СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ НЕОДНОРОДНОСТИ ПОЛИМЕРА В АППАРАТЕ С МЕШАЛКОЙ Российский патент 1998 года по МПК G01N11/04 G01N33/44 

Изобретение относится к области химических технологий полимеров и может быть использовано при производстве химических волокон и пластмасс.

Известны способы определения размеров частиц, основанные на преобразовании этих размеров в электрические импульсы и анализе амплитудного и частотного спектров при помощи электронной аппаратуры.

Известен способ определения отношений массы частиц требуемого размера к общей массе системы исследуемых частиц [1].

Недостатком способа является невозможность его применения в условиях технологического процесса, когда масса полимера находится в движении под давлением или под вакуумом при высокой температуре.

Наиболее близким аналогом является способ контроля однородности бетонной смеси, заключающийся в том, что измеряют звуковые колебания вблизи корпуса бетоносмесителя, выделяют интенсивность и спектр измеренных колебаний, а об однородности бетонной смеси судят по совпадению интенсивности и спектра [2].

Недостатком способа является неточность контроля однородности массы полимера в аппарате с мешалкой, невозможность определения средней молекулярной массы и скорости ее изменения.

Технической задачей изобретения является повышение точности контроля, расширение функциональных возможностей посредством прокачивания массы полимера через лопасти мешалки, выделения однополярной составляющей, характеризующей среднюю величину молекулярной массы, из функции, отражающей зависимость изменения мощности электродвигателя мешалки во времени, и вычислении скорости изменения средней величины молекулярной массы в текущий момент времени.

Поставленная задача решается предлагаемым способом.

Перемешивание является обязательным и неотъемлемым этапом технологических процессов при производстве большинства полимеров, пластмасс в процессе поликонденсации или других процессов.

Масса G, находящаяся в аппарате с мешалкой, приходя в поступательное и вращательное движение, прокачивается через лопасти мешалки L, как показано на фиг. 1.

При этом на трение, соударение частиц и молекул массы полимера между собой, с лопастями мешалки, с корпусом аппарата затрачивается мощность электродвигателя D мешалки.

Определенный объем перемешиваемой массы, контактирующий с лопастями мешалки в определенный момент времени τ₁, имеющий молекулярную массу M1, соответствует затрачиваемой мощности P1 электродвигателя мешалки.

В следующий момент времени τ₂ на лопасти мешалки попадает объем полимера с молекулярной массой M2, например, большей, чем M1, поэтому мощность электродвигателя мешалки увеличивается до P2.

Направление движения массы G полимера на фиг. 1 показано стрелкой. Процесс прокачивания массы G полимера через лопасти мешалки происходит непрерывно циклически, как показано на фиг. 2, а средняя величина молекулярной массы при этом обычно увеличивается.

Возникающие в процессе перемешивания колебания мощности электродвигателя мешалки, зависящие от величины молекулярной массы полимера, анализируют по интенсивности и спектру, определяют амплитуды и частоты гармоник, длительности (периоды) циклов T₁, T₂, T_n-1...,T_n, T_n+1, их полупериоды t₁, t₂,... t_n-1, t_n, t_n+1, средние за циклы величины молекулярной массы Mц₁, Mц₂,..., Mц_n-1, Mц_n, Mц_n+1, соответствующие моментам времени τ_ц1, τ_ц2,..,τ_цn-1, τ_цn, τ_цn+1, средние значения скорости V изменения, например увеличения молекулярной массы, равные
V_1,2 = 2(Mц₂ - Mц₁)/(T₁ + T₂);
V_n-1,n = 2(Mц_n - Mц_n-1)/(T_n-1 + T_n);
V_n,n+1 = 2(Mц_n+1 - Mц_n)/(T_n + T_n+1);
по средним величинам молекулярной массы Mц₁, Mц₂, Mц_n-1, Mц_n, Mц_n+1, периодам циклов T₁, T₂... T_n-1, T_n, T_n+1 и средним значениям скорости изменения молекулярной массы V_1,2,..., V_n-1,n, V_n,n+1 выявляют функциональные зависимости средней молекулярной массы Mц во времени M_ц = f(τ) и средней скорости ее изменения во времени
V = ϕ(τ),
вычисляют величины средней молекулярной массы в любой момент времени, например в момент окончания процесса τ_к

Из фактической зависимости молекулярной массы от времени M = M = Ф(τ) (кривая 1) вычитают зависимость средней молекулярной массы во времени M_ц = f(τ) (кривая 2), получая таким образом периодическую составляющую M_пер = π(τ) изменения молекулярной массы во времени (фиг. 3).

Для каждого момента времени в каждом цикле, например в цикле n, вычисляют отношение получая зависимость относительной величины молекулярной массы во времени (фиг. 4).

Считая, что за время цикла, в данном случае T_n, через лопасти мешалки прокачивается вся масса полимера G, занимающая объем Q аппарата, определяют интегральное относительное содержание относительной величины молекулярной массы в объеме Q аппарата, причем относительный объем всей массы γ полимера принимают равным единице (фиг. 5). По интегральному относительному содержанию относительной величины молекулярной массы судят о неоднородности полимера, находящегося в аппарате с мешалкой.

Таким образом, предложенный способ позволяет определить момент окончания технологического процесса, интенсифицировать и оптимизировать его, определить причины появления неоднородности и предложить способы влияния на нее.

Библиографический список
1. Патент 510165 (СССР). Способ определения отношения массы частиц требуемого размера к общей массе системы исследуемых частиц /Уоллес Генри Каултер и Уолтер Роберт Хогг (США). Опубл. в БИ, 1976, N 13.

2. Авторское свидетельство 1629205 (СССР) Способ контроля однородности бетонной смеси / Блайвас и др. Опубл. в БИ, 1991, N 7.

Изобретение относится к области химических технологий полимеров и может быть использовано при производстве химических волокон и пластмасс. Способ заключается в том, что измеряют мгновенные значения молекулярной массы, прокачивая через лопасти мешалки массы полимера, находящегося в аппарате. Определяют параметры циклов колебаний молекулярной массы, ее средние величины в циклах, скорости ее изменения. Выявляют функциональные зависимости средней молекулярной массы в циклах и скорости ее изменения во времени. Вычисляют величины средней молекулярной массы в любой момент времени и выделяют периодическую составляющую изменения молекулярной массы во времени. Определяют интегральное относительное содержание относительной молекулярной массы в цикле, по которому судят о степени неоднородности полимера в аппарате с мешалкой. Изобретение позволяет повысить точность измерений. 5 ил.

Способ определения степени неоднородности полимера в аппарате с мешалкой, включающий выделение интенсивности и спектра измеренных колебаний молекулярной массы, отличающийся тем, что измеряют мгновенные значения молекулярной массы путем прокачивания через лопасти мешалки массы полимера, находящегося в аппарате, определяют параметры циклов колебаний молекулярной массы, ее средние величины в циклах, скорости ее изменения, выявляют функциональные зависимости средней молекулярной массы в циклах и скорости ее изменения во времени, вычисляют величины средней молекулярной массы в любой момент времени, выделяют периодическую составляющую изменения молекулярной массы во времени, определяют интегральное относительное содержание относительно молекулярной массы в цикле, по которому судят о степени неоднородности полимера в аппарате с мешалкой.