Способ контроля процесса поликонденсации полиэфирных смол

 

Сущность: способ автоматического контроля процесса поликонденсации насыщенных и ненасыщенных полиэфирных смол заключается в измерении значений вязкости и температуры проб в автоматическом режиме. По этим значениям рассчитывают энергию активацию вязкого течения контролируемых проб и определяют функциональную зависимость между энергией активации вязкого течения и автоматически измеренным кислотным числом. Определяют окончание процесса поликонденсации автоматически по точке перегиба на этой функциональной зависимости. 2 ил. 1 табл.

Изобретение относится к способам автоматического контроля процесса поликонденсации насыщенных и ненасыщенных полиэфирных смол и может быть использовано в химической промышленности, в частности в лакокрасочной промышленности.

Известен способ автоматического управления процессом поликонденсации в реакторе периодического действия, заключающийся в регулировании температуры реакционной массы, давления в реакторе, расхода теплоносителя на входе в реактор с дальнейшим измерением температуры и расхода хладоагента, подаваемого в обратный холодильник, измерением температуры возвращаемого в реактор конденсата и температуры теплоносителя на входе в реактор, определением теплоты, выделившейся в процессе конденсации, а затем окончании процесса поликонденсации при соответствии приведенной теплоты заданной доле суммарного теплового эффекта процесса.

Однако этот способ не позволяет достаточно точно определить момент окончания процесса поликонденсации, так как температура отводимой воды зависит обратно пропорционально вязкости среды. Поэтому эта температура хладагента однозначно не определяет состояние реакционной среды и этот способ малопригоден для процессов с малым тепловым эффектом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ контроля процесса поликонденсации полиэфирных смол, заключающийся в периодическом отборе проб реакционной среды из реактора и измерении лабораторными аналитическими методами значений вязкости и кислотного числа, и определения по ним момента окончания процесса поликонденсации.

В данном способе отсутствуют автоматический оперативный контроль вязкости и кислотного числа, а также автоматическое управление процессом поликонденсации. Это приводит к уменьшению точности определения момента окончания процесса поликонденсации, так как все эти операции требуют значительных затрат времени на выполнение лабораторных анализов. Вследствие этого получают продукты с нестабильными значениями характерных параметров - вязкости и кислотного числа.

Целью изобретения является создание автоматического управляемого процесса поликонденсации с получением продуктов со стабильными значениями вязкости и кислотного числа и повышение точности определения момента окончания процесса поликонденсации.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля процесса поликонденсации полиэфирных смол, осуществляемым путем периодического отбора проб контролируемой среды из реактора, измерение вязкости и кислотного числа и определения по ним момента окончания процесса поликонденсации, в автоматическом режиме по измеренным значениям вязкости и температуры проб рассчитывают энергию активации вязкого течения контролируемых проб, определяют функциональную зависимость между энергией активации вязкого течения и автоматически измеренным кислотным числом, а затем определяют окончание процесса поликонденсации автоматически по точке перегиба по этой функциональной зависимости.

П р и м е р. Синтез смолы ПФ-060.

На фиг.1 приведена блок-схема системы автоматического контроля и управления процессом поликонденсации, поясняющая предлагаемый способ. Система содержит взаимосвязанные между собой блок управления с вычислительным устройством и с регистрацией результатов измерений 1, запорное устройство 2 на вакуумной линии, технологический реактор 3 (32 м³) с установленным на нем запорным устройством 4, ячейка для автоматического потенциометрического титрования 5, вискозиметрическая ячейка 6, запорное устройство 7 на линии подачи азота, мерная емкость 8 для растворителя, запорные устройства 9 и 10 на линии подачи промывочного растворителя.

Проба контролируемой среды (проба 1) отбирается из реактора 3 и поступает в автоматические устройства для измерений кислотного числа и вязкости. В устройстве для измерения кислотного числа проводится растворение пробы водно-диоксановым раствором и потенциометрическое титрование этой растворенной пробы водным раствором щелочи. В вычислительном устройстве производится математическая обработка результатов титрования, которые представляются в виде кислотного числа К.Ч. = 28,6 мг КОН/г смолы. (см.таблицу).

В устройстве для измерения вязкости, снабженном охлаждающей рубашкой и мешалкой, периодически при достижении заданных значений температур Т (введенных в программу системы управления работой измерительных устройств. В рассматриваемом примере Т₁ = 423 К; Т₂ = 393 К; Т₃ = 373 К) по мере охлаждения пробы перемешивание прекращается на 30 с и производится измерение вязкости контролируемой пробы с помощью автоматического вискозиметра типа ВВН-5 (или ВВН-6), выпускаемого НПО "Химавтоматика" Минхимпрома. По истечении 30 с измерение прекращается и возобновляется перемешивание и дальнейшее охлаждение пробы до достижения пробы до достижения следующего заданного значения температуры и т.д. (см.таблицу). По завершении измерений, проба смолы возвращается в технологический реактор и отбирается следующая проба на анализ. Периодичность отбора проб составляет 15-20 мин. Приведенные в таблице значения вязкости пробы 1 смолы с К.Ч. = 28,6 составляют η (Т₁) = 0,0096 Па˙с; η (Т₂) = 0,035 Па˙с; η (Т₃) = 0,092 Па˙с.

На основании этих измеренных значений вязкости в вычислительном устройстве по формуле Френкеля-Эйринга η (Т) = Ае^Е/RT (1) рассчитывается значение энергии активации вязкого течения Е для данной пробы контролируемой среды (R - газовая постоянная). Логарифмированием зависимости (1) для температур Т₁ и Т₂ получаем уравнения ln η (T₁) = ln η₁ = lnA + E₁/RT₁ (2) ln η (T₂) = ln η₂ = lnA + E₁/RT₂ (3) и вычитая из уравнения (2) уравнение (3), получают Е₁ = R(ln η₁ - ln η₂) x x E₁= R(lnη₁-lnη₂)· = 58.7·10³Дж/моль= 58,7 x x 10³ Дж/моль (4) Аналогичным образом для температур Т₂ и Т₃ получают Е₂ = R(ln η₂ - ln η₃) x x E₂=R(lnη₂-lnη₃)· = 59.42·10³Дж/моль= 59,42 x x 10³ Дж/моль (5), и вычисляя среднее арифметическое из полученных значений Е₁ и Е₂ окончательно будем иметь Е = 0,5(Е₁ + Е₂) = 0,5 x x 10³(58,7 + 59,42) = = 59,06 кДж/моль (6).

Результаты измерений и вычислений для восьми последовательно отобранных проб синтезируемой смолы ПФ-060 приведены в таблице. Эти результаты регистрируются в вычислительном устройстве, а каждая пара значений КЧ и Е фиксируется в виде точки на графике в координатах Е-КЧ. Способ осуществлен и на примере алкидной смолы ПФ-053 и ненасыщенной полиэфирной смоле ПЭ-220.

Таким образом, по полученным парам значений КЧ и Е строится калибровочный график, характерный для данного типа смолы (см.фиг.2) и находится точка перегиба. В рассмотренном примере точка перегиба зависимости Е-КЧ соответствует К.Ч. = 18,2, Е = 582,5˙10² Дж/моль.

При проведении пробного синтеза процесс проводят несколько дальше точки перегиба, т.е. переходят точку перегиба с целью более точного ее определения.

В таблице примеры 1-6 проведены до точки перегиба, а примеры 7,8 - после точки перегиба. Точка перегиба попадает в область, близкую к значению, полученному при анализе пробы 6. Для оператора технологического процесса, полученная точка перегиба в этом пробном синтезе, является ориентиром для остановки процесса поликонденсации при проведении последующих синтезов для данного конкретного типа смолы и при использовании сырья одного и того же качества.

Использование предлагаемого способа контроля позволяет проводить прогнозирование развития процесса поликонденсации в любой момент времени по степени приближения (или удаления) характерных параметров к найденной выше критической точке. При каждом последующем измерении этих параметров уточняются результаты прогнозирования. Это приводит к тому, что значения вязкости и кислотного числа, соответствующие точке перегиба попадают в интервал колебаний этих параметров, который значительно меньше интервала, установленного технологическим регламентом. Тем самым за счет своевременного и более точного окончания процесса поликонденсации, получают продукт с более стабильными значениями характерных параметров. Экономическая эффективность этого способа определяется стабилизацией качества получаемого продукта.

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ ПОЛИЭФИРНЫХ СМОЛ путем периодического отбора проб контролируемой среды из реактора, измерения вязкости и кислотного числа, определения по ним момента окончания процесса поликонденсации, отличающийся тем, что, с целью создания автоматического управляемого процесса поликонденсации с получением продуктов со стабильными значениями вязкости и кислотного числа и повышения точности определения момента окончания процесса поликонденсации, в автоматическом режиме по измеренным значениям вязкости и температуры проб рассчитывают энергию активации вязкого течения контролируемых проб, определяют функциональную зависимость между энергией активации вязкого течения и автоматически измеренным кислотным числом, а затем определяют окончание процесса поликонденсации автоматически по точке перегиба на этой функциональной зависимости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3