Тепло- и массообмен в процессах дополиамидирования и сушки полиамида-6

• Автор: Липин, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список основных условных обозначений и сокращений

Введение.

Глава 1. ЛИТЕР АТУ РНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Способы синтеза полиамида6

1.2. Аппаратурнотехнологическое оформление существующих производств полиамида6

1.3. Математическое моделирование процессов получения полиамида6

1.3.1. Принципы математического моделирования процесса полимеризации

1.3.2. Математическое моделирование процесса сушки дисперсных материалов.

Выводы

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

ТВЕРДОФАЗНОЙ СТАДИИ СИНТЕЗА ПОЛИАМИДА6.
2.1. Математическое моделирование твердофазного дополиамидирования пол и амида6.
2.1.1. Современные представления о кинетике твердофазного дополиамидирования полиамида6.
2.1.2. Математическая модель кинетики твердофазного дополиамидирования полиамида6
2.1.3. Математическая модель процесса твердофазного дополиамидирования в аппарате периодического действия.
2.1.4. Математическая модель процесса твердофазного дополиамидирования в аппарате непрерывного действия.
2.1.5. Обоснование допущения об отсутствии профилей концентраций внутри гранулы.
2.2. Математическое моделирование процесса сушки полиамида6
2.2.1. Математическое описание процесса сушки полиамида6
2.2.2. Решение системы уравнений математического описания процесса сушки полиамида6
Выводы
Глава 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДОПОЛИАМИДИРОВАНИЯ И СУШКИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА.
3.1. Методики определения параметров математических моделей и сравнение расчетных и экспериментальных данных
3.1.1 .Описание лабораторной установки твердофазного дополиамидирования периодического действия.
3.1.2.Мето дика проведения эксперимента.
3.1.3. Методика определения содержания капролактама в ПА6
3.1.4. Методика определения степени полимеризации ПА6
3.1.5. Определение коэффициента активности капролактама.
3.1.6. Определение коэффициента активности воды
3.1.7. Определение коэффициента теплоотдачи от греющей стенки к слою гранул
3.1.8. Сравнение расчетных и экспериментальных данных.
3.2. Результаты вычислительного эксперимента
3.2.1. Математический эксперимент для процесса совмещенной сушкидемономеризации в аппарате шахтного типа
3.2.2. Математический эксперимент для непрерывного процесса твердофазного дополиамидирования
Выводы.
Глава 4. АППАРАТУРНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ТВЕРДОФАЗНОЙ СТАДИИ СИНТЕЗА ПОЛИАМИДА6 И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ЕЕ РАСЧЕТА
4.1. Аппаратурнотехнологическое оформление.
4.2. Методика расчета процессов твердофазной стадии синтеза 1А6.
4.2.1. Методика расчета процесса твердофазного дополиамидирования
4.2.2. Методика расчета процесса сушки
4.2.3. Результаты расчета процесса твердофазного дополиамидирования
4.2.4. Результаты расчета процесса сушки
Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Основным промышленным способом получения полиамида6 является гидролитическая полимеризация капролактама в расплаве при температуре С с последующим гранулированием, экстрагированием остаточного мономера водой и сушкой гранулята. Параметры синтеза ПА6 не позволяют получить строго линейный полимер, что отрицательно сказывается на физикомеханических показателях готовых нитей. С другой стороны, существенными техникоэкономическими недостатками применяемых в настоящее время технологий являются большой расход умягченной и деминерализованной воды на стадии демономеризации методом экстракции и воды для охлаждения, потребляемой при регенерации лактамных вод методом упаривания, а так же повышенный расход исходного сырья капролактама, связанного с уносом его при ступенчатой дегидратации расплава ПА6. Устранение недостатков существующих технологий можно осуществить при совершенствовании технологии получения ПА6 на основе снижения тем
пературы синтеза в расплаве на С и введения стадии дополиамидирования в твердой фазе . Такой способ синтеза позволяет достичь содержания низкомолекулярных соединений НМС на уровне их содержания в готовом полимере, полученном по полунепрерывной и каскадной технологиям, и дат возможность ликвидировать стадию экстракции и энергетически невыгодную стадию регенерации лактамных вод методом упаривания и заменить их на демономеризацию методом сублимации капролактама в вакууме или токе инертного газа. Кроме того низкотемпературный синтез ПА6 позволяет получить высокомолекулярный полимер с минимумом разветвленных макромолекул, мешающих получению нитей высокой прочнос ти. Техникоэкономические преимущества твердофазного дополиамидирования ТФД ПА6 очевидны, но технологическое и аппаратурное оформление требуют доработки. Сложность протекающих процессов и явлений обуславливает применение при разработке аппаратурнотехнологического оформления методов математического моделирования. Применение методов математического и физического моделирования сокращает сроки и снижает затраты на стадиях разработки, отладки технологического процесса и эксплуатации оборудования, поэтому надежное моделирование процессов протекающих в аппаратах твердофазного дополиамидирования и сушкидемономеризации весьма актуально. Работа выполнена в соответствии с научным направлением кафедры ПАХТ Разработка новых высокоинтенсивных гетерогенных процессов и их аппаратурное оформление в рамках тематического плана НИР ИГХТУ на гг. Целью данной работы является разработка методики расчета процессов твердофазной стадии синтеза полиамида6 на базе моделирования явлений тепло и массообмена в процессах дополиамидирования и сушки. Установлены закономерности, отражающие химические процессы твердофазного дополиамидирования и взаимодействия гранул полимера с окружающей средой. Разработана математическая модель процесса твердофазного дополиамидирования полиамида6, описывающая эти закономерности и позволяющая прогнозировать степень полимеризации, содержание капролактама и воды в полимере. Установлен характер влияния интенсивности тепломассообменных процессов на конечные параметры гранулята путем проведения вычислительного эксперимента. Разработана математическая модель совмещенных процессов сушки и удаления остаточного мономера из гранулята ПА6 в аппарате непрерывного действия, позволяющая исследовать влияние технологических параметров на содержание остаточного мономера и влаги в полимере. На основе экспериментальных данных выполнена идентификация коэффициентов теплоотдачи и активности компонентов, коэффициентов уравнений химической кинетики и проверка адекватности разработанных моделей. Разработана методика расчета твердофазной стадии синтеза полиамида6, с помощью которой определяются рациональные режимнотехнологические параметры, а также конструкционные параметры оборудования. Разработаны программные средства компьютерной поддержки моделирования и расчета основных аппаратов твердофазной стадии синтеза полиамида6. С использованием разработанной методики выявлены рациональные режимнотехнологические параметры процессов твердофазной стадии синтеза полиамида6 и даны рекомендации по е аппаратурнотехнологическому оформлению. ОАО КуйбышевАзот, г. Тольятти.