Устройство для полимеризации изопрена в массе



Устройство для полимеризации изопрена в массе
Устройство для полимеризации изопрена в массе
Устройство для полимеризации изопрена в массе
Устройство для полимеризации изопрена в массе

 


Владельцы патента RU 2617411:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт синтетического каучука имени академика С.В. Лебедева" (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" (RU)

Изобретение относится к производству синтетических каучуков. Описано устройство для полимеризации изопрена в массе в неподвижном слое реакционной смеси в виде малообъемных ячеек. Ячейки выполнены в теле охлаждаемой технологической платформы. Ячейки имеют форму цилиндра большого диаметра и малой высоты. Высота слоя реакционной смеси в ячейке не превышает 3 мм. Технический результат - получение продукта с более высокими качественными показателями. 1 ил., 2 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к производству синтетических каучуков.

В настоящее время основным методом получения диеновых каучуков является полимеризация в растворе. Между тем несомненными преимуществами обладает полимеризация в массе (блочная полимеризация), при реализации которой достигается максимальная концентрация мономера, т.е. максимальная скорость процесса, и зачастую максимальная степень полимеризации. Кроме того, в силу отсутствия разбавителей при полимеризации в массе обеспечивается максимальная чистота готового продукта и исключается необходимость в аппаратуре для их рецикла. Поскольку следующие за растворной полимеризацией процессы и их аппаратурное оформление составляют 80% металлоемкости и 70% энергоемкости всей технологической цепочки, очевидно, что полимеризация в массе принципиально представляет собой наиболее экономичную технологию.

Тем не менее полимеризация изопрена в массе до сих пор расценивается как бесперспективная технология. К причинам такого состояния вопроса относят очень высокие значения вязкости реакционной среды, исключающие применение перемешивающих устройств, а также затрудненный в условиях очень высокой скорости протекающей экзотермической реакции теплоотвод из объема аппарата.

Известны способ и устройство для получения изопреновых полимеров и сополимеров в отсутствие (или практически в отсутствие) растворителей (см. Патент США 4696984, 1987). В качестве устройства для осуществления процесса полимеризации изопрена в массе в этом литературном источнике сообщается об использовании традиционных реакторов с мешалками - при умеренных значениях конверсии (50-60%). Для достижения более высокой конверсии рекомендуется использовать экструдеры с самоочищающимися мешалками (шнеками). При этом конкретные значения конверсии и вязкости среды в патенте не приводятся. Между тем известно, что применение каких-либо перемешивающих устройств возможно лишь до значений вязкости среды, не превышающих 103 Па⋅с. При конверсии 60-70% вязкость реакционной смеси синтезируемого полиизопрена составляет величину по крайней мере на порядок выше.

Известен способ синтеза полиизопрена, характеризующийся высоким уровнем содержания транс-1,4-звеньев, и устройство для его осуществления (см. патент CN 200610043556.4, RU 2395528, МПК C08F 136/08). В описании этого изобретения сообщается об использовании большого объема мономера, при котором невозможно обеспечить необходимый теплоотвод из зоны реакции. В результате недостаточного теплоотвода рост температуры приобретает неконтролируемый характер, а готовый продукт получается некондиционным по качеству. Устройство для осуществления процесса полимеризации представляет собой реактор с мешалкой в виде ленточной винтовой лопасти. При конверсиях выше 60% данный аппарат становится неработоспособным из-за резкого возрастания вязкости среды.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для осуществления каталитического процесса полимеризации изопрена в массе в неподвижном слое реакционной смеси в виде малообъемных ячеек полусферической формы, выполненных в теле охлаждаемой технологической платформы, в частности на конвейерной ленте (см. Патент RU №2563844, МПК C08F 136/08, C08F 136/04). Недостатком данного устройства является неоднородность свойств синтезируемого полимера, проявляющая себя уже при полимеризации в ячейках малого размера. В частности, установлено [Елфимов В.В., Юленец Ю.П., Марков А.В. и др. Математическая модель процесса полимеризации изопрена в массе // Каучук и резина, 2015. - №4. - С. 38-41], что даже в ячейке радиусом rо=10 мм условия полимеризации изопрена в массе существенно отличаются от изотермических, в результате чего конечный продукт получается разнородным по качеству, а время процесса завышенным. Кроме того, при превышении значения rо=10 мм температура реакционной смеси во всех тепловых режимах, т.е. при любых значениях температуры стенки ячейки Tст, оказывается выше максимально допустимой (, где ). Это отрицательно сказывается на свойствах синтезируемого полиизопрена, так как полимеризация диенов весьма чувствительна к повышенным температурам.

В силу указанных причин при сопоставлении показателей работы заявляемого устройства с устройством-прототипом характерный размер (радиус ячейки) полусферической формы выбран равным 10 мм.

Технический результат от использования заявляемого устройства заключается в получении конечного продукта с более высокими качественными показателями.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для осуществления каталитического процесса полимеризации изопрена в массе в неподвижном слое реакционной смеси в виде малообъемных ячеек, выполненных в теле охлаждаемой технологической платформы, ячейки имеют форму цилиндра большого диаметра и малой высоты, а высота слоя реакционной смеси в ячейке не превышает 3 мм.

Внутри охлаждаемой проточной водой технологической платформы 1 выполнены углубления (ячейки) цилиндрической формы. Диаметр ячеек D значительно превышает их высоту (глубину). Высота h слоя реакционной смеси в ячейке (позиция 2 на Фиг. 1) не превышает 3 мм.

Пример 1. Проводили полимеризацию изопрена ([М]о=10 моль/л) в массе в присутствии каталитической системы на основе бис-(2-этилгексил) фосфата неодима ([Nd]=2⋅10-4 моль/л) в ячейке полусферической формы и в ячейке цилиндрической формы большого диаметра и малой высоты, выполненных в теле технологической платформы. Тепловые режимы реакторов (ячеек) обеспечивались регулированием температуры воды, прокачиваемой через «рубашку» технологической платформы. Показатели процесса полимеризации сведены в таблицу 1.

В таблице 1 обозначено: Tст - температура стенки ячейки; Tmax - максимальная температура реакционной смеси; T - локальная температура реакционной смеси; τ - текущее время; Uср - средняя конверсия (степень превращения мономера в полимер: , где [М]о, [М] - соответственно начальная и текущая концентрации изопрена в реакционной смеси); - средняя по высоте слоя за время полимеризации температура; x - текущая по высоте слоя координата; h - высота слоя в ячейке; Mn, Mw - соответственно среднечисленная и среднемассовая молекулярная масса полиизопрена; [η] - характеристическая вязкость раствора полиизопрена в толуоле.

Сравнительная таблица показателей процесса полимеризации изопрена в массе в устройствах различной конструкции

Из данных таблицы 1 следует, что применение заявляемого устройства по сравнению с устройством-прототипом обеспечивает более высокие качественные характеристики полимера, достигаемые в том числе при одинаковых максимальных температурах полимеризации (Tmax=100°C). Синтезированный полиизопрен отличается более высокой 1,4-цис-специфичностью. Достигнутый эффект обусловлен реализацией в заявляемом устройстве более близких к изотермическим условий полимеризации, обеспечивающих дополнительно сокращение временной продолжительности процесса. Так, время полимеризации изопрена до конверсии 90% в ячейке полусферической формы даже при большей максимальной температуре (Tmax=130°C) значительно превышает время полимеризации в ячейке заявляемой конструкции при Tmax=100°C.

Оптимальное значение высоты слоя реакционной смеси (h=3 мм) в заявляемом устройстве установлено следующим образом.

Пример 2. Проводили полимеризацию изопрена ([М]о=10 моль/л) в массе в присутствии каталитической системы на основе бис-(2-этилгексил) фосфата неодима ([Nd]=2⋅10-4 моль/л) в ячейке цилиндрической формы диаметром 0,3 м, выполненной в теле охлаждаемой проточной водой технологической платформы при различных значениях высоты слоя реакционной смеси. Сравнительные показатели процесса при Tmax=100°C и конверсии мономера Ucp=0,9 сведены в таблицу 2.

Как и следовало ожидать, наиболее близкие к изотермическим условия полимеризации и соответственно наибольшая равномерность свойств синтезируемого полиизопрена обеспечиваются при минимальной высоте слоя h=2 мм. Однако относительная производительность устройства оказывается максимальной при высоте слоя h=3 мм, которое является оптимальным.

Относительная производительность устройства определялась следующим образом: , где h - высота слоя; τо - время полимеризации при минимальной высоте слоя (h=hо=2 мм); τ - время полимеризации при высоте слоя h; Gh - производительность устройства при высоте слоя h; Gо - производительность устройства при минимальной высоте слоя (hо=2 мм).

Полиизопрен, полученный полимеризацией изопрена в массе в реакторе заявляемой конструкции при высоте слоя смеси 3 мм, отличается высокими техническими показателями - таблица 1. Таким образом, в рассматриваемом случае показатель изотермичности (R=0,77) обеспечивает одновременно максимальную производительность оборудования и высокое качество продукции.

Устройство для осуществления каталитического процесса полимеризации изопрена в массе в неподвижном слое реакционной смеси в виде малообъемных ячеек, выполненных в теле охлаждаемой технологической платформы, отличающееся тем, что ячейки имеют форму цилиндра большого диаметра и малой высоты, а высота слоя реакционной смеси в ячейке не превышает 3 мм.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области химии высокомолекулярных соединений и медицины, а именно к вариантам способа получения псевдоживой радикальной полимеризации амфифильных блок-сополимеров для трансфекции эукариотических клеток, включающих катионный блок – поли(N,N-диметиламиноэтилметакрилат) и гидрофобный блок – поли(олигопропиленгликольакрилат).

Изобретение относится к композиции, представляющей собой потребительский товар, выбранный из продукта для личной гигиены, чистящего продукта, моющего продукта, продукта для ухода за тканью.

Изобретение относится к водной полимерной дисперсии для демпфирования вибрации. Водная полимерная дисперсия для демпфирования вибрации содержит пленкообразующий полимер в форме диспергированных частиц, содержащих полимерную фазу Ρ1 и другие полимерные фазы Р2 и Р3; при этом полимерная дисперсия получена в результате проведения свободно-радикальной эмульсионной полимеризации, включающей следующие далее стадии: (a) полимеризация загрузки первого мономера M1 для получения полимерной фазы Р1, за чем следуют (b) полимеризация загрузки второго мономера М2 в присутствии Р1 для получения полимерной фазы Р2, (c) полимеризация загрузки третьего мономера М3 в присутствии Р1 и Р2 для получения полимерной фазы Р3, причем разница температур стеклования между Р1 и Р2 составляет, по меньшей мере, 20°С; разница температур стеклования между Р2 и Р3 составляет, по меньшей мере, 5°С, и при полимеризации загрузок мономеров M1, М2 и М3 использован передатчик кинетической цепи.

Изобретение относится к неводной дисперсии. Неводная дисперсия для использования в покрытии включает непрерывную фазу и дисперсную фазу, где дисперсная фаза содержит продукт реакции дисперсионной полимеризации, полученный из реакционной смеси, содержащей этилен-ненасыщенный мономер, акриловый полимерный стабилизатор и затравочный полимер, стабилизированный с использованием алифатического сложного полиэфира.

Изобретение относится к полимерной промышленности. Описан способ получения дилитиевого инициатора анионной (со)полимеризации на основе олигомера олефин-ароматического углеводорода и сопряженного диена, имеющего общую формулу Li-В-А-В-Li, где Li - активный центр, B - диеновый блок, A - олефин-ароматический блок.

Изобретение относится к способу получения диен-винилароматических каучуков. Способ получения диен-винилароматических каучуков осуществляют путем эмульсионной сополимеризации сопряженных диенов и винилароматических мономеров в присутствии инициатора полимеризации и регулятора молекулярной массы.
Изобретение относится к латексным эмульсиям, которые могут быть использованы для получения покрывающих композиций, которые не чувствительны к воде, имеют хорошую устойчивость к помутнению и хорошую способность к стерилизации в автоклаве.

Изобретение относится к реактору полимеризации для осуществления реакции полимеризации. Реактор полимеризации для выполнения реакции полимеризации включает корпус сосуда и рубашку, охватывающую наружную поверхность корпуса сосуда и образующую канал для прохождения охлаждающей/нагревающей среды между этой рубашкой и внешней поверхностью корпуса сосуда, реактор включает устройство для подачи инертного газа в канал, при этом корпус сосуда изготовлен из плакированной металлической пластины, включающей слой металла основы, который имеет внутреннюю поверхность на внутренней стороне корпуса сосуда и наружную поверхность на внешней стороне корпуса сосуда, и внутренний поверхностный слой коррозионно-стойкого металла, связанный с внутренней поверхностью слоя металла основы, который имеет меньшую толщину, чем толщина слоя металла основы.

Изобретение относится к способу сополимеризации этилена и сложных эфиров винилового спирта в присутствии свободно-радикальных инициаторов полимеризации при давлении 110-500 мПа и температуре 100-350°С в полимеризаторе непрерывного действия.

Изобретение описывает хлоропреновый каучук, полученный эмульсионной полимеризацией исходных мономеров, включающих антиперипланарный транс-1-хлорбута-1,3-диен и цис-1-хлорбута-1,3-диен в общем количестве от 1,5% масс.

Изобретение относится к бис-имин пиридиновому комплексу лантанидов с общей формулой (I) где Ln представляет неодим (Nd), R1 и R2 одинаковы и выбираются из линейных или разветвленных С1-С20 алкильных групп, R3 и R4 одинаковы или отличаются друг от друга и выбираются из необязательно замещенных циклоалкильных групп, необязательно замещенных арильных групп, Х1, Х2 и Х3 одинаковы и представляют атом галогена, такой как хлор, бром, йод.

Изобретение относится к оксо-азотсодержащему комплексу лантанидов с общей формулой (I) или (II): Значения радикалов следующие: Ln представляет неодим, R1 и R2 одинаковые и их выбирают из линейных или разветвленных С1-С20 алкильных групп, R3 выбирают из необязательно замещенных арильных групп; или R3 представляет кетоиминную группу с формулой: где R' и Rʺ одинаковые и представляют атом водорода, Y представляет атом кислорода; или -N-R4 группу, где R4 выбирают из необязательно замещенных арильных групп, X1, Х2 и Х3 одинаковые и представляют атом галогена, такой как, например, хлор, бром, йод.
Настоящее изобретение относится к способу выделения синтетического цис-1,4-полиизопрена, используемого для производства шин и резинотехнических изделий, из раствора в углеводородном растворителе водной дегазацией.

Изобретение относится к производству стереорегулярных полимеров сопряженных диенов и может быть использовано в промышленности синтетического каучука, в шинной и резинотехнической промышленности.

Изобретение относится к области получения синтетического изопренового каучука. Описан способ получения синтетического полиизопрена полимеризацией изопрена под действием катализатора.

Изобретение относится к производству изопрена. Описан способ полимеризации изопрена в массе в малообъемных ячейках.
Изобретение относится к области получения синтетического каучука. Описан способ получения цис-1,4-полиизопрена полимеризацией изопрена в растворе изопентана или смеси изопентана и изоамиленов в присутствии каталитического комплекса.

Изобретение относится к области получения полимеров сопряженных диенов, в частности к способу получения модифицированного цис-1,4-полиизопрена. Проводят полимеризацию изопрена в присутствии катализатора, Дезактивируют катализатор, стабилизируют и модифицируют полимер продуктом взаимодействия малеинового ангидрида и N-алкил-N′-фенил-n-фенилендиамина в количестве 0,5-2,0 мас.% на полимер с последующей дегазацией и сушкой полимера.
Изобретение относится к области получения полимеров сопряженных диенов, в частности, к получению модифицированного цис-1,4-полиизопрена. Проводят полимеризацию изопрена в присутствии катализатора, далее - дезактивацию катализатора, стабилизацию и модификацию полимера продуктом взаимодействия малеинового ангидрида и N-алкил-N′-фенил-n-фенилендиамина, взятых в массовом отношении 15-30:70-85.

Изобретение относится к области получения синтетических каучуков, в частности диеновых (со)полимеров, таких как полибутадиен, полиизопрен и бутадиен-стирольный каучук (БСК), применяемых при производстве шин, резинотехнических изделий, модификации битумов, в электротехнической и других областях.

Изобретение относится к области газохимии и может быть использовано для получения водородсодержащего газа на основе смеси CO и H2 (синтез-газа) из природного газа и иных углеводородных газов.
Наверх