Способ управления процессом эмульсионной полимеризации Советский патент 1983 года по МПК C08F2/22 G05D27/00 

Изобретение относится к способам управления процессом эмульсионной полимеризации и может быть использовано в производстве синтетического каучука.

Известен способ регулирования процесса эмульсионной полимеризации,согласно которому для получения максимальной производительности полимеризационной батареи регулируют температуру в реакционной зоне в зависимости от величины конверсии мономеров 1.

Недостатком этого способа является то, что он не учитывает изменение качества образовавшегося полимера.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления процессом эмульсионной полимеризации, проводимой в батарее последовательно установленных полимеризаторов, при использовании инициатора и модификатора, подаваемых на вход батареи полимеризаторов, заключающийся в регулировании температуры в полимеризаторах батареи и изменении расхода инициатора в зависимости от степени конверсии мономеров, измеренной в средней части полимеризационной батареи 2.. .

Недостатком этого способа является низкая точность cтaбиJJИзaции молекулярно-весового распределения.Это объясняется тем, что он не учитывает физико-химический характер протекания процесса, т.е. то, что реакция полимеризации изменяет свой порядок в полимеризаторах батарей. При.движении реакционной массы по полимериза10торам батареи реакция от нулевого порядка переходит к первому, а система управления это не учитывает.

Цель изобретения - повышение точности стабилизации молекулярно-веср15вого распределения полимера.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления процессом эмульсионной полимеризации, проводимой в батарее последователь20но установленных полимеризаторах, с использованием инициатора и модификатора, подаваемых на вход батареи полимеризаторов, заключающемуся в регулировании температуры в полимери25заторах батареи и изменении расхода инициатора в зависимости от степени конверсии мономеров, измеренной в средней части полимеризационной батареи в каждом полимеризаторе опре30деляют момент перехода реакции пол; меризации от нулевого порядка в первый, а также отношение скорости расходования модификатора к скорости расходования инициатора, и в зависимости от найденного значения данного отношения корректируют расход иниIциатора в тех полимеризаторах/ в кот рых реакция полимеризации имеет нуле вой порядок, и температуру в полимеризаторах, где реакция имеет первый порядок. На чертеже показана система управления, реализующая способ. Система управления состоит из полимеризаторов 1-3, трубопроводов эмульсии 4, инициатора 5, модификатора 6, латекса 7, прямого хладагента 8 и обратного хладагента 9, чувст вительных элементов расхода эмульсии 10 и инициатора 11, регулятора расхода инициатора 12, регулирующего органа 13, установленного на линии подачи инициатора, чувствительного элемента расхода модификатора 14, регулятора расхода модификатора 15, регулирующего органа 16, установленного на линии модификатора, контура регулирования температуры в первом полимеризаторе, состоящего из датчика 17, регулятора 18, и регулирующего органа 19, контура регулирования тем пературы в среднем полимеризаторе, состоящего из датчика 20, рехулятора 21 и регулирующего органа 22, контура регулирования температуры в последнем полимеризаторе, состоящего из датчика 23, регулятора 24 и регулирующего органа 25, анализаторы реакционной массы после среднего полимеризатора на конверсию мономера 26, концентрацию инициатора 27 и кон центрацию модификатора 28, анализаторы реакционной массы после последг него полимеризатора на конверсию мономеров 29, концентрацию инициатора .30 и концентрацию модификатора 31 и управляющую вычислительную машину32.

Способ осуществляется следующим .образом.

Батарея полимеризаторов на схеме условно представлена 1-3 полимеризаторами. По трубопроводу 4 в полимеризатор 1 батареи подается эмульсия состоящая из углеводородной шихты, водной фазы, инициатора и модификатора.

Реакционная масса по трубопроводу 7 выводится из цеха полимеризации на выделение незаполимеризовавшихся мономеров.

Для отвода тепла реакции полимеризации по трубопроводу 8 в полимеризаторы 1-3 поступает хладагент,который выводится по трубопроводу 9.

Расход эмульсии измеряется с помощью чувствительного элемента 10.

V

(2)

эм

3 величина концентрации инигдециатора в соответствующих полимеризаторах батареи; расход эмульсии;;

величина температуры в

t; I-том полимеризаторе батареи ,коэффициенты (определяютHiся экспериментально). В.реакторе, где значение приращения конверсии мономеров начинает резко уменьшаться, реакция от нулевого порядка переходит в первый порядок. На выходе этого реактора определяют концентрации инициатора и модификато5 ра (на схеме концентрация инициатора Чувствительный элемент 11, регулятор 12 и регулирующий орган 13 образуют контур регулирования расхода инициатора. Чувствительный элемент 14, регулятор 15 и регулирующий орган 16 образуют контур регулирования расхода модификатора. Датчик 17,регулятор 18 и регулирующий орган 19 образуют контур регулирования температуры в первом полимеризаторе батареи. Датчик 20 регулятор 21 и регулирующий орган 22 образуют контур регулирования температуры во втором полимеризаторе батареи. Датчик 23, регулятор 24 и регулирующий орган 25 образуют контур регулирования температуры в третьем полимеризаторе батареи. Значения конверсии мономеров на выходе второго и третьего полимеризатора измеряется с помощью анализаторов 26 и 29. Концентрация инициатора на выходе второго и третьего полимеризатора измеряется с помощью анализаторов 27 и 30. Концентрация модификатора на выходе второго и третьего полимеризатора измеряется с помощью анализаторов 28 и 31. Система управления содержит УВМ, ко входу которой подключены датчики 10, 11, 14, 26, 27, 28, 29,30 и 31. Первоначально УВМ определяет начальную концентрацию инициатора и модификатора в системе как отношения расходов инициатора и модификатора к расходу эмульсии. Далее УАМ рассчитывает значения приращения конверсии мономеров в каждом полимеризаторе батареи с помощью уравнения: uC,ci,,,.t,-/ti 2i.f/ где t- - время пребывания реакционной смеси в i-том полимеризаторе, определяемое как отношение объема данного полимеризатора батареи на расход реакционной, смеси , и мйдификатора определяется с помощь анализаторов 27 и 28J. Далее УВМ находит величину израсходованного инициатора и модификатора в реакторах,, где реакция полимеризации .имеет нуле вой поряДой, как разность между начальными и текуЕцими концентрациями инициатора и модификатора. Затем УВМ по форме (2) находит время, за которое реакция полимеризации имеет нуле вой порядок, и деля величину израсходованного инициатора и модификатора на найденное время- находит ско.рость расходования инициатора и моди фикатора в реакторах. После описанных рпераций УВМ на ходит отнотиения скорости расходования модификатора к скорости расходования инициатора в полимеризаторах, где реакция полимеризации имеет нулевой порядок, сравнивает найденную величину с заданной и в зависимости от отклонений с учетом степени конверсии мономеров, измеренной анализатором 26, корректирует расход ини-циатора. Затем УВМ по описанному методу определяет отношения скорости расходования модификатора к скорости расходования инициатора в полимеризаторах, где реакция полимеризации имеет первый порядок, и в за- висимости от -отклонения указанного отнсяиеНия в данном полимеризаторе изменяет температуру в следующем полимеризаторе. Таким образом, наряду с изменени ем расхода инициатора на вход полимеризатора 1 в зависимости от степени конверсии мономеров, измеренно . в средней части полимеризационной батареи, система регулирования опре деляет перехода реакции поли меризации от нулевого в первый порядок по приращению конверсии мономеров , далее рассчитывает отношения скорости -расходования модификатора скорости расходования инициатора в полимеризаторах, где реакция полиме ризаций имеет -нулевой порядок, срав нивает найденную величину с заданной и в зависимости от отклонений корре тирует расход инициатора в данный п лимеризатор. Далее система регулирования находит отношение скоростей расходования в реакторах, где, реакция полимеризации имеет первый порядок, и изменяет температуру в каждом следующем полимеризаторе в за- . висимости от отклонений указанного отнсоцения в данном полимеризаторе. Использование способа позволяет, у еньшить диапазон молекулярно-весового распределения на 20% за счет учета физико-химического характера процесса и параметра, косвенно определяющего диапазон молекулярно-весового распределения полимера,- а именно отношения скорости расходования модификатора к скорости расходования инициатора. Расчеты показывают, что внедрение предлагаемого способа позволяет получить большой экономический эффект в народном хозяйстве страны за счет увеличения срока службы резинотехнических изделий, изготовленных из этого продукта. Формулу изобретения Способ управления .процессом эмульсионной полимеризации, проводимой в батарее последовательно установленных полимеризаторов с использованием инициатора и модификатора, подаваемых на вход батареи полимеризаторов , заключающийся в регулировании температуры в полимеризаторах батареи и изменении расхода инициа- . тора в зависимости от степени конверсии мономеров, измеренной в средней части полимеризационной батареи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации молекулярно-весового распределения полимера, в каждом полимеризаторе определяют момент перехода реакции полимеризации от нулеврго порядка в первый, а также отношение скорости расходования модификатора к скорости расходования инициатора, и в зависимости от найденного значения данного отношения корректируют расход инициатора в тех полимеризаторах, в которых реакция полимеризации имеет нулевой порядок, и температуру в полимеризаторах, где реакция имеет первый порядок. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Голубятников В.А.и Шувалов В.В Автоматизация производственрых процессов, М., Химия, 1979, с. 239242. 2.Авторское свидетельство СССР № 660978, кл. С 08 F 2/22, 1977 (прототип) .