Способ удаления летучих из сырого полимеризата

 

Использование: в химической промышленности для удаления непрореагировавшего мономера при получении полиметилметакрилата. Сущность изобретения: способ удаления летучих из сырого полимериза, содержащего менее 50 мас.% полиметилметакрилата или сополимера 80-99 мас.% метилакрилата и/или этилакрилата, путем одностадийного нагревания до 200-270°С и упаривания под давлением 10-150 мм рт.ст. 1 ил.

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, а именно, к процессам получения полиметилметакрилата или его сополимеров. На стадии удаления непрореагировавших мономеров.

Известны различные способы удаления летучих компонентов при получении поливиниловых продуктов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ удаления летучих из сырого полимеризата при получении полистирола [1]. Полимеризат содержит менее 50 мас.% от массы полимеризата полистирола, органический растворитель и непрореагировавший мономер. Согласно способу сырой полимеризат многостадийно нагревают при давлении ниже атмосферного с последующим испарением из полимеризата летучих и выделением расплава полимера с содержанием летучих менее 1%.

Однако многостадийное испарение с последующим повторным нагреванием полимеризата не может быть использовано для полиметакрилатных сырых полимеризатов.

Целью изобретения является упрощение технологии при удалении летучих из сырых полиметилметакрилатных полимеризатов.

Поставленная цель достигается путем нагревания сырого полимеризата, содержащего менее 50 мас.% от массы полимеризата полиметилметакрилат или сополимер 80-99 мас.% метилметакрилата и 1-20 мас.% метилакрилата и/или этилакрилата. Сырой полимеризат нагревают в одну стадию до 200-270^оС при давлении ниже атмосферного и упаривают под давлением 10-150 мм рт.ст. Сырой полимеризат может содержать количество растворителя, достаточное для поддержания ниже 50%-ной концентрации твердой фазы, желательно ниже 40%-ной. Можно использовать любой растворитель с низкой точкой кипения, например, насыщенные или ароматические углеводороды, в частности, гексан, гептан, октан, бензол, ксилол, циклогексан, циклодекан, изооктан и их смеси, такие как нафта и т.п. Обычно используют растворители, имеющие точки кипения при атмосферном давлении примерно 40-225^оС, предпочтительно, примерно 60-150^оС. Рекомендуется использовать растворитель, имеющий точку кипения, близкую к точке кипения основного мономера - метилметакрилата, чтобы избежать необходимости в промежуточном фракционировании рециркулируемой смеси мономера и растворителя. Если они имеют близкие точки кипения, смесь имеет узкий диапазон точек кипения, что уменьшает вероятность включения загрязнителей в рециркулируемую смесь.

Изобретение хорошо применимо для сополимеров метилметакрилата и этилакрилата или метилакрилата.

На чертеже изображена схема для реализации способа.

Сырой полимеризат, выводимый из полимеризатора 1, переносится насосом 2 по линии передачи 3 в подогреватель 4 деволятилизации. Сырой полимеризат рекомендуется пропустить через трубы оболочково-трубчатого теплообменника и повысить температуру загрузки примерно в пределах 220-260^оС в этом теплообменнике передачей тепла нагревающей жидкостью, например, потоком горячей нефти, которая вводится в оболочковую часть теплообменника по линии 5. Сырой полимеризат, нагретый в теплообменнике 4, пропускают по передающей линии 6 в резервуар быстрого испарения 7 в секции деволятилизации. Передающая линия 6 имеет обратный клапан регулирования давления 8, реагирующий на давление на выходе с шестеренчатого насоса 2. Давление, которое поддерживается в сыром полимеризате, достаточно для поддержания смешанной двухфазовой системы жидкости и паров. На практике значительная часть растворителя поддерживается в жидкой фазе в подогревателе 4, благодаря чему исключается образование корок на поверхностях теплообменника и обеспечивается эффективная теплопередача в подогревателе деволятилизатора. Когда в теплообменнике происходит чрезмерное испарение, сырой полимер может охладиться до температуры его испарения или ниже этой температуры, что приводит к образованию твердой фазы, которая быстро образует корки на поверхностях теплопередачи. Это исключается путем поддержания достаточного обратного давления в сыром полимеризате в подогревателе 4.

Необходимое давление для сырого полимеризата может быть определено экспериментально нагреванием образца сырого полимеризата до температуры на входе подогревателя в лабораторном сосуде высокого давления при поддержании достаточного давления в образце для исключения существенного испарения. Затем давление медленно снижают в образце, наблюдая за жидкой фазой образца для определения давления, при котором начинается отверждение. Это давление является минимальным давлением, которое надо поддерживать на входе подогревателя 4.

Следует следить за тем, чтобы сырой полимеризат не нагревать до температуры выше 270^оС, т.к. повышенные температуры обесцвечивают продукт. Однако для эффективной деволятилизации необходимо, чтобы сырой полимеризат нагревался примерно до 240-250^оС и, следовательно, температурные границы между эффективной деволятилизацией и температурой, дающей обесцвеченный полимер, очень узки.

Сырой полимеризат подвергают быстрому испарению в резервуаре деволятилизации 7, который поддерживается при давлении ниже атмосферного, достаточном для десорбирования почти всего растворителя, непрореагировавшего мономера и побочного полимерного продукта с низкой точкой кипения из готового полимерного продукта. Рекомендуется использовать разбрызгиватель для обеспечения эффективной деволятилизации. Как правило, деволятилизатор поддерживается при абсолютном давлении от 10 примерно до 150 мм рт.ст., желательно при 50 мм рт.ст. Пары удаляют из сосуда 7 через патрубок в его верхнем куполе, пропускают их по линии 9 на рециркуляционный перегонный аппарат 10, который представляет собой колонну, имеющую две зоны насадки 11 и 12 и расположенный под ними испаритель 13. Горячие пары вводят под нижнюю зону 12 насадки и частично конденсируют контактом с рециркулируемым конденсатом из линии 14 и 15. Скорость протекания полученного охлаждением противотоком конденсата по линии 14 регулируют при помощи клапана 16 для поддержания заранее заданного уровня жидкости в испарителе 13. Растворитель, некоторые мономерные продукты и полимерные продукты с низкой точкой кипения собираются в испарителе 13 и их поток удаляют в позиции 17.

Пары из рециркуляционного дистиллятора 10 пропускают по линии 18 в противоточный конденсатор 19. Противоточный конденсатор 19 представляет собой оболочково-трубчатый теплообменник, и пары растворителя конденсируют и собирают в противоточном аккумулирующем сосуде 20. Неконденсируемые составляющие пропускают по линии 21 в вакуумную систему 22 через управляющий клапан 23. Часть конденсированного растворителя возвращают в рециркуляционный перегонный аппарат в качестве обратного потока по линии 14, а остальной конденсированный растворитель рециркулируется в процесс по линии 24, замыкая цикл растворителя в процессе. Готовый полимер, который как правило, содержит остаточный мономер и растворитель в количестве менее 1,0 мас.%, желательно менее 0,1 мас.%, выводят через дно резервуара 7 деволятилизации через насос 25 и направляют на конечную обработку.

П р и м е р. Пример иллюстрирует способ, применяемый для установки, имеющей производительность 12000 т полиметилметакрилата в год. Сырьем служит смесь со следующим составом, мас.%: Мономеры 39,6 Растворитель 60,0 Добавки 0,4 Мономеры представляют собой смесь метилметакрилата (97%) и метилакрилата (3%). Сырье получают смешиванием свежих мономеров приведенной композиции с рецикловыми летучими, полученными из деволятилизатора. Рецикловые летучие из деволятилизатора представляют собой 89% растворителя и 11% мономеров. Сырой полимеризат, удаленный после полимеризации из реактора, имеет следующий состав, мас.%: Мономеры 6,6 Растворитель 60,0 Добавки 0,4 Полимер 33,0 Конверсия мономера в процессе, на основе подаваемого сырья (включая рецикл), составляет 83,8%.

Сырой полимеризат переводят из реактора в теплообменник деволятилизатора. К оболочке теплообменника подают горячее масло при температуре 270^оС и извлекают при 260^оС. Температуру сырого полимеризата повышают с 95 до 260^оС, а давление сырого полимеризата внутри теплообменника поддерживают на уровне между 300 и 600 мм рт.ст., которое достаточно для предотвращения испарения и образования пенных корок в теплообменнике.

Подогретый полимеризат пропускают в одностадийную вакуумную камеру, в которой его давление понижают до 60-80 мм рт.ст., а растворитель и непрореагировавшие мономеры подвергают мгновенному испарению, оставляя полимерный продукт, имеющий следующий состав, %:
Полимер 99,82
Мономеры 0,10
Растворитель 0,08
Полимер пропускают через статическую мешалку, в которую прибавляют традиционные добавки, такие, как УФ-стабилизаторы, внутренние смазки, пластификаторы и так далее, в зависимости от предназначения полимера. Полимерный продукт имеет следующие свойства:
Термостабильность 1,3
(l потеря массы при 300^оС
в течение 1/2 ч в азоте)
Содержание остаточных
мономеров 0,1
Зольность Не обнаружена
Индекс расплава (ASTM D-1238): 2,5
Светопроницаемость
(ASTM D-1003): 92,7
Теплоискажение (ASTM D-648
при 264 фунтах/дюйм²): 90^оС
Ударная вязкость по Изоду 2,2
(ASTM D-256): кг-см/см˙надрез

Формула изобретения

СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ЛЕТУЧИХ ИЗ СЫРОГО ПОЛИМЕРИЗАТА, содержащего менее 50% от массы полимеризата винилового полимера, органический растворитель и непрореагировавший мономер, путем нагревания сырого полимеризата при давлении ниже атмосферного с последующим испарением из полимеризата летучих и выделением расплава полимера с содержанием летучих менее 1%, отличающийся тем, что в качестве винилового полимера используют полиметилметакрилат или сополимер 80 - 99 мас. % метилметакрилата и 1 - 20 мас.% метилакрилата и/или этилакрилата, сырой полимеризат нагревают одностадийно до 200 - 270^oС при давлении, достаточном для поддержания жидкой фазы во время нагрева и упаривают под давлением 10 - 150 мм рт.ст.

РИСУНКИ

Рисунок 1