Описание технологического процесса

Подготовка реагентов и вспомогательных материалов для полимеризации осуществляется в специально приспособленном помещении с использованием сответствующего оборудования.

Для каждого продукта предусмотрена отдельная технологическая линия, в состав которой входят:

n мешкорастарочная машина с приемным бункером;

n шнековый дозатор;

n весы с платформой;

n передвижные бункера.

С помощью электропогрузчика поддон с мешками помещается на подъемный стол и подается к мешкорастарочной машине. Мешки опорожняются в бункер машины. Передвижной бункер устанавливается на платформу весов под выгрузочный бункер шнекового дозатора. Затаривается требуемое количество продукта по шкале весов. Взвешивание осуществляется автоматически по заданию. Передвижной бункер транспортируется к подъемнику и далее, на верхнюю отметку к загрузочному патрубку требуемого аппарата.

Выгрузка осуществляется самотеком или под давлением воды (инертного газа).

Для ударопрочного полистирола готовятся третдодецилмеркапт и инициаторы.

Рецептурные количества ТДМ и инициаторов взвешиваются на складе перекисей (объект 511) и загружаются в передвижные емкости:

n перекись дикумила в Д-107;

n перекись третбутилпербензоата в Д-110;

n ТДМ в Д-111;

n перекись бензоила в Д-112.

Автопогрузчиком емкости доставляются к подъемнику и поднимаются на отметку 13,2 м, а затем электропогрузчиком (внутри помещения) устанавливаются на погрузочные устройства реакторов или растворителя (емкость). Передвижные емкости соединяются с помощью специальных гибких шлангов с аппаратом и напорными коллекторами технологической воды или азота. Содержимое их передавливается полностью в соответствующий аппарат.

УПС получают блочно-суспензионным методом, включая следующие стадии:

n растворение в стироле предварительно измельченного в дробилке бутадиенового каучука;

n предварительная полимеризация (форполимеризация) стирола в дисперсной системе, где раствор каучука в стироле является дисперсионной средой;

n образование суспензии, в которой дисперсионной средой является раствор полистирола в стироле;

n суспензионная (низкотемпературная и высокотемпературная) полимеризация форполимера.

Отдельно готовится раствор каучука в стироле:

Растворение каучука в стироле производится в аппаратах Д-101а-с, объемом 42,6 м³, снабженных мешалкой и наружной рубашкой. Температура в растворителях поддерживается с помощью горячей воды, циркулирующей через Т-101а-с насосом Н-101а-с.

Приём стирола в растворитель осуществляется из заводского стирольного кольца, в котором поддерживается постоянная циркуляция охлажденного до 15-20⁰С стирола. Циркуляция осуществляется по байпасному пневмоклапану, а при включенном переключателе через другой пневмоклапан.

Требуемое количество предварительно задается на счетчике и дозируется автоматически.

По окончании загрузки стирола в растворитель при работающей мешалке загружается расчетное количество раздробленного каучука от дробилки по пневмопроводу. Для создания инертной среды в растворитель при приеме стирола и подаче каучука подается азот с давлением 1 кг/см², который затем сбрасывается через пневмоклапан и огнепреградитель в атмосферу.

По окончании загрузки компонентов в растворителе создается азотная подушка с помощью системы регулирования.

Порядок загрузки компонентов в растворитель:

n стирол;

n включение мешалки;

n лецитин из переносной тары вручную через загрузочный патрубок;

n третдодецилмеркаптан из передвижной емкости Д-111;

n ирганокс 1010 (феназан 23), вручную через патрубок.

n подача горячей воды в змеевик и подъем температуры до 77⁰С;

n выдержка в течение 1,5 - 2 часов;

Температура рубашки не должна превышать 110⁰С во избежание прилипания каучука к стенкам растворителя!

n отбор пробы для визуального определения полноты растворения каучука и анализа содержания меркаптана в растворе.

Прививка стирола к каучуку осуществляется за счет отрыва подвижных водородных атомов от макромолекул каучука. Реакция сополимеризации протекает по механизму гетерофазного процесса. При исследовании исходного раствора бутадиенового каучука в стироле под фазово-контрастным микроскопом обнаруживается его гомогенность, рис. 1.

Рис. 1. Раствор каучука в стироле

Однако, сравнительно быстро (конверсия стирола менее 2-3%) раствор мутнеет, происходит расслоение фаз на каучуковую и полистирольную, ввиду их полной несовместимости, рис. 2.

Рис. 2. Образование второй фазы – раствор полистирола в стироле

Образуется полимерная эмульсия типа «масло в масле» с привитым сополимером в качестве эмульгатора. На первой стадии процесса непрерывной фазой такой эмульсии является раствор каучука, а дисперсной - раствор полистирола в стироле, рис 3..

Рис. 3. Эмульсия раствора полистирола в растворе каучука

С увеличением степени превращения количество гомополимера увеличивается, и объемы фаз сравниваются, рис. 4.

Рис.4. Объём дисперсной фазы сравнивается с объёмом дисперсионной среды

При конверсии стирола 12-14% гомополистирольная фаза становится слишком большой, чтобы быть дискретной. В этот момент происходит инверсия фаз, после окончания которой гомополимерная фаза становится непрерывной, а каучуковая – дискретной, рис.5.

Рис. 5. Инверсия: дисперсная фаза становится дисперсионной средой

При этом эффективность прививки мономера резко снижается. Стабилизация размера каучуковых частиц происходит при конверсии стирола 25-30%.

Размер частиц каучуковой фазы, характер их разбора по размерам и объем каучуковой фазы являются важными параметрами, определяющими свойства ударопрочного полистирола.

Предварительная полимеризация стирола в присутствии полибутадиенового каучука может проводиться методом термического инициирования при температуре 115-116⁰С или методом инициирования под действием перекисей (перекись бензоила, перекись фракций жирных кислот или их смесь) при температуре 75-92⁰С в течение 3-5 часов. В качестве регулятора молекулярного веса используется третичный додецилмеркаптан (ТДМ). В зависимости от количества и времени введения ТДМ, типа и количества используемого инициатора, а также температуры и скорости перемешивания форполимера изменяются физико-механические свойства конечного продукта.

По окончании форполимеризации (вязкость форполимера достигает значения 2300-4500 спз., конверсия 20-30%) полимеризацию продолжают в суспензии. На стадии суспензионной полимеризации в качестве инициатора используется третбутилпербензоат с перекисью дикумила или перекись бензоила с третбутилпербензоатом. В первом случае полимеризацию проводят в две стадии:

n низкотемпературная, при 114-116⁰С;

n высокотемпературная, при 132-136⁰С,

При второй стадии температуру реакционной массы поднимают от 90 до 134⁰С плавно и выдерживают при этой температуре в течение 2- х; 3-х часов.

Варьируя количество инициатора, а также температуру и время выдержки на обеих стадиях суспензионной полимеризации, можно влиять на свойства готового продукта.

В полимеризующейся системе вплоть до глубоких степеней превращения (более 60%) отсутствует сшитый не растворимый продукт-гель. На более поздних стадиях процесса привитой сополимер за счет рекомбинации привитых полистирольных радикалов начинает переходить из растворимого в нерастворимое состояние.

При конверсии около 100% ударопрочный полистирол состоит из гель-фракции и гомополимера стирола. Содержание гель-фракции в зависимости от природы и количества каучука, а также от условий проведения процесса, колеблется от 15 до 25%.

Далее дисперсная система, представляющая собой суспензию полистирола в воде, выводится из реактора в аппарат с мешалкой, куда подаётся раствор соляной кислоты и моющее средство. Система разрушается с выделением полимера в виде тонкого порошка – бисера, распределённого в мыльной воде. Эта неустойчивая система называемая «пульпа», далее подаётся на центрифугирование. Отделяемый фугат – водная часть, содержащий остаточные продукты процесса полимеризации, направляется на химическую очистку и утилизируется в химически загрязнённую канализацию – ХЗК.

Бисер подаётся пневмотранспортом на осушку и далее, в хранилище, т.н. силоса. Из силосов бисер соответствующей марки полистирола отбирается для приготовления химических смесей, которые впоследствии подвергаются экструзии и гранулированию. Гранулы подвергаются рассеву и сортируются по фракциям. Товарный полистирол направляется пневмотранспортом на хранение в соответствующие ёмкости – силоса, из которых формируются партии для отправки потребителям.

Дата добавления: 2014-01-04