1.2
石油裂解生产芳烃
• 苯、甲苯、二甲苯是重要的有机化工原料,目前主要通 过石油烃催化重整制取芳烃。 • 其生产过程特点是截取石脑油中沸点65℃~145 ℃的馏 分进行加氢,使其中的烯烃饱和,并使含S、N、Cl的化 合物加氢而被脱除;然后组分在一定压力及铂催化剂作 用下,经催化重整,芳构化后,得到芳烃浓度很高的的 重整生成油,重整生成油和加氢裂解汽油(加氢是将裂 解汽油中的烯烃转变为烷烃)混合(芳烃约为80%左 右),用二甲基亚砜溶剂抽取芳烃,再经反抽取、洗涤、 蒸馏、精馏等步骤得到苯、甲苯、二甲苯等。
高聚物合成工艺学
合 成 高 分 子 材 料 的 主 要 过 程
第2章 高分子化合物的生产过程
高分子合成生产过程大体上可分为以下几个工序:
(1)原料准备与精制过程;
(2)催化剂(引发剂)配制过程;
(3)聚合反应过程;
(6)回收过程
(4)分离过程;
(5)聚合物后处理过程
此外三废处理和公用工程如供电、供气、供水等设备。
聚合物制造工艺过程举例
2.1 原料准备与精制过程
高分子合成工业的最主要原料是单体,其次是有些生产过程中需要加 入有机溶剂,都可能含有杂质可能对聚合反应产生不利影响(单体纯度 >99%)。 单体贮存注意: a. 防止单体与空气接触产生爆炸、产生过氧化物。 b. 提供可靠的措施,保证在任何情况下贮罐不会产生过高的压力,以 免贮罐爆破。贮存气体状态单体的贮罐应当是耐压容器。贮罐还应当 远离反应装置,以减少着火危险。 c. 防止有毒易燃的单体泄漏出贮罐、管道和泵等输送设备。 d. 防止单体贮存中发生自聚现象,必要时应当添加阻聚剂。使用时用 NaOH洗涤。
反应物料在反应初期都是易流动液体状态或气体。
高分子合成工业中聚合反应器中的物料形态可归纳为: (a)高粘度熔体(均相)—熔融缩聚、本体聚合 。 (b)高粘度溶液(均相)—自由基溶液聚合、离子及配位溶液聚合、溶液缩聚。 (c)固体微粒-液体分散体系(非均相)——自由基悬浮聚合、离子及配位溶液 聚合、溶液缩聚。 (d)胶体分散液(非均相)——自由基乳液聚合。 (e)粉状固体(非均相)——自由基本体聚合、离子配位本体聚合。 (f)固体制品(本体浇铸聚合)。
搅拌器
为使釜式聚合反应器中的传质、传热过程正常进行,聚合釜中必 须安装搅拌器。
螺轴式
螺带式
推进器式
聚合物工艺学第二章_生产单体的原料路线
2002 2003 中国能源生产总量(以标准煤计)
第二章 生产单体的原料路线
高聚物单体合成路线的转变
国际趋势:
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
目前,我国正处在向石油化工路线转变的过程中……
第二章 生产单体的原料路线
第二章 生产单体的原料路线
第二章 生产单体的原料路线
2.3其他原料路线 主要以农副产品或木材工业副产品为基本原 料,直接用作单体或经化学加工为单体。 优点:充分利用自然资源、变废为宝
第二章 生产单体的原料路线
糠醛树脂具有优良的耐化学腐蚀性,主要用来制造耐酸涂层和耐 酸腻子等。
第二章 生产单体的原料路线
2. 纤维素 [C6(H2O)5]n 植物的主要化学成分是纤维素。棉花纤维的纤维素含量最 高。木材经化学加工脱除胶质和木质素等,得到的纸浆也是较 纯粹的纤维素原料。 一个纤维素大分子中含有三个羟基,其为反应性基团,在 适当的条件下可进行化学转化,形成新的聚合物。
第二章 生产单体的原料路线
制品
高分子化合物 的生产过程
高分子合成材料成型加工 高分子合成工业 基本有机合成工业
石油加工
石油开采
第二章 生产单体的原料路线
工业生产的高聚物按其化学组成可按如下分类:
(1)加聚型高聚物:α -烯烃聚合物;乙烯基聚合物, 二烯烃类聚合物等。
(2)逐步聚合型高聚物:聚酯,聚酰胺;聚醚;聚氨酯 类、有机硅聚合物、酚醛树脂、环氧树脂等。
缺点:只能小量生产某些单体; 原料不充足、成本较高。
第二章 生产单体的原料路线
1. 糠醛
糠醛是从农副产品中提炼的最重要的单体,由稻草、米糠 和棉籽壳等农副产品制得。 稻草、米糠和棉籽壳中所含的五碳多糖经酸性水解生成五 碳糖.再经脱水反应生成糠醛。
第二章合成聚合物的原料路线
过程 3 :
将得到的重整油和加氢裂解轻油混合,其中含芳烃 80% 左右。
用二甲亚砜溶剂抽提芳烃,得到含芳烃的二甲亚砜溶液, 再用丁烷为反抽提剂把溶解在二甲亚砜中的芳烃分离出, 得到混合芳烃产物。
二甲亚砜抽提后的组分为抽余油,为 C5-C10 的烷烃、环 烷烃和少量芳烃的混合物,沸点 60℃-130℃ 。
裂解气分离精制:
高温裂解产物中包括低级烯烃和烷烃混合物,炔烃,氢气、 少量的酸性气体(CO2、H2S 等)和水蒸气。
用 3-15% NaOH 溶液洗涤裂解气脱除酸性气体(CO2、H2S 等)。少量的水则用 3A 分子筛进行干燥。用钯催化剂进行选 择性加氢,把炔烃(乙炔和甲基乙炔)转化为烯烃。
深度冷冻分离法分离低级烯烃、烷烃和 H2 :
R CH2 CH3
R H + NH3 R H + H2S R H + HCl
将加氢后的饱和烃在铂催化剂、 1. 4 MPa - 1.7 MPa 、520 ℃ 的条件下,发生脱氢、环化、异构化和裂解反应,生成芳 烃、氢气、液化石油气和 C5 馏分,经分离后得含芳烃的重整 油。
过程 2: 将石脑油中沸点低于 65 ℃ 和高于145 ℃ 的馏分进行裂
解得到裂解轻油(裂解汽油),然后在镍、钴、钼催化剂 作用下,使其中烯烃被氢所饱和,同时含 S、N、Cl 的化 合物被加氢而脱除,同时催化发生脱氢、环化、异构化和 裂解反应,得到含芳烃的加氢裂解轻油。
讨论:在裂解 - 催化重整工艺过程中为什么要加氢? 因为烯烃易氧化、易聚合、且干扰后续芳烃的抽提。同时
第二章 合成聚合物的原料路线
2.1 从石油和天然气获得的石油化工原料路线 2.2 煤炭路线及所获得的化工产品 2.3 从动、植物获得的原料路线
高聚物合成工艺学习题
第一章绪论1.塑料、合成橡胶和合成纤维被称为三大合成材料。
2.高分子合成材料可分为塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料和粘合剂等。
3.五大通用塑料是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和ABS树脂。
4.五大工程塑料是聚酰胺(尼龙)、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚和热塑性聚酯。
5.三大合成纤维是聚酯纤维(涤纶纤维)、聚丙烯腈纤维(腈纶纤维)和聚酰胺纤维(绵纶或尼龙纤维)。
6.塑料的原料是合成树脂和添加剂(助剂)。
7.高分子合成材料最主要的原料是合成树脂和合成橡胶。
8.合成橡胶制造橡胶制品时加入硫化剂的作用是使线形合成橡胶分子变成松散的交联结构9.塑料生产中稳定剂的作用是防止成型过程中高聚物受热分解或老化。
润滑剂的作用是在高聚物成型过程中附着于材料表面以防止粘着模具,并增加流动性。
10.大型高分子合成生产装置的过程可分为:原料准备及精制、催化剂配制、聚合反应、分离、聚合物后处理、溶剂回收等。
核心是聚合反应过程。
11.根据反应机理不同,高分子聚合反应可分为连锁聚合和逐步聚合;根据单体和产物组成和结构的不同可分为加聚反应和缩聚反应。
绝大多数烯烃加聚反应属于连锁聚合,而缩聚反应为逐步聚合。
12.加聚反应可分为自由基聚合和离子聚合及配位聚合反应。
13.自由基聚合的实施方法主要为本体聚合、乳液聚合、悬浮聚合和溶液聚合。
14.离子聚合及配位聚合反应实施方法本体聚合、溶液聚合和淤浆聚合。
15.缩聚反应实施方法熔融缩聚、溶液缩聚、界面缩聚、固相缩聚。
16.高分子合成工业的任务是将简单的有机化合物,经聚合反应使之合成为高分子化合物。
17.高分子化合物生产流程评价的内容包括:生产方式、产品性能、原料路线、能量消耗与利用、生产技术水平考查。
18.废旧塑料回收利用的方式及其特点。
作为材料再生循环利用:再处理后降级使用;作为化学品循环利用:降解,高温裂解或催化裂解;作为能源回收利用:粉碎作燃料第二章生产单体的原料路线1.石油是生产重要基本有机化工原料乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯(通称“三烯三苯”)的原料。
生产单体的原料路线
② 煤炭路线简述:
煤气、氨 炼焦 煤炭 煤焦油 焦碳 乙烯基单体、有 机化工原料 石灰石高温反应 电石 水 分离 苯、甲苯、苯酚
乙炔
③其他原料路线简述: 农副产品或木材工业副产品为基本原料得到单体
聚合物类型: 单体种类、性质决定聚合物类型 按化学组成分类:
加成聚合型高聚物
a 、-烯烃聚合物:PE、PP、PB、乙丙橡胶
①石油化工路线简述:(石化企业)
基本流程:
地下原油
石油炼制/常压蒸馏 汽油、石脑油、煤油、 柴油、炼厂气 高温裂解750-800℃ 精制/分离
裂解气
乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯 芳烃 萃取/分离
液体
加氢/催化重整
苯、甲苯、二甲苯
主要设备: 裂解炉、催化裂解塔、蒸馏塔、精制 分馏塔、热交换器、循环水装置、排 空装置
第一篇 聚合方法与工艺过程
第二章 生产单体的原料路线
本章主要内容:
2.1
2.2
石油化工原料路线
煤炭与其他原料路线
重点:石油化工原料路线
难点:无
2.0 前言
单体及来源: 合成聚合物的原料: 脂肪族化合物(主)、芳香族化 合物 主要来源:地下(石油、天然气、煤炭) 开采方式:石油化工路线(主)、煤炭路线、其他 原料路线
D、以石油制成的基本有机原料为基础合成单体、聚 合物的路线 石油经热裂解分离可以得到烯烃、丁二烯和芳烃、苯、 甲苯、二甲苯等。它们是重要的基本有机原料,而烯 烃中的乙烯、丙烯和丁二烯,则又是重要的单体。
2.2 煤炭及其他原料路线和中国资源情况展望
A、煤炭原料路线
煤炭在高温和隔绝空气下干馏则产生煤气、氨、 煤焦油和焦炭。石油化工工业末发展以前,有机化 工原料主要来自煤焦油和焦炭。 煤焦油:经分离可以 得到苯、甲苯、二甲苯、萘、 蒽等劳烃和苯酚、甲苯酚等。它们都是重要的有机 化工原料和单体的生 产原料。
《聚合物合成工艺学》复习知识点及思考题
《聚合物合成工艺学》各章重点第一章绪论1.高分子化合物的生产过程及通常组合形式原料准备与精致,催化剂配置,聚合反应过程,分离过程,聚合物后处理过程,回收过程2.聚合反应釜的排热方式有哪些夹套冷却,夹套附加内冷管冷却,内冷管冷却,反应物料釜外循环冷却,回流冷凝器冷却,反应物料部分闪蒸,反应介质部分预冷。
3. 聚合反应设备1、选用原则:聚合反应器的操作特性、聚合反应及聚合过程的特性、聚合反应器操作特性对聚合物结构和性能的影响、经济效应。
2、搅拌的功能要求及作用功能要求:混合、搅动、悬浮、分散作用:1)推动流体流动,混匀物料;2)产生剪切力,分散物料,并使之悬浮;3)增加流体的湍动,以提高传热效率;4)加速物料的分散和合并,增大物质的传递效率;5)高粘体系,可以更新表面,使低分子蒸出。
第二章聚合物单体的原料路线1.生产单体的原料路线有哪些?(教材P24-25)石油化工路线,煤炭路线,其他原料路线(主要以农副产品或木材工业副产品为基本原料)2.石油化工路线可以得到哪些重要的单体和原料?并由乙烯单体可以得到哪些聚合物产品?(教材P24-25、P26、P31)得到单体和原料:乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯。
得到聚合物:聚乙烯、乙丙橡胶、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、维纶树脂、聚苯乙烯、ABS树脂、丁苯橡胶、聚氧化乙烯、涤纶树脂。
3. 合成聚合物及单体工艺路线第三章自由基聚合生产工艺§ 3-1自由基聚合工艺基础1.自由基聚合实施方法及选择本体聚合、乳液聚合、溶液聚合、悬浮聚合。
聚合方法的选择只要取决于根据产品用途所要求的产品形态和产品成本。
2.引发剂及选择方法,调节分子量方法种类:过氧化物类、偶氮化合物,氧化还原体系。
选择方法:(1)根据聚合操作方式和反应温度条件,选择适当分解速度的引发剂。
(2)根据引发剂分解速度随温度的不同而变化,故根据反应温度选择适引发剂。
(3)根据分解速率常数选择引发剂。
聚合物合成工艺-第2章单体原料路线
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二、石油裂解生产烯烃 1. 裂解的原料 用沸点<350 ℃的液态油品,即轻柴油等在稀释 剂水蒸气存在下,于750℃一800`C高温热裂 解(化)得裂解产物,包括裂解气(H2、CH4、 C2H6、乙炔、乙烯、丙烯和C4馏分)和裂解 轻油(裂解汽油、燃料油和柴油)。由裂解气 分离得乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等。
§ 3-1自由基聚合工艺基础 § 3-2本体聚合生产工艺 § 3-3悬浮聚合生产工艺 § 3-4 乳液聚合工艺
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第四章 离子与配位聚合生产工艺
§4-1离子聚合反应及应用 §4-2配位聚合生产工艺
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§2.1 石油化工原料路线
(1)管式炉:物料在管内,管子呈列管式排列,垂直悬 于炉中,管外加热,燃烧区最高温度达11500C,炉出 口温度可达9200C。可以连续操作,为避免裂解管内 烧丝,必须使用沸点低的轻组分油品:轻柴油、石脑 油为原料。 (2)沙子炉:为流化床及应器,由反应器与生器组成, 利用固体粒子作载体,加热物料使其裂解成乙烯、丙 烯及副产物,分解产生炭沉积在固体粒子上,抽出进 入再生器再生。我国即以细砂作载体,可裂解沸点较 高的重油原料,但能量未回收,成本高。 (3)蓄热炉:烧焦升温 蒸汽吹扫 原油裂解 蒸汽 吹扫。属于间歇操作,可裂解重油。
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§2-4 合成单体及聚合物路线
纤维 橡胶 乙烯 塑料
丁二烯
二甲苯 涂料
石油和 天然气 甲苯
丙烯
苯
粘合剂
离子交换树脂
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由 乙 烯 获 得 的 化 工 产 品
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由 丙 烯 获 得 的 化 工 产 品
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石脑 油
乙 烷
丙 烷
丁 烷
轻柴 油
其 它
13.5 50.7 19.7 4.4 7.8 3.9
18.3 45.0 21.7 3.8 7.2 4.0
72.7 5.5 3.9 6.3 9.6 2.0
73.2 5.3 3.5 6.3 9.7 2.0
48.2 46.1 4.9 0.4 —— 0.4
52.3 44.0 3.1 0.3 —— 0.3
※ 糠醛树脂类
+ CH3COCH3
糠醛丙酮树脂
CH CH CH C CHO
O
+ C6H5OH +糠醇
糠醛苯酚树脂 糠醛糠醇树脂
+ H2
CH
聚乙烯 乙丙橡胶 聚氯乙烯 聚乙酸乙烯酯
聚乙烯醇
+ C6H6 + AlCl3
-H2 C2H5-C6H5
CH2=CH-C6H5
+ O2
环氧乙烷
乙二醇
维纶树脂 聚苯乙烯 ABS树 脂 丁苯橡胶 涤纶树脂
CH2 CH-CH3
+ CH2=CH2
+NH3 + O2
CH2=CH2-CN
[O] CH2=CH-CHO
第二章 生产单体的原料路线
• 合成高聚物的原料又叫单体,多数为脂肪族化合物, 少数是芳香族化合物(特种高分子的主要原料)。
乙烯 丙烯
三烯
三苯
最主要的
单体原料
丁二烯
苯 甲苯 二甲苯
• 合成高聚物材料目前最重要的单体来源路线
3个:
单体来源路线
石油化。工路线
煤炭路线
农副产品和 木材工业副
产品路线
石油化工路线:是最重要的单体合成路线。
• 我国有机原料路线已逐步从以煤焦、农副产品为主 向以石油(包括天然气)为主转变,按产量计算已接 近60--65%。
• 但是,目前我国乙烯法PVC树脂的生产能力仅占 35%左右;电石乙炔法醋酸乙烯约占50%;氯丁橡 胶全部采用电石乙炔路线。而上述产品在国外已基 本被石油化工路线取代。
2.1 石油化工原料路线
石脑 油
分馏
液化 石油
气
制H
<65℃ 馏分
水蒸 气
145~ 200℃ 馏分
65℃~ 145℃ 馏分
裂解
催化重 整
分离
重整 生成
油
C5 馏分
C2H6
H2
C2H4
C3H6
C4馏 分 裂解 汽油
裂解 焦油
燃料气 CH4, C3H8
加氢
H2
芳烃抽取
加氢 裂解 汽油
混合 芳烃
抽余 油
蒸馏
苯
甲 苯
二甲 苯
图2-3 石脑油裂解生产芳烃流程图
HO
CH2-CH-CH2Cl O
酚醛树脂
CH3
C
OH
CH3
环氧树脂
氯醇橡胶
[O] CH2-CH-CH3 O
聚氧化丙烯
C6H6
C2H4 Al Cl 3
C6H5-C2H5
CH2=CH
交联聚苯乙烯 磺化
氯甲基化
聚苯乙烯 丁苯橡胶 丁腈橡胶 阳离子交换树脂
氨基化
O
H2
[O]
C6H12
C6H11OOH
阴离子交换树脂
原油经蒸馏分出石脑油、煤油、柴油等馏分和炼厂气, 用各馏分作原料进行高温裂解,得到的裂解气经分离得 到乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯等。产生的液体经加氢催 化重整转化为芳烃,萃取分离后可得苯、甲苯、二甲苯 等芳烃化合物。 备注:原油一次加工和二次加工的各生产装置都有气体 产出,总称为炼厂气;其组成因炼油厂产气装置不同而 异,主要有氢、甲烷、C2馏分(乙烷和乙烯)、C3馏分 (丙烷和丙烯)、C4馏分(各种丁烷和丁烯)等。
二甲苯
[O]
邻二甲苯
邻苯二甲酸(酐)
醇酸树脂
[O]
间二甲苯
间苯二甲酸 间苯二甲酰氯
[O]
(Nomex) PET、PBT
对苯二甲酰氯
聚芳酰胺 (Kevlar)
CH2 CH CH CH2
C6H5 CH CH2 CH2 CH CN
顺丁橡胶 丁苯橡胶 丁腈橡胶
Cl2 ClCH2 CH CH CH2Cl
煤炭路线
煤炭经炼焦生成煤气、氨、煤焦油和焦炭。 由煤焦油经分离可得苯、甲苯、苯酚、沥青 等。焦炭与石灰石在电炉中高温反应得到电 石,电石与水反应生成乙炔,由乙炔可合成 一系列乙烯基单体或其它有机化工原料。
其它原料路线 主要是农副产品或木材工业副产品为原料, 直接用作单体或经化学加工成单体。原料来 源不充足,成本高。
• 诺瓦化学(Nova)在加拿大阿尔伯特省Joffre的乙烯
联合装置281.2 万吨/年 • 阿拉伯石化公司位于沙特Jubail乙烯装置225 万吨/年 • 埃克森美孚位于德州Baytown的乙烯装置215 万吨/年 • ChevronPhillips位于德州Sweeny的190 万吨/年装
置
• Equistar在德州Channelview175 万吨/年的乙烯装置 • 陶氏化学位于荷兰Temeuzen的175万吨/年的装置 • 延布石化公司位于沙特延布的160 万吨/年装置 • 陶氏化学位于德州Freeport的154 万吨/年装置 • 台塑位于德州Point Comfort的153 万吨/年装置 • 壳牌化学位于路易斯安那州Norco的150 万吨/年装置。
石脑 油
轻烃
水蒸 气
裂解
甲 烷
急冷锅炉
高压 蒸汽
压缩
乙 烯
干燥
冷箱
富氢 气体
脱
脱
甲
乙炔加氢
乙
烷
烯
塔 脱 乙 烷 塔
塔
乙
烷
丙
烯
脱
丙炔加氢
丙
脱
烯
丙 烷
塔
C4馏
丙
塔
分
脱
烷
丁
烷
塔
裂解
汽油
图2-2 石脑油裂解生产烯烃流程图
2.1.2 石油裂解生产芳烃
• 苯、甲苯、二甲苯是重要的有机化工原料,目前主要通 过石油烃催化重整制取芳烃。
轻烃 (%)
10.0 0
6.94
石脑油 (%)
35.70
47.01
5.79
48.62
5.51
47.51
6.27
58.16
5.54
61.52
轻柴油 (%) 52.70 38.56 33.93 30.22 19.17 16.07
加氢尾油 (%) 1.60 7.46 9.96 10.87 8.81 11.90
分离过程:深冷分离(是利用裂解气中各种烃的相对挥发 度不同,在低温下把氢气以外的烃类都冷凝下来,然后在 精馏塔内进行多组分精馏分离)
裂解气经精制分离得到的主要产品:
乙烯收率30%以上; 丙烯收率16~18%; C4馏分收率11~12% 副产品:H2、裂解汽油、燃料油及其它副产物、 燃料气(甲烷、乙烷和丙烷)
• 其生产过程特点是截取石脑油中沸点65℃~145 ℃的馏 分进行加氢,使其中的烯烃饱和,并使含S、N、Cl的化 合物加氢而被脱除;然后组分在一定压力及铂催化剂作 用下,经催化重整,芳构化后,得到芳烃浓度很高的的 重整生成油,重整生成油和加氢裂解汽油(加氢是将裂 解汽油中的烯烃转变为烷烃)混合(芳烃约为80%左 右),用二甲基亚砜溶剂抽取芳烃,再经反抽取、洗涤、 蒸馏、精馏等步骤得到苯、甲苯、二甲苯等。
• 在第一精馏塔将粗丁二烯中甲基乙炔、水分除 掉进入第二精馏塔,除掉高沸点重组分即得到
2.1.4 石油制备的原料为基础合成单体、聚合物路线
CH2 CH2
+ CH3-CH=CH2
+ Cl2 + O2 CH2Cl - CH2Cl
CH2=CH2Cl
+CH3COOH + O2 CH2=CH-OOCCH3
NH (CH2)5
尼 龙 -6
[O]
CO
COOH
(CH2)4 COOH
尼 龙 -66
H2N(CH2)6NH2
C6H6
OH
HCHO
CH3
HO
C
OH
CH2-CH-CH2Cl O
CH3
COCl 2
Cl
SO2
Cl
酚醛树脂
环氧树脂 聚碳酸酯 聚砜树脂
硝化
甲苯
二硝基甲苯
二氨基甲苯
多元醇 甲苯二异氰酸酯
聚氨基甲酸酯 (聚氨酯)
2.1.3 C4馏分制取丁二烯
• 石油炼制过程中和液态烃高温裂解过程中都会产生容易液化 的C4馏分,它是丁烷、丁烯和丁二烯组成的混合物。其中 1,3丁二烯是最重要的合成橡胶原料,异丁烯是丁基橡胶的 原料,此外还可合成其它有机化工原料。
C4馏分制取丁二烯的途径 由裂解气分离得到的C4馏分(主要是丁烯和丁二烯)中抽
+HCl HgCl 2
CH2=CH2Cl
聚氯乙烯
CH CH
+CH3COOH Zn(Ac)2
CH2=CH-OOCCH3
聚乙酸乙烯酯 聚乙烯醇
+ CuCl2 NH4Cl
+HCl
CH2=CH- C CH
维纶树脂
CH2=C- C CH
Cl
氯丁橡胶
+HCN
CH2=CH2-CN
聚丙烯腈
2.2.2 其它原料路线
取丁二烯(萃取精馏法);
由炼厂气或裂解气C4馏分分离出来的丁烯为原料进行氧化 脱氢(副反应多)。
萃取精馏是用来分离恒沸点混合物或组分挥发度相 近的液体混合物的特殊精馏方法:在液体的混合 物中加入较难挥发的第三组分溶剂,以增大液体 混合物中各组分的挥发度的差异,使挥发度相对 地变大的组分可由精馏塔顶馏出,挥发度相对地 变小的组分则与加入的溶剂在塔底流出分离。