ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Полимеризация в растворе из "Инженерные методы расчета процессов получения и переработки эластомеров" Системы полимеризации могут находиться в различных агрегатных состояниях, что существенно отличает и друг от друга. Наиболее старый способ полимеризации — полимеризация в массе, затем был разработан прием полимеризации из газовой фазы на твердом катализаторе. Однако эти методы в настоящее время либо вообще не реализуются, либо имеют подчиненное значение. В промышленности синтетических каучуков в широких масштабах применяют два метода 1) полимеризация в растворах в присутствии гомогенного или гетерогенизованного катализатора и 2) полимеризация в эмульсии в присутствии водо- или маслорастворимых инициаторов. Эти две системы будут подробно охарактеризованы и рассмотрены ниже как объекты инженерных расчетов. [c.5] Полимеризация в растворе — важнейший прием, используемый для синтеза каучуков общего назначения. Как известно, к таким каучукам прежде всего относятся полиизопреновые и полибутадиеновые каучуки путем полимеризации в растворе получают также этилен-пропиленовые каучуки, бутилкаучук и некоторые другие. Полимеризация в растворе находит широкое применение и в производстве полимеризационных пластмасс. Таким образом, этот процесс имеет общее назначение. [c.5] Полимеризаторы должны рассчитываться и конструироваться с учетом упомянутых выше особенностей перерабатываемых материалов. Таким образом, инженерный расчет систем полимеризации в растворе должен включать определение количества полимеризаторов в батарее и расчет полимеризатора. [c.6] Особенности процесса полимеризации в растворе, в частности высокая вязкость среды, достигаемая к концу процесса, потребовали решения ряда конструктивных проблем. Выяснилось, что обычные перемешиваюш,ие устройства (рамные, пропеллерные,. лопастные, турбинные мешалки) мало эффективны. При их использовании возникает значительный пристенный слой полимеризата, создающий большое сопротивление теплопередаче. Поэтому в отечественной промышленности применяют полимеризаторы со скребковыми мешалками (рис. 1.1). В некоторых случаях, о которых будет сказано дальше, пользуются аппаратами других конструкций. [c.6] Закономерности процесса полимеризации. К числу закономерностей, необходимых для характеристики процесса полимеризат ции и, следовательно, для его расчета, относятся кинетика процесса, гидродинамика процесса перемешивания и теплопередача в полимеризаторах. [c.6] Процесс полимеризации с кинетической точки зрения является сложным многостадийным. Скорость полимеризации зависит от концентрации мономеров, температуры, концентрации катализатора, переменной вязкости раствора. Математическое описание процесса обычно сложно, и его использование при расчетах возможно с применением ЭВМ. Однако есть упрощенные зависимости, которыми можно пользоваться. [c.6] В настоящее время при проектировании применяются кинетические данные, полученные на лабораторных, а иногда на полупромышленных или промышленных установках, в виде графических зависимостей. Такой метод проектирования является наиболее распространенным. Вместе с тем только расчеты на основе кинетических данных и соответствующих математических описаний позволяют рассчитать все необходимые параметры процесса с высокой надежностью. Подробности по этому вопросу изложены в монографии [1 ]. [c.6] Гидродинамические расчеты процесса полимеризации заключаются в определении времени, необходимого для достижения определенной степени гомогенности смеси, и мощности, затрачиваемой на смешение. В свою очередь эта мощность диссипируется в тепловую энергию и, таким образом, оказывает влияние на тепловые процессы. Поэтому зависимости для расчета мощности необходимы не столько для подбора электродвигателя, сколько для расчета теплообмена. [c.6] При перемешивании высоковязких жидкостей при НЮ = 1 получены коэффициенты уравнения (1.4), пред ставленные в табл. 1.1. [c.7] Для синтеза бутилкаучука используется многотрубный полимеризатор. Процессы теплоотдачи в таком аппарате зависят от скорости циркуляции раствора, которая в свою очередь зависит от гидравлического сопротивления циркуляционного контура. Исследование гидравлического сопротивления циркуляционного контура полимеризатора бутилкаучука было проведено с использованием растворов бутилкаучука концентрацией до 10 % (масс.) [6]. Экспериментальные данные представлены в виде графических зависимостей и позволяют рассчитывать скорость циркуляции жидкости при различных температурах и различной концентрации полимера в растворе. [c.8] Шнековые мешалки с направляющей трубой (рис. 1.2) позволяют создать организованную циркуляцию высоковязкой жидкости в объеме аппарата. Кроме крутящего момента на валу мешалки возникает также осевое усилие, определяющее создаваемый напор жидкости, необходимый для ее циркуляции. [c.8] Кратность циркуляции жидкости рассчитывается следующим образом [8]. [c.10] Даже слабоконцентрированные растворы высокомолекулярных соединений обладают неньютоновскими свойствами, тогда как для высококонцентрированных растворов неньютоновские свойства выражены более сильно. Растворы низкомолекулярных каучуков и сами жидкие каучуки имеют ньютоновские свойства. Поэтому для процессов полимеризации необходимо рассматривать закономерности теплоотдачи от маловязких и высоковязких жидкостей. [c.11] Конструкция применяемой мешалки зависит от вязкости жидкости. При малой вязкости применяются якорные мешалки, а при большой вязкости — скребковые. Кроме якорных при малой вязкости возможно применение лопастных, пропеллерных и турбинных мешалок, однако наиболее высокое значение коэффициента теплоотдачи достигается при использовании якорных мешалок [9-11]. [c.11] Например, указывается [12], что при концентрации каучука в растворе до 10 % (масс.) возможно применение турбинных мешалок, а при концентрации каучука более 10 % (масс.) эффективными оказываются только скребковые мешалки. Численные значения коэффициента теплоотдачи невысоки. Так, при исследовании теплоотдачи к 10 % растворам каучука СКИ [13 в аппарате диаметром 310 мм при п = 100- -1500 мин для различных мешалок получены значения коэффициента теплоотдачи 20—100 Вт/(м -К). При этом чем выше вязкость раствора, т. е. чем выше концентрация каучука в растворе, тем ниже значения коэффициента теплоотдачи. [c.11] При изучении теплоотдачи от вязких жидкостей в качестве модельной используется силиконовая жидкость и карамельная патока, обладающие ньютоновскими свойствами при низких значениях молекулярной массы и неньютоновскими свойствами при высоких значениях молекулярной массы, водные растворы карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), имеющие неньютоновские свойства. [c.12] В уравнении (1.11) используется значение эффективной вязкости. Правомерность использования эффективной вязкости при описании теплообмена подтверждена экспериментально [15]. [c.12] При увеличении частоты вращения повышается коэффициент теплоотдачи, но одновременно возрастает диссипация энергии, т. е. количество теплоты, выделяющейся при перемешивании. В результате этого график зависимости эффективного коэффициента теплоотдачи от частоты вращения мешалки проходит через максимум. При этом чем выше вязкость жидкости, тем ниже частота вращения, соответствующая максимальному значению коэффициента теплоотдачи. [c.12] Для 2-образной мешалки получена оптимальная частота вращения 50—70 мин при вязкости жидкости 20—70 Па-с [16], а для рамной, коническо-цилиндрической и ленточно-геликоидаль-ной мешалок — 30—40 мин при вязкости жидкости 12—20 Па с [17]. Невысокие значения коэффициента теплоотдачи получаются при перемешивании вязких жидкостей любыми мешалками [18, 19]. [c.12] ЖИДКОСТИ к стенке. В то же время сила прижатия должна быть небольшой во избежание быстрого износа скребка. [c.13] Вернуться к основной статье