Добавил:

mazegod Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет

Предмет:

Технологии производства полимерных и композиционных материалов

Файл:

ПВХ 2004 Ульянов-1.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

30.01.2026

Размер:

8.3 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 267 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Расчеты по зависимостям (2.30) и (2.31) показывают, что для обычно применяемых на практике концентраций дисперсной фазы Ф = 0,4 – 0,45 значе-

ние отношения μсп / μэм = 6 – 11, что согласуется с практическими данными

(рис. 2.10).

Тепловой расчет реактора обычно выполняют для наиболее неблагопри-

ятных условий теплообмена, т.е. для определения коэффициента теплоотдачи можно использовать уравнения (2.28) и (2.29) со значением характеристик λ ,

с, ρ , μ для суспензии.

В процессе полимеризации ВХ в каждой капле эмульсии образуются гло-

булярные частицы ПВХ. С увеличением степени конверсии их доля повыша-

ется и при значениях χ = 0,55 – 0,60 в каждой капле мономера возникает жест-

кая коагуляционная структура. Как видно из рис. 2.10, б наиболее резкое изме-

нение вязкости соответствует области завершения процесса структурообразо-

вания.

Кроме коэффициента теплопередачи K, сложно определить также точную поверхность теплообмена F, что обусловлено образованием воронки в аппарате с мешалкой. Глубина и форма воронки определяются гидродинамическими ха-

рактеристиками реактора (наличие отражателей, число оборотов мешалки) и

свойства полимеризующейся среды (вязкость, плотность), изменяющиеся с конверсией мономера. Отсутствие отражательных перегородок увеличивает по-

верхность теплообмена на 10–15%. С повышением конверсии поверхность теп-

лообмена незначительно уменьшается за счет уменьшения как объема реакци-

онной массы вследствие контракции частиц, так и глубины воронки.

2.4.2. Расчет реактора с теплообменом в обратном конденсаторе

Важнейшим направлением развития современного производства поливи-

нилхлорида является интенсификация процесса полимеризации с созданием ре-

акторов большого объема V. При этом величина отношения F/V становится не-

благоприятной для отвода тепла реакции полимеризации через рубашку реак-

тора. В таком случае для поддержания изотермических условий в процессе сус-

пензионной полимеризации винилхлорида реакционную массу охлаждают с помощью обратного конденсатора. При этом часть мономера испаряется из объема реактора, конденсируется в трубках ОК и возвращается в реакционную среду.

Основным фактором, определяющим особенности проведения суспензи-

онной полимеризации и формирования полимерного зерна в реакторах с ОК,

является интенсивное кипение реакционной среды. За счет пузырьков газооб-

разного ВХ, выделяющихся в процессе кипения, а также пенообразования, вы-

званного присутствием в системе поверхностно-активных веществ (СЭ), воз-

можно увеличение реакционного объема, что может снизить эффективность ра-

боты ОК вследствие попадания в него реакционной массы. При этом объемная доля пузырьков газа и пенообразование зависят от физико-химических свойств системы, скорости газового потока, геометрических параметров реактора и ин-

тенсивности перемешивания.

В [24] исследование закономерностей увеличения реакционного объема в процессе суспензионной полимеризации ВХ проводили на реакторах объемом

2 дм3 (из стекла) и 1,25 м3, оснащенных обратными конденсаторами. Скорость

потока газообразного ВХ w0 оценивали по выражению
w =	Qок	,	(2.32)
	rρпS
о

где Qок – количество тепла, снимаемое ОК в единицу времени; r –			теплота ис-
парения ВХ; ρп– плотность газообразного ВХ (паров); S – площадь поперечно-

го сечения реактора; wо изменялась в пределах от 0,0035 до 0,01 м/с.

Изменение объема реакционной массы в процессе полимеризации в реак-

торе объемом 2 дм3 фиксировали визуально, а в реакторе объемом 1,25 м3 –	по
следам полимера на специальной штанге, опущенной через трубку ОК.	В

процессе полимеризации наблюдалось увеличение реакционного объема на 10 – 15% до конверсии 10 – 15% в основном за счет пенообразования. С увеличени-

ем конверсии интенсивность пенообразования снижалась, несмотря на увели-

чение количества тепла, снимаемого ОК. Уменьшение пенообразования с воз-

растанием конверсии можно объяснить постепенной сорбцией СЭ из водной фазы на поверхности частиц ПВХ. Таким образом, наиболее опасным с точки зрения забивки ОК является начальный момент полимеризации, поэтому необ-

ходимо стремиться основное количество тепла полимеризации в начале про-

цесса снимать через рубашку реактора [24].

В [25] влияние газосодержания на коэффициент теплоотдачи в реакторе с мешалкой связывают с изменением удельной мощности перемешивания

Е ( α ~ Е0,25 ). Однако, как показали расчеты и опытная проверка, объемная до-

ля пузырьков ВХ в процессе суспензионной полимеризации с ОК не превышает

10% от объема среды и не оказывает существенного влияния на величину Е.

Следовательно, для расчета αв можно использовать зависимость (2.28).

Tвх	; Tк,0С

										c
						b				c
	20
								c
											1



	16
	16						b
							b					d
					a
	12


												2
												2
	8


	4
						a							d
						a							d
		0	1	2					3					τ, ч
		0	1	2					3

Рис.2.11. Изменение во времени температуры охлаждающей воды на входе в ОК Твх (1) и

разности температур на выходе и входе Тк (2)

Основные законо-

мерности работы ОК на-

глядно представлены на рис. 2.11. Данные получе-

ны для реактора объемом

80 м3 (диаметр трубок ОК d = 0,021 м, поверхность

теплообмена Fк = 61 м2 ).

На рисунке можно выделить три основных участка работы ОК в про-

цессе полимеризации:

- участок ab – вклю-

чение ОК в работу; уста-

навливается необходимая температура на входе

охлаждающей воды; разность температур охлаждающей воды на выходе и вхо-

де свидетельствует о начале теплосъема ОК;

- участок bc – снятие тепла ОК; увеличение Т связано с возрастанием тепловой нагрузки на ОК вследствие постепенного увеличения скорости поли-

меризации;

- участок cd – при значительной скорости полимеризации резко возраста-

ет нагрузка на ОК, снижается Твх , при этом	tк = 0 , т.е. ОК тепло не снимает.
При этом скорость газообразного ВХ по сечению реактора wо ≈ 0,05 м/с,
а скорость газообразного ВХ в трубках ОК	wтр ≈ 3,5 м/с, что приближается к

скорости захлебывания, равной 5 – 10 м/с для аппаратов со стекающей пленкой жидкости внутри вертикальной трубы, по которой снизу вверх движется поток газа [12]. Таким образом, на участке cd возможно захлебывание ОК. Для сни-

жения wтр и уменьшения вероятности захлебывания необходимо применить ОК с большей площадью сечения трубного пространства.

При расчете конструктивных и технологических параметров ОК опреде-

ляющее значение имеет коэффициент теплопередачи. Коэффициент теплоотда-

чи со стороны охлаждающей жидкости в межтрубном пространстве определяют из уравнения [13]

Nu = 0,4ε	ϕ	Re0,6 Pr	0,36 (Pr/ Pr )0,25	,	(2.33)
	ϕ		ст

в котором εϕ – коэффициент угла атаки; для стандартизованных теплообмен-

ников принимают εϕ = 0,6 [3].

Среднее значение коэффициента теплоотдачи при пленочной конденса-

ции винилхлорида на поверхности труб определяют по уравнению, полученно-

му из теоретической модели Нуссельта [3]:

	λ3ρ2 gr 0,25	,	(2.34)
α = С	μ l t	,	(2.34)
	μ l t

где С– коэффициент; λ, μ, ρ – соответственно коэффициент теплопроводности,

динамическая вязкость и плотность для пленки конденсата при средней определяющей температуре tпл = 0,5(tконд + tст) (tконд , tст – температура конденса-

ции и стенки соответственно); r – теплота фазового превращения при темпера-

туре

конденсации;;

l –

определяющий

размер

поверхности конденсации;

t = tконд − tст – разность температур конденсации и стенки.

При вертикальном размещении трубчатки коэффициент C = 1,15, опре-

деляющий размер l = H

( H – высота труб); при горизонтальном расположении

C =

0,728,

l = d ( d –

диаметр труб).

Если

величина t < 40оС,

то физико-

химические характеристики конденсата берут при температуре tконд .

В случае, если известно число труб теплообменника n и массовый расход

конденсирующегося пара Gп, то для вертикальных труб формула (2.34) имеет

более простой для расчетов вид:

α = 3,78εt λ

ρ2dn

(2.35)

μG

где λ, μ, ρ берут при температуре tконд ;

= 0,5Gп –

средний расход конденсата

в пленке; εt – поправочный коэффициент:

1/ 8

εt =

ст

;

(2.36)

μст

ст

, μ

ст

–

параметры при температуре стенки t

ст

. При величине

t < 40оС по-

правкой εt

пренебрегают.

Для расчета физико-химических величин ρ,μ и λ в зависимости от тем-

пературы можно использовать приближенные соотношения, полученные на ос-

нове интерполяционных формул [3, 14, 15, 16] и данных по свойствам ВХ [2]

(см. также п. 1.2).

Плотность жидкого мономера ВХ при температуре t

rt =	ρ1		=	911		,	(2.37)
	+ b(t			1 +1,98 ×10−3
1		- t1)			(t - 20)

где	ρ = 911	кг/м3 – плотность жидкого		ВХ при температуре	t = 20оС;
	1				1
b =1,98 ×10−3 –		температурный коэффициент объемного расширения жидкости,
оС–1 .
	Динамическая вязкость жидкого ВХ, Па·с,
		lg mt =	390	- 5,075.	(2.38)
		lg mt =	273 + t	- 5,075.	(2.38)
			273 + t
	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К),
		l t = l 30 [1 - e(t - 30 )] = 0,136 [1 - 1,8 ×10 −3 (t - 30 )] ,			(2.39)
где	λ30 = 0,136 Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности жидкого ВХ при

температуре 30оС.

Интенсивность кипения реакционной среды оказывает влияние на фор-

мирование зерен ПВХ в процессе суспензионной полимеризации ВХ. Возраста-

ние тепловой нагрузки на ОК приводит к увеличению интенсивности кипения реакционной среды и уменьшению агрегативной устойчивости капель полиме-

ризующейся эмульсии. Причиной снижения агрегативной устойчивости может служить десорбция высокомолекулярных стабилизаторов с поверхности капель полимеризующейся эмульсии при испарении ВХ. С повышением тепловой на-

грузки на ОК размер частиц ПВХ увеличивается. При включении ОК после достижения величины степени конверсии χ ≈ 0,2 , существенного влияния на размер частиц образующегося полимера не наблюдается.

При невозможности отвода реакционного тепла в определенное кинети-

кой процесса полимеризации время без ущерба самому процессу и качеству продукта необходимо увеличивать время полимеризации, что достигается уменьшением дозы загружаемого в реактор инициатора.

Длительность цикла операции полимеризации с учетом времени на вспо-

могательные операции составляет

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 267 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Технологии производства полимерных и композиционных материалов

#
30.01.2026165.34 Кб0лекция 3 Полимеризация.docx
#
30.01.2026230.25 Кб0Лекция 9, 10 Полиэтилен.docx
#
30.01.2026659.76 Кб1Нафикова Лекция Полиэтилен.pdf
#
02.02.20262.06 Mб0Оборина А.П._ХТб_1201.pdf
#
30.01.2026775.72 Кб3Пахомов ПВХ композиции.pdf
#
30.01.20268.3 Mб2ПВХ 2004 Ульянов-1.pdf
#
30.01.2026364.82 Кб1Слайды способ получения ПВХ-1.pdf
#
30.01.202618.94 Кб0Темы рефератов по ОПП(1).doc