Способ управления процессом полимеризации термоэластопластов

 

Использование: в производстве синтетического каучука при автоматизации процессов полимеризации. Сущность изобретения: по способу управления процессом полимеризации термоэластопласта путем полимеризации термоэластопласта разветвленного и полистириллития, их смешения и регулирования индекса расплава изменением дозы катализатора полистириллитий и термоэластопласт разветвленный получают в полимеризате одинаковой максимальной концентрации, причем процесс полимеризации полистириллития проводят в батарее реакторов и регулируют его индекс расплава в зависимости от вязкости на выходе батареи воздействием на расход катализатора в первый аппарат: смешивают в потоке полистириллитий с термоэластопластом разветвленным, при этом концентрацию полистириллития в термоэластопласте разветвленном для получения необхадимого продукта стабилизируют соотношением их расходов, регулируют индекс расплава готового продукта воздействием на расход катализатора на полимеризацию полистириллития в зависимости от вязкости, измеренной после смешения полистириллития с термоэластопластом разветвленным, увеличивают или уменьшают дозу катализатора на полимеризацию термоэластопласта разветвленного в зависимости от увелечения или уменьшения средней дозировки катализатора на полимеризацию полистириллития. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматизации процессов полимеризации и может быть использовано в производстве синтетических каучуков.

Известен способ управления периодическим процессом полимеризации термоэластопластов разветвленных с содержанием полистириллития путем последовательной загрузки в реактор растворителя, катализатора, бутадиена, первой порции стирола, разветвляющего агента, второй порции стирола и второй порции катализатора с ожиданием завершения процесса полимеризации после загрузки каждой порции мономера и коррекцией дозы катализатора в зависимости от величины индекса расплава ранее полученного в этом либо другом реакторе готового продукта.

Однако по известному способу невозможно добиться высокого качества готовой продукции, так как качество продукции определяется после проведения полимеризации, а не в процессе; в ходе полимеризации не контролируется качественный показатель и нет возможности своевременно влиять на формирование качества. Кроме того, при периодическом процессе полимеризации производительность всегда ниже, так как затрачивается время на загрузку и выгрузку реагентов в реактор и из него, а при проведении таких операций продукт не производится.

Сущность изобретения заключается в том, что по известному способу управления процессом полимеризации термоэластопластов путем полимеризации термоэластопластов разветвленных и полистириллития, их смешения и регулирования индекса расплава изменением дозы катализатора для повышения производительности труда и качества готового продукта полистириллитий и термоэластопласт разветвленный получают в полимеризате одинаковой максимальной концентрации, причем процесс полимеризации полистириллития проводят в батарее реакторов и регулируют его индекс расплава в зависимости от вязкости на выходе батареи воздействием на расход катализатора в первый реактор, смешивают в потоке полистириллитий с термоэластопластом разветвленным, при этом концентрацию полистириллития в термоэластопласте разветвленном для получения необходимого продукта стабилизируют соотношением их расходов, регулируют индекс расплава готового продукта воздействием на расход катализатора на полимеризацию полистириллития в зависимости от вязкости, измеренной после смешения полистириллития с термоэластопластом разветвленным, увеличивают или уменьшают дозу катализатора на полимеризацию термоэластопласта разветвленного в зависимости от увеличения или уменьшения средней дозировки катализатора на полимеризацию полистириллития.

Все перечисленные признаки в совокупности с известными обеспечивают повышение качества готового продукта. Так, непрерывный контроль качества с помощью вискозиметров на стадии полимеризации полистириллития позволяет своевременно выявлять и компенсировать катализатором примеси в исходных продуктах. Поэтому качество полистириллития повышается, что оказывает положительное влияние и на качество готового продукта после смешения. При этом контроль индекса расплава при полимеризации полистириллития и после смешения облегчается тем, что концентрация полистириллития и термоэластопласта разветвленного в полимеризате одинаковая максимальная, а значит на изменение вязкости в точках контроля оказывает влияние только индекс расплава.

Воздействие на расход катализатора в процессе полимеризации полистириллития в зависимости от вязкости, измеренной после смешения, позволяет за счет изменения индекса расплава полистириллития, вызванного этим воздействием, компенсировать возможное ухудшение качества термоэластопласта разветвленного, тогда как на качество уже готового термоэластопласта разветвленного повлиять нельзя.

Коррекция дозы катализатора на полимеризацию термоэластопласта разветвленного в зависимости от средней дозировки катализатора на полимеризацию полистириллития повышает качество термоэластопласта разветвленного и готового продукта. Действительно, увеличение дозировки катализатора на полимеризацию полистириллития свидетельствует о том, что концентрация примесей в исходных продуктах (растворитель, стирол) увеличилась, а так как растворитель и стирол являются исходными продуктами и для полимеризации термоэластопласта разветвленного, то своевременная компенсация примесей изменением дозировки катализатора на полимеризацию термоэластопласта разветвленного повышает качество последнего, а значит и качество готового продукта.

И наконец, производительность труда при проведении процесса полимеризации полистириллития выше, чем при периодическом процессе, так как не затрачивается время на загрузку и выгрузку реагентов в реактор и из него (во время этих операций продукт не производится).

На чертеже представлена блок-схема системы управления, с помощью которой реализуется предлагаемый способ.

Схема состоит из реакторов 1, 2, 3 получения полистириллития, смесителя 4, контура регулирования расхода катализатора, состоящего из датчика 5, регулятора 6, клапана 7, контура стабилизации расхода растворителя, состоящего из датчика 8, регулятора 9, клапана 10, контура регулирования расхода стирола, состоящего из датчика 11, регулятора 12, клапана 13, клапана 14 регулирования расхода хладагента в рубашку реактора 1, датчиков 15, 16 вязкости на выходе первого и последнего реакторов батареи соответственно, усреднителя 17, реактора 18 получения термоэластопласта разветвленного, датчиков 19, 21, 23, 25, 27 расхода стирола, растворителя, катализатора, разветвляющего агента, бутадиена соответственно, отсечных клапанов 20, 22, 24, 26, 28 на линиях подачи стирола, растворителя, катализатора, разветвляющего агента, бутадиена соответственно, клапана 29 регулирования расхода хладагента в рубашку реактора 18, отсечного клапана 30 на линии подачи термоэластопласта разветвленного в усреднитель 17, контура регулирования раствора термоэластопласта разветвленного в полимеризате, состоящего из датчика 31, регулятора 33, клапана 32, смесителя 34, датчика 35 вязкости готового продукта, вычислительной машины 36.

Регулирование индекса расплава полистириллития в зависимости от вязкости на выходе батареи воздействием на расход катализатора в первый аппарат осуществляется следующим образом.

а) Рассчитывается задание регулятору 9 расхода растворителя по формуле Ст³_рн= Ст_сн·(100-C³) (1), где Ст_сн расход стирола, т/ч; С^з заданная максимальная концентрация стирола в полимеризате, одинаковая и для концентрации термоэластопласта разветвленного в полимеризате, моль/л.

Исходя из требований регламента и конструкции аппарата максимальная С^з равна 30% б) Задание регулятору 6 расхода катализатора в первый реактор определяется по формуле Ст^з_к= Ст_o+ K_п·ε+K, , (2) где Е I₁^з I₁ рассогласование; I³₁= , где I₁^з заданный индекс расплава после первого реактора; I₁ текущий индекс расплава после первого реактора; К_п, К_н, L коэффициенты; μ₁ динамическая вязкость после первого реактора от датчика 15; Ст_о начальный расход катализатора.

Заданный индекс расплава после первого аппарата I₁^з корректируется в зависимости от индекса расплава на выходе батареи
I₁^з I_н + М (I_б^з I_б), (3) где I_б= текущий индекс расплава на выходе батареи;
μ³ динамическая вязкость на выходе батареи от датчика 16;
L_б, М коэффициенты;
I_б заданный индекс расплава на выходе батареи;
I_н начальный индекс расплава после первого реактора.

Процессом полимеризации термоэластопласта разветвленного управляют в следующей последовательности:
а) исходя из заданной максимальной концентрации мономеров в полимеризате С^з 30% и объема реактора рассчитывается доза мономеров Ст_м при:
Ст_р^з 6,5 м³ заданная доза растворителя;
Ст_м= 2,5, м³; (4)
При этом дозы между стиролом и бутадиеном распределяются как:
Ст_с³ 650 л заданная доза стирола (составляет 30% от общей массы);
Ст_д^з Ст_м Ст_с^з 2500 л 650 л 1850 л заданная доза бутадиена;
Ст_н Ст_кс-1^з 270 л ориентировочная доза катализатора, равная дозе катализатора, загруженного в последнем цикле в один из реакторов (Ст_кс-1^з);
Ст_а 50 л заданная доза сшивающего агента.

Указанная выше рецептура вводится в вычислительную машину и запускается автоматическое ведение процесса, на первом шаге которого вычисляется заданная доза катализатора
Ст_к^з Ст_кс-1^з + Н(I_пр^з I_i) + Δ Ст, (5) где Н коэффициент;
I^з_пр= 4,5 заданный индекс расплава готового продукта;
I_i индекс расплава, полученный в предыдущем цикле;
Δ Ст поправка (будет описана ниже).

Автоматическое ведение процесса заключается в следующем: открываются клапаны 20, 22 на линиях подачи стирола и растворителя, а фактическая доза продуктов, поступивших в реактор контролируется по датчикам 19, 21 расхода. По достижении фактических доз стирола и растворителя, равных заданным Ст^з, Ст_р^з, клапаны 20, 22 закрываются; после перемешивания аналогично загружается катализатор с использованием отсечного клапана 24 и датчика 23 расхода; далее при постоянном перемешивании осуществляется процесс полимеризации стирола, для чего задается выдержка, равная 1 ч; затем, используя клапан 28 и датчик 27, загружается бутадиен с ожиданием в течение 1 ч завершения процесса полимеризации; и, наконец, загрузкой сшивающего агента с помощью клапана 26 и датчика 25 процесс полимеризации термоэластопласта разветвленного завершается.

Подсчет фактической дозы, загружаемой в реактор, производится по формуле
Q F_i·Δt, (6) где F_i мгновенное значение расхода от датчиков 19, 21, 23, 25, 27;
Δ t дискретность поступления информации от указанных датчиков.

По завершении полимеризации готовый термоэластопласт разветвленный через клапан 30 перекачивается в усреднитель 17.

Концентрация полистириллития в термоэластопласте разветвленном для получения готового продукта при полной полимеризации полистириллития и термоэластопласта разветвленного и одинаковой их концентрации в полимеризате регулируется путем формирования задания регулятору 33 расхода термоэластопласта разветвленного
Ст^з_дст= , (7) где Ст_дст^з задание регулятору 33 расхода раствора термоэластопласта разветвленного из смесителя 17;
С_пр^з заданная концентрация полистириллития в термоэлаcтоплаcте разветвленном;
Ст_сн, Ст_рн расход стирола и растворителя соответственно в первый реактор 1 батареи полимеризации полистириллития.

Например, при С^з 30% наполнении полистириллитием в 20% (С_пр^з 20%) и расходе стирола Ст_сн 3 т/ч, на полимеризацию полистириллития из формулы (1) получим расход Ст_рн^з растворителя
Ст^з_рн= 7 .

А требуемый при этом расход раствора термоэластопласта разветвленного равен согласно формуле (7)
Ст^з_дст= 40 .

Регулирование индекса расплава готового продукта воздействием на расход катализатора на полимеризацию полистириллития осуществляется следующим образом.

Рассчитывается индекс расплава готового продукта
I_пр= , где R коэффициент;
μ_пр динамическая вязкость готового продукта от датчика 35, установленного после смешения термоэластопласта разветвленного с полистириллитием.

Корректируется заданная вязкость на выходе батареи полимеризации полистириллития
I_в^з I_бо + р(I_пр^з I_пр), (8) где Р коэффициент;
I_пр^з 4,5 г/10 мин заданный индекс расплава готового продукта;
Iб_о начальный индекс расплава.

Рассмотрим на примере регулирование индекса расплава готового продукта.

I_пр^з 4,5; I_б^з I_б 4,5; I₁^з I₁ 4,5;
I_н I_б 4,5; Ст_к^з Ст_о 130, л/ч. Допустим текущий индекс расплава стал равным I_пр 4,тогда согласно формуле (8) имеем
I_б^з 4,5 + 1 ˙ (4,5 4) 4,5 + 0,5 5, Тогда согласно формуле (3) заданный индекс расплава после первого реактора будет равен
I₁^з 4,5 + 0,8 ˙ (5-4,5) 4,5 + 0,4 4,9. При этом рассогласование в формуле (2) станет равным
ε 4,9 4,5 0,4. И поэтому задание регулятору 6 расхода катализатора согласно формуле (2) увеличится
Ст^к= 130+11·0,4+0,1·Σ0,4 130+4,4+0,04 134,44 . Это, в свою очередь, приведет к увеличению индекса расплава на батарее, а следовательно, и к увеличению (после смешения в смесителе 34) индекса расплава готового продукта.

Увеличение или уменьшение дозы катализатора на полимеризацию термоэластопласта разветвленного в зависимости от увеличения или уменьшения средней дозировки катализатора на полимеризацию полистириллития производится согласно формуле (5), где
Ст Ст_ср^нач Ст_ср, где Ст_ср^нач начальный средний расход катализатора на полимеризацию полистириллития;
Ст_ср= Cт_i средний расход катализатора на полимеризацию полистириллития за предыдущий отрезок времени;
N количество точек для усреднения, характеризующее отрезок времени усреднения;
Ст_i текущий мгновенный расход катализатора на полимеризацию полистириллития.

Для контроля индекса расплава используется вибрационный вискозиметр типа ВВН5М. Полимеризацию термоэластопласта разветвленного и полистириллития проводят в присутствии нормального бутиллития в растворе толуола с концентрацией 0,25 моль/л. Температуру процесса полимеризации полистириллития поддерживают в диапазоне 50^оС и при необходимости регулируют воздействием на клапан 14 расхода хладагента в рубашку первого реактора.

Температура химических реагентов перед загрузкой в реактор для полимеризации термоэластопласта разветвленного соответственно составляет: растворителя +20^оС, стирола +20^оС, бутадиена -8^оС. Реакцию полимеризации первого блока (стирола) проводят при температуре +50^оС, а бутадиена (второго блока) до 100^оС. При необходимости температуру полимеризации регулируют подачей хладагента в рубашку аппарата клапаном 29. В качестве сшивающего агента используют ТЭОС (тетраэтоксисилан) в растворе растворителя с концентрацией 8%
Таким образом, непрерывный контроль индекса расплава и регулирование качества готового продукта воздействием на расход катализатора на полимеризацию полистириллития, гибкая и простая схема, позволяющая изменением концентрации одного продукта в другом обеспечивать выпуск различных готовых продуктов, способствуют повышению экономической эффективности производства.

Формула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТОВ путем полимеризации разветвленного термоэластопласта и полистириллития, их смешения и регулирования индекса расплава изменением дозы катализатора, отличающийся тем, что полистириллитий и разветвленный термоэластопласт получают в полимеризате одинаковой максимальной концентрации, причем процесс полимеризации полистириллития проводят в батарее реакторов и регулируют его индекс расплава в зависимости от вязкости на выходе батареи воздействием на расход катализатора в первый аппарат, смешивают в потоке полистириллитий с разветвленным термоэластопластом, при этом концентрацию полистириллития в разветвленном термоэластопласте для получения необходимого продукта стабилизируют соотношением их расходов, регулируют индекс расплава готового продукта воздействием на расход катализатора на полимеризацию полистириллития в зависимости от вязкости, измеренной после смешения полистириллития с разветвленным термоэластопластом, увеличивают или уменьшают дозу катализатора на полимеризацию разветвленного термоэластопласта в зависимости от увеличения или уменьшения средней дозировки катализатора на полимеризацию полистириллития.

РИСУНКИ

Рисунок 1