химический каталог




Энциклопедия полимеров. Том 2 (Л-Полинозные волокна)

Автор главный редактор В.А.КАБАНОВ

рубчатого или колонного типа, работающие по принципу вытеснения. Периодич. процессы осуществляют обычно в единичных реакторах объемом до нескольких м3, часто в не-изотермич. (переменных) темп-рных режимах. Для ведения непрерывных процессов используют каскады последовательно соединенных аппаратов, работающих при одинаковых или различных темп-рах. Такая технологич. схема обусловлена малыми степенями превращения реагентов в одном реакторе смешения непрерывного действия.

П. в р. с использованием газообразных мономеров осуществляют в реакторах смешения полупериодич. или непрерывного действия. В первом случае в реактор периодически загружают растворитель и возбудитель полимеризации, а мономер подают непрерывно с постоянной скоростью до получения расчетного количества продукта, после чего процесс прерывают.

Тепловой режим в реакторе регулируют, используя теплообмен через рубашку аппарата, встроенные змеевики или специальные поверхности, в к-рых циркулирует теплоноситель. Более эффективный способ поддержания изотермич. режима — отвод тепла за счет испарения части растворителя и (или) мономера из реакционной зоны (т. наз. автотермический режим процесса). Таким способом ведут П. в р. этилена, пропилена, изобутилена, характеризующиеся большими тепловыми эффектами. Темп-ру процесса в этом случае можно регулировать, подбирая растворитель с определенной темп-рой кипения (используют, напр., смеси растворителей) или соответствующим образом регулируя давление в реакторе. Другой распространенный способ поддержания автотермического режима в реакторе непрерывного типа — использование тепла реакции на подогрев исходной смеси в реакторе смешения.

Образовавшийся продукт отделяют от реакционной среды (там, где это требуется) обычными для химич. технологии методами. При гетерогенной П. в р.— это фильтрация, центрифугирование, реже отгонка растворителя под вакуумом или перегонка с острым паром. Следы катализатора и растворителя полимера удаляют из полимера путем промывки легколетучими растворителями или водой. Порошкообразные продукты сушат в сушилках различного типа (вакуумных, в псевдоожиженном слое и др.).

Как правило, продукты, полученные в результате ионной П. в р., содержат сорбированные или химически связанные катализаторы, к-рые отрицательно влияют на физико-химич. свойства полимеров. Поэтому катализатор, содержащийся в продукте, разлагают или нейтрализуют с помощью какого-либо химич. агента и затем отделяют путем промывки водой или растворителем. Такая обработка полимеров требует значительных затрат и повышает себестоимость продукции. Возможный способ преодоления этих трудностей — подбор высокоактивных катализаторов, которые можно применять в столь малых концентрациях, что они, оставаясь в продукте, не окажут влияния на свойства полимеров.

Расчет реактора. При расчете реакторов смешения, предназначенных для проведения П. в р., обычно используют модель аппарата «идеального смешения». В первом приближении это означает, что молекулы, подведенные ко входу в реактор, в след. момент с равной вероятностью могут оказаться в любой точке реакционного объема. Отсюда следует, что состав смеси на входе в реактор претерпевает мгновенное изменение и на выходе из реактора состав такой же, как и во всем объеме. В реальных полимеризационных реакторах при малой вязкости среды и интенсивном перемешивании отклонения от идеальной модели невелики. Критерием «идеальности» для реактора непрерывного действия является распределение элементов среды по временам пребывания (динамич. характеристика реактора). Для модели «идеального смешения» распределение по временам пребывания представляет собой экспоненциальную зависимость:

Х = Х0е~УГ (3)

где X — концентрация индикатора (нейтральное вещество, используемое для анализа режима работы реактора) на выходе из реактора, Х0 — начальная концентрация индикатора, введенного в реактор практически мгновенно (т. наз. импульсный ввод), t — время, соответствующее X, т — среднее время пребывания в реакторе (т = V/G, где V — объем жидкой фазы в реакторе, G — объемная скорость движения потока через реактор при стационарном режиме).

Изменяя режим работы перемешивающего устройства, объем жидкой фазы, конструкцию аппарата, во многих случаях можно добиться удовлетворительного приближения к режиму идеального смешения. Это позволяет с достаточной точностью при кинетич. расчете пользоваться значением среднего времени пребывания реакционной массы в аппарате. Существуют приближенные методы, позволяющие описать «неидеальный» аппарат с помощью набора идеальных моделей, работающих последовательно и параллельно. Прямой расчет кинетики процесса на основании кривой распределения по временам пребывания для реакций не нулевого и не первого порядков — неопределенная задача, если не определен характер массообмена между элементарными объемами внутри реактора.

Для кинетич. расчета проточного реактора смешения необходимо располагать ур-ниями брутто-кинетики процесса (ур-ниями скорости и средней степени полимеризации как функциями выхода полимера или концентрации мономера). Для расчета ММР продукта необходимо иметь более полную кинетич. информацию о механизме процесса (см. Молекулярно-массовое распределение). Расчет производительности реактора основан на решении ур-ний материального баланса. Для стационарного режима:

GM0 = GMX + VW (4)

где М0 и Мх — соответственно молярная концентрация мономера на входе и выходе из реактора, W — скорость расхода мономера, определяемая кинетич.

905

ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ В РАСТВОРЕ

90Ь"

(5)

ур-нием. Аналогичное ур-ние материального баланса можно составить для возбудителя полимеризации. Третье ур-ние можно получить для продукта, однако оно будет зависимым. Поскольку в результате полимеризации плотность реакционной смеси р изменяется, часто удобно ур-ние материального баланса выразить через скорость превращения. Для мономера имеем:

mG0 M0=G0 — MX + mVW Pi

где p0 и pt — соответственно начальная и конечная плотность среды, т — мол. масса мономера, G0 — скорость движения потока на входе в реактор. Совместное решение ур-ний материального баланса для мономера, возбудителя полимеризации и соответствующих кинетич. ур-ний скорости расхода этих реагентов позволяет при заданных значениях скорости подачи и объема реактора рассчитать его производительность и наоборот.

Для реакции первого порядка, скорость к-рой равна dMldt = АэффМ, стационарная концентрация Мх (из ф-лы 4) определяется выражением:

Мх = М° - (6)

Чем больше т, тем ниже Мх, тем больше выход полимера, но ниже скорость превращения и, следовательно, производительность реактора.

(7)

Для расчета теплового режима реактора (см. Полимеризация в массе) решается ур-ние теплового баланса. Скорость выделения тепла определяется тепловым эффектом АН и скоростью реакции:

= — AHVW

dt

M0k„e

Подставляя Мх из ф-лы (6) и учитывая зависимость скорости П. в р. от темп-ры, получаем

(8)E/RT

УДЯ

dt ~~ 1 + ft, те-Е/ДГ

При т = const dQn/dt растет с увеличением темп-ры до тех пор, пока длительность реакции не станет меньше т.

Для высоковязких сред нужно учитывать также тепло, образующееся в результате перехода механич. энергии в тепловую при перемешивании среды (тепло дессипации). Эффективное управление тепловым режимом реактора возможно тогда, когда производная от скорости отвода тепла по температуре выше аналогичной производной для скорости выделения тепла. Это необходимое условие устойчивости режима работы аппарата.

При непрерывном режиме П. в р. каскад последовательно соединенных реакторов смешения имеет меньший суммарный объем, чем одноступенчатый реактор, при одинаковой производительности и степени превращения. Для расчета каскада реакторов смешения составляют материальный баланс каждой ступени. Существуют специальные графич. методы расчета числа ступеней каскада изотермич. реакторов смешения для достижения заданной производительности при известном объеме единичного реактора. В общем случае применяют численные решения, используя ЭВМ. Хотя экономич. эффект (выигрыш в капитальных затратах) будет снижаться при очень большом числе ступеней, на практике для медленных процессов П. в р. используют каскады из 20 и более реакторов смешения (напр., при синтезе каучуков).

Принципиальное отличие расчета полимеризацион-ного реактора от расчета обычного химич. реактора состоит в необходимости учета мол. массы, ММР и структурных параметров образующегося продукта. Мол. масса продукта в одноступенчатом реакторе смешения проточного типа определяется стационарной концентрацией реагентов согласно ур-нию Р = = f([M\,[A*]) для конкретного механизма П. в р. и темп-рой. Для каскада реакторов смешения Р получают путем усреднения выходов и мол. масс для всех ступеней каскада. ММР полимера рассчитывают на основании кинетич. модели П. в р. с учетом элементарных стадий. Для одноступенчатого реактора смешения механизм, включающий быстрое инициирование и медленный обрыв цепи, будет приводить к получению полимера с относительно широким ММР (большому значению отношения Mw/Mn). Наоборот, медленное инициирование и быстрый обрыв цепи будут приводить к относительно узкому ММР. При образовании живущих полимеров в реакторе периодич. действия получают

продукт с отношением Мю1Мп близким к единице. Расчет процесса для реактора смешения проточного

типа дает MyjMn= 2. Сужения ММР можно достичь, применяя каскад последовательно соединенных реакторов смешения. В этом случае MjMn =1+—, где п — число реакторов в каскаде.

При кинетич. расчете реактора смешения периодич. действия выход продукта определяют, интегрируя по времени ур-ние скорости реакции, а конечную мол. массу — интегрируя ур-ние зависимости степени полимеризации от времени (или выхода продукта). Часто в периодич. процессах темп-ру повышают по мере расходования мономера, чтобы скомпенсировать снижение скорости реакции. В этом случае вышеуказанные ур-ния решают совместно с ур-ниями зависимости выхода и мол. массы от темп-ры.

Расчет реактора вытеснения непрерывного действия (трубчат

страница 250
< 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
http://taxiru.ru/magnitnyie-nakladki/
litened 50-25 g1.22-0.37х30
106187
спасибо за благотворительную помощь

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
(22.07.2017)