8. Производство высокомолекулярных соединений

Министерство образования и науки Российской Федерации
Российский государственный университет нефти и газа
имени И.М. Губкина
УТВЕРЖДАЮ:
Первый проректор по учебной работе,
профессор В.Н.Кощелев
_______________________
«____»___________2013 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
ПРОИЗВОДСТВО ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Направление подготовки дипломированного специалиста
240400 - Химическая технология органических веществ и топлива
Специальность
240401 “Химическая технология органических веществ”
Москва - 2013 г.
1. Цели и задачи дисциплины:
 ознакомление студентов со структурой промышленности высокомолекулярных соединений;
 ознакомление студентов с теоретическими основами и технологией промышленного производства основных типов ВМС, в частности с теми, которые применяются в процессах добычи нефти, при ее транспортировке,
переработке и т.д.;
 усвоение студентами физико-химических основ получения полимеров и
способов их модификации с целью создания новых поколений ВМС для
различных областей применения, в т.ч. для нефтегазовой отрасли.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
(требования к знаниям, умениям и навыкам, приобретенным в результате
изучения дисциплины)
В результате освоения содержания дисциплины студенты должны:
 уметь формулировать задачи в области выбора сырья и технологии процесса для производства конкретного полимерного материала;
 уметь выбрать оптимальный вид сырья, метод получения и оценки качества ВМС в зависимости от поставленной задачи;
 уметь использовать полученные знания для решения задач эксплуатации
установок производства ВМС;
 уметь оценить требования к качеству ВМС в зависимости от области его
применения;
 понимать взаимосвязь между структурой и физико-химическими свойствами полимеров.
2
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
Всего
часов
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Практические занятия
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР) и (или)
другие виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат и (или) другие виды самостоятельной работы
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
Семестры
42
32
IX
42
32
10
10
+
экзамен экзамен
4.Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
N
п/п
1
2
3
4
5
6
Раздел дисциплины
Введение
Общая характеристика ВМС
Классификация
ВМС и методов
их производства
Производство полиолефинов
Общие вопросы
производства каучуков
Производство водорастворимых
ВМС
Лекции
ПЗ (или С)
ЛР
*
*
*
*
*
*
3
4.2 Содержание разделов дисциплины
1. Введение.
Общие понятия о высокомолекулярных соединениях (полимерах) и
их роли в промышленности нефтегазового комплекса. Масштабы производства ВМС и области их применения. Природные и синтетические
ВМС, динамика их производства, экономические и экологические проблемы использования ВМС. Общие вопросы использования ВМПАВ в
нефтяной и газовой промышленности. Основные понятия и терминология в химии и технологии производства и применения ВМС.
2.Классификация полимеров: линейные, разветвленные, привитые,
сетчатые, карбоцепные, гетероцепные, термопластичные и термореактивные полимеры. Отличие высокомолекулярных соединений от низкомолекулярных. Методы определения молекулярных масс полимеров
(краткий обзор) и их сравнение. Фракционирование полимеров и кривые
молекулярно-массового распределения. Аморфные и кристаллические
полимеры, термомеханическая кривая и ее интерпретация.
3.Классификация методов полимеризации и поликонденсации, блочная, полимеризация в растворе, в растворителе, эмульсионная полимеризация. Радикальная полимеризация, ионная полимеризация, особенности
ионно-координационной полимеризации.
4. Производство полиолефинов.
Масштабы производства полиолефинов и области их использования, экономические и экологические аспекты производства и применения полиолефинов.
Производство полиэтилена высокого давления. Основные законы
радикальной полимеризации, методы инициирования, основные требования к сырью. Производство полиэтилена ВД в змеевиковом реакторе и в
реакторах с перемешивающим устройством. Особенности процесса, ме-
4
тоды теплоотвода, технологическая схема, факторы, влияющие на процесс полимеризации и качество получаемой продукции. Качество полиэтилена ВД, области применения, методы переработки.
Производство полиэтилена низкого давления. Требования к сырью,
катализаторы, условия полимеризации. Гетерогенные и гомогенные катализаторы полимеризации, высокоскоростные катализаторы. Производство полиэтилена в газовой фазе.
Свойства и области применения ПЭНД.
Производство полипропилена. Стереорегулярные формы полипропилена, их характеристика. Качество полипропилена.
Катализаторы полимеризации олефинов нового поколения. Развитие технологий производства полиолефинов.
5. Производство каучуков.
Общие представления о каучуках и резине. Отличие каучуков от
пластических масс.
Основные сведения о производстве каучуков общего и специального назначения. Сополимеризация при низких температурах, "холодные"
каучуки. Особенности стадии инициирования цепи. Производство бутадиен-стирольных эмульсий и их применение в нефтяной и газовой промышленности.
Производство полиизобутилена, катализаторы и условия полимеризации. Применение в качестве загустителей органических растворителей,
тампонирующего материала, ингибитора отложений АСПО.
6. Производство водорастворимых полимеров (ВРП).
Общая характеристика ВРП. Классификация ВРП как высокомолекулярных ПАВ. Функциональные группы в структуре полимеров, обеспечивающие растворимость ВРП в воде. Полианионные, поликатионные,
полиамфолитные ВРП – полиэлектролиты. Природные, природные, химически модифицированные ВРП и синтетические ВРП.
5
Группа полимеров-полисахаридов:
- Полимеры, полученные химической модификацией целлюлозы.
- Крахмальные реагенты – природные и химически модифицированные.
-Биополимеры, получаемые в результате жизнедеятельности определенных штаммов микроорганизмов в различных питательных средах.
Получение натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) и
полианионной целлюлозы (ПАЦ). Химизм, условия и технология процесса. Свойства и применение Nа-КМЦ и ПАЦ.
Получение неионогенных производных целлюлозы: метилцеллюлозы (МЦ), оксиэтилцеллюлозы (ОЭЦ), смешанных эфиров целлюлозы
(карбоксиметилоксиэтилцеллюлоза - КМОЭЦ, оксипропилметилцеллюлоза -ОПМЦ). Химизм, условия и технология процесса. Свойства и применение МЦ, ОЭЦ, КМОЭЦ, ОЭМЦ, ОПМЦ.
Крахмальные реагенты. Общая характеристика. Модификация природных крахмалов: получение окисленного крахмала (ОК); карбоксиметилированного крахмала (КМК); гидроксипропилированного гуара
(ГПГ). Свойства и применение.
Биополимеры. Свойства и применение ксантанов.
Группа химически модифицированных природных полимеров. Лигносульфонаты, полифенолы, гуматные реагенты. Получение, свойства,
применение.
Производство синтетических ВРП.
Производство полиакрилонитрила (ПАН) как сырья для получения
водорастворимых полимеров, периодический и непрерывный методы полимеризации. Гидролиз ПАН., производство ГИПАН, применение
ГИПАН в составах различных технологических жидкостей (для изоляции
притока пластовых вод, в качестве ингибитора солеотложений и т.д.).
6
Производство полиакриламида (ПАА) и гидролизованного полиакриламида (ГИПАА). Типичные рецептуры реакционной среды, применяемые инициаторы. Свойства и области применения полиакриламида.
Производство полиэтиленоксида (полиокса), области применения, в
частности для снижения гидравлического сопротивления течению флюидов, коагулянта и флокулянта.
Катионные водорастворимые полимеры (КВРП). Получение, свойства, применение.
Полиэлектролитные комплексы (ПЭК). Полиэлектролиты – исходные реагенты для получения ПЭК, их характеристика и строение. Факторы, влияющие на образование ПЭК и их растворимость в воде. Применение ВРП и ПЭК в нефтегазовой отрасли.
Физико-химические свойства растворов полимеров. Природа растворов полимеров. Фазовое равновесие в растворах ВРП. Структурномеханические свойства растворов полимеров. Гидродинамические свойства макромолекул в разбавленных растворах. Тиксотропия. Гелеобразование в растворах полимеров, термотропные свойства полимеров.
5.Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
5.1. Рекомендуемая литература.
а). Основная литература
1. Аверко-Антонович Л.А., Аверко-Антонович Ю.О. Давлетбаева
И.М. и др. Химия и технология синтетического каучука. Учебное пособие. – М.: Изд. «Колос-С», 2008. – 357 с.
2. Технология полимерных материалов. Учебное пособие /под. общ.
ред.В.К.Крыжановского/ - С.-Пб.: Изд. «Профессия», 2008.- 544 с.
3. Холден Д., Крихельдорф Х.Р., Куирк Р.П.. Термоэластопласты /
пер. с анг. 3-го изд. под ред. Б.Л.Смирнова – СПб.: ЦОП «Профессия»,
2011.- 720 с.
7
б). Дополнительная литература
1. Кочнев А.М., Заикин А.Е., Галибеев С.С., Архиреев В.П. Физикохимия полимеров. Учебник.- Казань.: ФЭН, 2003.- 512 с.
2. Аверко-Антонович И.Ю., Бикмулин Р.Т. Методы исследования
структуры и свойств полимеров. Уч. пособ. М.: Химия, 2002 год.- 604
с.
3. Холмберг К., Йенсен Б., Кронберг Б., Линдман Б. Поверхностноактивные вещества и полимеры в водных растворах – М.: Изд-во
« БИНОМ. Лаборатория знаний», 2007. – 528 с.
4. Максанова Л.А., Аюрова О.Ж. Полимерные соединения и их применение. Уч. пособ. -Казань.: ФЭН. -2005. - 604 с.
5. Башкатова С.Т., Казанская А.С., Винокуров В.А. Теоретические основы использования полимеров в нефтегазовой отрасли. Учебное пособие. – М.:ФГУП изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им.
И.М.Губкина, 2005.-58с.
6. Шрам Г. Основы практической реологии и реометрии. М.:Колос С.2003- 311с.
7. Адельсон С.В., Вищнякова Т.П., Паушкин Я.М. Технология нефтехимического синтеза./ -М.:Химия, 1985.-606 с.
8. Полиэтилен низкого давления: Научно-технические основы промышленного синтеза / З.В.Архипова и др.. – Л.: Химия, 1980 - 240 с.
9. Полиэтилен высокого давления: Научно-технические основы промышленного синтеза / А.В.Поляков и др.. – Л.: Химия, 1988 - 200 с.
10.Уайт Дж., Чой Д. Полиэтилен, полипропилен и другие полиолефины.
Свойства, развитие структуры, переработка. – С.-Пб.: изд. «Профессия», 2006. – 256 с.
11. Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения - М.:изд. «Академия», 2005.-370 с.
8
12.Хэм Д.. Сополимеризация. – М.:Химия, 1971. – 616 с.
13.Николаев А.Ф., Охрименко Г.И. Водорастворимые полимеры./-Л.:
Химия,1979.-145 с.
14.Бытенский В.Я., Кузнецова Е.П. Производство эфиров целлюлозы. –
Л.: Химия, 1974.- 208 с.
15.Полиакриламид /Л.И.Абрамова, Т.А.Байбурдов, Э.Л.Григорян и др.
под ред. В.Ф.Куренкова. – М.: Химия, 1992. -192 с.
16.Агаянц. И.М. Пять столетий каучука и резины. – М.: Изд. «Модерн
А», 2002. – 432 с.
17.Низова С.А., Чепикова М.В., Водорастворимые полимеры. Структура, получение, свойства, применение: Конспект лекций. 2011.
URL:http://www.gubkin.ru/faculty/chemical_and_enviromental/chairs_departments/chemical_substanc
e_technology/files/NizovaVRP.ppt.
18.Барабанов В.П., Крупин С.В. Водорастворимые полимеры и их применение. – Казань. КХТИ, 1984.-80с.
19.Супрамолекулярная химия: Концепции и перспективы/ ПС.-М.Лен;
Пер.с англ.-Новосибирск: Наука. Сиб.предприятие РАН,1998-334с.
5.2. Средства обеспечения освоения дисциплины.
Специальные средства освоения дисциплины - компьютерная презентация лекционного материала
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по
направлению 240400 "Химическая технология органических веществ и
топлива" подготовки инженеров специальности 240401 "Химическая
технология органических веществ".
9
Составители программы,
профессор кафедры ТХВ
доцент кафедры ТХВ
Зав. кафедрой ТХВ, профессор
С.А.Низова
Л.И.Толстых
М.А.Силин
Программа одобрена методической комиссией факультета химической технологии и экологии.
Председатель методической комиссии ФХТ и Э
профессор
Начальник УМУ, профессор
В.А. Широков
А.Д. Макаров
10