Поливинилхлорид - Ульянов В.М.
ISBN 5-7245-0727-7
Скачать (прямая ссылка):
20
Рис. 1.5. Влияние концентрации стабилизатора эмульсии (р) условий перемешивания (Re) и поверхностного натяжения (о) на структуру зерна суспензионного ПВХ
действия. Аналогичный результат, достигнутый только за счет изменения условий перемешивания при неизменной концентрации СЭ в воде, получен в [228].
В работе [198] исследовано влияние перемешивания и межфазного натяжения в системе ВХ - водяная фаза на размер и форму частиц суспензионного ПВХ. Установлено, что зависимость, среднего диаметра зерна от частоты вращения мешалки имеет экстремальный характер. Изменение межфазного натяжения в системе смещает положение минимума.
С учетом результатов исследований [135, 198, 228] в работе [64] изучено влияние условий полимеризации на структуру зерна суспензионного ПВХ (рис. 1.5). Показано, что она зависит от интенсивности перемешивания (критерий Re), концентрации СЭ (С) и межфазного натяжения (о). Например, при постоянном значении С=С* (нижняя плоскость на рис. 1.5) размер зерен с увеличением Re сначала уменьшается, а затем, проходя через минимум, возрастает. Увеличение о приводит к возрастанию размеров зерен. Анализ плоскости Re* показывает, что с увеличением С, уменьшаются размер зерна и степень агрегации, в результате чего формируются одиночные частицы.
Одна из первых попыток получения количественной зависимости среднего диаметра зерна суспензионного ПВХ от условий перемешивания при неизменной рецептуре сделана в [222]. Опыты проводили в реакторах объемом 40, 130, 290 и 4000 л с применением лопастной и пропеллерной мешалок. Установлено, что средний размер полимерного зерна уменьшается с увеличением частоты вращения мешалки и диаметра аппарата. Зависимость имеет две области: область грубого зерна Ц- и область тонкого зерна Д.. Для расчета среднего размера полимерного зерна в каждой области для всех исследуемых типов мешалок получены следующие уравнения
Ът = 6,35-103i>-0.95(dM/Da)-4.75(Ho/Da)1.58Da-1.75n2)14; (1.1)
Dt = 3,76-lO3i>-<U(dM/0a)~O,51"~4
(1.2)
где Н0 - высота заполнения реактора; Р - мощность, затрачиваемая на перемешивание единицы объема; dM - диаметр мешалки; Da - диаметр аппарата; л - частота вращения мешалки.
Зависимость среднего диаметра полимерного зерна от интенсивнос-
21
ти перемешивания и концентрации МЦ может быть представлена следующим образом [12]:
Dnex = 0,875-10-Зр-О.бс-0,67. (и)
Опыты проведены в реакторах объемом до 40 м3 при изменении концентрации МЦ от 0,0282 до 0,04% от массы ВХ и Р от 0,6 до 1,7 кВт/м3. Как и в [222], показано, что диаметр зерен уменьшается при увеличении интенсивности перемешивания. Аналогичный результат получен в [135].
Авторы [237] для связи среднего размера и распределения зерен по размерам с условиями полимеризации использовали регрессионную модель, применение которой ограничено типом СЭ и объемом реактора.
Процесс формирования зерна ПВХ можно разделить на две стадии. На первой в результате перемешивания в присутствии высокомолекулярного СЭ в системе ВХ - вода + СЭ происходит образование эмульсии, дисперсной фазой которой является ВХ. Это частный случай формирования эмульсии двух несмешивающихся жидкостей в турбулентном потоке. На второй стадии по мере увеличения конверсии возможна коагуляция полимеризующейся эмульсии ВХ с образованием прочных связей между отдельными каплями. В результате возникает конечная структура зерна ПВХ, причем его размер и форма во многом определяются размерами капель полимеризующейся эмульсии ВХ.
1.2.1 Формирование эмульсии при суспензионной полимеризации
Теория дробления капли жидкости в турбулентном потоке основана на теории однородной и изотропной турбулентности [65, 76, 99]. Согласно этой теории эффект дробления связан с тем, что в турбулентном потоке скорость жидкости меняется от точки к точке по закону
v„ *(еХ)1/3;Х >к0, (1.4)
где X — расстояние между точками в турбулентном потоке; v„ - изменение скорости на этом расстоянии; е - энергия, диссипируемая на единицу массы среды; Хо «е-''Л!3"-внутренний масштаб турбулентности; v — кинематическая вязкость.
Благодаря различию скорости сплошной фазы в различных точках поверхности капли возникает разность динамических напоров, кото-рая равна [78,107] Др „ (р/2)М)2/3) (1.5)
где d— диаметр капли; р — плотность среды.
Из условия равенства внешнего динамического напора и внутреннего капиллярного давления для максимально устойчивого размера капель dимеем: (p/2)(cd)W ~ a/d; (1.6)
d~(o/p)3/5e-2/5, (1.7)
где 0 — межфазное натяжение на границе раздела фаз.
22
Данное соотношение, впервые полученное А.Н.Колмогоровым [65], справедливо для разбавленных эмульсий с близкими по плотности фазами. К зависимости (1.7) пришел также Хинце [227]. С учетом работы сил вязкости авторами [11] получено уравнение:
d~(0/p)3/5e-2/5 + el/4v3/4. (1.8)
Для учета коалесценции в концентрированных эмульсиях в формулу (1.7) вводят поправочный коэффициент, зависящий от объемной доли дисперсной фазы Ф.
В большинстве исследований эмульсия характеризуется объемно-поверхностным диаметром капель <7з2, так как он связан простой зависимостью с площадью межфазной поверхности S3M
