Vм = Gρм = 252,28945 = 0,267 м3.

8. Определяем объемный расход пероксида бензоила:

Vин =	Gин	=	0,25	= 0,0002 м3	– ничтожно мал, и его можно не
			1155
	ρ

учитывать.

9.Определяем необходимое число аппаратов:

n = Vм = 0,267 = 0,33 .

Vраб 0,8

Справляется один реактор и его коэффициент заполнения очень мал. Можно использовать реактор меньшего объема, например с

Vед = 0,5 м3 и с Vраб = 0,5 0,8=0,4 м3.

Задача 7.1

Рассчитать количество форм для окончательной полимеризации сиропа, полученного на стадии форполимеризации, для получения

оргстекла с размером листов 800×500×3 мм.

Усадку полимера принять равной 20 %, а плотно сть сиропа рассчитать, зная, что сироп содержит 15 % полиметилметакрилата, плотность которого равна 1185 кг/м3, остальное – метилметакрилат с плотностью 945 кг/м3. Принять потери полимера при обрезке листов по формату равными 0,01 %.

Задача 7.2

Рассчитайте массы метилметакрилата, пластификатора (дибутилфталата) и инициатора для получения 250 блоков полиметилметакрилата, если в стеклянные формы размером 1200×1800×5 мм заливается метакрилат, содержащий 0,5 % инициатора и 4 % пластификатора (от массы мономера). Плотность метилметакрилата 924 кг/м3.

Глава 8. Расчеты рецептур в производстве алкидных смол

8.1. Химическая природа алкидов

Промышленное производство алкидных смол (алкидов) началось с середины 30-х годов и во многих странах составляет более половины выпуска всех видов поликонденсационных смол. Такая

119

распространенность алкидов объясняется широкими возможностями варьировать их пленкообразующие свойства.

Алкиды представляют собой сравнительно высоковязкие продукты поликонденсации многоосновных кислот, многоатомных спиртов и жирных кислот растительных масел. Промышленное применение нашли только продукты, которые экономичны и обладают оптимальными пленкообразующими свойствами. Бесспорными лидерами являются продукты поликонденсации пентаэритрита или глицерина с фталевым ангидридом, модифицированные растительными маслами или жирными кислотами растительных масел. При использовании жирных кислот можно точно контролировать соотношения реагентов, структур и свойства алкидов.

В зависимости от содержания (вес. %) масла в готовой смоле различают жирные, средние и тощие алкиды. Под жирностью алкида понимают содержание масла в загрузочной рецептуре смолы, что немного меньше жирности, рассчитанной на массу готового алкида.

Рецептуры алкидов предусматривают избыток многоатомного спирта. Избыток многоосновной кислоты противопоказан, т.к. «кислые» алкиды плохо сочетаются с пигментами, например с оксидом цинка. Избыток гидроксильных групп R выражается следующим соотношением:

R = е1 ,

е2

где е1 – общее количество гидроксильных эквивалентов, е2 – общее количество карбоксильных эквивалентов.

Избыток гидроксильных групп (в %) составляет 100 (R–1). Опытным путем установлено влияние порядка загрузки

компонентов на строение и свойства образующихся смол. Например, при изготовлении алкидов на маслах синтез проводят в две стадии, первой из которых является получение моноглицеридов жирных кислот путем алкоголиза масел многоатомными спиртами. При изготовлении алкидов на жирных кислотах на первой стадии в реакционную смесь вводят от 40 до 90 % требуемого количества жирных кислот.

8.2. Расчет рецептур алкидов по средней функциональности реакционной смеси

Введем следующие обозначения:

Аn − молекулы, содержащие карбоксильные группы с

функциональностью n;

120

Bn − молекулы, содержащие гидроксильные группы с

функциональностью n;

m0	− число молекул в загрузочной рецептуре;
е0	− число эквивалентов в загрузочной рецептуре;
Fср −		исходная средняя функциональность системы, равная
		соотношению		е0	;
				m
P			0
	−	степень	завершенности			реакции	(процент
		прореагировавших функциональных групп);

mр − число молекул реакционной смеси в момент завершения

реакции на Р %;

Х − степень полимеризации в момент завершения реакции на

Р %, равная отношению m0 ;

mр

k− число функциональных групп, вступающих в реакцию в

каждой молекуле.

При степени завершенности реакции полиэтерификации, равной P, число прореагировавших молекул составляет m0−mр. Количество прореагировавших функциональных групп (n) к этому моменту составит:

n = k (m0 −mp ).

Степень завершенности реакции полиэтерификации в долях может быть выражена следующим образом:

P =

k (m0 −mp )

=

k

−

k mp

.

m F

F

m F

0 ср

ср

0

ср

Поскольку

m0

= x , тогда

P =

k

−

k

.

(1)

F

m

x F

р

ср

ср

По мере протекания реакции x возрастает от 1 до ∞ (происходит превращение мономера в димер, тример, тетрамер и далее вплоть до наступления желатинизации). В момент желатинизации второй член уравнения (1) становится равным 0 и степень завершенности реакции в этот момент времени будет равна:

	Pж =	k	= k m0 .
		F
			e
		ср	0

Если k принять равным 2, тогда степень завершенности процесса этерификации составит:

	Pж =	2	=	2 m0 .
		F
				e
		ср		0

121

Если исходные молекулы А и В бифункциональны и находятся в эквимолярном соотношении, то завершенность реакции равна 100 %. Этот момент характеризуют образованием крупных линейных молекул, которые, переплетаясь, образуют гелеобразную структуру.

Если одна из групп (А и ли В) находится в избытке, то функциональность избыточной группы снижается пропорционально ее избытку.

Поскольку установлено стехиометрическое соотношение гидроксильных эквивалентов и фактически присутствующих кислотных эквивалентов, и поскольку алкиды всегда синтезируют при избытке гидроксильных групп, то

е0 = 2 еД ,

где еД – сумма эквивалентов всех кислотных компонентов. Тогда

		2 еД		k m		k m	или при k=2 Pж =	2 m m
	Fср =		, Pж =	0	=	0		0	=	0 .
		m
				e		2 e		2 e		e
		0		0		Д		Д		Д

Расчет рецептур новых алкидов

Рассмотрим возможность теоретического расчета новых рецептур алкидов. В табл. 8.1 приведена в общем виде рецептура алкида при условии избытка гидроксильных групп.

Таблица 8.1 Рецептура алкида при условии избытка гидроксильных групп

Компоненты

eД

eг

F

m0

Одноосновные

А1

–

1

А1

кислоты

Двухосновные

А2

–

2

А2/2

кислоты

Многоатомный

–

Вх

х

Вх/х

спирт

Итого

А1+ А2

Вх

А1+(А2/2)+(Вх/х)

k

A

+

A2

+

Bx

Pж = k m0 =

1

2

x

.

2 (A1 + A2 )

2 eД

Поскольку A1 + A2 + Bx

=1

и R =

Bx

,

A + A

1

2

4 P

−

2

P

−1

−

4

P

+

2

P

+2

R

то A1 =

k

x

; A2 =

k

x

;

Bx =

.

1+ R

1+ R

1+ R

Следовательно, для расчета рецептуры алкида необходимо определить величины P, R, k и x. Величину k в первом приближении

122