Способ контроля качественных параметров процессов растворной полимеризации диенов

 

Изобретение относится к контролю качественных параметров процесса полимеризации диенов в растворе, средневязкостной молекулярной массы и полидисперсности. Изобретение позволяет повысить достоверность определения молекулярной массы полимера и обеспечивает возможность определения его полидисперсности в процессе растворной полимеризации в каскаде последовательно соединенных трубопроводом реакторов измерением физических показателей раствора , полимера с последующей математической обработкой получаемой информации , причем одновременно измеряют Концентрацию полимера в реакторе, активную мощность затрачиваемую на перемешивание , перепад давления и плотность среды на трубопроводе, соединяющем соседние реакторы каскада. 2 табл., 1 ил. Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4477893/05 (2:2) 09.07..88 (4.6) 15,06.92.Бюл,N. 22 (71) Московский химико-технологический институт им.Д.И.Менделеева и Воронежский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института синтетйческого ( каучука.им. С; B,Лебедева . (72).Б.П.Бухонов, С.ГЛихомиров, B,В.Кафарое, B.Н.Ветохин, А.В.Бондарев, А.С.Дстрин и ВМ.Курицин (56) Авторское свидетельство СССР N.

460797, кл, G 01 N 11/02. 1978.

Дрейзин В;Э., Максимов Ю,А. Автоматизаций непрерывного определения молекулярного веса полимера. В сб.

Оборудование, его эксплуатация, ремонт и защита от коррозии в химической промышленности. Вып,4.М.: НИИТЭхим, 1970. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВЕННЫХ

ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССОВ РАСТВОРНОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ДИЕНОВ .

Изобретение относится к промышлен. ности синтетического каучука, а именно: к области контроля качественных параметров процесса полимеризации в растворе, средневяакостного молекулярного веса и полидисперсности.

Целью изобретения является повышение достоверности определения молекулярного веса полимера и обеспеченйе определения его полидисперсности, П р.и м е р 1. Полимеризация бутадиена.

Производство каучука С Д организовано полимеризацией в растворе в присутствии катализаторов Циглера-Натта, В качестве мономера используют бутадиен, „„5U„„1741113 А1

s G 05 D 27/00, С 08 F 136/04 (57) Изобретение относится к контролю качественных параметров: процесса полимеризации диенов. в растворе, средневязкостной молекулярной массы и полидисперсности. Изобретейие позволяет повысить достоверность определения молекулярной массы полимера и- обеспечивает возможность определения:его полидисперсности в процессе растворной полимеризации в каскаде последовательно соединенных трубопроводом реакторов измерением физических показателей раствора, полимера с последующей математической обработкой получаемой информации, причем одновременно измеряют концентрацию полимера в реакторе, активную мощность затрачиваемую. на перемешивание, перепад давления и плотность среды на трубопроводе, соединяющем соседние реакторы каскада. 2 табл., 1 ил. 4 растворителем является толуол, бензин и.. Ь т.д. ай

На чертеже представлена схема контроля качественных параметров процессов а растворной полимеризации. (А)

По линии подачи шихты 1 углеводородная шихта поступает в 1-й реактор 2. При этом измеряется расход шихты в реактор 2 датчиком расхода шихты 3, сигнал от которого поступает на вход вычислительного устройства 4, Катализатор поступает в реактор 2 по линии подачи катаЛизатора 5.

Реактор 2 снабжен перемешивающим устройством 6 и системой охлаждения 7, В результате смешения углеводородной шихты и катализатора в реакторе 2 протекает.реак1741113 рявтся датчиком4 (3) (рис.1). В процессе конвертирования мономера в полимер, плотность которого составляет 0,91 г/см, во.втором реакторе концентрации полимера равняется 10,57, активная мощность перемешивания — 25100 вт, температура среды — 295 К, скорость вращения перемешивающего устройства — 0,75 с, Концент-1 рация измеряется датчиком (14), мощность — датчиком (13). температура датчиком (12).

На линейном участке трубопровода (1$.) длиной 400 см и радиусом Йтр=15 см пройзводится замер йерепада давления, который составляет 18436,7 4 Па и плоти сти, составившей величину 0,81763 г/см . Замер пе50

55 ция полимеризации, в результате которой часть мономеров превращается в полимер.

Смесь полимера, растворителя и мономера через технологический трубопровод 8 поступает из реактора 2 в реактор 9, который 5 также снабжен перемешивающим устройством 10 и системой охлаждения 11, В реакторе 9 протекает дальнейшее конвертирование мономера, В реакторе 9 измеряют температуру реакционной среды 10 датчиком 12, активную мощность затрачиваемую на перемешивание датчиком 13, концентрацию полимера датчиком 14. Датчики 12, 13, 14соединены с вычислительным устройством 4. Раствор полимера по техно- 15 логическому трубопроводу 15 транспортируется в следующий реактор.

Технологический трубопровод 15 снабжен системой измерения перепада давления на трубопроводе16 и плотности 17. Система 16 20 и датчик соединены с вычислительным устройством 4. В результате вычислительное устройство 4 дает значения молекулярного веса и коэффициента полидисперсности полимера. 25

Исходная жидкая среда (шихта) приготовляется смешением в трубопроводе мономера и растворителя в заданном соотношении, охлаждается, подается на полимеризацию и последовательно прохо- 30 дит все аппараты каскада, количество которых обычно составляет 4-6. Обьем аппарата составляет 16-20 м в зависимости от конст3 рукции, высота аппаратов 5,0 м. Отвод тепла, .выделяемого в процессе 35 конвертирования мономера, осуществляется посредством подачи в зону реакции захоложенной шихты и охлаждения аппаратов рассолом с температурой 258 К через рубашки. Основные параметры процесса пол- 40 имеризации представлены в табл.1. .Расход шихты на реакторный каскад составляет 10 GM/с. Плотность шихты при концентрации мономера равной 15% составляет 0,71035 г/см . Расход шихты изме- 45 репада выполнялся датчиком 16, а плотности 17, Значения параметров от датчиков 3, 13, 12, 14, 16, 17 вводились в вычислительное устройство 4. Фактическое значение средневязкостного молекулярного веса, определвнное и использованием ГПХ, составило 270000,: . а коэффициент полидисперсности — 2,85.

Расчет средневязкостного молекулярного веса Мр и коэффициента полидисперсн ости Кп и ро водится с помощью следующих формул: агвв

5,1 (660 4Q 8т5 025 1 э»,54 где В=йтр(р — р )/(р.. — р ), Na — мощность на валу двигателя перемешивающего устройства„затрачиваемая наперемешивание при заполнении реактора растворителем;

Л P — перепад давления на линейном участке трубопровода, соединяющего соседние реакторы каскада;

R — текущий радиус трубопровода;

L — длина трубопровода на участке измерения; а- скорость вращения перемешивающего устройства;

С вЂ” концентрация полимера в реакторе;

G — расход шихты;

Т вЂ” температура среды в реакторе; ф — конструктивные характеристики перемешивающего устройства;

Итр — конструктивный радиус линейного участка трубопровода; р и.с. — плотность исследуемой среды; р и — плотность полимера;

p — измеренная плотность среды;

R — текущий радиус трубопровода.

При использовании полученной информации вычислительным устройством были рассчитаны следующие значения Mv и Кп при 14 =442,Я и 15. =996,22:

24т 25J40 (4 Ю М4.84 < (99Б,22 2т5а45

l44954<,%25 (5 (4 83) В »04.400 »442,14/ а

l»(»»»»»»(аэв«" -а»»ээээээ» эва«э»а»ааааа)

2Л5 (6(460 277.86 (24,8»)« -О.ВОб.2.04 эо *Ба»эээ.ээээ»-авэ.ээаа))"" («Эвэ,оаав)» " î i à â 5 ò f « 5 t аээ«.l (»,.а-вава В (а»э»а» в (о

= 24 8 15т.

1741113 творе; расход шихты — Q с помощью расходомеров "Турбоквант на диапазон 5-40 м ./час; Т вЂ” температуру исследуемой среды

3 с помощью термопар на диапазон 0-50 С;

5 P — плотность среды с помощью плотномера радиоизотопного ПР 1303 на диапазон 0.91,5 r/ñì, hp — перепад давления на линейз ном участке трубопровода; соединяющем соседние реакторы каскада с помощью диф10 ференциального датчика давления 13ДД11 на диапазон 25 г/см при L=4 м и RTp=0,15 2. м, и: рассчитывают средневязкостный молекулярный вес полимера и: его полидисперсность по формулам (1)-(3).

15 В результате эксперимента получены следующие значения измеряемых параметров: hp=1,96-10 Па, $=0,787 г/см, Na=34

В т, Т=309 К, Сп =8,5% вес. Q=0,01 м /с, ю=0,75 с, р н.с,=0 716 г/см .

20 Расчетные значения М3 и Кп равны: к„М)7 =346665

Кп=3 14

R=P,1 м

25 Фактические значения средневязкостного молекулярного веса и коэффициента полидисперсности, определенные с использованием метода гель-проникающей хроматографии. составляют М3 =380000и

30 Кп=3,4, Относительные погрешности измерения с помощью предлагаемого способа равны:

mx 1

h. Mv = I „ I 100 % =

М)7

mx предл.

ЛМЬ=

М)7

Относительная погрешность) измерений коэффициента полидисперсности для 40. этого случая составила:

ЬК.) К" К," ) 1OO% =

45 =I „ I 100 $-=8,28

В процессе непрерывной полимеризации изопрена определялись значения средневязкостной tt

55 эксп!

04(<00339-75,65)f(24.87) -0806 0 09}

i 1 0 1 5i t 1 5 q à ò ü 5 4

<3)<0»339 1«,36-75,65 !.684} 675

<0 24689 9463084 1 <0 24,689 9,453084 )

* <3 («<7.,373<-<27.3<26) <75 J (13)«<7.3751-<27.3126) <.75)

10404,5В9.539«3)» 4 1<0 <33,<0 6)"

<,3 990,0625 <75 ) (227 П1, <

<5I09t 0,8<<63)

<<* *,8см. (091 -0,7368 ) Значение плотности исследуемой среды при расчете радиуса рассчитывалось следующим образом:. /:)<<.c. = C<) рп = С,и рм + Cppp = 0,105х

«0,91+0,045+0,65+0,85-0,72=0,7368 г/см

Относительная погрешность измерений предлагаемым способом средневязкостного молекулярного веса для случая полимеризации каучука СКД составила:

) 270000 — 248157 ) 1pp % 8 pg

270000 гпх предл

h,К I " "" I 100%=

Кп

1pp % 884 . 2,85

Пример 2. Полимеризация изопрена.

Технология полимеризации аналогична. .примеру 1.

В процессе растворной полимеризации изопрена непрерывно измеряют (рис.1): йа — активную мощность на валу двигателя перемешивающего устройства, затрачиваемую на перемешивание. с помощью .измерительного преобразователя активной . мощности типа Е-829/3 и трансформаторов напряжения КСС 0,5 380/100 и тока — ТК 120

69/5; Сп †. концентрацию полимера в рас) 380000 — 3466651 100 % =9,6%

346665 а — „ ; (t,„„)t <оо 3

М1(К ) 1741113

0,286 таьюмцв

Результаты эксперимента приведены в табл;2.

Среднеквадратичное отклонение средневязкостного молекулярного веса и коэффициента полидисперсности для предлагаемого способа «+12% и +10,5% соответственно.

Формула изобретения

Способ контроля качественных параметров процессов растворной полимеризации диенов измерением физических гюказателей раствора полимера, образующегося в. каскаде последовательно соединенных трубопроводом реакторов с последующей математической обработкой полученной информации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения достоверности определения молекулярной массы полимера и обеспечения определения его полидисперсности, одновременно измеряют концентрацию полимера в реакторе, активную мощность, затрачиваемую на перемешивание, перепад давления и плотность среды на трубопроводе, соединяю.щем соседние реакторы каскада, а математическую обработку. осуществл яют по следующим формулам: ю - в (? (4 р Oil Na 4Q 1676

gql, 1 я " ) Ол5 1 ВК ЬР N 40 М5 a @ где Na — мощность на валу двигателя перемешивающего устройства Вт; hp — перепад давления на линейном

10 участке трубопровода, соединяющего соседние реакторы каскада, Па

R — текущий радиус трубопровода, см;

L — длина трубопровода на участке измерения, см;

15. ж — скорость вращения перемешивающего устройства, с;

С вЂ” концентрация полимера в реакторе; Q — расход шихты, см /c;

Mp — средневяэкостная молекулярная

20 масса;

K> — коэффициент полидисперсности полимера;

Т вЂ” температура среды в реакторе, К;

- И, lz — конструктивные характеристики

25 перемешивающего устройства; а а=.а

pn pn.c. текущий радиус трубопровода: где Втр — конструктивный радиус линейного участка трубопровода;. р и.с. —.плотность исследуемой среды; р и — плотность полимера; р — плотность среды, измеренная на

35 линейном участке трубопровода.

1741113

Таблнца2

Составитель А.Голланд

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор М.Шароши

Редактор роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 199 Тираж

ВНИИПИ Гос

Подписное

Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5