Màng xốp. Màng bán thấm

Trong quá trình trùng hợp khối styren, dung dịch polyme tổng hợp được hình thành trong monome không phản ứng. Với độ sâu của quá trình ngày càng tăng (mức độ chuyển đổi monome), sự tập trung giải pháp và phát triển tương ứng chỉ số khúc xạ. Bằng cách đo chiết suất của dung dịch trong quá trình trùng hợp, có thể thu được thông tin về động học của quá trình (trong trường hợp này là phản ứng trùng hợp styren).

Cho 5 ml styren vào ba ống nghiệm có nút mài và cho các phần chất khơi mào - AIBN - lấy trên cân phân tích vào các lượng khoảng 10, 25 và 50 mg (nồng độ của dung dịch lần lượt là khoảng 10, 25 và 50 mg). 0,2, 0,5 và 1% trọng lượng). Các ống nghiệm được làm sạch bằng khí trơ trong 5 phút và đặt trong bộ ổn nhiệt có nhiệt độ khoảng 70 0 . Sau 10 phút Sau khi bắt đầu ổn nhiệt, lấy một vài giọt dung dịch từ mỗi ống nghiệm lên mặt kính đồng hồ bằng que thủy tinh và xác định chỉ số khúc xạ. Từ mỗi ống nghiệm lấy ít nhất năm mẫu, mỗi lần chú ý thời gian kể từ khi bắt đầu trùng hợp.

Mức độ chuyển đổi monome được xác định từ bảng dưới đây.

Sự phụ thuộc của chiết suất n D vào độ chuyển hóa (p) của styren

P,%	nD	P, %	nD	P, %	nD
	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

Nồng độ chất khởi đầu(tính bằng mol/l) được tìm thấy theo công thức:

Trong đó g là trọng lượng của bộ khởi động (tính bằng g)

V – thể tích hỗn hợp trùng hợp (trong trường hợp này – 5 ml)

M 1 – trọng lượng phân tử của chất khởi đầu (đối với AIBN M 1 = 164)

Tiếp tuyến của góc nghiêng của đường thẳng thu được bằng thứ tự phản ứng theo chất khởi đầu.

cation trùng hợp styrene

Quá trình trùng hợp styren có thể xảy ra theo nhiều cách khác nhau, bao gồm cả cơ chế cation. Axit Lewis vô cơ thường được sử dụng làm chất xúc tác cho phản ứng trùng hợp cation trong trường hợp này là TiCl 4. Việc sử dụng chất xúc tác này đòi hỏi phản ứng phải được thực hiện trong các điều kiện loại trừ sự xâm nhập của hơi ẩm - trước hết, thiết bị phải khô hoàn toàn.

Styrene mới chưng cất 3,5 ml

Titan tetraclorua chưng cất 1 ml

Dichloroethane khô 70 ml

70 ml dichloroethane khô cho vào bình ba cổ có trang bị máy khuấy, nhiệt kế và phễu nhỏ giọt, được làm sạch bằng khí trơ trong 3-5 phút và làm nguội đến 0 0 C trong bể chứa hỗn hợp làm mát.

Dùng pipet khô thêm 1 ml TiCl 4 từ phễu nhỏ giọt vào trong 15-20 phút. Monome, styrene, được nhỏ từng giọt vào, đảm bảo nhiệt độ không vượt quá 0 0. Sau khi cho monome vào, hỗn hợp được khuấy thêm 30 phút nữa, sau đó thêm 80 ml rượu vào (để phân hủy hỗn hợp phản ứng). Sau vài phút, cẩn thận gạn dung môi khỏi sản phẩm phản ứng dạng dầu, thêm 10-15 ml cồn nữa và dùng que chà xát cho đến khi cứng lại. Polyme rắn được lọc, rửa bằng cồn và sấy khô. Hiệu suất polyme và mức độ chuyển hóa monome cũng như mức tiêu thụ chất xúc tác trong g/g polyme được xác định.

Polystyrene có thể mở rộng (EPS), với việc xử lý bề mặt các hạt, được tạo ra bằng cách trùng hợp huyền phù styrene với sự có mặt của pentane và trùng hợp số lượng lớn. Polystyrene được sản xuất ở dạng hạt hình cầu (hạt), bề mặt của chúng được xử lý bằng nhiều chất khác nhau giúp cải thiện khả năng xử lý của polymer trong quá trình xử lý và mang lại cho nó các đặc tính mới (ví dụ, đặc tính chống tĩnh điện, không bắt lửa).

Trong sản xuất polystyrene tạo bọt, các phương pháp chính là trùng hợp huyền phù và trùng hợp số lượng lớn. Hiện đại và hiệu quả nhất là phương pháp thứ hai để lấy IPN.

Polyme hóa polystyrene mở rộng với số lượng lớn

Phương pháp sản xuất polystyrene bằng phương pháp trùng hợp số lượng lớn (polystyrene khối) với sự chuyển đổi không hoàn toàn các monome hiện là một trong những phương pháp phổ biến nhất do các chỉ số kinh tế và kỹ thuật cao. Hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại đều hoạt động chính xác theo sơ đồ này, vì nó mang lại hiệu quả cao nhất. Phương pháp này có quy trình xử lý liên tục tối ưu. Quá trình này được thực hiện trên 2-3 thiết bị được kết nối nối tiếp với máy trộn; Giai đoạn cuối cùng của quy trình thường được thực hiện trong thiết bị dạng cột.

Nhiệt độ phản ứng ban đầu là 80-100°C, nhiệt độ cuối cùng là 200-220°C. Quá trình trùng hợp bị gián đoạn khi mức độ chuyển hóa styren đạt 80-90%. Monome không phản ứng được loại bỏ khỏi trạng thái nóng chảy trong chân không và sau đó bằng hơi nước cho đến khi hàm lượng styren trong polyme là 0,01-0,05%. Chất ổn định, thuốc nhuộm, chất chống cháy và các chất phụ gia khác được thêm vào polystyrene và tạo hạt. Polystyrene được đặc trưng bởi độ tinh khiết cao. Công nghệ này là tiết kiệm nhất (không liên quan đến các hoạt động rửa, khử nước và sấy khô các sản phẩm phân tán mịn) và thực tế không có chất thải (styrene không phản ứng được trả lại để trùng hợp).

Thực hiện quy trình cho đến khi chuyển đổi không hoàn toàn monome (80-90%) cho phép sử dụng tốc độ trùng hợp cao, kiểm soát các thông số nhiệt độ và đảm bảo độ nhớt chấp nhận được của môi trường trùng hợp. Khi thực hiện quá trình này ở mức độ chuyển đổi monome sâu hơn, việc loại bỏ nhiệt khỏi khối phản ứng có độ nhớt cao trở nên khó khăn và không thể thực hiện phản ứng trùng hợp ở chế độ đẳng nhiệt. Đặc điểm này của quá trình trùng hợp khối đã dẫn đến sự chú ý ngày càng tăng đối với các phương pháp sản xuất khác, và trước hết là phương pháp huyền phù.

Trùng hợp huyền phù

Phản ứng trùng hợp huyền phù là một quy trình công nghệ cạnh tranh dựa trên khả năng hòa tan thấp của các monome vinyl trong nước và tính trung lập của monome vinyl trong các phản ứng trùng hợp gốc. Phương pháp sản xuất huyền phù được thực hiện trong lò phản ứng; đây là một quá trình bán liên tục, được đặc trưng bởi sự hiện diện của các giai đoạn công nghệ bổ sung (tạo hệ thống phản ứng, cách ly polyme thu được) và sử dụng định kỳ thiết bị trong quá trình trùng hợp. sân khấu. Styrene lơ lửng trong nước khử khoáng bằng chất ổn định nhũ tương; Chất khởi đầu trùng hợp (peroxit hữu cơ) được hòa tan trong các giọt monome, nơi xảy ra phản ứng trùng hợp. Kết quả là các hạt lớn được hình thành trong huyền phù polyme trong nước. Quá trình trùng hợp được thực hiện bằng cách tăng dần nhiệt độ từ 40 lên 130°C dưới áp suất trong 8-14 giờ. Polyme được tách ra khỏi huyền phù thu được bằng cách ly tâm, sau đó được rửa sạch và sấy khô. Sau đó chúng được sắp xếp theo cấp độ trên màn hình rung. Trong quá trình này, việc loại bỏ nhiệt và trộn các thành phần hệ thống được tạo điều kiện thuận lợi đáng kể.

Áp dụng:

trong sản xuất khối và tấm xốp polystyrene với nhiều cấu hình khác nhau của tòa nhà và mặt bằng cho bất kỳ mục đích nào (tường, mái nhà, sàn nhà, nhà kho, gian hàng, tòa nhà dân cư, nhà để xe, tầng hầm, loggia);
trong sản xuất bao bì có hình dạng phức tạp cho các thiết bị khác nhau cần chống sốc trong quá trình bảo quản và vận chuyển;
trong sản xuất linh kiện ô tô;
trong sản xuất bê tông polystyrene - bê tông nhẹ dựa trên chất kết dính xi măng và chất độn polystyrene xốp, được sử dụng trong sản xuất khối và tấm cách nhiệt, cách nhiệt nguyên khối của gác mái, mái nhà, tường ngoài, sàn nhà, v.v.;

Trong sản xuất vật liệu hoàn thiện trần nhà - gạch, ván chân tường, hoa thị;

để xây dựng nhà ở nguyên khối và vỏ cách nhiệt cho đường ống.
để sản xuất các mô hình khí hóa bằng bọt polystyrene dùng trong đúc kim loại.

Copolyme của styren với acrylonitril SAN

Chất đồng trùng hợp của styren với acrylonitrile (SAN) thường chứa 24% chất sau, tương ứng với thành phần dị hướng của hỗn hợp các monome và có thể thu được sản phẩm có thành phần không đổi. SAN vượt trội về khả năng chịu nhiệt, độ bền kéo, độ bền va đập và khả năng chống nứt trong môi trường chất lỏng mạnh, nhưng kém hơn về tính chất điện môi và độ trong suốt. Giá thành của SAN cao hơn đáng kể so với polystyrene. Copolyme bậc ba styrene-acrylonitrile-methyl methacrylate (SAM) có đặc tính tương tự, nhưng độ trong suốt và khả năng chống bức xạ UV tốt hơn; tuy nhiên, giá thành của nó thậm chí còn cao hơn SAN.

Copolyme SAN thường được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp huyền phù hoặc nhũ tương, tương tự như sản xuất PS.

Copolyme SAN có khả năng kháng hóa chất và độ cứng bề mặt cao hơn so với homopolyme. Nguyên liệu gốc có màu hơi vàng và phải có màu hơi xanh. Khả năng chống chịu thời tiết tốt, điều này cho phép nó được sử dụng, ví dụ, để ốp và trong các thiết bị gia dụng đắt tiền thay vì polystyrene mục đích chung dễ vỡ và không chống băng giá.

Copolyme của acrylonitrile, butadiene và styrene: nhựa ABS

Các chất đồng trùng hợp như vậy được gọi là “nhựa ABS”. Có một số phương pháp sản xuất polyme ba đơn vị (terpolyme), nhưng các nguyên tắc chính của chúng được thể hiện rõ qua các ví dụ sau: 1) styren và acrylonitrile được thêm vào nhũ tương polybutadiene, trộn và đun nóng đến 50C; sau đó thêm chất khơi mào hòa tan trong nước như kali persulfate vào và hỗn hợp được polyme hóa; 2) mủ butadien acrylonitrile được thêm vào mủ styren acrylonitrile, hỗn hợp này được đông tụ và sấy phun.

Các đặc tính rất khác nhau tùy thuộc vào thành phần và phương pháp sản xuất. Tuy nhiên, nhìn chung nhựa ABS có độ bền va đập, kháng hóa chất và độ dẻo cao; không chịu được metyl etyl xeton và este.

ABS rất tiên tiến về mặt công nghệ và có thể dễ dàng xử lý bằng cách ép phun hoặc ép đùn. Các nhà sản xuất sản xuất các loại nhựa ABS có chỉ số dòng chảy khác nhau, tăng độ bóng và mờ. Các tấm mỏng được ép nóng vào lọ và khay. Nhựa ABS được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các thiết bị gia dụng, nơi có nhu cầu về độ bền cao, độ bóng cao, khả năng sản xuất trong sơn với masterbatch, tính trung hòa với môi trường và khả năng chịu nhiệt. Lớp phủ và thiết kế trang trí được áp dụng cho các sản phẩm làm từ nhựa ABS tốt hơn so với các sản phẩm polystyrene.

Công nghệ sản xuất Polystyrene

Trong công nghiệp, polystyrene được sản xuất bằng phản ứng trùng hợp gốc styrene. Các phương pháp sản xuất polystyrene khác nhau về chu trình làm việc, loại bỏ sản phẩm trên một đơn vị thể tích và các điều kiện cho quá trình trùng hợp. Các tính chất của polystyrene thu được phụ thuộc vào phương pháp sản xuất cụ thể. Có 4 phương pháp trùng hợp styren: trùng hợp trong một khối (khối) monome, trùng hợp monome trong nhũ tương (chủ yếu là sản xuất nhựa ABS), trùng hợp huyền phù (polystyrene chịu va đập và polystyrene mở rộng) và trùng hợp trong dung dịch (khối copolyme của butadien và styren).

Trong sản xuất polystyrene có mục đích chung, các phương pháp chính là trùng hợp huyền phù và trùng hợp số lượng lớn. Phản ứng trùng hợp nhũ tương được sử dụng ở quy mô tương đối nhỏ.

Để thu được copolyme chịu va đập của styren với cao su, phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất là trùng hợp huyền phù khối, trong đó quá trình trùng hợp trước tiên được thực hiện với số lượng lớn (cho đến khi đạt được độ chuyển đổi 20% - 40%), sau đó trong dung dịch nước. sự phân tán.

Xu hướng chung trong sự phát triển của công nghệ tổng hợp là tăng sức mạnh của từng đơn vị, do tăng thể tích phản ứng và do tăng cường các phương thức tổng hợp. Hiện nay, năng suất của các đơn vị tổng hợp riêng lẻ đạt 15-30 nghìn tấn polymer/năm.

Polyme hóa số lượng lớn

Phương pháp sản xuất bằng cách trùng hợp số lượng lớn với sự chuyển đổi không hoàn toàn các monome hiện là một trong những phương pháp phổ biến nhất do các chỉ số kinh tế và kỹ thuật cao. Trong ngành công nghiệp trong nước, phương pháp trùng hợp khối được chọn làm phương pháp chủ đạo vào những năm 70 và hiện có khoảng 60% sản phẩm được sản xuất bằng phương pháp này. Phương pháp này có sơ đồ quy trình tối ưu. Quá trình được thực hiện theo mạch liên tục trong hệ thống gồm 2-3 thiết bị mắc nối tiếp với máy trộn; Giai đoạn cuối cùng của quy trình thường được thực hiện trong thiết bị dạng cột. Nhiệt độ phản ứng ban đầu là 80-100°C, nhiệt độ cuối cùng là 200-220°C. Quá trình trùng hợp bị gián đoạn khi mức độ chuyển hóa styren đạt 80% - 90%. Monome không phản ứng được loại bỏ khỏi polystyrene nóng chảy trong chân không và sau đó bằng hơi nước cho đến khi hàm lượng styren trong polymer là 0,01% - 0,05%.

Chất ổn định, thuốc nhuộm, chất chống cháy và các chất phụ gia khác được thêm vào polystyrene và tạo hạt. Khối polystyrene được đặc trưng bởi độ tinh khiết cao. Công nghệ này là tiết kiệm nhất (không liên quan đến các hoạt động rửa, khử nước và sấy khô các sản phẩm phân tán mịn) và thực tế không có chất thải (styrene không phản ứng được trả lại để trùng hợp). Thực hiện quy trình cho đến khi chuyển đổi không hoàn toàn monome (80% - 90%) cho phép sử dụng tốc độ trùng hợp cao, kiểm soát các thông số nhiệt độ và đảm bảo độ nhớt chấp nhận được của môi trường trùng hợp. Khi thực hiện quá trình này ở mức độ chuyển đổi monome sâu hơn, việc loại bỏ nhiệt khỏi khối phản ứng có độ nhớt cao sẽ trở nên khó khăn và không thể thực hiện phản ứng trùng hợp ở chế độ đẳng nhiệt. Đặc điểm này của quá trình trùng hợp khối đã dẫn đến sự chú ý ngày càng tăng đối với các phương pháp sản xuất khác, và trước hết là phương pháp huyền phù.

Trùng hợp huyền phù

Phản ứng trùng hợp huyền phù là một quy trình công nghệ cạnh tranh phát triển song song với phản ứng trùng hợp số lượng lớn và dựa trên độ hòa tan thấp của các monome vinyl trong nước và tính trung lập của chất sau trong các phản ứng trùng hợp gốc. Quá trình này được sử dụng để sản xuất các loại polystyrene đặc biệt, chủ yếu là polystyrene mở rộng. Phương pháp sản xuất huyền phù là một quá trình bán liên tục và được đặc trưng bởi sự hiện diện của các giai đoạn công nghệ bổ sung (tạo hệ thống phản ứng, cách ly polyme thu được) và sử dụng thiết bị định kỳ ở giai đoạn trùng hợp.

Quá trình này được thực hiện trong các lò phản ứng có thể tích 10-50 m 3, được trang bị máy khuấy và áo khoác. Styrene lơ lửng trong nước khử khoáng bằng chất ổn định nhũ tương; Chất khởi đầu trùng hợp (peroxit hữu cơ) được hòa tan trong các giọt monome, nơi xảy ra phản ứng trùng hợp. Kết quả là, các hạt lớn được hình thành trong huyền phù polyme trong nước. Quá trình trùng hợp được thực hiện bằng cách tăng dần nhiệt độ từ 40 lên 130°C dưới áp suất trong 8-14 giờ. Polyme được tách ra khỏi huyền phù thu được bằng cách ly tâm, sau đó được rửa sạch và sấy khô. Các quy luật trùng hợp huyền phù gần giống với các quy luật trùng hợp trong khối monome, nhưng việc loại bỏ nhiệt và trộn các thành phần hệ thống được tạo điều kiện thuận lợi hơn đáng kể.

Trùng hợp nhũ tương

Trong sản xuất polystyrene, phương pháp trùng hợp nhũ tương chưa nhận được sự phát triển như trùng hợp khối lượng hoặc huyền phù. Điều này là do quá trình trùng hợp nhũ tương tạo ra sản phẩm có trọng lượng phân tử quá cao. Thông thường, để xử lý tiếp theo, cần phải cuộn nó hoặc giảm trọng lượng phân tử của nó bằng một số phương pháp khác. Hướng ứng dụng chính của nó là sản xuất sản phẩm trung gian để sản xuất bọt polystyrene tiếp theo bằng phương pháp ép đùn. Hệ thống trùng hợp nhũ tương chứa styrene, nước làm môi trường phân tán, chất khởi đầu hòa tan trong nước (kali persulfate), ion. chất nhũ hóa và các chất phụ gia khác nhau, đặc biệt là những chất được thiết kế để điều chỉnh độ pH của môi trường.

Quá trình trùng hợp xảy ra trong các mixen chất nhũ hóa có chứa monome. Polyme thu được là huyền phù phân tán cao (latex), không hòa tan trong nước. Toàn bộ hệ thống này là nhiều thành phần, điều này gây khó khăn cho việc tách polyme ở dạng nguyên chất. Vì vậy, nhiều phương pháp giặt khác nhau được sử dụng. Việc sử dụng phương pháp này đang dần được giảm bớt vì nó liên quan đến một lượng lớn nước thải.

Khimich Irina

Khối polystyrene được sản xuất bằng cách trùng hợp số lượng lớn. Quá trình trùng hợp styren ở dạng khối (khối) hiện đang được phổ biến rộng rãi. Nó có thể được thực hiện khi có mặt hoặc vắng mặt người khởi xướng.

Chất khởi đầu của quá trình trùng hợp thường là benzoyl peroxide, axit dinitril azobiisobutyric, v.v. Các sản phẩm phân hủy của chất khởi đầu được bao gồm trong thành phần của các đại phân tử polystyrene, do đó không thể thu được polystyrene có đặc tính điện môi cao bằng phương pháp này.

Trong công nghiệp, để thu được polystyrene có độ tinh khiết cao, quá trình trùng hợp được thực hiện mà không cần chất khởi đầu (polyme hóa nhiệt).

Động học của quá trình trùng hợp gốc styren đến chuyển hóa sâu đã được nghiên cứu đầy đủ hơn nhiều so với động học của quá trình trùng hợp của các monome khác. Điều này giúp có thể tính toán rất chính xác chế độ nhiệt độ trùng hợp để thu được polystyrene với các đặc tính được chỉ định.

Phản ứng trùng hợp nhiệt của styren cho đến khi chuyển đổi hoàn toàn monome một cách liên tục trong các thiết bị dạng cột không cần khuấy (nguyên lý dịch chuyển “lý tưởng”) hiện không được sử dụng vì quá trình này có một số nhược điểm nghiêm trọng. Nhược điểm chính của quy trình công nghệ trùng hợp styren số lượng lớn với sự chuyển đổi hoàn toàn monome là thời gian dài và cần thực hiện quá trình ở nhiệt độ cao. (200-230°C)ở giai đoạn cuối để đạt được độ chuyển hóa cao (99%), cũng như thu được polyme có trọng lượng phân tử thấp (Hình 1) và phân bố trọng lượng phân tử rộng. Ngoài ra, với độ chuyển hóa sâu, độ nhớt của khối phản ứng tăng lên rất nhiều, đạt đến mức cuối cùng của quá trình. 1 10 3 – 1 10 4 Năm. Tiến hành polyme hóa nhiệt styren để chuyển đổi monome không hoàn chỉnh (80-95%) trong một loạt thiết bị có khuấy (nguyên lý trộn “lý tưởng”) và loại bỏ monome dư cho phép phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn (140-160°C) và thu được polystyrene từ phân bố trọng lượng phân tử hẹp hơn. Điều này đảm bảo tăng cường đáng kể quy trình và sản xuất polystyrene chất lượng cao hơn.

Các quy trình công nghiệp trùng hợp styren để chuyển đổi monome không hoàn toànđược phát triển bằng cách sử dụng các phương pháp mô hình toán học.

Giai đoạn đầu tiên của mô hình hóa quy trình là mô tả (mô hình) toán học của phản ứng trùng hợp nhiệt của styrene. Để tính toán các quá trình công nghiệp, không thể sử dụng mô hình động học đầy đủ mà sử dụng sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng tổng vào quá trình chuyển đổi.

Đối với polystyrene trong phạm vi hoạt động nhiệt độ 110-150°C trọng lượng phân tử của polyme chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và không phụ thuộc vào mức độ chuyển hóa monome:

Giai đoạn thứ hai của mô hình hóa quy trình bao gồm mô tả toán học của các lò phản ứng để thực hiện các quá trình trùng hợp. Nó chứa mô tả về các đặc tính của môi trường phản ứng và điều kiện trao đổi nhiệt trong lò phản ứng.

Tính chất của môi trường phản ứng bao gồm:

độ nhớt,
độ dẫn nhiệt,
công suất nhiệt,
áp suất hơi trên dung dịch polymer.

Đặc điểm của quá trình trùng hợp styren là độ nhớt cao của môi trường phản ứng, dao động trong lò phản ứng từ 1 ĐẾN 1·10 3 Pa·s.

Để đảm bảo trao đổi nhiệt nhất định trong lò phản ứng, một loại máy trộn nhất định được sử dụng và tính toán mức tiêu thụ điện năng để trộn. Khi chuyển đổi sang 40% và độ nhớt của môi trường phản ứng lên tới 10 giâyáp dụng máy trộn tấm(trong lò phản ứng đầu tiên), ở độ nhớt cao hơn, chúng trở nên có lợi máy trộn xoắn ốc (vành đai).

Một trong những vấn đề chính trong quá trình trùng hợp trong lò phản ứng đẳng nhiệt là loại bỏ nhiệt. Cường độ cao của quá trình trùng hợp styren có thể đạt được bằng cách loại bỏ nhiệt bằng cách bay hơi và thu hồi monome để trùng hợp. Ngoài ra, việc loại bỏ nhiệt một phần được thực hiện thông qua vỏ của thiết bị. Chênh lệch nhiệt độ yêu cầu giữa khối lượng phản ứng và chất làm mát trong vỏ lò phản ứng được xác định từ phương trình cân bằng nhiệt

Q E + Q N - Q BX -Q X = 0

Ở đâu Q e- nhiệt của phản ứng tỏa nhiệt; Q.- nhiệt sinh ra trong quá trình vận hành máy trộn; Q BX- nhiệt dùng để làm nóng dòng đầu vào của môi trường phản ứng; Qx- Loại bỏ nhiệt qua thành lò phản ứng.

Để đảm bảo lò phản ứng hoạt động ổn định phải đáp ứng điều kiện sau: sự thay đổi lượng nhiệt thải ra tùy theo nhiệt độ phải diễn ra nhanh hơn sự thay đổi lượng nhiệt thoát ra.

Sau khi xác định các điều kiện để lò phản ứng hoạt động ổn định, câu hỏi về khả năng điều khiển chúng và lựa chọn phương tiện điều khiển tự động thích hợp được quyết định.

Hiện nay khối trùng hợp của styrene cho đến khi quá trình chuyển đổi không hoàn toàn monome thành polymer được thực hiện trong một loạt các lò phản ứng được khuấy theo hai cách:

trong trường hợp không có dung môi;
sử dụng dung môi.

Sản xuất khối mục đích chung polystyreneđược thực hiện với sự có mặt của etylbenzen (15-20%), sự có mặt của chất này trong quá trình tạo điều kiện thuận lợi cho việc loại bỏ nhiệt, vận hành thiết bị, đặc biệt là máy bơm, do độ nhớt của khối phản ứng giảm, cũng như kiểm soát được phản ứng. quá trình như một tổng thể.

Dưới đây là mô tả về quy trình công nghệ sản xuất polystyrene khối đa năng.

Sản xuất polystyrene khối đa năng cho đến chuyển đổi monome không hoàn chỉnh trong một loạt lò phản ứng khuấy

Sơ đồ công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất để sản xuất khối polystyrene đa năng trong một loạt hai lò phản ứng khuấy. Quá trình này bao gồm giai đoạn:

chuẩn bị styrene ban đầu,
trùng hợp styren trong lò phản ứng ở giai đoạn 1 và 2,
loại bỏ và sửa chữamonome không phản ứng
nhuộm tan chảy polystyrene,
tạo hạt polystyrene,
đóng gói và đóng gói hạt polystyrene.

Sơ đồ sản xuất khối polystyrene trong một loạt lò phản ứng khuấy được thể hiện trong Hình 1.

Từ công suất 1 Styrene được cung cấp liên tục bằng bơm định lượng để lò phản ứng giai đoạn 1, là một thiết bị hình trụ thẳng đứng có đáy hình nón có thể tích 16 m 3. Lò phản ứng được trang bị máy khuấy dạng tấm với tốc độ quay 30-90 vòng/phút. Polyme hóa trong lò phản ứng giai đoạn 1 2 xảy ra ở nhiệt độ 110-130°CĐẾN chuyển đổi 32-45% tùy thuộc vào thương hiệu của sản phẩm nhận được. Nhiệt dư của phản ứng được loại bỏ do sự bay hơi của một phần styren khỏi khối phản ứng.

Lò phản ứng giai đoạn 2 3 tương tự về thiết kế và kích thước so với lò phản ứng giai đoạn 1, nhưng được trang bị máy trộn đai với tốc độ quay 2- 8 vòng/phút. Điều này đảm bảo trộn hiệu quả các môi trường phản ứng có độ nhớt cao. Quá trình trùng hợp trong lò phản ứng giai đoạn 2 diễn ra cho đến khi 75-88% mức độ chuyển đổi ở nhiệt độ 135-160°C tùy thuộc vào nhãn hiệu của polyme thu được.

Dung dịch polystyrene trong styrene từ lò phản ứng giai đoạn 2 bơm dỡ hàng 5 phục vụ tại buồng chân không 6 qua một đường ống được làm nóng bằng hơi nước ở áp suất ít nhất 2,25 MPa. Điều này xảy ra sau polyme hóa styren tỷ lệ chuyển đổi lên tới 90%.

Polystyrene tan chảy đi vào buồng chân không 6 với nhiệt độ 180-200°C. Trong ống quá nhiệt của buồng chân không, polystyrene tan chảy được làm nóng lên tới 240°C và đi vào buồng rỗng có thể tích 10 m 3 với áp suất dư 2,0-2,6 kN/m 2. Trong trường hợp này, styrene bay hơi sau khi tan chảy và hàm lượng monome còn lại giảm xuống 0,1-0,3%. Hơi styren được cung cấp để tái sinh và sau đó quay trở lại công suất 1.

Làm tan chảy polystyrene từ buồng chân không 6đi vào máy đùn 7 và để tạo hạt.

Khi nhận được polystyrene có mục đích chung với sự có mặt của etylbenzen, sau này nằm trong một chu trình khép kín trộn với styren. Lượng nhiệt dư của phản ứng trong thiết bị được thực hiện bằng cách làm bay hơi một phần styren và etylbenzen trong điều kiện chân không. Hỗn hợp bay hơi ngưng tụ và quay trở lại vùng phản ứng. Để duy trì hoạt động bình thường của máy trộn trong máy trùng hợp, độ nhớt của khối phản ứng được theo dõi liên tục. Độ nhớt quy định được duy trì tự động bằng cách thay đổi nguồn cung cấp hỗn hợp styrene và ethylbenzen.

Cả hai chất trùng hợp đều hoạt động trong chân không, nhiệt độ quá trình dao động ở 115-135°C Và 140-160°C tương ứng. Hàm lượng polyme trong lò phản ứng giai đoạn 1đạt tới 30-40% , V Lò phản ứng giai đoạn 2 - 65-70%. Dung dịch chứa 15-20% etylbenzen. Từ lò phản ứng giai đoạn 2, dung dịch polymer đi vào thiết bị bay hơi, trong đó chân không được duy trì (áp suất dư khoảng 2,6 kPa). Hơi styren và etylbenzen được loại bỏ và polyme nóng chảy được thu lại ở phần dưới của thiết bị bay hơi, từ đó nhiệt độ 200-230°C gửi đi nhuộm và tạo hạt.

Hơi styren và etylbenzen từ thiết bị bay hơi đi vào máy lọc để làm sạch, sau đó ngưng tụ và quay trở lại thùng chứa styren và etylbenzen ban đầu.

Do đó, sơ đồ công nghệ sản xuất khối polystyrene đa dụng sử dụng etylbenzen trong quy trình này khác với sơ đồ công nghệ nêu trên Hình 1, chỉ khác sự hiện diện của một máy chà sàn Và bình ngưng hơi styren và ethylbenzen.

Đánh giá so sánh các phương pháp trùng hợp khối styren với chuyển hóa monome hoàn toàn và không hoàn toàn

Phương pháp trùng hợp khối styren với sự chuyển đổi không hoàn toàn monome có một số ưu điểm so với phương pháp trùng hợp khối với sự chuyển đổi hoàn toàn styren:

1) năng suất của đơn vị trùng hợp tăng hơn 2 lần do thời gian trùng hợp giảm, dẫn đến giảm đầu tư vốn và chi phí năng lượng;

2) thiết kế phần cứng giúp điều chỉnh các thông số công nghệ của quy trình và thu được các sản phẩm có chất lượng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của người tiêu dùng;

3) polystyrene rời khỏi buồng chân không chứa ít monome dư (lên tới 0,2%) so với sản phẩm rời khỏi cột có chuyển hóa monome hoàn toàn (0,5%).

Tuy nhiên, khi thực hiện một quy trình chuyển đổi không hoàn toàn monome, chất thải là không thể tránh khỏi - loại bỏ chất ngưng tụ styren. Khi thực hiện sản xuất quy mô lớn, nhu cầu sử dụng nước ngưng tụ được đặt ra. Với tổng công suất sản xuất khoảng 100-120 nghìn tấn polystyrene/năm, thu được khoảng 10-12 nghìn tấn/năm loại bỏ condensate.

Việc sử dụng chất ngưng tụ được thực hiện theo hai hướng:

1) tinh chế các chất ngưng tụ để thu được styren có độ tinh khiết tiêu chuẩn (tinh chỉnh);

2) trùng hợp các chất ngưng tụ để sản xuất polystyrene có chất lượng kém hơn một chút nhưng có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm ít quan trọng hơn. Cả hai hướng đều đang phát triển trong công nghiệp.

Tài liệu tham khảo:
Zubakova L. B. Tvelika A. S., Davankov A. B. Vật liệu trao đổi ion tổng hợp. M., Hóa học, 1978. 183 tr.
Saldadze K. M., Valova-Kopylova V. D. Các ionit tạo phức (phức hợp). M., Hóa học, 1980. 256 tr.
Kazantsev E. Ya., Pakholkov V. S., Kokoshko Z. /O., Chupakhin O. Ya. Vật liệu trao đổi ion, tổng hợp và tính chất của chúng. Sverdlovsk Ed. Viện Bách khoa Ural, 1969. 149 tr.
Samsonov G.V., Trostyanskaya E.B., Trao đổi ion Elkin G.E. Sự hấp phụ các chất hữu cơ. L., Nauka, 1969. 335 tr.
Tulupov P. E. Độ bền của vật liệu trao đổi ion. M., Hóa học, 1984. 240 tr. Polyansky Ya. G. Xúc tác bằng chất trao đổi ion. M., Hóa học, 1973. 213 tr.
Cassidy G. J. Kuhn K. A. Polyme oxy hóa khử. M., Hóa học, 1967. 214 tr. Hernig R. Bộ trao đổi ion chelat. M., Mir, 1971. 279 tr.
Tremillon B. Tách trên nhựa trao đổi ion. M., Mir, 1967. 431 tr.
Laskorin B. Ya., Smirnova Ya. M., Gantman M. Ya. Màng trao đổi ion và ứng dụng của chúng. M., Gosatomizdat, 1961. 162 tr.
Egorov E. V., Novikov P. D. Ảnh hưởng của bức xạ ion hóa đến vật liệu trao đổi ion. M., Atomizdat, 1965. 398 tr.
Egorov E. V., Makarova S. B. Trao đổi ion trong hóa học phóng xạ. M., Atomizdat,