химический каталог




Энциклопедия полимеров. Том 2 (Л-Полинозные волокна)

Автор главный редактор В.А.КАБАНОВ

в процесса в реакторах различного типа с учетом физич. и теплофизич. свойств среды; в) сравнение экономич. показателей процесса.

Переход от периодич. режима полимеризации к непрерывному связан с изменением ММР продукта и нек-рым уменьшением степени превращения мономера, а также с усложнением аппаратуры. Однако непрерывный процесс позволяет получать продукты более однородные по свойствам, применять эффективные методы автоматизации и контроля, повышать производительность при тех же объемах реакторов. Поэтому для реакторов первых 3 типов (см. выше) явно наметилась тенденция к переходу на непрерывные режимы и созданию высокопроизводительных, полностью автоматизированных агрегатов большой мощности.

Сложность выбора оптимального типа реактора связана со многими причинами: недостаточным знанием макрокинетики процессов, допустимостью изменений свойств продуктов в достаточно широком диапазоне, недостатком данных по связи структуры полимеров с их свойствами. Это приводит к тому, что для каждого конкретного процесса существует несколько вариантов аппаратурного оформления, обеспечивающих примерно равный экономич. эффект при сопоставимом качестве продуктов.

Так, в производстве полиэтилена при высоком давлении используют трубчатые реакторы и автоклавы с мешалками (см. Этилена полимеры). В первом случае большая длительность пребывания реакционной массы в аппарате, наличие градиента темп-р по длине реактора и большая поверхность теплообмена обеспечивают увеличение степени конверсии мономера при более широком ММР продукта. Во втором случае теплосъем через стенку практически равен нулю, и реактор работает в автотермич. режиме с очень малыми временами удерживания реакционной массы. Стационарность достигается вследствие непрерывного подвода холодного этилена. Благодаря малому градиенту темп-р и концентраций получают продукт с более узким ММР. Однако свойства продуктов, получаемых в обоих случаях, достаточно близки друг к другу (за счет превалирующего влияния разветвленности макромолекул и плотности, к-рые мало зависят от типа реактора, на технологич. и физико-химич. свойства полиэтилена по сравнению с влиянием ММР).

Сказанное выше справедливо и применительно к процессам получения полистирола и сополимеров стирола методом П. в м., где применяют каскад реакторов смешения или комбинированный процесс в неизотермич. условиях (с контролируемым или адиабатич. подъемом темп-ры на завершающей стадии процесса). Из анализа кинетики следует, что при непрерывном режиме полимеризации в каскаде реакторов со ступенчатым подъемом темп-ры на каждой ступени каскада будет получаться продукт с мультимодальным ММР. Более плавное изменение температуры в реакторах колонного типа приводит к получению продуктов с относительно широким унимодальным ММР (см. также Стирола полимеры). Оба типа продуктов достаточно близки друг к другу по технологическим и физико-химическим

Свойствам, что оправдывает параллельное развитие обоих типов процесса.

Применение периодич. режимов при полимеризации в форме обусловлено необходимостью получать твердые продукты с конечной глубиной превращения, близкой к 100%. Этого достигают за счет относительно большого времени полимеризации. Однако, если необходимо получить продукт в виде тонкого слоя (покрытия), то процесс удается осуществить непрерывно и с высокой скоростью. Так, фотоинициированная полимеризация акрилатов с образованием сшитого полимера протекает за несколько сек.

Технологический расчет реактора

Технологич. расчет реактора для П. в м. включает составление материального и теплового балансов, расчет молекулярной структуры продукта на основании кинетич. данных, а также расчет нек-рых специфич. технологич. параметров процесса (величины частиц полимера, уд. поверхности, скорости налипания пленки полимера на стенки аппаратуры и др.).

Объем, конечная глубина превращения мономера и произзодительность реактора рассчитываются по кинетич. данным (на основании установленных зависимостей скорости реакции от концентрации реагентов и темп-ры). Оптимальная глубина превращения мономера зависит от кинетич. констант процесса, теплоты полимеризации, теплофизич. и гидродинамич. свойств среды, а также от экономич. факторов. При ионной полимеризации и сополимеризации гетероциклов методом П. в м. (капролактам, триоксан с окисью этилена или с диоксо-ланом) низкие теплоты полимеризации и высокие скорости процесса позволяют вести реакцию почти до 100%-ной конверсии. В то же время при полимеризации этилена тепловой эффект и скорость реакции столь велики, а возможности теплоотвода при высоком давлении столь ограничены, что глубина превращения мономера за один проход этилена через реактор не превышает 12—20%.

При разработке технологии полимеризации и сополимеризации стирола долгое время стремились достигнуть глубины конверсии, близкой к 100%, т. к. в этом случае необходимо получать продукты с предельно низким содержанием мономера. Увеличение продолжительности процесса на последней стадии, когда концентрация мономера минимальна, приводила к снижению производительности. Более выгодным оказалось вести процесс с высокой скоростью до конверсии порядка 75—95% , а непрореагировавший мономер удалять из продукта под вакуумом.

Среднюю степень полимеризации, ММР и степень разветвленности (или прививки в случае сополимеризации) можно рассчитать на основе известной кинетич. схемы процесса (см. также Радикальная полимеризация, Молекулярно-массовое распределение).

Для расчета теплопередачи в процессе П. в м. используют эмпирич. зависимости для реакторов различного типа в критериальной форме.

В трубчатых реакторах на начальном участке режим течения мономера турбулентный и коэфф. теплоотдачи а можно рассчитать по ур-нию Крауссольда:

Nu = 0,024 Re0-8 Рг0-35

где Nu—критерий Нуссельта Nu = ad/A., d — диаметр, X — коэффициент теплопроводности; Re — критерий

Рейнольдса Re = Wd/ч, W — скорость, v = -j-, [х — коэффициент внутр. вязкости, р — плотность; Рг — критерий Прандтля Рг = \/а, а — коэффициент температуропроводности.

При высоких степенях конверсии мономера режим течения среды становится ламинарным. При условии стабилизации гидродинамического потока ПЯРТТ™™™

радиус трубы,

ние скоростей по сечению трубы описывается параболическим законом Пуазейля:

где W0 — скорость в центре трубы, R

Wr — скорость в точке на расстоянии г от центра трубы.

Для неньютоновских сред в широком интервале значений критерия Пекле Ре = Wd/a при 1<Ре > 50,

где L — длина, критерий Нуссельта определяется по эмпирич. ф-лам, к-рые приводятся в специальной литературе. Отсутствие надежных расчетных данных по теплообмену в высоковязких средах приводит к тому, что расчеты коэфф. теплопередачи для реакторов в основном базируются на экспериментальных данных, получаемых при исследовании моделей и опытных реакторов.

Более подробно изучен теплообмен в реакторах смешения. Для маловязких сред при турбулентном режиме перемешивания коэфф. теплоотдачи можно определить по ф-ле:

Nu = К Re0-67 Рг'/з (VICT)0'14

где т)ст — вязкость у стенки реактора, К — коэффициент, зависящий от конструкции мешалки и геометрии аппарата.

Для высоковязких неньютоновских сред применяют аналогичные ф-лы; показатели степени зависят от типа перемешивающего устройства.

Для расчета коэфф. теплоотдачи суспензии (гетерогенная П. в м.) предложена след. зависимость:

= (1 - Соб)а/3

яж

где ас — коэфф. теплоотдачи суспензии, аж — коэфф. теплоотдачи жидкой фазы в данном режиме перемешивания, C0q— объемная доля твердых частиц, а — коэффициент, зависящий от формы и плотности частиц; для рыхлых частиц а = 10—15.

При расчете теплового баланса реактора важное значение имеют вопросы динамики, устойчивости теплового режима процесса и др. При П. в м. возможности

Ом

регулирования теплового режима весьма ограничены (по сравнению с полимеризацией в р-ре или в суспензии) и опасность теплового взрыва вследствие автотермич. разогрева весьма велика.

Наглядно устойчивость выбранного температурного реГрафик зависимости теплоотвода (/) и тепловыделения (2) от температуры процесса: QM — тепловой эффект, соответствующий максимальной степени превращения; точки М', М" и М'" отвечают стационарным состояниям работы реактора.

жима процесса можно оценить при графич. решении ур-ний материального и теплового балансов реактора. Скорость теплоотвода через стенку линейно возрастает с увеличением темп-ры (см. рисунок). Зависимость тепловыделения от темп-ры имеет более сложный характер, т. к. скорость реакции возрастает экспоненциально. Точке М'" соответствует предельная конверсия мономера. Возможные побочные реакции, напр. разложение мономера, в приведенной на рисунке схеме не учтены.

Стационарный режим процесса будет достигнут в том случае, если скорости теплоотвода и тепловыделения

1 будут равны (точки пересечения кривых на рисунке).

' В общем случае это может произойти при 3 различных температурах: 7", Т",Т'". Состояние, отвечающее точке М", неустойчиво, поскольку при незначительном увеличении темп-ры количество выделившегося тепла резко возрастет. Анализ этой схемы позволяет с учетом всех ограничений выбрать режим устойчивой работы реактора.

Математическое моделирование процесса

Нек-рые процессы П. в м. и прежде всего полимеризация этилена и стирола представляют большой интерес как объекты математич. моделирования. Обычно при разработке нового технологич. процесса полимеризации центр тяжести исследований приходится на опытные установки различного масштаба, где исследуются различные режимы работы, проверяется влияние типа реактора и его размеров. Переход к промышленному производству осуществляется путем последовательной проверки процесса (и свойств соответствующего продукта) на установках все более крупного масштаба. Очевидно, что такой метод моделирования процесса связан с большими затратами времени и средств.

Теоретически возможно заменить физич. эксперимент на установках математич. расчетами на ЭВМ. Для этого необходимо построить математич. модель процесса, к-рая представляет со

страница 248
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291

Скачать книгу "Энциклопедия полимеров. Том 2 (Л-Полинозные волокна)" (22.63Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
купить профнастил в г.вад
замена гофры глушителя в сао
салон ванн москва
RDA-562

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(03.12.2016)