Способ получения поливинилового спирта

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ЕТВЛЬСТВУ

Союз Советскмк

Соцмвлмстмческмз

Республик!

111891691

1 !

1 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 240979 (2!) 2819423/23-05 (51)М. Кл. с присоединением заявки ¹â€”

С 08 F 116/06

С 08 F 8/12

Государственный коиятет

СССР

Il0 асавм нзобРФтоязФЙ я открытяй (23) Приоритет—

Опубликовано 231231,Бюллетень HQ 47

Дата опубликовами» описания 231281

t 3) У@К 678. 744. . 72. 02 (088. 8) (72) Авторы изобретения

И.П.Иванов,. В.Д.Медведев, Д.Л.Чиженко, Л.Л.Еженкова, М.Э.Розенберг, T.Â.Òðàïåýíèêoâà и С.С.Иванчев (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИВИНИЛОВОРО СПИРТА

Изобретение относится-к технологии получения поливинилового спирта. (ПВС) и может быть использовано в химической промышленности. 3

Известен способ. получения ПВС пу- . тем омыления раствора.поливинилацетата (ПВА) в метанольном растворе щелочи в емкостных .аппаратах с мешалками (11.

f0

Однако,. при этом возникает ряд технологических трудностей, з аключающихся в том, что образующийся- в процессе опыления поливиниловый спирт, по мере замещения ацетатных групп на гндроксильные,.перестает растворяться в метаноле, что обуславливает.наличие стадии гелеобраэования, характеризующейся резким нарастанием вязкости a середине процесса.. В дальнейшем продукт при недостаточной интенсивности перемешивания в обычных аппаратах с мешалками выпадает в..виде хлопьев, слипается в крупные агломераты и, в некоторых случаях, во всем объеме аппарата. образуется сплошная нетранспортабельная масса недоовяилен* ного IIBC. При этом резко снижается скорость реакции, а перемешивающее устройство отключается из-.эа перегрузки привода.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности .является способ получения.поливинилового clIHp та щелочным.омовением.поливинилацетата в метаноле, осуществляемый в емкостном аппарате с мешалкой.

Согласно этому способу,перемешивание реакционной массы осуществляется с помощью перемешивающих устройств с большими удельными энергетическими затратами,-обеспечивающих высокие скорости сдвига, достаточные для равножрного диспергирования высоковяэкого геля во всем. объеме аппарата.

После разбивки геля дисперсия. ПВС в метаноле перестает. слипаться, среда в,аппарате остается подвижной, маловязкой и реакция оьнления проходит до конца (2).

К недостаткам- данного. способа можно отиеети непроизводительные энергетические затраты на интенсивное перемешивание во все время ведения процесса .и во всем объеме аппарата н невозможность создания аппаратов большого. объема.для крупнотоннажного производства из-за отсутствия и трудности создания мотор-редукторов большой единичной мощности.

891691

Цель изобретения — снижение энергетических затрат на перемешивание с одновременным исключением образовання крупных нетранспортабельных слипшихся агрегатов недоомыленного поливинилового спирта в реакторах больыого объема.

Эта цель. достигается тем, что в известном спосоое получения поливинилового спирта щелсчным омылением поливинилацетата в метаноле, осуществляемом в емкостном аппарате с мешалкой, реакцию проводят в три стадии: на первой в течение 20-90 мин обеспечивают перемешивание реакционной среды во всем объеме аппарата со скоростью сдвига 50-100 с-" до 15 образования 40-45% остаточных ацетатных групп, на второй — в течение 1015 мин среду направляют в ограниченную,по объему зону реактора,. где обеспечивается интенсивное. перемеши- Я вание. со скоростью сдвига 200-500 с, и на последней стадии в течение 100200 мин подвергают перемешиванию и усреднению со скоростью сдвига 50

100 с" .

Способ осуществляется следующим образом.

На первой стадии, длящейся от 20 дб 90 мин, обеспечивается медленное перемешивание реакционной среды во ,всем объеме аппарата. Эффективная скорость сдвига при этом может не превышать 100 с " . Омыление проходит на 40-45%. При этом, учитывая небольшую вязкость среды, расходуется . сравнительно небольшая мощность и для перемешивания подходят обычные типы тихоходных мешалок, обеспечивающие циркуляцию среды во всем объеме аппарата (например шнекового или ленточного типа). На.второй стадии, 40 когда необходимо обеспечить высокие скорости сдвига для диспергирования высоковязкого полимера в момент гелеобразования,- начинает работать второе дополнительное быстродействующее перемешивающее устройство, которое в ограниченной по объему зоне реактора создает скорости сдвига 200

500 с-1 .

Время диспергирования высоковяз- ® кого геля при этих скоростях сдвига составляет 5-10 мин. При кратности циркуляции 2-3 мин весь объем реакционной среды в течение 10-15 мин пройдет через зону высоких скоростей сдвига .не менее 5 раэ, что гарантирует от проскоков.рабочей среды мимо зоны диспергирования.. Таким образом, время работы быстроходного перемешивающего устройства должно составлять 10-15 мин. И, наконец, íà . gQ третьей стадии q когда получена дисперсия недоомыенного ПВС; имеющая небольшую вязкость и уже не склонная к слипанию и гелеобразованию, для завершения процесса омыления в аппарате вновь достаточно обеспечить перемешивание с помощью обычных тихоходных перемешивающих устройств.

Таким образом, на первой стадии до начала интенсивного гелеобразова ния интенсивность перемешивания не

Ьказывает существенного влияния на ведение технологического процесса.

На второй стадии скорость сдвига может быть в диапазоне 50-100 с " .

Нижний предел выбран с учетом опасности преждевременного.гелеобразования, верхняя граница соответствует режиму, при котором. начинается разбивка геля. Среднее значение вязкости в этом диапазоне, соответствующее скорости сдвига 72 с-, составляет 200 сП. Гарантированная скорость сдвига, при которой наступает разбивка геля, должна быть не менее 200 с .

Верхний предел скорости сдвига теоретически не ограничен, однако для исключения превышения мощности приЬода не следует выбирать скорость

Ьдвига более 500 с-", На графике при скорости сдвига 441 с-" максимальная

Вязкость составляет также 200 сП.

На конечной стадии после разбивки

l-еля, когда вязкость дисперсии ПВС резко снижается, нижний и верхний пределы скорости сдвига целесообразно иметь такими же, как на первой стадии„ т.е. 50-100 с ". Такое ведение процесса обеспечивает примерно постоянную вязкость среды в аппарате и получение продукта необходимого качества без комков.

П р имер 1. В раствор ПВА в

Метаноле 256-ной концентрации после полимериэации добавлялось необходимое для омыления количество щелочи, и всю массу после-смешения помещали в измерительный. цилиндр. ротационного вискозиметра. Вискоэиметр подключался к самописцу для непрерывной регистрации эффективной вязкости в процессе.омыления. При выбранных температуре (40 C), концентрации полимера (1:8) и щелочи (1,2 моль на 100 мономерных звеньев ПВА) проводилась реакция омылейия при скоростях сдвига 72, 108, 21б и 441 с-". При скорости сдвига 72 с- " полностью разбить гель не удается. При этом эффективная вязкость бесконечно растет и начинается проскальзывание твердого недоомыленного ЙВС на стенке вискозиметра. Наименьший .градиент скорости, при котором происходит разбивка геля, составляет 108 с-1 . Этоtvry значению-соответствуем максималь1ная вязкость 1200 сП. При более вы соких скоростях сдвига соответствую-. щие им значения максимальной вязкости существенно ниже.

Пример 2. B качестве примера расчетнйм путем .определяется для нескольких вариантов конструкций an891691

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 11145/35 Тираж 533 Подписное

Филиал IIIIII "Патент",. r. Ужгород, ул; Проектная, 4 паратов мощность привода перемешивающего устройства,цля аппарата объемом

63 м, предназначенного для омыления

9 рВА в метаноле, учитывая данные при мера 1. Аппарат ссздается для произ. водства ПВС широкого марочного ассортимента мощностью 10 тыс. т в год.

Вариант 1. Идеальный аппарат,обеспечивающий во всем объеме скорость сдвига 150-200 с-", подобный-ротационному вискозиметру, где сдвиг осу1 ществляется.в узком зазоре между вращающимся и неподвижным коаксиальными цилиндрами, потребовал бы для осуществления этого сдвига мощность привода 1000 — 1200 кВт. Такое решение, хотя и гарантирует равномерное диспергирование, но по двум причинам не может быть осуществлено. Во-первых, поскольку для равномерного сдвига необходим достаточно узкий 20 зазор, габариты. такого аппарата на объем 63 м были бы непомерно большими. Во-вторых, удельный расход мощности, составляющий М/Ч = 1000/63

16 кВт/м, недопустимо высок и при- р5

Ъ вода для* такого аппарата не подобрать.

Вариант 2. В реальных аппаратах, подобных известному с якорно-лопастными мешалками и неподвижными перегородками, где удельный расход мощности составляет 2-3 кВт/м, диспергирование осуществляется таким образом, что с какой-то вероятностью у периферии мешалки имеется. необходимая для разбивки геля скорость сдви35 га. При этом на аппарат объемом

63 м потребовался бы привод мощ 3 костью 125-200 кВт, что связано с определенными трудностями, так как в настоящее время серийные мотор- . 40 редукторы на такую мощность отсутствуют. Кроме того, часть перерабатываемой среды не подвержена воздействию необходимой для диспергирования геля скорости сдвига. Это означает, что время обработки, а, следовательно, и производительность аппарата, из-за большой неравномерности дисперсного состава, неоправданно велики. 50

Вариант 3. Для создания гарантированной.циркуляции во всем объеме аппарата с успехом применяются ленточные или шнековые мешалки. для жидкостей с вязкостью 1000-100000 cII удельный расход мощности таких мешалок не превышает 1 кВт/м . Так в апЪ парате.объемом 63 м диаметром

3,2 м шнековая мешалка диаметром

1,5 м, расположенная в циркуляцион- ной трубе диаметром 1,6 м, при частоте вращения 120 об/мин расходует мощность не более 50 кВт. При установке на такой аппарат серийного мотор-редуктора 75 кВт с такой частотой вращения имеется запас мощности порядка 25 кВт, который можно использовать для диспергирования геля в какой-то достаточно малой зоне аппа4 рата, например установив на вал шнека перфорированный диспергирующий диск с диаметром, приближающимся по величине к диаметру аппарата. При частоте вращения 120 об/мин и неподвижной решетке, установленной на расстоянии 50 мм от диспергирующего диска, такое устройство обеспечит скорость сдвига около 400 с

Как видно иэ примеров, предлагае» мыи способ позволяет снизить энергетические затраты на перемешивание с одновременным исключением образования крупных нетранспортабельных слипшихся агрегатов недоомыленного ПВС в реакторах большого объема.

Способ получения поливинилового спирта щелочным омылением поливинилацетата в метаноле, осуществляемый в.емкостном аппарате с мешалкой, отличающийся тем, что, с целью снижения энергетических затрат на перемещение с одновременным исключением образования крупных нетранспортабельных слипшихся агрегатов недообмыленного поливинилового спирта в реакторах большого объема, реакцию проводят в три стадии: на первой в течение 20-90 мин обеспечивают перемешивание реакционной среды во всем объеме аппаратà со скоростью сдвига 50-.100 с до образования

40-45% остаточных ацетатных групп, на второй — в течение 10-15 мин среду направляют в ограниченную по объему зону реактора, где обеспечивается интенсивное перемешивание со скоростью сдвига 200-500 с, и на.последней стадии в течение 100-200 мин подвергают перемешиванию и усреднению со скоростью сдвига 50-100 с-"

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кузнецов Е.В. Альбом технологических схем производства полимеров. И., "Химия", 1976, с. 35-44.

2. Патент ФРГ 9 2318949, кл. В 01 F 7/8, опублик. 1975 (прототип).