Быстрые процессы при синтезе полимеров в турбулентных потоках

• Автор: Захаров, Вадим Петрович
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 155 с.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Быстрые химические процессы

1.1.1. Специфика протекания быстрых реакций полимеризации

1.1.2. Смешение в турбулентных потоках

1.1.3. Использование трубчатых турбулентных аппаратов для интенсификации тепло и массообменных процессов
1.1.3.1. Формирование макроскопических структур фронтов смешения химически реагирующих и нейтральных потоков.

1.1.3.2. Гидродинамические и тепловые критерии подобия и

их роль в массо и теплообменных процессах

1.2. Классификация химических реакторов.

1.2.1. Реакторы вытеснения

1.2.2. Объемные реакторы смешения.
1.2.3. Трубчатые аппараты вытеснения в турбулентных потоках
1.3. Проблемы проведения некоторых процессов синтеза полимеров
в промышленности
1.3.1. Хлорирование бутилкаучука
1.3.2. Катионная олигомеризация пиперилена
1.3.3. Стереоспецифическая полимеризация изопрена.
1.3.4. Сополимеризация бутадиена и аметилстирола.
1.3.5. Получение этиленпропиленовых каучуков.
1.4. Заключение.
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Экспериментальная часть
2.1.1. Характеристика исходных веществ
2.1.2. Проведение эксперимента.
2.1.2.1. Олигомеризация пиперилена
2.1.2.2. Полимеризация изопрена.
2.1.2.3. Хлорирование буилкаучука.
2.1.2.4. Сополимеризация этилена и пропилена
2.1.2.5. Формирование макроструктур фронтов реакции и смешения в трубчатом турбулентном аппарате
2.1.3. Определение микроструктуры полимерных продуктов
2.1.4. Определение молекулярномассовых характеристик полимерных продуктов
2.1.5. Определение содержания хлора в каучуке
2.1.6. Определение содержания двойных связей в полимерах
2.1.7. Определение плотности и вязкости жидких потоков
2.2. Расчет и моделирование характеристик турбулентного
движения.
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Специфика протекания быстрых процессов при синтезе олигопипериленового каучука, хлорбутилкаучука, цис1,4полиизопрена, этиленпропиленового каучука.
3.1.1. Олигомеризация пиперилена под действием электрофил ьных катализаторов
3.1.2. Хлорирование бутилкаучука в растворе молекулярным хлором.
3.1.3. Влияние предварительного смешения реагентов на кинетические и молекулярные характеристики цис 1,4полиизопрена
3.1.4. Влияние предварительного смешения газообразных и жидких потоков на молекулярные характеристики этилен
пропиленовых каучуков
3.2. Формирование режима вытеснения в турбулентных потоках
3.2.1. Влияние быстрой химической реакции на условия формирования режима квазиидеального вытеснения в турбулентных потоках.
3.2.2. Влияние некоторых физических характеристик жидких потоков на условия формирования режима квазиидеального вытеснения в турбулентных потоках
3.3. Повышение эффективности турбулентного смешения при получении полимеров
3.3.1. Турбулентное смешение в трубчатых каналах
3.3.2. Автомодельный режим течения жидких потоков в трубчатых каналах
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯ.
4.1. Трубчатые аппараты вытеснения, работающие в турбулентных потоках, новый тип аппаратов химической технологии
4.2. Новый способ производства галобутилкаучуков непрерывная энерго и ресурсосберегающая схема получения хлорбутилкаучука и трубчатый турбулентный реакторхлоратор
4.3. Способ непрерывной растворной сополимеризации этилена и пропилена .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Нижнекамск с использованием трубчатых турбулентных аппаратов диффузорконфузорной конструкции взамен объемных реакторов смешения еще и на стадиях нейтрализации, отмывки и введения в раствор хлорбутилкаучука стабилизаторов. Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю академику АН РБ, Заслуженному деятелю науки РФ и РБ, профессору Минскеру К. С., а также академику РАН Монакову Ю. Б. и чл. РАН Берлину Ал. Ал. Автор признателен д. Тахавутдинову Р. Г. за проведение расчетов на основе математических моделей. ГЛАВА 1. В химии и химической технологии, в том числе и при получении полимеров, имеется достаточно много жидкофазных, как правило экзотермических реакций, которые отличаются высокими скоростями и по этой причине неуправляемы. Традиционный подход к проведению быстрых реакций полимеризации в химической технологии как к обычным реакциям, протекающим в кинетической области, и, как следствие, использование классических расчетов основных реакторов определили тот факт, что в промышленности используются исключительно объемные реакторы смешения, преимущественно непрерывного действия, которые, как показала практика, при реализации быстрых химических реакций малоэффективны. Локальное протекание быстрых реакций в точке подачи реагентов факельный тип протекания процессов в объемных аппаратах смешения с формированием пространственновременного распределения температуры, концентраций реагентов и, соответственно, глубины реакции . Этот макроскопический тип реакции определяется, в первую очередь, численным значени
ем константы скорости реакции 1с лмольс, тепловым эффектом процесса, концентрацией реагентов, при этом внешний теплосъем, как оказалось, малоэффективен 1,2,6. Нестационарное протекание быстрых процессов полимеризации в реакторах смешения в неизотермических условиях в факельном режиме. Нет полного эффективного использования реакционного объема, возможности изменять
температуру в реакторе по ходу процесса и т. Ввиду неизотермичности процесса снижается молекулярная масса ММ и уширяется молекулярномассовое распределение ММР образующихся полимерных продуктов, т. Необходимость проведения быстрых процессов полимеризации в реальных условиях только в высокотурбулентных потоках, ограниченных непроницаемой стенкой, в условиях создания принципиально нового режима квазиидеального вытеснения. Этот тип реакций следует проводить при высоких скоростях движения потоков, ибо скорость движения реагентов V влияет на выход 3 и на молекулярномассовые характеристики полимера. Например, в 8 на примере катионной полимеризации изобутилена показано, что увеличение V приводит к росту р, хотя время пребывания реакционной смеси в зоне реакции тпр уменьшается уплотнение зоны реакции. Существование не имеющего аналогов нового макроскопического типа протекания быстрых химических реакций режима квазиидеальиого вытеснения в высокотурбулентных потоках, определяющий квазиизотермические условия протекания процессов в любом сечении аппарата 9. Связь геометрических размеров зоны реакции с кинетическими и гидродинамическими параметрами. Здесь От коэффициент турбулентной диффузии мс кг константа скорости гибели активных центров с1 к константа скорости низкомолекулярной реакции лп,моль,С С концентрация реагента мольл п общий порядок реакции. Значительное улучшение эффективности смешения реагентов в жидкой фазе на порядок и более возрастает Эт при проведении быстрых химических реакций и массообменных физических процессов синтеза полимеров за счет изменения геометрии реактора, а также способа ввода реагентов в зону реакции уменьшается тсм . Возможность эффективного регулирования теплового режима при проведении полимеризационных процессов , и при синтезе низкомолекулярных продуктов , в турбулентных потоках. Возможность гарантированного и легкого управления ранее не управляемыми быстрыми процессами полимеризации, в частности, за счет изменения а температурного поля реакции б коэффициента массо и теплопередачи в уровня турбулентности в зоне реакции г концентрации реагентов д геометрии и размеров зоны реакции е способа подачи реагентов ж линейной
ния потоков при Тх коэффициенту теплоотдачи Втм2 К Ср, р теплоемкость ДжкгК и плотность кгм3 реакционной среды.