Идентификация фракционного состава с применением математического моделирования на примере синтеза полибутадиена

• Автор: Хромых, Елена Алексеевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 160 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
1 Анализ проблемы идентификации фракционного состава в производстве синтетических полимеров на основе бутадиена

1.1 Процесс непрерывной полимеризации бутадиена.

1.1.1 Технологическая схема процесса и е описание.

1.1.2 Анализ влияния на процесс различных факторов.

1.1.2.1 Влияние концентрации компонентов каталитического комплекса

1.1.2.2 Влияние температуры реакционной смеси.

1.1.2.3 Влияние микропримесей.

1.1.2.4 Влияние способа подачи сырьевых потоков.

1.2 Проблематика контроля качества синтезируемого полимера

1.2.1 Лабораторные методы оценки ММР.
1.2.2 Оценка ММР с помощью математического моделирования
1.3 Выводы
2 Структурная идентификация модели фракционного состава полимера, получаемого в каскаде реакторов
2.1 Математическое описание проточного реактора идеального
смешения
2.2 Исследование структуры потока в каскаде реакторов.
2.3 Моделирование кинетики процесса полимеризации.
2.4 Моделирование молекулярномассового распределения полимера,
получаемого в каскаде реакторов
2.5 Выводы.
3 Параметрическая идентификация модели фракционного состава полимера, получаемого в каскаде реакторов
3.1 Масштабирование и сравнительный анализ с экспериментальными
данными ГПХ
3.2 Калибровка полученной зависимости
3.3 Исследование разработанной модели ММР
3.3.1 Анализ влияния на ММР основных режимных параметров
процесса.
3.4 Расчет моментов ММР при различных способах ведения процесса
3.5 Выводы.
4 Способ коррекции ММР полимера, получаемого в каскаде реакторов .
4.1 Расчет ММР полимера в условиях дробной подачи шихты
4.2 Расчет корректирующих воздействий ММР
4.3 Реализация способа коррекции ММР
4.4 Выводы
Заключение
Библиографический список
Приложения
ш
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


В третьей главе проведена идентификация параметров математической модели ММР линейного полибутадиена, получаемого в каскаде реакторов. В четвертой главе рассмотрены результаты апробации математической модели ММР на примере получения каучука СКД в каскаде реакторов и использование разработанной модели для корректировки фракционного состава с целью получения полибутадиена с улучшенной однородностью и заданными свойствами. Одним из распространенных промышленных способов получения поли-* бутадиена в растворе является способ, базирующийся на использовании ионнокоординационных систем (катализаторов Циглера-Натта) []. Технологическое оформление процессов (рис. Полимеризация в растворе подразумевает реакционную систему, содержащую мономер, растворенный в подходящем растворителе. Начальная реакционная система гомогенна, т. По сравнению с полимеризацией в массе этот метод имеет преимущество с точки зрения гибкости управления процессом, повышения скоростей реакции и теплоотвода []. Рис. Н-ой компонент катализатора, 5 -жидкий пропаи, 6 - прямой рассол, 7 - обратный рассол, 8 - стоппер, 9 - стабилизатор, - полимеризат на выделение каучука. Процессы стереоспецифической полимеризации в растворе требуют применения исходных веществ высокой степени чистоты []. Исходная концентрация бутадиена в растворе (- % масс. Бутадиен смешивается в заданном соотношении с растворителем (свежим и регенерированным). Приготовленная шихта охлаждается в пропановом или аммиачном холодильнике до - °С (что позволяет компенсировать - % выделяющейся в результате реакции теплоты) и направляется в отделение полимеризации [, ]. Наиболее употребительной аппаратурой для проведения процесса полимеризации в растворе являются аппараты смешения различного типа. При относительно низких скоростях процесса реакцию ведут или в аппаратах периодического действия, или непрерывно в каскаде последовательно соединенных аппаратов смешения []. По окончании процесса необходимо разрушить каталитический комплекс, чтобы предотвратить дальнейшее протекание реакций полимеризации. Дезактивация каталитического комплекса осуществляется подщелоченной водой или другими соединениями с подвижными атомами водорода. Одновременно добавляют и антиоксиданты. Дезактивация и введение антиоксиданта происходят при интенсивном перемешивании ввиду высокой вязкости реакционной массы и, как правило, в безобъемных смесителях [, ,]. Полимер из раствора выделяется путем отгонки растворителя и незапо-лимсризовавшегося мономера острым паром (водная дегазация). Наиболее важной из перечисленных выше стадий технологического процесса получения полибутадиена в растворе является полимеризация. Она определяет экономику производства в целом. На данном этапе формируются качественные показатели готового продукта, определяющие его стоимость [, ]. Гидродинамический режим близок к режиму идеального смешения с эффективным объемом, составляющим около % от объема реактора []. Обычно батарея состоит из 7-9 аппаратов, один или два из которых находятся на очистке или в ремонте. Эффективная продолжительность работы реакторов составляет 1 год. Теплота реакции отводится за счет циркуляции в рубашке полимеризатора рассола с температурой от - до - °С []. Компоненты катализатора (ТИБЛ - триизобутилапюминий А 1(1 - СМя)з и ДДТ - дихлординодтитан Ль/^С/г) вводят в шихту раздельно [, ]. С цслыо облегчения съема теплоты из реакционной массы подача шихты может производиться не только в первый, но и в следующие по ходу процесса полимеризаторы []. Этот прием позволяет одновременно получать полибутадиен с более широким молекулярно-массовым распределением (ММР) []. Несмотря на низкую температуру поступающих растворов и интенсивный отвод тепла через рубашку реактора, температура в первом полимеризаторе поднимается до °С []. Продолжительность полимеризации при - °С обычно составляет 4-8 ч (среднее время пребывания реакционной массы в аппарате составляет 0,4-0,8 ч), конверсия бутадиена достигает - % []. Повышение температуры в зоне реакции до - °С в начале процесса нежелательно, т.