back

Полимеризация

Полимеризация включает широкий спектр областей применения. Компания EKATO специализируется в оптимизации существующих перемешивающих устройств, а также занимается совместными разработками, начиная с лабораторных исследований и до испытаний промышленного масштаба.

Компания обладает многолетним опытом в сфере проектирования на основе технических требований лицензирующего органа, включая комплексную документацию.

Компания EKATO обладает богатым опытом в сфере эмульсионной, растворной и суспензионной полимеризации и обеспечивает поддержку технологических процессов и инженерно-технического обслуживания. Оказываемые компаний услуги охватывают работу не только с такими широко известными полимерами, как ПЭНД, ПЭТ, ПП или ПВХ, но также и со специализированными продуктами, и даже с «зелеными» полимеры, которые еще ждут своего признания на рынке.

В эмульсионной полимеризации не растворимый в воде мономер предварительно диспергируется в водной фазе. В отличие от гранульной полимеризации физические свойства дисперсии стабилизируются не турбулентностью, а химическим способом с использованием эмульгаторов. Полимеризация выполняется не в диспергированных каплях мономера диаметром 10-1000 мкм, а происходит в намного меньших частицах латекса диаметром приблизительно 0.3-0.8 мкм. Эти частицы содержат молекулы полимеров и мономеров и окружены молекулами эмульгатора, которые стабилизируют частицы в водной фазе. Благодаря малому размеру частиц тепло, выделяемое при реакции, легко рассеивается в водной фазе. Между стенками резервуара и водной фазой обеспечивается хороший теплообмен с учетном малой вязкости эмульсии и высокой удельной теплопроводности воды.

В однородной растворной полимеризации для уменьшения вязкости добавляется химически инертный раствор. В ходе всего процесса в растворе присутствуют и полимер, и мономер. Во многих случаях для улучшения отвода тепла одновременно используется испарительное охлаждение, вызываемое выкипанием растворителя.

Существует два различных типа суспензионной полимеризации:

  • Гранульная полимеризация: полимер и мономер не растворимы в жидкости-носителе, поэтому полимеризация происходит внутри капель мономера (диаметр 10-1000 мкм).
  • Полимеризация охлаждением: мономер растворяется в жидкости-носителе, а полимер нет, поэтому в процессе полимеризации он осаждается.

Диаметр основных частиц полимера обычно составляет приблизительно 1 мкм. Эти частицы образуют агломераты, представляющие собой пористые вторичные частицы диаметром 100-200 мкм. В некоторых фазах полимеризации твердые частицы слипаются друг с другом (коагулируют), поэтому их необходимо снова разделять с помощью усилия сдвига в поле потока.

Оборудование для производства ударопрочного полистирола (HIPS) обычно состоит из каскада из 3-5 реакторов, разделенных на этапе предварительной и пост-полимеризации. На этапе предварительной полимеризации целевая структура и размер частиц по существу уже определены. Реакция обычно проходит при температуре 100-150 °C с текучестью до 15-30%. Во время пост-полимеризации реакция полимеризации обеспечивает большую текучесть и, соответственно, большую вязкость. Обычно пост-полимеризация проводится при температуре 140-190 °C.

В каскаде реакторов отвод тепла при полимеризации осуществляется с помощью испарения мономера стирола. Затем газообразный мономер конденсируется и подается обратно в реактор. Для такого отвода тепла необходима высокая однородность и хороший поверхностный захват. Поэтому реакторы часто оснащаются винтами Ekato Paravisc. Ключевым фактором, влияющим на молекулярно-массовое распределение и, соответственно, на качество продукта является однородность температуры. 

Полибутадиен (бутилкаучук)

Полибутадиен (бутилкаучук) используется в качестве синтетической резины, в частности для производства протектора автомобильных шин. Он производится практически исключительно с помощью растворной полимеризации с использованием катализатора Циглера-Натта. Обычно в качестве растворителя используется толуол.
Требования реакции к перемешиванию - хорошая гомогенизация и осевой поток для обеспечения быстрого выравнивания концентрации и перепадов температуры.

IIR (изобутиленизопреновый каучук)

Изобутиленоизопреновый каучук (IIR) - это сополимер изобутилена и изопрена. Данный материал используется для высококачественных автомобильных шин с долгим сроком службы.
Для достижения большой молекулярной массы необходимо полностью контролировать экзотермическую реакцию при очень низких температурах от -90 °C до -100 °C. Наиболее широко для синтеза IIR применяется низкотемпературная катионная полимеризация. Полимеризация такого типа включает формирование суспензии из очень мелких частиц резины в хлористом метиле. Так как реакция является экзотермической, конструкция реактора представляет собой вытяжную трубу с высокоскоростным осевым потоком. Цилиндрическая камера реактора оснащена кожухотрубными теплообменниками. Кроме того, для крайне быстрой реакции требуется быстрая гомогенизация подаваемого материала. Винт установлен снизу, поэтому необходимо соответствующее погружное уплотнение с промывным устройством.

Синтез полиэстера происходит при конденсационной полимеризации (или поликонденсации) полифункциональных карбоновых кислот с полифункциональными спиртами. В отличие от других классических реакций полимеризации поликонденсация, в которой продуктом всегда является вода, является эндотермической реакцией. Смешение химического равновесия обратимой реакции в сторону полиэстера требует непрерывного отводы из реагирующей смеси воды, образующейся в результате реакции конденсации. При большой вязкости удалить воду можно только с помощью испарения с поверхности реагирующей смеси. То есть для достижения высокой степени полимеризации необходимо обеспечить эффективную циркуляцию содержимого реактора с помощью осевого винта с малым зазором до стенки резервуара. При использовании исключительно радиальных мешалок высокая степень полимеризации обеспечивается только близко к поверхности. Чтобы полимеризация выполнялась во всем реакционном аппарате, следует также использовать осевой обмен. Осевой поток можно значительно улучшить с помощью вытяжной трубы. Термопластичные полимеры, в частности ПЭТФ играют большую роль в экономике, так как используются для производства волокон и бутылок. Поликарбонаты, которые являются одной из групп поликонденсатов, все чаще используются в качестве высококачественных пластиков. 

Полимеризация охлаждением ПЭНД выполняется в автоклаве при низком давлении. Одномодовый ПЭНД производится в параллельных реакторах, а двухмодовый ПЭНД - в последовательных реакторах. Объем современных реакторов составляет до 300 м3, а их производительность до 500 килотонн в год.
Катализатор подготавливается партиями в резервуара, растворяется в другом резервуара, а затем добавляется в реактор. В непрерывно работающий реактор также подается мономер, водород и гексан. Экзотермическая реакция проходит под давлением 5-10 бар и при температуре 75-85 °C. Отвод тепла выполняется с помощью внешнего теплообменника. Контроль молекулярного веса, распределения молекулярной массы и плотность продукта осуществляется с помощью изменения типа и концентрации катализатора и сополимера, а также количества водорода. Технологическая цепочка завершается в пост-реакторе, где степень преобразования мономера достигает 99%. Полученная суспензия подается в приемную емкость, затем выполняется ее очистка на центрифуге, сушка в псевдоожиженном слое горячим азотом и, наконец, просеивание. Перед экструдированием добавляются стабилизаторы и присадки. Благодаря высокой форме полимеризаторов основной целью является очень малое время смешивания. Кроме того, большая скорость потока вдоль стенок должна предотвращать образование осадка на стенках резервуара. Для эффективного выполнения этих задач в EKATO разработали концепцию ISOJET VDT. Гидродинамические характеристики под воздействием нескольких размещенных друг над другом ступеней Isojet действуют в качестве виртуальной вытяжной трубы (VDT), в которой ускоряется направленный вниз осевой поток. Такой подход позволяет добиться крайне малого времени смешивания даже в очень тонких и высоких резервуарах. Благодаря специальной конструкции в такой системе перемешивания быстро выравнивается концентрация или температура, что ведет к повышения качества продукции. Режим поток рядом со стенками, соответственно, отличается высокой скоростью направленного вверх потока, что предотвращает образование налета и отложений.

Некоторые из наиболее распространенных полимеров, например, поливинилхлорид, пенополистирол и полиметилметакрилат, синтезируются с использованием гранульной полимеризации. Гранульнная полимеризация характеризуется наличием в начале полимеризации мономера в нерастворимой форме. Капли мономера распределены в водной фазе и действуют в качестве "маленьких реакторов с водяным охлаждением". Основными параметрами, влияющими на качества продукции в гранульной полимеризации, являются распределение размера частиц, а также пористость готового продукта. Как правило, на рынке предпочитают материал с меньшим распределением размера частиц. То есть к системе перемешивания предъявляются следующие требования:

  • меньшее распределение размера капель мономера в воде;
  • малые перепады температуры и концентрации.
  • Исключение отдельной фазы мономера на поверхности (объединение)
  • Однородная суспензия гранул полимера
  • Хороший теплообмен

Обычно гранульная полимеризация выполняется с использованием простых, одноступенчатых радиальных мешалок. Но в высоких резервуарах эффективность таких винтов ограничена в верхней области резервуара. Далее описаны преимущества мешалок Ekato Viscoprop по сравнению с традиционными перемешивающими устройствами. 

Результаты моделирования скоростей потоков в системах Viscoprop с применением методов вычислительной гидродинамики наглядно демонстрируют, что потоки вблизи вала мешалки и рядом с винтами отличаются большой скоростью и направлены вниз в осевом направлении. Причиной является оптимизированная форма винтов Viscoprop и адаптация системы перемешивания, включая использование перегородок, в соответствии с реакционным аппаратом. Вблизи стенок реактора соответствующий профиль потока направлен вверх, обеспечивая высокую скорость потока вдоль стенок резервуара и предотвращая образование на них отложений. Другим преимуществом осевой подачи в многоступенчатых системах является более узкий гранулометрический состав. 

Синтез ABS обычно выполняется за два этапа. На первом этапе для получения полибутадиеновой дисперсии (PBL) мономер бутадиена подвергается эмульсионной полимеризации. Затем на втором этапе эта дисперсия вступает в реакцию с сополимером стиролакрилонитрила (SAN) для достижения целевой концентрации резины. Перед продолжением обработки со стиролакрилонитрилом важно отрегулировать требуемый размер частиц дисперсии PBL. Большие частицы обеспечивают большую ударную прочность в готовом продукте и меньший поверхностный блеск. Оптимальный диапазон размеров частиц PBL составляет приблизительно 0.3-0.5 мкм. Нагрузка на частицы латекса в поле сдвига мешалки увеличивается с увеличением размера частиц. Если защитное эмульсионное покрытие двух соседних частиц разрушается при большом локальном усилии сдвига, создаваемым неподходящей мешалкой, частицы коагулируют, создавая частицы большего размера. Это ведет к значительным изменениям механических свойств конечного продукта, а также к образованию на стенках тонкого слоя осадка, который препятствует рассеянию тепла, выделяемого при реакции. В результате приходится чаще чистить систему, что ведет к уменьшению производительности. Винт Ekato Isojet B с крайне низким усилием сдвига идеально подходит для реакторов PBL, в частности его многоступенчатая версия. Использование перегородок в качестве дополнительных теплообменников обеспечивает эффективное охлаждение.

Контактная информация, весь мир Найти регионального представителя

Найти сейчас