Реферат на тему:

Автоматизація технологічного процесу полімерізації вінілхлориду

1. Аналіз технологічного процесу полімерізації вінілхлориду як об’єкту автоматизації

1.1 Аналіз світового досвіду ведення процесу полімеризації вінілхлориду

Найбільш розповсюдженими промисловими процесами полімеризації вінілхлориду є полімеризація вінілхлориду в масі, суспензії латекса (емульсійна) полімеризація.

При полімеризації в масі рідкого мономера, в якому попередньо розчиняється невелика кількість ініціатора внаслідок нерозчинності полімера в мономері, тверда фаза починає утворюватись на самому початку процесу.

З цим і пов’язані великі труднощі при відводі тепла реакції, так як із збільшенням степені перетворення вінилхлориду поступово зникає рідка фаза.

Довгий час емульсійна полімеризація була єдиним методом отримання полівінілхлориду. Проте після впровадження суспензійного способу, темпи росту виробництва емульсійного полівінілхлориду знизились.

Недоліком емульсійної полімеризації є високий вміст домішок в готовому продукті, порівняно з суспензійною полімеризацією. Проте великою перевагою полімеризації в емульсії є можливість здійснювати її неперервним способом і легко відводити тепло реакції.

1.2 Призначення, суть і хімізм процесу полімеризації

Процес полімеризації вінілхлориду призначений для отримання термопластичного металу – полівінілхлориду, який використовується для виготовлення виробів металів пресування, лиття під тиском.

Суть процесу полягає в змішуванні двох речовин: емульсійної води і рідкого вінілхлориду в реакторі-полімеризаторі, внаслідок чого проходить екзотермічна реакція і утворюється латекс полівінілхлориду, який підлягає дегазації і сушці до утворення готового продукту.

Реакція полімеризації проходить в реакторі в два етапи. В верхній частині реактора змішуються неперервно емульсійна вода, рідкий вінілхлорид і реакційна маса. Тут проходить початок реакції – зародження ланцюгів і ріст радикалів.

R-CH2-CHCl + CH2 = CHCl > R-CH2-CHCl-CH2-CHCl;

R-CH2-CHCl-CH2-CHCl + nCH2 = CHCl >

> R-(CH2-CHCl)n+1-CH2-CHCl, (1.1)

де n – степінь полімеризації.

KSO4 + CH2 = CHCl-KSO4-CH3-CHCl + CH2 = CHCl-, (1.2)

KSO4 + CH2 = CHCl-CH2-CHCl + CH2 = CHCl- і т.д.

Продовження реакції – обрив ланцюга.–

диспропорціонування

R-(CH2-CHCl)n-CH3-CHCl + CHCl-CH2-(CHCl-CH2)n-R >

> R-(CH2-CHCl)n-CH = CHCl + ClH2C-CH2-(CHCl-CH2)m-R, (1.3)–

рекомбінація

R-(CH2-CHCl)n-CH2-CHCl + CHCl-CH2-(CHCl-CH2-)m-R >

> R(CH2-CHCl)n-1-(CHCl-CH2-)m-1-R. (1.4)

В нижній частині проходить полімеризація до більш глибоких степенів перетворення від 84% до 96% в залежності від марки полівінхлориду, яка випускається. Кількість латекса, що виводиться з реактора повинна приблизно відповідати сумарній кількості вінілхлориду і водяної емульсії, які поступають в реактор.

1.3 Характеристика сировини і одержуваних продуктів

Вихідними продуктами для виробництва полівінілхлориду є рідкий вінілхлорид і вода.

Вінілхлорид (CH2 = CHCl) – білі пластинки, легкорозчинні у воді.

Емульсійна вода – це суміш емульсатора (пероксид водню). За фізичним впливом аналогічна дії слабкого мильного розчину.

В результаті полімеризації ми отримуєм латекс полівінілхлориду – суміш білого кольору. Після дегазації, стабілізації і сушки виходить готовий продукт – полівінілхлорид (-CH2-CHCL-)n.

Емульсійний полівінілхлорид – білий порошок без видимих домішок, нерозчинний у воді, без смаку і запаху. Він стійкий до дії кислот, лугів, спиртів, мінеральних масел; набухає і розчиняється в ефірі хлорованих і ароматичних вуглеводнях.

Зведена технічна характеристика сировини, проміжного і готового продуктів приведена в таблиці А.1.1 (додаток А.1).

В залежності від призначення полівінілхлориду встановлені такі марки: ПВХ_Е74П, ПВХ_Е70П, ПВХ_Е66, ПВХ_Е66П, ПВХ_Е62, ПВХ_Е58, ПВХ_Е54, “Вологовініл Е_П”, “Вологовініл Е_П”.

1.4 Аналіз технологічної схеми процесу і технічна характеристика обладнання

Процес латексної полімеризації вінілхлориду включає в себе такі стадії:–

полімеризація вінілхлориду;–

дегазація латексу полівінілхлориду;–

стабілізація.

Розглянемо детальніше ці стадії.

Рідкий вінілхлорид з температурою 15...25 °С поступає на полімеризацію, попередньо підігріваючись в теплообміннику Т_гарячою парою до температури 40 °С. Полімеризація проводиться в реакторі-полімеризаторі Р_, в який безперервно подаються емульсійна вода (88.8•10-6 ... 105.5•10-6 м3/с) і рідкий вінілхлорид (80.5•10-6 ... 105.5•10-6 м3/с), залежно від марки полівінілхлориду.

Полімеризація відбувається при перемішуванні лопасною мішалкою. Число обертів мішалки 28...174 об/хв.

Відвід тепла реакції полімеризації здійснюється циркуляційною водою з температурою 6 °С, яка подається в кожух охолодження реактора. Залишки води із системи охолодження реактора повертаються через перелив в проміжну ємність П/Е_і насосом Н_перекачуються на холодильну установку.

Латекс полівінілхлориду після реактора підлягає дегазації для виділення незаполімеризованого вінілхлориду в вертикальних циліндричних апаратах – дегазаторах. Верхня частина колони (дегазатор Д_) має пластмасові пластини для збільшення площі дотику. Завдяки вакууму 53.2 ... 66.5 кПа, який створює парожектор Е_, із латекса виділяється незаполімеризований вінілхлорид і через нижню частину дегазатора подається на рекуперацію.

Дегазований латекс із дегазатора стікає в горизонтальну ємність П/Е_для стабілізації, обладнану хрестовидною мішалкою. Стабілізація проводиться неперервно п’ятипроцентним розчином калцінованої соди. При заповненні ємності стабілізований латекс з центробіжним насосом Н_подається на сушку з подальшою сепарацією готового продукту.

Технологічна схема установки полімеризації вінілхлориду наведена на рисунку А.2.1 (додаток А.2), а технічна характеристика технологічного обладнання – в таблиці А.3.1 (додаток А.3).

1.5 Вибір параметрів контролю і регулювання

Оптимальний процес полімеризації в реакторі протікає при дотриманні певних параметрів в межах норми. Основними параметрами регулювання, які забезпечують вихід полівінілхлориду заданої якості є температура в реакторі (від 40 °С до 60 °С), кількість емульсійної води і вінілхлориду, які поступають в реактор.

Пониження температури сприяє протіканню енергетично більш вигідної лінійної полімеризації вінілхлориду, що пояснюється меншою енергією активації реакції росту ланцюга, порівняно з реакцією передачі ланцюга (згідно [9]). При цьому степінь розгалуженості зменшується. Оптимальна температура в реакторі регулюється кількістю холодної води, яка поступає в кожух охолодження реактора.

Для прискорення початку реакції в реактор подається вінілхлорид з температурою 40 °С, попередньо підігрітий в теплообміннику Т_, де температура регулюється кількістю гарячої пари.

В залежності від витрати емульсійної води і рідкого вінілхлориду змінюється концентрація реакційної маси, а отже понижується або підвищуються показники якості готової продукції. Тому співвідношення між цими компонентами підтримується зміною кількості емульсійної води.

Для прискорення швидкості реакції, згідно [13], збільшують тиск в реакторі до 0.9 МПа. Регулювання відбувається зміною степені відкриття клапана на виході газового компоненту