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