ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Закономерности теплообмена в скребковых агапаратах из "Реакционная аппаратура и машины заводов" Полимеризация в растворе в настоящее время стала основным вариантом процесса полимеризации в производстве синтетических каучуков. Это связано с тем, что только в сухом неводном раство-рителе возможно осуществление полимеризации под влиянием комплексных катализаторов (катализаторы Циглера-Натта и подобные системы) с получением стереорегулярных каучуков типа СКИ (полиизопреновый), СКД (полидивиниловый), а также этиленпропиленовых сополимеров (СКЭП, ЭПТ). Кроме того, только в неводных и неполярных растворах возможна полимеризация в присутствии катионных катализаторов А1С1з и ВРз, применяемых, соответственно, в производствах бутилкаучука и полиизобутилена. Следует отметить, что полимеризация в растворах может проводиться не только при повышенных температурах, но и при весьма низких (до —100°С в производстве полиизобутилена), что полностью исключено для эмульсионных методов. [c.180] Для получения низкомолекулярных каучуков полимеризацией в растворах можно использовать типовые аппараты с мешалками. Для высокомолекулярных каучуков, вязкость растворов которых высока, применяют более сложные аппараты. [c.181] Разновидностью трубчатого аппарата является полимеризатор для синтеза бутилкаучука (рис. 7.4). Бутилкаучук получают совместной полимеризацией изобутилена с изопреном (1,5—4,5%). Так как скорости полимеризации изобутилена и изопрена различны, то при проведении процесса в реакторе периодического действия реакционная смесь постепенно будет обедняться изобутиленом, скорость полимеризации которого больше, чем скорость полимеризации изопрена. В результате получаемый полимер будет представлять собой смесь частиц с различным содержанием изопрена, что нежелательно. Для получения полимера с постоянными свойствами процесс следовало бы вести в проточном реакторе идеального смешения, в котором поддерживается постоянная концентрация реагентов. В полимеризаторе, показанном на рис. 7.4, приближение к идеальному смешению обеспечивается тем, что циркуляция реагентов внутри аппарата значительно превышает внешнюю циркуляцию, т. е. объемную скорость прокачки реагентов через аппарат. Для интенсивной внутренней циркуляции реагентов предусмотрен осевой насос 4 (пропеллерная мешалка). Для интенсивного отвода тепла, выделяющегося при проведении реакции, аппарат имеет встроенный охлаждаемый трубный пучок 3. [c.182] Верхнее и нижнее днища аппарата снабжены рубашками. Хладагент (жидкий этилен с температурой —104 °С) проходит последовательно рубашку нижнего днища, межтрубное пространство корпуса и рубашку верхнего днища. Помимо основной функции— перемешивания системы и интенсификации теплообмена — мешалка обеспечивает турбулентный режим движения, что способствует уменьшению налипания полимера на внутренние поверхности аппарата. Однако полностью избежать этого налипания не удается и через 20—60 ч работы аппарат останавливают на чистку от полимера путем растворения в чистом углеводородном растворителе при работающей мешалке. [c.182] Циркуляционный контур состоит из центральной циркуляционной трубы 2 и периферийных контактных трубок 3. В периферийных трубках смесь охлаждается, при естественной конвекции она будет двигаться вниз. Направление вынужденной конвекции, создаваемой мешалкой, совпадает с направлением естественной конвекции, и в центральной трубе смесь движется вверх, а в периферийных трубках — вниз. [c.182] Наиболее распространенным типом аппарата для полимеризации Б растворе является аппарат скребкового типа, применяемый в тех случаях, когда полимеризат получается со значительной вязкостью. [c.183] Применение дополнительных встроенных поверхностей теплообмена также является неэффективным, поскольку при этом уменьшается интенсивность перемешивания и образуются застойные зоны. [c.183] Для обеспечения достаточного теплообмена от вязких жидкостей используют якорные и скребковые мешалки. Зазор между стенкой аппарата и якорной мешалкой составляет 3—10 мм. Скребковые мешалки прижимаются к внутренней поверхности и снимают слой жидкости, прилипающий к стенке аппарата. [c.183] Скребковый полимеризатор (рис. 7.6), применяемый для синтеза каучуков СКД и СКИ, имеет цилиндрический корпус I с охлаждающей рубашкой и днищем и крышку 5, на которой смонтирован привод 6. Внутри корпуса на вертикальном валу 4 размещена рама 3, на которой закреплены несколько рядов (2—8) скребков 2. На крышке имеется штуцер для подвода исходных компонентов. В нижней части корпуса расположен штуцер для отвода реакционной смеси. [c.183] Наиболее распространены скребковые устройства с упругими элементами. Такое устройство состоит из собственно сйребка, несущей рамы и упругих элементов, соединяющих скребок с рамой. В полимеризаторах применяются скребки, имеющие в качестве упругих элементов металлические стержни из пружинной стали (рис. 7.9). Соединение стержней с рамой и скребком осуществляется с помощью цанговых зажимов. Это позволяет легко выполнять разборку-сборку скребкового устройства. Лезвие скребка изготовляется из фторопласта. [c.184] Скребково-дисковый полимеризатор, имеющий встроенные теплообменные поверхности з виде горизонтальных дисков, ометае-мых скребковыми мешалками с двух сторон, представлен на рис. 7.12. Диски имеют такую форму, что половина из них образует кольцевой зазор с корпусом аппарата, а другая половина — с валом перемешивающего устройства. Диски чередуются друг с другом, вследствие чего реакционная смесь в аппарате движется последовательно от центра к периферии и наоборот. Корпус аппарата набирается из отдельных коротких обечаек, которые герметично стягиваются вертикальными тягами. Крепление дисков в корпусе аппарата представлено на рис. 7.13. [c.187] Диски удерживаются с помощью центрующих болтов и двух штуцеров с конической резьбой, служащих для подвода и отвода хладагента. [c.187] Кроме рассмотренных трубчатых и скребковых аппаратов для полимеризации в растворах находят применение ленточные и шнековые полимеризаторы. Оба вида аппаратов используют в настоящее время для синтеза полиизобутилена. [c.187] Ленточный полимеризатор (рис. 7.14) в качестве основного рабочего органа имеет бесконечную стальную ленту, натянутую на два барабана. Один барабан неподвижен и является приводным, другой имеет возможность перемещаться вдоль оси полимеризатора с целью натяжения ленты. Толщина ленты 0,25 мм, ширина 350 мм. Общая длина полимеризатора 10 м. В средней части аппарата между барабанами установлен на кронштейне лоток, вследствие чего верхняя ветвь ленты принимает лоткообразную форму, в которой хорошо удерживается реакционная смесь. [c.187] При вращении червяка реакционная смесь, состоящая в основном из готового каучука и остатков мономера, движется вперед. Реакция полимеризации при это.м продолжается. Полимер попадает затем в вакуумную коробку, из которой отводятся газообразные продукты Окончательное удаление газообразных продуктов (дегазация каучука) осуществляется в специальной дегазационной машине, стоящей после полимеризатора. [c.190] Поскольку в вакуумной коробке вместе с газообразными продуктами захватываются частицы каучука, для улавливания этих частиц устанавливается специальный червячный крошкоуловитель (рис. 7.16). Крошкоуловители других типов постепенно забиваются, а червячный аппарат является самоочищающимся. Уловленную крошку он возвращает в червячную машину. [c.190] Основным типом аппаратов для полимеризации в растворе являются полимеризаторы скребкового типа. Как правило, их соединяют в батареи (рис. 7.17), что позволяет обеспечить режим движения реагентов, близкий к идеальному вытеснению, и дифференцированный тепловой режим. Для уменьшения тепловыделений в начальных аппаратах батареи реагент (мономер) можно подавать дробно, например, в первый, третий, пятый аппарат и в любых других комбинациях. [c.190] В аппаратах скребкового типа, предназначенных для обработки высокойяз-ких жидкостей, конвекция практически отсутствует, поэтому передача тепла осуществляется в основном теплопроводностью. Слой полимеризата, прилегающий к стенке аппарата, за период между двумя последовательными прохождениями скребка несколько охлаждается, а затем в результате перемешивающего действия скребка температура пристеноч ного и центрального слоев усредняется и у стенки аппарата опять оказывается нагретый слой полимеризата. [c.190] Условиям (7.2) соответствует ломаная лйняя (рис. 7.18,а). Через некоторой время слои полимера, прилегающие к стенке, будут иметь профиль температуры с участком в виде плавной кривой, изображенной на рис. 7.18,6. [c.191] Вернуться к основной статье