Способ управления процессом алкилирования дифениламина винилароматическими мономерами

 

Использование: управление технологией получения химических добавок для полимерных материалов. Сущность изобретения: по истечении времени реакции измеряют температуру в реакторе, кинематическую вязкость реакционной смеси, проверяют значение последней на принадлежность заданному интервалу, в случае принадлежности кинематической вязкости реакционной смеси заданному интервалу ведут процесс, не изменяя технологических параметров, в противном случае в реактор подают дополнительное количество дифениламина или винилароматического мономера в соответствии с математическими выражениями.

Изобретение относится к управлению технологическим процессом получения химических добавок для полимерных материалов и может быть использовано в производстве стабилизаторов для синтетических каучуков, в частности при получении стабилизаторов путем алкилирования дифениламина (ДФА) винилароматическими мономерами.

Стабилизаторы ВТС-150 и ВТС-150Б (ТУ 38.103613-86) получают в промышленных условиях путем алкилирования дифениламина стиролом или альфаметилстиролом в присутствии катализатора.

Однако в процессе промышленного освоения синтеза стабилизаторов выявились следующие недостатки: 1. нестандартность получаемой продукции по основному показателю качества-кинематической вязкости; для получения продукта стандартного качества необходимо строжайшее выдерживание температурного и временного режима, а также постоянной скорости подачи стирола или альфаметилстирола. Малейшие отклонения по тем или другим параметрам технологического процесса приводят к большим колебаниям продукта по кинематической вязкости.

В производственных условиях из-за низкой культуры производства и низкой степени автоматизации технологического процесса указанные условия выдержать трудно.

2. Наличие некондиционной продукции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ автоматического регулирования процесса алкилирования бензола этиленом, включающий регулирование подачи в реактор бензола, полиалкилбензола, этилена, свежего и возвратного катализаторного комплекса и хлористого этила, измерение давления в алкилаторе, измерение концентрации бензола, полиалкилбензола и этилена, активности катализаторного комплекса на входе реактора, температуры газовой и жидкой фаз на входе реактора, прогнозирование по измеренным параметрам количества полиалкилбензола на выходе реактора, сравнение его с заданным значением, увеличение подачи этилена в реактор при прогнозном значении количества полиалкилбензола на выходе реактора, меньшем заданного значения, увеличение подачи бензола в реактор при прогнозном значении количества полиалкилбензола на выходе реактора, большем заданного значения (а.с. СССР N 1477728, кл. C 07 B 37/00, 1987).

Недостатками известного способа являются: способ позволяет стабилизировать только количество полиалкилбензола на выходе реактора, не влияя на его качество; регулирование подачи исходных компонентов осуществляется в течение процесса алкилирования на основе прогнозирования их количеств, что приводит к запаздыванию управляющего воздействия; отсутствие точного расчета управляющего воздействия.

Технической задачей предлагаемого технического решения является стабилизация основного показателя качества целевого продукта, исключение образования некондиционной продукции.

Поставленная задача решается тем, что в способе управления процессом алкилирования дифениламина винилароматическими мономерами, включающем регулирование подачи исходных компонентов реакционной смеси, измерение температуры в реакторе по истечении времени реакции измеряют температуру в реакторе, кинематическую вязкость реакционной смеси, проверяют значение последней на принадлежность заданному интервалу, в случае принадлежности ведут процесс, не изменяя технологических параметров, в противном случае при выполнении условия (η_{кин.верх}- η_{кин.изм.}) <0 в реактор подают дополнительное количество дифениламина в соответствии с формулой: где m_{2 зад} заднее количество винилароматического мономера, моль верхний предел кинематической вязкости в заданном интервале, сСТ.

η_{кин.изм.} - измеренное значение кинематической вязкости, сСТ.

T_зад заданное значение температуры, ^oC.

T_изм измеренное значение температуры, ^oC.

а при выполнении условия подают дополнительное количество винилароматического мономера в соответствии с формулой:

где
m_{1 зад} заданное количество дифениламина, моль;
нижний предел кинематической вязкости в заданном интервале, сСТ;
T_зад заданное значение температуры, ^oC;
T_изм измеренное значение температуры, ^oC.

Формулы выведены методом математической статистики на основании зависимости между показателем качества кинематической вязкостью и параметрами синтеза температурой реакционной среды (T^o), соотношением исходных реагентов: дифениламина (m₁) и винилароматического мономера (m₂).

Процесс алкилирования дифениламина винилароматическими мономерами и управление процессом осуществляют следующим образом.

В аппарат объемом 12 м³, снабженный мешалкой, рубашкой и внутренним змеевиком для нагревания или охлаждения реакционной массы, гильзой для термопары, загружают рассчитанное количество дифениламина и катализатора с одновременной подачей азота. Содержимое аппарата подачей пара в рубашку нагревают до 150^oC, затем в аппарат медленно в течение 4-5 ч подают при работающей мешалке винилароматический мономер (стирол или альфаметилстирол). За счет тепла реакции температура смеси поднимается до 160-180^oC, при которой выдерживают реакционную смесь еще 5-7 ч.

Готовый продукт представляет собой вязкую жидкость, подвижную при температуре 60^oC и выше.

Продукт алкилирования характеризуют содержанием остаточных винилароматического мономера и дифениламина, которые по техническим условиям не должны превышать значения 0,7 и 3,5% соответственно, а также показателем кинематической вязкости при 50^oC, который должен находиться в интервале 500-1000 сСТ при алкилировании дифениламина альфаметилстиролом и 500-800 сСТ в случае алкилирования стиролом.

В случае непринадлежности измеренного значения кинематической вязкости заданному интервалу осуществляют ее корректировку путем добавления дифениламина при значении кинематической вязкости выше верхнего предела и винилароматического мономера при значении кинематической вязкости ниже нижнего предела в количестве, определяемом по приведенным выше формулам (1) и (2).

Пример 1. Алкилирование дифениламина альфаметилстиролом ведут в условиях, указанных выше. После проведения синтеза в течение 15 ч замеряют кинематическую вязкость и температуру. Кинематическая вязкость равна 230 сСТ (50^oC), температура 165^oC.

Так как т.е. 500-230>0, по формуле (2) находят количество альфаметилстирола в молях для дополнительной подачи в аппарат:

m_{1 зад.} 1; 500; T_зад. 170^o;

После дозирования дополнительного количества альфаметилстирола в течение 3 ч кинематическая вязкость продукта алкилирования составляет 560 сСТ (50^oC).

Пример 2. Процесс алкилирования дифениламина альфаметилстиролом ведут как описано выше. После 15 ч синтеза замеряют кинематическую вязкость и температуру, при которой ведут синтез. Кинематическая вязкость равна 2100 сСТ (50^oC), температура 170^oC, т.к. 0<0, т.е. 1000-2100 <0. Используют формулу (1).

где
m_{2 зад.} 1,65; 1000; T_зад. 170;
Δm₁= 0,57моля
находят количество дифениламина в молях для дополнительной подачи в аппарат.

Добавляют в реакционную смесь 0,57 моля дифениламина, ведут синтез еще 3 ч и замеряют кинематическую вязкость. Она составляет 950 сСТ (50^oC).

Пример 3. Алкилирование дифениламина стиролом ведут в условиях, указанных выше. После 12 ч синтеза замеряют кинематическую вязкость, температуру. Кинематическая вязкость равна 380 сСТ, температура 170^oC, т.к. т.е. 500-380>0 по формуле (2) находят количество стирола в молях для дополнительной подачи в аппарат:

где
m_{1 зад.} 1;
500; T_зад. 170
; Δm₂=0,08моля
После дозирования дополнительного количества стирола в течение 2,5 ч снова замеряем кинематическую вязкость 570 сСТ (50^oC).

Пример 4. Алкилирование дифениламина стиролом ведут, как описано выше. После 12 ч синтеза замеряют кинематическую вязкость, температуру. Кинематическая вязкость равна 1200 сСТ, температура 160^oC, т.к. т.е. 800-1200 <0, по формуле (1)

где
m_{2 зад.} 1,7; 800;
T_зад. 170;
Δm₁= 0,15 моля
находят количество дифениламина в молях для дополнительной подачи в аппарат.

Добавляют в реакционную смесь 0,15 моля дифениламина, ведут синтез еще 3 ч и замеряют кинематическую вязкость 710 сСТ (50^oC).

Таким образом, предлагаемый способ управления процессом алкилирования ДФА винилароматическими мономерами позволяет.

1. Стандартизировать продукт по качеству, в частности по кинематической вязкости.

2. Полностью исключить получение некондиционного продукта.

Заявляемый способ управления может быть использован как в автоматизированных системах управления с использованием современной вычислительной техники, так и в традиционных локальных системах управления.

Формула изобретения

Способ управления процессом алкилирования дифениламина винилароматическими мономерами, включающий регулирование подачи исходных компонентов реакционной смеси, измерение температуры в реакторе, отличающийся тем, что по истечении времени реакции измеряют температуру в реакторе, кинематическую вязкость реакционной смеси, проверяют значение последней на принадлежность заданному интервалу, в случае принадлежности кинематической вязкости реакционный смеси заданному интервалу ведут процесс, не изменяя технологических параметров, в противном случае при выполнении условия (η_{кин.верх.}- η_{кин.изм}) <0 в реактор подают дополнительное количество дифениламина в соответствии с формулой

где m_2зад заданное количество винилароматического мономера, моль;
η_{кин.верх.зад}- верхний предел кинематической вязкости в заданном интервале, Ст;
η_{кин.изм} - измеренное значение кинематической вязкости, Ст;
Т_зад заданное значение температуры, ^oС;
Т_изм измеренное значение температуры, ^oС,
а при выполнении условия (η_{кин.ниж зад} - η_{кин.изм})>0 подают дополнительное количество винилароматического мономера в соответствии с формулой

где m_1зад заданное количество дифениламина, моль;
η_{кин.нижн.зад} - нижний предел кинематической вязкости в заданном интервале, Ст;
Т_зад заданное значение температуры, ^oС;
Т_изм измеренное значение температуры, ^oС.