2. Производство поверхностно-активных веществ

Министерство образования и науки Российской Федерации
Российский государственный университет нефти и газа
имени И.М. Губкина
«УТВЕРЖДАЮ»
Первый проректор по учебной работе
_______________Кошелев В.Н.
«_______»_____________2013 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
ПРОИЗВОДСТВО ПАВ
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:
Целями освоения дисциплины является изучение студентами физикохимических свойств ПАВ как основы для их дальнейшего применения, технологии
производства ПАВ различного класса и назначения, в т.ч. для нефтегазодобычи;
ознакомление студентов со структурой химических производств - производителей
ПАВ; формирование общих и специальных принципов подбора и анализа ПАВ для
конкретных областей их применения, а так же подбора сырья для их производства;
Изучение дисциплины позволит овладеть необходимыми знаниями и умениями применять их для освоения последующих специальных дисциплин.
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:
- знать механизм, термодинамические и кинетические закономерности проведения химических реакций, положенных в основу процессов синтеза ПАВ;
- знать свойства, методы получения и области применения ПАВ различных
классов;
- знать основные процессы в технологической цепочке производства ПАВ;
- знать назначение, устройство и характеристики работы основного оборудования производства ПАВ ;
- уметь формулировать задачи в области выбора сырья и технологии процесса
для производства конкретного поверхностно-активного вещества;
- уметь использовать полученные знания для решения задач проектирования и
эксплуатации установки производства ПАВ;
- уметь оценить требования к качеству ПАВ в зависимости от области его
применения
-владеть навыками использования пакетов прикладных программ для расчета
технологических параметров оборудования синтеза ПАВ (ПК-5, ПК-9, ПК-28);
2
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Всего
Семестры
часов
VIII
66
66
Аудиторные занятия
45
45
Лекции
30
30
15
15
21
21
Вид итогового контроля
Диф.
Диф.
(зачет, экзамен)
зачет
зачет
Общая трудоемкость
дисциплины
Практические занятия (ПЗ)
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
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№ п/п
Раздел дисциплины
Лекции
1
2
3
1.
Введение
*
2.
Общая характеристика ПАВ
*
3
Классификация ПАВ
*
ПЗ
(или С)
4
ЛЗ
5
3
4
Сырье для производства ПАВ
*
*
5
*
*
7
Производство анионоактивных
ПАВ
Производство катионоактивных
ПАВ
Производство неионогенных ПАВ
8
Области применение ПАВ
*
6
*
*
*
4.2. Содержание разделов дисциплины
1. Введение.
Понятие о поверхностно-активных веществах (ПАВ). Основные понятия и терминология в химии и технологии производства и применения ПАВ. 2Роль ПАВ в
промышленности нефтегазового комплекса. Масштабы производства ПАВ и области их применения. Синтетические ПАВ, динамика их производства, энергетические и экологические проблемы использования ПАВ. Общие вопросы использования ПАВ в нефтяной и газовой промышленности.
2. Общая характеристика ПАВ.
Граница раздела фаз, поверхностная энергия, поверхностное натяжение, удельная
межфазная энергия и методы их определения. Дифильность молекул ПАВ, понятие
о гидрофильно-липофильном балансе (ГЛБ). Взаимосвязь величины ГЛБ и области
применения ПАВ. Эмульгаторы 1-го и 2-го рода, смачиватели, солюбилизаторы,
моющие агенты. Мицеллообразование как одно из фундаментальных свойств ПАВ.
Образование мицелл, определение критической концентрации мицеллообразования
(ККМ). Моющая способность ПАВ, анализ уравнения моющего действия ПАВ, понятие о коэффициенте распределения. Характеристики процесса мицеллообразования, точка Крафта и температура помутнения.
3. Классификация ПАВ.
Ионогенные и неионогенные ПАВ. Анионоактивные, катионоактивные и амфолитные ПАВ. Структура молекул анионоактивных ПАВ, зависимость ККМ от
величины углеводородного радикала и положения гидрофильной группы. Катионоактивные ПАВ, структура молекул, области использования катионоактивных ПАВ.
4
Амфолиты, структура молекул, особенности их применения. Неионогенные ПАВ,
особенности структуры, растворимость неионогенных ПАВ в зависимости от температуры и ионного состава водного раствора.
4.Сырье для производства ПАВ.
Основные источники сырья для производства ПАВ: нефтяные фракции, природный и попутный газ, газы нефтепереработки и нефтехимии, сырье растительного происхождения.
Олигомеры этилена и пропилена, алкилбензолы, алкилфенолы, спирты, кислоты и другие виды сырья для производства ПАВ.
5.Производство анионоактивных ПАВ.
Основные типы алкиларилсульфонатов. Общий обзор типов сырья для производства анионных ПАВ - тетрамеры пропилена, хлорпарафины, альфа-олефины,
олефины с внутренней двойной связью, полученные крекингом и дегидрированием
парафинов. Алкилирование бензола высшими олефинами. Сульфирование
ал-
килбензолов, сульфирующие агенты, состав сульфомассы. Нейтрализация сульфомассы. Технологическая схема производства алкиларилсульфонатов. Свойства алкиларилсульфонатов и их водных растворов, области использования.
Производство алкилсульфокислот методами сульфохлорирования и сульфоокисления, химизм процессов, их сравнительный анализ, преимущества и недостатки. Свойства алкилсульфонатов и их растворов, области применения.
Производство альфа-олефинсульфонатов, требования к сырью. Стадия сульфирования олефинов триоксидом серы, химизм и механизм стадии сульфирования,
кинетика процесса. Нейтрализация продуктов сульфирования, гидролиз сультонов,
кинетика процесса. Технологическая схема производства альфа-олефинсульфонатов.
Свойства альфа-олефинсульфонатов и их водных растворов, области применения.
Производство первичных алкилсульфатов, требования к сырью - первичным
спиртам, общий обзор методов производства высших первичных спиртов. Сульфатирование первичных спиртов серной и хлорсульфоновой кислотами, образование
побочных продуктов. Технология процесса сульфатирования и нейтрализации суль5
фоэфиров. Особенности сульфатирования триоксидом серы, оборудование для
сульфатирования, конструкции сульфураторов.
Сульфатирование альфа-олефинов серной кислотой, особенности процесса,
нейтрализация сульфоэфиров и получение товарного продукта. Свойства алкилсульфатов и их водных растворов, области использования.
6. Производство катионоактивных ПАВ.
Методы производства высших алкиламинов, получение моноалкилдиметиламинов и четвертичных аммониевых солей на их основе. Катамины и катапины,
основы технологии их производства, особенности процесса. Свойства катионоактивных ПАВ и их водных растворов, области использования. Получение оксидаминов и имидазолинов, свойства и области применения.
7.Производство неионогенных ПАВ.
Общие вопросы производства НПАВ на основе этилен- и пропиленоксидов.
Производство алкилфенолов - сырья для оксиэтилирования, технологическая схема
алкилирования фенола тримерами пропилена, качество алкилфенолов.
Оксиэтилирование алкилфенолов, оборудование и технологическая схема. Производство блок сополимеров оксидов этилена и пропилена, реагентов ОП-7 и ОП10, Неонолов 9/4, 9/6, 9/10, 9/12.
Производство оксиэтилированных спиртов, кислот, амидов кислот. Математическая модель производства "Синтанола". Свойства НПАВ и области их применения.
8. Области применение ПАВ .
Моющие средства в быту и технике, общие вопросы применения ПАВ в качестве
присадок к топливам и маслам, в процессах нефтегазодобычи, промысловой подготовки и транспорта нефти и газа.
6
4.3 Лабораторный практикум
№
п/п
1
№ раздела
дисциплины
2
Наименование лабораторных работ
1
4
2
4
Алкилирование бензола деценом-1, гетерофазное
3
4
Алкилирование бензола деценом-1, гомофазное
4
4
5
4
Алкилирование бензола олигомерами пропилена С18 С30
Алкилирование фенола н-ноненом-1 на катионите
6
4
Алкилирование фенола н-деценом-1 на катионите
7
4
Алкилирование фенола додеценом-1 на толуолсуль-
3
Олигомеризация пропилена
фокислоте
8
4
Окисление парафинов до СЖК
9
5
Сульфирование альфа-олефинов
10
7
Оксиэтилирование изононил-фенола
11
7
Оксиэтилирование стеариновой кислоты (непрерывный процесс
12
7
Оксиэтилирование стеариновой кислоты (период.
процесс)
13
7
Оксиэтилирование спиртов
5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
5.1. Рекомендуемая литература
а) основная литература
1.
Глущенко В.Н., Силин М.А. Нефтепромысловая химия. т.II. Объемные и
поверхностно-активные свойства жидкостей. - М.: Интерконтакт – Наука, 2010. –
549 с.
7
2.
Паниди И.С., Толстых Л.И., Трофимов В.А. Химическая технология ор-
ганических веществ. Ч.2. Химия и технология производства поверхностно-активных
веществ. Лабораторный практикум. – М.: РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2010.
– 78 с. .
3.
Глущенко В.Н. Обратные эмульсии и суспензии в нефтегазовой про-
мышленности. – М.: Интерконтакт – Наука, 2008. – 725 с.
б) дополнительная литература
1.
Холмберг К., Йенсен Б., Кронберг Б., Линдман Б. Поверхностно-
активные вещества и полимеры в водных растворах – М.: Изд-во «БИНОМ. Лаборатория знаний», 2007. – 528 с.
2.
Ланге К.Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ,
применение. С-Пб.: изд-во «Профессия», 2007. – 240 с.
3.
Петров Н.А., Измухамедов Б.С. Катионные ПАВ – Эффективные инги-
биторы коррозии в технологических процессах нефтегазовой промышленности. –
С.-Пб.: Недра, 2004. – 250 с.
4.
Физико-химические свойства нефтяных дисперсных систем и нефтега-
зовые технологии. – Москва – Ижевск: Ин-т комп. технологий, 2007. – 579 с.
5.
Паниди И.С., Трофимов В.А., Лыков О.П. Химия и технология произ-
водства поверхностно-активных веществ. Лабораторный практикум. Учебное пособие. –М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2004.136 с.
5.2. Средства обеспечения освоения дисциплины
Специальные средства освоения дисциплины - компьютерная лабораторный
практикум по получению ПАВ.
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным
стандартом высшего профессионального образования по направлению 240400 "Хи-
8
мическая технология органических веществ и топлива" подготовки инженеров специальности 240401 "Химическая технология органических веществ".
Составители программы:
доцент, к.х.н.
Зав. кафедрой ТХВ, проф.
Л.И.Толстых
М.А.Силин
Программа одобрена методической комиссией факультета химической технологии и
экологии.
Председатель методической комиссии ФХТиЭ,
профессор
В.А.Широков
Начальник УМУ, профессор
А.Д.Макаров
9