Вход в Личный кабинет

Подписка

  • Цветной журнал с электронными приложениями;
  • Бумажные и электронные версии;
  • Скидки постоянным подписчикам.

Вы можете ознакомиться с номером журнала.

Оформить подписку

Тема урока: "Реакция полимеризации"

Разделы: Преподавание химии


Цели урока.

  • Расширить понятие зависимости применения веществ от свойств веществ, способов получения от строения, закона перехода количества в качество на примере реакции полимеризации. Подробно познакомить учащихся с составом и строением полимеров, зависимости их свойств от состава, строения, массы и размеров макромолекул; с отдельными производствами Томского нефтехимического комбината (ТНХК); с современными технологиями, применяемыми при синтезе полимеров, методами охраны окружающей среды.
  • Формировать качества социально направленной личности.

Тип урока. Урок расширения и углубления знаний.

Форма проведения урока. Семинар с использованием проектных заданий.

Оборудование и реактивы. На столах у учащихся находятся карточки (приложение №1) с вопросами к семинару, инструкции по проведению опытов, бромная вода 0,6%-ная, кусочки и гранулы ПП и ПЭ, пробирки, коллекции полимеров; таблицы и схемы установок синтеза, строения полимеров, ректификационной колонны; изделия из ПП и ПЭ; кодоскоп и кодокарточки строения атактического и изотактического ПП; панорама ТНХК.

Ход урока.

Честь науке – ей дано уменье
Выводить нас из недоуменья.
М. Светлов

Учитель. Сообщает тему, цели и задачи семинара, знакомит с планом работы, произносит вступительное слово.

Значение высокомолекулярных соединений в современной жизни трудно не оценить. Например, на машину требуется от 25-135 кг пластмасс, что может заменить 300 кг металлов; 1 т пластмассы заменяет 4 т нержавеющей стали (что в 3 раза дешевле). При изучении курса неорганической химии мы практически не встречались с реакциями, приводящими нас к высокомолекулярным соединениям, если не считать образование кремниевых кислот. Более подробно с реакциями полимеризации мы познакомимся сегодня на семинаре, который так и называется «Реакция полимеризации». В процессе семинара рассмотрим свойства мономеров, необходимых для получения полимеров; условия проведения реакции полимеризации; использование продуктов, утилизация отходов и возникающие экологические проблемы.

Рассмотрение реакции полимеризации позволит цельно воспринять свойства непредельных углеводородов, получение полимеров на ТНХК.

Учитель. Какие реакции называют реакциями полимеризации?

Ученик. На лекции мы рассматривали реакцию полимеризации этилена. Полимеризация – процесс образования высокомолекулярных соединений, который обычно не сопровождается выделением побочных продуктов (низкомолекулярных продуктов).

Учитель. Какие еще соединения, кроме этилена могут вступать в реакцию полимеризации?

Ученик. В реакцию полимеризации могут вступать пропилен, бутилены, хлорвинил, стирол (формулы данных веществ учащийся записывает на доске).

Учитель. Можно ли вывести общую формулу реакции полимеризации веществ?

Ученик. Да, можно. Учащийся на доске, а остальные в тетради записывают эту схему реакции:

n

n – (до реакции) число молекул, вступивших в реакцию;

n – (после реакции) число структурных (элементарных) звеньев;

где X – H, - CH3, - Cl, - C2H5 , - C2H5 и т.д.

Учитель. Какие требования предъявляются к мономерам? Где и как добывается сырье для реакции полимеризации?

Учащийся. Сырье должно быть реакционно-активное, дешевое, доступное. Природные ресурсы – природный газ, нефть, каменный уголь являются важнейшими источниками углеводородов: предельных, непредельных, циклических и ароматических. Огромное количество их идет на получение продуктов топливного назначения (около 90%). Только незначительная доля (10%) используется нефтехимической промышленностью с целью получения ценных органических веществ, и в первую очередь высокомолекулярных соединений (ВМС), материалов с заданными свойствами, значение которых трудно переоценить. Разнообразный ассортимент полимерных материалов характеризует достижения народного хозяйства, уровень развития многих его отраслей и науки.

Природный и попутный нефтяной газы являются дешевым и доступным сырьем, который легко транспортировать по трубопроводам.

Учитель. Как выше названные условия выполняются на ТНХК?

Учащийся. Широко для различных синтезов используется этилен, пропилен, изобутилен. Большие количества их идут на производство полимерных материалов – полиэтилена, полипропилена, полиизобутилена реакцией полимеризации. Говоря о реакции полимеризации этилена следует отметить, что разные условия проведения реакции приводят к образованию продуктов различной молекулярной массы, различного строения и свойств. IV производственный комплекс ТНХК включает установку ЭП – 300 по выработке этилена, пропилена и установку ПЭВД – 150 по выработке полиэтилена высокого давления мощностью около 150 тыс. т в год.

Установка ЭП-300 предназначена для снабжения сырьем производство полиэтилена и полипропилена ТНХК. Этилен и пропилен, а также другие продукты, получаемые на ЭП-300, производятся методом термического пиролиза прямогонного бензина, поступившего с Ачинского нефтеперегонного завода по следующей схеме

to, P

CnH2n+2 -------® CH2 = CH2 ; CH2 = CH – CH3 ; бутилены и др. вещества.

To =800 – 850оС; Р = 1,3 – 1,7 кг/см2.

Используется бензиновая фракция, кипящая в пределах 70-120оС. Пиролиз осуществляется в трубчатых печах с вертикальными змеевиками. Сырье по жаропрочным трубам с высокой скоростью в течение долей секунды – 0,3-0,5 с. пропускается через блок печей. Для уменьшения парциального давления углеводородов в зоне реакции углеводородное сырье разбавляется водяным паром в отношении 1:1. В процессе пиролиза происходит глубокое расщепление предельных углеводородов (включая и расщепление по боковым цепям), расщепление нафтеновых колец и интенсивная дегидрогенизация шестичленных нафтенов (ряда циклогексана) с образованием ароматических углеводородов. В результате образуется преимущественно этилен, пропилен и сложная смесь жидких углеводородов, главным образом ароматических.

По выходе из печи образовавшийся газ (пирогаз) подвергают закалке – в него впрыскивают воду. После охлаждения до 350оС газ поступает в котлы – утилизаторы, где он отдает свою теплоту теплоносителю. Окончательно газ охлаждается в холодильнике, после чего продукты пиролиза проходят разделение и очистку в ректификационных колоннах.

В составе ЭП-300: установка по производству этилена и пропилена, установки переработки жидких продуктов пиролиза, переработки пироконденсата. Контроль за технологическим процессом максимально автоматизирован.

Учитель. Привозное сырье приводит к получению дорогого продукта. Какая задача стоит перед руководством Томской области для удешевления сырья и продуктов реакции на ТНХК?

Учащийся. Обеспечить доступность более дешевого сырья возможно через строительство нефтепровода от источников нефти на севере Томской области до г. Томска и нефтеперегонного завода.

Учитель. Получение этилена и пропилена является основой для получения полиэтилена и пропилена. Какую марку ПЭ выпускают на ТНХК и при каких условиях?

Учащийся. Установка ПЭВД – 150 предназначена для получения полиэтилена высокого давления на двух технологических линиях мощностью 75 тыс. т в год каждая. Полимеризация этилена, а также сополимеризация его с другими веществами происходит в трубчатом трехзонном реакторе под давлением 1900-2500 атм. и температуре 260-320оС. Реакция протекает по радикальному механизму и инициируется кислородом, следы которого содержатся в мономере. В результате реакции образуется полиэтилен, имеющий разветвленное строение и плотность 0,92-0,94 г/см3.

Процесс производства непрерывный, полностью автоматизированный, обслуживается автоматизированными машинами. Все управление осуществляется с центрального пункта управления (ЦПУ) дистанционно. В связи с тем, что процесс протекает под большим давлением, предусмотрена максимальная герметизация оборудования. Все газовые выбросы производятся в закрытую систему газового сброса. Промежуточные продукты технологического производства максимально используются в самом процессе, поэтому сокращается количество отходов. Все это делается для того, чтобы сохранить окружающую среду от вредного влияния производственного процесса.

В цехе готовой продукции предусмотрена автоматическая линия расфасовки и погрузки полиэтилена и полипропилена.

Учитель. Какой полиэтилен лучше использовать в качестве упаковочного материала? Почему? Где находит сбыт ПЭВД, выпущенный на ТНХК?

Учащийся. Полиэтилен низкого давления выпускают на катализаторах Циглера – Натта Ti(OR)4 и AlR3. ПЭНД превосходит ПЭВД во многих отношениях (см. таблицу), но ПЭНД загрязнен катализаторами и не может быть использован как упаковочный материал для пищевых целей, поэтому используют для упаковки ПЭВД, как более чистый. [ 4] .

Таблица. Сравнительная характеристика ПЭВД, ПЭНД и ПП.

Наименование Средняя молекулярная масса Степень кристалличности в % Плотность в г/см3 Температура плавления в оС Прочность на разрыв в кг/см2
ПЭВД 18000-35000 55-60 0,92-0,93 110-115 120-160
ПЭНД 70000-250000 80-90 0,94-0,96 120-140 220-350
ПП изотактический 50000-200000 91-94 0,9-0,91 165-170 300-350

Учитель. Мы рассмотрели подробно IV очередь производства ТНХК, а какое производство было первоочередным?

Учащийся. Первая продукция была получена на заводе в 1981 году и представляла собой производство полипропилена. Полипропилен находит самое широкое применение в различных областях народного хозяйства. В основе производства полипропилена лежит реакция полимеризации пропилена

В зависимости от условий реакции получают ПП атактического или изотактического строения, отличающийся по своим физико-механическим свойствам. Наиболее ценными свойствами обладает полипропилен изотактического строения, он и является основным целевым продуктом производств полипропилена на ТНХК.

Образующийся ПП атактического строения в настоящее время также находит применение для получения клеевых композиций, защитных антикоррозийных покрытий. Экспортируется ПП в Японию, Венгрию и другие страны.

Первоначально пропилен для полимеризации поступал на завод в цистернах с нефтеперерабатывающих заводов Ангарска, Нижнекамска и др. городов. Хранился он в сжиженном состоянии под давлением. С пуском IV комплекса ТНХК по производству этилена