Раздел 11. Производство синтетических латексов

Раздел 11 Производство синтетических латексов

11.1 Общая информация о производстве и номенклатура латексов

Синтетические латексы представляют собой коллоидные дисперсии полимеров (сополимеров), являющихся дисперсной фазой, в дисперсионной среде. Дисперсионной средой является подготовленная вода с растворенными в ней поверхностно-активными веществами (ПАВ), электролитами, добавками, определяющими pH среды, инициатором, регулятором и другими необходимыми компонентами.

Синтетические латексы по ряду свойств сближаются с натуральным латексом. Это сходство объясняется тем, что как натуральный, так и синтетические латексы стабилизированы поверхностно-активными веществами.

Все синтетические латексы относятся к полидисперсным системам, размер частиц которых колеблется от сотых долей до нескольких микрометров.

Синтетические латексы представляют собой более высокодисперсные системы, чем натуральный латекс. Частицы синтетических латексов меньше (0,05 мкм) и более однородны по размерам, чем частицы натурального латекса (0,15-14 мкм). Благодаря высокой дисперсности синтетические латексы обладают рядом преимуществ по сравнению с натуральным латексом, например: большей устойчивостью, лучшей диффузионной способностью и т.д.

От размера частиц латекса зависят многие их свойства. Характерным свойством синтетических латексов является их меньшая подверженность самопроизвольному расслаиванию, или сливкоотделению, по сравнению с натуральным латексом. Для концентрирования таких латексов применяют особые приемы.

Вязкость синтетических латексов зависит от их концентрации, температуры, наличия электролита и др. С увеличением концентрации латекса вязкость его возрастает, причем для каждого вида латекса имеется своя критическая концентрация пастообразования.

Синтетические латексы обладают достаточно высокой химической устойчивостью, что обеспечивает возможность практического их применения.

На свойства синтетических латексов большое влияние оказывают состав и свойства дисперсионной среды, главным образом природа эмульгатора или стабилизатора, и чистота исходных мономеров. В производстве латекса используется более широкий ассортимент эмульгаторов, чем для каучуков эмульсионной полимеризации. В большинстве случаев применяются анионоактивные эмульгаторы - соли жирных кислот, абиетиновой кислоты, сульфокислот и др.

Производство первого промышленного синтетического латекса - хлоропренового - было начато в 1936 г. Затем были разработаны и внедрены бутадиеновый, бутадиенстирольный, бутадиен-винилиденхлоридный, бутадиен-нитрильный и другие латексы. С 2010-х годов в России активно развивается производство сополимер-акриловых, акриловых, стирол-акриловых, латексов на основе акриловой кислоты и акриламида.

Области применения латексов чрезвычайно разнообразны вследствие высокой технико-экономической эффективности их использования в различных отраслях промышленности.

Из латекса получают материалы и изделия, которые невозможно изготовить непосредственно из высокополимерных веществ в твердом виде. Замена каучука латексом облегчает условия труда, так как смешение каучука с ингредиентами происходит на энергоемком и тяжелом оборудовании, тогда как в латексы ингредиенты вводят в виде водных дисперсий и растворов.

В середине XX века промышленность вырабатывала широкий ассортимент синтетических латексов (см. таблицу 11.1).

Таблица 11.1 - Основные типы и марки синтетических латексов

N	Марка	Мономеры, массовое соотношение	Основной эмульгатор	Температура полимеризации, °C	Конверсия мономеров, %	Массовое содержание сухого вещества, %	Массовое содержание летучих органических веществ, %	Назначение
Бутадиеновые латексы
1	СКД-1	Бутадиен и метакриловая кислота (100:2)	Некаль, сульфонол НП-3	30	60	23	0,2	Пропитка шинного корда
2	СКС-65 ГП	Те же (35:65)	Некаль, сульфонол НП-3	50-60	98-100	47	0,7	Изготовление водостойких красок и обоев
3	БС-85	Те же (15:85)	То же	50-60	Глубокая	47	0,3	Изготовление ковров
Другие бутадиенсодержащие латексы
4	ДВХБ-70	Бутадиен и винилиденхлорид (30:70)	Мыло СЖК	60	55-60	25-40	0,3	Заменитель кожи и получение цементно-латексных смесей
Сополимер-акриловые, акриловые латексы
5	Novopol 110	Стирол, эфир бутиловый акриловой кислоты (19:25)	Аммонийная соль сульфата алкилподигликолиевого эфира	80	99,95	45-50	Меньше 0,05	Универсальный латекс для ЛКМ, легкой промышленности
6	Homacryl 540	Эфир бутиловый акриловой кислоты	Натриевая соль сульфата фенол-алкилподигликолиевого эфира	80	99,95	50	Меньше 0,05	Латекс с постоянной липкостью для липких лент и защитных пленок

Основными синтетическими латексами в настоящее время являются акриловые и стирол-акриловые латексы.

Производство синтетических латексов - это многостадийный процесс, который включает: приготовление мономеров, водной фазы и растворов регулятора, эмульсионную полимеризацию, отгонку незаполимеризовавшихся мономеров и введение антиоксидантов. Кроме того, часто бывают необходимы такие операции, как агломерация частиц и концентрирование латекса.

При производстве товарных латексов полимеризацию проводят до более глубоких стадий (с доведением конверсии в большинстве случаев до 95 % - 100 %) по сравнению с латексами-полупродуктами при получении эмульсионных каучуков. Как показала практика, на качество товарных латексов это почти не влияет, но позволяет в ряде случаев существенно сократить расходы энергосредств на отгонку незаполимеризовавшихся мономеров.

Продолжительность процесса полимеризации в производстве латексов меняется в широких пределах: при получении латексов глубокой полимеризации продолжительность синтеза достигает 30-40 ч.

Получение крупнотоннажных синтетических латексов прежде осуществлялось непрерывным методом в батарее из 6-9 полимеризаторов объемом 12 м ³. В настоящее время в связи с резким сокращением объемов выпускаемого латекса экономически выгодно осуществлять процесс получения латексов периодическим способом.

В отличие от латексов эмульсионных каучуков температура полимеризации при получении большинства синтетических латексов гораздо выше температуры при синтезе эмульсионных каучуков и составляет 40 °C - 100 °C.

В производстве латексов часто используют добавки, улучшающие те или иные свойства латексов.

Основной трудностью при отгонке, особенно при использовании противоточной схемы, является пенообразование, поэтому обычно вводят специальный пеногаситель.

Концентрирование латекса является дополнительной технологической операцией в производстве товарных латексов некоторых типов. Получение концентрированных латексов необходимо в основном для адаптации к технологии предприятий-потребителей.

Производство сополимер-акрилового латекса

Процесс получения стирол-акриловой дисперсии основан на методе эмульсионной сополимеризации стирола, бутилакрилата, метакриловой кислоты, акриловой кислоты и акриламида. В зависимости от марки продукта (дисперсии) в процессе полимеризации участвуют: бутилакрилат, метилакрилат, метакриловая кислота, акриловая кислота, 2-гидроксиэтилметакрилат, 2-этилгексилакрилат, метилолметакриламид.

Процесс осуществляется по периодической схеме.

Синтез сополимерной акриловой дисперсии проводят в следующей последовательности: загрузка в реактор синтеза водной фазы термостатирование водной фазы до требуемой температуры проведение затравочной полимеризации проведение стадии непрерывной дозировки выдержка реакционной массы проведение стадии дополимеризации охлаждение реакционной массы до 40 °С проведение стадии нейтрализации ввод постдобавок отбор пробы в ЛКК охлаждение реакционной массы до 25 °С слив дисперсии.

В большей части процессов переработки синтетические латексы могут применяться с концентрацией, с которой они обычно получаются на заводе (т.е. около 50 %). Иногда латексы подвергаются разбавлению.

11.2 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Производство латексов методом эмульсионной полимеризации имеет ряд преимуществ. Это прежде всего низкая пожаро- и взрывоопасность за счет наличия в полимеризационной системе, кроме органических соединений, воды в количестве до половины объема, значительно более низких энергозатрат в сравнении с производством латексов-полупродуктов эмульсионных каучуков, возможности легкого регулирования молекулярной массы и состава сополимера, использования для теплосъема более дешевых хладоагентов, существенно меньших требований к чистоте исходных мономеров.

В то же время недостатком производства является наличие большого количества сточных вод. Однако в настоящее время практически все используемые компоненты биоразложимы и постоянно ведутся работы по сокращению объема сточных вод, применению менее токсичных компонентов и возврату сточных вод в производственный цикл.

Синтез карбоксилированных латексов БС-65Н, БСК-70/2 осуществляется методом эмульсионной полимеризации основных мономеров (бутадиена, стирола с метакриловой кислотой) в водной фазе.

Синтез латексов БС-50, СКС-65 ГП, БС-85 осуществляется методом эмульсионной полимеризации основных мономеров (бутадиена и стирола) в водной фазе. Водная фаза является непрерывной средой в латексах и содержит следующие основные компоненты:

- воду;

- эмульгатор - сульфонол, или неонол АФ 9-10, или алкилсульфонат, или алкилбензолсульфонат щелочного металла, канифольное мыло или "ЭДиСКАН 5600", парафинат калия, или олеат калия, или калиевое мыло "Пальмак 505", или калиевое мыло "Прифрак 2920", вспомогательное вещество ОП-10;

- электролит - сернокислый натрий, хлористый калий;

- компонент, определяющий pH-водной фазы, - калия гидроксид;

- комплексообразователи - трилон Б, ронгалит;

- дополнительный эмульгатор для повышения температурной устойчивости - диспергатор НФ (лейканол).

Перед использованием в полимеризации вода проходит специальную очистку на ионообменных смолах или с использованием мембранных технологий от солей, обуславливающих постоянную и временную жесткость, и удаление кислорода.

Эмульгаторы вводятся в систему в количестве, превышающем критическую концентрацию мицеллообразования для стабилизации образующейся эмульсии мономеров в воде. Они являются поверхностно-активными веществами, способными адсорбироваться на границе раздела фаз.

Электролиты вводятся в систему для повышения мицеллярной растворимости (солюбилизации) эмульгируемых мономеров, снижения поверхностного натяжения и повышения устойчивости латекса. Кроме того, электролиты уменьшают вязкость латекса, способствуя лучшему отводу тепла.

Значение pH водной фазы - важный параметр, определяющий коллоидно-химические свойства латекса, в частности его устойчивость. Буферы предназначаются для поддержания определенного значения pH.

Перед стадией полимеризации в водную фазу подаются мономеры, инициаторы, регулятор, в конце полимеризации - стоппер.

Мономер или смесь мономеров образуют дисперсную фазу, которая, распределяясь в дисперсной среде, образует эмульсию. Инициированные радикалами мономеры в процессе полимеризации образуют полимерные частицы (макромолекулы).

Инициаторы - персульфат калия, персульфат аммония. Инициаторы - вещества, распадающиеся в условиях реакции на свободные радикалы, являющиеся активными центрами полимеризации.

Регулятор - третичный додецилмеркаптан. Регуляторы вводятся в систему для регулирования молекулярной массы и степени разветвленности макромолекул.

Стоппер - диметилдитиокарбамат натрия (ДДК), карбанат МН. Стопперы прекращают реакцию полимеризации, они вводятся в систему по достижении заданной степени конверсии мономеров.

После отгонки в латексы БСК-70/2, БС-50 вводится антиоксидант - ирганокс 1010. Антиоксиданты - это вещества, предотвращающие старение полимера в процессе его транспортирования, хранения, переработки и эксплуатации.

Технологический процесс получения латексов состоит из следующих основных стадий:

- приготовление растворов;

- приготовление водной фазы;

- приготовление углеводородной эмульсии;

- сополимеризация углеводородов в эмульсии;

- отгонка незаполимеризовавшихся мономеров;

- дополнительная стабилизация для отдельных марок латекса;

- концентрирование отдельных марок латексов;

- розлив латекса, хранение латекса и отгрузка его потребителям;

- локальная очистка латексных стоков.

Получение синтетических латексов в больших количествах осуществляется непрерывным методом в батарее из 6-9 полимеризаторов объемом 12 м ³.

Полимеризация

Сополимеризация бутадиена со стиролом осуществляется в эмульсии в присутствии эмульгатора, диспергатора, буфера, окислительно-восстановительной системы, регулятора молекулярной массы в среде обессоленной и обескислороженной (деаэрированной) воды.

В отличие от эмульсионных бутадиен-стирольных латексов, вырабатываемых для получения каучуков, процесс полимеризации товарных латексов (т.е. латекс является конечным товаром) проходит при более высоких температурах. Начало процесса полимеризации - при 40 °C, окончание процесса полимеризации - при 90 °C и выше. Полимеризация в эмульсии протекает по радикальному механизму. Она включает три стадии - инициирование, рост цепи и регулирование молекулярной массы, обрыв цепи.

Процесс полимеризации - экзотермический, тепловой эффект реакции полимеризации бутадиена и стирола 71,5 кДж/моль.

Механизм эмульсионной полимеризации, достаточно подробно изложенный в многочисленной технической литературе, в данной работе не рассматривается.

Принципиальная схема непрерывной полимеризации латексов не отличается от схемы полимеризации эмульсионных каучуков, приведенной в разделе 2.

Полимеризация периодическим способом отличается от непрерывной полимеризации тем, что весь процесс происходит в одном аппарате.

Дегазация латексов (отгонка незаполимеризовавшихся мономеров)

После проведения полимеризации в латексах остаются незаполимеризованные мономеры. Их количество зависит от содержания высококипящего мономера в исходной шихте и сополимере и обычно составляет 2 % - 3 % от суммы исходных мономеров.

Незаполимеризованные мономеры должны быть удалены из латексов до величины паспортных значений для товарного латекса. Эта величина составляет 0,2 % - 0,07 %.

Дегазация мономеров осуществляется, как правило, водяным паром и осложняется тем, что мономеры находятся не в виде отдельной фазы, а адсорбированы полимерными частицами. Кроме того, наличие эмульгатора в латексе может вызвать сильное пенообразование и последующую забивку оборудования.

Аппаратурное оформление стадии дегазации существенно влияет на себестоимость товарного латекса, так как дегазация (отгонка) требует значительных расходов водяного пара и связана с потерями полимера в виде коагулюма, образующегося вследствие термических и механических воздействий на латекс.

При выборе схемы дегазации и технологического оборудования необходимо стремиться к достижению следующих условий:

- обеспечить минимальное пребывание латекса в зоне повышенных температур;

- создать минимальное гидравлическое сопротивление всей системы дегазации за счет вакуумирования;

- обеспечить наибольший контакт латекса с паром для улучшения максимального массообмена при одновременном исключении чрезмерно интенсивного гидродинамического воздействия на латекс или паролатексную смесь, уменьшая при этом коагуляцию;

- создать систему эффективного охлаждения в конденсаторах.

Таким образом, стадия дегазации (отгонки) незаполимеризовавшихся мономеров из латексов преследует две основные цели:

- регенерацию отогнанных мономеров для их последующей очистки и возвращения в процесс полимеризации;

- обеспечение взрывопожаробезопасности и отсутствия токсичности товарного латекса при хранении и последующей переработке латекса и улучшение условий труда на предприятиях, использующих товарный латекс в качестве полуфабриката для изготовления продукции.

Отгонка незаполимеризовавшихся мономеров из латекса чаще всего проводится в две стадии с помощью острого пара. На первой стадии отгонки, преддегазации бутадиен-стирольных латексов, из латекса под вакуумом удаляется основное количество бутадиена и стирола, затем под вакуумом на второй стадии происходит отгонка остаточного стирола до содержания его в латексе 0,07 % - 0,1 %. Возвратные мономеры после очистки возвращаются в процесс.

Для дегазации товарного латекса применима прямоточная схема, так как в латексе, поступающем на дегазацию, содержится относительно малое количество свободных мономеров.

Дегазированный латекс поступает в накопительные емкости для хранения и отгрузки потребителю. При необходимости в этих емкостях латекс заправляют антиоксидантом.

Концентрирование

В середине XX в. применялось несколько методов концентрирования латексов: центрифугирование, сливкоотделение и упаривание. В настоящее время упаривание является основным способом концентрирования латексов. Этот метод высокопроизводителен и обеспечивает дополнительную отгонку незаполимеризовавшихся мономеров с водяным паром.

Принципиальная схема концентрирования показана на рисунке 11.1.

1 - расходная емкость; 2, 5, 7, 10, 13 - насосы; 3 - концентратор; 4 - гидрозатвор; 6 - промежуточная емкость; 8 - фильтр; 9 - емкость товарного латекса, 11, 14 - конденсаторы смешения; 12, 16 - гидрозатворы; 15 - одноступенчатая пароэжекционная установка

Рисунок 11.1 - Принципиальная схема концентрирования латексов

Латекс из емкости 1 насосом 2 подается в концентратор 3, представляющий собой полую колонну с распылителем, работающую под вакуумом. Из концентратора латекс стекает в гидрозатвор 4, откуда насосом 5 подается в емкость 1. Циркуляция латекса через концентратор осуществляется до достижения требуемого сухого остатка. Концентрированный латекс подается в емкость с мешалкой 6, откуда насосом 7 через фильтр 8 откачивается в емкость товарного латекса.9. Товарный латекс насосом 10 подается на розлив в специальную тару для транспортирования потребителю.

Система конденсации паров, отгоняемых при окончательном концентрировании латекса, включает конденсаторы смешения 11 и 14, гидрозатворы 12 и 16, насос 13 и одноступенчатую пароэжекционную установку 15.

В последнее время эта схема была упрощена и включала в себя концентратор, теплообменник, два конденсатора, пароэжекционную установку (либо вакуум-насос) и насос для подачи латекса.

Получение латекса СКС-30 OX

Сополимеризация бутадиена и стирола

Схема установки для получения товарного латекса СКС-30 OX приведена на рисунке 11.2.

1, 3, 5, 7, 9, 11, 19, 21 - аппараты с мешалками для приготовления компонентов шихты; 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 17, 20, 22 - насосы; 13 - аппарат приготовления водной фазы; 15, 18 - холодильники; 16 - аппарат приготовления углеводородной фазы; 23-32 - полимеризаторы; 33 - фильтр

Рисунок 11.2 - Схема приготовления шихты и полимеризации при получении товарных латексов

Приготовление углеводородной шихты проводится непрерывно смешением бутадиена и стирола в аппарате предварительного смешения 16, состав шихты контролируется по плотности. Раствор лейканола готовится в емкости с мешалкой 9, куда подается умягченная вода и порошкообразный лейканол. Готовый раствор лейканола насосом 10 откачивается в аппарат 13 для приготовления водной фазы. Раствор олеата калия готовится в емкости 7, снабженной мешалкой, смешением воды и олеата калия, подаваемых в заданном соотношении. Готовый раствор насосом 8 подается на приготовление водной фазы в аппарат 12. Эмульсия гидропероксида изопропилциклогексилбензола готовится в аппарате с мешалкой 19, куда в заданном соотношении вводятся умягченная вода, инициатор и олеат калия. Готовая эмульсия дозировочным насосом 20 подается в линию углеводородной фазы. Водный раствор трилона Б готовится в аппарате 1, готовый раствор подается на приготовление водной фазы насосом 2 в аппарат 13. Приготовление раствора сульфата железа (II) осуществляется в аппарате 3, откуда насосом 4 раствор направляется в аппарат 13 на приготовление водной фазы. Раствор ронгалита готовится в аппарате с мешалкой 5 смешением умягченной воды и ронгалита, а затем насосом 6 подается на приготовление водной фазы в аппарат 13. Раствор трет-додецилмеркаптана в стироле готовится в аппарате 21, откуда насосом 22 подается в линию углеводородной фазы. Стоппер - водный раствор диметилдитиокарбамата натрия - готовится в аппарате 11, откуда насосом 12 подается в линию готового латекса на выходе из полимеризатора 32.

Сополимеризация бутадиена и стирола при получении латекса СКС-30 ОХ проводится непрерывно в батарее из 10 полимеризаторов 23-32 - стандартных аппаратов объемом 12 м ³. Водная и углеводородная фазы охлаждаются в холодильниках 15 и 18 и смешиваются в трубопроводе перед подачей в полимеризатор 23 ₁.

Полимеризатор - стандартный аппарат объемом 12 м ³. Сополимеризация бутадиена со стиролом осуществляется при температуре 4 °C - 8 °C и давлении не выше 0,8 МПа до конверсии 70 % - 75 %. Латекс смешивается со стоппером и через фильтр 33 подается на дегазацию.

На рисунке 11.3 приведена принципиальная схема производства сополимерных акриловых дисперсий периодическим способом. Метод получения акриловых эмульсий основан на методе эмульсионной сополимеризации стирола и (мет)акриловых мономеров в водной среде в присутствии инициаторов и эмульгаторов.

Синтез стирол-акрилового латекса типа novopol 110

Синтез дисперсии производится реакторах, которые представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты с эллиптическими крышкой и днищем объемом, из нержавеющей стали. Реакторы снабжены мешалками с регулируемым числом оборотов, рубашкой для охлаждения/нагрева, штуцерами для слива/налива. Все реакторы оснащены обратными теплообменниками. В трубном пространстве теплообменников конденсируются пары реакционной массы, конденсат возвращается в реактор. Через теплообменники дыхание реакторов направляется в атмосферу.

Температура в реакторах контролируется с помощью термометров сопротивления, расположенных в нижней части аппаратов. В качестве теплоносителя для рубашки реакторов используется либо горячая вода с температурой 90-95 °С, либо оборотная вода.

Температура в реакторах в процессе синтеза регулируется автоматически при помощи клапанов, установленных на трубопроводе подачи оборотной воды в рубашку реактора.

На линии подачи теплоносителя в рубашку реактора установлен расходомер для контроля количества теплоносителя, расходуемого на нагрев/охлаждение реактора синтеза в процессе полимеризации на одну операцию На линии входа/выхода теплоносителя в рубашку реактора установлены термопреобразователи. Для контроля за температурой теплоносителя на входе/выходе из рубашки реактора.

Перед началом синтеза в рубашку реактора подается горячая вода. После этого, в реактор синтеза загружается водная фаза. Далее рабочий реактор синтеза продувается азотом, включается мешалка реактора. При необходимости, водная фаза в реакторе синтеза нагревается. После достижения в реакторе синтеза необходимой температуры из реактора приготовления ПЭМ загружается затравочное количество ПЭМ. Контроль количества затравки осуществляется по тензовесам реактора при загрузке заданного количества автоматически закрывается клапан, установленный на трубопроводе ПЭМ. После ввода затравки ПЭМ производится выдержка. Затем в реактор загружается затравочная порция раствора инициатора - персульфата аммония (ПСА). Контроль объема загружаемой порции производится по расходомеру поз. FT102, установленному на линии подачи раствора ПСА.

После загрузки затравочной порции раствора ПСА возможен скачок температуры, это свидетельствует о начале реакций полимеризации. В зависимости от интенсивности роста температуры, начинают порционную подачу охлаждающей воды в рубашку реактора.

После стабилизации температуры проводят выдержку, во время которой в реакторы догружают заданный объем воды и начинают непрерывную дозировку ПСА. Время дозировки ингредиентов на синтез дисперсии задается в соответствии с бланком производства (либо с технологической прописью), выдаваемой главным технологом.

Контроль количества ПЭМ производится по тензовесам. Расход ПЭМ поддерживается автоматически при помощи запорно-регулирующего клапана установленного на трубопроводе дозировки ПЭМ. Контроль объема раствора ПСА - по расходомеру, установленному на линии подачи раствора ПСА в реактор синтеза. Расход ПСА поддерживается автоматически при помощи запорно-регулирующего клапана, установленного на трубопроводе дозировки ПСА. Загрузка раствора ПСА должна закончиться на 10-15 минут позднее окончания дозировки ПЭМ.

По окончании дозировки ПЭМ в реактор приготовления ПЭМ заливается обессоленная вода для промывки реактора и линии ПЭМ в количестве 100-120 литров. Промывочная вода из реактора приготовления ПЭМ сливается в реактор синтеза (до окончания дозировки ПСА).

Содержимое реактора синтеза выдерживается при определенной температуре и перемешивании. После выдержки в рубашку реактора синтеза подается холодная оборотная вода, с целью охлаждения реакционной массы. Одновременно с охлаждением в реактор синтеза производится параллельная дозировка раствора пиросульфита и эмульсии третбутила гидропероксида. Ввод пиросульфита натрия и эмульсии третбутила гидропероксида необходим для проведения процесса дополимеризации: уменьшения количества остаточного мономера в дисперсии.

После введения Red-Ox системы содержимое реактора охлаждают.

При снижении температуры в реакторе в дисперсию загружается пеногаситель и производится перемешивание. Затем в реактор синтеза загружается водный раствор нейтрализующего агента. Производится перемешивание, после чего в реактор загружается следующий пеногаситель, реакционная масса перемешивается и в реактор синтеза загружается и консервант. Реакционная масса выдерживается при перемешивании.

После перемешивания мешалка реактора останавливается и отбирается проба полученной дисперсии для лабораторного анализа.

После получения положительных результатов лабораторного анализа готовая дисперсия из реактора синтеза поступает на узел фильтрации и розлива.

Рисунок 11.3 - Схема получения синтетических латексов методом эмульсионной сополимеризации стирола и (мет)акриловых мономеров в водной среде

Описание технологического процесса приведено в таблице 11.2, перечень основного оборудования - в таблице 11.3.

Таблица 11.2 - Описание технологического процесса производства синтетических латексов

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Основные, побочные и промежуточные продукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
Вода обессоленная Раствор эмульгатора	Подготовка водной фазы	Вода с ПАВ		Реактор
Вода обессоленная Натрий углекислый кислый пищевой Эмульгатор Акриламид кристаллический	Приготовление раствора эмульгатора для предварительной эмульсии мономеров	Раствор эмульгатора		Реактор
Стирол Силан А-174 ВТЭС Бутилакрилат Метакриловая кислота Акриловая кислота Раствор эмульгатора	Приготовление предварительной эмульсии мономеров	Предварительная эмульсия мономеров		Реактор
Вода обессоленная Аммиак водный 25 % Вода обессоленная Моноэтаноламин чистый	Приготовление раствора нейтрализующего агента	Раствор аммиака 12 % Раствор моноэтаноламина 34 %		Реактор
Вода обессоленная Персульфат аммония	Приготовление раствора инициатора	Раствор персульфата аммония		Реактор
Пиросульфит натрия Вода обессоленная Гидропероксид третбутила Вода обессоленная Аскорбиновая кислота	Приготовление окислительно-восстановительной системы (восстановитель 1)	Раствор пиросульфита натрия Раствор ГПТБ Раствор аскорбиновой кислоты		Реактор
Вода с ПАВ Предварительная эмульсия мономеров Раствор инициатора Окислительно-восстановительная система Пеногаситель Нейтрализующий агент Раствор консерванта	Синтез сополимерно-акриловой дисперсии	Кислая дисперсия с остаточными мономерами Кислая дисперсия без остаточных мономеров Нейтральная дисперсия Готовый латекс		Реактор Теплообменник

Таблица 11.3 - Перечень основного технологического оборудования производства синтетических латексов

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Реактор синтеза	Производство синтетических латексов	V = 12 м 3 D = 2200 мм Н = 4350 мм
Реактор синтеза	Производство синтетических латексов	V = 15 м 3 D = 2500 мм Н = 4300 мм
Реактор синтеза	Производство синтетических латексов	V = 12,5 м 3 D = 2300 мм Н = 3920 мм
Реактор синтеза	Производство синтетических латексов	V = 12,66 м 3 D = 2200 мм Н = 6408 мм
Реактор предварительной эмульсии	Производство синтетических латексов	Аппарат: V = 10 м 3 D = 2000 мм Н = 4450 мм Рраб. = 0 0,7 кгс/см 2 Тmax = 30 °C Среда - предварительная эмульсия мономеров Змеевик: V 0,1 м 3 Рраб. = 2,5 3 кгс/см 2 Траб. - от + 12 до + 95 Мотор-редуктор: n = 62 об/мин N = 2,2 кВт U = 380 B
Реактор предварительной эмульсии	Производство синтетических латексов	Аппарат: V = 10 м 3 D = 2200 мм Н = 5865 мм Рраб. = 0 0,7 кгс/см 2 Тmax = 30 °C. Среда - предварительная эмульсия мономеров Рубашка: V 0,3 м 3 Рраб. = 2,5 3 кгс/см 2 Траб. = от + 12 до + 95 Мотор-редуктор: n = до 62 об/мин N = 5,5 кВт U = 380 B
Реактор предварительной эмульсии	Производство синтетических латексов	Аппарат: V = 10 м 3 H = 3044 мм D = 2200 мм Рраб. = 0 0,7 кгс/см 2 Тmax = 30 °C Среда - предварительная эмульсия мономеров Змеевик: V = 0,2 м 3 Рраб. = 2,5 3 кгс/см 2 Траб. = от + 12 до + 95 Мотор-редуктор: n = от 43 63 об/мин N = 3 кВт U = 380 B
Реактор раствора эмульгатора	Производство синтетических латексов	Аппарат: V = 4,1 м 3 D = 1450 мм Н = 3390 мм Рраб. = 0,3 кгс/см 2 Траб. = + 80 + 90 °C Среда - раствор эмульгатора Рубашка: V 0,3 м 3 Рраб. = 2,5 3 кгс/см 2 Траб. = от + 12 до + 95 Мотор-редуктор: n = 62 об/мин N = 1,5 кВт U = 380 B
Реактор нагрева водной фазы	Производство синтетических латексов	Аппарат: V = 4 м 3 D = 1600 мм Н = 4400 мм Рраб. = 0,04 кгс/см 2, Траб. = + 80 + 90 °C. Среда - раствор эмульгатора Рубашка: V = 0,35 м 3 Рраб. = 2,5 3 кгс/см 2 Траб. = от + 12 до + 95 Мотор-редуктор: n = 45 50 об/мин N = 3 кВт U = 380 B
Реактор приготовления раствора инициатора	Производство синтетических латексов	Аппарат: V = 1,95 м 3 D = 1400 мм Н = 2455 мм Рраб. = 0,7 кгс/см 2 Траб. = + 20 °C. Рубашка: V = 0,23 м 3 Рраб. = 2,5 3 кгс/см 2 Траб. = от + 12 до + 95 Мотор-редуктор: n = 160 об/мин N = 2,2 кВт U = 380 B
Реактор приготовления раствора инициатора	Производство синтетических латексов	Аппарат: V = 1,95 м 3 D = 1400 мм Н = 1850 мм Рраб. = 0,7 кгс/см 2 Траб. = + 36 °C Рубашка: V = 0,3 м 3 Рраб. = 2,5 3 кгс/см 2 Траб. = от + 12 до + 95 Мотор-редуктор: n = 47 об/мин N = 7,5 кВт U = 380 В
Реактор приготовления эмульсии окислителя	Производство синтетических латексов	Аппарат: V = 0,34 м 3 D = 700 мм Н = 1102 мм Рраб. = атмосферное Траб. = + 36 °C Мотор-редуктор: n = 45 об/мин N = 0,2 кВт U = 380 В
Реактор приготовления эмульсии окислителя	Производство синтетических латексов	Аппарат: V = 0,2 м 3 D = 600 мм Н = 994 мм Рраб. = 0,7 кгс/см 2 Траб. = + 36 °C Мотор-редуктор: n = 45 об/мин N = 1,5 кВт U = 380 В
Реактор приготовления раствора восстановителя	Производство синтетических латексов	Аппарат: V = 0,2 м 3 D = 500 мм Н = 1175 мм Рраб. = 0,5 кгс/см 2 Траб. = + 36 °C Мотор-редуктор: n = 45 об/мин N = 0,2 кВт U = 380 В
Реактор приготовления раствора восстановителя	Производство синтетических латексов	Аппарат: V = 0,2 м 3 D = 600 мм Н = 994 мм Рраб. = 0,7 кгс/см 2 Траб. = + 36 °C Мотор-редуктор: n = 45 об/мин N = 1,5 кВт U = 380 В
Реактор приготовления водного раствора аммиака	Производство синтетических латексов	Аппарат: V = 2 м 3 D = 1400 мм Н = 1350 мм Рраб. = 0,7 кгс/см 2 Траб. = + 36 °C Мотор-редуктор: n = 47 об/мин N = 7,5 кВт U = 380 В
Реактор приготовления раствора моноэтаноламина	Производство синтетических латексов	Аппарат: V = 2 м 3 D = 1400 мм Н = 1350 мм Рраб. = 0,7 кгс/см 2 Траб. = + 36 °C Мотор-редуктор: n = 47 об/мин N = 7,5 кВт U = 380 В
Реактор приготовления эмульгатора	Производство синтетических латексов	Аппарат: V = 3,2 м 3 D = 1600 мм Н = 1915 мм Рраб. = 0,7 кгс/см 2 Траб. = + 100 °C Рубашка: V = 0,45 м 3 Рраб. = 3 кгс/см 2 V = 0,45 м 3. Мотор-редуктор: n = 62 об/мин N = 11 кВт U = 380 В

11.3 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду

Производство латексов связано с потреблением большого количества органического сырья и реагентов. Это связано со спецификой производства. Использование большого спектра веществ в производстве приводит к попаданию их в выбросы, сбросы и отходы производства.

Выбросы

В процессе производства товарных латексов возможны выбросы мономеров через неплотности оборудования. В последнее время, особенно при производстве латексов способом периодической полимеризации, этот показатель сведен до минимума. Это связано с несколькими факторами:

- как полимеризация, так и дегазация латекса происходят в одном аппарате. Дегазацию при периодическом процессе обычно проводят в том же аппарате, что и полимеризацию;

- конверсия мономеров при периодическом процессе приближается к 100 %.

Сточные воды

Сточные воды производства синтетических латексов содержат неорганические и органические примеси. Многокомпонентность состава сточных вод объясняется тем, что рецептуры получения синтетических латексов содержат большую номенклатуру различных веществ.

При производстве синтетических латексов, промывке оборудования и транспортной тары образуются "латексные" стоки, содержащие разбавленные растворы латексов, способные оказывать негативное воздействие на окружающую среду. Также в сточных водах может содержаться значительное количество эмульгаторов и токсичных веществ (стирол). К сожалению, в настоящее время проблема очистки сточных вод производства латексов окончательно не решена. Полимерная составляющая отходов очищается на локальных установках. Повышение эффективности работы этих установок идет в направлении поиска новых, более эффективных коагулянтов.

Отходы

Воздействие на окружающую среду возможно также и от образующихся твердых отходов, в основном отходов полимера - так называемый коагулюм, образующийся на внутренней поверхности технологического оборудования. Общая токсичность отходов синтетических латексов разных марок невелика. Учитывая то, что в настоящее время отходы и такого рода востребованы для изготовления резинотехнических изделий неответственного назначения, они практически полностью утилизируются, поэтому вредного воздействия на окружающую среду оказывать не могут.

Показатели потребления сырья и энергоресурсов (нормы расхода) при производстве синтетических латексов приведены в таблице 11.4.

Таблица 11.4 - Показатели потребления сырья и энергоресурсов при производстве синтетических латексов

Наименование	Единицы измерения	Расход на 1 т продукции
		Минимальный	Максимальный
Вода обессоленная	кг/т	450,25	463,39
Эмульгатор анионный	кг/т	35,76	50,21
Эмульгатор неионный	кг/т	0,94	0,95
Натрий углекислый кислый пищевой	кг/т	1,36	1,36
Амид акриловой кислоты кристаллический	кг/т	6,62	7,39
Стирол	кг/т	232,88	233,12
Силан А-174 ВТЭС	кг/т	0,98	0,98
Бутилакрилат	кг/т	242,51	242,66
Метакриловая кислота	кг/т	6,53	6,55
Акриловая кислота	кг/т	2,81	2,98
Персульфат аммония	кг/т	4,26	4,88
Пеногаситель	кг/т	0,196	0,4
Пиросульфит натрия	кг/т	0,49	0,51
Гидропероксид третбутила	кг/т	0,23	0,51
Аскорбиновая кислота	кг/т	0,25	0,25
Аммиак водный 12 %	кг/т	10,97	11,05
Консервант	кг/т	2	2,03
Электроэнергия	/т	149	243
Теплоэнергия	Гкал/т	0,074	0,14
Вода	Гкал/т	11,4	28,6

В таблицах 11.5 и 11.6 представлена информация по выбросам, сбросам и образованию отходов производства синтетических латексов.

Таблица 11.5 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве синтетических латексов

Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 т продукции, кг/т
		Диапазон		Среднее значение
		Минимальное значение	Максимальное значение
Аммиак		0,17	0,20	0,19

Сбросы отсутствуют, сточные воды направляют в общезаводской оборотный цикл.

Таблица 11.6 - Отходы, образующиеся при производстве синтетических латексов

Наименование	Класс опасности	Источник образования	Способ утилизации, обезвреживания, размещения	Масса образующихся отходов производства в расчете на 1 т продукции, кг/т
				Диапазон		Среднее значение
				Минимальное значение	Максимальное значение
Отходы минеральных масел индустриальных	III	Техническое обслуживание технологического оборудования	Обезвреживание/утилизация	0,00050	0,0019	0,0011
Отходы материалов лакокрасочных на основе акриловых полимеров в водной среде	IV	Проведение лабораторных анализов	Обезвреживание	0,41	1,04	0,63
Упаковка из бумаги и/или картона, загрязненная неорганическими растворимыми карбонатами	IV	Растаривание сырья	Утилизация	0,030	0,11	0,059
Отходы упаковки из бумаги и картона, загрязненные амидами органических кислот (содержание не более 3 %)	IV	Растаривание сырья	Утилизация	-	0,030	-
Тара полиэтиленовая, загрязненная щелочами (содержание менее 5 %)	IV	Растаривание сырья	Утилизация	0,58	0,81	0,67
Упаковка полиэтиленовая, загрязненная смесью органических растворителей, включая хлорсодержащие (содержание растворителей менее 5 %)	IV	Растаривание сырья	Утилизация	-	0,055	-
Упаковка полиэтиленовая, загрязненная органическими пероксидами	IV	Растаривание сырья	Утилизация	0,0036	0,025	0,015
Тара полиэтиленовая, загрязненная поверхностно-активными веществами	IV	Растаривание сырья	Утилизация	3,63	4,13	3,89
Упаковка полипропиленовая, загрязненная растворимыми в воде органическими кислотами	IV	Растаривание сырья	Утилизация	-	0,045	-
Упаковка полипропиленовая, загрязненная синтетическими полимерами	IV	Растаривание сырья	Утилизация	-	0,045	-
Упаковка полипропиленовая, загрязненная клеем на акриловой основе	IV	Растаривание сырья	Утилизация	-	0,03	-
Упаковка из разнородных полимерных материалов в смеси, загрязненная неорганическими солями, гидроксидами, оксидами (содержание загрязнителей менее 3 %)	IV	Растаривание сырья	Утилизация	0,18	0,23	0,21
Тара из черных металлов, загрязненная органическими негалогенированными растворителями	IV	Растаривание сырья	Утилизация	-	0,090	-
Обтирочный материал, загрязненный нефтью или нефтепродуктами (содержание нефти или нефтепродуктов менее 15 %)	IV	Техническое обслуживание технологического оборудования	Захоронение/Обезвреживание	-	0,0050	-
Тара деревянная, утратившая потребительские свойства, незагрязненная	V	Снятие транспортной упаковки с сырья	Использование/утилизация	0,23	0,30	0,25