Синтез бутилкаучука в трубчатом турбулентном реакторе

• Автор: Терещенко, Константин Алексеевич
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 155 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СИНТЕЗ БУТИЛКАУЧУКА КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ПРОЦЕСС ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ В ТРУБЧАТОМ ТУРБУЛЕНТНОМ
РЕАКТОРЕ
1Л Кинетические схемы процессов катионной полимеризации и
сополимеризации
1ЛЛ Катионная полимеризация
1Л .2 Катионная сополимеризация
1.2 Синтез бутилкаучука и способы его технологической реализации
1.3 Модульное моделирование процесса синтеза бутилкаучука как инструмент для исследования особенностей взаимосвязанных процессов химического превращения и теплообмена в трубчатых турбулентных
реакторах
Заключение к главе
ГЛАВА 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ СИНТЕЗА БУТИЛКАУЧУКА
2.1 Теоретические закономерности процесса синтеза бутилкаучука в рамках кинетического подхода
2.2 Определение неизвестных констант скоростей элементарных реакций кинетической схемы процесса синтеза бутилкаучука
2.3 Проверка адекватности кинетической модели процесса синтеза
бутилкаучука
Заключение к главе
ГЛАВА 3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ПРОЦЕССОВ ХИМИЧЕСКОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ И ТЕПЛООБМЕНА ПРИ СИНТЕЗЕ БУТИЛКАУЧУКА С УЧЕТОМ ГИДРОДИНАМИКИ ТРУБЧАТОГО ТУРБУЛЕНТНОГО РЕАКТОРА
3.1 Гидродинамика и теплообмен трубчатого турбулентного реактора

для синтеза бутилкаучука
3.1.1 Гидродинамика
3.1.2 Теплообмен
3.2 Проверка адекватности модели, описывающей процесс синтеза
бутилкаучука в трубчатом турбулентном реакторе
Заключение к главе
ГЛАВА 4 ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ, ХИМИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ФАКТОРОВ НА МОЛЕКУЛЯРНО-МАССОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ ИМИ СВОЙСТВА БУТИЛКАУЧУКА
И СЕРНЫХ ВУЛКАНИЗАТОВ НА ЕГО ОСНОВЕ
Заключение к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Синтез бутилкаучука - продукта катионной сополимеризации изобутилена с изопреном - в настоящее время реализуется при низких температурах (163-г 173 К) в реакторах смешения. Следует отметить, что катионная сополи-меризация изобутилена с изопреном протекает с большой скоростью в ограниченном реакционном объеме в виде факела с неравномерными полями температур и концентраций компонентов реакционной массы. Время протекания элементарных реакций инициирования и роста цепей при катионной сополимеризации изобутилена с изопреном значительно меньше времени, необходимого для гомогенизации реакционной массы. Кроме того, низкомолекулярные фракции бутилкаучука налипают на охлаждающие поверхности реактора, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи и уменьшению времени работы реактора.
В связи с этим, перспективной становится разработка более эффективных, чем существующие в настоящее время, технологических реализаций процесса синтеза бутилкаучука в промышленности. Процесс синтеза бутилкаучука относится к кинетически быстрым процессам (константы скоростей реакций инициирования и роста цепей составляют порядка 106 л/(моль-с) при температурах около 200 К). Последнее поколение реакторов для проведения кинетически быстрых полимеризационных и сополимеризационных процессов - это трубчатые турбулентные реакторы, разработка которых проводилась в рамках исследований академика A.A. Берлина, Ю.А. Прочухана, Г.Г. Алексаняна, В.П. Захарова и др.
Поэтому актуальность работы обусловлена проведением исследований, направленных на изучение особенностей реализации процесса синтеза бутилкаучука в трубчатом турбулентном реакторе.

лей. По этой причине, моделирование процессов, протекающих в реакторах, имеет преимущество перед проведением промышленного эксперимента.
Академик В.В. Кафаров и др. [76] предложили математическую модель процесса синтеза полимеров разрабатывать в виде следующих связанных модулей:
1) кинетический модуль - это моделирование кинетики процесса и молекулярно-массовых характеристик синтезируемого полимера (основные подходы к решению этих задач приведены в работах академика A.A. Берлина [77, 78], академика А.Р. Хохлова [79], С.И. Кучанова [79, 80], В.И. Иржака [81, 82],
В.М. Янборисова [83, 84]);
2) массообменный модуль - это моделирование процессов, которые сопровождаются переносом вещества из одной фазы в другую (в работе академика В.В. Кафарова и др. [76], а также в работе C.J1. Подвального [85] приводятся примеры разработки массообменных модулей);
3) гидродинамический модуль - это моделирование полей температур и концентраций в реакторе (по сути, моделирование сводится к вычислению эффективного объема реактора и эффективной поверхности теплопередачи; моделирование гидродинамики реакторов рассматривалось в работах [86-100]);
4) теплообменный модуль - это моделирование теплообменных процессов между реакционной массой и теплоносителем (принципы создания теплообменных модулей для различных процессов получения полимеров приведены в работах [101, 102]);
5) прогностический модуль - это моделирование свойств полимера (в основу прогностического модуля в настоящее время обычно закладывают следующие подходы к определению свойств полимеров исходя из их строения: полу-эмпирический подход, подход групповых вкладов [103], подход индексов связанности [104], подход атомарных и связевых вкладов [105], фрактальный подход [106-109], - или совокупность этих подходов).