Патент на изобретение №2276673

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПАРАМЕТРОВ В ПРОЦЕССАХ РАСТВОРНОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ДИЕНОВ

(57) Реферат:

Описывается способ контроля молекулярных параметров в процессах растворной полимеризации диенов измерением физических показателей раствора полимера, образующегося в каскаде последовательно соединенных трубопроводов реакторов с последующей математической обработкой информации, причем одновременно измеряют концентрацию и температуру полимера в реакторе, перепад давления, расход и плотность среды на первом и втором параллельных участках трубопровода, соединяющих соседние реакторы каскада, отличающийся тем, что после второго участка трубопровода дополнительно вводится параллельный ему третий участок, на котором измеряют перепад давления, расход и плотность среды, а математическую обработку производят по соответствующим формулам. Техническим результатом является повышение точности определения средневязкостного молекулярного веса и коэффициента полидисперсности непрерывно в ходе синтеза полимера. 1 ил.

Изобретение относится к промышленности синтетического каучука, а именно к области контроля качественных параметров в процессах полимеризации в растворе, средневязкостного молекулярного веса и полидисперсности.

Большинство из известных методов оценки средних молекулярных масс, таких как осмометрия, криоскопия и т. п., относятся к лабораторным. Из-за соизмеримости длительности цикла анализа со временем полного конвертирования мономера, эти методы не нашли широкого применения в условиях промышленного производства каучуков.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ контроля молекулярных параметров в процессах растворной полимеризации диенов: средневязкостного молекулярного веса и коэффициента полидисперсности (пат. РФ №2131887, опубл. 20.06.99 Бюл. №17), который заключается в одновременном измерении концентрации полимера в реакторе полимеризации, температуры исследуемой среды, перепадов давлений на двух участках технологического трубопровода, соединенных параллельно и имеющих разный диаметр, плотности исследуемой среды в трубопроводах и расходы исследуемой среды в каждый участок соответственно, и расчете по измеренным величинам средневязкостного молекулярного веса и коэффициента полидисперсности полимера.

Недостатком данного способа контроля является наличие погрешности измерения качественных параметров вследствие приращения конверсии мономера в объеме аппарата, так как измерение активной мощности, затрачиваемой на перемещение, связано со свойствами среды по всему объему аппарата в среднем, а потеря давления на линейном участке трубопровода характеризует свойства среды по крайней мере на выходе из аппарата. Так как объем промышленных реакторов полимеризации довольно велик (16 м³ и более), это приводит к снижению точности измерений, полученных данным способом.

Техническая задача – повышение точности определения средневязкостного молекулярного веса и коэффициента полидисперсности непрерывно в ходе синтеза полимера.

Поставленная задача достигается тем, что одновременно измеряют концентрацию и температуру полимера в реакторе, перепад давления, расход и плотность среды на первом и втором параллельных участках трубопровода, соединяющего соседние реакторы каскада, новым является то, что после второго участка трубопровода дополнительно вводится параллельный ему третий участок, на котором измеряют перепад давления, расход и плотность среды, а математическую обработку производят по следующим формулам:

где M_v – средневязкостный молекулярный вес;

К_п – коэффициент полидисперсности;

g – фактор разветвленности;

₀ – ньютоновская вязкость;

С_п – концентрация полимера;

– скорости сдвига на первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

_1эфф, _2эфф, _3эфф – эффективная (кажущаяся) вязкость на первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

Q₁, Q₂, Q₃ – расходы исследуемой среды в первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

р₁, Р₂, Р₃ – перепады давлений на первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

L₁, L₂, L₃ – длины соответственно первого, второго и третьего участков трубопровода;

R₁, R₂, R₃ – радиусы соответственно первого, второго и третьего участков трубопровода;

R_тек – текущий радиус трубопровода;

R_тр – конструктивный радиус;

_п, _и.с., – плотности полимера, измеряемой среды и среды на линейном участке трубопровода соответственно;

Т – температура среды;

R – универсальная газовая постоянная.

Этим самым исключается влияние прироста конверсии мономера в объеме реактора и как следствие повышается точность измерения средневязкостного молекулярного веса и коэффициента полидисперсности.

Сущность предлагаемого способа контроля заключается в том, что измерение полидисперсности полимера, растворенного в смеси мономера и растворителя сопровождается изменением характера течения смеси в объеме трубопровода. При этом будет изменяться перепад давления на линейных участках трубопроводов, соединяющих соседние реакторы, в зависимости от измеряемых величин, геометрических размеров трубопровода и расхода среды через сечение трубопровода. Изменения характера течения на участках трубопровода из-за изменения коэффициента полидисперсности происходят таким образом, что с использованием замера расходов в линейные участки трубопровода, перепадов давления на этих участках, концентрации полимера в растворе и его температуры представляется возможным вычислить по полученным формулам коэффициент полидисперсности и более точно рассчитать средневязкостный молекулярный вес. Для введения поправок в расчетные формулы на ошибки, связанные с адгезией полимера на стенки трубопровода, предложено использовать значения плотностей среды в объеме трубопровода.

На чертеже показана схема, реализующая предлагаемый способ. На чертеже обозначены: 1 – линия подачи шихты; 2 – 1-й реактор; 3 – вычислительное устройство; 4 – линия подачи катализатора; 5 – перемешивающее устройство первого реактора; 6 – система охлаждения первого реактора; 7 – технологический трубопровод, соединяющий первый и второй реакторы; 8 – 2-й реактор; 9 – перемешивающее устройство второго реактора; 10 – система охлаждения второго реактора; 11 – датчик температуры реакционной среды; 19 – датчик плотности реакционной среды в первом участке трубопровода; 13 – датчик расхода реакционной среды в первый участок трубопровода; 20 – датчик плотности реакционной среды во втором участке трубопровода; 14 – датчик расхода реакционной среды во второй участок трубопровода; 21 – датчик плотности реакционной среды в третьем участке трубопровода; 15 – датчик расхода реакционной среды в третий участок трубопровода; 16 – система измерения перепада давления на первом участке трубопровода; 17 – система измерения перепада давления на втором участке трубопровода; 18 – система измерения перепада давления на третьем участке трубопровода; 12 – датчик концентрации полимера; 22 – участок 1 технологического трубопровода; 23 – участок 2 технологического трубопровода; 24 – участок 3 технологического трубопровода.

В реактор 2 по линии подачи 1 подают исходную жидкую смесь и каталитический комплекс 4. Реактор 2 снабжен перемешивающим устройством 5 и системой охлаждения 6. В результате смешения углеводородной шихты и катализатора в реакторе 2 протекает реакция полимеризации, в результате которой часть мономера превращается в полимер. Смесь полимера и растворителя через технологический трубопровод 7 поступает из реактора 2 в реактор 8, который также снабжен перемешивающим устройством 9 и системой охлаждения 10. В реакторе 8 протекает дальнейшее конвертирование мономера. В реакторе 8 измеряют температуру реакционной среды датчиком 11 и концентрацию полимера датчиком 12. Датчики 11 и 12 соединены с вычислительным устройством 3. Раствор полимера по трем технологическим трубопроводам 22, 23, 24 транспортируется в следующий реактор. Трубопроводы 22, 23 и 24 снабжены системами измерения перепада давления 16, 17, 18, расхода 13, 14, 15 и плотности 19, 20, 21. Системы измерения перепада давления 16, 17, 18, датчики расходов 13, 14, 15, и датчики плотности 19, 20, 21 соединены с вычислительным устройством 3. В результате вычислительное устройство 3 выдает значение молекулярного веса и коэффициента полидисперсности полимера, вычисленные по приведенным выше формулам.

Формула изобретения

Способ контроля молекулярных параметров в процессах растворной полимеризации диенов измерением физических показателей раствора полимера, образующегося в каскаде последовательно соединенных трубопроводов реакторов с последующей математической обработкой информации, причем одновременно измеряют концентрацию и температуру полимера в реакторе, перепад давления, расход и плотность среды на первом и втором параллельных участках трубопровода, соединяющих соседние реакторы каскада, отличающийся тем, что после второго участка трубопровода дополнительно вводится параллельный ему третий участок, на котором измеряют перепад давления, расход и плотность среды, а математическую обработку производят по следующим формулам:

где M_v – средневязкостный молекулярный вес;

К_п – коэффициент полидисперсности;

g – фактор разветвленности;

₀ – ньютоновская вязкость;

С_п – концентрация полимера;

₁, ₂, ₃ – скорости сдвига на первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

_1эфф, _2эфф, _3эфф – эффективная (кажущаяся) вязкость на первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

Q₁, Q₂, Q₃ – расходы исследуемой среды в первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

Р₁, Р₂, Р₃ – перепады давлений на первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

L₁, L₂, L₃ – длины соответственно первого, второго и третьего участков трубопровода;

R₁, R₂, R₃ – радиусы соответственно первого, второго и третьего участков трубопровода;

R_тек – текущий радиус трубопровода;

R_тр – конструктивный радиус;

_п, _и.с., – плотности полимера, измеряемой среды и среды на линейном участке трубопровода соответственно;

Т – температура среды;

R – универсальная газовая постоянная.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Извещение опубликовано: 10.08.2007 БИ: 22/2007