أغشية مسامية. أغشية شبه منفذة

أثناء بلمرة كتلة الستايرين، يتم تكوين محلول من البوليمر المركب في مونومر غير متفاعل. مع زيادة عمق العملية (درجة تحويل المونومر)، فإن تركيزالحل وينمو وفقا لذلك معامل الانكسار. من خلال قياس معامل انكسار المحلول أثناء البلمرة، من الممكن الحصول على معلومات حول حركية العملية (في هذه الحالة، بلمرة الستايرين).

يتم وضع 5 مل من الستايرين في ثلاثة أنابيب اختبار ذات سدادات أرضية وتضاف الأجزاء الموزونة من البادئ - AIBN - المأخوذة على ميزان تحليلي بكميات حوالي 10 و 25 و 50 مجم (يبلغ تركيز المحاليل، على التوالي، حوالي 0.2، 0.5 و 1٪ بالوزن). تُطهَّر أنابيب الاختبار بغاز خامل لمدة 5 دقائق، ثم توضع في منظم حرارة بدرجة حرارة تبلغ حوالي 70 درجة. بعد 10 دقيقة. بعد بدء الترموستات، يتم أخذ بضع قطرات من المحلول من كل أنبوب اختبار إلى زجاج الساعة بقضيب زجاجي ويتم تحديد معامل الانكسار. خذ من كل أنبوب اختبار خمس عينات على الأقل، في كل مرة يلاحظ الوقت من بداية البلمرة.

يتم تحديد درجة تحويل المونومر من الجدول أدناه.

اعتماد معامل الانكسار n D على درجة التحويل (p) للستيرين

ع،٪	اختصار الثاني	ع،٪	اختصار الثاني	ع،٪	اختصار الثاني
	1,5420		1,5475		1,5518
	1,5429		1,5482		1,5519
	1,5435		1,5488		1,5523
	1,5441		1,5492		1,5525
	1,5446		1,5495		1,5528
	1,5451		1,5500		1,5531
	1, 5455		1,5504		1,5534
	1,5461		1,5508		1,5537
	1,5465		1,5511		1,5540
	1,5468		1,5515		1,5543

تركيز البادئ(في مول/لتر) تم العثور عليه بالصيغة:

حيث g هو وزن البادئ (بالجرام)

V – حجم خليط البلمرة (في هذه الحالة – ​​5 مل)

M 1 – الوزن الجزيئي للبادئ (لـ AIBN M 1 = 164)

ظل زاوية ميل الخط المستقيم الناتج يساوي ترتيب التفاعل حسب البادئ

البلمرة الكاتيونية للستايرين

يمكن أن تحدث بلمرة الستايرين بطرق مختلفة، بما في ذلك الآلية الكاتيونية. غالبًا ما تُستخدم أحماض لويس غير العضوية كمحفزات للبلمرة الكاتيونية - في هذه الحالة، TiCl 4 . يتطلب استخدام هذا المحفز أن يتم التفاعل في ظل ظروف تمنع دخول الرطوبة - أولاً وقبل كل شيء، المعدات الجافة تمامًا.

ستيرين مقطر طازج 3.5 مل

رابع كلوريد التيتانيوم مقطر 1 مل

ثنائي كلورو إيثان جاف 70 مل

يتم وضع 70 مل من ثنائي كلورو الإيثان الجاف في دورق ثلاثي الرقاب مزود بمحرك ومقياس حرارة وقمع إسقاط ويتم تطهيره بغاز خامل لمدة 3-5 دقائق ثم يتم تبريده إلى 0 درجة مئوية في حمام به خليط تبريد.

باستخدام ماصة جافة، أضف 1 مل من TiCl 4 من قمع إسقاط لمدة 15-20 دقيقة. يتم إدخال المونومر، الستايرين، قطرة قطرة، مع التأكد من أن درجة الحرارة لا تتجاوز 0 0. بعد إدخال المونومر، يقلب الخليط لمدة 30 دقيقة أخرى، ثم يضاف 80 مل من الكحول (لتحلل خليط التفاعل). بعد بضع دقائق، قم بتصفية المذيب بعناية من منتج التفاعل الزيتي الناتج، وأضف 10-15 مل أخرى من الكحول وافركه بعصا حتى يتصلب. يتم ترشيح البوليمر الصلب وغسله بالكحول وتجفيفه. يتم تحديد إنتاجية البوليمر ودرجة تحويل المونومر، بالإضافة إلى استهلاك المحفز في جرام/جرام بوليمر.

يتم إنتاج البوليسترين القابل للتمدد (EPS)، مع المعالجة السطحية للجزيئات، عن طريق بلمرة تعليق الستايرين في وجود بلمرة البنتان والبلمرة السائبة. يتم إنتاج البوليسترين على شكل جزيئات كروية (خرز)، يتم معالجة سطحها بمواد مختلفة تعمل على تحسين قابلية معالجة البوليمر أثناء المعالجة وتمنحه خصائص جديدة (على سبيل المثال، خصائص مضادة للكهرباء الساكنة، وعدم القابلية للاشتعال).

الطرق الرئيسية في إنتاج البوليسترين الرغوي هي بلمرة التعليق والبلمرة السائبة. الأكثر حداثة وفعالية هي الطريقة الثانية للحصول على IPN.

البلمرة السائبة للبوليسترين الرغوي

تعد طريقة إنتاج البوليسترين عن طريق البلمرة السائبة (كتلة البوليسترين) مع التحويل غير الكامل للمونومرات حاليًا واحدة من أكثر الطرق شيوعًا نظرًا لمؤشراتها الفنية والاقتصادية العالية. ومعظم الصناعات الحديثة تعمل وفق هذا المخطط بدقة، فهو الأكثر إنتاجية. تتميز هذه الطريقة بتدفق العملية المستمر الأمثل. يتم تنفيذ العملية في 2-3 أجهزة متصلة بالخلاطات على التوالي. غالبًا ما يتم تنفيذ المرحلة الأخيرة من العملية في جهاز من النوع العمودي.

درجة حرارة التفاعل الأولية هي 80-100 درجة مئوية، ودرجة الحرارة النهائية هي 200-220 درجة مئوية. تتم مقاطعة البلمرة عندما تكون درجة تحويل الستايرين 80-90%. تتم إزالة المونومر غير المتفاعل من المصهور تحت ضغط منخفض ومن ثم باستخدام بخار الماء حتى يصل محتوى الستايرين في البوليمر إلى 0.01-0.05%. تتم إضافة المثبتات والأصباغ ومثبطات الحريق والمواد المضافة الأخرى إلى البوليسترين والحبيبات. يتميز البوليسترين بالنقاء العالي. هذه التكنولوجيا هي الأكثر اقتصادا (فهي لا تنطوي على عمليات الغسيل والتجفيف وتجفيف المنتجات المشتتة بدقة) وهي خالية من النفايات عمليا (يتم إرجاع الستايرين غير المتفاعل للبلمرة).

إن تنفيذ العملية حتى التحويل غير الكامل للمونومر (80-90٪) يسمح باستخدام معدلات بلمرة عالية، والتحكم في معلمات درجة الحرارة، وضمان اللزوجة المقبولة للوسط المبلمر. عند تنفيذ العملية إلى درجات أعمق من تحويل المونومر، يصبح من الصعب إزالة الحرارة من كتلة التفاعل عالية اللزوجة، ويصبح من المستحيل إجراء البلمرة في وضع متساوي الحرارة. أدت هذه الميزة في عملية البلمرة السائبة إلى زيادة الاهتمام بطرق الإنتاج الأخرى، وقبل كل شيء، طريقة التعليق.

تعليق البلمرة

بلمرة التعليق هي عملية تكنولوجية منافسة تعتمد على ذوبان مونومرات الفينيل المنخفضة في الماء وحياد الأخيرة في تفاعلات البلمرة الجذرية. يتم تنفيذ طريقة الإنتاج المعلق في مفاعل، وهي عملية شبه مستمرة، تتميز بوجود مراحل تكنولوجية إضافية (إنشاء نظام تفاعل، وعزل البوليمر الناتج) والاستخدام الدوري للمعدات عند البلمرة؛ منصة. يتم تعليق الستايرين في المياه منزوعة المعادن باستخدام مثبتات المستحلب؛ يتم إذابة بادئ البلمرة (البيروكسيدات العضوية) في قطرات المونومر، حيث تحدث البلمرة. ونتيجة لذلك، تتشكل حبيبات كبيرة في محلول البوليمر في الماء. تتم البلمرة عن طريق زيادة درجة الحرارة تدريجيا من 40 إلى 130 درجة مئوية تحت الضغط لمدة 8-14 ساعة. يتم عزل البوليمر من المعلق الناتج بواسطة الطرد المركزي، وبعد ذلك يتم غسله وتجفيفه. ثم يتم فرزها حسب الدرجة على شاشات تهتز. في هذه العملية، يتم تسهيل إزالة الحرارة وخلط مكونات النظام بشكل كبير.

ملائم:

• في إنتاج كتل وألواح رغوة البوليسترين من مختلف التكوينات للمباني والمباني لأي غرض من الأغراض (الجدران والأسقف والأرضيات والمستودعات والأجنحة والمباني السكنية والجراجات والأقبية والممرات) ؛
• في صناعة العبوات ذات الأشكال المعقدة لمختلف الأجهزة التي تتطلب الحماية من الصدمات أثناء التخزين والنقل؛
• في صناعة مكونات السيارات.
• في إنتاج خرسانة البوليسترين - خرسانة خفيفة الوزن تعتمد على مادة رابطة الأسمنت وحشو البوليسترين الرغوي، وتستخدم في تصنيع كتل وألواح العزل الحراري، والعزل الحراري المتجانس للسندرات والأسقف والجدران الخارجية والأرضيات وما إلى ذلك؛

في إنتاج مواد التشطيب للسقف - البلاط، الألواح، ريدات.

• لبناء المساكن المتجانسة وقذائف العزل الحراري لخطوط الأنابيب.
• لإنتاج نماذج تغويز رغوة البوليسترين المستخدمة في صب المعادن.

البوليمرات المشتركة من الستايرين مع أكريلونيتريل SAN

عادة ما يحتوي كوبوليمر الستايرين مع الأكريلونيتريل (SAN) على 24٪ من الأخير، وهو ما يتوافق مع التركيبة متباينة الخواص لخليط المونومرات ويجعل من الممكن الحصول على منتج ذو تركيبة ثابتة. SAN متفوقة في مقاومة الحرارة، وقوة الشد، وقوة التأثير ومقاومة التشقق في البيئات السائلة العدوانية، ولكنها أقل شأنا في خصائص العزل الكهربائي والشفافية. تكلفة SAN أعلى بكثير من البوليسترين. يتمتع كوبوليمر ثلاثي ستايرين-أكريلونيتريل-ميثيل ميثاكريلات (SAM) بخصائص مماثلة، ولكنه يتمتع بشفافية أفضل ومقاومة للأشعة فوق البنفسجية؛ ومع ذلك، فإن تكلفتها أعلى من شبكة SAN.

عادةً ما يتم إنتاج البوليمرات المشتركة SAN عن طريق بلمرة التعليق أو المستحلب، على غرار إنتاج PS.

تتمتع البوليمرات المشتركة SAN بمقاومة كيميائية أعلى وصلابة سطحية مقارنة بالبوليمر المتجانس. المادة الأولية لها لون أصفر ويجب أن تكون مزرقة. مقاومة الطقس جيدة، مما يسمح باستخدامها، على سبيل المثال، للتكسية وفي الأجهزة المنزلية باهظة الثمن بدلاً من البوليسترين الهش وغير المقاوم للصقيع للأغراض العامة.

البوليمرات المشتركة من أكريلونيتريل والبوتادين والستايرين: بلاستيك ABS

تسمى هذه البوليمرات المشتركة "بلاستيك ABS". هناك عدة طرق لإنتاج بوليمر ثلاثي الوحدات (ثلاثي البوليمر)، لكن مبادئها الرئيسية واضحة من الأمثلة التالية: 1) تتم إضافة الستايرين والأكريلونيتريل إلى مستحلب البولي بوتادين، ويتم خلطهما وتسخينهما إلى درجة حرارة 50 درجة مئوية؛ ثم يضاف بادئ قابل للذوبان في الماء مثل كبريتات البوتاسيوم ويتم بلمرة الخليط؛ 2) يضاف لاتكس أكريلونيتريل البيوتادين إلى لاتكس أكريلونيتريل الستايرين، ثم يتم تخثر الخليط وتجفيفه بالرش.

تختلف الخصائص بشكل كبير حسب التركيب وطريقة الإنتاج. بشكل عام، ومع ذلك، تتمتع بلاستيك ABS بقوة تأثير عالية، ومقاومة كيميائية وليونة؛ غير مقاومة لميثيل إيثيل كيتون والاسترات.

إن نظام ABS متقدم للغاية من الناحية التكنولوجية ويمكن معالجته بسهولة عن طريق القولبة بالحقن أو البثق. ينتج المصنعون درجات من بلاستيك ABS بمؤشرات تدفق ذوبان مختلفة، مع زيادة اللمعان وغير اللامع. يتم تشكيل الصفائح الرقيقة بالحرارة في الجرار والصواني. يستخدم بلاستيك ABS على نطاق واسع في صناعة الأجهزة المنزلية، حيث تكون القوة العالية واللمعان العالي وقابلية التصنيع في الطلاء بالأصبغة الرئيسية والحياد البيئي ومقاومة الحرارة مطلوبة. يتم تطبيق الطلاءات والتصميمات الزخرفية على المنتجات المصنوعة من بلاستيك ABS بشكل أفضل من منتجات البوليسترين.

تكنولوجيا إنتاج البوليسترين

في الصناعة، يتم إنتاج البوليسترين عن طريق البلمرة الجذرية للستيرين. تختلف طرق إنتاج البوليستيرين في دورة العمل، وإزالة المنتج لكل وحدة حجم، وظروف عملية البلمرة. تعتمد خصائص البوليسترين الناتج على طريقة الإنتاج المحددة. هناك 4 طرق لبلمرة الستايرين: البلمرة في كتلة (كتلة) المونومر، بلمرة المونومر في مستحلب (أساسًا إنتاج بلاستيك ABS)، بلمرة التعليق (البوليسترين المقاوم للصدمات والبوليسترين الموسع) والبلمرة في الحل (كتلة البوليمرات المشتركة من البيوتاديين والستايرين).

في إنتاج البوليسترين للأغراض العامة، فإن الطرق الرئيسية هي بلمرة التعليق والبلمرة السائبة. يتم استخدام بلمرة المستحلب على نطاق صغير نسبيًا.

للحصول على بوليمرات ستيرين مشتركة مقاومة للصدمات مع المطاط، فإن الطريقة الأكثر استخدامًا هي بلمرة التعليق الكتلي، حيث يتم تنفيذ البلمرة أولاً بكميات كبيرة (حتى يتم تحقيق تحويل بنسبة 20٪ - 40٪)، ثم في محلول مائي. تشتت.

الاتجاه العام في تطوير تكنولوجيا التوليف هو زيادة قوة الوحدات الفردية، سواء بسبب زيادة أحجام التفاعل أو بسبب تكثيف أوضاع التوليف. حاليا، تصل إنتاجية وحدات التوليف الفردية إلى 15-30 ألف طن من البوليمر سنويا.

البلمرة السائبة

تعد طريقة الإنتاج عن طريق البلمرة السائبة مع التحويل غير الكامل للمونومرات حاليًا واحدة من أكثر الطرق شيوعًا نظرًا لمؤشراتها الفنية والاقتصادية العالية. في الصناعة المحلية، تم اختيار طريقة البلمرة السائبة باعتبارها الطريقة الرئيسية في السبعينيات، ويتم حاليًا إنتاج حوالي 60٪ من المنتجات باستخدام هذه الطريقة. تحتوي هذه الطريقة على مخطط تدفق العملية الأمثل. تتم العملية وفقًا لدائرة مستمرة في نظام مكون من 2-3 أجهزة متصلة على التوالي بالخلاطات. غالبًا ما يتم تنفيذ المرحلة الأخيرة من العملية في جهاز من النوع العمودي. درجة حرارة التفاعل الأولية هي 80-100 درجة مئوية، ودرجة الحرارة النهائية هي 200-220 درجة مئوية. تتم مقاطعة البلمرة عندما تكون درجة تحويل الستايرين 80% - 90%. تتم إزالة المونومر غير المتفاعل من مصهور البوليسترين تحت ضغط منخفض ومن ثم باستخدام بخار الماء حتى يصل محتوى الستيرين في البوليمر إلى 0.01% - 0.05%.

تتم إضافة المثبتات والأصباغ ومثبطات الحريق والمواد المضافة الأخرى إلى البوليسترين والحبيبات. تتميز كتلة البوليسترين بالنقاء العالي. هذه التكنولوجيا هي الأكثر اقتصادا (فهي لا تنطوي على عمليات الغسيل والتجفيف وتجفيف المنتجات المشتتة بدقة) وهي خالية من النفايات عمليا (يتم إرجاع الستايرين غير المتفاعل للبلمرة). إن تنفيذ العملية حتى التحويل غير الكامل للمونومر (80٪ - 90٪) يجعل من الممكن استخدام معدلات بلمرة عالية، والتحكم في معلمات درجة الحرارة، وضمان اللزوجة المقبولة للوسط المبلمر. عند تنفيذ العملية إلى درجات أعمق من تحويل المونومر، يصبح من الصعب إزالة الحرارة من كتلة التفاعل عالية اللزوجة، ويصبح من المستحيل إجراء البلمرة في وضع متساوي الحرارة. أدت هذه الميزة في عملية البلمرة السائبة إلى زيادة الاهتمام بطرق الإنتاج الأخرى، وقبل كل شيء، طريقة التعليق.

تعليق البلمرة

بلمرة التعليق هي عملية تكنولوجية منافسة تتطور بالتوازي مع البلمرة السائبة وتعتمد على ذوبان مونومرات الفينيل المنخفضة في الماء وحياد الأخير في تفاعلات البلمرة الجذرية. يتم استخدام هذه العملية لإنتاج درجات خاصة من البوليسترين، وخاصة البوليسترين الممدد. طريقة إنتاج المعلق هي عملية شبه مستمرة وتتميز بوجود مراحل تكنولوجية إضافية (إنشاء نظام تفاعل، عزل البوليمر الناتج) والاستخدام الدوري للمعدات في مرحلة البلمرة.

يتم تنفيذ العملية في مفاعلات بحجم 10-50 م 3، مجهزة بمحرك وسترة. يتم تعليق الستايرين في المياه منزوعة المعادن باستخدام مثبتات المستحلب؛ يتم إذابة بادئ البلمرة (البيروكسيدات العضوية) في قطرات المونومر، حيث تحدث البلمرة. ونتيجة لذلك، تتشكل حبيبات كبيرة في محلول البوليمر في الماء. تتم البلمرة عن طريق زيادة درجة الحرارة تدريجيا من 40 إلى 130 درجة مئوية تحت الضغط لمدة 8-14 ساعة. يتم عزل البوليمر من المعلق الناتج بواسطة الطرد المركزي، وبعد ذلك يتم غسله وتجفيفه. قوانين بلمرة التعليق قريبة من قوانين البلمرة في كتلة المونومر، ولكن يتم تسهيل إزالة الحرارة وخلط مكونات النظام بشكل كبير.

بلمرة المستحلب

في إنتاج البوليسترين، لم تتلق طريقة البلمرة المستحلبة تطورًا مثل البلمرة في الكتلة أو المعلق. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن بلمرة المستحلب تنتج منتجًا ذو وزن جزيئي مرتفع جدًا. في أغلب الأحيان، للمعالجة اللاحقة، من الضروري دحرجته أو تقليل وزنه الجزيئي بطريقة أخرى. الاتجاه الرئيسي لتطبيقه هو إنتاج منتج وسيط للإنتاج اللاحق لرغوة البوليسترين باستخدام طريقة البثق. يحتوي نظام بلمرة المستحلب على ستيرين، ماء كوسيط تشتت، بادئ قابل للذوبان في الماء (كبريتات البوتاسيوم)، مادة أيونية. المستحلب، والمواد المضافة المختلفة، وخاصة تلك المصممة لتنظيم درجة الحموضة في البيئة.

تحدث البلمرة في المذيلات المستحلبة التي تحتوي على مونومر. البوليمر الناتج عبارة عن معلق عالي التشتت (لاتكس)، غير قابل للذوبان في الماء. النظام ككل متعدد المكونات، مما يجعل من الصعب عزل البوليمر في شكله النقي. لذلك يتم استخدام طرق مختلفة لغسله. ويتم تقليل استخدام هذه الطريقة تدريجياً، لأنها تنطوي على كمية كبيرة من مياه الصرف الصحي.

خيميش ايرينا

يتم إنتاج كتلة البوليسترين عن طريق البلمرة السائبة. بلمرة الستايرين في الكتلة (الكتلة) منتشرة حاليًا على نطاق واسع. يمكن تنفيذها بحضور أو غياب البادئ.

المبادرين للبلمرةعادةً ما يكون بيروكسيد البنزويل، وحمض ثنائي النتريل أزوبيسوبتيريك، وما إلى ذلك. يتم تضمين منتجات تحلل البادئ في تركيبة جزيئات البوليسترين الكبيرة، ونتيجة لذلك لا يمكن الحصول على البوليسترين بخصائص عازلة عالية باستخدام هذه الطريقة.

في الصناعة، للحصول على البوليسترين عالي النقاء، تتم البلمرة بدون بادئ (البلمرة الحرارية).

تمت دراسة حركية البلمرة الجذرية للستيرين إلى تحويلات عميقة بشكل كامل أكثر من حركية بلمرة المونومرات الأخرى. وهذا يجعل من الممكن حساب نظام درجة حرارة البلمرة بدقة شديدة للحصول على البوليسترين بخصائص محددة.

البلمرة الحرارية للستيرين حتى التحويل الكاملمونومر بطريقة مستمرةفي الأجهزة العمودية دون التحريك (مبدأ الإزاحة "المثالية") غير مستخدم حاليًا، نظرًا لأن هذه العملية لها عدد من العيوب الخطيرة. تتمثل العيوب الرئيسية للعملية التكنولوجية لبلمرة الستايرين بكميات كبيرة مع التحويل الكامل للمونومر في مدتها الطويلة والحاجة إلى تنفيذ العملية في درجات حرارة عالية (200-230 درجة مئوية)في المراحل النهائية لتحقيق تحويل عالي (99%)، بالإضافة إلى الحصول على بوليمر ذو وزن جزيئي منخفض (الشكل 1) وتوزيع واسع للوزن الجزيئي. بالإضافة إلى ذلك، مع عمق التحويل، تزداد لزوجة كتلة التفاعل بشكل كبير، وتصل إلى نهاية العملية 1 10 3 - 1 10 4 باس. إجراء البلمرة الحرارية للستايرين تحويل مونومر غير مكتمل (80-95%)في سلسلة من الأجهزة مع التحريك (مبدأ الخلط "المثالي") وإزالة المونومر المتبقي يسمح بإجراء التفاعل عند درجات حرارة منخفضة (140-160 درجة مئوية)والحصول على البوليسترين منها توزيع الوزن الجزيئي أضيق. وهذا يضمن تكثيفًا كبيرًا للعملية وإنتاج البوليسترين عالي الجودة.

العمليات الصناعية لبلمرة الستايرين لتحويل المونومر غير الكاملتم تطويرها باستخدام أساليب النمذجة الرياضية.

المرحلة الأولى من نمذجة العملية هي وصف رياضي (نموذج) لتفاعل البلمرة الحرارية للستيرين. لحساب العمليات الصناعية، لا يمكن استخدام النموذج الحركي الكامل، ولكن اعتماد معدل التفاعل الإجمالي على التحويل.

للبوليسترين في نطاق التشغيل درجات الحرارة 110-150 درجة مئويةيعتمد الوزن الجزيئي للبوليمر فقط على درجة الحرارة ولا يعتمد على درجة تحويل المونومر:

تتكون المرحلة الثانية من نمذجة العملية من وصف رياضي للمفاعلات المستخدمة في تنفيذ عمليات البلمرة. ويحتوي على وصف لخصائص وسط التفاعل وظروف التبادل الحراري في المفاعل.

تشمل خصائص وسط التفاعل ما يلي:

• اللزوجة,
• الموصلية الحرارية,
• القدرة الحرارية,
• ضغط البخار فوق محلول البوليمر.

سمة من سمات بلمرة الستايرين هي اللزوجة العالية لوسط التفاعلوالتي تتقلب في المفاعلات من 1 ل 1·10 3 باس·س.

ولضمان تبادل حراري معين في المفاعلات، يتم استخدام خلاطات من نوع معين ويتم حساب استهلاك الطاقة للخلط. عند التحويل إلى 40% ولزوجة وسط التفاعل حتى 10 باسكاليتقدم خلاطات صفائح(في المفاعل الأول)، عند اللزوجة العالية تصبح مفيدة خلاطات حلزونية (حزام)..

إحدى المشكلات الرئيسية أثناء البلمرة في مفاعل متساوي الحرارة هي إزالة الحرارة. يمكن تحقيق كثافة عالية لعملية بلمرة الستايرين عن طريق إزالة الحرارة عن طريق التبخر وعودة المونومر للبلمرة. بالإضافة إلى ذلك، تتم إزالة الحرارة جزئيًا من خلال غلاف الجهاز. يتم تحديد فرق درجة الحرارة المطلوب بين كتلة التفاعل والمبرد الموجود في غلاف المفاعل من معادلة التوازن الحراري

س ه + س ن - س بكس -س س = 0

أين س ه- حرارة التفاعل الطارد للحرارة. Qn- الحرارة المتولدة أثناء تشغيل الخلاط؛ س بكس- الحرارة المستهلكة لتسخين التدفق المدخل لوسط التفاعل؛ Qx- إزالة الحرارة من خلال جدار المفاعل.

لضمان التشغيل المستقر في المفاعل، يجب استيفاء الشرط التالي: يجب أن يحدث التغير في إزالة الحرارة اعتمادًا على درجة الحرارة بشكل أسرع من التغير في إطلاق الحرارة.

بعد تحديد شروط التشغيل المستقر للمفاعلات، يتم تحديد مسألة إمكانية التحكم فيها واختيار الوسائل المناسبة للتحكم الآلي.

حالياً كتلة بلمرة الستايرينحتى يتم تنفيذ التحويل غير الكامل للمونومر إلى بوليمر في سلسلة من المفاعلات المقلبة بطريقتين:

• في غياب المذيبات.
• باستخدام المذيبات.

إنتاج كتلة البوليسترين للأغراض العامةيتم إجراؤها في وجود إيثيل بنزين (15-20٪)، والذي يسهل وجوده في العملية إزالة الحرارة، وتشغيل المعدات، وخاصة المضخات، بسبب انخفاض لزوجة كتلة التفاعل، وكذلك التحكم في العملية ككل.

فيما يلي وصف للعمليات التكنولوجية لإنتاج كتلة البوليسترين للأغراض العامة.

إنتاج كتلة البوليسترين للأغراض العامة حتى تحويل المونومر غير الكامل في سلسلة من المفاعلات المقلبة

المخطط التكنولوجي الأكثر استخدامًا لإنتاج كتلة البوليسترين للأغراض العامة في سلسلة من مفاعلين مقلبين. تتضمن العملية مراحل:

• إعداد الستايرين البداية،
• بلمرة الستايرين في مفاعلات المرحلتين الأولى والثانية،
• إزالة وتصحيحمونومر غير متفاعل
• صباغة تذوب البوليسترين,
• تحبيب البوليسترين,
• تعبئة وتغليف حبيبات البوليسترين.

يظهر مخطط إنتاج كتلة البوليسترين في سلسلة من المفاعلات المقلبة في الشكل 1.

من القدرة 1يتم توفير الستايرين بشكل مستمر بواسطة مضخة الجرعات إلى مفاعل المرحلة الأولىوهو جهاز أسطواني رأسي ذو قاع مخروطي الشكل بسعة 16 م3. المفاعل مزود بمحرك صفائحي ذو سرعة دوران 30-90 دورة في الدقيقة. البلمرة في المفاعل المرحلة الأولى 2يحدث عند درجة الحرارة 110-130 درجة مئويةل التحويلات 32-45%اعتمادًا على العلامة التجارية للمنتج المستلم. تتم إزالة حرارة التفاعل الزائدة بسبب تبخر جزء من الستايرين من كتلة التفاعل.

مفاعل المرحلة الثانية 3 يشبه في التصميم والأبعاد مفاعل المرحلة الأولى، ولكنه مزود بخلاط حزامي بسرعة دوران 2- 8 دورة في الدقيقة. وهذا يضمن الخلط الفعال لوسائط التفاعل شديدة اللزوجة. تستمر عملية البلمرة في مفاعل المرحلة الثانية حتى 75-88%درجة التحويل عند درجة الحرارة 135-160 درجة مئويةاعتمادًا على العلامة التجارية للبوليمر الناتج.

محلول البوليسترين في الستايرين من مفاعل المرحلة الثانية مضخة التفريغ 5خدم في غرفة فراغ 6من خلال أنبوب يسخن بالبخار عند ضغط لا يقل عن ذلك 2.25 ميجا باسكال. يحدث هذا بعد البلمرةالستايرين معدل تحويل يصل إلى 90%.

يدخل ذوبان البوليسترين غرفة فراغ 6مع درجة الحرارة 180-200 درجة مئوية. في أنبوب التسخين الفائق للغرفة المفرغة، يتم تسخين ذوبان البوليسترين تصل إلى 240 درجة مئويةويدخل إلى غرفة مجوفة بحجم 10 م 3 مع ضغط متبقي قدره 2.0-2.6 كيلو نيوتن / م 2. في هذه الحالة، يتبخر الستايرين من الذوبان ويتم تقليل محتوى المونومر المتبقي إلى 0.1-0.3٪. يتم توفير بخار الستايرين للتجديد ومن ثم إعادته إليه القدرة 1.

تذوب البوليسترين من غرف فراغ 6يدخل الطارد 7والتحبيب.

عند تلقي البوليسترين للأغراض العامة في وجود إيثيل بنزينوالأخير في دورة مغلقة ممزوجة بالستيرين. يتم تنفيذ كمية حرارة التفاعل الزائدة في الجهاز عن طريق تبخر جزء من الستايرين والإيثيل بنزين تحت فراغ. يتكثف الخليط المتبخر ويعود إلى منطقة التفاعل. للحفاظ على التشغيل الطبيعي للخلاطات في البوليمرات، تتم مراقبة لزوجة كتلة التفاعل بشكل مستمر. يتم الحفاظ على اللزوجة المحددة تلقائيًا عن طريق تغيير إمداد خليط الستايرين وإيثيل بنزين.

يعمل كلا البوليمرين تحت فراغ، وتتقلب درجة حرارة العملية عند 115-135 درجة مئويةو 140-160 درجة مئويةعلى التوالى. محتوى البوليمر في مفاعل المرحلة الأولىيصل 30-40% ، ف مفاعل المرحلة الثانية - 65-70%.يحتوي الحل 15-20% إيثيل بنزين. من مفاعل المرحلة الثانية، يدخل محلول البوليمر إلى المبخر، حيث يتم الحفاظ على الفراغ (الضغط المتبقي حوالي 2.6 كيلو باسكال). تتم إزالة أبخرة الستايرين والإيثيل بنزين، ويتم تجميع البوليمر المنصهر في الجزء السفلي من المبخر، حيث تنخفض درجة الحرارة 200-230 درجة مئويةأرسلت للتلوين والتحبيب.

تدخل أبخرة الستايرين وإيثيل بنزين من المبخر إلى جهاز الغسيل للتنظيف، ثم تتكثف وتعود إلى الحاوية الأصلية للستيرين وإيثيل بنزين.

وبالتالي، فإن المخطط التكنولوجي لإنتاج كتلة البوليسترين للأغراض العامة باستخدام إيثيل بنزين في العملية يختلف عن المخطط التكنولوجي الموضح في الشكل 1، فقط وجود جهاز الغسيلو مكثف بخار الستايرين وإيثيل بنزين.

تقييم مقارن لطرق بلمرة كتلة الستايرين مع تحويل المونومر الكامل وغير الكامل

تتميز طريقة بلمرة كتلة الستايرين مع التحويل غير الكامل للمونومر بعدد من المزايا مقارنة بطريقة بلمرة الكتلة مع التحويل الكامل للستيرين:

1) زيادة إنتاجية وحدة البلمرة بأكثر من مرتين بسبب انخفاض مدة البلمرة، مما يؤدي إلى انخفاض الاستثمارات الرأسمالية وتكاليف الطاقة؛

2) تصميم الأجهزة يجعل من الممكن تنظيم المعلمات التكنولوجية للعملية والحصول على منتجات ذات جودة مختلفة حسب متطلبات المستهلك؛

3) يحتوي البوليسترين الخارج من غرفة التفريغ على مونومر متبقي أقل (يصل إلى 0.2%) من المنتج الذي يغادر العمود مع تحويل مونومر كامل (0.5%).

ومع ذلك، عند إجراء عملية ذات تحويل غير كامل للمونومر، فإن النفايات أمر لا مفر منه - تجريد مكثفات الستايرين. عند تنفيذ الإنتاج على نطاق واسع، هناك حاجة لاستخدام مكثفات التجريد. بطاقة إنتاجية إجمالية تتراوح بين 100-120 ألف طن/سنة من البوليسترين، ويتم الحصول على حوالي 10-12 ألف طن/سنة من مكثفات التجريد.

يتم الاستفادة من مكثفات التجريد في اتجاهين:

1) تنقية مكثفات التجريد للحصول على ستيرين بدرجة نقاء قياسية (تصحيح)؛

2) بلمرة مكثفات التجريد لإنتاج البوليسترين ذي الجودة الرديئة إلى حد ما، ولكن يمكن استخدامه لإنتاج منتجات أقل أهمية. كلا الاتجاهين يتطوران في الصناعة.

مراجع:
Zubakova L. B. Tvelika A. S.، Davankov A. B. مواد التبادل الأيوني الاصطناعية. م.، الكيمياء، 1978. 183 ص.
Saldadze K. M.، Valova-Kopylova V. D. الأيونات المكونة للمركب (المجمعات). م.، الكيمياء، 1980. 256 ص.
Kazantsev E. Ya.، Pakholkov V. S.، Kokoshko Z. /O.، Chupakhin O. Ya. مواد التبادل الأيوني وتوليفها وخصائصها. سفيردلوفسك إد. معهد الأورال للفنون التطبيقية، 1969. 149 ص.
Samsonov G.V.، Trostyanskaya E.B.، Elkin G.E. امتصاص المواد العضوية. ل.، ناوكا، 1969. 335 ص.
تولوبوف P. E. مقاومة مواد التبادل الأيوني. م.، الكيمياء، 1984. 240 ص. بوليانسكي يا. التحفيز بواسطة المبادلات الأيونية. م. الكيمياء، 1973. 213 ص.
كاسيدي جي جي كون K. A. بوليمرات الأكسدة والاختزال. م. الكيمياء، 1967. 214 ص. هيرنيج ر. المبادلات الأيونية المخلبية. م.، مير، 1971. 279 ص.
Tremillon B. الفصل على راتنجات التبادل الأيوني. م.، مير، 1967. 431 ص.
Laskorin B. Ya.، Smirnova M.، Gantman M. Ya. أغشية التبادل الأيوني وتطبيقاتها. م.، جوساتوميزدات، 1961. 162 ص.
Egorov E. V., Novikov P. D. تأثير الإشعاع المؤين على مواد التبادل الأيوني. م.، اتومزدات، 1965. 398 ص.
Egorov E. V.، Makarova S. B. التبادل الأيوني في الكيمياء الإشعاعية. م.، أتوميزدات،