Способ управления непрерывным процессом растворной анионной полимеризации бутадиена

(19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпо делАм изоБРетений и ОткРытий(56) Авторское свидетельство СССРВ 476276, кл. С 08 Р 136/06, 1972.Авторское свидетельство СССР9 402527, кл, С 08 Г 136/06, 1972.Авторское свидетельство СССРУ 937466, кл. С 08 Г 136/06, 1980.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНЫМПРОЦЕССОМ РАСТВОРНОЙ АНИОННОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ БУТАДИЕНА(57) Изобретение относится к способууправления процессом растворной анионной полимеризации бутадиена, Способ позволяет повысить точность регу-,1511 4 С 08 Р 136/06, С 05 П 27/00 лирования вязкости полимера (снизитьразброс в динамической вязкости полимера с 6-14 до 7-9 П). Управлениепроцессом осуществляют следующим образом: вначале замеряют вязкость итемпературу полимеризата на выходеиз каждого полимериэатора, рассчитывают по полученным данным вязкостьполимера, сравнивают ее с заданнымзначением и изменяют скорость подачимономера и/."щи температуру полимеризации ю каждом полимеризаторе в соответствии с зависимостью= 29 32-23,86ГВЖ / ",Т.дВц 1 -0,37+0, 795/,где П - заданная динамическая вязкость полимера при 20 С, П; КОК //1.1 Ви - молярное соотношение алкоксида калия и литийбутила в каталитическом комплексе: й - температура полимеризации С; Ч - приведеннаяскорость подачи бутадиена в полимеризатор. 1 ип, 1 табл.1289870 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к управлениюпроизводственным процессом растворнойполимеризации бутадиена по анионномумеханизму с передачей цепи на алкилзамещенные бензолы и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности,Целью изобретения является повышение точности регулирования вязкостиполимера,На чертеже представлена блок-схемасистемы управления, реализующей предлагаемый способ.Особенностями процесса анионной,полимеризации с передачей цепи на растворитель - алкилзамещенный бензол(толуол, ксилол) в присутствии катализатора ЕВц, модифицированного алкоксидом калия (кОК), является то, чтов процессе получения низкомолекулярных полимеров одновременно проходятнесколько реакции: инициирование, ростцепи, передача цепи на растворительс образованием нового активного центра и инициирование новым активнымцентром.Первая и четвертая реакции проходят с высокой скоростью и практическине оказывают влияния на процесс, существенное влияние на вторую и третьюреакции оказывает температура полимеризации, соотношение компонентов инициатора и количество мономеров, приходящееся на моль активного лития взоне полимеризации. В условиях непрерывного процесса полимеризации последний фактор определяется скоростьюЧп подачи мономеров,м, отнесенной кобщему количеству активного Ь 1 в реакционной зонеГМЗЧв в т -в ,Н - С НАЛЬЯ мин Воздействуя технологическими параметрами на процесс полимеризации (изменением соотношения компонентов катализатора и скорости подачи мономера в реакционную 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). Найденные зависимости позволяют оперативно определять по вязкости полимеризата при температуре полимеризации и известной концентрации полимера динамическую вязкость полимера. Измерение вязкости полимеризата осуществляют на выходе из каждого полимеризатора при практически 1007- ной конверсии мономеров. Таким образом, в каждый мОмент имеют информацию о вязкости полимера на выходе из каждого аппарата.Изменение температуры полимеризации и скорости подачи мономеров в реакционную зону не однозначно влияет на вязкостные характеристики полимеров: повышение 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 1007, -ную конверсию мономеров на выходе из каждого полимеризатора, поэтому, измеряя вязкость полимериэата после каждого полимериэатора, получают информацию о вязкости образовавшегося полимера в каждом полимеризаторе,При промышленной реализации процесса получения низкомолекулярного полибутадиена в связи с наличием в полимеризационной шихте примесей, частично дезактивирующих инициатор,отклонениями дозировки реагентов итемпературы процесса вязкость полимера может отличаться от заданной.Поэтому необходимо производить корректировку технологических параметров,которая позволит получать полимеры сзаданной вязкостью,Система управления, реализующая предлагаемый способ, включает полимериэаторы 1, 11 и 111, смесители а,Б,6,г, датчики и регуляторы расходов алкоксида калия (1 и 2) и алкилзамещенного бензола с катализатором1,Вц (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 полимериэата после 1 полимеризатора 15 и 16, 11 полимеризатора - 17 и 18, 111 полимеризатора - 19 и 20, задатчики 2 1,22,23 температуры, вискозиметры 24,25,26, вычислительное устройство 27.Исходные продукты процесса полиме ризации (бутадиен, толуол), подготовленные в соответствии с требованиями анионной полимеризации, охлажденные до заданной температуры (-12 ф 5 С) непрерывно подают для приготовления шихты в смеситель. Бутадиен в виде раствора в толуоле (40-45 мас.7) подается через соответствующий смеси- тель в каждый полимеризатор. На выходе иэ каждого полимериэатора измеряют 20 температуру и вязкость полимеризата, концентрацию полимера, учитывая 1003- ную конверсию мономера, принимают равной концентрации мономера в шихте. Подставляя значения параметров процесса (температура, вязкость полимеризата, концентрация полимера в полимеризате) в формулуэ,г эл 3 16801 п(еи +е-е --- ) -3,2с 273+ ф 301,0251 п С,78определяют вязкость образовавшегося полибутадиена в каждом полимериэаторе и в случае ее отклонения от заданной корректируют следующие параметры: скорость подачи бутадиена при стабилизированной подаче компонентов катализатора и регулируемой подаче хлад- ,агента в рубашку полимеризатора для-40 поддержания заданной температуры; температуру полимеризации расходом хладагента в рубашку полимериэатора при стабилизированной подаче компонентов катализатора и скорости подачи бутадиена в полимеризатор; скорость45 подачи бутадиена и температуру полимериэации расходом хладагента в рубашку полимериэатора при постоянной подаче компонентов катализатора в соответствии с зависимостью=29,32-23,86 ----- 0,37 с+ГНОК 3н-г., н, и+О 795 УьП р и м е р. Очищенные и осушенные бу тадиен и толуол, охлажденные до (-100 С)+о+(-15 С), подают в безобъемный смеситель а для приготовления углеводородной шихты, Затем шихту делят на три потока. Первый поток поступает всмеситель 8 , туда же подают компоненты катализатора - н-бутиллитий и алкоксид калия. Шихта вместе с образовавшимся каталитическим комплексомпоступает в первый по ходу полимеризатор 1. Второй поток шихты поступаетв смеситель 5 и затем во второй полимеризатор 11, третий - в смесительг и полимеризатор 111,Содержание бутадиена в шихте40 мас,7, скорость подачи бутадиенав полимеризатор 1 - 400 ф 20 кг/ч, вполимеризатор 11 - 25020 кг/ч и вполнмеризатрр 111 - 180 ф 20 кг/ч. Температура во всех полимеризаторах 75+5 С,ГОтношение компонентов инициатора КОК/Н-Вц 1.=0,4.На выходе иэ каждого полимериэатора 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 зависимостиэ,г э,тЗ 16801 п(еД +е-е - )-3,2273+с1,0251 п С,78Полученные значения динамической вязкости полимера сравнивают с заданной динамической вязкостью и в случае отклонений проводят корректировку подачи хладагента в рубашку соответствующего полимериэатора и (или) скоростиподачи 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 моно- мера на полимериэацию и (или) снижают расход хладагента в рубашку полимериэатора; если ниже заданной, повышают расход хладагента и (или) повышают скорость подачи.Величину необходимых изменений определяют из уравнения регрессии, связывающего значение динамической вязкости образующегося полимера с технологическими параметрами процесса:=29, 32-23,86 -- , --- О, 37 с +Гкок 3Гивц 312898Оптимизация параметров процесса достигается путем минимизации изменений температуры и скорости подачи, что позволяет сократить статическую и динамичеакую 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, 10Показатели процесса приведены в таблице.15Аппарат Показатели 70 6Формула изобретенияСпособ управления непрерывным процессом растворной анионной полимеризации бутадиена, проводимым в батарее последовательно установленных полимеризаторов, путем изменения расхода реагентов в зависимости от вязкости полимера, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения точности регулирования вязкости полимера, замеряют температуру и вязкость полимеризата на выходе иэ каждого полимеризатора, рассчитывают вязкость полимера по формулем гтрк 1680пС+е-е " - )-3 2273+с ф1 п -------------1,025 1 п С - 2,7831 111 20 384 253 188 213 225 220 25 74 70 9,8 9,64 395 236 186 21,74 21,00 21,8 76 78 Температура, С 79 40 7,7 1 7,49 8,87 До включениясистемы: Скорость подачи, кг/ч, Ч Температура, Со Динамическаявязкость полимера, П После включения системы Скорость подачи, кг/ч, 7 Динамическаявязкость полимера, П 3011,2532-23,86 -- , --- 0,37 е +КОКЗЬ.Вц795 о,- динамическая вязкость полимера при 20 С, П;+ О,где- молярное соотношение алкоксида калия и литийбутила в каталитическом комплексе;о - температура полимериэации С; - приведенная скорость подачибутадиена в полимериэатор, моль бутадиена / моль литиях х мин. ЙВи 1 где- динамическая вязкость полимера при 20 С, П;- динамическая вязкость полимеризата, П;отемпература полимеризата, С;С - концентрация полимера на выходе из полимеризатора, мас.7., сравнивают ее с заданным значением и изменяют скорость подачи мономера и/ /или температуру полимериэации в каждом полимеризаторе в соответствии с зависимостью