Способ управления непрерывным процессом растворной анионной полимеризации бутадиена Советский патент 1987 года по МПК C08F136/06 G05D27/00 

Изобретение относится к управлению производственным процессом растворной полимеризации бутадиена по анионному механизму с передачей цепи на алкшт- замещенные бензолы и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности.

Целью изобретения является повышение точности регулирования вязкости полимера.

На чертеже представлена блок-схема системы управления, реализующей предлагаемый способ.

Особенностями процесса анионной толимеризации с передачей цепи на растворитель - алкилзамещенный бензол (толуол, ксилол) в присутствии катализатора ZiBu, модифицированного алк- оксидом калия (ROK), является то, что в процессе получения низкомолекулярных полимеров одновременно проходят несколько реакций: инициирование, рос цепи, передача цепи на растворитель с образованием нового активного центра и инициирование новым активным центром.

Первая и четвертая реакции проходят с высокой скоростью и практически не оказывают влияния на процесс, существенное влияние на вторую и третью реакции оказывает температура полимеризации, соотношение компонентов инициатора и количество мономеров, приходящееся на моль активного лития в зоне полимеризации. В условиях непрерывного процесса полимеризации последний фактор определяется скоростью Vj, подачи мономеров.М, отнесенной к общему количеству активного Li в реакционной зоне

V - М п H-C HqLil- мин

Воздействуя технологическими пара- метрами на процесс полимеризации (изменением соотношения компонентов катализатора и скорости подачи мономера в реакщюнную зону) можно изменять скорости роста и передачи цепи и получать полимеры с заданной молекулярной массой и динамической вязкостью. Последняя является одним из основных показателей полимера, определяющих области его применения. Однако динамическая вязкость полимера может быть определана лишь спустя 3-4 ч после отбора пробы (отмывка, сушка полимера, термостатирование, анализ).

JO

}5

20

25

45

30

35

40

50

Найденные зависимости позволяют оперативно определять по вязкости полимеризата при температуре полимеризации и известной концентрахщи полимера динамическую вязкость полимера. Измерение вязкости полимеризата осуществляют на выходе из каждого полимеризатора при практически iOO%- ной конверсии мономеров. Таким образом, в каждый момент имеют информацию о вязкости полимера на вькоде из каждого аппарата.

Изменение температуры полимеризации и скорости подачи мономеров в реакционную зону не однозначно влияет на вязкостные характеристики полимеров: повьш1ение температуры полимеризации при стабилизированной подаче компонентов катализатора и скорости подачи мономеров приводит к получению полимеров с более низкой молекулярной массой и вязкостью; увеличение скоро- сти подачи мономеров в зону реакции при постоянной подаче компонентов катализатора и постоянной температуре способствует увеличению молекулярной массы полибутадиена и вязкости полимера.

При осуществлении процесса подача компонентов инициатора производится лишь в первый по ходу полимеризатор, а подача шихты в каждый из последующих аппаратов. Высокая вязкость процесса обеспечивает практически 100%- ную конверсию мономеров на выходе из каждого полимеризатора, поэтому, измеряя вязкость полимеризата после каждого полимеризатора, получают информацию о вязкости образовавшегося полимера в каждом полимеризаторе.

При промьшшенной реализации процесса получения низкомолекулярного полибутадиена в связи с наличием в полимеризационной шихте примесей, частично дезактивирующих инициатор, отклонениями дозировки реагентов и температуры процесса вязкость полимера может отличаться от заданной. гТоэтому необходимо производить корректировку технологических параметров, которая позволит получать полимеры с заданной вязкостью.

45

Система управления, реализующа я предлагаемый способ, включает полимеризаторы I, II и III, смесители а,S,,, датчики и регуляторы расходов алкоксида калия (1 и 2) и алкил- замещенного бензола с катализатором

LiBu (3 и 4), бутадиена (5 и 6), толуола (7 и 8), шихты (9 и 10, 11 и 12, 13 и 14), датчики и регуляторы температуры полимеризата после I полимеризатора 15 и 16, II полимериза- f тора - 17 и 18, III полимеризатора - 19 и 20, задатчики 21,22,23 температуры, вискозиметры 24,25,26, вычислительное устройство 27.

Исходные продукты процесса полиме- О и полимеризатор III. ризации (бутадиен, толуол), подготов- Содержание бутадиена ленные в соответствии с требованиями анионной полимеризации, охлажденные до заданной температуры (-12i5°C) непрерывно подают для приготовления шихты в смеситель. Бутадиен в виде раствора в толуоле (40-45 мас.%) подается через соответствующий смеситель в каждый полимеризатор. На выходе из каждого полимеризатора измеряют 20 температуру и вязкость полимеризата, концентрацию полимера, учитывая 100%- ную конверсию мономера, принимают равной концентрации мономера в шихте

три потока. Первый поток смеситель S , туда же по ты катализатора - н-бути оксид калия. Шихта вмест вавшимся каталитическим поступает в первый по хо затор I, Второй поток ши в смеситель Ь и затем во меризатор II, третий - в

40 мас.%, скорость подачи в полимеризатор I - 4001 полимеризатор II - 25012 -5 полимеризатрр III - 180i пература во всех полимериз

25

Отношение компонентов ROK / H-BuLi 0,4,

На выходе из каждого п ра замеряют температуру п датчиков 15,17 и 19 и вяз меризата вискозиметрами 2

Полученные .данные пост вычислительное устройство оценивается вязкость поли каждом полимеризаторе сог симости

25

Подставляя значения параметров про цесса (температура, вязкость полимеризата, концентрация полимера в поли- меризате) в формулу

1п( 1прe,..|ff,)-3,2

Полученные .данные поступают на вычислительное устройство 27, где оценивается вязкость полимеризата в каждом полимеризаторе согласно зависимости

30

1п(,

1,025.п С-2,78

5.73 1680 .

+е )-з,2

. 1,0251п С-2,78 определяют вязкость образовавшегося Полученные значения динамической пблибутадиена в каждом полимеризато- вязкости полимера сравнивают с задан- ре и в случае ее отклонения от задан- «« динамической вязкостью и в слу- ной корректируют следующие параметры: 5 чае отклонений проводят корректировку подачи хладагента в рубашку соответствующего полимеризатора и (или) скорости подачи мономера в реакционную зону изменением работы регулятоскорость подачи бутадиена при стабилизированной подаче компонентов катализатора и регулируемой подаче хлад- ,агента в рубашку полимеризатора для поддержания заданной температуры; температуру полимеризации расходом хладагента в рубашку полимеризатора при стабилизированной подаче компонентов катализатора и скорости подачи бутадиена в полимеризатор; скорость подачи бутадиена и температуру полимеризации расходом хладагента в рубашку полимеризатора при постоянной подаче компонентов катализатора в соответствии с зависимостью

29,32-23,86Гкок

Н-С, «.

-0,37t+

,Г5иЫ

+0,795У„,

Пример. Очищенные ;И осушенные бу-55 тадиен и толуол, охлажденные до (-10°С) + (-15 с), подают в безобъемный смеситель а для приготовления углеводородной шихты. Затем шихту делят на

и полимеризатор III. Содержание бутадиена

три потока. Первый поток поступает в смеситель S , туда же подают компоненты катализатора - н-бутиллитнй и алк- оксид калия. Шихта вместе с образовавшимся каталитическим комплексом поступает в первый по ходу полимеризатор I, Второй поток шихты поступает в смеситель Ь и затем во второй полимеризатор II, третий - в смеситель

в шихте

40 мас.%, скорость подачи бутадиена в полимеризатор I - 400120 кг/ч, в полимеризатор II - 250120 кг/ч и в полимеризатрр III - 180i20 кг/ч. Температура во всех полимеризаторах 75i5 c,

О и полимеризатор III. Содержание бутадиена 20

25

Отношение компонентов инициатора ROK / H-BuLi 0,4,

На выходе из каждого полимеризатора замеряют температуру при помощи датчиков 15,17 и 19 и вязкость полимеризата вискозиметрами 24 - 26,

Полученные .данные поступают на вычислительное устройство 27, где оценивается вязкость полимеризата в каждом полимеризаторе согласно зависимости

30

1п(,

5.73 1680 .

+е )-з,2

. 1,0251п С-2,78 Полученные значения динамическо вязкости полимера сравнивают с зад «« динамической вязкостью и в слу 5 чае отклонений проводят корректиро

. 1,0251п С-2,78 Полученные значения динамической вязкости полимера сравнивают с задан- «« динамической вязкостью и в слу- чае отклонений проводят корректировку подачи хладагента в рубашку соответствующего полимеризатора и (или) скорости подачи мономера в реакционную зону изменением работы регуляторов 16,18,20 температуры и (или) регуляторов 10,12,14 расхода.

Если вязкость/полимера больше заданной, снижают скорость подачи мономера на полимеризацию и (или) снкжа ОТ расход хладагента в рубашку полимеризатора; если ниже заданной, повышают расход хладагента и (или) повьш1ают скорость подачи.

Величину необходимых изменений определяют из уравнения регрессии, связывающего значение динамической вязкости образующегося полимера с технологическими параметрами проесса:

,32-23,8б|-г-1г-0,37й +

LiBuJ 0,795V.

Оптимиэахщя параметров процесса достигается минимизации изменений температуры и скорости подачи, что позволяет сократить статическую и динамическую ошибки регулирования.

Применение такой системы регулирования позволило снизить разброс в динамической вязкости синтезируемого полимера с 6-14 до 7-9 П и исключить, образование некондиционного полимера. IПоказатели процесса приведены в таблице. ;

°С

9,64 9,8 11,25

395

236

186

7,71 7,49 8,87

.

оь, а.

2898706

Формула изобретения Способ управления непрерывным процессом растворной анионной полимери- зации бутадиена, проводимым в батарее последовательно установленных полимеризаторов, путем изменения расхода реагентов в зависимости от вязкости полимера, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности регулирования вязкости полимера, замеряют температуру и вязкость полиме- ризата на выходе из каждого полимеризатора, рассчитывают вязкость полимера по формуле

г „ . б;тз 1680

(О

. 5

, 5; 73

+е -е)-3,2.

20

25

30

.2. . 273.t i-1,025 n С - 2,78

где 1 - динамическая вязкость полимера при 20°С, П; - динамическая вязкость полимеризата, П;

t - температура полимеризата,С; С - концентрация полимера на выходе из полимеризатора, мас.%, сравнивают ее с заданным значением и изменяют скорость подачи мономера и/ /или температуру полимеризации в каждом полимеризаторе п соответствии с зависим стью

f 29,32-23,86 ,37t +

-н 0,795V,,

где - динамическая вязкость полимера при 20°С, П;

35

молярное соотношение алкок- сида калия и литийбутила в каталитическом комплексе; t - температура полимеризации С; V - приведенная скорость подачи бутадиена в полимеризатор, моль бутадиена / моль лития х X мин.

r

Изобретение относится к способу управления процессом растворной анионной полимеризации бутадиена. Способ позволяет повысить точность регулирования вязкости полимера (снизить разброс в динамической вязкости полимера с 6-14 до 7-9 П). Управление процессом осуществляют следующим образом: вначале замеряют вязкость и температуру полимеризата на выходе из каждого полимеризатора, рассчитывают по полученным данным вязкость полимера, сравнивают ее с заданным значением и изменяют скорость подачи мономера и/;ши температуру полимеризации у каждом полимеризаторе в соответствии о. зависимостью 29.32- -23,86- rROK /rLiBu 0,37t+0,795V,,, где П - заданная динамическая вязкость полимера при 20°С, П; КОК / /fbiBuJ - молярное соотношение алкок- сидй калия и литийбутила в каталитическом комплексе: t - температура полимеризации, . С; Vj, - приведенная скорость подачи бутадиена в полимеризатор. 1 ил. 1 табл. (Л

ВНИИПИ Заказ 7869/24 Тираж 460 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4