Оптимальные режимы реакторов для блочной полимеризации изопрена

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Рассмотрены температурные режимы реакторов каталитического процесса блочной полимеризации изопрена – реакторов периодического действия с неподвижным тонким слоем реакционной смеси и каскада аппаратов форполимеризатор – реакторы с неподвижным слоем. Оптимальные температурные режимы определены из условия минимизации времени процесса при ограничениях на максимальную температуру полимеризации и допустимый перепад температур по высоте слоя. Методом вычислительного эксперимента определены оптимальные температурные режимы блочной полимеризации изопрена до конечной конверсии 90% применительно к двум различным вариантам аппаратурного оформления процесса. Оптимальный температурный режим реакторов с неподвижным слоем предусматривает однократное ступенчатое увеличение температуры хладагента в рубашке. Оптимальный режим полимеризации в каскаде реакторов предусматривает проведение процесса в две стадии – на первой стадии в реакторе с перемешиванием до конверсии 15%, на второй стадии в реакторах с неподвижным слоем при постоянной температуре хладагента в рубашке.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Ю. П. Юленец

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Author for correspondence.
Email: yyp2807@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

А. В. Марков

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: yyp2807@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

References

  1. Аверко-Антонович Л.А., Аверко-Антонович Ю.О., Давлетбаева И.М. Химия и технология синтетического каучука. М.: КолосС, 2008.
  2. Каучук и резина. Наука и технология / под ред. Дж. Марка. М.: Интеллект, 2011.
  3. Захаров В.П., Берлин А.А., Монаков Ю.Б., Дебердеев Р.Я. Физико-химические основы протекания быстрых жидкофазных процессов. М.: Наука, 2008.
  4. Высокомолекулярные соединения / под ред. А.Б. Зезина. М.: Юрайт, 2023.
  5. Zhou Y.N., Li J.J., Wu Y.Y., Luo Z.H. Role of external field in polymerization: mechanism and kinetics // Chem. Reviews. 2020. V. 120. № 5. P. 2950.
  6. Рейхсфельд В.О., Шеин В.С., Ермаков В.И. Реакционная аппаратура и машины заводов основного органического синтеза и синтетического каучука. Л.: Химия, 1985.
  7. Harper Ch. Handbook of plastics technologies. The complete guide to properties and performance. McGraw-Hill Professional, 2006.
  8. Odian G. Principles of Polymerization. Wiley, 2004.
  9. Ulitin N.V., Tereshchenko K.A., Ziganshina A.S. Macrokinetics of polybutadiene production on a titanium Ziegler-Natta catalyst system prepared in turbulent flows // Theor. Found. Chem. Eng. 2017. V. 51. № 6. P. 1002. [Улитин Н.В., Терещенко К.А., Зиганшина А.С. Макрокинетика процесса получения полибутадиена на подготовленной в турбулентных потоках титановой каталитической системе Циглера-Натты // Теорет. основы хим. технологии. 2017. Т. 51. № 6. С. 659]
  10. Vent D.P., Lopatin A.G., Brykov B.A. Reactor dynamics of suspension polymerization of styrene // Theor. Found. Chem. Eng. 2020. V. 54. № 5. P. 886. [Вент Д.П., Лопатин А.Г., Брыков Б.А. Реакторная динамика процесса суспензионной полимеризации стирола // Теорет. основы хим. технологии. 2020. Т. 54. № 5. С. 615]
  11. Young R.J., Lowell P.A. Introduction to Polymers. Boca Raton: CRC Press. 2011.
  12. Doerr A.M., Burroughs J.M., Gitter S.R. Advances in Polymerizations Modulated by External Stimuli // ACS Catal. 2020. V. 10. P. 14457.
  13. The mass polymerization of isoprene under the rare earth catalyst effect. Pat. 85102250 China. 2012.
  14. Хуан Б. Способ синтеза полиизопрена, характеризующегося высоким уровнем содержания транс-1,4 звеньев. Пат. 2395528 РФ. 2010.
  15. Елфимов В.В. Способ полимеризации изопрена в малообъемных ячейках. Пат. 2563844 РФ. 2015.
  16. Самсонов А.Г. Устройство для полимеризации изопрена в массе. Пат. 2617411 РФ. 2017.
  17. Бубнова С.В., Бодрова В.С., Дьячкова Е.С. Полимеризация изопрена с катализаторами на основе 2-этилгексилфосфата неодима // Каучук и резина. 2014. № 1. С. 16.
  18. Carbonaro A. Isoprene polymerization process. Pat. 4696984 USА .1987.
  19. Елфимов В.В., Юленец Ю.П., Марков А.В. Математическая модель процесса полимеризации изопрена в массе // Каучук и резина. 2015. № 4. С. 38.
  20. Elfimov V.V., Markov A.V., Yulenets Yu.P. Bulk polymerization of isoprene in apparatuses with a fixed bed of the reaction mixture // Polymer Science. Ser. B. 2016. V. 58. № 3. P. 238. [Елфимов В.В., Марков А.В., Юленец Ю.П. Полимеризация изопрена в массе в аппаратах с неподвижным слоем реакционной смеси // Высокомол. соединения. Серия Б. 2016. Т. 58. № 3. С. 238]
  21. Елфимов В.В., Юленец Ю.П., Марков А.В., Елфимов П.В., Аветисян А.Р. Блочная полимеризация изопрена в опытно-промышленных условиях // Известия СПбГТИ(ТУ). 2016. № 37 (63). С. 47.
  22. Yulenets Yu.P., Markov A.V., Krasnoborod’ko D.A. Rising the Efficiency of the Isoprene Bulk Polymerization Apparatuses // Russian Journal of Applied Chemistry. 2020. V. 93. № 7. P. 1027. [Юленец Ю.П., Марков А.В., Краснобородько Д.А. Повышение эффективности реакторов для блочной полимеризации изопрена // Журн. прикл. химии. 2020. № 7. С. 988]
  23. Гилевская О.В., Юленец Ю.П. Аппаратурное оформление и режимные параметры процесса блочной полимеризации изопрена // Известия СПбГТИ(ТУ). 2021. № 58 (84) С. 66.
  24. Yulenets Yu.P., Avetisian A.R., Kulishenko R.Yu., Markov A.V. The indirect methods of conversion monitoring throughout polymerization processes in bulk // Cyber-Physical Systems: Design and Application for Industry 4.0. 2021. V. 342. P. 219.
  25. Гилевская О.В., Марков А.В. Математическая модель процесса блочной полимеризации изопрена при неравномерном тепловом режиме реактора // Математич. методы в технологиях и технике. 2022. № 9. С. 35.
  26. Гилевская О.В., Марков А.В. Температурные режимы химического реактора для жидкофазных процессов в неподвижном слое // Известия СПбГТИ(ТУ). 2023. № 66 (92). С. 92.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Time dependences of temperature TT (a) and average monomer conversion Uav (b) in the process of block polymerization of isoprene in a fixed-bed reactor (h = 3 mm): T0 = –40°C, TR = 86°C.

Download (103KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Temperature T and conversion U profiles along the vertical coordinate during block polymerization of isoprene in a fixed-bed reactor (h = 3 mm) at different points in time (T0 = –40°C, TR = 86°C): 1 – τ = 0.5 min, 2 – τ = 1 min, 3 – τ = 2.5 min, 4 – τ = 5 min, 5 – τ = 5 min, 6 – τ = 15 min, 7 – τ = 20 min.

Download (197KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Time dependences of temperature TT (a) and average monomer conversion Uav (b) in the process of block polymerization of isoprene in a fixed-bed reactor (h = 6 mm): T0 = –40°C, TR = 34°C (TW = 35°C).

Download (122KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Temperature T and conversion U profiles along the vertical coordinate during block polymerization of isoprene in a fixed-bed reactor (h = 6 mm) at different points in time (T0 = –40°C, TR = 34°C): 1 – τ = 2 min, 2 – τ = 5 min, 3 – τ = 10 min, 4 – τ = 15 min, 5 – τ = 25 min, 6 – τ = 30 min, 7 – τ = 68 min.

Download (169KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Time dependences of temperature TT (a) and average monomer conversion Uav (b) in a fixed-bed reactor (h = 6 mm) during block polymerization of isoprene with a stepwise change in coolant temperature: T0 = –40°C, TR1 = 34°C at τ1 = 0, TR2 = 45°C at τ2 = 18 min.

Download (92KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Temperature T (a) and conversion U (b) profiles along the vertical coordinate during block polymerization of isoprene in a fixed-bed reactor (h = 6 mm) with a stepwise change in the coolant temperature at different points in time (T0 = –40°C, TR1 = 34°C at τ1 = 0, TR2 = 45°C at τ2 = 18 min): 1 – τ = 5 min, 2 – τ = 10 min, 3 – τ = 15 min, 4 – τ = 20 min, 5 – τ = 25 min, 6 – τ = 30 min, 7 – τ = 40 min, 8 – τ = 55 min.

Download (209KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Time dependences of temperature TT (a) and average monomer conversion Uav (b) in a fixed-bed reactor (h = 6 mm) in the optimal mode of the isoprene block polymerization process: T0 = –40°C, TR1 = 34°C at τ1 = 0, TR2 = 39°C at τ2 = 14.8 min.

Download (117KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Temperature T (a) and conversion U (b) profiles along the vertical coordinate in a fixed-bed reactor (h = 6 mm) in the optimal mode of the isoprene block polymerization process at different points in time (T0 = –40°C, TR1 = 34°C at τ1 = 0, TR2 = 39°C at τ2 = 14.8 min): 1 – τ = 5 min, 2 – τ = 10 min, 3 – τ = 15 min, 4 – τ = 20 min, 5 – τ = 30 min, 6 – τ = 61 min.

Download (188KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Superimposed stage-by-stage dependences of temperature TT (a) and average monomer conversion Uav (b) on time in the optimal mode of the isoprene block polymerization process in a cascade of reactors: stage I – stirred reactor (h1 = 0.26 m, T0 = –40°C, K = 1360 W/(m2 K), TR1 = 28°C, τ1 = 8.6 min, U1 = 0.15), stage II – fixed-bed reactor (h2 = 6 mm, α = 1500 W/(m2 K), TR2 = 38°C, τ2 = 54.6 min), τgen = 63.2 min.

Download (107KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Temperature T (a) and conversion U (b) profiles along the vertical coordinate during block polymerization of isoprene in a cascade of reactors: stage I – stirred reactor (h1 = 0.26 m, T0 = –40°C, K = 1360 W/(m2 K), TR1 = 28°C, τ1 = 8.6 min, U1 = 0.15), stage II – fixed bed reactor (h2 = 6 mm, α = 1500 W/(m2 K), TR2 = 38°C, τ2 = 54.6 min) in the optimal mode at different points in time: 1 – τ = 10 min, 2 – τ = 15 min, 3 – τ = 20 min, 4 – τ = 30 min, 5 – τ = 63 min.

Download (161KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».