Разработка системы защиты атмосферы при производстве поливинилхлорида

R -R 2R*

где R-R - молекула инициатора;

R* - свободный радикал.

Свободные радикалы инициируют полимеризацию путем присоединения к молекуле мономера и образования с мономером активных центров. Таким образом происходит зарождение цепи:

R* + CH2=CHCl R-CH2-CH*Cl

Под действием активных центров происходит рост цепи с образованием макромолекулы полимера:

R-CH2-CH*Cl + CH2=CHCl

R-CH2-CHCl-CH2-CH*Cl

Процесс образования макромолекулы идет с выделением тепла и с большой скоростью и продолжается до тех пор, пока макромолекула-радикал не вступит во взаимодействие с каким-либо реагентом или другим свободным радикалом. В результате происходит обрыв цепи и образование неактивной макромолекулы.

Реакцию полимеризации винилхлорида в общем виде можно представить следующим образом:

CH2=CHCl + J (CH2-CHCl-) n + Q Ккал,

где n - степень полимеризации, которая колеблется для промышленных

марок поливинилхлорида в пределах от 640 до 2800;

J - инициатор полимеризации;

Q - теплота реакции полимеризации, которая составляет 360-400

Ккал на 1 кг винилхлорида, вступившего в реакцию.

Регулирование скорости реакции полимеризации осуществляется введением в реакционную смесь агидола-1 (2,6-дитретбутилпаракрезола), повышающего также термостабильность поливинилхлорида.

Для снижения коркообразования внутренняя поверхность реактора покрывается нигрозином и процесс полимеризации проводится в целочной среде, создаваемой за счет добавления в реакционную массу едкого натра.

Важную роль при полимеризации винилхлорида играют качество загружаемых компонентов, температура полимеризации, точность дозировки, способ и порядок загрузки компонентов и наличие примесей в исходном сырье.

Наличие кислорода ведет к снижению водородного показателя (рН) реакции, что, в свою очередь, обуславливает нестабильное протекание процесса и получение нестандартного полимера. Кислород обуславливает индукционный период процесса, изменение скорости реакции, уменьшает среднюю молекулярную массу поливинилхлорида. Кислород воздуха легко окисляет винилхлорид, образующиеся при этом перекисные соединения легко гидролизуются с образованием альдегидов, которые являются хорошими передатчиками цепи, а также хлористого водорода, замедляющего процесс полимеризации.

Наличие примесей изопрена, винилиденхлорида в техническом винилхлориде значительно влияет на степень полимеризации поливинилхлорида, а также на его термостабильность. Бутадиен и винилацетилен оказывают ингибирующее действие и вызывают повышенное коркообразование.

Ацетилен и ацетальдегид являются сильными ингибиторами процесса полимеризации, в их присутствии уменьшается длина цепей поливинилхлорида, они вызывают автоокисление винилхлорида. Дихлорэтан является передатчиком цепи, а также уменьшает молекулярный вес полимера.

Хлористый водород в присутствии воды вызывает коррозию аппаратуры с образованием ионов железа, которые инициируют окисление винилхлорида. Получаемые перекисные соединения в присутствии влаги гидролизуются, образуя хлористый водород и карбонильные соединения, которые также вызывают окисление мономера. Ионы железа резко снижают стабилизирующее действие эмульгаторов.

Важнейшим параметром процесса, определяющим молекулярную массу поливинилхлорида и степень разветвленности его макромолекулы, является температура полимеризации. Для получения поливинилхлорида с узким молекулярно-массовым распределением отклонение от режимной температуры не должно превышать 0,5 0С.

Способ и порядок загрузки компонентов должен обеспечивать наилучшее распределение их в реакционной смеси. При нарушении порядка, то есть при предварительном смешении мономера с водной фазой, капли мономера обволакиваются защитной пленкой коллоида, которая препятствует растворению в мономере инициатора и других компонентов. Соотношение используемых количеств воды и мономера оказывает существенное влияние на отвод тепла в ходе реакции полимеризации и однородность поливинилхлорида. Недостаточное количество воды в реакционной смеси может привести к перегревам внутри частиц, к усиленному дегидрохлорированию полимера и получению продукта с повышенной разветвленностью цепей и низкой термостабильностью.

2.2 Описание технологической схемы производства поливинилхлорида

Технологический процесс получения суспензионного поливинилхлорида состоит из трех стадий.

2.2.1 Стадия 1. Полимеризация винилхлорида

В состав стадии входят следующие узлы:

полимеризация винилхлорида;

гидроочистка реакторов полимеризации.

Полимеризация винилхлорида

Процесс полимеризации винилхлорида осуществляется периодическим способом в реакторах Р-11/1-4 вместимостью 65 м3 каждый. Реактор снабжен рубашкой для подогрева или охлаждения, импеллерной мешалкой. Привод мешалки - нижний от электродвигателя через редуктор. Реактора Р-11/3,4 снабжены редукторами с переменным числом оборотов, реактора Р-11/1,2 - редукторами с постоянным числом оборотов. Уплотнение вала мешалки - двойное торцевое.

Прокачиваемая жидкость, в качестве которой используется обессоленная вода, подается в торцевое уплотнение с целью предотвращения попадания в него рабочей среды - суспензии ПВХ.

В качестве запирающей жидкости используется масло.

При достижении на линии нагнетания насосов давления более 2,0 МПа насосы останавливаются.

Реактора полимеризации кроме перечисленных выше устройств снабжены также следующими устройствами и сопутствующим оборудованием, обеспечивающими их нормальную работу и безопасность проведения процесса полимеризации:

Устройством гидроочистки стенок реактора водой высокого давления, смонтированным на штуцере в крышке реактора;

Узлом для нанесения покрытия на стенки реактора, состоящим из мерника Е-15 для приема и нагрева раствора нигрозина и форсунки для распыления раствора внутри реактора, установленной на штуцере в крышке реактора;

Узлом для впрыска в реактор раствора прерывателя реакции полимеризации, состоящим из мерника Е-14 для хранения раствора третбутилпирокатехина, сборника Е-13 для хранения азота Р=1,4 МПа с целью обеспечения впрыска раствора в реактор и донного клапана, вмонтированного в днище реактора, через который раствор поступает в реактор;

Мерником раствора агидола в гексановой фракции Е-11;

Сборником Е-12 (шлюз) для обеспечения загрузки через него в реактор инициаторов и других добавок при использовании их в виде порошка (твердые добавки);

Боковыми контрмешалками (волнорезами), установленными в верхней части реактора для регулирования потоков жидкости при перемешивании.

Перед загрузкой реактора на полимеризацию необходимо выполнить следующие операции:

Заполнить мерник Е-15 раствором нигрозина и провести аэрозольное нанесение нигрозина на внутреннюю поверхность реактора;

Заполнить сборник Е-14 раствором третбутилпирокатехина;

Загрузить в сборник Е-12 твердые добавки согласно рецептурному формату (инициаторы, агидол и другие);

Заполнить сборник Е-11 раствором агидола в гексановой фракции, если это оговорено в рецептурном формате.

 Скачать реферат