Поливинилхлорид - Ульянов В.М.
ISBN 5-7245-0727-7
Скачать (прямая ссылка):
Е,- 3n\p(zh}V(fi, (1.80)
которые, при хаотическом движении частиц равновероятно могут выступать в роли как сил, прижимающих частицы друг к другу, так и отрывающих.
При проведении эмульсионной и микросуспензионной полимеризации ВХ в микродисперсии условия перемешивания и стабилизирующую систему необходимо выбирать таким образом, чтобы FT не превышала величину силового барьера.
Из уравнений (1.79) и (1.80) видно, что с увеличением размера частиц агрегативная устойчивость уменьшается, так как Fr,~d и FT~rf2. В связи с этим очень часто для стабилизации частиц с размерами 1-3 мкм используют высокомолекулярные стабилизаторы эмульсии. В этом случает возможно существенное увеличение силового барьера отталкивания.
Из-за значительной приближенности уравнений (1.79) и (1.80) расчетным путем очень сложно установить оптимальные условия перемешивания, тип и концентрацию ПАВ. Кроме того, во многих процессах применяют различные рецептурные добавки, влияющие на агрегатив-ную устойчивость дисперсной фазы, стабилизирующее действие которых сложно оценить количественно.
В настоящее время на практике поступают следукпцим образом. На пилотной установке (реактор объемом 2-4^^ с мешалкой) выбирают условия перемешивания и концентрацию ПАВ, при которых достигается требуемый результат. Затем с помощью критериев масштабного перехода осуществляют переход на реактор больших размеров, обеспечивая при этом агрегативную устойчивость частиц ПВХ. В табл. 1.13 показано, как влияет перемешивание на агрегативную устойчивость частиц в процессе микросуспензионной полимеризации в реакторе объемом 0,2 м3 в присутствии эмульгаторов Е-30 и СМН. Из таблицы видно, что с возрастанием интенсивности перемешивания увеличивается количество корок, а при е > 1 Вт/кг частицы ПВХ коагулируют.
Для реакторов большого объема конструкцию перемешивающего устройства и число оборотов мешалки выбирают исходя из
61
Таблица 1-13. Влияние перемешивания на агретативную устойчивость частиц
в процессе микросуспензионной полимеризации ВХ
Число оборотов Удельная Количество Число оборотов Удельная Количество
в минуту мощность е, корок на в минуту мощность е, корок на
Вт/кг 1 кг, % от Вт/кг 1 кг, % от
массы массы
мономера мономера
25 0,0027 1,3 100 0,16 32
75 0,074 24 200 1,37 Коагулят
Таблица 1.14. Влияние перемешивания на агретативную устойчивость и коркообразование в процессе эмульсионной «полимеризации винилхлорида с винилиденхлоридом (размер частиц 1500-1600 А)
Концентрация е, Количество корок, % Концентрация е, Количество
ПАВ,% Вт/кг от массы смеси ПАВ,% Вт/кг корок,% от
мономеров массы смеси
мономеров
2,0 1,33 . 0,8 1,5 0,36 1,8
1,5 1,33 2,5 1,0 0,36 3,4
1,0 1,33 18,0 1,0 0,019 1,1
0,9 1,33 Крупинки
коагулюма
оптимального значения в, определенного на опытном реакторе, ь табл. 1.14 показано, что при снижении интенсивности перемешивания возможно снижение концентрации ПАВ с одновременным снижением количества корок.
1.5. Макрокинетика и математическое моделирование процессов полимеризации винилхлорида
Наибольшее распространение в промышленности получили процессы полимеризации ВХ в дисперсных средах: суспензионная, микросуспензионная и эмульсионная. Благодаря хорошему теплоотводу через воду, которая является дисперсионной средой, такие процессы осу ществляются в условиях, близких к изотермическим. Поэтому для полимеризации в дисперсных системах главной задачей является исследование влияния дисперсной системы на закономерности процесса и характеристики образующегося полимера.
К процессам, для которых в изотермических условиях существенное значение имеют явления переноса, относится гетерофазная полимеризация, протекающая в разных реакционных фазах в результате выпадения полимера в отдельную фазу. Типичным примером служит гетерофазная полимеризация ВХ.
Суспензионная полимеризация ВХ осуществляется в каплях мономера, диспергированного в воде в присутствии высокомолекулярных эмульгаторов. При количественном описании процессов суспензионной полимеризации обычно принимают, что полимеризация в суспензионных частицах благодаря их большому размеру протекает независимо ("микроблочное" приближение) и имеет те же кинетические закономерности, что и полимеризация в массе [21]. Предположение о независимом протекании полимеризации в суспензионных частицах является оправданным, если частицы имеют одинаковую концентрацию компонентов (мономера, инициатора и др.), так что отсутствует массообмен между частицами через водную фазу. Такой подход справедлив при математическом моделировании процессов суспензионной полимеризации в реакторах смешения периодического действия.
Для описания скорости гетерофазной полимеризации винилхлорида предложен ряд моделей, различающихся предположениями о влиянии стадий обрыва цепей в мономерной и полимерной фазах и массопере-носа радикалов между фазами на количество радикалов в каждой фазе. Гетерофазный характер полимеризации затрудняет определение констант в каждой фазе. Первоначально представления о гетерофазном характере полимеризации ВХ были сформулированы в работах Бенгоу и Норриша [199, 200], в которых подчеркивалась роль межфазной поверхности. При дальнейшем развитии этого подхода в полимерной фазе выделялся б-слой с повышенной концентрацией радикалов в результате их перехода из мономерной фазы [240].
