лекция

реакция полимеризации, различают несколько видов процесса:

жидкофазная
газофазная
эмульсионная
растворная полимеризация

жидкой среде мономера была первым промышленным методом синтеза каучука. Немного

позже был разработан и внедрен в промышленность газофазный метод полимеризации бутадиена. Газофазная полимеризация имела ряд преимуществ по сравнению с полимеризацией в среде жидкого мономера (жидкофазная полимеризация): щелочной металл использовался в виде катализаторной пасты, что увеличивало его поверхность. Получаемый полимер получался более однородным по качеству, производство каучука упростилось и стало более безопасным, также появилась возможность частичной механизации.
В качестве основного компонента катализаторной пасты использовались щелочные металлы: натрий, калий и литий. Наибольшее распространение получил натриевый катализатор, но получаемый каучук характеризовался недостаточной морозостойкостью и эластичностью. В присутствии лития каучук получался с меньшим содержанием 1,2-звеньев в составе полибутадиена, каучук имел лучшую морозостойкость и эластичность. При полимеризации на щелочных металлах получались полимеры с высоким молекулярным весом. Из-за возможных неоднородностей катализатора и местных перегревов реакционной массы иногда наблюдалось образование «хрящей» - твердых трехмерных образований, резко ухудшающих качество каучука.
Газофазная полимеризация применялась в 30-е годы, но после введения эмульсионной полимеризации, ее популярность резко снизилась. Сегодня газофазная полимеризация сохранилась на единичных заводах, но объем производства каучука по данной технологии очень незначителен.
Общим недостатком жидкофазного и газофазного способа полимеризации считается периодичность и невысокое качество каучука по ряду технических показателей.

мономера (жидкофазной полимеризацией) заключается в том, что процесс протекает с

большей скоростью и его можно организовать по непрерывной схеме. Кроме этого процесс хорошо регулируется, так как тепло реакции отводится равномерно, и получаемый полимер имеет более высокий молекулярный вес, более однороден по структуре и качеству. В зависимости от температуры, при которой протекает реакция полимеризации в эмульсии, различают высокотемпературную и низкотемпературную эмульсионную полимеризацию.
Низкотемпературные эластомеры обладают более высокими физико-механическими показателями по сравнению с высокотемпературными.

в котором протекает реакция. В связи с этим полученный полимер

более однороден и обладает лучшим комплексом свойств. Применение органических растворов позволяет использовать в процессе полимеризации различные эффективные каталитические системы, с помощью которых можно осуществлять направленный синтез эластомеров, создавать высокомолекулярные соединения с заданной структурой и свойствами. Технологическая трудность при проведении таких процессов заключается в необходимости работы с катализаторами, многие из которх являются высоко реакционными соединениями, которые изменяют свойства при хранении. Использование таких каталитических систем требует тщательной подготовки и очистки мономеров и растворителей, которые используются в синтезе.

– мешалка;
4 – мотор с редуктором
Реакторы для полимеризации в эмульсии
Полимеризация

в эмульсии - типично жидкофазный процесс, в ходе которого свойства среды меняются мало. Поэтому для проведения данного процесса используются аппараты с мешалками, подобные применяемым для жидкофазных процессов.
Полимеризаторы представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты (автоклавы), снабженные мешалками. Для отвода тепла служит рубашка.

батарее реакторов
Батарея полимеризаторов:
1 – обводная линия;
2 – рабочая линия;

3 – разгрузочная линия

поверхности в виде пучков труб, последовательно собранных и установленных на

некотором расстоянии вдоль боковой поверхности полимеризатора

Полимеризатор для низкотемпературной эмульсионной полимеризации:
1 – корпус;
2 – рубашка;
3 – мешалка;
4 – мотор с редуктором;
5 – дополнительные теплообменные поверхности (пучок труб)

и вся необходимая поверхность выполнена в виде испарителя с вертикальными

трубками

Схема полимеризатора с вертикальным испарителем

стала основным вариантом процесса полимеризации в производстве СК (СКИ, СКД,

СКЭП, СКЭПТ). По аппаратурному оформлению полимеризация в растворе более дорога и сложна, чем эмульсионная. Отличительной особенностью полимеризации в растворе является высокая вязкость реакционной среды, что требует применения особого типа перемешивающих устройств.

типовые реакторы с мешалками, для получения высокомолекулярных каучуков – более

сложные аппараты, для систем со сравнительно невысокой вязкостью – аппарат, представляющий собой комбинацию реактора с мешалкой и трубчатым реактором

Трубчатый полимеризатор:
1 – мешалка; 2 – корпус; 3 – трубки

конструктивным элементом которого является скребковое устройство
Скребковый полимеризатор:
1 – корпус;

2 – опорная лапа,
3 – вал;
4 – рама;
5 – скребок;
6 – люк;
7 – штуцер для ввода хладоагента;
8- привод

– планка; 4 – лезвие скребка
Применение жестких скребков, не имеющих

упругих элементов, приводит к образованию зазора между корпусом и скребком, что вызывает нежелательное отложение слоя полимера на поверхности аппарата. Не имеют упругих элементов шарнирные скребки, прижимаемые к стенке аппарата центробежной силой

Шарнирные скребки:
а – скребок, поджимаемый к
стенке силой давления среды;
б – скребок, поджимаемый к стенке центробежной силой

из собственно скребка, несущей рамы и упругих элементов, соединяющих скребок

с рамой

Скребковое устройство с шарнирными скребками и возвратно-поступательным движением:
1 – рама;
2 – стенка аппарата;
3 – скребок

В качестве упругих элементов используются металлические стержни из пружинной стали. Соединение стержней с рамой осуществляется с помощью цанговых зажимов. Лезвие скребка изготавливается из фторопласта. У мешалки со скользящим скребком износ меньше

Схема скользящего скребка:
1 – корпус; 2 – вал; 3 – каркас мешалки;
4 – пластинчатая пружина; 5 – скребок

устанавливаются так, чтобы поверхность, ометаемая одним скребком, перекрывалась поверхностями, ометаемыми

соседними скребками

Расположение скребков на валу мешалки:
а – в одной плоскости;
б – в нескольких плоскостях

синтеза бутилкаучука в суспензии:
1- обечайка; 2 – теплообменные трубки;

3 – лопастная мешалка; 4 – лектродвигатель;
5,6 – нижнее и верхнее днища

Для более быстрого смешения катализатора с циркулирующей реакционной массой катализатор подают в центральную циркуляционную трубу непосредственно под мешалку, через форсунку, позволяющую регулировать расход катализатора.

Форсунка полимеризатора:
1 – сопло; 2 – корпус;
3 – шток; 4 – фланец;
5 – ниппель; 6 – шкала;
7 – маховик;
8 – игольчатый клапан

корпус;
2 – рубашка;
5 – вал мешалки;
6 – турбинки

с лопатками;
11 – электродвигатель с редуктором

4 – мешалка;
5 – днище;
6,7 – электродвигатель с редуктором

3 – диск

перегородка;
3 – скребковая мешалка;
4 – турбинная мешалка;
5 –

уплотнение

полимеризаторы.
Ленточный полимеризатор в качестве основного рабочего органа имеет бесконечную

стальную ленту, натянутую на два барабана.

Реактор для полимеризации ленточный:
1 – короб; 2 – лента; 3- головка короба; 5 – компенсатор; 6 – штуцеры для растворов изобутилена и катализатора; 7 – штуцер для паров; 8 - штуцер для полиизобутилена

3 – червяк;
4 – подшипниковая опора; 5 –

привод

массе являются автоклавы и шнековые полимеризаторы. Недостатком автоклавов является невозможность

эффективного отвода тепла.

Шнековый полимеризатор для получения каучука СКТ:
1 – нижняя часть; 2 – средняя часть; 3 – верхняя часть; 4 – лепестковый шнек;
5 – штуцер для силоксанового масла; 6 – штуцер для катализаторной пасты;
7- штуцер для выгрузки полимера

водяного охлаждения;
3 – всасывающая труба;
4 – шнек;
5 –

кронштейны